本文關(guān)鍵詞： 磁共振電阻抗成像 電導(dǎo)率 電流密度 三維重建　出處：《天津大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：生物組織的電特性是現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點之一。由于生物體的各組織之間，以及正常組織與病變組織之間的電導(dǎo)率均有較大差異，所以對生物組織電導(dǎo)率的研究有助于臨床上的病理診斷和對人類自身奧秘的探索。電阻抗斷層成像技術(shù)通過測量低頻電流激勵下成像體表面的電勢分布來重建成像體內(nèi)部的電導(dǎo)率分布圖像。由于測量信息有限，傳統(tǒng)的電阻抗成像方式在靜態(tài)成像中面臨空間分辨率低的瓶頸，，限制了其臨床應(yīng)用。 磁共振成像是利用人體組織中的氫原子核在磁場中受到射頻脈沖激發(fā)而產(chǎn)生的磁共振信號，通過計算機重建，獲得人體不同層面圖像的成像技術(shù)。若向置于磁共振系統(tǒng)中的人體注入特定的電流，則該電流產(chǎn)生的周圍磁場將影響磁共振信號。磁共振電阻抗成像技術(shù)即借助磁共振掃描系統(tǒng)通過測量該電流在成像體內(nèi)部產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度分布來實現(xiàn)電導(dǎo)率分布的重建，它不僅提供了精確的成像體形狀信息，而且改善了傳統(tǒng)的電阻抗斷層成像方式單純利用邊界電壓的情況，從而降低了電阻抗成像的病態(tài)性，能夠獲得較高分辨率的電導(dǎo)率圖像，為電阻抗成像的臨床應(yīng)用提供了條件。本文將磁共振電阻抗成像發(fā)展到三維空間，并特別針對豎直靜磁場方向的開放式磁共振系統(tǒng)，提出了若干提高成像速度和改善成像效果的圖像處理方法以及電流注入模式，為磁共振電阻抗成像技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 1．以乳腺癌為例，對三維磁共振電阻抗成像的臨床應(yīng)用進行了仿真分析。在由二維到三維的磁共振電阻抗成像的推廣中發(fā)現(xiàn)，由于涉及龐大的靈敏度矩陣計算和超大方程組的求解，需要較大的內(nèi)存資源和較長的重建時間；通過對靈敏度矩陣的分析，提出了改進的分層靈敏度重建算法，降低了三維重建所需的計算機硬件需求和計算時間，從而在保證重建精度的前提下顯著提高了三維磁共振電阻抗成像的重建效率。 2．針對MREIT的快速成像問題，在分析磁共振電阻抗成像的數(shù)學(xué)模型和正逆問題的基礎(chǔ)上，提出利用單次電流的磁感應(yīng)強度分量即可進行電導(dǎo)率圖像重建的方法，縮短了磁感應(yīng)強度的測量時間和電導(dǎo)率分布圖像的重建時間；單次電流的注入亦將減少電極之間的電磁干擾，降低激勵和測量系統(tǒng)的復(fù)雜性；并通過仿真與仿體實驗驗證了該方法的有效性。 3．針對主磁場為豎直方向的開放式磁共振系統(tǒng)，提出一種環(huán)形電極模式應(yīng)用于開放式磁共振電阻抗成像。首先通過對開放式磁共振系統(tǒng)中不同電流注入模式的分析，提出了基于環(huán)形電極的電流注入模式；然后用仿真實驗證明了該電極模式下，開放式磁共振電阻抗成像的可行性，并且發(fā)現(xiàn)該電極模式下電流密度在主磁場方向分量的分布與電導(dǎo)率的分布基本一致，從而使磁共振電流密度成像具有更加廣泛的臨床意義；基于真實人體小腿模型的仿真實驗和環(huán)形電極的仿體實驗都對環(huán)形電極對于開放式磁共振電阻抗成像的可行性和有效性進行了驗證。 4．在磁共振電阻抗成像中，圖像質(zhì)量與磁共振系統(tǒng)的測量信噪比密切相關(guān)，而測量信噪比在一定程度上又由靜磁場強度決定。為了提高中低場強下的磁共振電阻抗成像的圖像質(zhì)量，提出了一種圖像后處理方法。其具體步驟包括：背景區(qū)域填充；圖像灰度歸一化；直方圖均衡化；和灰度的線性拉伸。應(yīng)用所開發(fā)的磁共振電阻抗成像軟件系統(tǒng)，在0.36T磁共振系統(tǒng)下進行的仿體實驗證明經(jīng)過該方法處理后所獲得的電阻抗圖像灰度分布更加均勻，圖像對比度得到顯著提高。
[Abstract]:The electrical characteristic of biological tissue is one of the hot topics in modern biomedical field . Because of the large difference between the tissues of the organism and the electrical conductivity between normal tissue and diseased tissue , the study of biological tissue conductivity contributes to the clinical pathological diagnosis and the exploration of the human ' s own mystery . The electrical impedance tomography technique is used to reconstruct the electric conductivity distribution image inside the imaging body by measuring the potential distribution of the surface of the imaging body under the excitation of low frequency current . The invention provides a magnetic resonance imaging technique for reconstructing the conductivity distribution by measuring the magnetic induction intensity distribution generated in the imaging body by measuring the current in the magnetic resonance system . 1 . Based on breast cancer as an example , the clinical application of three - dimensional magnetic resonance imaging is analyzed . It is found that large memory resources and longer reconstruction time are needed because of the large sensitivity matrix calculation and the solution of the super - large equations . By analyzing the sensitivity matrix , the improved layered sensitivity reconstruction algorithm is proposed , which reduces the computer hardware requirement and the calculation time required for the three - dimensional reconstruction , and improves the reconstruction efficiency of the three - dimensional magnetic resonance electrical impedance imaging remarkably . 2 . On the basis of analyzing the mathematical model and positive inverse problem of MREIT , it is proposed to use the magnetic induction intensity component of single current to reconstruct the conductivity image . The measurement time of the magnetic induction intensity and the reconstruction time of the electric conductivity distribution image are shortened ; the injection of single current will also reduce the electromagnetic interference between the electrodes , reduce the complexity of the excitation and measurement system , and verify the validity of the method through simulation and simulation experiments . 3 . An open type magnetic resonance imaging system is proposed for the main magnetic field . First , the current injection mode based on the ring electrode is presented by the analysis of different current injection modes in the open magnetic resonance system . Then , the feasibility of the open magnetic resonance imaging is demonstrated by simulation experiments . The results show that the distribution of the current density in the main magnetic field direction is basically consistent with the distribution of the conductivity , so that the magnetic resonance current density imaging has more extensive clinical significance . 4 . In MR imaging , the image quality is closely related to the measured signal - to - noise ratio of the magnetic resonance system , and the signal - to - noise ratio is determined to some extent by the static magnetic field intensity . In order to improve the image quality of the magnetic resonance electrical impedance imaging in the middle and low field intensity , an image post - processing method is proposed .

【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R310

【參考文獻】

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本文編號：1474156