单电流注入的三维MREIT快速重建及实验

磁共振电阻抗成像（MREIT）是将磁共振成像（MRI）与传统电阻抗成像（EIT）技术相结合的一种电导率成像技术,通过提供成像体精确的几何信息与成像体内部的磁通密度值,改善了电阻抗成像的病态性,使得电导率图像的分辨率显著提高．针对MREIT系统的快速成像问题,在分析磁共振电阻抗成像的数学模型和正逆问题的基础上,提出利用单次电流的磁通密度分量即可进行电导率图像重建的方法,缩短了测量时间,并降低了电极间的电磁干扰;将灵敏度矩阵法扩展到三维MREIT,采用半解析法计算灵敏度矩阵,使得图像重建速度得到提高;并通过仿真与仿体实验验证了该方法的有效性．结果表明获得的电导率分布图像具有较高的分辨率和图像质量,测量与重建时间的缩短为MREIT的临床应用奠定了基础．     

融合边界条件的电阻抗图像重建仿真研究

结合成像目标的边界结构信息,提出一种新的改善电阻抗图像重建质量的方法.在生物医学电阻抗断层成像中,将传统采用圆形场域的重建模型改进为与人体胸腔边界近似的八边形场域,建立正问题数学模型,求解得到灵敏度系数矩阵,经等位线滤波反投影算法获得感兴趣区域的仿真分布图像.针对成像目标在场域中的不同分布情况,采用面积占空比对两种重建模型下的成像效果进行评价.图像及数据分析结果表明,改进方法重建图像伪影明显减少,面积占空比也更接近真实分布,提高了图像空间分辨率,达到了改善电阻抗重建图像质量的目的.     

MDEIT中电流密度成像替代电导率成像的可行性分析

针对新型磁探测电阻抗成像技术的正问题,利用有限元方法求解得到目标体内部的电压和电流密度分布,然后根据Biot-Savart定律获得目标体外部的磁感应强度数据,并且分析了有限元方法计算正问题的精度.结果表明,其足以用于磁探测电阻抗成像的电导率图像重建.在此基础上,通过仿真实验发现环形电极模式避免了电流的扩散效应,远离电极部分的z方向电流密度图像与电导率图像一致,以电流密度成像替代电导率成像,使得磁探测电阻抗成像简化为磁探测电流密度成像,缩短了数据测量时间和图像重建时间,为快速成像奠定了基础.     

开放式电阻抗成像建模及其仿真

为克服封闭式电阻抗成像电极位置不确定性引入的图像重构误差,采用固定电极阵列的开放式电阻抗成像(open electrical impedance tomography,OEIT)模型。将求解整个开放场域电磁场边值问题,近似转化为局部的虚拟场域。通过仿真实验选取有效边界参数和电极阵列结构。利用有限元法求解OEIT的正问题,采用一步牛顿法进行图像重构。实验结果表明OEIT能够探测到目标位置、区域以及电导率的变化,重构图像较清晰。OEIT在浅层体表具有较好的分辨率和定位准确度,有一定的临床应用价值。     

相位对比磁共振成像中的扰相射频脉冲分析

应用仿真实验研究了在基于梯度回波的2维相位对比磁共振序列中扰相射频脉冲的作用,应用模体和志愿者实验来确定在准确测量血流的前提下扰相射频脉冲对相位对比磁共振图像和血流测量结果的影响.相位对比磁共振对血流的测量结果显示:当扰相梯度充足时,是否使用扰相射频脉冲对测量结果无明显影响;但是当扰相梯度不充分时,使用扰相射频脉冲成像测量的血流更准确;并且使用扰相射频脉冲可以改善图像的对比度,更容易区分血流区域和静态组织.     

一种有效的低场磁共振系统的水脂分离成像方法

提出了一种基于Dixon算法的磁共振水脂分离成像改进方法.该方法分别采集人体组织中的水和脂肪同相位和反相位的磁共振图像,利用化学位移效应所产生的相位差分离出水和脂肪的图像.采用了改进的区域增长算法进行相位校正,为了在低场、较高噪声时获得更好的稳定性,为感兴趣区域和背景噪声分别开辟两类不同的多个堆栈,并设定感兴趣区域的增长优先级总是高于背景噪声,使得由背景噪声引起的误差传播被有效抑制.实验结果证明,改进算法在低场高噪声条件下比原算法更稳定,并在0.3 T低场永磁型磁共振系统上对水模、膝关节与人脑等部位获得了满意的水脂分离图像.     

基于xy非线性梯度场磁共振成像研究

为解决非线性梯度成像中心分辨率低的问题,提出了一种基于xy非线性梯度场的成像方法,并讨论了非线性梯度场中心分布曲线对磁共振图像的影响. 研究结果表明,在半径r=1.5时,圆形中心分布曲线的图像重建结果最优;与O-Space技术对比实验表明,xy非线性梯度场在不同加速因子R下都得到了更好的重建结果.      

人体功能成像技术的研究和发展

指出了人体组织和器官的病变中其功能的病变先于形态上的病变．当前临床应用的疾病成像诊断仪均为形态解剖学成像技术,不能对患者的病情进行早期诊断．为了改变这种现状,具有功能成像特性的电阻抗断层成像技术首先进入了科学家的研究领域．鉴于它仍存在的缺陷和不足,保留其优势、又从不同方面改善其缺陷的磁感应成像技术、磁共振电阻抗成像技术、感应式磁声成像技术又先后进入了科学家的研究领域．介绍了几种成像技术的工作原理、系统结构、各自的优势和不足,以及对它们研究的现状和进展情况．     

基于奇异谱分析的校正磁共振图像非均匀场的新方法

提出一种基于奇异函数分析数学模型的校正磁共振图像非均匀场的新方法.首先将受非均匀场污染的图像低频分量移去,然后由较高频率的不受非均匀场污染的频率分量重构被移去的低频分量,进而重构无非均匀场的磁共振图像,最后估计非均匀场.该方法不需要组织密度参数模型,不用事先对图像进行预处理,完全不需要用户的参与.     

乳腺电阻抗扫描成像数值分析

针对已有的电阻抗扫描成像分析模型与临床实际情况存在较大差异的问题,结合女性乳房结构、中国女性乳房实际大小、电参数及检测探头结构,构造了一个更加接近于实际情形的电阻抗扫描成像模型.采用有限元方法求解模型的静态电场方程并结合方差分析(Yates方法)对电阻抗扫描成像的相关参数进行统计分析.结果表明,当乳房中存在癌灶时,由于癌灶组织与周围正常组织在电参数上存在差异,乳房表面电流会存在相应的扰动.电流扰动程度受乳房大小、癌灶深度、大小以及周围组织电导参数及其交互因素的影响.如能通过测量夹具控制乳房大小,减少癌灶深度,可进一步提高电阻抗扫描成像的乳腺癌检测性能.     

Magnetoacoustic tomography with current injection

Magnetoacoustic tomography combines the advantages of electrical impedance tomography with sonography.It can reconstruct conductivity images of biological tissue with high spatial resolution and high contrast.In addition,magnetoacoustic tomography is a new nondestructive functional imaging technology,with which we can realize the early diagnosis of human diseases.In this paper,through theory analysis we deduced the analytical formula of acoustic pressure.Computer simulation and experimental studies on magnetoacoustic tomography with current injection(MAT-CI)were made,and a copper ring was used as the model for the simulation and experiment.Experimental setup and methods are introduced,and the acoustic signals and the image of a metal object by means of MAT-CI are presented.Results of the simulation and experiment were in a good agreement.The reconstructed image of an acoustic source can reflect the conductivity information of a sample.The conductivity distribution of a sample can be obtained by means of MAT-CI.The results provide foundations of study on a model with complex conductivity distribution and tissues for MAT-CI.     

混凝土缺陷检测的电阻成像约束反问题算法优化

电阻层析成像(ERT,electrical resistance tomography)是一种以对象内部电导率分布为成像目标的可视化技术,具有低成本、无损伤等优点,在混凝土缺陷检测领域具有广阔的应用前景。根据电阻成像基本原理,基于Matlab平台编制ERT正问题和反问题程序,实现了约束牛顿迭代算法(NCRM,Newton’s constrained reconstruction method)。计算过程中,根据混凝土基体及缺陷的电学特性和基体与缺陷的锐化边界条件对算法施加约束,通过逐步修正初值来干预逆运算,从而提高ERT反问题的计算稳定性和重构图像质量。试验结果表明:针对混凝土材料的缺陷检测,提出的ERT约束算法用较少的迭代次数即获得较好的效果,能较大程度消除成像目标的伪影,提高锐度,实现对混凝土缺陷相对精准的无损检测。     

基于三维有限差分方法的三分量感应测井正演模拟

在三分量感应测井中,正演模拟是研究测井响应特征和资料处理的必要基础,其能够为快速有效分析地层物理特性提供依据,从而帮助找到最佳钻井区域。为系统考察多种复杂地层模型下的三分量感应测井的响应特征,从Maxwell电磁方程组出发,利用交错网格有限差分法推导三维频域电磁响应的差分计算格式。针对水平地层和倾斜地层等复杂模型中的三分量感应测井响应进行数值计算,总结发现三维感应测井工具对复杂地层具有很强的探测能力,且纵向磁场分量比水平磁场分量具有更高的纵向分辨率,对于地层变化更加敏感。正演模拟及分析结果可为三分量感应测井仪器参数的优化设计、资料处理等工作提供重要的理论基础及参考依据。     

用于低场磁共振T_1、T_2测量的序列

为了测量低场磁共振设备参数,该文提出一种对硬件要求不高,可以较快测量T1、T2数据的方法。通过对基本序列进行研究,充分利用由3个射频激发产生信号的信息,设计读取梯度对它们进行区分,完成了可以在一次扫描中同时测量T1、T2参数的刺激回波(stimulated echo,STE)序列。该序列在0.3T低场设备上进行了包括水模和人体在内的测量实验,测量时间相对同时使用传统自旋回波序列(spin echo,SE)、反转恢复回波序列(inversion recovery,IR)减少一半。测量结果证明STE是一种适合于低场环境参数测量使用的序列。     

核磁共振环境下机器人驱动及控制传感技术研究

核磁共振成像(MRI)导向下的机器人辅助微创手术,以其对软组织的高分辨率、高精度及高效微创等特点,近年来倍受国际医学界的青睐.但受核磁仪有限结构空间和高磁场强度的限制,传统的驱动方式及传感器无法在核磁共振环境下的机器人中使用.本文针对这一领域的应用特点,总结了目前国内外主要的核磁兼容驱动方式及传感器的技术难点,并通过国内外相关研究成果介绍了其原理、控制方法及设计制造方法.经过综合对比得出了各种方法的优缺点及各自的适用场合,并指出了该领域的发展方向.     

钴铁氧体的溶胶凝胶燃烧法制备及其物性检测

通过溶胶凝胶燃烧法制备了钴铁氧体（CoFe₂O₄）纳米颗粒,并通过压片退火成型.XRD图谱显示样品成分无杂相.通过介电测试仪和振动样品磁强计测试了样品在室温下的介电性能和磁性能.试验结果表明,其介电常数和损耗都随着频率的变化而变化并展现出频散的行为,在低频范围内随着频率的增加而急剧减小,在高频范围内减小不明显.此外,其磁滞回线显示该类材料的饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力场分别为81.8 emu·g^-1,29.4 emu·g^-1和834.9 Oe.样品展现出良好的磁性能.     

稀土元素Gd、Ho和Dy在磁共振成像应用的研究进展

Gd、Ho和Dy因其独特的光学和磁学性质而在生物成像等方面有着广泛的应用.在镧系元素中,Gd~(3+)具有7个不成对的电子,可以提供高的弛豫度,已被广泛地用于磁共振成像(MRI)造影剂,而Ho~(3+)和Dy~(3+)具有最短的电子弛豫时间和最高的有效磁矩,因此有良好的高场T_2弛豫效果.介绍了基于这3种稀土元素的纳米材料在MRI方面的应用.