核磁共振中分子间多量子相干及其应用

源自核自旋远程偶极相互作用的分子间多量子相干(iMQC)以其独特的性质在核磁共振领域引起了广泛的关注.与常规的单量子相干信号相比,iMQC信号具有下列特性:iMQC信号与实验可控的偶极相关距离为半径的空间区域内的自旋粒子数相关;iMQC信号与局域磁场分布或局域磁化率效应相关;iMQC信号具有独特的弛豫和扩散特性.这些性质使iMQC在核磁共振波谱和成像领域得到了广泛的应用.本文简要介绍了iMQC现象的研究历史以及相应的理论解释,对我们小组这10几年来在iMQC领域的研究进行了系统的阐述,包括对iMQC性质的研究及其在不均匀不稳定场中高分辨核磁共振谱和成像方面的应用研究.     

分子内和分子间双量子相干信号随预备期的变化规律

设计简化的三脉冲序列,研究高极化液体核磁共振中同核自旋体系中的分子内与分子间双量子相干信号随预备期的变化规律,有助于更深入地理解分子内与分子间双量子相干的性质与机理,为分离检测二者提供理论和实验依据.首先对普适的同核二自旋IpSq (p,q = 1,2,3,…)体系进行理论推导,得到分子内与分子间多量子相干信号与预备期的关系表达式,并利用6种不同的自旋体系进行实验验证,实验结果与理论推导结果相当吻合.这种方法还可以扩展到异核自旋体系中,对分子结构的研究具有重要的意义.     

液体NMR中多平板间多量子相干受限扩散的有限差分模拟

由于液体分子自扩散参与了几乎所有的化学反应,且核磁共振(NMR)是当前唯一可用于提供关于分子在一个相当于生物细胞尺度单元内的位移信息的非侵害性方法,扩散相关的NMR研究更是引起了极大的重视.为了研究复杂系统中的多量子相干受限扩散行为,将单一平板间多量子相干受限扩散理论扩展到间距等概率分布和间距正态分布的多平板间多量子相干受限扩散,并利用积算符矩阵、非线性Bloch方程和有限差分相结合的方法进行模拟,得出了多平板间多量子相干受限扩散信号衰减随孔径变化范围、高斯因子的变化规律.模拟结果与理论预测吻合,验证了理论表述的正确性,从而可以通过回波信号衰减曲线形状了解样品中平板间距大致的变化范围和分布规律.本研究可扩展到各种复杂的脉冲序列及多自旋体系.     

核磁共振中分子间多量子相干CRAZED序列参数的优化

对检测分子间多量子相干信号的CRAZED脉冲序列的最佳射频脉冲翻转角及延迟时间进行了探讨，通过综合运用偶极场理论和积算符公式，得到不同相干阶数下CRAZED序列的相对信号强度与射频脉冲翻转角及延迟时间之间关系的表达式。并利用计算机模拟对延迟时间进行优化，所得结果由实验加以验证．实验结果表明，理论得到的信噪比和量佳延迟时间的关系与实验结果吻合得较好．因此，所得出的理论方法可用于指导实验参数的优化选择。     

基于改进相干因子的延时乘累加平面波超声成像

针对超声回波信号高相关性特性，提出一种基于改进相干因子的延时乘累加(pCF-DMAS)波束形成算法并应用至平面波超声成像.该算法通过增强相干因子的相干性来计算回波信号的权值，然后进行乘累加运算.通过使用Field II进行超声点目标和囊肿目标的仿真实验，对成像结果进行分析验证了算法的有效性.仿真结果表明，算法具有优秀的横向分辨率，在p取0.7时具有所有对比算法中的最高对比度.综合点目标和囊肿目标的成像效果，给出算法的最优p值0.3.相比延时叠加和延时乘累加波束形成算法，所提算法的图像对比度CR分别提高了12.559，9.602dB.     

一种同时测量分子间多量子相干横向弛豫和自扩散系数的快速方法

提出一种可同时直接测量高极化核自旋体系分子间n阶多量子相干横向弛豫时间T2,n和自扩散系数Dn的一维核磁共振方法。实验结果表明：对于单组份单峰的高极化核自旋体系,分子间n(n≥1）阶多量子相干横向弛豫时间T2,n自扩散系数Dn分别具有如下关系：T2,n≈T2,1／n和Dn ≈nD1,这里T2,1和D1分别为该峰的单量子相干横向弛豫时间和自扩散系数。这些结果有助于揭示分子间多量子相干横向弛豫和自扩散的性质和机理。     

基于Voronoi图的磁共振PROPELLER数据网格化算法

PROPELLER数据采集成像算法是磁共振成像中的一项新技术,由于其数据的网格化直接影响该成像算法的效果,因此提出一种基于Voronoi图的网格化算法．该算法对采样数据集进行网格分组查找,快速消除位置相同点;加入边缘闭包后进行Voronoi网格化,计算Voronoi网格面积并将其作为网格化的密度补偿权函数,提出基于网格分组的快速网格化算法并成像．实验表明,该算法运行速度快,成像清晰,图像对比度和细节较好,信噪比得到有效提高．     

星载逆合成孔径激光成像雷达空间碎片观测

分析了星载ISAIL对空间碎片目标成像的原理,根据空间碎片目标自旋运动的特点,提出了一种结合压缩感知与复逆Radon变换的低重频成像算法。该算法结合压缩感知技术和复逆Radon变换，只需发射带宽很窄的激光信号,并对单个距离单元处理即可实现对目标的高分辨率二维成像，解决了系统脉冲重频率对成像的限制。仿真验证表明：此算法不仅可以解决对空间碎片目标成像过程中系统重频率不够的问题,而且通过大幅度减小信号带宽降低了激光信号调制技术对成像的影响，算法是可行性。     

结合子空间投影的幅度相位估计波束形成算法

在医学超声成像中,幅度相位估计(APES)波束形成算法能够更稳健地估算期望信号幅度,但其以牺牲较少量分辨率为代价.针对此问题,提出基于幅度相位估计并融合子空间投影技术的自适应波束形成算法.首先通过幅度相位估计算法初步计算加权向量,然后将加权向量向回波信号的期望信号子空间投影,以此来抑制噪声和干扰,改善成像的分辨率和对比度.经仿真分析,所提出的子空间投影与幅度相位相融合的算法在成像的分辨率、对比度和稳健性方面均优于原始的幅度相位估计算法.     

高极化自旋体系纵向弛豫时间的测量

在高极化自旋体系中由于强辐射阻尼效应的影响,常规的纵向弛豫时间(T1)测量方法不再适用或需修改.本文提出了高极化自旋体系T1的分子间多量子相干测量方法.通过相干脉冲梯度场抑制演化期的辐射阻尼效应,利用分子间多量子相干信号的性质消除检测期的辐射阻尼效应,在绝对值谱模式下对谱峰峰高拟合,准确计算出T1.在此基础上,分析和比较了分子间多量子相干法与饱和恢复法对辐射阻尼效应的抑制作用.实验结果表明,分子间多量子相干方法能有效地抑制辐射阻尼效应,准确测量高极化自旋体系纵向弛豫时间.     

碳量子点作为光声造影剂的性能评价与基础研究

基于碳量子点的优异光吸收性能,探讨碳量子点作为光声造影剂的潜质.测试碳量子点的基本物理性质,以及不同浓度、波长、缓冲液中的体外光声成像效果.进而研究其在小鼠皮下注射及尾静脉注射下的体内光声造影效果及生物相容性.结果显示,碳量子点具有优良的光声性能,在多种缓冲液中具备稳定的光声信号.动物体内实验证实其在小鼠皮下以及血管中均能起到光声造影增强作用,并且具有良好的生物相容性.     

结合天空分割修正的快速去雾方法

针对目前去雾算法对高亮天空区域处理不理想,以及去雾后的图像整体视觉效果较差的问题,提出一种结合天空区域分割修正的快速雾天图像复原方法.首先,对输入图像进行白平衡处理;其次,根据大气散射物理特性和光学成像特性对大气耗散函数做初始估计,判断是否存在天空区域,若存在天空区域,结合对比度增强调整,Otsu算法(大津法)分割出天空区域,修正天空区域的大气耗散函数;最后,由大气散射模型得到复原图像,并对复原图像做亮度调整.实验结果表明:该算法具有较强的场景适应能力,能很好地处理天空区域;复原图像具有较好视觉效果,而且执行速度更快.     

Information extraction and CT reconstruction of liver images based on diffraction enhanced imaging

X-ray phase-contrast imaging (PCI) is a new emerging imaging technique that generates a high spatial resolution and high contrast of biological soft tissues compared to conventional radiography. Herein a biomedical application of diffraction enhanced imaging (DEI) is presented. As one of the PCI methods, DEI derives contrast from many different kinds of sample information, such as the sample's X-ray absorption, refraction gradient and ultra-small-angle X-ray scattering (USAXS) properties, and the sample information is expressed by three parametric images. Combined with computed tomography (CT), DEI-CT can produce 3D volumetric images of the sample and can be used for investigating micro-structures of biomedical samples. Our DEI experiments for liver samples were implemented at the topography station of Beijing Synchrotron Radiation Facility (BSRF). The results show that by using our provided information extraction method and DEI-CT reconstruction approach, the obtained parametric images clearly display the inner structures of liver tissues and the morphology of blood vessels. Furthermore, the reconstructed 3D view of the liver blood vessels exhibits the micro blood vessels whose minimum diameter is on the order of about tens of microns, much better than its conventional CT reconstruction at a millimeter resolution. In conclusion, both the information extraction method and DEI-CT have the potential for use in biomedical micro-structures analysis.     

Application of synchrotron source based DEI method in guinea pig cochleae imaging

Hard X-ray diffraction enhanced imaging (DEI), which is based on a synchrotron source and monochromator-analyzer-crystal system, is an effective method for imaging X-ray phase shift. Utilizing an analyzer crystal with high angular sensitivity of micro-radian, DEI can measure the transmitted, refracted and scattered X-rays when projecting onto a sample. It dramatically improves the contrast and spatial resolution of the resultant images. At the topography station of Beijing Synchrotron Radiation Facilities (BSRF), we implemented DEI method in guinea pig cochleae imaging and acquired a series of DEI images. Based on these images, the apparent absorption and refraction images were calculated. The DEI images revealed the holistic spiral structures and inner details of guinea pig cochleae clearly, even including the structures at the cellular level, such as the static cilia of hairy cells and the limbus of Hansen cell. Due to the advantages of high contrast, high spatial resolution and distinct edge-enhanced effect, DEI method promises extensive applications in biology, medicine and clinic in the near future.     

Application of synchrotron source based DEI method in guinea pig cochleae imaging

Hard X-ray diffraction enhanced imaging (DEI), which is based on a synchrotron source and monochromator-analyzer-crystal system, is an effective method for imaging X-ray phase shift. Utilizing an analyzer crystal with high angular sensitivity of micro-radian, DEI can measure the transmitted, refracted and scattered X-rays when projecting onto a sample. It dramatically improves the contrast and spatial resolution of the resultant images. At the topography station of Beijing Synchrotron Radiation Facilities (BSRF), we implemented DEI method in guinea pig cochleae imaging and acquired a series of DEI images. Based on these images, the apparent absorption and refraction images were calculated. The DEI images revealed the holistic spiral structures and inner details of guinea pig cochleae clearly, even including the structures at the cellular level, such as the static cilia of hairy cells and the limbus of Hansen cell. Due to the advantages of high contrast, high spatial resolution and distinct edge-enhanced effect, DEI method promises extensive applications in biology, medicine and clinic in the near future.     

基于高场3T磁共振的人体组织电特性成像

结合现代的影像学方法,提出了一种基于磁共振成像的生物组织电特性成像方法.根据磁共振图像扫描信号中包含目标体的电导率和介电常数等信息这一原理,从法拉第定律和安培定律出发,推导出了激励射频磁场与电特性之间的关系.利用基于双角度法的自旋回波扫描序列,对志愿者头部进行了高场3 T下的磁共振成像实验,初步得到了质子密度像、射频场映像以及相应的电特性像.改进的算法中引入梯度项后,图像上不同组织内部的电特性变化更加明显.与传统电阻抗成像以及常规磁共振成像相比,本文的新型磁共振电特性成像兼具高对比度和高分辨率的特点,作为一种功能成像,有望在相关重大疾病的预防和诊断方面发挥作用.      

Photoshop CS软件在骨与软组织病变影像诊断中的应用

目的:评价平面制图软件Photoshop CS在影像诊断中的作用.方法:自2002年6月至2008年8月,我们收集了114份骨与软组织病变影像资料,应用Photoshop CS绘图软件对资料分别进行色阶调整,并比较调整前后图像的标准偏差值,总结调整方法.结果:应用Photoshop CS绘图将原件进行色阶调整后,其标准偏差明显增高.结论:本方法较传统亮度/对比度的调整更方便、精确,可为临床诊断提供可靠的、高质量的影像资料,因此,本方法可在临床诊断中推广使用.     

基于偏振成像的目标识别技术研究

提出了一种基于偏振特征的目标识别技术.实验采用He-Ne激光作为照明光源,根据目标散射光偏振度的差异,利用DSP图像采集系统获取了目标的偏振图像,并编写程序计算了图像的灰度值.结果显示:偏振成像技术可以提高目标成像的对比度和分辨率;相对于退偏振强的目标,退偏振弱的目标图像亮度变化明显.所以偏振成像技术可以有效地提高目标探测和识别效率.     

光轴外扩式布置的双目相机图像立体校正

摘要： 针对宽视野光轴外扩式布置双目图像采集和显示系统的图像立体校正问题,利用三维重建误差,提出了一种基于双目图像视差特性的立体校正方法.在分析光轴外扩式布置双目相机图像视差特性的基础上,针对相机光心与显示投影中心间的位置误差和相机光轴与显示视轴间的角度误差,建立图像仿射变换、水平视差畸变和垂直视差的校正函数,利用一组空间采样点的三维重投影误差作为目标函数通过优化方法求解校正参数.仿真实验表明：在视轴外扩夹角为30°时,本方法可以有效地消除光心位置误差和光轴角度误差对图像视差造成的影响.真实图像校正实验表明：校正后的图像水平畸变小,在显示宽视野双目图像时,能保持正确的三维立体感.
关键词：中图分类号：文献标志码： A