波谱学杂志

2018年, 第35卷, 第4期　刊出日期：2018-12-05

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第35卷第4期“磁共振成像技术与应用”专刊中英文目次

波谱学杂志, 2018, 35(4): 0-0.

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研究论文

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基于COLLATE融合多图谱的心脏电影MRI右心室分割

王丽嘉, 苏新宇, 李亚, 胡立伟, 聂生东

波谱学杂志, 2018, 35(4): 407-416. doi: 10.11938/cjmr20182642

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右心室分割对肺动脉高压等疾病的心功能分析具有重要的临床意义.然而，右心室心肌薄、易变且不规则，其传统的医学图像分割方法仍然未能取得突破性进展.本文提出基于COLLATE（Consensus Level，Labeler Accuracy and Truth Estimation）的多图谱分割方法，首先以归一化互信息为相似测度对目标图像和图谱集进行B样条配准以获取粗分割结果；然后利用COLLATE对粗分割结果进行融合；最后采用基于形状约束的区域生长算法修正出现错误的数据.10例临床心脏磁共振短轴电影图像被用于算法验证.本文还将使用基于COLLATE的多图谱分割方法得到的结果与深度学习算法及手动分割进行了比较.结果显示与深度学习算法比较，使用本文算法得到的射血分数（Ejection Fraction，EF）与手动分割更加一致和相关，表明该算法的分割结果有望辅助临床心脏功能诊断.

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基于复值和模值的肝脏磁共振水脂分离组合算法

翟国强, 张苗, 薄斌仕, 王乙, 范明霞, 李建奇

波谱学杂志, 2018, 35(4): 417-426. doi: 10.11938/cjmr20182635

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质子密度脂肪分数（proton density fat fraction，PDFF）是用于评估肝脏脂肪的重要定量指标.为了获得更为精确的肝脏PDFF，本文通过分离R₂^*估计，提出了一种改进的基于磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）脂肪定量方法.通过在3.0 T MRI扫描仪器上对肝脏脂肪含量不同的人体被试进行MRI扫描，进一步验证了该方法的可行性和准确性.研究结果显示，本文方法得到的肝脏脂肪分数和磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）分析得到的脂肪含量高度一致，表明该方法对临床脂肪肝的检测具有重要的参考指导价值.

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定量肝脏脂肪的波谱自动后处理算法

张苗, 翟国强, 李改英, 王乙, 范明霞, 李建奇

波谱学杂志, 2018, 35(4): 427-439. doi: 10.11938/cjmr20182636

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目前质子磁共振波谱技术可用于肝脏脂肪含量的定量检测.利用快速T₂校正多回波波谱采集序列可一次屏气获得一组不同回波时间的波谱数据，然后通过谱线拟合和分析得到质子密度脂肪分数.波谱数据后处理一般通过第三方软件，处理步骤复杂，需要消耗大量的时间，而且有不可避免的人为控制因素干扰.本文开发了自动波谱后处理算法，可以实现谱线拟合、T₂衰减校正和脂肪分数计算，并进一步采用水脂模型实验和人体肝脏脂肪检测实验对算法的可行性和准确性进行了评估.研究结果显示，本文提出的自动定量算法计算得到的质子密度脂肪分数和jMRUI软件处理得到的结果高度一致，但其操作简单，更适用于脂肪肝临床检测.

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组织凝固性坏死对基于纵向弛豫时间的磁共振测温的影响

洪声秀, 胡红兵, 杨增涛, 张天峰, 黄磊, 王华

波谱学杂志, 2018, 35(4): 440-446. doi: 10.11938/cjmr20182624

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高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound，HIFU）治疗肿瘤时，为了保证治疗的安全性和有效性，需要对组织温度分布进行实时监测.磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）具有对温度敏感的成像参数，可以无创检测组织温度.本文结合组织相变对测温的影响，探讨了磁共振测温（Magnetic Resonance Thermometry，MRT）技术能否用于实时监控HIFU治疗.利用两态快速交换模型，提出在组织凝固性坏死的相变前后，MRI的纵向弛豫时间（T₁）参数与组织温度之间具有不同关系.并通过实验验证了上述假设.相对于传统的磁共振测温方法模型，本文考虑了HIFU治疗过程中组织相变对检测温度的影响，对利用磁共振测温引导HIFU治疗具有重要的参考价值.

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基于AI+MRI的影像诊断的样本增广与批量标注方法

汪红志, 赵地, 杨丽琴, 夏天, 周皛月, 苗志英

波谱学杂志, 2018, 35(4): 447-456. doi: 10.11938/cjmr20182658

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训练样本是所有领域人工智能（AI）研发的关键因素.目前，基于人工智能+磁共振成像（AI+MRI）的影像诊断存在着训练样本的有效标注数量和类型无法满足研发需求的瓶颈问题.本文利用临床MRI设备对志愿者或阳性病例进行正常或重点病灶区的定量扫描，获取高分辨率各向同性的纵向弛豫时间（T₁）、横向弛豫时间（T₂）、质子密度（Pd）和表观扩散系数（ADC）等物理信息的多维数据矩阵，作为原始数据.开发虚拟MRI技术平台，对原始数据（相当于数字人体样本）进行虚拟扫描，实现不同序列不同参数下的多种类磁共振图像输出.选择感兴趣组织具有最好边界区分度的图像种类，经有经验的影像医生对其进行手动勾画并轨迹跟踪形成三维MASK标注矩阵，作为其他种类图像的图像勾画标注模板，从而实现低成本、高效率的MRI样本增广和批量标注.该平台以临床少量阳性病例作为输入，进行样本增广和标注，极大地减少AI对实际扫描样本的要求，降低了影像医生的精力和时间投入，极大地节省了成本，并输出了数量足够的磁共振图像，为基于AI+MRI的影像诊断研发提供低成本的训练数据解决方案.

研究论文

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基于图像集拓扑中心的群体配准方法

王远军, 刘玉

波谱学杂志, 2018, 35(4): 457-464. doi: 10.11938/cjmr20182667

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传统的图像配准通常指定一幅参考图像在配准过程中保持不变，将另一幅图像变换到参考图像空间，使得两幅图像在空间上互相匹配，从而可以精确比较两者之间的差异.针对多幅个体差异较大的图像配准问题，如果指定一幅作为参考，将其他图像配准到参考图像空间，则会引入该幅参考图像的个体形状偏差，从而影响最终的对比结果.为此，本文首先介绍了目前针对该问题的主要解决方法，然后提出了基于图像集拓扑中心的群体配准方法——TopologyCenter.为验证所提出的群体配准方法的性能，通过使用国外公开的数据集，详细比较了本文提出的方法与当前两种主要方法的群体配准结果的差异.实验结果表明，本文提出的方法具有更小的群体配准偏差，群体配准结果更好；同时，在对实验结果的评价中，本文还提出了一种简捷的群体偏差度量指标.

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MRI梯度预加重模块的分时复用设计

黄朝晖, 张志, 陈黎, 陈俊飞, 张震, 陈方, 刘朝阳

波谱学杂志, 2018, 35(4): 465-474. doi: 10.11938/cjmr20182638

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为获得更优的成像质量和更快的成像速度，磁共振成像（MRI）系统的梯度预加重模块需要具有更多的补偿通道和调节参数，常规预加重模块的设计方案使现场可编程门阵列（FPGA）面临巨大的资源消耗.为解决高性能梯度预加重模块的资源消耗大的问题，本文提出了一种基于分时复用技术的梯度预加重实现方案，以常规方案1/44的资源实现了11通道×4组参数的梯度预加重模块.将该模块用于0.35 T MRI系统，测试了补偿前后的涡流曲线和磁共振图像，结果表明该模块有效降低了系统的涡流，减小了磁共振图像中的涡流伪影.

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基于全可编程SoC和LabVIEW的磁共振接收系统设计

刘颖, 宋明辉, 王坤, 章浩伟

波谱学杂志, 2018, 35(4): 475-485. doi: 10.11938/cjmr20182647

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本文提出了基于全可编程片上系统（System-on-a-Chip，SoC）和实验室虚拟仪器工程平台（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，LabVIEW）的磁共振信号接收系统设计.使用集成了ARM（Advanced RISC Machines）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）的全可编程SoC作为接收机的主芯片，利用Xilinx提供的数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）开发工具System Generator设计了数字下变频（Digital Down Converter，DDC）算法，并实现了接收机硬件电路.使用可视化编程平台LabVIEW设计了磁共振上位机软件，完成了磁共振信号的显示、存储和与接收机通信的工作，提高了软件开发效率.实验结果表明，本文设计的接收机能正确接收磁共振回波信号，且具有较高的信噪比.

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双树小波变换与小波树稀疏联合的低场CS-MRI算法

柴青焕, 苏冠群, 聂生东

波谱学杂志, 2018, 35(4): 486-497. doi: 10.11938/cjmr20182645

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压缩感知理论常用在磁共振快速成像上，仅采样少量的K空间数据即可重建出高质量的磁共振图像.压缩感知磁共振成像技术的原理是将磁共振图像重建问题建模成一个包含数据保真项、稀疏先验项和全变分项的线性组合最小化问题，显著减少磁共振扫描时间.稀疏表示是压缩感知理论的一个关键假设，重建结果很大程度上依赖于稀疏变换.本文将双树复小波变换和小波树稀疏联合作为压缩感知磁共振成像中的稀疏变换，提出了基于双树小波变换和小波树稀疏的压缩感知低场磁共振图像重建算法.实验表明，本文所提算法可以在某些磁共振图像客观评价指标中表现出一定的优势.

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低场永磁体磁共振射频场映像

陈海燕, 赵世龙, 李晓南, 刘国强, 胡丽丽, 刘弢

波谱学杂志, 2018, 35(4): 498-504. doi: 10.11938/cjmr20182661

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射频场映像是通过一定算法对磁共振射频线圈的发射场进行重建的方法.高场下的射频场经过生物组织时会发生明显变化，在其基础上可以反演生物组织体内电特性，进而对癌症等疾病进行早期诊断，是对生物组织的磁共振结构成像的有力补充.目前为止，射频场映像和电特性研究都以高场鸟笼线圈为主，对低场下的相控阵研究较少.本文主要研究了低场永磁体磁共振射频场的均匀度.有限元仿真和实验验证了在17.8 MHz激励下，射频场在空载和负载下均匀度均发生较大变化.射频场均匀度在负载下的改变在一定程度上可以反映负载生物组织的电特性，对磁共振电特性实用化研究提供了一定的参考价值.

综述评论

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基于CEST机制的pH成像方法、原理和应用

陶泉, 易佩伟, 魏国境, 冯衍秋

波谱学杂志, 2018, 35(4): 505-519. doi: 10.11938/cjmr20182664

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化学交换饱和转移（Chemical Exchange Saturation Transfer，CEST）技术作为一种新型的磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术.它的原理为溶质池中被激发饱和的质子与游离水中未被饱和的质子间的化学交换，能够引起水质子磁共振信号的下降，从而获得组织内生物分子的相关信息.由于质子间的交换速率k_ex与组织微环境的pH值之间存在直接联系，因而可以通过溶质质子的CEST信号对活体组织进行pH成像.目前用于pH成像的溶质分子既包括内源性游离的蛋白质、多肽分子，还包括一系列的外源性小分子和金属螯合物.通过不同类型的比率法、内源性胺和酰胺浓度-独立检测（Amine and Amide Concentration-independent Detection，AACID）等成像方法，能够获得肾脏、中风脑组织以及肿瘤组织的pH图谱.本文详细总结了2000年以来利用CEST技术进行pH成像方面的研究进展，包括对比剂、成像方法和相关应用，展望了活体组织pH成像的发展趋势和应用前景.

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扩散张量成像的人脑模板构建

蒋帆, 王远军

波谱学杂志, 2018, 35(4): 520-530. doi: 10.11938/cjmr20182662

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扩散张量脑模板包含丰富的大脑白质组织信息，在空间标准化或者脑图谱创建中具有重要价值，然而基于扩散张量模型构建的脑模板精度不高，特别是在脑部复杂的神经元微观结构区域中应用受到限制.针对这一问题，研究者们提出了基于高分辨率扩散成像构建大脑模板的方法.本文对使用扩散张量成像方法进行脑模板构建的研究进展进行了综述，首先介绍了扩散张量脑模板构建的发展进程，阐述了脑模板构建中解决的技术问题及同时存在的局限性；接着详细论述了基于扩散频谱成像及高角度分辨率扩散成像构建脑模板的不同方法间的差异，并总结了这些研究方法取得的重要进展；最后通过分析目前研究进展提出该研究问题中存在的不足以及未来的发展趋势.