動物肺部超極化 129Xe磁共振快速采樣序列的研究.pdf

1、肺是人體呼吸系統(tǒng)中的重要器官。隨著空氣污染的日益嚴(yán)重，肺部疾病的形勢越來越嚴(yán)峻。中國衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)顯示，肺癌已經(jīng)成為我國死亡率最高的惡性腫瘤。肺功能檢查、胸透、CT是當(dāng)前臨床常規(guī)的肺部疾病診斷方法。然而，肺功能檢查不能對肺部進(jìn)行可視化，胸透和CT具有放射性危害。磁共振成像是一種無侵入性、無放射性的影像方法。但是，由于肺部屬于空腔結(jié)構(gòu)，其質(zhì)子密度低，因此，常規(guī)質(zhì)子磁共振成像獲得的肺部結(jié)構(gòu)與功能信息非常有限。通過自旋交換光泵技術(shù)，惰性氣體

2、129Xe的核自旋極化度能相對熱平衡狀態(tài)得到上萬倍的提高，使得肺部的氣體磁共振成像成為可能。
　　然而，超極化129Xe的核自旋極化度自建立之刻起便處于衰減之中。在肺部，由于順磁性氧氣分子的作用，該衰減變得更加迅速。因此，如何優(yōu)化磁共振脈沖序列，實(shí)現(xiàn)129Xe核自旋極化度的高效利用，是至關(guān)重要的。本文的目的是發(fā)展快速采樣的超極化129Xe磁共振序列，從而高效的利用超極化129Xe核自旋極化度，并對肺部的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行研究，具體工作

3、如下：
　?。?）建立了超極化129Xe動物肺部磁共振成像的硬件系統(tǒng)。其中包括：基于自旋交換光泵的基本原理，制作測試了129Xe氣體的超極化裝置，獲得了可用極化度為6.7％的超極化129Xe氣體，能滿足動物肺部實(shí)驗(yàn)的基本需求；制作了129Xe氣體的輸送裝置，可以將氧氣和129Xe氣體按實(shí)驗(yàn)需求定量的輸送到活體動物肺部；設(shè)計(jì)制作了7 T場強(qiáng)下的大小鼠肺部129Xe磁共振射頻線圈，測試結(jié)果表明射頻線圈的品質(zhì)因數(shù)及反射系數(shù)可以滿足實(shí)驗(yàn)的

4、基本需求。
　?。?）提出了一種快速測量129Xe弛豫時(shí)間、并同步校準(zhǔn)射頻脈沖翻轉(zhuǎn)角的方案。針對129Xe縱向弛豫時(shí)間的常規(guī)測量方法、129Xe射頻脈沖翻轉(zhuǎn)角的常規(guī)校準(zhǔn)方法效率低下、容易互相干擾的問題，設(shè)計(jì)測試了基于小角度漸增激發(fā)序列的快速測量方案，在單次屏氣、3.8秒內(nèi)同步實(shí)現(xiàn)了射頻脈沖翻轉(zhuǎn)角的校準(zhǔn)和T1的測定，與常規(guī)的多次呼吸序列相比，其效率提高了近22倍。仿真實(shí)驗(yàn)和活體實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證了該方案的有效性和可重復(fù)性。
　?。?）

5、研究了射頻脈沖激發(fā)機(jī)制在優(yōu)化肺部通氣結(jié)構(gòu)成像中的應(yīng)用。在常規(guī)的射頻脈沖激發(fā)機(jī)制中，定角激發(fā)機(jī)制能獲得較高信噪比的圖像，但犧牲了部分圖像空間信息的準(zhǔn)確性；變角激發(fā)機(jī)制能獲得較高的準(zhǔn)確性，但圖像信噪比較低。針對定角、變角激發(fā)機(jī)制的不足，本文介紹了一種定-變角聯(lián)合激發(fā)機(jī)制，使得重建的肺部通氣結(jié)構(gòu)圖像在具有高信噪比的同時(shí)，圖像的準(zhǔn)確性也得到了提高。測試了定-變角聯(lián)合激發(fā)機(jī)制在氣球樣品及活體肺部實(shí)驗(yàn)中的成像效果，證實(shí)了該方案的可行性。
　　

6、（4）設(shè)計(jì)測試了定量評估肺部微結(jié)構(gòu)與功能的快速采樣序列——擴(kuò)散加權(quán)化學(xué)位移飽和恢復(fù)（DWCSSR）序列。擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）是評估肺部氣道微結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)序列，化學(xué)位移飽和恢復(fù)（CSSR）是評估氣血交換間隔微結(jié)構(gòu)以及氣血交換功能的重要序列。由于129Xe極化度的不可恢復(fù)性，目前難以在單次屏氣內(nèi)同時(shí)獲得高信噪比的DWI及CSSR數(shù)據(jù)。本文設(shè)計(jì)了新型的DWCSSR序列，實(shí)現(xiàn)了 DWI和 CSSR的高效結(jié)合，在單次屏氣內(nèi)同時(shí)獲得了高信噪比的 D