基于穩(wěn)態(tài)前機(jī)械橫波成像模式的磁共振彈性圖術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)磁共振成像技術(shù)對(duì)組織成像有三個(gè)參數(shù),即T1,T2,質(zhì)子密度(proton density,PD).1995年Mayo Clinic的Dr.Muthupillai在Science上發(fā)表文章,提出磁共振彈性圖術(shù)(magnetic resonance elastography,MRE),給MRI成像提供另外一個(gè)參數(shù),即組織的生物力學(xué)性質(zhì)--彈性模量.Mayo Clinic和其它MRE研究小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明MRE在諸如軟組織病灶檢測(cè)等方

2、面具有很好的應(yīng)用前景.MRE的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是,首先在組織表面施加動(dòng)態(tài)周期剪切外力,由此引起組織內(nèi)部機(jī)械橫波的傳播；然后利用MRI技術(shù)進(jìn)行成像,獲得外力作用下的機(jī)械橫波圖像,對(duì)此進(jìn)行計(jì)算,從而獲得組織的彈性模量. 目前MRE中的橫波成像存在兩種模式,分別為穩(wěn)態(tài)橫波成像模式和瞬態(tài)橫波成像模式.本文詳細(xì)分析了這兩種橫波成像模式,指出穩(wěn)態(tài)橫波成像模式的不足之處是當(dāng)機(jī)械橫波到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí),在組織邊界處會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象,干擾入射波,給彈性重建算法造

3、成困難.瞬態(tài)橫波成像模式不足之處是由于只有一個(gè)周期的外力施加,橫波隨著傳播距離的增加很容易被衰減,且由于是非受迫振動(dòng),在組織中傳播會(huì)出現(xiàn)非單一頻率成份的橫波,造成彈性計(jì)算誤差.針對(duì)這兩種成像模式的不足,本文完成了以下研究: 1)首次提出穩(wěn)態(tài)前橫波成像模式.在穩(wěn)態(tài)前橫波成像模式下,橫波一直處于穩(wěn)態(tài)前的狀態(tài),且可以通過(guò)控制機(jī)械振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)敏感梯度的周期個(gè)數(shù),來(lái)控制橫波傳播的距離,使得在橫波到達(dá)組織邊界之前完成成像,進(jìn)而避免穩(wěn)態(tài)成像模式

4、下的橫波反射問(wèn)題；另外,在穩(wěn)態(tài)前橫波成像模式下,組織在周期外力作用下受迫振動(dòng),且可為多個(gè)周期,可克服瞬態(tài)橫波成像模式的不足之處.2)首次在理論上推導(dǎo)了穩(wěn)態(tài)前橫波成像模式下的MRI相位累積公式.在此模式下得到的橫波圖像,其波向量和穩(wěn)態(tài)橫波成像模式下得到的波向量保持一致.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)前橫波MRI成像序列,此序列用于對(duì)穩(wěn)態(tài)前的橫波進(jìn)行MRI成像.序列中的運(yùn)動(dòng)敏感梯度和機(jī)械振動(dòng)同時(shí)施加,保持同步,并且可以通過(guò)控制運(yùn)動(dòng)敏感梯度的周期個(gè)數(shù)來(lái)保證在

5、橫波反射之前完成橫波成像. 3) 設(shè)計(jì)和制造由壓電陶瓷作為動(dòng)力的機(jī)械振動(dòng)器原型.此振動(dòng)器原型和MRI掃描儀器保持電磁兼容,不會(huì)在MRI成像過(guò)程中引入偽影.將該振動(dòng)器原型和MRI掃描儀集成,構(gòu)建了MRE的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和軟件平臺(tái).這是國(guó)內(nèi)首次報(bào)道的磁共振彈性圖術(shù)研究平臺(tái).4) 對(duì)瓊脂糖凝膠仿體進(jìn)行MRE成像實(shí)驗(yàn),討論運(yùn)動(dòng)敏感梯度周期個(gè)數(shù)、瓊脂糖含量和機(jī)械振動(dòng)頻率對(duì)橫波圖像的影響,以及橫波在凝膠仿體中的折射和反射現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)表明穩(wěn)態(tài)前橫波成