定量磁化率成像及其在腦白質纖維重建中的套用

《定量磁化率成像及其在腦白質纖維重建中的套用》是依託廈門大學，由包立君擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：定量磁化率成像及其在腦白質纖維重建中的套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：包立君
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

磁敏感性反映了物質在外加磁場作用下的磁化程度，是物質的固有屬性，可以用磁化率來度量。大腦磁共振成像中，髓鞘中分子的各向異性排列導致腦白質磁化率的各向異性，而最小反磁性方向表征纖維走行的主要方向。定量磁化率成像(QSM)通過求解關於感應磁場分布的病態逆問題，由測得的相點陣圖像導出潛在的組織體磁化率的定量圖，使得對組織的磁化率進行定量分析成為可能。本項目旨在套用醫學圖像處理和分析方法，研究QSM的幾個關鍵性問題：相點陣圖像的解纏繞，不均勻背景場的抑制，定量磁化率圖的重建。在此基礎上，借鑑擴散張量成像(DTI)的研究思路，探索磁化率張量成像(STI)及其腦白質纖維束示蹤套用。將DTI中提取出的纖維方向信息與磁化率各向異性相結合，發揮DTI高角度解析度和STI高空間解析度的優勢，實現更好的腦白質纖維成像。使之成為活體組織纖維束非入侵式檢測的新方法，為神經纖維成像研究提供新的對比機制。

結題摘要

磁敏感性反映了物質在外加磁場作用下的磁化程度，是物質的固有屬性，可以用磁化率來度量。大腦磁共振成像中，髓鞘中分子的各向異性排列導致腦白質磁化率的各向異性，而最小反磁性方向表征纖維走行的主要方向。定量磁化率成像(QSM)通過求解關於感應磁場分布的病態逆問題，由測得的相點陣圖像導出潛在的組織體磁化率的定量圖，使得對組織的磁化率進行定量分析成為可能。本項目套用醫學圖像處理和分析方法，研究了QSM 的幾個關鍵性問題：不均勻背景場的抑制，定量磁化率圖的重建，磁化率的各向異性以及QSM技術在兒童自閉症診斷中的套用。提出一種基於區域自適應高斯核函式的背景場去除(REAK)方法，採用水平集下的能量泛函值檢測場不均勻性並設計尺度可調的卷積核函式，實現準確估計局部場的同時有效保護空氣—組織交界區的結構完整性，例如顱底的含氣鼻竇部位。針對幅值圖像構造先驗約束的不足，提出一種基於結構特徵的定量磁化率圖聯合重建（SFCR）方法，這種方法包含基於幅值圖像結構特徵先驗的初始重建模型和基於磁化率圖結構特徵的聯合重建模型兩部分。該方法從初始重建磁化率分布圖中提取更為準確的結構先驗信息來進行最終磁化率分布重建，可以有效減少由幅值先驗引入的錯誤結構信息。人體臨床檢查中使用的最高磁場強度是3T成像儀，而7T磁化率成像數據具有更好的對比度和信噪比。通過比較在不同磁場強度下磁化率圖及其多方向的各向異性，證明兩者分析數據趨勢一致。通過重建大腦磁化率分布圖，選取具有神經生物學意義的感興趣區域紅核、黑質、尾狀核、殼、蒼白球，利用統計學方法研究自閉症組兒童和正常組兒童大腦左右各核團之間的磁化率值差異。研究結果表明在所選取的樣本容量內，正常兒童和自閉症兒童的紅核、尾狀核以及左側蒼白球的磁化率值有顯著差異，深入研究有待進一步開展。