核磁共振電阻抗與電性質斷層成像中的若干反問題研究

《核磁共振電阻抗與電性質斷層成像中的若干反問題研究》是依託山東師範大學，由宋義壯擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：核磁共振電阻抗與電性質斷層成像中的若干反問題研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宋義壯
• 依託單位：山東師範大學

項目摘要

核磁共振電阻抗和電性質斷層成像旨在通過重構人體內部電導率和電容率實現無損探測癌變，深入細緻地研究其中的反問題對幫助人類攻克癌症具有重要的理論價值和廣泛的套用前景。近年來，在核磁共振電阻抗與電性質斷層成像取得巨大進展的同時，臨床套用仍存在三個方面的困難：核磁共振電阻抗斷層成像中，核磁共振儀自身相位編碼時間過長的弱點導致所重構的電導率圖像時間解析度低；核磁共振電阻抗斷層成像的研究大都假設電導率是各向同性的,各向異性電導率的重構尚未有成功的算法；核磁共振電性質斷層成像的全局唯一性尚未解決，數學理論尚不完善。本項目旨在通過對頻率空間欠採樣來加快數據獲取速度，並利用小體積展開法重構電導率變化率以生成電導率實時圖像；利用等價各向同性電導率的概念，通過求解一積分方程組來重構各向異性電導率；研究核磁共振電性質斷層成像中所涉及的一階復偏微分方程解的存在唯一性，進而解決核磁共振電性質斷層成像的全局唯一性問題。

結題摘要

發現早期惡性腫瘤一直是科技人員進行攻關的重要課題之一。目前對惡性腫瘤進行非侵入式篩查的主要手段有兩類。一類利用傳統的腫瘤標誌物進行血檢，該方法的缺點是檢出率低；另一類是利用如超音波成像、計算機斷層掃描、磁共振等醫學影像設備進行定性檢查，但是該方法檢查結果的判斷過度依賴閱片師的經驗判斷，不同閱片師對同一影像結果的判斷可能大相逕庭。另外，患者一旦察覺身體健康狀況的問題，腫瘤細胞往往已經存在了較長時間，這或將導致患者錯過癌症早期這一最佳治療期。本項目結合了上述兩種篩查手段的優點，選擇以電導率和電容率為腫瘤標誌物，並通過電阻抗成像儀和磁共振儀這兩種醫學影像設備對電導率和電容率進行定量刻畫。為了實現對電導率和電容率的定量刻畫並將該方法套用於臨床檢出惡性腫瘤，我們需要克服傳統電阻抗斷層成像空間解析度低、磁共振成像時間解析度低的缺點。本項目的主要目標是設計低頻下磁共振電阻抗斷層成像和拉莫頻率磁共振電性質斷層成像的算法，並對該算法的收斂性、有效性進行評估。針對磁共振電阻抗斷層成像時間解析度低的問題,我們通過對頻率空間進行欠採樣提出了快速磁共振電阻抗斷層成像算法，使得傳統算法的時間解析度得到較大幅度提高；我們提出了各向異性磁共振電阻抗斷層成像的算法，使得重建結果能更好的反應細胞的癌變情況；針對我們之前的磁共振電性質斷層成像空間解析度仍不能滿足臨床需求的問題，提出了磁共振電性質斷層成像的疊代算法，提高了我們之前算法的空間解析度。此外，針對傳統電阻抗斷層成像空間解析度低的問題，利用深度學習技術訓練一個非線性函式，使得電阻抗斷層成像的成像效果得到較大幅度改進。這使得攜帶型電阻抗成像設備進入家庭成為可能。通過本項目的研究使得高解析度電導率和電容率重建在數值仿真和影像模型實驗中得以實現，隨著後續研究課題的開展，相信項目成果將會套用於臨床早期惡性腫瘤探測，為人類攻克癌症這一世界醫學難題貢獻力量。