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摘要磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）作为医学影像学的核心技术之一，无电离辐射、无创伤且对比度丰富，已成为医学临床诊断以及疗效评估的重要工具。磁共振参数定量成像是一种量化组织某些特定生理参数的技术，与常规磁共振成像相比，该技术可提供形态学评估外的大量组织特定信息，是近年来新兴的疾病诊断与评估的影像学重要方法。根据定量技术的不同，在对组织进行定量测量时，通常先采集具有不同定量控制参数（如翻转角，回波时间，反转时间等）的多个数据集，从中重建参数加权图像，最后通过合适的参数模型从图像中拟合出参数图。但是，多个数据集的采集会使得成像时间成倍增长，导致运动伪影的增加、射频功率沉积高以及患者的不适，扫描期间对运动敏感以及扫描期间移位会使得定量困难，极大地降低了该方法的临床应用价值。因此，加快成像速度、提高成像效率，实现临床可用的磁共振参数定量成像方法具有重要的理论研究和临床应用价值。<br>　　为了缩短扫描时间，目前的技术主要围绕以下三个方向进行开展的:1、减少控制参数的数量，这种方法由于采集的参数加权图像数量的减少导致拟合误差增大，从而降低了定量的精度;2、采用快速成像序列，但由于受硬件的限制，扫描速度并不会显著提高。3、采用快速成像技术，目前商用的快速成像技术主要是并行成像技术，但是这种方法由于受并行成像阵列线圈的限制，加速倍数越高，其成像后获得的图像的信噪比就会越低，因此采用这种方法的扫描速度通常仅能提高2-3倍。近年来，基于稀疏采样理论的压缩感知技术(Compressed Sensing，CS)在磁共振快速参数成像上得到了广泛的关注和应用，在提高扫描效率的同时保证了参数加权图像和参数值的重建准确度。<br>　　本论文以压缩感知理论为基础，针对近年来新兴的磁共振旋转坐标系下的自旋晶格弛豫参数成像(T1ρ)应用，通过利用信号弛豫这一物理特性，进一步挖掘参数加权图像序列中的冗余信息，克服T1ρ参数定量成像扫描时间过长的瓶颈问题，从而实现临床可用的快速磁共振T1ρ参数定量成像。本论文的主要研究内容有:<br>　　1.提出了信号补偿成像策略。利用T1ρ参数加权图像信号在参数方向（自旋锁定时间，Spin Lock Time，TSL）呈指数形式衰减的物理特性，基于T1ρ参数弛豫模型提出了一种信号补偿的方法来增强数据在TSL方向的低秩性，并构建了基于信号补偿的低秩与稀疏矩阵分解重建模型(SCOPE)，从高度欠采样的数据中重建出高质量的T1ρ参数加权图像，并进一步获得准确的T1ρ参数图。该算法可实现高达5倍欠采样加速倍数的T1ρ参数成像，重建的T1ρ加权图像及T1ρ参数图相比传统的CS方法有显著的提升。针对传统二维T1ρ定量成像技术在每个T1ρ准备脉冲后只能采集一层图像的缺陷，开发了能大范围覆盖的二维多层T1ρ定量成像序列，为了进一步提高成像速度，论文结合了压缩感知以及并行成像技术，设计了新的数据欠采样方案，并基于所提出的SCOPE方法以及并行成像重建方法VCC-GRAPPA，开发了相应的快速成像序列和成像方法MS-T1ρ，二维脑部实验表明，所开发的成像序列和方法成功实现了4分钟内全脑覆盖的亚毫米级成像，图像分辨率高达0.8mm2，扫描层数20层。<br>　　2.提出了基于信号补偿的双指数T1ρ快速成像方法。在对T1ρ加权图像进行定量分析时，通常采用单指数模型，由于单指数模型是一个单成分模型，在这个模型中，弛豫率是由质子之间偶极相互作用的波动的局部磁场所决定的。但是对于存在着不同的质子组成部分且这些组成部分相互作用的一些复杂的组织，用单成分模型来描述是不准确的，用双成分模型更有助于描述不同的质子组成部分之间的相互作用。本论文采用双指数模型来描述信号演变，并针对双指数T1ρ成像扫描时间较单指数成像更长的问题，基于压缩感知理论设计了欠采样模板，同时改进了上述所提的信号补偿成像方法，加入了细节优化模块，提高了重建图像的细节信息刻画能力。实验结果表明，本论文成功实现了6.1倍欠采样扫描，将双指数T1ρ成像时间由全采数据的26分40秒缩短至7分28秒，大大提高了扫描效率，同时，所提的双指数T1ρ快速成像方法较其他CS方法能获得更为准确的重建图像和T1ρ参数图。<br>　　3.将二维磁共振T1ρ参数定量成像扩展至三维磁共振T1ρ参数定量成像，在张量分解的基础上利用T1ρ参数弛豫的特性、T1ρ加权图像相似性的特点，构造了基于信号补偿的高维张量，通过挖掘待重建图像在高维空间的更多的先验知识和冗余信息，提高重建精度。论文对采集的三维膝关节数据进行了欠采样，加速倍数高达9.7，随后利用所提的快速成像方法对欠采样数据进行了重建，大大缩短了三维T1ρ参数定量成像的成像时间。实验结果表明，本论文提出的方法相较于其它压缩感知磁共振重建方法，能有效降低重建误差，抑制由于数据欠采样造成的伪影，提高了重建图像质量，并进一步提高了T1ρ参数图的准确度。<br>　　4.在国产磁共振系统上开发了磁共振T1ρ成像序列，并交付给国产磁共振厂商，促进了该技术在国产磁共振系统上的技术转化。作者基于联影磁共振序列开发平台，开发了可用于T1ρ成像的三维快速自旋回波序列，同时针对传统二维T1ρ定量成像技术在每个T1ρ准备脉冲后只能采集一层图像的缺陷，开发了能大范围覆盖的二维多层T1ρ定量成像序列。