（无线电物理专业论文）核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究.pdf

ea s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y t h e a p p l i c a t i o ns t u d y o nd e t e c t i o nl i v e r f i b r o s i su s i n gn u c l e a rr e s o n a n c ei m a g i n g e l a s t o g r a p h yt e c h n o l o g y ， d e p a r t m e n t ： s p e c i a l i z a t i o n ： 0 r i e n t a t i o n ： s u p e r v i s o r ： s t u d e n t ： d e p a r t m e n to fp h y s i c s r a d i op h y s i c s n m r t e c h n i q u e p r o f e s s o rl ig e n g y i n g w a n gh o n g z h i a p r i l1 ，2 0 1 1 人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期：如f 年6 月2 - 日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 核磁共振弹性成像技术研究与实现系本人在华东师范大学攻读学位期 间在导师指导下完成的硕士博形( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华 v 东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文， 并向主管部i 7 l a 相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷 版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同 意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学 位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 ，经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文 于 月日解密，解密后适用上述授权。 不保密，适用上述授权。 导师签名 本人签名泓竺生 t 厂年6 月己日 j-f i 趔：竺博士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 碳昭岛菽按鹳 复显人苦 主席 兹少教凄鹏0 1 中城 力j ( 磁轰，群衍欠惩p 艺 游匆文粥耸存、瞻瓢苫 采苏皴辨华东、咋状芬 ，“r 博士论文：核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究 摘要 核磁共振技术正在飞速发展成为医学和生物学等领域不可或缺的重要工具， m r i 已经成为当今最普遍的临床医学诊断和功能成像工具之一。所有医学影像技 术的本质是通过影像灰度或颜色的差别来反映不同组织或正常组织和病变组织 之间的某种物理参数的差别，从而达到疾病诊断目的。目前能够已经实现临床应 用的核磁共振所反映的物理参数主要有反映组织宏观参数的纵向弛豫时间( t ，) 、 横向弛豫时间( t 2 ) 、质子密度等，以及能反映组织功能的灌注系数、扩散系数、 血氧水平系数以及分子化学位移等。而用核磁共振技术检测组织弹性是近年来才 提出来的一种新的成像检测手段。 由于弹性具有组织间差异大，从1 - 1 0 8 k p a 不等，分辨率高，临床应用潜力 巨大。采用影像技术检测弹性，既无创还可实现弹性的二维或三维分布，因此受 到临床医生的极大青睐与期待。近年来国外有多家研究结构都在进行相关研究， 但目前还未形成成熟的临床应用。本文针对弹性核磁共振成像技术的理论与技术 进行了全面的研究，开发了核磁共振弹性图研究平台，并以肝纤维化( 硬度) 检 测为目标，进行了相关实验效果的检验。 论文的主要内容如下： 1 核磁共振弹性成像理论研究 首先介绍了核磁共振弹性成像技术的基本原理，相位图像的基本概念以及周 期位移的相位检测原理。提出了进行弹性核磁共振研究的基本流程和主要研究内 容，并简要说明了弹性核磁共振成像研究中涉及到的科学与关键技术问题。 2 剪切波激励装置的开发 剪切波是弹性核磁共振研究中的激励源，是技术关键之一。根据不同研究项 目，需要开发频率、初相及幅值可调，与核磁共振成像系统兼容性好，又能接 受序列门控的剪切波发生与激励装置。本文采用基于m e g a l 6 的a v r 单片机实现 正弦激励源的产生，经音频功放后通过电磁激励装置产生横波驱动，并采用碳纤 维棒和推片实现剪切波的传播，并馈入受检组织。 博：l 论文：核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究 3 位移相位成像序列的设计与开发 对质点周期位移进行相位检测是弹性核磁共振成像技术中的关键点之一。一 般采用基本成像序列配合施加运动敏感梯度( m s g ) 来实现。但针对运动器官的弹 性检测，需要具有速度快，消除背景相位噪声的功能。本文采用基本的f l a s h + m s g 序列来做为弹性成像序列，并采用了每两个t r 周期内，分别一次正、负 m s g 来实现背景相位的消除。对于肝脏运动的抑制，采用扫描过程屏气来完成。 4 组织生物力学模型的分析 生物体组织生物力学模型分析的作用是将建立一个剪切波在组织内部的传 播速度( 或波长、频率) 与组织弹性系数之间的物理模型。对于一个复杂的生物 体内部组织而言，建立这样的模型无疑非常困难。本文从基础的弹性力学理论出 发，针对各向同性、小形变、不受外力，并忽略黏性的影响下，得出了剪切波 在组织中的传播波长，剪切波频率与组织弹性系数之间的关系。为后续计算弹性 奠定基础。 5 弹性拟合算法的研究与实现 弹性成像序列将剪切波在组织内的传播形成的质点周期位移，检测形成相位 图像。根据生物弹性力学模型建模的结果，采用相关拟合算法将相位图转换成弹 性图。本文研究了局域频率估算( l f e ) 弹性图拟合的算法原理，采用双带宽高 斯滤波器来实现，并应用m a t l a b 进行了仿真。 6 实验效果 应用前述的研究内容，分别在临床1 5 t 和3 0 t 核磁共振成像系统上搭建了 弹性核磁共振成像研究平台，并进行了琼脂糖体模实验，离体猪肝实验和志愿者 在体肝脏实验，对实验结果以及实验细节进行了分析和讨论。为后期进行肝纤维 化患者实验和纤维化分级奠定基础。 关键词：核磁共振弹性成像；弹性系数；剪切波；相位位移成像序列；运动 敏感梯度；局域频率估算；核磁共振成像仪；离体肝脏；在体肝脏； 博士论文：核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究 a bs t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fn u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e0 z m r ) t e c h n o l o g y , a s o n eo ft h em o s tc o m m o nc l i n i c a ld i a g n o s t i ca n df u n c t i o n a li m a g i n gt o o l s ，m r ii sn o w a ni n d i s p e n s a b l et o o li nm e d i c a la n db i o l o g yf i e l d t h ee s s e n c eo fm e d i c a li m a g i n gt e c h n o l o g i e si st h a ti tc a nd i s t i n g u i s hs o m e p h y s i c a lp a r a m e t e r sd i f f e r e n c e sb e t w e e nn o r m a lt i s s u ea n dd i s e a s e dt i s s u eb yi m a g e g r e yl e v e l so rc o l o r sf o rd i a g n o s i s a tt h e p r e s e n tt i m e ，p h y s i c a lp a r a m e t e r s f o ru s ei nm r ii n c l u d e m a c r o p a r a m e t e r s s u c ha st1 ，t 2 ，p r o t o nd e n s i t y ，a n dp a r a m e t e r sw h i c hr e f l e c t f u n c t i o no ft i s s u e ，s u c ha s p e r f u s i o nm o d u l u s ，d i f f u s i o nm o d u l u s ，b l o o do x y g e n l e v e ld e p e n d e n tm o d u l u s ，c h e m i c a ls h i f ta n ds oo n y e tm a g n e t i cr e s o n a n c ee l a s t i c i m a g i n gi san e wd e t e c t i o nm e a n sd e v e l o p e d i nr e c e n ty e a r s t i s s u ee l a s t i ci sb i gd i f f e r e n t i a l ，w h i c hr a n g e sf r o m1t o10 8 k p a m a g n e t i c r e s o n a n c ee l a s t o g r a p h y ( m r e ) h a sb e e ng r a d u a l l yc o n c e r n e db yc l i n i c a ld o c t o r s b e c a u s ea sah u g ep o t e n t i a ln o n i n v a s i v em a n n e ri tc a ng i v eh i g hr e s o l u t i o ni m a g ea n d t w o - d i m e n s i o n a lo rt h r e e - d i m e n s i o n a le l a s t i c i t yd i s t r i b u t i o n b u ti th a sn o tb e e n a p p l i e dt oc l i n i c a lu s a g e t h ed i s s e r t a t i o nh a sac o m p r e h e n s i v es t u d yo nt h et h e o r y a n dt e c h n o l o g yo ft h ee l a s t i cm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n gt e c h n o l o g y , o f f e r sa p l a t f o r mf o rm r er e s e a r c h ，t h o u g h tl i v e rf i b r o s i s ( h a r d n e s s ) m e a s u r i n gi sa no b j e c t i v e ， a n de v a l u a t e st h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t t h ed i s s e r t a t i o nh a sd o n et h ef o l l o w i n gr e s e a r c hw o r k ： 1 、s t u d yo ft h em a g n e t i cr e s o n a n c ee l a s t o g r a p h yt h e r o y f i r s t l yt h ed i s s e r t a t i o ne x p l a i n st h eb a s i cp r i n c i p l e so fm r e ，p h a s ei m a g ea n dt h e t h e o r yo fp h a s ed e t e c t i o nt op e r i o d i cd i s p l a c e m e n t s a n dt h e ni nt h ed i s s e r t a t i o nt h e b a s i cp r o c e s sa n dt h em a i nc o n t e n ta r ep r o p o s e d ，k e yt e c h n i c a li s s u e so fm r ea r e b r i e f l yd e s c r i p t e d 博士论文：核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究 2 、d e v e l o p m e n to ft h es h e a rw a v ed e v e l o p i n gs t i m u l a t o r t h es h e a rw a v ei st h ee x c i t a t i o ns o u r c eo fm r er e s e a r c h a c c o r d i n gt ot h e d i f f e r e n tr e s e a r c hp r o je c t ，s h e a r - w a v eg e n e r a t o ra n dd e v e l o p i n gs t i m u l a t o ra c c e p t i n g g a t e ds e q u e n c e a r en e e d e dw h i c hh a sa d j u s t a b l e f r e q u e n c y , i n i t i a lp h a s ea n d a m p l i t u d ea n dc a nc o m p a t i b l ew i t hm r is y s t e m b a s e do nt h ea v r m i c r o c o n t r o l l e r m e g a l6 ，t h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e sd e s i g no fs i n u s o i d a ld e v e l o p i n gs t i m u l a t o r , s h e a r - w a v ed r i v e nf r o me l e c t r o m a g n e t i ci n c e n t i v e sd e v i c ea f t e ra u d i oa m p l i f i e r , a n d r e a l i z a t i o no fp r o p a g a t i o no fs h e a r - w a v ea n df e e d b a c ko nt h ee x a m i n e dt i s s u e 3 、t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to fd i s p l a c e m e n tp h a s ei m a g i n gs e q u e n c e p h a s ed e t e c t i o nt op e r i o d i cd i s p l a c e m e n to ft h ep a r t i c l ei so n eo ft h ek e yp o i n t s i nt h em r et e c h n i q u e i ng e n e r a l ，i tw a sa c h i e v e db yt h eb a s i ci m a g i n gs e q u e n c e c o o r d i n a t ew i t hm o t i o n - s e n s i t i v eg r a d i e n t ( m s g ) h o w e v e la sw en e e dh i g hs p e e d ， n o i s ee l i m i n a t i o no fb a c k g r o u n dp h a s ef o rt h ee l a s t i cd e t e c t i o no fl o c o m o t o r i u m ，t h i s d i s s e r t a t i o nu s e sb a s i cf l a s hc o m b i n e sm s g s e q u e n c ea se l a s t i ci m a g i n gs e q u e n c e s i ta c h i e v e st h ee l i m i n a t i o no fb a c k g r o u n dp h a s et h r o u g ho n c eap o s i t i v ea n da n e g a t i v ep h a s eo fm s gr e s p e c t i v e l yi ne v e r yt w ot rc y c l e s b u tf o rt h ei n h i b i t i o no f l i v e rm o v e m e n t ，b r e a t h - h o l di ns c a n n i n gp r o c e s si su s e di nt h i ss t u d y 4 、t i s s u eb i o m e c h a n i c a lm o d e la n a l y s i s a n a l y s i s o ft i s s u eb i o m e c h a n i c a lm o d e li nt h eo r g a n i s m se s t a b l i s h e s t h e f o u n d a t i o nf o rb u i l d i n gt h em o d e lb e t w e e ns h e a rw a v e sp r o p a g a t i o nv e l o c i t y ( o r w a v e l e n g t h ，f r e q u e n c y ) a n dt i s s u ee l a s t i cm o d u l u sw i t h i nt h eo r g a n i z a t i o n f o ra c o m p l e xo r g a n i s m ，t h ee s t a b l i s h m e n to fs u c ham o d e lw i t h i nt h eo r g a n i z a t i o ni sv e r y d i f f i c u l t c o n c e r n i n gt h ei s o t r o p i ca n ds m a l ls t r a i n ，w h e nf r e ef r o me x t e r n a lf o r c e s ， a n di g n o r et h ei n f l u e n c eo fv i s c o s i t y ，t h i sd i s s e r t a t i o nf r o mt h eb a s i ce l a s t i c i t yt h e o r y g e t st h er e l a t i o n s h i po fs h e a rw a v e sp r o p a g a t i o nw a v e l e n g t h ，f r e q u e n c ya n dt i s s u e e l a s t i cm o d u l u s ，w h i c hs e t su pt h ef o u n d a t i o nf o rc a l c u l a t i n gt h ee l a s t i c i t y 5 、s t u d ya n da c h i e v e m e n to ne l a s t o g r a p h yf i ta l g o r i t h m t h ee l a s t i c i t yi m a g i n gs e q u e n c ed e t e c t sp e r i o d i cd i s p l a c e m e n to ft h ep a r t i c l e i v 博士论文：核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究 f o r m e dt h r o u g ht h et r a n s m i s s i o no ft h es h e a r - w a v ei nt h et i s s u et op r o d u c et h ep h a s e i m a g e a st h er e s u l to fb i o l o g i c a le l a s t i c i t ym e c h a n i c sm o d e l i n g ，t h ed i s s e r t a t i o n t r a n s f o r m st h ep h a s ei m a g ei n t ot h ee l a s t o g r a p h yb yu s eo ft h er e l e v a n c ef i t a l g o r i t h m b e s i d e s ，i ts h o w st h ep r i n c i p l eo fl o c a lf r e q u e n c ye s t i m a t i o n ( l f e ) a l g o r i t h m ，a n df i n a l l yd i p l o t e n ew i d eg a u s s i a nf i l t e rw a sa d o p t e da n dt l i ea l g o r i t h m h a sb e e nf u l f i l l e db ym a t l a b 6 、e x p e r i m e n tr e s u l t s b a s e do nt h ef o r e g o i n gs t u d y , t h ed i s s e r t a t i o no f f e r sam r er e s e a r c hp l a t f o r m b a s e do nt h e1 5 ta n d3 0 tc l i n i c a lm r is y s t e m a f t e rs o m ee x p e r i m e n t sl i k ea st h e a g a r o s eb o d yp a r e m ，e x v i v op o r kl i v e ra n dt h ei n v i v ov o l u n t e e r sl i v e re x p e r i m e n t ， i tg i v e st h ea n a l y s i sa n dd i s c u s s i o no ft h ee x p e r i m e n tr e s u l t sa n de x p e r i m e n td e t a i l s w h i c hf o r m sab a s i sf o rs u b s e q u e n tr e s e a r c ho nl i v e rf i b r o s i ss u f f e r e rc l i n i c a lt r i a la n d 1 i v e rf i b r o s i sc l a s s i f i c a t i o n k e y w o r d s ：n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c ee l a s t o g r a p h y ；e l a s t i cm o d u l u s ；s h e a rw a v e ； d i s p l a c e m e n t p h a s ei m a g i n gs e q u e n c e ；m o t i o ns e n s i t i v eg r a d i e n t ；l o c a lf r e q u e n c y e s t i m a t i o n ；m a g n t i cr e s o n a n c ei m a g i n gs c a n e r ；e x v i v op o r kl i v e r ；i n v i v ov o l u n t e e r s 1 i v e r v 博上论文：核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究 目录 摘要i a b s t r a c t i i i l 者论一1 - o 1 核磁共振成像技术发展简史及热点一1 o 2 核磁共振弹性成像医学应用分类3 0 3 本研究t 作的意义4 0 4 国内外研究现状6 0 5 本论文主要研究内容一8 一 参考文献1 0 第一章核磁共振弹性成像技术原理1 3 1 1 核磁共振相位检测一1 3 1 1 1 流动位移的相位检测一1 4 1 1 2 周期位移的相位检测一1 4 1 2 组织弹性检测1 6 1 3 弹性成像基本原理1 8 1 4 研究方案与研究内容1 9 1 4 1 研究方案1 9 1 4 2 主要研究内容一1 9 1 5 主要需解决的科学与技术f 、口j 题2 1 1 5 1 牛物力学分析建模2 1 1 s 2 剪切波产生与激励技术2 2 1 5 3 质点位移相位图像获取技术一2 2 1 5 4 弹性图拟合反演算法2 2 参考文献2 3 第二章剪切波激励装置开发一2 5 2 1 剪切波激励装置框图2 5 2 2 剪切波信号源2 7 2 2 1 单片机模块 1 0 l 2 8 2 2 2d a 转换与电压运算2 9 2 3 功率放大2 9 2 4 电磁激励装置3 0 2 5 电磁屏蔽与兼容性3 1 2 6 总结3 2 参考文献3 2 第三章相位位移成像序列一3 4 3 1 相位位移序列的考虑因素3 4 3 2 序列形式3 5 3 3 与其他小组采用序列的差异3 6 3 4 总结3 8 参考文献一3 8 第四章体模实验效果与分析4 0 4 1 体模实验平台4 0 4 2 背景相位的研究一4 1 博士论文：核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究 4 3 剪切波的传播与剪切弹性系数- 4 2 4 3 1 均质体模实验效果4 2 4 3 2 双层体模实验效果4 4 4 4 振动幅度对图像的影响一4 6 4 5 剪切波动态传播过程与反射效应- 4 9 - 4 6 结论一5 0 一 参考文献- 5 0 一 第五章弹性拟合算法研究与实现一5 2 5 1 生物组织弹性力学模型分析5 2 5 2 局域频率估算拟合算法研究与实现一5 6 5 2 1l f e 算法原理5 6 5 2 2 理想模拟信号的l f e 算法实现- 5 7 5 2 3 信号衰减的处理5 8 5 2 4 降噪6 0 5 3 算法效果与分析6 1 - 5 4 拟合结果分析6 3 - 5 5 讨 念一6 4 5 5 1 边界过渡效应一6 5 - 5 5 2 原始数据的干扰对结果的影响6 5 5 5 3 边缘效应一6 6 参考文献一6 6 第六章离体肝脏与志愿者在体肝脏实验6 8 - 6 1 动物离体实验结果6 8 - 6 1 1 动物肝脏的的实验效果图一6 8 6 1 2 动物肝脏的弹性结算结果一6 9 6 2 志愿者肝脏弹性图实验6 9 6 2 1 在体肝脏成像相关细节的考虑7 0 6 2 2 未加呼吸运动抑制扫描的图像7 3 参考文献一7 5 一 结论与展望7 6 至j 谢7 8 - 博士期间发表的论文和申淆的发明专利8 0 - 博上论文：核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究 绪论 0 1 核磁共振成像技术发展简史及热点 核磁共振技术最原始的用途是在核物理的研究范畴中用于确定原子核的核 磁矩，后来逐渐被应用于物质结构、生物科学和医学等方面。在医学中最受关注 的核磁共振成像( n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ，简称n m v d ) 技术，是核磁 共振基本方法、图像重建理论和现代计算机技术相结合的珍品。 核磁共振成像可以追溯到1 9 4 6 年美国斯坦佛大学的布洛克( f e l i xb l o c k ) 和哈 佛大学的柏塞尔( e d w a r dp u r c e l l ) 带领的研究小组各自独立的发现了核磁共振现象， 由此两位科学家共同获得了1 9 5 2 年的诺贝尔物理学奖；此后，核磁共振主要用 于元素核磁矩的研究。1 9 5 2 年前后，p r o c t e r 、虞福春等人发现了化学位移和j 耦 合现象，n m r 开始被化学家重视，此后连续波核磁共振( c o n t i n u o u sw a v en m r ， c w n m r ) 波谱仪得以迅速发展，主要用于化学分子的分子结构研究；由于连续 波谱仪的固有缺陷，基于计算机技术以及快速傅立叶变换技术发展，e r n s t 在前 人研究基础上，于1 9 6 6 年正式提出了脉冲傅立叶变换核磁共振( f o u r i o rt r a n s f o r m n m r , f t n m r ) 测谱方法。f t n m r 方法的提出，在核磁共振发展中具有革命 性意义，后来所有的核磁共振设备都是基于该方法的。1 9 7 5 年，e r n s t 又提出了 多维核磁共振波谱学方法论，这是核磁共振发展中的又一次革命性发展。基于上 述两项贡献，e r n s t 获得了1 9 9 1 年的诺贝尔化学奖。 核磁共振应用于医学的发端，通常认为是达马迪安( r a y m o n dd a m a d i a n ) 。1 9 7 1 年美国纽约州立大学的达马迪安对移植入恶性肿瘤的小鼠进行磁共振波谱试验， 发现肿瘤组织的t 。时间比正常组织的长，并将其研究成果分别以用n m r 信号 可以诊断疾病和恶性组织中氢的t 1 时间延长为题发表在s c i e n c e 杂志上。 1 9 7 2 年，同为美国纽约州立大学的洛特波尔( p a u ll a u t e r b u r ) 对传统的核磁 共振技术进行了改进，在原空间统一的静磁场上添加一个较弱的可控磁场，通过 信号的微弱差别来进行分子位置的定位，从而获得了相应的图像；为奖励二者为 】 博二 = 论文：核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究 为科学技术做出的卓越贡献，1 9 8 8 年美国总统里根将象征最高荣誉的国家技术 勋章赠给达马迪安和洛特波尔。 1 9 7 3 年英国诺丁汉( n o t t i n g h a m ) 大学的曼斯菲尔德( p e t e rm a n s f i e l d ) 等认 为用线性梯度场来获取磁共振信号的空间定位是一种更有效的成像解决方案，并 于1 9 7 6 年使用该方案开发出了一种快速扫描核磁共振成像技术，并获取了第一 副人体磁共振断层图像。由此，2 0 0 3 年的诺贝尔医学奖分别颁给了已是古稀老 人的洛特波尔和曼斯菲尔德。 1 9 8 0 年e d e l s t e i n 和c o w o r k e r s 采用e r n s t 的技术完成了人体成像实验，采一 幅图像需5 分钟。到了1 9 8 6 年，采样一幅图像的时间缩减到了5 秒钟。1 9 8 7 年， c h a p m a n 采用e p i 技术实现了心脏跳动的实时电影成像围。同年，d u m o u l i n 完成 了磁共振血管造影术( m r a ) m ，在不使用造影剂的情况下实现了流动血液的成像。 1 9 9 2 年，k w o n g 等人开始将磁共振用于人脑功能的研究同，功能成像研究逐渐开 展起来了。 随着磁体技术、电子技术、计算机技术的发展，经过科学家们几十年的努力， m 新技术不断诞生。从超导磁体开始进入m r i 领域，到现在的1 1 7 t 超高场 m r i 系统已经开始用于动物成像实验嘲；从相控阵线圈概念的提出1 9 1 ，到6 4 路通道 相控阵线圈的实现；从第一台全身m 扫描仪的出现1 ，到m r j 引导下的无创 超声治疗的应用【1 习。所有的事实都说明m r i 技术正在飞速发展成为医学和生物 学等领域不可或缺的重要工具，m r i 已经成为当今最普遍的临床医学诊断和功能 成像工具之一。 目前，发达国家中1 5 t 以上的超导m r i 系统已经相当普遍。从1 9 9 1 年起， 我国的磁共振成像也进入全面发展期。从2 0 世纪9 0 年代开始，陆续引进了一批 1 o t 、1 5 t 以至3 0 t 的超导磁共振成像仪器，应用范围也逐渐扩大。 核磁共振成像技术由于具有( 一) 多参数成像；( 二：) 软组织对比度高且对比度 灵活；( 三) 任意方位断层；( 四) 从分子层面提供诊断信息；( 五) 无电离辐射；( 六) 无骨伪影干扰等多方面的优势，已经被越来越多的临床医生所认可，是最有发展 前途的医学影像技术，其临床应用比例每年以1 5 的比例在拓展，目前世界上许 博士论文：核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究 多大学和医院研究所都在进行核磁共振成像技术方面的研究。 目前核磁共振的发展方向和热点很多，但不管是对硬件、软件还是医学应用 的研究发展，其根本目的不外乎：1 、缩短成像时间；2 、提高图像质量；3 、降 低成像费用；4 、更舒适、人性化的受检环境；5 、拓展临床应用领域。 0 2 核磁共振弹性成像医学应用分类 从核磁共振成像在医学的应用领域而言，不外乎两大类： 一类是传统的核磁共振人体解剖结构成像，利用设备对人体组织器官和结构 的物理特性( 主要以t 。，t 2 或质子密度等某种宏观参数进行表征) 获取信号重 建图像；当组织发生变病变时，其t 。，t 2 和质子密度会发生相应变化，因此结 构图像上可以观察到病变。 第二类是核磁共振功能成像，即利用磁共振设备针对组织器官的功能性参数 进行成像；由于功能性参数( 目前主要开发的有灌注系数、扩散系数、血氧水平 系数以及分子化学环境导致的频率差异等微观物理参数) 的改变比结构参数改变 要早，能在早期( 组织结构性尚未出现改变时) 发现病变，更有利于疾病的早期 治疗，因此功能磁共振成像目前是磁共振医学应用中最热门的研究领域，吸引了 世界上大批的物理学、医学、化学、生物学等学科的优秀科学家和工程师进入这 一研究领域。 本研究是为了拓展磁共振成像的医学临床应用，目的是检测基于人体生物力 学特性( 弹性) 变化差异而进行医学诊断。弹性是组织的一种固有生物力学属性， 生物体组织具有不同的弹性，正常组织和病变组织的弹性也有很大差异，这个差 异远大于核磁共振的其他成像参数。利用组织弹性差异( 如乳腺、肝脏、前列腺 等) 进行疾病的诊断已经有很长的历史，早在一千多年前，人们就用手通过触摸 组织感受其弹性( 硬度) 来进行诊断，称为触诊。由于人体组织的弹性差异大， 从1 1 0 8 k p a ，分辨率高，比目前任何一种影像模式的分辨率都高，临床应用潜 力巨大，相对于触诊主观性太强，又无法获取二维或三维的弹性分布情况，因此 越来越多的医生希望能够发展一种能够客观的无创的进行组织弹性图像检测的 博士论文：核磁共振弹性成像技术在肝纤维化检测中的应用研究 技术。核磁共振弹性成像技术是其中最具有优越性的一种。 然而核磁共振弹性成像技术到底归属于结构成像还是功能成像，目前领域内 没有任何说法。 从上述结构成像和功能成像的分类，可以看出二者之间的区别主要有两个： 一是图像反映的是宏观参数还是微观参数的差别，结构成像主要反映宏观参数， 功能成像则主要反映微观参数；二是能否实现疾病早期诊断的差别，功能成像能 够从功能上实现组织器官的疾病早期诊断，结构成像则反映的是疾病发生导致组 织结构变化以后才有效。核磁共振弹性成像反映的是组织的宏观物理参数，却能 实现疾病的早期诊断，且其检测灵敏度甚至远高于一些功能成像检测灵敏度。因 此具体核磁共振弹性成像的归属，还需要在其进入临床应用后再做定论。 0 3 本研究工作的意义 众所周知，肝硬化、肝癌与肝炎三者之间有直接关系，肝癌为癌中之王，无 论是发病率还是死亡率在我国都居于肿瘤谱的第二位。我国仅乙型肝炎的感染率 即在1 0 以上，超过1 亿人口，它已经严重威胁人类健康旧。肝脏的其它疾病， 如酒精肝、脂肪肝等也在持续增加