基于人工稀疏的肝脏动态对比增强磁共振成像新方法研究

Medical imaging technology plays an important role in efficiently and accurately diagnose and treat liver diseases, which seriously threaten people’s health. In liver imaging, dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) has gained increasing popularity due to its high sensitivity and high specificity. However, with the further advancement of various aspects of the research, it is urgently needed to find methods which can efficiently achieve real-time imaging, and make quantitative analysis to assist doctors in the diagnosis of the research project. Therefore, on the basis of current research, this project intends to study the feasibility of applying artificial sparsity and information sharing techniques in real-time liver DCE-MRI to achieve high spatial-temporal resolution and high signal-to-noise ratio with high computation efficiency. Furthermore, the motion correction technology is introduced into the scheme to ease the interference of motion in liver imaging. Finally, we intend to continue the research on automatically quantitative method for blood flow parameters calculation from the measurement of hemodynamic parameters, and compare normal and pathological liver function, so that supplementary diagnostic information can be provided for the doctor. The significance of this study is to extend the quantitative measurement capabilities of liver DCE-MRI through innovations in DCE-MRI and image analysis methods.

肝脏疾病严重威胁着人们的健康。为实现高效而精准的肝病诊疗，医学影像技术是必不可少的。在肝脏的成像应用中，磁共振动态对比增强成像（DCE-MRI）因其高灵敏度和高特异性而越来越受到人们的青睐。然而，随着各方面研究的进一步推进，如何高效地实时成像，并在此基础上做出定量分析以辅助医生诊断的研究项目亟需展开。由此，本项目在前期充分研究的基础上，拟首先研究基于人工稀疏和信息共享技术在DCE-MRI中应用的可行性，实现高时空间分辨率、高信噪比和高运算效率的肝脏DCE-MRI实时成像；随后，引入运动校正技术，缓解运动对肝脏成像的干扰；最后，从血流动力学指标测量上研究血流参数自动定量计算方法，比较正常与病理状态器官功能，为医生提供辅助诊断信息。本研究的意义是通过在DCE-MRI和图像分析方法上的创新，延拓肝脏DCE-MRI定量测量能力。

磁共振动态对比增强成像在肝脏疾病的诊疗中发挥着越来越重要的作用，包括肝硬化、肝细胞癌等。运动是肝脏成像中不可避免的问题，往往会导致运动伪影和图像细节模糊等。本项目主要研究肝脏 DCE-MRI 成像中基于人工稀疏的运动校正成像新方法，以期为临床肝病诊断治疗提供更精准的图像和量化参数信息。项目主要研究成果包括以下内容：（1）将运动索引和匙孔（keyhole）成像以及 k-t GROWL 重建技术相结合，同时结合黄金角辐射 DCE-MRI 采样技术，将肝脏动态对比增强磁共振成像运动校正技术向前推进了一大步。（2）提出双重运动补偿方案 RM-GROWL-GRASP，在运动索引技术上进一步引入图像配准技术，极大地提高了运动校正的效果。（3）对于高清稳定肝脏DCE-MRI成像技术，提出了一种综合去除造影剂的精准图像配准和动态人工稀疏的运动校正方案，使得肝脏 DCE-MRI 成像更为精确。（4）在 DCE-MRI 快速成像技术中，提出基于自监督 vBM3D 的 DCE-MRI 图像重建模型，大大提升了 DCE-MRI 的成像速度。.项目组提出的上述方法均可以有效提高肝脏 DCE-MRI 成像质量和定量分析的可靠性，有望为临床肝病患者的诊疗提供精准可靠的影像学依据。.该项目合计发表 SCI 论文 3 篇，包括医学影像领域的重要期刊《Medical Physics》、《Magnetic Resonance Imaging》和《BMC Medical Imaging》等；发表会议论文四篇，全部为国际医学磁共振学会会议论文；申请中国发明专利授权2项。项目负责人入选人社部 2019 年度博士后国际交流计划派出项目，2019 年获山东省科学技术进步二等奖1项（第三完成人），共同培养硕博连读生 2 名，硕士毕业生 1 名，项目组成员徐中标博士毕业后顺利获得国自然青年基金资助。