全脑定量髓鞘影像快速扫描与后处理方法研究

MRI provides quantitative and non-invasive methods for the study of demyelination. Quantitative myelin mapping for brain is an effective way of analysing myelin distribution. However, quantitative myelin mapping could only be obtained slice by slice so far, which may miss out lesions outside the scanned slice. No fast data acquisition method of quantitative myelin mapping for whole brain at present; meanwhile, stability of post-processing method of data cannot meet the requirements of clinical applications. The aims of this project are: 1) To develop a fast data collection method based on parallel imaging and compressed sensing technique for 3D whole brain quantitative myelin mapping, which allows a scan time of less than 15 minutes; 2) To develop a data post-processing method based on quasi-Newton and maximum likelihood estimation algorithm to meet stability requirements of clinical applications; 3) To validate effectiveness and accuracy of the proposed imaging method for quantitative myelin mapping, and to establish criteria of evaluating effectiveness and clinical value of myelin imaging method.

医学磁共振影像（MRI）技术为研究髓鞘病变提供了无创伤的定量方法。大脑的定量髓鞘影像（Quantitative Myelin Mapping）是分析大脑中髓鞘分布的情况的有效手段。然而现有的成像技术只能得到单层的量化髓鞘影像,可能遗漏所在扫描层面之外的病变，尚未有一种快速的覆盖全脑范围的定量髓鞘影像的数据采集方法。此外，现有的数据后处理方法的稳定性尚不能满足临床要求。本研究项目将开发出基于并行成像技术和压缩感知技术的快速三维全脑量化髓鞘影像的数据采集方法，使该项的扫描时间控制在15分钟以内，满足临床应用要求。同时采用基于拟牛顿法、最大似然估计的方法进行数据后处理，使之达到临床应用稳定性要求。本项目还将以现有影像学和病理学方法评估数据快速采集方法和后处理方法是否具有临床应用价值，并提出评估髓鞘影像成像方法临床有效性的方案，为今后髓鞘病变检测方法提供临床有效性的依据和指导。

快速、准确的磁共振定量髓鞘成像将为多发性脑硬化之类的白质受损疾病的临床诊断提供重要手段。本项目基于梯度回波的定量髓鞘水成像方法，采用3-pool建模和多指数函数分析，首次可获得多层面的定量髓鞘水成像。不过，全脑髓鞘成像的扫描时间仍然过长。本课题通过开发并行成像、多层面同步成像、稀疏采样、生物/物理学建模，提高髓鞘水成像分辨率，提高成像速度，提高定量成像的准确性。在15分钟扫描时间内，获得全脑的高分辨率（1.1mmx1.1mmx3mm）的髓鞘水成像数据。可望为髓鞘病变检测提供临床可行性较好的成像技术。