高场功能磁共振成像科研用谱仪研制

To fulfill the critical demand of the scientific research in functional magnetic resonance imaging (fMRI), this project aims to develop an advanced high-field magnetic resonance imaging spectrometer that is one of the most essential components for MRI system. The proposed imaging spectrometer will have various important functions such as real-time fMRI capability and multiple channel radio frequency transmitter technology. A spectrometer with 8 transmitting channels and 16 receiving channels will be designed and built. This spectrometer will be built up based on our previous working experience and current innovative digital techniques (i.e. the digital signal processor and the digital communication technique, and high-performance signal and image processing algorithms). Both in-vivo and in-vitro MRI experiments will be conducted on this new system to test the performance of the advanced functions including real-time fMRI. The successful accomplishment of this project will substantially enhance our national competence in modern MRI technologies and that will help in making our high-field MRI system reach to the same level of international standard. The purpose of this project matches perfectly well with National “12-5” Strategic Plan for science and technology development.

本课题针对功能磁共振成像（fMRI）科学研究的迫切需要，开展MRI系统核心控制器——高场成像谱仪的研发，力争达国际先进水平。在谱仪研制过程中将探索并解决与高场fMRI实现有关的关键技术与方法，重点包括实时成像和多通道并行发射的高级功能实现。在总体技术方案前期工作基础上，结合先进的数字技术、数字信号处理器与数据通信技术，采用高性能信号与图像处理算法，研制具有自主知识产权的、应用于高场MRI科学研究的8发射通道/16接收通道谱仪，并进行包括实时成像在内的fMRI验证实验。成功完成本课题科研任务将有利于打破国外对高场成像谱仪的技术垄断，对提高国内fMRI研究水平和为实现国家“十二五”关于重大医疗设备享有自主产权的科技发展战略目标都具有重要意义。

本项目圆满完成了用于高场（1.5T/3.0T）功能磁共振科学研究的8通道发射/16通道接收谱仪的研制工作。成功研制的谱仪技术参数全部符合设计指标，并达到了国际先进水平。本谱仪采用了可扩展性和模块化系统架构设计、多通道射频光线接收技术和基于参考频率源切换发射/接收相位方法，实现了高频谱纯度的数控本振电路设计和用于高场磁共振的射频发射装置。使用我们这个项目研制的谱仪在国产磁共振成像仪上已经实现了多项脑功能成像的高端功能：发展了一种新颖的高空间分辨率的水分子扩散共振成像技术，改进并优化了快速成像序列以获得高质量的基于血氧水平依赖信号的功能磁共振脑成像，实现了脑血流灌注功能成像。在对并行成像技术的研究中，我们改进和优化了磁共振多通道采集并行成像中的GRAPPA及SENSE技术，主要包括：三维磁共振数据整体相位解卷绕方法、利用惩罚性正则化算法提高并行磁共振图像质量的方法、解卷绕插值的低频K空间幅度和相位信息做低阶拟合的多通道线圈灵敏度分布方法、基于自适应重建方法提高并行磁共振图像信噪比的方法等。.在本项目执行期期间，我们共发表国际一流学术期刊论文20篇，在国际主流会议上发表论文和摘要8篇，获得国家发明专利授权2项，正在申请国家发明专利1项。.本项目的研究成果打破了国外对高场成像谱仪的技术垄断，对推动我国功能磁共振成像研究和应用的发展起到了极大的促进作用。