适用于灵长类动物脑功能成像的高灵敏度磁共振射频线圈的研究

The brain is the most complex organ physiology has ever known, and functional magnetic resonance imaging because of its non-invasive, non-radiation, high resolution, high contrast and many other advantages become an important technique of brain function research. The The brain is the most complex organ physiology ever known, functional magnetic resonance imaging because of its non-invasive, non-radiation, high resolution, high contrast and many other advantages become an important technique of brain function research. Because primates and humans have a lot of similarities in terms of physical and physiological characteristics, such as organizational structure, its physiological structure and function studies, and other aspects of the pathophysiology of human physiology and disease awareness and.behavioral research has important significance. This paper intends to functional brain imaging for primates, research and development of RF coils and RF transceiver control device with high sensitivity, high-field MRI system design of high sensitivity RF coil, functional brain imaging pulse sequence and image processing for sobriety primate brain imaging technologies and methods, high signal to noise ratio by studying high-resolution imaging of high-field magnetic resonance under functional brain imaging sequences and information extraction primates state issue, primates functional brain imaging of assistive devices and fixation of animals, which are intended for the primate brain imaging studies provide hardware platforms and technical support, development of the high sensitivity of MRI RF coils will have broad research in brain science application prospects.

大脑是迄今所知的最复杂的生理结构器官，功能磁共振成像因其无创伤、无辐射、高分辨率、高对比度等诸多优势成为当前脑功能研究的重要技术手段。由于灵长类动物与人类在身体组织结构以及生理特性等方面有很多相似点，对其进行生理结构与功能、病理生理等方面的研究对认识人类的生理及疾病以及行为学研究有着重要意义。本课题拟针对灵长类动物的脑功能成像，研发高灵敏度的射频线圈及射频收发控制装置，设计高场磁共振系统的高灵敏度射频线圈、脑功能成像的脉冲序列和图像处理等用于清醒状态下灵长类动物脑功能成像技术和方法，通过研究高场磁共振下的高分辨率高信噪比成像问题、灵长类动物的脑功能成像序列及信息提取问题、灵长类动物的脑功能成像的辅助装置以及动物的保定方式等，旨在为灵长类动物脑功能成像研究提供硬件平台和技术支撑，该高灵敏度磁共振射频线圈的研制将在脑科学的研究中具有广阔的应用前景。

大脑是迄今所知最复杂的情感、学习、思维、记忆以及运动等生理结构器官，而功能磁共振成像因其无创伤、无辐射、高分辨率、高对比度等特点成为当前脑科学研究中重要技术方法。由于灵长类动物与人类在大脑组织结构以及生理特性等方面有诸多相似点，对其进行结构功能和行为学等方面的研究对于人类脑科学研究具有重要意义。但在脑神经科学一些特殊领域的研究中，利用人以及麻醉状态下的非人灵长类动物作为研究对象受到很大制约。因此，本研究针对清醒状态下非人灵长类动物的脑功能研究，在功能模块、调试优化方法、线圈组装调试、系统集成测试方法等方面，设计基于高场磁共振系统清醒状态下非人灵长类动物的脑功能成像的高灵敏度射频线圈，验证射频线圈在高场磁共振下产生的涡流损耗对射频激发场扭曲等影响因素及解决方案，消除对射频线圈信噪比和脑功能性磁共振图像的影响，降低射频磁场对梯度磁场和匀场磁场的影响。同时，重点优化高场磁共振弥散加强成像序列、弥散张量成像及脑白质纤维束跟踪技术等脉冲序列，优化基于脑功能成像的相关图像后处理与脑功能信息提取技术方法，特别是 K 空间数据处理、图像重建、多通道图像合成、特征提取等，解决清醒状态下的非人灵长类动物运动导致的运动伪差问题，使非人灵长类动物能够在清醒和脑功能足够活跃的状态下进行功能成像和行为评价，提升非人灵长类动物脑功能磁共振成像的稳定性。此外，设计完成了灵长类动物头部图像采集固定及控制头部移动等一体化辅助装置，可对灵长类动物开展高质量的磁共振成像。本项目研发的具有高信噪比和射频场均匀度、系统兼容性好、并能保证头部不发生摆动的8通道收发一体适用于灵长类动物脑功能成像的高灵敏度磁共振多通道发射兼接收线圈和动物固定辅助装置，在非人灵长类动物脑功能和人类脑科学研究中具有广阔的应用前景。