面向核磁共振弹性成像的高效驱动机制研究

Magnetic resonance elastography is a promising technology for the quantification of soft tissue elasticity. It involves three essential components: the actuator inducing elastic waves into soft tissues, the modality for wave imaging and the algorithm for elasticity reconstruction. It is found that both wave imaging and elasticity reconstruction are dependent on that there are sufficient elastic waves in the regions of interest. However，most systems suffer from the low translational efficiency and the severe attenuation of elastic waves in viscous soft tissues...In this study, we propose the following mechanisms and solutions, including ① the phase-coherence translation, ② the amplitude-modulating carrier, ③ the focused configuration of multiple drivers, for high-efficiency production and transportation of elastic waves into soft tissues. The phase-coherence translation is helpful to suppress the phenomena of elastic wave attenuation due to actuation-response inconsistency. The amplitude-modulating carrier embeds the high-frequency elastic wave into a low-frequency one, and thus can reach deeper areas. The third paradigm is very useful to enhance the information of elastic waves in the regions of interest with multiple conventional actuators...All experiments will be conducted on a Bruker BioSpin 2.0 Tesla MRI, and possibly on a Siemens Trio 3.0 Tesla MRI. Different agarose gel and silicone phantoms will be manufactured for performance evaluation. We are trying to develop the actuators for elastic wave production, design the vac-sorb devices for phase-coherence translation, and program the amplitude-modulating protocols for elastic wave delivery. ..In summary, the work presented in this study are oriented to high-efficiency production, translation and delivery of elastic waves. It facilitates the imaging and elasticity reconstruction of magnetic resonance elastography. As a consequence, the work paves a way toward the high-performance magnetic resonance elastography.

核磁共振弹性成像用于可视化量定人体软组织的弹性属性。由于外源驱动能量难以有效转化为软组织中的弹性波动，导致目标区域内信息含量过低，影响波动影像及弹性重构。..为此主要开展三方面的研究，即弹性波驱动转化效率的增强，弹性波调制与多源组合驱动，实物模型及驱动装置的设计制作。重点解决两个关键科学问题：①针对软组织黏滞特性导致的激励-响应不相称问题，提出了相频对称型驱动模型，变单向激励为双向激励，提高弹性波的转化效率。②针对弹性波在软组织中的解析度-衰减性矛盾，提出了基于载波原理的复合驱动模型，通过低耗散编码，提高输送效率；并且，为应对高频弹性波衰减过快的问题，基于波的叠加性和相干性，提出了多源聚焦组合驱动模型，定向增强波动信息。..本项目将研究吸附式桥接、调幅载波以及多源聚焦模型，制作模块及装置，并完成实物验证。研究成果将为核磁共振弹性成像技术的创新设计提供科学依据，推动相关仪器设备的发展。

磁共振弹性成像用于可视化量定人体软组织的弹性属性。由于外源驱动能量难以有效转化为软组织中的弹性波动，导致目标区域内信息含量过低，影响波动影像及弹性重构。..为此主要开展三方面的研究，即弹性波驱动转化效率的增强，弹性波调制与多源组合驱动，实物模型及驱动装置的设计制作。重点解决两个关键科学问题：①针对软组织黏滞特性导致的激励—响应不相称问题，提出了相频对称型驱动模型，变单向激励为双向激励，提高弹性波的转化效率。②针对弹性波在软组织中的解析度—衰减性矛盾，提出了基于载波原理的复合驱动模型，通过低耗散编码，提高输送效率；并且，为应对高频弹性波衰减过快的问题，基于波的叠加性和相干性，提出了多源聚焦组合驱动模型，定向增强波动信息。..通过本项目的研究，课题组先后建立了数值仿真型和永磁低场型两种磁共振弹性成像研究平台，从而深入探讨了双向吸附、调幅载波以及多源聚焦等多种弹性波转化和驱动机制。在数值仿真研究的基础上，课题组分别制作了双向吸附以及气动增压型桥接装置，并依托新建立的光电精密测试以及磁共振弹性成像实验研究平台检测了新型桥接模块和装置的驱动效率。研究成果将为磁共振弹性成像技术的创新设计提供科学依据，推动相关仪器设备的发展。..依托本项目，课题组不但获得了2015年度中国自然科学基金委（NSFC） - 日本科技促进会（JSPS）国际合作项目的资助，而且还获得了教育部中央高校基本学科建设专项资金的资助，最终申请发明专利4项、软件著作权3项，发表研究论文？篇（其中？篇被高级别SCI杂志收录），组建了一支多学科交叉的，由教授-副教授-讲师-助教组成的科研团队，已经培养了硕士研究生5名，并且正在培养博士研究生2名、硕士研究生3名。此外，负责人有幸获得了安徽省“杰出青年科学基金”(2016)、安徽省“自然科学优秀学术论文”一等奖 (2016)、教育部“王宽诚教育基金”(2015)等学术奖励或荣誉称号。