颞下颌关节连续运动三维磁共振成像的关键问题研究

Temporomandibular joint (TMJ) is the only linkage joint of human body. Abnormal moving is the reliable and objective indicator for diagnosing of tempormandibular disease and treatment evaluation. As a modality of choice for TMJ imaging, magnetic resonance imaging (MRI) is subject to limitations of static or pseudo-dynamic scan. In this project, we aim to high contrast real dynamic three-dimensional MR imaging of TMJ. Based on the theory of retrospective gating reconstruction, we solve the problem of real dynamic three-dimensional MRI. Based on ultra-short echo time (UTE) MRI theory, we put forward high contrast imaging and display methods of TMJ disc. In this project, we will: (1) build moving model of TMJ, and develop monitoring methods for multi-direction movement. (2) develop the new UTE imaging techniques. Short repetition time (TR) is need in dynamic imaging for improving image temporal resolution. However, long T2 signals from fat and muscle have to be suppressed so that high contrast TMJ disc can be observed. The aim of this part is reducing TR when long T2 suppression techniques are added. (3) put forward the compress sensing (CS) cine reconstruction method. Combining CS algorithm, high temporal resolution dynamic images are reconstructed based on the derived motion signal. Motion artifacts suppression algorithm is a main point in this part. In conclusion, the scheme of dynamic TMJ MRI is a new method for the diagnosis of TMJ diseases. It will improve the accuracy of clinical TMJ disease diagnosis.

下颌运动的异常改变是下颌系统疾病早期诊断和疗效评估的可靠指标。磁共振成像是颞颌关节疾病诊断的最佳方法，但当前仅局限于静态或伪动态扫描。本项目以实现高对比度、真动态、三维颞下颌关节连续运动的磁共振成像为目标，基于回顾性门控重建理论解决颞下颌关节真动态三维磁共振成像的问题，并基于超短回波时间成像理论解决颞下颌关节盘磁共振信号过低问题。具体研究内容包括：（1）建立颞下颌关节运动模型，提出有效的颞下颌关节髁突的运动监控方法，保障长时间三维成像的运动跟踪的实时性和准确性；（2）改进超短回波时间成像提高颞下颌关节盘对比度的方法，降低传统抑制脂肪肌肉信号方法的重复时间，提高运动图像时间分辨率；（3）建立基于运动监控信号的电影图像稀疏矩阵重建方法，在保障图像连续性和时间分辨率的前提下，降低运动伪影。本项目所构建的颞下颌关节动态成像方案是下颌系统疾病诊断的新方法，有助于提高疾病的诊断正确率。

下颌运动的异常改变是下颌系统疾病早期诊断和疗效评估的可靠指标。磁共振成像是颞颌关节疾病诊断的最佳方法，但当前仅局限于静态或伪动态扫描。本项目以实现高对比度、真动态、三维颞下颌关节连续运动的磁共振成像为目标，基于回顾性门控重建理论解决颞下颌关节真动态三维磁共振成像的问题，并基于超短回波时间成像理论解决颞下颌关节盘磁共振信号过低问题。具体研究内容包括：（1）建立颞下颌关节运动模型，提出有效的颞下颌关节髁突的运动监控方法，保障长时间三维成像的运动跟踪的实时性和准确性；（2）改进超短回波时间成像提高颞下颌关节盘对比度的方法，降低传统抑制脂肪肌肉信号方法的重复时间，提高运动图像时间分辨率；（3）建立基于运动监控信号的电影图像稀疏矩阵重建方法，在保障图像连续性和时间分辨率的前提下，降低运动伪影。..该项目自2015年起开始实施，截至2018年12月计划成果指标为：发表学术科研论文5篇，申请发明专利1项，申请实用新型专利3项。在项目执行期间，已经累计发表SCI论文5篇，国内核心期刊1篇，发表国际学术会议论文8篇，并受邀口头报告4次，申请专利9项，已授权3项，培养博士研究生2名、硕士研究生1名、博士后1名，已经超额完成了本项目成果指标。..本项目执行过程中，提出了三种四维成像方法，分别是：基于黄金比率的三维笛卡尔采集、基于黄金比例的三维球形采集和基于黄金比例的三维圆柱采集方案，并成功申请了中国发明专利和国际PCT专利；在k-空间采集轨迹方面，项目团队发展了基于Cones 模式的采集方案；在图像重建方面，项目团队采用最新ESPIRiT多通道并行稀疏采集重建理论，可以保证图像质量的前提下大幅度的降低采集时间（4倍以上）。运动器官成像一直是磁共振成像领域的难题，特别是三维的动态（四维）成像，成像时间长，病人很难保证不动，因此商业上的磁共振动态成像技术受到很大程度上的限制。本项目提出的动态四维成像，不仅是对磁共振成像采集方法的创新，同时对图像重建和运动监控和信号提取都提出了新的解决思路，具有较大的应用前景。