Deep-learning-based Magnetic Resonance Simultaneous Multislice Imaging Using Holographic Image Decoding
针对SMS成像依赖准确线圈灵敏度分布的问题，提出结合深度学习与幅度调制的全息图像解码重建方法，在实值和复值图像上均取得良好效果。
2024-03-01 physics.med-ph
On the applications of mu=-1 metamaterial lenses for magnetic resonance imaging
在这项工作中，负磁导率磁超材料透镜的磁共振成像（MRI）的一些可能的应用进行了分析。超材料是一种人造复合材料，设计成具有给定的介电常数和/或磁导率，包括这些常数的负值。它示出，使用磁性超材料透镜，它是可能的，以操纵的空间分布的射频（RF）领域中使用的MR系统，并在某些情况下，提高表面线圈的灵敏度。此外，射频场的准直，现象，可能会发现在并行成像中的应用，提出。真实组织的MR图像，以证明理论分析的适用性，为实际应用。
2009-09-02 physics.med-ph
Experimental demonstration of a mu=-1 metamaterial lens for magnetic resonance imaging
在这项工作中，mu=-1的超材料（MM）透镜的磁共振成像（MRI）的证明。MRI使用表面线圈来检测由成像对象中的核自旋吸收和发射的射频（RF）能量。所提出的MM透镜操纵由这些表面线圈检测到的RF场，使得线圈灵敏度和空间定位得到实质性改善。除了这个特定的应用，我们认为，报告的结果是一个新的概念，在MRI中的RF场的操纵，这铺平了道路，许多其他有趣的应用实验确认。
2008-10-09 physics.med-ph
Direct Imaging of Radio-Frequency Modes via Traveling Wave Magnetic Resonance Imaging
本文介绍了一种基于行波磁共振成像（MRI）的超高场（> 7 T）下金属-电介质结构中射频磁场分布的直接二维和三维成像实验方法。典型的装置将包括超高场全身或小孔径MRI扫描仪、填充有具有预定义的电和磁特性的MRI有源介质的波导元件以及TW射频发射-接收探头。我们通过在16.4 T小口径MRI扫描仪中获得填充去离子水的圆波导射频模式的磁场分布的TW磁共振（MR）图像来验证该技术，并将MR图像与数值模拟进行比较。我们的MRI技术开辟了一种实用的非扰动方式，用于对插入有电介质物体的各种形状的金属波导（包括波导模式转换器和Transformers）内部的模式的先前无法访问的射频场分布进行成像。
2016-01-18 physics.ins-det physics.med-ph
Magnetic Resonance Imaging with a Dielectric Lens
近年来，超材料被用于改善磁共振图像的信噪比（SNR），取得了很好的效果。然而，聚合物在磁共振成像中产生高质量图像的用途尚未得到充分研究。这些研究探索了使用介质周期性阵列作为透镜，以提高单表面线圈产生的图像SNR。商业聚碳酸酯玻璃片与圆形线圈一起使用，以在临床MR成像仪上在3特斯拉下生成体模图像。
2009-11-20 physics.ins-det physics.med-ph
Image acceleration in parallel magnetic resonance imaging by means of metamaterial magnetoinductive lenses
并行磁共振成像（MRI）是一种利用阵列中线圈的视场（FOV）定位的图像加速技术。在这封信中，我们表明，超材料透镜的电容加载环的基础上，可以提供更高的本地化的FOV。系统地分析了几种透镜设计，以找到提供更高信噪比的结构。磁感应（MI）透镜被认为是最佳的结构，并开发了一个实验来证明它。制造的MI透镜的能力，以加速图像的MRI社区中已知的参数作为g因子的装置进行量化。
2011-12-10 physics.med-ph
Development of a Method for Tissue Elasticity Imaging Using Tagged Magnetic Resonance Imaging
本研究的目的是开发一种利用标记磁共振成像（MRI）进行组织弹性成像的方法。首先，我们开发了一种循环压力装置，该装置使用空气远程传输动力以在物体中产生循环变形。通过MRI兼容的力传感器测量循环压力器械引起的压力。其次，我们开发了一个软件来计算杨氏模量标记的MRI数据使用谐波相位（HARP）方法和有限元法（FEM）。我们还开发了一个软件，从标记的MRI数据中提取标记交叉点。最后，我们评估了我们的方法的有用性，使用三个均匀的硅凝胶phantomenum与不同程度的刚度与杨氏模量测量的材料试验机相比。MRI兼容力传感器测量的压力数据的变异系数在5%以内，表明我们的循环压力装置产生的压力的再现性良好。通过材料试验机、HARP方法和FEM获得的杨氏模量随着体模刚度的增加而增加。三种方法之间有较好的一致性。这些结果表明，我们的方法是有用的组织弹性成像和量化的硬度组织。
2020-02-06 physics.med-ph
Synchronous functional magnetic resonance eye imaging, video ophthalmoscopy, and eye surface imaging reveal the human brain and eye pulsation mechanisms
本研究构建同步FEC、MRcVO与fMREye多模态成像系统，证实人眼存在血管运动、呼吸和心脏三种搏动机制，并以呼吸搏动最强。
2023-04-25 physics.med-ph
Sliding window and compressive sensing for low-field dynamic magnetic resonance imaging
我们描述了一种用于动态磁共振成像（MRI）中的图像重建的采集/处理过程。该方法需要滑动窗口记录一组轨迹在k空间，标准正则化重建的对象和压缩感知的估计恢复图像残差。我们验证了这种方法在特定的模拟实验的情况下，在真实测量的情况下，我们表明，即使在通过低场扫描仪获得的数据的情况下，该程序是可靠的。
2014-02-11 cs.CE physics.med-ph
Optical and magnetic resonance imaging approaches for investigating the tumour microenvironment: state-of-the-art review and future trends
肿瘤微环境（TME）强烈影响肿瘤的发生和转移。TME的两个最具特征的特性是酸中毒和缺氧，两者都被认为是肿瘤的标志以及响应抗癌治疗的关键因素。目前，存在各种成像方法来测量TME中的酸中毒和缺氧，包括磁共振成像（MRI）、正电子发射断层成像和光学成像。在这篇综述中，我们将集中在最新的荧光为基础的方法，用于细胞代谢和MRI的光学传感作为诊断成像工具，在体外和体内应用。主要重点将是描述当前和未来使用的系统，可以测量内和细胞外的pH值和氧气的变化，在高空间和时间分辨率。此外，这些方法用于绘制肿瘤异质性和评估治疗反应或失败的适用性也将包括在内。
2021-01-19 physics.med-ph
In-vivo Magnetic Resonance Imaging of GABA and Glutamate
化学交换饱和转移（CEST）磁共振成像（MRI）是一种能够以相对较高的空间分辨率绘制脑代谢物的分子成像方法。特异性是此类实验的主要目标;然而CEST被不同分子种类之间的光谱重叠所混淆。在这里，我们克服了这个主要的限制，使用一个通用的框架，称为光谱分辨CEST（或CEST）-一种光谱编辑实验恢复特异性。首先，我们提出的证据表明，CEST实验靶向中枢神经系统的主要兴奋性神经递质，谷氨酸（GluCEST）-显着污染的γ-氨基丁酸（GABA）-在中枢神经系统中的主要抑制性神经递质。然后，我们利用新的orCEST方法来分离谷氨酸和-第一次-GABA信号，从而提供所需的特异性。体内orCEST实验解决了大鼠大脑的主要神经递质，并揭示了在口渴相关区域缺水后谷氨酸和GABA水平的变化。orCEST的特性预示着在神经科学和生物医学中的许多应用。
2020-01-23 physics.med-ph
Active split-ring metamaterial slabs for magnetic resonance imaging
在这项工作中，它是分析能力的开口环超材料板与零/高磁导率拒绝/限制射频磁场在磁共振成像系统。使用均匀化程序，分裂环板已被设计和制造工作在1.5T的系统。由成对的交叉二极管组成的有源元件插入在开口环中。利用这些元件，板的磁导率可以在与发射体线圈的强激励场相互作用时的单位值与组织中的质子产生的弱场相互作用时的零值或高值之间自动切换。实验表明，不同的配置，这些板坯可以帮助本地增加的信号噪声比。
2011-02-14 physics.med-ph
Assessing the Impact of Flip Angle and on Image Quality and reliability of Ernst Angle optimization across Varied Conditions in Magnetic Resonance Imaging
本文通过理论推导与多项人体成像研究对比，评估翻转角对MRI图像质量的影响，发现Ernst角仅在稳态扰相GRE序列下最优，指出需进一步研究其他成像条件下的最优翻转角。
2023-09-19 physics.med-ph
Magic DIAMOND: Multi-Fascicle Diffusion Compartment Imaging with Tensor Distribution Modeling and Tensor-Valued Diffusion Encoding
与常规解剖成像相比，弥散张量成像对显微结构组织变化的敏感性增加，但特异性有限。为了解决这个问题，DIAMOND模型将体素内容细分为扩散区室，并从扩散加权数据中提取以估计扩散张量的区室非中心矩阵变量Gamma分布，从而解决交叉束，同时考虑其各自的异质性。或者，张量值扩散编码定义了新的采集方案，直接从测量结果标记体素内扩散张量分布的特定特征。然而，这种方案对估计大脑微观结构特征的影响只在少数参数单束模型中进行了研究。在这项工作中，我们推导出一个一般的拉普拉斯变换的非中心矩阵变量伽玛分布，这使得扩展的钻石张量值编码数据。然后，我们评估这个“魔术钻石”模型在硅片和在体内的各种组合的张量值编码的数据。通过分层自举评估参数估计的不确定性，我们通过进行多峰纤维束成像研究基于体素和基于固定的度量。我们表明，我们的估计指标可以沿着轨道映射鲁棒跨区域的纤维交叉，这开辟了新的视角，沿着特定的白质束的tractometry和微结构映射。
2020-04-17 eess.IV physics.med-ph
Magnetic resonance imaging with optical preamplification and detection
磁共振（MR）成像依赖于传统的电子设备，而传统的电子设备越来越受到更强磁场和更高通道数的挑战。这些问题可以通过利用光学技术来避免。作为标准的低噪声磁共振成像的替代品，我们已经实施了一种新的转导原理，该原理将MR信号上转换到光域，并在临床3 T扫描仪中成像体模，其信噪比与经典感应检测相当。
2019-06-19 physics.app-ph physics.ins-det physics.med-ph
Ultrafast functional magnetic resonance imaging reveals neuroplasticity-driven timing modulations
功能性磁共振成像（fMRI）主要用于沿分布的通路空间映射激活灶。然而，解决激活序列的动态信息仍然难以捉摸。在这里，我们展示了一种超快速功能磁共振成像（ufMRI）方法-一种方便的非侵入性方法，用于在具有高时空灵敏度和分辨率的分布式通路中映射血氧水平依赖（BOLD）响应时间。在正常和黑暗饲养条件下研究小鼠视觉通路。结果表明，正常饲养小鼠的BOLD反应保持神经输入顺序从开始到高峰时间。然而，由于黑暗饲养的皮质反应的调节作用只能在早期的反应时间测量，而一般延迟的反应是在稍后的时间测量。我们的研究结果强调了稳健测量早期BOLD时间的重要性，并为更好地理解和解释健康和异常条件下的功能性MRI铺平了道路。
2020-01-31 physics.med-ph
Geometric optimal control of the contrast imaging problem in Nuclear Magnetic Resonance
本文的目的是介绍分析核磁共振中对比成像问题的工具。最佳轨迹可以选择极值解决方案的庞特里亚金最大值原则适用于这个迈耶型最优问题。这样的轨迹与使转移时间极值化的问题相关联。因此，最优问题减少到奇异极值和它们的最优状态相关的哈密顿动力学的分析。这通过使用脑脊髓液/水和大脑的灰质/白质的例子来说明。
2012-08-14 physics.med-ph quant-ph
Reconstruction by Calibration over Tensors for Multi-Coil Multi-Acquisition Balanced SSFP Imaging
目的：为平衡稳态自由进动（bSSFP）开发快速成像框架，该框架可跨多个线圈（D）和多次采集（N）联合重建欠采样数据（系数为R）。设计多采集线圈压缩技术，以提高计算效率。方法：对给定线圈和采集的bSSFP图像进行建模，以通过线圈灵敏度和bSSFP轮廓进行调制。所提出的重建校准张量（ReCat）恢复丢失的数据，通过张量插值线圈和采集尺寸。线圈压缩是使用一种新的方法，基于多线性奇异值分解（MLCC）。ReCat与迭代自洽并行成像（SPIRiT）和轮廓编码（PE-SSFP）重建进行了比较。结果如下：与并行成像或轮廓编码方法相比，即使在较高的R下，ReCat也能灵敏地描绘高空间频率信息。在大脑中，ReCat使峰值SNR（PSNR）比SPIRiT提高1.1 $\pm$ 1.0 dB，比PE-SSFP提高0.9 $\pm$ 0.3 dB（受试者的平均$\pm$标准; N=2-8，R=8-16的平均值）。此外，与基于几何线圈压缩（GCC）的重建相比，基于MLCC的重建实现了高0.8 $\pm$ 0.6 dB的PSNR（N=2-8，R=4-16的平均值）。结论：ReCat是一个很有前途的加速框架，可用于高图像质量的无条带伪影bSSFP成像; MLCC为基于张量的重建提供了更高的计算效率。
2017-09-06 physics.med-ph
Design of a 13-Channel Hybrid Array System for Foot/Ankle Magnetic Resonance Imaging at 7T/300MHz
微带线由于其独特的性质而被用于MR应用中，所述独特的性质诸如与常规线圈相比减少的辐射损耗、高频能力以及减少的对RF线圈的样本加载的扰动。在这里，我们提出了13通道混合阵列的设计，包括12个微带，1体积半鸟笼线圈放置在脚/脚踝幻影，和高介电常数材料，以覆盖最大面积的主题在7 T/300 MHz。我们使用电磁仿真，磁场分布，SAR性能，和阵列元素的耦合性能。这项工作为下肢MR成像提供了一种具有良好成像覆盖范围和场均匀性的双磁场多通道RF解决方案。
2022-05-29 physics.med-ph
Head Coil-Mounted Vision Correction Device for Magnetic Resonance Imaging
California Institute of Technology（加州理工学院）
本文提出一种头戴式磁共振成像视觉矫正装置，用于纠正近视和远视，解决传统头戴护目镜的 ergonomic 问题，并改进头圈-mounted 设计的易用性。
2026-04-04 physics.ins-det physics.med-ph
Signal Improvement and Contrast Enhancement in Magnetic Resonance Imaging
本论文报告了磁共振成像（MRI）的进展，其最终目标是改善信号和对比度在生物医学应用中的应用。更具体地说，新的MRI脉冲序列已被设计成表征微观结构，增强组织中的信号和对比度，以及成像功能过程。本论文利用分子间多重量子相干性（iMQCs）在中间分离的自旋之间采集了大鼠脑和红骨髓的图像。作为一个重要的应用，不同方向的iMQCs图像可用于各向异性映射和组织微结构分析。同时，模拟证明了来自整体形状的偶极场对实验iMQC信号的贡献很小。除了iMQCs的幅度外，还应研究iMQCs的相位。利用该方法建立的相位各向异性图可以清晰地显示大鼠脑内的磁化率信息。它可以提供有意义的诊断信息。为了深入研究磁化率，提出了修正的银纹序列。将修正银纹图像的相位数据和iMQCs图像的相位数据相结合，非常有希望构建微结构图。显然，所有上述技术中的相位图像都需要高对比度和清晰。为了实现这一目标，来自磁化率加权成像（SWI）和磁化率张量成像（STI）的算法工具在我们的系统中非常有用和具有创造性。
2015-07-03 physics.med-ph
Enhancement of magnetic resonance imaging with metasurfaces
磁共振成像（MRI）是诊断医学、生物学和神经科学的基础技术。这种成像方法是高度创新的，非侵入性的，其影响不断增长。它可以用于测量增强神经活动后大脑的变化，检测组织中的早期癌细胞，以及用于纳米级生物结构成像，并控制流体动力学，并且它可以有益于心血管成像。MRI性能的特征在于信噪比，但空间分辨率和图像对比度在很大程度上取决于扫描仪设计。在这里，我们揭示了如何有效地利用元表面的独特属性，大幅提高MRI的效率。我们采用了一个超颖表面的磁共振成像扫描仪内放置在一个对象的导线阵列，并证明了一个巨大的增强磁场的亚波长近场操纵的超颖表面，从而大大提高了扫描仪的灵敏度，信噪比，和图像分辨率。我们通过实验证明了商用MRI扫描仪和生物组织样本的这种效果。我们的研究结果证实了测量和模拟的超表面谐振器的特性，我们的方法可以显着提高广泛使用的低场MRI设备的功能。
2015-07-06 physics.med-ph
Designing a Self-Decoupled 16 Channel Transmitter for Human Brain Magnetic Resonance Imaging at 447MHz
发射器阵列在超高场磁共振成像（MRI）中起着至关重要的作用，特别是考虑到通过并行传输（pTx）技术所带来的优势。传统上，发射阵列的设计和构造中的挑战之一是找到用于使发射阵列的元件解耦的有效策略。在这里，我们提出了第一个自去耦，基于环路的发射阵列在10.5T /447 MHz的人脑MRI的设计。我们证明，使用全波电磁仿真，有效的去耦的发射元件，而不需要传统的重叠或电感去耦技术。
2021-03-20 cs.SY eess.SY physics.med-ph
Quantitative Parametric Mapping of Tissues Properties from Standard Magnetic Resonance Imaging Enabled by Deep Learning
磁共振成像（MRI）提供了优越的软组织对比度，并广泛应用于生物医学。然而，常规MRI不是定量的，这在图像分析和数字医疗保健中呈现出瓶颈。通常，需要额外的扫描来解开MR的多个参数的影响并提取定量组织特性。在这里，我们研究了一种数据驱动的策略Q^2 MRI（定性和定量MRI），以从标准MR图像中获得定量参数图，而无需额外的数据采集。通过利用埋藏在训练数据中的各种MRI参数图之间的相互依赖性，所提出的深度学习策略能够从单个或几个具有传统T_1/T_2加权的图像中准确预测组织弛豫特性以及其他生物物理和生化特征。在膝关节和肝脏的定量MR成像中实现了卓越的性能。Q^2 MRI有望为各种生物医学应用提供强大的工具，并促进下一代数字医学。
2021-08-10 physics.med-ph
An Optimal Dimensionality Sampling Scheme on the Sphere for Antipodal Signals In Diffusion Magnetic Resonance Imaging
提出了一种球面采样方案，并提出了一种相应的球面谐波变换（SHT），用于弥散磁共振成像（dMRI）中弥散信号的精确重建。通过利用对映对称性，我们设计了一个采样方案，需要在球体上的样本的最佳数量，等于所需的自由度来表示谱域（球谐）域中的对映对称带限扩散信号。与现有的采样方案上的球，允许扩散信号的准确重建相比，所提出的采样方案减少了所需的样本的数量的两个或更多的因素。我们分析了所提出的SHT的数值精度，并通过实验表明，所提出的采样允许SHT的准确和旋转不变的计算，以接近机器的精度精度。
2015-02-25 physics.med-ph
Clinically Deployed Distributed Magnetic Resonance Imaging Reconstruction: Application to Pediatric Knee Imaging
Intel Labs（英特尔实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Stanford University（斯坦福大学）
磁共振成像能够在没有电离辐射的情况下产生体积图像。尽管如此，长期的收购导致了令人望而却步的长期考试。压缩感测（CS）可以通过子采样实现更快的扫描，同时减少伪影。然而，CS需要显着更高的重建计算，从而将当前的临床应用限制为2D/3D或有限分辨率动态成像。在这里，我们分析的实际限制T2洗牌，四维CS为基础的收购，它提供了清晰的三维各向同性分辨率和多对比度图像在一个单一的扫描。我们对单个机器上的流水线的改进提供了3倍的整体重建加速，这使我们能够添加算法更改以提高图像质量。使用四台机器，我们通过分布式并行化实现了额外的2.1倍改进。我们的解决方案在4节点集群上将医院的重建时间缩短到90秒，从而使其能够在临床上使用。为了理解扩展此应用程序的含义，我们模拟了使用医院中典型的多扫描仪设置运行重建。
2018-09-11 cs.CV cs.DC physics.med-ph
Super-Resolution 1H Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging utilizing Deep Learning
磁共振光谱成像（SI）是一种独特的成像技术，提供生物体内组织的生化信息。从几个空间区域获得的1H光谱被量化，以产生反映组织代谢的代谢物浓度。然而，由于这些代谢物在组织中以非常低的浓度被发现，因此SI通常以有限的空间分辨率被获取。在这项工作中，我们测试了一个假设，即深度学习能够将低分辨率SI与T1加权（T1 w）图像一起放大，以重建高分辨率SI。我们报告了一种新的密集连接的Unet（D-Unet）架构，能够产生超分辨率光谱图像。D-UNet的输入是T1 w图像和低分辨率SI图像，而输出是高分辨率SI。的D-UNet的结果进行了比较，定性和定量模拟和体内高分辨率SI。研究发现，这种深度学习方法可以产生高质量的光谱图像，并从低分辨率采集中重建整个1H光谱，这可以极大地推进当前的SI工作流程。
2018-11-05 physics.med-ph
Distinguishing between paediatric brain tumour types using multi-parametric magnetic resonance imaging and machine learning: a multi-site study
儿科脑肿瘤的成像和随后的准确诊断提出了放射学挑战，磁共振成像在提供肿瘤特异性成像信息方面发挥着关键作用。弥散加权和灌注成像通常用于辅助儿科脑肿瘤的非侵入性诊断，但通常由专家定性评价。定量研究多为单中心、单模式研究。这项工作的目的是将多中心扩散和灌注成像与机器学习相结合，以开发基于机器学习的分类器来区分三种常见的儿科肿瘤类型。结果表明，肿瘤和全脑的扩散和灌注加权成像提供了肿瘤类型之间不同的显著特征，并且结合这些特征可以获得预测精度超过80%的最佳机器学习分类器。这项工作代表了向前迈出的一步，以帮助非侵入性诊断儿科脑肿瘤，使用先进的临床成像。
2019-10-21 eess.IV physics.med-ph q-bio.QM
Diffusion Pore Imaging by Hyperpolarized Xenon-129 Nuclear Magnetic Resonance
核磁共振（NMR）扩散测量被广泛用于导出与生物组织和多孔介质的微观结构间接相关的参数。然而，细胞或孔形状和尺寸的直接成像将是高度感兴趣的。很长一段时间以来，通过NMR扩散采集来确定孔隙形状似乎是不可能的，因为无法保存必要的相位信息。在这里，我们证明实验使用的测量技术，我们最近提出的理论上，任意封闭的孔隙的形状可以通过扩散采集成像，从而产生的相位信息。为此，我们使用超极化氙气在明确定义的几何形状。该方法可以从整个样品中采集信号，主要解决了常规核磁共振成像分辨率提高时信号消失的问题。这可以用于非侵入性地获得迄今为止无法获得的结构信息，例如孔或细胞形状，细胞密度或轴突完整性。
2012-12-07 physics.chem-ph physics.med-ph
Machine Learning in Magnetic Resonance Imaging: Image Reconstruction
University College London（伦敦大学学院）；University of Oulu（奥卢大学）
磁共振成像（MRI）在许多疾病的诊断、治疗和监测中起着至关重要的作用。然而，它是一种固有的慢成像技术。在过去的20年里，并行成像、时间编码和压缩感知通过准确地恢复k空间数据的缺失行，使MRI数据的采集速度大幅提高。然而，由于重建的耗时性质和看起来不自然的图像，大大加速的采集的临床吸收受到限制，特别是在压缩感知中。随着机器学习在广泛的成像任务中取得成功，最近在MRI图像重建领域中使用机器学习的情况出现了爆炸式增长。已经提出了各种各样的方法，其可以应用于k空间和/或图像空间。已经从一系列方法中证明了有希望的结果，从而实现了自然的图像和快速计算。在这篇综述文章中，我们总结了当前用于MRI重建的机器学习方法，讨论了它们的缺点，临床应用和当前趋势。
2020-12-09 cs.LG physics.med-ph
Application of topological edge states in magnetic resonance imaging
本研究针对一维拓扑系统应用空白的问题，提出在基于超材料的体谐振器中实现拓扑边缘模，经1.5T MRI实验验证可提升传统射频线圈灵敏度，拓展了拓扑态在医学成像领域的应用。
2022-10-18 physics.app-ph physics.med-ph
Parallel Magnetic Resonance Imaging
本文探讨了并行磁共振成像在图像重建中的应用，通过逆问题视角分析，介绍了正则化、离散化和迭代重建等基本概念，并讨论了自校准算法、近似理论及压缩感知的结合。
2015-07-17 cs.CV cs.NA math.NA
Accelerated Computing in Magnetic Resonance Imaging -- Real-Time Imaging Using Non-Linear Inverse Reconstruction
目的：开发在磁共振成像（MRI）中使用图形处理单元（GPU）进行图像重建的通用优化策略，并示例性报告我们在高帧速率动态MRI中高度加速实施非线性反演算法（NLINV）的经验。方法：对NLINV算法进行优化，并移植到多GPU单节点服务器上运行。该算法通过沿通道维度分解数据域来映射到多个GPU上。此外，该算法是沿着时域分解放松时间正则化约束，允许算法并行工作在多个帧。最后，提出了一种自动调整方法，该方法能够结合不同的分解变量，以在不同的成像场景中实现最佳的算法性能。结果：该算法被成功移植到多GPU系统中，并允许以高帧速率进行在线图像重建。低延迟和帧速率高达每秒30帧实时的【形】重建被证明。结论：提出了一种新的并行分解方法，适用于动态MRI的多种迭代算法。利用这些方法在多个GPU上并行化NLINV算法，可以实现高帧速率的在线图像重建。
2017-11-08 cs.DC physics.med-ph
Demonstration of full tensor current density imaging using ultra-low field MRI
头部内外加直流电流的直接成像可以提供有价值的电导率信息，可能改善电磁神经成像。在$μ$ T Larmor场的超低场磁共振成像（ULF MRI）可用于电流密度成像（CDI）。在此，使用专门的序列探测由外加电流密度$J$产生的磁场$B_{J}$对MR信号的可测量的影响。与高场MRI相比，由于序列设计的灵活性更大，因此可以在不旋转扫描仪中的受试者的情况下导出$B_{J}$的全张量。我们提出了一个超低频MRI设置超导量子干涉器件（SQUID）的基础上，这是在380 aT Hz $^{-1/2}$的噪声水平，并能够切换所有的成像领域内的脉冲序列。因此，该系统能够实现零场编码，其中在没有其他磁场的情况下探测$B_{J}$的全张量。3D CDI在具有不同几何形状的体模上进行了演示，该体模承载约2 mA的电流，对应于0.45和8 A/m $^{2}$之间的电流密度。通过与体内采集的头部图像进行比较，我们提供了对信噪比的必要改进的见解。
2019-05-08 cond-mat.other physics.med-ph
Computational-design Enabled Wearable and Tunable Metamaterials via Freeform Auxetics for Magnetic Resonance Imaging
针对MRI超材料因平面配置和共振频率偏移导致不实用的问题，提出一种基于自由形状拉胀材料的计算设计方法，通过解决圆形堆积问题开发出可贴合身体且保持最佳频率的可穿戴可调谐超材料，推动其临床应用。
2023-11-21 physics.ins-det physics.med-ph
In-vivo magnetic resonance imaging of hyperpolarized silicon particles
硅基微米和纳米颗粒由于其生物相容性和体内生物降解性以及灵活的表面化学特性（允许药物负载、功能化和靶向）而在广泛的生物医学应用中获得了普及。在这里，我们报告直接在体内成像的超极化29硅核硅微粒的MRI。硅的天然物理性质为动态核极化（DNP）、极长的去极化时间、对体内环境或颗粒翻滚的不敏感性以及有利于功能化的表面提供表面电子状态。潜在的应用胃肠道，血管内，肿瘤灌注成像在亚皮摩尔浓度。这些结果证明了一种新的无背景成像模式，适用于一系列廉价，易得，生物相容性Si颗粒。
2013-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
Autofocusing+: Noise-Resilient Motion Correction in Magnetic Resonance Imaging
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术研究院）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
由运动伪影引起的图像损坏是磁共振成像（MRI）中的一个根深蒂固的问题。在这项工作中，我们提出了一个基于神经网络的正则化项来增强自动聚焦，这是一种经典的基于优化的方法来去除运动伪影。该方法兼顾了两个方面：基于优化的例程迭代执行盲降级，基于深度学习的先验惩罚不切实际的降级并加快收敛速度。我们验证了三种模型的运动轨迹的方法，使用合成和真实的噪声数据。该方法证明了对噪声和解剖结构变化的弹性，优于最先进的降级方法。
2022-03-10 cs.AI cs.CV eess.IV
Autocalibrating and Calibrationless Parallel Magnetic Resonance Imaging as a Bilinear Inverse Problem
用于磁共振成像（MRI）的现代重建方法利用接收线圈阵列的空间变化的灵敏度分布作为附加信息源。这允许通过欠采样来减少耗时的傅立叶编码步骤的数量。接收灵敏度是先验未知的，并且受到（移动）对象的几何形状和电特性的影响。为了获得最佳结果，它们需要与来自相同欠采样测量数据的图像联合估计。作为一个反问题，这导致了一个双线性重建问题的多通道盲反卷积。在这项工作中，我们将讨论一些最近开发的方法来解决这个问题。
2017-05-11 math.OC physics.ins-det physics.med-ph
Auxetics-Inspired Tunable Metamaterials for Magnetic Resonance Imaging
物理学是指具有负泊松比的结构或材料，从而能够表现出违反直觉的行为。本文中，利用拉胀结构来设计在兆赫（MHz）频率下操作的平面和半球形配置中的机械可调谐超材料，针对它们在磁共振成像（MRI）中的应用进行了优化。特别地，所报道的可调谐超材料由具有金属螺旋的相互连接的单位单元阵列组成，使得具有负泊松比的拉胀图案成为可能。超材料的可展开变形通过单位单元之间的电磁相互作用的最终修改产生关于频率可调谐性的附加自由度。超材料使用3D打印技术制造，并且在变形期间实现谐振模式的~20 MHz频移。在临床（3.0特斯拉）MRI中进行了实验验证，证明超材料能够在共振匹配条件下显著提高射频（RF）场强，最终大幅提高MRI的信噪比（SNR）（~ 4.5倍）。本文提出的可调谐超材料提供了一种新的途径，使超材料在MRI中的实际利用，以及一系列其他新兴的应用。
2021-07-28 physics.app-ph physics.med-ph
Travelling Wave Magnetic Resonance Imaging at 3 Tesla
波导已成功地用于在7 T下使用全身系统生成磁共振图像。孔限制所传输的磁共振信号，因为其特定截止频率大于大多数共振频率。这种限制可以通过使用平行板波导来克服，其截止频率对于横向电模式为零，并且它可以传播任何频率。为了研究3 T下全身成像的潜在受益，我们通过填充圆柱体模和两个表面线圈的平行板波导主模的传播，比较了1.5 T、3 T、7 T和9 T下的数值模拟。计算B1标测以研究该方法在3T下的可行性。在行波磁共振成像实验中，采用点扩散函数法对成像器性能进行了测量。人体腿部图像采集实验验证这种方法。主模式显示出非常小的场幅度变化沿传播方向在3 T相比，其他更高的谐振频率。B1映射表明，可以在128 MHz下使用行波方法进行实验。点扩散函数的结果表明，这些类型的实验良好的扫描仪性能。腿部图像获得与全身鸟笼线圈和波导与两个圆形线圈进行比较的目的。模拟和体内行波的结果对应非常好的磁场和比吸收率。对于行波方法和常规方法，观察到非常相似的性能。我们已经证明了行波磁共振成像在3T的全身磁共振系统的可行性，使用标准脉冲序列和只有一个线圈阵列的平行板波导。
2013-01-15 physics.ins-det physics.med-ph
Physics-based Reconstruction Methods for Magnetic Resonance Imaging
传统的磁共振成像（MRI）受到扫描时间长和仅定性图像对比的阻碍，无法在不同系统之间进行直接比较。为了解决这些限制，基于模型的重建明确地对管理MRI信号生成的物理定律进行建模。通过将图像重建公式化为逆问题，可以直接从有效采集的k空间信号中提取潜在物理参数的定量图，而无需中间图像重建-同时解决常规MRI的两个缺点。本综述将讨论基于模型的重建的基本概念，并报告我们在过去十年中开发几种基于模型的方法的经验，使用选定的例子，提供完整的数据和代码。
2021-02-11 cs.CE eess.IV physics.comp-ph
Phase-Encoded Hyperpolarized Nanodiamond for Magnetic Resonance Imaging
表面功能化的纳米材料可以作为治疗诊断剂，使用超极化磁共振成像（MRI）检测疾病和跟踪生物过程。然而，候选材料是稀疏的，需要具有长自旋晶格弛豫（T1）和自旋退相时间（T2）的自旋核，以及电子库来赋予超极化。在这里，我们展示了超极化13 C MRI的纳米金刚石材料系统的多功能性，利用其固有的顺磁缺陷中心，小时长的核T1时间，T2时间适合空间分辨毫米级结构。结合这些特性，我们实现了一种新的成像方式，该成像方式利用了与外部磁场对齐或反对齐的超极化编码的自旋之间的相位对比。相位编码超极化的使用允许纳米金刚石在MRI中仅基于其自旋取向被标记和区分，并且可以允许直接比较和成像特定生物功能化复合物的作用。
2017-08-30 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.med-ph
A Selection of Distributions and Their Fourier Transforms with Applications in Magnetic Resonance Imaging
本文以数学视角严谨介绍MRI中常见分布及其傅里叶变换，明确拓扑空间与定义，涵盖泊松求和公式及高斯函数变换，并力求自成体系。
2025-06-23 eess.IV eess.SP math.FA
Projected Iterative Soft-thresholding Algorithm for Tight Frames in Compressed Sensing Magnetic Resonance Imaging
Xiamen University（厦门大学）；University of Iowa（爱荷华大学）；Xiamen University of Technology（厦门理工学院）
压缩感知技术在加速磁共振成像中显示出巨大的潜力。快速图像重建和高质量图像是这一新技术面临的两个主要问题。已经表明，冗余图像表示，例如紧帧，可以显著提高图像质量。但是如何有效地解决这些冗余表示系统的重建问题仍然是一个挑战。本文试图解决的问题，应用迭代软阈值算法（ISTA）的紧帧的磁共振图像重建。通过引入规范对偶框架来构造分析稀疏算子范围上的正交投影算子，提出了一种投影迭代软阈值算法（pISTA），并结合Beck和Teboulle在2009年提出的策略进一步加速该算法.我们从理论上证明了pISTA收敛到一个平衡的紧框架稀疏的函数的最小值。实验结果表明，该算法比目前广泛使用的合成稀疏模型重建效果更好，加速后的pISTA算法收敛速度更快，甚至可以与最先进的平滑FISTA算法相媲美。pISTA的一个主要优点是仅引入了一个额外的参数，即步长，并且数值解在图像重建误差方面对它是稳定的，从而允许在许多快速磁共振成像应用中容易地设置。
2015-10-03 cs.CV math.OC physics.med-ph
Parallel Magnetic Resonance Imaging as Approximation in a Reproducing Kernel Hilbert Space
Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学学院）
本文探讨了并行磁共振成像在再生核希尔伯特空间中的近似方法，通过空间灵敏度矩阵构建核函数，将图像重建问题转化为函数近似问题，并扩展了采样影响的分析。
2014-08-13 cs.NA math.FA math.NA
Physics-Driven Deep Learning for Computational Magnetic Resonance Imaging
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；University Hospital of Tuebingen（图宾根大学医院）；University of Minnesota（明尼苏达大学）；New York University（纽约大学）；Friedrich-Alexander University Erlangen（埃尔朗根-纽伦堡大学）
物理驱动的深度学习方法已成为计算磁共振成像（MRI）问题的强大工具，将重建性能推向新的极限。本文概述了将物理信息纳入基于学习的MRI重建的最新进展。我们认为逆问题的线性和非线性的计算MRI的正向模型，并审查经典的方法来解决这些问题。然后，我们专注于物理驱动的深度学习方法，涵盖物理驱动的损失函数，即插即用方法，生成模型和展开的网络。我们强调了特定领域的挑战，如神经网络的实值和复值构建块，以及线性和非线性前向模型在MRI中的平移应用。最后，我们讨论了常见问题和开放性挑战，并将物理驱动学习与医学成像管道中的其他下游任务结合起来。
2022-10-14 cs.CV cs.LG eess.IV
