上科大生医工学术讲座实录——分子影像和自旋:通过子空间学习实现高分辨率成像

发布时间:2021-12-24浏览次数:106

2021年12月9日,受上海科技大学生物医学工程学院 (上科大生医工学院) 助理院长、副教授王乾的邀请,美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 (UIUC) 梁志培 (Zhi-Pei Liang) 教授做客上科大生医工学术讲座,分享了题为 “Molecular Imaging with Spins: A Path to High Resolution through Learned Subspaces” 的学术演讲。


梁教授是磁共振成像领域享誉世界的知名专家,担任 UIUC 电子和计算工程系 Franklin W. Woeltge 教授、贝克曼研究所集成影像部主席。梁教授在国际权威杂志发表文章逾百篇,并与诺贝尔奖获得者保罗•C•劳特伯博士合著《磁共振成像原理》一书,被公认为是领域内的经典著作,被许多大学与研究人员作为重要的参考书。他是 IEEE、ISMRM、AIMBE 和 IAMBE Fellow,是 IEEE EMBS 前主席及 IAMBE 候任主席。

在讲座中,梁教授回顾了磁共振成像技术的发展历程,重点围绕分子影像和磁共振波谱成像 (MRSI) 展开。MRSI 可利用不同代谢产物的自旋信号,获得非侵入的分子影像,具有极大的科研和临床潜力。尽管 MRSI 在过去几十年不断发展,但离实际应用还有很大距离,无法提供临床所需的空间分辨率、扫描速度和图像质量。


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磁共振波谱成像 (MRSI) 发展历程


梁教授带领团队潜心研究 MRSI,近年来取得一系列重大突破。他提出的 SPICE (SPectroscopic Imaging by Exploiting Spatiospectral CorrElation),可在全脑水平获取 3x3x3 mm3 分辨率波谱图像,耗时仅需5-10分钟。


SPICE:实现全脑 3D MRSI 成像


这一成就的取得来之不易。梁教授详细介绍了其团队在 SPICE 技术研发过程中的攻坚克难经历,在成像的数学物理基础、序列设计和数据采集、图像重建模型和先验约束等多个层面进行了深入浅出的讲解。


成像的子空间机制


快速和稀疏的数据采集


集成物理模型和机器学习先验知识的数据处理


梁教授展示了 SPICE 技术在全脑磁共振分子影像中的一系列成果,包括对 NAA、Creatine、Choline 等一系列代谢产物和神经递质的成像结果。这些工作对脑肿瘤、阿兹海默氏症等神经系统疾病的诊疗具有重大价值。


全脑 NAA 图像


全脑 Creatine 图像


全脑 Choline 图像


在讲座最后,梁教授还对磁共振影像的发展方向进行了展望,并就报告内容和观众们进行了充分的互动。


SPICE 未来发展方向


生命科学大变革时代对医学影像的展望


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