运动生物化学论文提纲

论文题目：基于多模态核磁共振成像的关节功能评估方法之研发与应用

摘要：关节是赋予人类运动功能的重要解剖结构,关节疾病导致患者运动功能受限和难以忍受的疼痛,严重影响其生活质量。本研究目的在于通过多模态核磁共振成像开发针对关节运动和软骨生物化学成分的关节功能评估方法,并应用于临床研究。其意义在于实现了精准、无创的关节运动追踪和软骨退化程度评估,为关节炎的早期检测和运动损伤监控、预防提供了可靠的技术手段。本论文基于k空间中的黄金角径向采样技术实现了关节动态磁共振成像,并基于Slice-to-Volume配准算法成功将二维动态影像和三维骨骼位置相匹配,实现了基于动态磁共振成像的关节运动追踪,精度达到1毫米与1度以下,达到骨科在体捕捉骨骼位置的运动需求。该技术相对于传统关节运动追踪技术拥有精度高、无辐射、实验流程简单之特点。另外,本论文基于定量磁共振成像技术（T2-Mapping）量化了关节软骨的生物化学品质,并将该技术应用于业余马拉松跑者的膝关节软骨品质评估。本论文发现马拉松运动导致髌股关节和前内侧胫股关节软骨T2弛豫时间上升,暗示软骨生物化学成分变化;并发现软骨T2弛豫时间变化与跑者的BMI呈正相关,表明软骨生物化学成分变化与短期内的膝关节机械负荷相关。该技术能先于目前的临床检测手段发现早期关节炎特征,能应用于运动损伤检测与评估。本论文基于多模态核磁共振成像技术研发了关节运动和关节生物化学成分两方面评估关节功能之技术,在骨骼肌肉系统疾病机制研究、关节疾病早期检测方面有广泛应用前景。

关键词：多模态核磁共振成像;关节功能评估;关节运动;关节软骨

学科专业：生物医学工程

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 关节的解剖结构与功能

1.2 关节炎

1.2.1 骨性关节炎

1.2.2 类风湿性关节炎

1.3 国内外研究现状

1.3.1 关节力学功能评估

1.3.2 关节生物学功能评估

1.3.3 基于影像学的关节功能评估

1.4 研究目的与意义

1.5 论文的主要内容与章节安排

第二章 多模态核磁共振成像原理

2.1 引言

2.2 核磁共振成像基本原理

2.2.1 物理基础

2.2.2 磁共振成像

2.2.3 磁共振图像重建

2.3 快速核磁共振成像技术

2.3.1 径向k空间采样技术

2.3.2 基于黄金角的快速成像序列

2.3.3 应用于关节运动追踪的动态MRI序列

2.4 定量核磁共振成像技术

2.5 本章小结

第三章 基于二维动态磁共振成像的三维关节运动追踪

3.1 引言

3.2 三维关节运动追踪基本概念

3.2.1 关节坐标系定义

3.2.2 六自由度关节运动

3.3 传统三维关节运动追踪方法

3.3.1 电磁捕捉技术

3.3.2 惯性传感器捕捉技术

3.3.3 光学运动捕捉技术

3.3.4 基于医学影像的运动捕捉技术

3.4 基于二维动态MRI的三维关节运动追踪方法

3.4.1 二维动态MRI图像重建

3.4.2 二维动态MRI与三维静态影像配准——SVR算法

3.5 颞颌关节运动追踪实验设计

3.5.1 受试者

3.5.2 影像方法

3.5.3 求解SVR算法中最优化问题的优化策略

3.5.4 算法验证

3.6 实验结果

3.6.1 精准性验证结果

3.6.2 目标函数性质验证结果

3.6.3 对输入扰动的敏感性验证结果

3.7 讨论

3.7.1 关节运动追踪算法性能

3.7.2 二维动态MRI技术

3.7.3 未来的临床应用前景

3.7.4 局限性

3.8 本章小结

第四章 定量评估软骨生物化学成分

4.1 引言

4.2 软骨的生物化学组成与损伤机制

4.2.1 软骨的组织结构

4.2.2 软骨的生物化学成分

4.2.3 软骨的损伤机制

4.3 定量磁共振成像量化软骨品质

4.4 使用T2-Mapping量化马拉松对跑者膝关节软骨的损伤

4.4.1 受试者

4.4.2 影像方法与T2-Map计算

4.4.3 软骨分割与图像处理

4.4.4 统计分析方法

4.5 研究结果

4.5.1 髌股关节软骨T2 弛豫时间的变化

4.5.2 胫股关节软骨T2 弛豫时间的变化

4.5.3 膝关节软骨T2 弛豫时间变化与膝关节负荷的相关性

4.6 讨论

4.6.1 运动损伤的形态学变化

4.6.2 马拉松对膝关节软骨品质的影响

4.6.3 运动损伤与软骨退化

4.6.4 局限性

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 论文的创新点

5.3 未来研究展望

参考文献

致谢