在众多的医学成像技术中,磁共振成像凭借其具有的高软组织对比度以及多参数、无死角等特点,在临床疾病筛查诊断中显现出异常广阔的应用前景。心脏电影磁共振成像不仅能够显示心脏的形态和运动功能,而且有助于医师对患者的心肌活性等做出综合的判断,已经成为临床心血管疾病检查和评估的重要手段。然而,目前心脏磁共振成像技术还存在一些不足之处,如成像速度较慢、同时获得高时空分辨率的心脏电影图像存在较大困难等。当前临床使用的常规心脏电影成像技术主要依赖于二维的平衡稳态自由进动(balanced Steady State Free Precession,bSSFP)序列扫描,且扫描过程中需要配合心电门控(electrocardiography,ECG)和患者多次屏住呼吸来减少心脏搏动和呼吸运动的影响。然而,患者在扫描过程中的呼吸配合虽然可以降低呼吸运动伪影,但易造成患者自身的疲劳及因呼吸屏气不一致导致的成像层面重叠和间隔;心电门控技术虽然可以降低心脏搏动伪影,但心脏门控导联准备时间过长,且心电门控信号又容易受到射频脉冲和梯度磁场切换频率的干扰,场强越高,干扰就会愈严重。因此,为了提高心血管疾病磁共振检查的成功率,临床迫切需求研发出可重复性高、易于患者配合且操作简便的心脏磁共振成像方法,以便患者能够在无需屏住呼吸及心电门控的状态下,接受心脏磁共振检查并获得的具有诊断价值的心脏电影图像。为了解决上述临床心脏磁共振检查中所面临的实际问题,实现不需要外围门控和患者呼吸配合条件下的心脏电影成像,我们做了系统的深入研究,研究内容可以归纳为以下四点:1.提出了基于部分可分离函数(Partial Separable,PS)模型及压缩感知理论(Compressed Sensing,CS)的高时空分辨心脏电影磁共振成像新方法——PS-CS。通过研究心脏动态图像信号在时间与空间上的分布性质,同时利用时空矩阵的低秩特性和稀疏特性,提出了基于部分可分离函数和压缩感知理论的分步耦合成像模型。具体可分为两个方面:首先,在采样上,该模型使用固定轨迹的伪随机采样方式,以优化现有的基于部分可分离函数成像模型中约束条件不足的问题;其次,在重建上,重建过程分为两步,第一步运用传统部分可分离函数的低秩约束重建方法,得到一系列的存在降采样伪影的心脏电影图像,第二步基于压缩感知理论,运用非线性稀疏约束重建方法,重建出高时空分辨的心脏电影图像。实验结果表明,对比同类方法,我们提出的方法成像质量更好,特别是在抑制噪声和保障图像细节信息方面有优异表现。2.提出了基于大鼠心肌缺血模型的三维心脏自门控磁共振T1加权成像方法。该方法采用T1加权的梯度回波序列,通过混合径向采样方式扫描大鼠心脏成像数据。该混合径向采样方式在层面选择方向采用笛卡尔采样方式,在相位及频率编码平面采用基于黄金角度的径向辐射状采样方式,从而可以利用每条径向采样线中间信号为导航数据,通过设计不同频率的带通滤波器,得到大鼠的呼吸和心跳自门控信号。基于得到的自门控信号,重新排列采集的心脏成像数据,并进一步将压缩感知技术引入后续的心脏图像重建过程,从而得到无运动伪影的心脏T1加权图像。我们通过建立大鼠的心肌缺血模型,并将成像结果与病理分析结果进行比较。结果证明提出方法能够显著减少降采样伪影和运动伪影,准确确定心肌梗死的区域和范围,为缺血性心脏病的研究提供依据和参考。3.提出了基于微黄金角度径向采样及压缩感知理论的三维心脏电影自门控成像方法。该方法旨在探讨解决现有技术在3T磁共振成像系统上实现三维心脏电影扫描成像存在的问题,设计和研发出一种新颖的可以用于3T系统的三维心脏自门控磁共振成像方法。与前述方法相似,该方法采用混合径向采样方式的bSSFP扫描序列。但是,该方法基于微黄金角度而不是黄金角度的径向辐射状采样方式,以减少因bSSFP成像序列受到涡流影响而导致的导航信号数据位置发生漂移的干扰。在此基础上,为了进一步降低涡流效应,在自门控信号获取过程中,我们以径向采样线中间的5个信号点作为导航数据,从而提高自门控信号的可靠性。此外,为了解决bSSFP在3T系统上存在SAR值较高的问题,我们引入压缩感知技术以减少采样数据量、缩短扫描时间,最终降低SAR值。实验结果表明,提出方法能够有效消除涡流及SAR值的影响,实现临床3T环境的三维心脏电影成像。4.针对临床心律失常患者因心律不齐,导致难以利用门控导航技术进行心脏磁共振检查的难点,提出了一种基于均匀角径向采样及view sharing技术的心脏电影磁共振实时成像方法。该方法采用bSSFP序列,基于均匀角度的径向采样轨迹获取心脏电影成像数据,继而利用view sharing及压缩感知技术重建出高时空分辨的心脏电影图像。实验结果证明,提出方法能够明显改善门控导航技术的不足,有效避免成像过程中患者心律不齐因素的干扰,消除常规方法中因心脏搏动的无规律性产生的运动伪影,提高血池和心肌的对比度,极大改善心脏电影图像的质量,为心律失常患者的心血管疾病诊断和治疗提供参考。本文开篇即回顾了心脏磁共振成像技术的发展历程,并简单介绍了磁共振成像的基本原理及临床常用的心脏磁共振成像技术。继而,分章节详细地阐述了提出的心脏电影磁共振方法及其应用方面的研究。文末对研究工作进行了总结,并简要归纳了后续研究方向和研究思路。