磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）是20世纪80年代发展起来的全新医学影像技术。经过几十年的发展,磁共振成像技术已广泛应用于疾病诊断、分期诊断和预后评估,在医学影像诊断和科学研究领域发挥着十分重要的作用。虽然铁是人体必需的微量元素,但是在某些情况下过多的铁对人体却是有害的。对地中海贫血患者和镰刀型细胞贫血患者,长期的输血治疗也会造成铁沉积,并会存储在肝脏枯否细胞中。由于首先损伤的是心脏和内分泌系统,患者常死于心脏毒性引起的心肌病或心律失常。对于铁过载患者,通常需要静脉放血治疗或者利用铁螯合剂进行去铁治疗。因而,准确可靠地测量铁沉积对于指导和监督治疗具有重要的临床意义。考虑到过载铁主要沉积在肝脏中,并且临床研究表明肝脏铁浓度可以反映全身铁浓度,因此通常是对肝脏进行活检或者磁共振成像。经皮穿刺活检是当前测量肝脏铁浓度的金标准,但该技术是侵入性的,并存在发生并发症的风险。磁共振成像技术,通过对横向弛豫率R₂或者R₂*进行量化,然后根据已有横向弛豫率与活检肝脏铁含量校正关系可获得相应的肝脏铁浓度。当前面临的问题是在图像噪声水平较高或者肝脏铁浓度较高情况下,已有信号模型不够准确,导致测量得到的R₂或者R₂*值存在偏差。另外,已有横向弛豫率与肝脏铁含量校正关系主要是在1.5特斯拉（Tesla,T）磁场强度下的临床分析结果,并使用了特定成像序列采集数据,更高磁场强度或者使用其他成像序列情况下的校正关系仍不可知。除此之外,肝脏中脂肪的存在同样会影响基于磁共振成像R₂*量化的肝脏铁沉积测量。虽然该影响不如重度铁过载那么明显,但对于具有轻度-中度铁过载的肥胖症患者而言,利用R₂*准确地量化铁含量变得十分重要。针对以上情况,本文以磁共振成像横向弛豫量化为研究课题,重点研究了在不同图像噪声水平和不同肝脏铁沉积情况下的R₂*mapping准确测量方法,以及利用蒙特卡罗仿真校正横向弛豫率与肝脏铁含量关系、横向弛豫率与肝脏脂肪含量关系等,主要研究内容分为以下四部分:（1）提出了一种基于快速查询表的肝脏R₂*mapping方法。对于多通道接收线圈采集信号并利用均方根算法进行重建的情况,图像中的噪声是服从非中心卡分布的。通过将观测信号的平均值拟合到非中心卡分布的一阶矩模型,可以得到准确的R₂*估计值。但是该方法计算耗时,限制了其在逐像素拟合的R₂*mapping中的应用。所提方法利用对合流超几何函数进行三次样条插值近似,将插值信息存储在查询表中,以此加速该函数的计算以及R₂*mapping的计算。仿真实验和临床实验结果表明所提方法能实现5个数量级的加速,并且R₂*图的计算误差小于10^-3 s^-1。（2）提出了一种基于自适应邻域正则的肝脏R₂*mapping方法。为了实现较高图像噪声水平或者较高肝脏铁浓度情况下的R₂*mapping,所提方法利用邻域信息作为正则化项,并根据像素间信号相似性自适应地计算正则化参数。仿真实验、体模实验和临床实验结果表明,所提方法在视觉上降低了噪声对R₂*图的影响,保留了更多的图像细节。在量化上,所提方法得到了均方根误差更小的R₂*图,且具有更高的准度和精度。（3）研究了基于蒙特卡罗仿真的横向弛豫率-肝脏铁含量关系校正。已有临床实验研究了在1.5T磁场强度下的横向弛豫率-肝脏铁含量校正关系,但是该关系的生物物理机制仍未可知,并且更高磁场强度下的校正关系也还未被研究。通过蒙特卡罗仿真模型,重现了在1.5T和3.0T磁场强度下的横向弛豫率-肝脏铁含量校正关系。并将该模型推广到多回波自旋回波成像中,利用两种不同的曲线拟合模型研究了肝脏铁浓度对横向弛豫参数的影响。通过该模型,仿真实验得到了与临床实验相一致的结果,并有望将该模型推广到其他应用中。（4）研究了基于蒙特卡罗仿真的横向弛豫率-肝脏脂肪含量关系校正。通过基于化学位移编码的磁共振成像可以获得质子密度脂肪分数和R₂*值,以此预测肝脏中脂肪浓度和铁浓度。临床实验表明肝脏脂肪含量与R₂*之间存在很强的线性相关性。在1.5T和3.0T磁场强度下,我们首先通过体模实验进行了验证。然后通过蒙特卡罗仿真实验,研究了不同脂肪磁敏感系数对横向弛豫率-肝脏脂肪含量关系的影响,并预测得到了与体模实验和临床实验相一致的结果。