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磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)具有无电离辐射、多对比度等优点,广泛应用于疾病诊断和科学研究领域。定量磁化率成像(quantitative susceptibility mapping,QSM)是MRI中发展起来的新技术,能够获得生物组织磁化率分布,在测量组织钙含量方面具有非常广阔的应用前景。骨质疏松的典型表现是骨组织中钙流失,理论上抗磁性的钙流失会导致骨组织磁化率上升,因此QSM在骨质疏松评估方面具有很大的潜力。另外,在QSM重建方面,从组织场到磁化率的偶极子解卷积受星形伪影干扰,仍是一个尚未解决的难题。本文围绕腰椎QSM技术研究、腰椎QSM对骨质疏松诊断价值的初步评估与QSM偶极子解卷积新方法研究展开以下三个方面的工作:(1)基于超短回波时间的腰椎QSM方法及其在骨质疏松评估中的应用。QSM能够定量测量骨组织中与骨矿物质含量密切相关的磁化率,有望提供一种无电离辐射的指标用于骨质疏松评估。为获得高信噪比的图像,本文提出利用超短回波时间采集腰椎QSM数据;为了避免脂肪信号对QSM场图估计的干扰,本文提出采集水脂同相回波的腰椎QSM数据采集方案。完成了基于超短回波时间的腰椎QSM方法后,本文开展了腰椎QSM评估骨质疏松的可行性研究,研究结果显示QSM均值在骨质疏松组(82.0±39.9 ppb)中显著高于骨量减少组(30.8±47.0ppb)和骨量正常组(-17.0±43.6ppb);并且QSM与骨密度之间有很强的负相关(r=-0.70)。本文还研究了腰椎QSM两次采集的可重复性,结果显示四个腰椎椎体中两次采集测得的QSM之间都有很强的相关性(r=0.87～0.91)。(2)基于双重复时间多回波梯度回波的腰椎QSM方法。基于超短回波时间的腰椎QSM序列数据采集时间约为10分钟,且不能获得脂肪分数。为了加快QSM的成像速度并同时获得脂肪分数,本文提出了双重复时间多回波梯度回波腰椎QSM序列,该序列第一个重复时间采集水脂不同相回波,第二个重复时间采集水脂同相(in-phase,IP)回波。利用IP回波估算的场图和R2*作为R2*-IDEAL算法的初始化,实现准确的场图估计和水脂分离(简称为IP方法)。仿真实验和真实实验结果都表明,在场图估计和水脂分离效果上,IP方法优于现有的VARPRO-GC,SPURS和Zero方法。本文提出的方法可以在5分钟左右完成数据采集且能够同时定量QSM和脂肪分数。(3)基于偶极子核频域特性的多频带卷积神经网络QSM重建方法。深度卷积神经网络在QSM重建方面非常具有潜力。然而,现有的深度学习QSM重建方法(QSMnet)利用卷积神经网络近似从组织场到磁化率的求逆过程,训练过程没有考虑频域偶极子核的内在特性。QSM伪影主要由偶极子核魔角附近取值等于或者接近于零的频带产生。为了将偶极子核的频谱特性纳入到QSM重建的卷积神经网络,本文提出了基于偶极子核频域特性的多频带卷积神经网络(MF-QSMnet)QSM重建方法。本文提出的MF-QSMnet重建的QSM结果比QSMnet结果精度更高,伪影更少。