專利名稱：Mri成像中的方法和有觸發(fā)裝置的mri設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
1.本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及MR成像方法和一種MRI設(shè)備，該設(shè)備能在動(dòng)態(tài)肌肉收縮期間，對(duì)肌肉組織速度，獲取速度編碼活動(dòng)相襯(VE-PC，velocity-encoded cine phase-contrast)像，在該方法中-把受檢者肢體插入有一定圖像場(chǎng)(FOV，field of a view)的MR掃描器的線圈(13)中-受檢者使用圖像場(chǎng)(FOV)中的肌肉-引導(dǎo)受檢者按形成收縮周期的周期方式，使肌肉收縮-確定每一周期的相位并獲得相位數(shù)據(jù)-提供該周期中的一組MR像，每一像給出選定的相位，該組MR像是與相位數(shù)據(jù)同步獲取的，2.現(xiàn)有技術(shù)的說(shuō)明一般在放射學(xué)中用于診斷目的的MR像，是借助人類(有機(jī))組織內(nèi)質(zhì)子密度的差別，和它們微觀的磁弛豫性質(zhì)，使不同類型人類(有機(jī))組織之間可視化和分辨。在MRI中被檢測(cè)的質(zhì)子，必須與固態(tài)結(jié)構(gòu)內(nèi)(諸如密的骨密質(zhì)或腱)的那些質(zhì)子相反，能相對(duì)自由地?cái)U(kuò)散(諸如在肌肉中)。在固態(tài)結(jié)構(gòu)中，即使有質(zhì)子，但這些質(zhì)子的不動(dòng)性質(zhì)，趨于使發(fā)出的信號(hào)譜特征增寬到這樣程度，以致不能檢測(cè)這些質(zhì)子。結(jié)果是，這些結(jié)構(gòu)被說(shuō)成是信號(hào)空白的。
或者相干地或者隨機(jī)地迅速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子，在通常的MR像中是不可見(jiàn)的，看來(lái)更像膺像。但是，可以用特殊的成像技術(shù)，在該技術(shù)中，可以使MR像對(duì)質(zhì)子的相干運(yùn)動(dòng)是敏感的，諸如存在于流動(dòng)血液中的質(zhì)子，心臟肌(心肌)的運(yùn)動(dòng)中，或肌肉重復(fù)的等長(zhǎng)收縮中的質(zhì)子。這種特殊的成像技術(shù)，包括速度編碼活動(dòng)相襯掃描，在該技術(shù)中，以相干速度運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子速度，借助質(zhì)子在被檢測(cè)信號(hào)中產(chǎn)生的相位離散而量化。已經(jīng)把速度編碼活動(dòng)相襯成像技術(shù)，用于肌肉收縮的動(dòng)力學(xué)測(cè)量(Drace，J.E.，Pelc，N.J.Measurement of skeletal muscle motion invivo with phase-contrast MR imaging.JMRI 4157-163，1994，F(xiàn)inni等，2003，Sinha等，2004)。
掃描器有使成像與心臟或呼吸周期的相位同步的裝置。這被稱為選通，它可以向前或向后實(shí)施。選通把1D掃描線組合，形成一個(gè)或多個(gè)2D像的時(shí)間序列。如果在一個(gè)周期上只獲取單一掃描線，則每像128線的20幅像，將需要用2560個(gè)周期完成。幸運(yùn)的是，存在一個(gè)周期中能獲取多根像線的掃描器系列。通常約60周期足以完成20幅像的序列?；蛘?，可以用實(shí)時(shí)回聲平面成像技術(shù)，在一個(gè)周期中構(gòu)成全部序列。
相襯方法的有效性已經(jīng)在更早的時(shí)候報(bào)告(Drace和Pelc在1994，Lingamneni，A，Haedy，PA，Powell，KA，Pelc，NJ.Validation ofcine phase-contrast MR imaging for motion analysis.JMRI 5331-338，1995.Sinha等，2004)。
速度編碼相襯MRI，在一個(gè)周期中提供兩組例如20幅時(shí)間相位的像。一個(gè)周期被定義為心臟成像中相繼的QRS復(fù)合波(QRS-complexes)之間的時(shí)間，或在肌肉工作期間一個(gè)完整的收縮舒張周期。關(guān)于該兩組像，一組包含速度信息(相襯像)，而另一組包含解剖信息(振幅像)。在每一速度像中，體積無(wú)(由獲取的圖像場(chǎng)確定的體積區(qū))的灰度值，可以用該體積元代表的組織的VENC和VENC標(biāo)度，轉(zhuǎn)換為表示絕對(duì)速度。在該周期中組織的運(yùn)動(dòng)，能夠用該20幅相襯像中的速度信息跟蹤。
先前，用VE-PC MRI的人類骨骼肌運(yùn)動(dòng)，是在等長(zhǎng)肌收縮期間取得的，即在不出現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的條件下取得的。例如Finni等(2003a，b)和Sinha等(2004)已經(jīng)用玻璃纖維包埋材料6的后半部，使踝關(guān)節(jié)固定在90°角，從下腿獲取數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖9。埋藏在包埋材料墊板的光學(xué)干涉儀7(Fiberscan 2000，Luna Innovations，VA)，用于測(cè)量腳施加在包埋材料上的足底屈曲力。雙退都插入MRI掃描器10的頭線圈13中。以仰臥位躺在掃描器管11中的受檢者，被要求用足底屈曲肌作～70等長(zhǎng)收縮。請(qǐng)求受檢者使等長(zhǎng)收縮舒張周期與計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的音頻信號(hào)同步，該音頻信號(hào)通過(guò)掃描器音頻系統(tǒng)饋送。產(chǎn)生的力度的瞬間信息顯示在LED條上，能使受檢者配合目標(biāo)顯示的力度。
隨著形成Fabry-Perot干涉儀部分的光腔長(zhǎng)度的變化，測(cè)量加在包埋材料(cast)上的張力。該張力信號(hào)也用于起動(dòng)一組放在電磁鐵洞的開(kāi)孔上的LED條，使受檢者能監(jiān)控正在施加的力度。此外，用信號(hào)的初始上升觸發(fā)MRI的獲取。力換能器的輸出用電子學(xué)整形，產(chǎn)生特定閾值上的模擬ECG脈沖，把該脈沖饋送到心臟選通系統(tǒng)，使每一段的相位編碼電平的觸發(fā)，與力上升的開(kāi)始一致。
Votrube等人的US 5,772,595，1998，Multipositional MRI forkinematic studies of movable joints，描述一種方法，用于拍攝不同位置中靜止關(guān)節(jié)的像，并把關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)排成一組預(yù)定位置的順序。在重復(fù)的肌肉收縮期間，產(chǎn)生一系列像。但每一像給出靜止位置中的肌肉。當(dāng)把自動(dòng)裝置設(shè)定為把關(guān)節(jié)置于一組預(yù)定位置中時(shí)，Votrube實(shí)際上沒(méi)有檢測(cè)到可動(dòng)關(guān)節(jié)的位置。
Asakawa等人2003的論文“Cine Phase-Contrast MagneticResonance Imaging as a Tool for Quantification 0f Skeletal MuscleMotion”，涉及使運(yùn)動(dòng)中的肌肉成像。該論文是對(duì)使用活動(dòng)相襯電磁共振成像使骨骼肌運(yùn)動(dòng)量化的評(píng)論。它描述一種配置，用于在膝蓋屈曲和伸展時(shí)，使大腿肌的運(yùn)動(dòng)成像。他們用運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始來(lái)觸發(fā)掃描，而我們的設(shè)計(jì)，能在整個(gè)肌肉收縮周期中，使成像與任何涉及肌肉收縮的振幅(例如位移、力、肌肉激動(dòng)、血流速率)同步。Asakawa等人2003的另一篇論文，“Real-Time Imaging of Skeletal Musclevelocity”給出一種類似的方法。在該研究中，他們測(cè)試使用實(shí)時(shí)相襯MRI來(lái)跟蹤骨骼肌運(yùn)動(dòng)速度的可行性。該論文描述一種配置，用于在肘屈曲和伸展中，使肱二頭肌和肱三頭肌肌肉的運(yùn)動(dòng)成像。他們用運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始來(lái)觸發(fā)掃描，而我們的設(shè)計(jì)，能在整個(gè)肌肉收縮周期中，使成像與任何涉及肌肉收縮的振幅(例如位移、力、肌肉激動(dòng)、血流速率)同步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在動(dòng)態(tài)肌肉收縮期間，即在出現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的條件下的MR成像方法，能獲取肌肉組織速度的速度編碼活動(dòng)相襯(VE-PC)像。該方法可應(yīng)用于骨骼、骨、和腱的組織。本發(fā)明還提供一種有觸發(fā)裝置的MRI設(shè)備。
雖然任何有關(guān)節(jié)的肢體都可以成像，但一般是用腿。
在MRI管內(nèi)不適用電纜的地方，用光纖取代。
按照本發(fā)明，是連續(xù)地，或至少基本上連續(xù)地，即在周期的許多點(diǎn)中檢測(cè)周期的相位。相位數(shù)據(jù)被添加到MRI的像數(shù)據(jù)中，或用于確定當(dāng)前的掃描線與哪個(gè)相位相關(guān)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把相位與周期某一點(diǎn)的觸發(fā)比較時(shí)，相位的連續(xù)檢測(cè)是必要的。許多受檢者不能在周期運(yùn)動(dòng)中保持恒定的步調(diào)。當(dāng)使用周期的單點(diǎn)來(lái)觸發(fā)掃描時(shí)，像的質(zhì)量向著周期的末端急劇下降。
當(dāng)使用多掃描線MR成像時(shí)，則周期數(shù)是周期中相位數(shù)的2-4倍。
下面參照附圖考察本發(fā)明，這些圖表明本發(fā)明的一些實(shí)施例。


圖1畫(huà)出全部MRI的硬件。
圖2畫(huà)出有光檢測(cè)器的配置，用于測(cè)量作膝蓋伸展屈曲運(yùn)動(dòng)的大腿肌。
圖3畫(huà)出有光檢測(cè)器的配置，用于從作髖伸展屈曲運(yùn)動(dòng)的腰區(qū)測(cè)量背部肌。
圖4畫(huà)出有氣動(dòng)檢測(cè)器的配置，用于測(cè)量作踝關(guān)節(jié)足底屈曲背屈曲運(yùn)動(dòng)的腓腸肌。
圖5按照本發(fā)明使用氣動(dòng)檢測(cè)器的一個(gè)實(shí)施例，畫(huà)出MR環(huán)境中該配置的一般說(shuō)明。
圖6畫(huà)出用于支承和阻力的裝置以及光檢測(cè)器的細(xì)節(jié)。
圖7畫(huà)出用于光檢測(cè)器的觸發(fā)器檢測(cè)單元。
圖8畫(huà)出光學(xué)節(jié)拍器控制單元。
圖9按照現(xiàn)有技術(shù)，畫(huà)出一種測(cè)量的安排。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，MRI裝置以參考數(shù)字10表示，且它包括巨大電磁鐵(未畫(huà)出)包圍的MRI洞11、梯度和RF線圈(未畫(huà)出)、供受檢者(病人)使用的臺(tái)12。有用戶界面裝置(顯示器、鍵盤(pán))的主計(jì)算機(jī)101也是該系統(tǒng)的一部分，且位于另一個(gè)稱為工作室的室中，而MR洞11及臺(tái)12，則在掃描室中。觸發(fā)器和檢測(cè)單元14.1用內(nèi)部電纜連接到MRI裝置的主計(jì)算機(jī)101。在本實(shí)施例中，使用氣動(dòng)傳感器來(lái)檢測(cè)相位。單元14.1自身的氣動(dòng)傳感器是標(biāo)準(zhǔn)配件，但用于新的用途，稍后將要說(shuō)明。
圖2畫(huà)出測(cè)量作膝蓋伸展屈曲運(yùn)動(dòng)的大腿肌的配置。受檢者以伏臥位躺在臺(tái)12上。光學(xué)節(jié)拍器24置于受檢者前面，使他能看到光信號(hào)。他的踝關(guān)節(jié)掛在有阻力的裝置20和檢測(cè)裝置39內(nèi)的靶板(在圖6中詳細(xì)畫(huà)出)中。線圈13位于要獲取像的區(qū)(大腿)中。
圖3畫(huà)出從作髖伸展屈曲運(yùn)動(dòng)的腰區(qū)測(cè)量背部肌的配置。受檢者以仰臥位躺在臺(tái)12上。光學(xué)節(jié)拍器24置于受檢者前面，使他能看到光信號(hào)。他的踝關(guān)節(jié)掛在有阻力的裝置20和觸發(fā)器裝置內(nèi)的靶板中。線圈13位于要獲取像的區(qū)(背下部)中。
圖4畫(huà)出測(cè)量作踝關(guān)節(jié)足底屈曲背屈曲運(yùn)動(dòng)的腓腸肌的配置。圖上示意畫(huà)出檢測(cè)相位的氣動(dòng)傳感器。受檢者以仰臥位躺在臺(tái)12上。光學(xué)節(jié)拍器24置于受檢者前面，使他能看到光信號(hào)。他的踝關(guān)節(jié)掛在有阻力的裝置20和檢測(cè)裝置內(nèi)的氣動(dòng)組件的杠桿35上。受檢者的墊板向鉸接到臺(tái)12上的踏板35加力。墊板37推動(dòng)氣缸36中活塞363的拉桿362。這樣產(chǎn)生壓力信號(hào)，送至觸發(fā)器和檢測(cè)單元14.1，后者又產(chǎn)生電信號(hào)，送至主MR計(jì)算機(jī)，信號(hào)是相對(duì)的周期的實(shí)際相位。線圈13位于要獲取像的區(qū)(大腿)中。
圖5畫(huà)出當(dāng)使用氣動(dòng)傳感器時(shí)，在MRI室和工作室之間的MR環(huán)境中，該配置的一般說(shuō)明。光學(xué)節(jié)拍器控制單元19放在MRI室隔壁的工作室中，并把控制單元19與通過(guò)墻壁8到達(dá)光學(xué)節(jié)拍器24的光纖系列44(束)連接，光學(xué)節(jié)拍器24包括排成一列的LED束。有節(jié)律的可見(jiàn)信號(hào)還用上升和下降的光條，指示運(yùn)動(dòng)的相位，這些光條由各個(gè)光纖末端構(gòu)成。
氣動(dòng)氣缸36用它的活塞產(chǎn)生壓力，該壓力被單元14.1檢測(cè)。檢測(cè)的結(jié)果，作為電信號(hào)送至主計(jì)算機(jī)101。相位數(shù)據(jù)被用于確定將要與像數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的當(dāng)前掃描線是哪一個(gè)相位，或?qū)⒁c像數(shù)據(jù)一起儲(chǔ)存的當(dāng)前掃描線是哪一個(gè)相位。觸發(fā)器的輸出，經(jīng)過(guò)使用掃描器的自有界面的心臟選通系統(tǒng)，饋送到掃描器。
要用1D掃描建立周期運(yùn)動(dòng)的MR像，有兩種主要處理方式。按照第一種處理，是把相位數(shù)據(jù)用于觸發(fā)掃描，并把在周期的某一確定點(diǎn)上獲取的線組合，直接建立整幅圖像。優(yōu)點(diǎn)是，獲取掃描線的像的數(shù)量最小。
在第二種處理中，觸發(fā)操作是在定時(shí)脈沖(每周期一個(gè))之后緊接預(yù)定的周期，且相位數(shù)據(jù)與像數(shù)據(jù)一起儲(chǔ)存，實(shí)際相位偏離標(biāo)稱相位(太大)的每一線的像被拒絕，用下一個(gè)有相同相位的掃描像取代。后者意味著要有足夠的額外的數(shù)據(jù)周期，以補(bǔ)償被拒絕的像。
如果采用選擇激發(fā)技術(shù)，則在線或平面成像的同時(shí)，等待第一線或平面向平衡的弛豫。這樣可縮減總的像獲取時(shí)間。對(duì)使用標(biāo)準(zhǔn)的多片成像技術(shù)和自旋回聲脈沖序列，能夠在一個(gè)周期上，獲取在數(shù)個(gè)解剖層面上的許多片。當(dāng)使用梯度回聲脈沖序列時(shí)，能夠在一個(gè)周期上，要么獲取單個(gè)解剖層面上的許多相位，要么在不同解剖層面上獲取數(shù)片。
圖6畫(huà)出用于支承和阻力的裝置20以及光傳感器的細(xì)節(jié)。掛在框架30上的彈性帶32、33，為運(yùn)動(dòng)提供阻力。阻力帶32、33是周知的，并有不同的勁度。光傳感器35在此引入。激光收發(fā)組件40附著在支承裝置20的框架30上?？蚣?0有數(shù)個(gè)附著處，供識(shí)別運(yùn)動(dòng)相位的可彎曲結(jié)構(gòu)使用。上有線39.1的靶板39，被固定在受檢者的腿上。這些線的間隔，與激光束的間隔相比是不同的。這樣提供一種易于指示運(yùn)動(dòng)方向的途徑。這些線給出激光發(fā)射器發(fā)射的每一激光束的反射脈沖。每一反射被光傳感器讀取。當(dāng)用光纖38和38.1把發(fā)射器和傳感器連接到組件40時(shí)，發(fā)射器和傳感器在檢測(cè)單元中相隔一定距離。
周期相位的連續(xù)檢測(cè)，可以按若干方式發(fā)生。一個(gè)實(shí)施例是使用光纖束，每一光纖檢測(cè)一定的角度。另一個(gè)實(shí)施例如上所述，只有一對(duì)光纖，但光被許多不同角度的孔分解，這些孔在杠桿和框架中有不同的大小。角度因此按照光信號(hào)的振幅被檢測(cè)。
圖7示意畫(huà)出檢測(cè)單元22。它被組裝在外殼23內(nèi)的電路板27中。這里只畫(huà)出電路板上相關(guān)的部件。激光收發(fā)組件40(圖6)用光纖38和38.1連接到單元22。光纖38和38.1的末端，分別被鎖29對(duì)著發(fā)射器25、25.1(激光器/LED)和接收器26、26.1固定。專用計(jì)數(shù)器49對(duì)來(lái)自光傳感器的脈沖計(jì)數(shù)。實(shí)際位置被連續(xù)地確定。
電源連接到電源輸入271，電源LED 272給出關(guān)于電源的指示。無(wú)論什么時(shí)候進(jìn)行檢測(cè)，指示LED 28將閃爍。根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)器48的相位檢測(cè)信號(hào)，從連接器273輸出到導(dǎo)線15。
圖8畫(huà)出光學(xué)節(jié)拍器控制單元19。節(jié)拍器用12個(gè)LED的系列42，產(chǎn)生上升和下降的光信號(hào)，該12個(gè)LED點(diǎn)亮為一豎條。信號(hào)頻率能用電位計(jì)45改變。余下工作周期可以靈活地確定。節(jié)拍器還產(chǎn)生觸發(fā)器輸出信號(hào)，該觸發(fā)器輸出信號(hào)由與光信號(hào)相同頻率(連接器49)的方波脈沖構(gòu)成。電源連接到電源輸入43。板上有電源開(kāi)關(guān)432和電源LED 431。按下開(kāi)始按鈕46，可使光學(xué)節(jié)拍器開(kāi)始，而停止按鈕47使它停止。
應(yīng)當(dāng)指出，上述解釋和有關(guān)的各圖，只是展示性地說(shuō)明本發(fā)明的一種MRI設(shè)備和觸發(fā)器裝置。本發(fā)明不因此而完全限于上面給出的實(shí)施例，或因此而限制權(quán)利要求書(shū)定義的內(nèi)容，但本領(lǐng)域的專家顯然知道，在本發(fā)明構(gòu)思的框架內(nèi)，能夠有若干不同的變化和模式，本發(fā)明的構(gòu)思由附于后的權(quán)利要求書(shū)定義。
權(quán)利要求
1.一種在動(dòng)態(tài)肌肉收縮期間的MR成像方法，用于獲取肌肉組織速度的速度編碼活動(dòng)相襯(VE-PC)像，在該方法中-把受檢者肢體插入有一定圖像場(chǎng)(FOV)的MR掃描器的線圈(13)中-受檢者使用圖像場(chǎng)(FOV)中的肌肉-引導(dǎo)受檢者按形成收縮周期的周期方式，使肌肉收縮-確定每一周期的相位并獲得相位數(shù)據(jù)-提供該周期中的一組MR像并存儲(chǔ)，每一像給出選定的相位，該組MR像是與相位數(shù)據(jù)同步獲取的，其特征在于-肌肉是相對(duì)于肢體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)收縮的，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)肌肉收縮，-周期的相位基本上是連續(xù)檢測(cè)的。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，使用多掃描線MR成像，并在于，周期數(shù)是2-4乘周期中的相位數(shù)。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，周期的實(shí)際相位，是通過(guò)肢體運(yùn)動(dòng)施加于氣動(dòng)裝置的壓力傳感器而檢測(cè)的。
4.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，該實(shí)際相位，是用直接感測(cè)肢體位置的光傳感器檢測(cè)的。
5.一種MRI設(shè)備，能在動(dòng)態(tài)肌肉收縮期間，對(duì)骨骼肌組織速度，獲取速度編碼活動(dòng)相襯(VE-PC)像，其中的MRI設(shè)備(10)包括-MRI掃描器，有適合接納受檢者肢體的線圈-所述線圈有用于肢體肌肉的圖像場(chǎng)-用于引導(dǎo)受檢者作肌肉周期收縮的裝置-用于確定肌肉收縮周期的相位的裝置-MR像獲取系統(tǒng)，用于獲得按預(yù)定相位給出的一個(gè)完整周期的一組MR像-使獲取系統(tǒng)與肌肉收縮周期同步的裝置，其特征在于用于確定周期的相位的裝置，包括肢體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器(35)，該檢測(cè)器(35)適合基本上連續(xù)檢測(cè)該運(yùn)動(dòng)的相位。
6.按照權(quán)利要求5的MRI設(shè)備，其特征在于，該肢體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器適合直接觸發(fā)該獲取系統(tǒng)。
7.按照權(quán)利要求5的MRI設(shè)備，在使用基于線掃描的情形下，其特征在于，該MR像獲取設(shè)備，適合組合儲(chǔ)存的相同相位的像，又適合當(dāng)儲(chǔ)存的相位不同于預(yù)定相位時(shí)，拒絕這些像而選取下一個(gè)儲(chǔ)存的像。
8.按照權(quán)利要求5或6的MRI設(shè)備，其特征在于，該檢測(cè)器(35)是光傳感器。
9.按照權(quán)利要求5或6的MRI設(shè)備，其特征在于，該檢測(cè)器(35)是接受肢體作用的壓力傳感器和氣動(dòng)裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及在動(dòng)態(tài)肌肉收縮期間的MR成像方法，用于獲取肌肉組織速度的速度編碼活動(dòng)相襯(VE－PC)像。該方法包括如下步驟把受檢者肢體插入有一定圖像場(chǎng)(FOV)的MR掃描器的線圈(13)中；受檢者使用圖像場(chǎng)(FOV)中的肌肉使肢體的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；提供同步裝置(20，25)，使肌肉在預(yù)定周期中收縮并檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的相位；給出該周期中的一組MR像，該組MR像是用同步裝置(20，25)同步獲取的。
文檔編號(hào)A61B5/055GK101080645SQ200580042941
公開(kāi)日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者泰加·芬尼, 程蜀琳, 朱茜－派卡·尤森尼尤斯, 馬柯·哈弗 申請(qǐng)人:諾米爾有限公司