一種用于mri對比度增強(qiáng)的成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于MRI對比度增強(qiáng)的成像方法，利用優(yōu)化反轉(zhuǎn)脈沖取代磁共振成像中常規(guī)反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列的反轉(zhuǎn)脈沖及其恢復(fù)延遲時間，在該優(yōu)化脈沖的精確操控下，不同組織的自旋將朝著縱向磁矩差異最大化趨勢演化，并在脈沖結(jié)束時刻獲得最大的縱向磁矩差異；在此基礎(chǔ)上，施加90°激發(fā)讀出脈沖使得組織間的最大化磁矩差異翻轉(zhuǎn)到橫向平面，采集梯度回波信號形成k空間數(shù)據(jù)，并利用改進(jìn)相位敏感圖像重建方法最終實現(xiàn)組織間對比度增強(qiáng)的目的。本發(fā)明解決了常規(guī)反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列掃描時間過長，充分利用了優(yōu)化脈沖波形的靈活性和相位敏感圖像重建方法的柔性等優(yōu)勢，可避免使用昂貴的磁共振造影劑，在性能、成本方面均優(yōu)于目前的磁共振成像對比度增強(qiáng)方法。
【專利說明】—種用于MRI對比度增強(qiáng)的成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域，特別是磁共振成像領(lǐng)域，具體涉及一種用于MRI對比度增強(qiáng)的成像方法。

【背景技術(shù)】
[0002]磁共振成像(MRI)已發(fā)展成為一種非常強(qiáng)大的醫(yī)學(xué)診斷手段，它特別適應(yīng)于腦組織、神經(jīng)系統(tǒng)以及人體軟組織等部位的診斷檢測。在磁共振成像中，脈沖序列扮演著核心角色，即操控原子自旋的磁矩從而產(chǎn)生預(yù)期的磁共振信號。反轉(zhuǎn)恢復(fù)(IR)序列是常用的傳統(tǒng)脈沖序列，它由一個180°反轉(zhuǎn)脈沖、一定的延遲時間和一個90°激發(fā)脈沖構(gòu)成，可獲得T1加權(quán)成像。傳統(tǒng)IR序列由于結(jié)構(gòu)簡單，在臨床上尤其是兒科有著較為廣泛的應(yīng)用。然而上述傳統(tǒng)脈沖序列均由90°和180°硬脈沖構(gòu)成，序列結(jié)構(gòu)單一、脈沖瞬時功率較大，檢測過程中發(fā)熱明顯，對人體存在一定的安全隱患。此外，傳統(tǒng)脈沖序列在單次掃描中還需使用額外的延遲時間以獲得一定的縱向或橫向組織磁矩差異，從而增加磁共振成像中多次掃描所需的時間，降低醫(yī)學(xué)檢測效率。更為重要的是，由于僅僅使用了固定角度的硬脈沖，傳統(tǒng)脈沖序列對組織的自旋磁矩缺乏柔性操控，從而進(jìn)一步限制了磁共振成像對比度的提高。例如，對2歲以下的嬰幼兒腦醫(yī)學(xué)診斷中往往使用反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列獲取T1加權(quán)成像，但由于嬰幼兒的腦組織尚處于生長階段，其組織間的弛豫時間差異很小，因此采用傳統(tǒng)IR序列無法獲得高對比度的組織成像，從而增大兒科腦疾病診斷的難度。
[0003]近年來，為增強(qiáng)磁共振成像對比度，在臨床檢測中往往配合使用磁共振造影劑，其基本原理是通過口服或靜脈注射顯影介質(zhì)改變組織內(nèi)的質(zhì)子弛豫時間，然后在強(qiáng)磁場下使用脈沖序列激發(fā)組織中的質(zhì)子，從而獲得增強(qiáng)的磁共振圖像。然而，此種成像增強(qiáng)方法存在一定的安全性問題，比如，盡管磁共振成像釓造影劑被證實與用于X射線成像或CT成像的碘造影劑相比，在臨床使用上更為安全，但仍有0.03-0.1%的不良過敏反應(yīng)。
[0004]因此，提出一種無須外部注射造影劑而達(dá)到成像對比度增強(qiáng)目的的脈沖序列，在磁共振成像中實現(xiàn)成像對比度的最大化是解決上述問題的關(guān)鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種用于MRI對比度增強(qiáng)的成像方法。
[0006]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種用于MRI對比度增強(qiáng)的成像方法，包括通過梯度上升方法構(gòu)造優(yōu)化反轉(zhuǎn)脈沖，取代常規(guī)反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖序列中的反轉(zhuǎn)脈沖及其恢復(fù)延遲時間，在該優(yōu)化脈沖的精確操控下，不同組織的自旋將朝著縱向磁矩差異最大化方向演化，并在脈沖結(jié)束時刻獲得最大的縱向磁矩差異；利用優(yōu)化反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列掃描并得到k空間數(shù)據(jù)；利用改進(jìn)的相位敏感圖像重建方法，對利用所述優(yōu)化反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列掃描得到的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，從而最終實現(xiàn)組織間對比度顯著增強(qiáng)的磁共振成像；所述方法的具體步驟為:
步驟I)將兩種生物組織樣本固定于磁共振成像儀的中心檢測區(qū)域，并分別測定其中T1和T2弛豫時間；
步驟2)開啟層選梯度的同時，對生物組織樣本依次施加優(yōu)化反轉(zhuǎn)脈沖和90°激發(fā)讀出脈沖；
步驟3)關(guān)閉層選梯度的同時，開啟相位梯度，實施一次相位編碼；
步驟4)關(guān)閉所述相位梯度的同時，開啟負(fù)向頻率梯度，其持續(xù)作用時間為信號采集窗口的一半。維持梯度大小不變，切換所述負(fù)向頻率梯度的極性為正向，使之變成正向頻率梯度，同時使能磁共振自由衰減信號的采集線圈，讀出梯度回波信號，并將之填充k空間的某一行；
步驟5)改變所述相位梯度(3)的幅值、極性等參數(shù)，重復(fù)步驟2-4若干次，如重復(fù)255次，將獲得256X256大小的k空間數(shù)據(jù)；
步驟6)針對采集到的k空間數(shù)據(jù)，利用改進(jìn)的相位敏感重建方法獲得重建圖像，該圖像即為使用優(yōu)化反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列獲得的對比度增強(qiáng)的組織成像。
[0007]進(jìn)一步的，所述通過梯度上升方法構(gòu)造優(yōu)化反轉(zhuǎn)脈沖的具體步驟為:
步驟I)初始化給定持續(xù)時間的反轉(zhuǎn)脈沖波形；
步驟2)建立組織α、β間對比度目標(biāo)函數(shù)

【權(quán)利要求】
1.一種用于MRI對比度增強(qiáng)的成像方法，其特征在于，包括通過梯度上升方法構(gòu)造優(yōu)化反轉(zhuǎn)脈沖，取代常規(guī)反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖序列中的反轉(zhuǎn)脈沖及其恢復(fù)延遲時間，在該優(yōu)化脈沖的精確操控下，不同組織的自旋將朝著縱向磁矩差異最大化方向演化，并在脈沖結(jié)束時刻獲得最大的縱向磁矩差異；利用優(yōu)化反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列掃描并得到k空間數(shù)據(jù)；利用改進(jìn)的相位敏感圖像重建方法，對利用所述優(yōu)化反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列掃描得到的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，從而最終實現(xiàn)組織間對比度顯著增強(qiáng)的磁共振成像； 所述方法的具體步驟為: 步驟I)將兩種生物組織樣本固定于磁共振成像儀的中心檢測區(qū)域，并分別測定其中T1和T2弛豫時間； 步驟2)開啟層選梯度的同時，對生物組織樣本依次施加優(yōu)化反轉(zhuǎn)脈沖(11)和90°激發(fā)讀出脈沖(12); 步驟3)關(guān)閉層選梯度(2)的同時，開啟相位梯度(3)，實施一次相位編碼； 步驟4)關(guān)閉所述相位梯度(3)的同時，開啟負(fù)向頻率梯度(41)，其持續(xù)作用時間為信號采集窗口的一半，維持梯度大小不變，切換所述負(fù)向頻率梯度(41)的極性為正向，使之變成正向頻率梯度(42)，同時使能磁共振自由衰減信號的采集線圈，讀出梯度回波信號(5)，并將之填充k空間的某一行； 步驟5)改變所述相位梯度(3)的幅值、極性等參數(shù)，重復(fù)步驟2-4若干次，如重復(fù)255次，將獲得256X256 大小的k空間數(shù)據(jù)； 步驟6)針對采集到的k空間數(shù)據(jù)，利用改進(jìn)的相位敏感重建方法獲得重建圖像，該圖像即為使用優(yōu)化反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列獲得的對比度增強(qiáng)的組織成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MRI對比度增強(qiáng)的成像方法，其特征在于，所述通過梯度上升方法構(gòu)造優(yōu)化反轉(zhuǎn)脈沖的具體步驟為: 步驟I)初始化給定持續(xù)時間的反轉(zhuǎn)脈沖波形； 步驟2)建立組織α、β間對比度目標(biāo)函數(shù)f = r=(^ -Φ5)2, φ?、分別為自旋α、β由熱平衡狀態(tài)遷移到期望反轉(zhuǎn)態(tài)的轉(zhuǎn)移效率； 步驟3) 計算目標(biāo)函數(shù)的梯度，計算公式為 /auk(j) =2(Φβ--Φ°)(5ΦΚ ,διικ0-δφ.β:;duk(fj), UkQ 反轉(zhuǎn)脈沖波形； 步驟4)利用所述步驟(3)中的梯度更新反轉(zhuǎn)脈沖波形，直至目標(biāo)函數(shù)f達(dá)到極大值，此時獲得實現(xiàn)縱向磁矩差異最大化的優(yōu)化反轉(zhuǎn)脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于MRI對比度增強(qiáng)的成像方法，其特征在于，所述改進(jìn)的相位敏感圖像重建方法具體步驟為: (1)對所述k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行二維傅里葉變換獲得的原始復(fù)數(shù)圖像數(shù)據(jù)I(Xsy),并歸一化獲得方向向量0(x = y)； (2)在組織區(qū)域選取一個隨機(jī)像素點作為種子加入種子集合，選取任一種子像素，其方向向量為5，計算該種子像素與周圍的四個相鄰像素k的方向向量點積4=5-5,且k=l, 2, 3,4 ； (3)判斷是否滿足準(zhǔn)則I或準(zhǔn)則2，滿足并且4為非負(fù)數(shù)時保持Sfc不變，滿足并且4為負(fù)數(shù)時，將鄰域像素方向向量反轉(zhuǎn)，即= -Bs，將所述滿足準(zhǔn)則I或準(zhǔn)則2的鄰域像素點加入種子集合，同時對當(dāng)前種子像素做標(biāo)記，不再訪問； (4)重復(fù)以上過程，直至沒有新的種子可使用，完成圖像重建。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于MRI對比度增強(qiáng)的成像方法，其特征在于，判定所述準(zhǔn)則I的計算公式為卜?S(M0=/N),判定所述準(zhǔn)則2的計算公式為|4|€|cos(A^-e+360= /N)|:|cos(A0+e+360* /N)|J, N 為最小相位編碼循環(huán)次數(shù)，通常.16 ^ 32,滅為在磁場均勻、共振偏移為零時使用優(yōu)化反轉(zhuǎn)脈沖產(chǎn)生的組織間相位誤差，￡的1-5=小角度補(bǔ)償誤差，用以補(bǔ)償主磁場和射頻場非均勻性導(dǎo)致的相位誤差。
【文檔編號】A61B5/055GK104161517SQ201410259741
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】常嚴(yán), 魏達(dá)秀, 楊曉冬 申請人:中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所