磁共振成像中的参数定量检测方法、装置及磁共振扫描仪制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了磁共振成像中的参数定量检测方法、装置及磁共振扫描仪。方法包括：采集目标组织的第一、第二扰相梯度回波图像以及至少一幅多回波稳态第一、第二磁化图像；基于扩展相位图理论，得到与所述所述第一、第二扰相梯度回波图像以及至少一幅多回波稳态第一磁化图像和至少一幅多回波稳态第二磁化图像对应的信号方程，根据所述第一、第二扰相梯度回波图像的信号方程、至少一幅多回波稳态第一磁化图像的信号方程和至少一幅多回波稳态第二磁化图像的信号方程，得到所述目标组织的扰相梯度回波质子密度图、多回波稳态质子密度图、纵向弛豫时间映射图和横向弛豫时间映射图。图。图。

【技术实现步骤摘要】
磁共振成像中的参数定量检测方法、装置及磁共振扫描仪


[0001]本专利技术涉及MR(Magnetic Resonance，磁共振)
，特别是MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)中的参数定量检测方法、装置及磁共振扫描仪。

技术介绍

[0002]定量MRI将特定组织特性从MR参数的影响中分离出来，有助于早期疾病检测、对比研究和监测治疗。此外，一个好的定量图在一定程度上依赖于协议和扫描仪，可以用于机器学习诊断，而无需对不同协议和硬件进行再训练。传统的加权图也可以由T1(纵向弛豫时间)、T2(横向弛豫时间)和PD(Proton Density，质子密度)图合成。准确有效地提取磁共振成像中的这些特征是临床应用的关键。
[0003]目前主要有如下几种定量MRI方法：
[0004]方法一、金标准T1映射方法
[0005]该方法基于一系列不同反转时间的IR(Inversion Recovery，反转恢复)测量T1。信号强度S
n
(v)与反转时间TI
n
通过以下等式(1)关联：
[0006]S
n
(v)＝a(v)+b(v)
·
exp(
‑
TI
n
/T1(v))(1)
[0007]其中，v代表目标组织上的体素的序号，n为反转时间的序号，S
n
(v)为目标组织的体素v基于第n个反转时间的MR信号的强度，a(v)、b(v)为第一参数、第二参数，TI
n
为第n个反转时间，T1(v)为目标组织的体素v的纵向弛豫时间，exp()为以自然常数e为底的指数函数。
[0008]该方法的缺点是需要较长的扫描时间，每个长TR(Time Repetition，重复时间)仅采样一个相位编码。为了提高临床应用的效率，改进的T1映射方法在TR内的不同反转时间获得多个相位/分层(Partition)编码，但代价是精度的下降和重建图像中存在点扩散现象，例如，在T1映射中，一次IR后的多个读数将改变其纵向磁化恢复曲线。
[0009]方法二、金标准T2映射方法
[0010]该方法基于一系列不同TE(Time Echo，回波时间)的自旋回波测量T2。信号强度S
n
(v)与TE
n
之间的关系如下：
[0011]S
n
(v)＝c(v)
·
exp(
‑
TE
n
/T2(v))(2)
[0012]其中，v代表目标组织上的体素的序号，n为TE的序号，S
n
(v)为目标组织的体素v基于第n个TE的MR信号的强度，c(v)为第一参数，TE
n
为第n个TE，T2(v)为目标组织的体素v的横向弛豫时间。
[0013]该方法的局限性也在于所需的扫描时间长，在每个TR仅在一个TE内采样一个相位编码。为了加速采集，每个TR可采集多个自旋回波，称为MESE(Multi
‑
Echo Spin Echo，多回波自旋回波)，但需牺牲精度。如果受激回波导致翻转角度不准确，则在一个TR内获取多个自旋回波将无法准确反映T2。
[0014]方法三、为了进一步加快采集速度，现有技术还提出了一种基于模型的方法，该方法在轻微的信噪比损失下实现了10倍的加速。
[0015]该方法仍然需要较长的TR，且通常获取的是2D图像，这就由于切片轮廓不完美而降低了精度。
[0016]方法四、使用一组基于SSFP(Steady
‑
State Free
‑
Precession，稳态自由进动序列)采集的参数映射方法。
[0017]该方法首先获取两个不同翻转角度的SPGR(SPoiled Gradient Recalled echo，扰相梯度回波)图像，再分别针对两个不同翻转角度的SPGR图像建立如下近似公式(3)：
[0018]S(v)≈M0(v)
·
((1
‑
E1(v))/(1
‑
E1(v)
·
cosα))
·
sinα(3)
[0019]其中，E1＝exp(
‑
TR/T1(v))
[0020]v代表目标组织上的体素的序号，S(v)为目标组织的体素v的SPGR信号的强度，M0(v)是目标组织的体素v的质子密度，α是翻转角，TR为重复时间，T1(v)为目标组织的体素v的纵向弛豫时间。
[0021]通过针对两个不同翻转角度的SPGR图像建立两个公式(3)，就可以计算出M0(v)和T1(v)的近似值。
[0022]然后，对于未扰相的非平衡稳态信号，使用DESS(Dual Echo Steady State，双回波稳态)序列，激发后刚形成的磁化信号表示为F0，激发前刚重新聚焦的磁化信号表示为F
‑1：
[0023]在大翻转角度α下：
[0024][0025][0026]其中：
[0027][0028][0029][0030]q(v)＝E2(v)(1
‑
E1(v))(1+cosα)
[0031][0032][0033]v代表目标组织上的体素的序号，F0(v)为目标组织的体素v激发后刚形成的磁化信号的强度，M0(v)是目标组织的体素v的质子密度，F
‑1(v)为目标组织的体素v激发前刚重新聚焦的磁化信号，TR为重复时间，T1(v)为目标组织的体素v的纵向弛豫时间，T2(v)为目标组织的体素v的横向弛豫时间。
[0034]将通过公式(3)估计出的M0(v)和T1(v)代入上述公式(4)～(6)，就可近似估计出T2(v)。
[0035]该方法四可估计出T1或T2，但是由于公式(3)和(6)的等式都为近似公式，因此估计出的T1和T2的精度不够高。

技术实现思路

[0036]有鉴于此，本专利技术实施例提出了MRI中的参数定量检测方法及装置，以提高MRI中的参数定量检测的精度；
[0037]本专利技术实施例还提出了磁共振扫描仪，以提高MRI中的参数定量检测的精度。
[0038]本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：
[0039]一种磁共振成像中的参数定量检测方法，该方法包括：
[0040]采集目标组织的第一扰相梯度回波图像和第二扰相梯度回波图像，其中，第一扰相梯度回波图像、第二扰相梯度回波图像为：分别采用第一翻转角度、第二翻转角度的扰相梯度回波序列扫描所述目标组织得到，且，第一翻转角度与第二翻转角度不同；
[0041]采集所述目标组织的至少一幅多回波稳态第一磁化图像和至少一幅多回波稳态第二磁化图像，其中，多回波稳态第一磁化图像和多回波稳态第二磁化图像为：采用多回波稳态序列扫描所述目标组织得到，且，多回波稳态第一磁化图像用于描述激发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁共振成像中的参数定量检测方法，其特征在于，该方法包括：采集目标组织的第一扰相梯度回波图像和第二扰相梯度回波图像，其中，第一扰相梯度回波图像、第二扰相梯度回波图像为：分别采用第一翻转角度、第二翻转角度的扰相梯度回波序列扫描所述目标组织得到，且，第一翻转角度与第二翻转角度不同；采集所述目标组织的至少一幅多回波稳态第一磁化图像和至少一幅多回波稳态第二磁化图像，其中，多回波稳态第一磁化图像和多回波稳态第二磁化图像为：采用多回波稳态序列扫描所述目标组织得到，且，多回波稳态第一磁化图像用于描述激发后刚形成的磁化信号，多回波稳态第二磁化图像用于描述激发前刚重新聚焦的磁化信号；基于扩展相位图理论，得到与所述所述第一、第二扰相梯度回波图像以及至少一幅多回波稳态第一磁化图像和至少一幅多回波稳态第二磁化图像对应的信号方程，根据所述第一、第二扰相梯度回波图像的信号方程、至少一幅多回波稳态第一磁化图像的信号方程和至少一幅多回波稳态第二磁化图像的信号方程，得到所述目标组织的扰相梯度回波质子密度图、多回波稳态质子密度图、纵向弛豫时间映射图和横向弛豫时间映射图。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一、第二扰相梯度回波图像的信号方程为：所述目标组织的每个体素的扰相梯度回波质子密度、每个体素的纵向弛豫时间、每个体素的横向弛豫时间、扰相梯度回波图像对应的重复时间、每个体素针对扰相梯度回波图像的翻转角度、射频扰相的射频脉冲相位差增量、扰相梯度回波图像对应的回波时间和每个体素因磁场不均匀造成的横向弛豫时间这8个参数与该体素在扰相梯度回波图像上的扰相梯度回波信号值之间的等式关系。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一、第二扰相梯度回波图像的信号方程为：其中，v为目标组织上的体素的序号；l为扰相梯度回波图像的序号，l＝1时，对应第一扰相梯度回波图像，l＝2时，对应第二扰相梯度回波图像；S
SPGR,l
(v)为体素v在扰相梯度回波图像l上的信号值，M
0,SPGR
(v)为体素v的扰相梯度回波质子密度，f
EPG
()为预定义的稳态第一磁化函数，T1(v)为体素v的纵向弛豫时间，T2(v)为体素v的横向弛豫时间，TR
SPGR,l
为扰相梯度回波图像l对应的重复时间，α
SPGR,l
(v)为体素v针对扰相梯度回波图像l的翻转角度，Ψ为射频扰相的射频脉冲相位差增量，TE
SPGR,l
为扰相梯度回波图像l对应的回波时间，T2
′
(v)为体素v因磁场不均匀造成的横向弛豫时间。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，多回波稳态第一磁化图像的信号方程为：所述目标组织的每个体素的多回波稳态质子密度、每个体素的纵向弛豫时间、每个体素的横向弛豫时间、多回波稳态图像对应的重复时间、每个体素的多回波稳态翻转角度、多回波稳态第一磁化图像对应的回波时间和每个体素因磁场不均匀造成的横向弛豫时间这7个参数与该体素在多回波稳态第一磁化图像上的第一磁化信号值之间的等式关系；所述多回波稳态第二磁化图像的信号方程为：所述目标组织的每个体素的多回波稳态
质子密度、每个体素的纵向弛豫时间、每个体素的横向弛豫时间、多回波稳态图像对应的重复时间、每个体素的多回波稳态翻转角度、多回波稳态第二磁化图像对应的回波时间和每个体素因磁场不均匀造成的横向弛豫时间与该体素在多回波稳态第二磁化图像上的第二磁化信号值之间的等式关系。5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述多回波稳态第一磁化图像的信号方程为：其中，其中，p(v)＝1
‑
E1(v)
·
cosα
DESS
)v)
‑
E22(v)
·
(E1(v)
‑
cosα
DESS
(v))q(v)＝E2(v)
·
(1
‑
E1(v))
·
(1+cosα
DESS
(v))其中，n为当前多回波稳态第一磁化图像对应的回波时间在多回波稳态序列中的序号，v为目标组织上的体素的序号，F
0,n
(v)为体素v在当前多回波稳态第一磁化图像上的信号值，M
0,DESS
(v)为体素v的多回波稳态质子密度，α
DESS
(v)为体素v的多回波稳态翻转角度，TE
0,n
为体素v针对当前多回波稳态第一磁化图像的回波时间，TR
DESS
为多回波稳态图像对应的重复时间，T1(v)为体素v的纵向弛豫时间，T2(v)为体素v的横向弛豫时间，T2
′
(v)为体素v因磁场不均匀造成的横向弛豫时间。6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述多回波稳态第二磁化图像的信号方程为：其中，其中，p(v)＝1
‑
E1(v)
·
cosα
DESS
(v)

【专利技术属性】
技术研发人员：徐义程，朱盈桦，帕特里克，
申请(专利权)人：西门子数字医疗科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：