一种笛卡尔采样的双核同步磁共振成像和图像重建方法技术

本发明专利技术公开了一种笛卡尔采样的双核同步磁共振成像和图像重建方法，先后紧邻激发1H和X核，引入X核层厚的调节参数ap1，层面方向提前施加预散相梯度脉冲；引入X核频率和相位编码方向视野的调节参数ap2和ap3，对X核进行空间编码并采集其echo1，施加频率和相位编码补偿梯度，使质子的k轨迹演化到目标点后进行频率编码并采集1H的echo2，反方向施加频率编码梯度并采集1H的echo3，X核的TE1、1H的TE2和TE3及各自的翻转角独立控制，实现X核三方向分辨率的调节，利于获得多参数加权的1H图像。本发明专利技术解决了同步成像方法中X核与1H图像分辨率相差较大的问题，可根据具体的应用场景及时调节X核的分辨率。核的分辨率。核的分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种笛卡尔采样的双核同步磁共振成像和图像重建方法


[0001]本专利技术涉及磁共振成像
，具体涉及一种笛卡尔采样的双核同步磁共振成像和图像重建方法。

技术介绍

[0002]核磁共振成像技术通过灵活多变的脉冲序列和可调参数操控原子核自旋，获得不同参数加权的图像，在生命科学等领域应用广泛。传统的磁共振成像(MRI)对生物体内质子(1H)成像，可提供形态学和间接功能信息，具有任意切面方向成像、软组织对比度高、图像信息丰富且无电离辐射等优点。随着高场MRI系统的发展，对生物体内与生理变化相关的内源性非质子核(
23
Na、
31
P、
35/37
Cl、
17
O等)和外源性探针中核(
19
F、
129
Xe、3He、
13
C等)的有效成像和波谱检测也在逐步发展。非质子核素的检测可提供质子检测无法获得的额外信息，帮助解释细胞功能、离子紊乱、能量代谢、组织pH和药物靶向位点等亚细胞或分子层面的事件，有助于深入研究病理变化过程。
[0003]非质子核的成像通常需要与1H MRI联合应用，主要原因是非质子核在生物体内局部富集，空间上分布不连续，非质子核图像须与1H图像配准，以获得非质子核素的解剖位置信息。通常，非质子核与1H MRI按顺序先后采集两种核素的图像，总的扫描时间翻倍或更长，扫描部位很难做到长时间内静止不动，会引入运动伪影，这类数据采集办法导致扫描时间增加和潜在的图像配准困难。针对这些潜在的问题，研究人员已经提出了双核同步激发和同步采集的成像方法。但是脉冲梯度磁场始终同时作用于所有核素，不同核素的磁旋比差异大，因此，同步激发和采集方法获得的不同核素图像具有不同的视野(FOV)、层厚，它们被各自的旋磁比缩放；此外，多数双核同步成像方法，1H的激发脉冲和回波时间与非质子核保持一致，为了提高非质子核的信噪比，采用短回波时间的成像方法，对1H图像对比度的控制有限。
[0004]非质子核图像的层厚和平面内的分辨率与1H差异大，不利于非质子核图像与1H图像之间的配准、比较，甚至会导致非质子核图像的特征区错误定位到1H图像上的风险。如何兼顾非质子核分辨率、信噪比和1H对比度的问题，是双核同步MRI中需要充分考虑的一个问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种笛卡尔采样的双核同步磁共振成像和图像重建方法，在进行质子(1H)和非质子核双核同步成像中可根据具体的应用场景调节非质子核的层厚和FOV，从而调节其三个空间方向的分辨率，且可获得不同回波时间加权的1H图像，提高1H图像对比度的控制灵活性。
[0006]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种笛卡尔采样的双核同步磁共振成像和图像重建方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、选择性先后紧邻激发质子1H和非质子核素X核，利用参数ap1调节X核的选
层梯度脉冲g4的强度，实现X核层厚Th
X
的调节，在1H和X核两种核素激发脉冲之间施加层面方向的预补偿梯度脉冲g3，回聚层面内1H的散相；
[0009]步骤二、分时先后对X核和1H的磁共振信号进行频率编码，利用参数ap2调节非质子核频率编码梯度脉冲的强度，实现X核频率编码方向视野FOVr
X
的调节，之后施加频率编码补偿梯度脉冲g9使1H频率编码方向的k轨迹演化到目标点，然后分两次先后施加频率编码梯度脉冲，对1H进行两次频率编码；
[0010]步骤三、分时先后对X核和1H的磁共振信号进行相位编码，利用参数ap3调节X核相位编码梯度脉冲的强度，实现X核相位编码方向视野FOVp
X
的调节，之后施加相位编码补偿梯度脉冲g13使1H相位编码方向的k轨迹演化到目标点，最后施加相位编码回聚梯度脉冲g14回聚1H和X核两种核素相位编码方向的散相；
[0011]步骤四、分时先后采集X核和1H的磁共振信号：在施加X核频率编码梯度脉冲g8的同时，采集回波时间为TE1的X核的回波信号echo1；在施加1H的第一频率编码梯度脉冲g10的同时，采集回波时间为TE2的1H的第一个回波信号echo2；在施加1H的第二频率编码梯度脉冲g11的同时，采集回波时间为TE2的1H的第二个回波信号echo3；
[0012]步骤五、将步骤四采集到的X核和1H的磁共振信号分别填充到X核和1H的k空间进行图像重建。
[0013]进一步地，步骤一的具体方法如下：
[0014](1)设置1H的检查视野FOV、层厚Th、接收通道的采样谱宽SW和采样矩阵[M N]，其中，M是采样点数，N是相位编码方向的编码步数，检查视野FOV包括频率编码方向视野FOVr和相位编码方向视野FOVp；
[0015](2)设置f1通道和f2通道的参数，f1通道为1H对应的射频激发通道，f2通道为X核对应的射频激发通道，根据f1通道、f2通道的参数以及参数ap1计算1H选层梯度脉冲g2的强度以及X核选层梯度脉冲g4的强度；
[0016](3)设置选层梯度通道Gs的参数，具体为：层面损毁梯度脉冲g1的强度和宽度，1H选层梯度脉冲g2的宽度和强度Gslevel1、预补偿梯度脉冲g3的宽度和强度、X核选层梯度脉冲g4的宽度和强度Gslevel2，选层回聚梯度脉冲g6的宽度和强度；
[0017]g2的宽度与1H的射频激发脉冲宽度p1保持一致，g4的宽度与X核的射频激发脉冲宽度p2保持一致；
[0018]g3的面积、g2面积的一半以及g4面积的一半的和为零，正梯度面积为正，负梯度面积为负；g6的面积等于g4面积的一半，g6梯度极性与g4相反；
[0019]时序上，依次施加g1、g2、g3、g4和g6；且g2与1H的射频激发脉冲中心对齐，g4与X核的射频激发脉冲中心对齐。
[0020]进一步地，g1、g2、g3、g4和g6五个梯度脉冲桥接的方式施加。
[0021]进一步地，g2的强度和g4的强度的计算方法如下：
[0022]设置f1通道和f2通道的参数具体为：
[0023]f1通道的参数包括：1H的射频激发脉冲、脉冲宽度p1和脉冲功率；
[0024]f2通道的参数包括：X核的射频激发脉冲、脉冲宽度p2和脉冲功率；
[0025]f1通道的射频激发脉冲在f2通道的射频激发脉冲之前施加；
[0026]根据1H的射频激发脉冲属性和脉宽p1计算出激发脉冲的频域宽度BW1；
[0027]根据X核的激发射频脉冲属性和脉宽p2计算出激发脉冲的频域宽度BW2；
[0028]根据1H的磁旋比γ
H
、层厚Th和BW1，计算出1H的选层梯度脉冲g2的强度Gslevel1；
[0029]根据X核的磁旋比γ
X
、BW2和Gslevel1，计算X核的选层梯度脉冲g4的强度Gslevel2，
[0030][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种笛卡尔采样的双核同步磁共振成像和图像重建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、选择性先后紧邻激发质子1H和非质子核素X核，利用参数ap1调节X核的选层梯度脉冲g4的强度，实现X核层厚Th
X
的调节，在1H和X核两种核素激发脉冲之间施加层面方向的预补偿梯度脉冲g3，回聚层面内质子的散相；步骤二、分时先后对X核和1H的磁共振信号进行频率编码，利用参数ap2调节X核频率编码梯度脉冲g8的强度，实现X核频率编码方向视野FOVr
X
的调节，之后施加频率编码补偿梯度脉冲g9使1H频率编码方向的k轨迹演化到目标点，然后分两次先后施加频率编码梯度脉冲，对1H进行两次频率编码；步骤三、分时先后对X核和1H的磁共振信号进行相位编码，利用参数ap3调节X核相位编码梯度脉冲g5的强度，实现X核相位编码方向视野FOVp
X
的调节，之后施加相位编码补偿梯度脉冲g13使1H相位编码方向的k轨迹演化到目标点，最后施加相位编码回聚梯度脉冲g14回聚1H和X核两种核素相位编码方向的散相；步骤四、分时先后采集X核和1H的磁共振信号：在施加X核频率编码梯度脉冲g8的同时，采集回波时间为TE1的X核的回波信号echo1；在施加1H的第一频率编码梯度脉冲g10的同时，采集回波时间为TE2的1H的第一个回波信号echo2；在施加1H的第二频率编码梯度脉冲g11的同时，采集回波时间为TE3的1H的第二个回波信号echo3；步骤五、将步骤四采集到的X核和1H的磁共振信号分别填充到X核和1H的k空间进行图像重建。2.根据权利要求1所述的一种笛卡尔采样的双核同步磁共振成像和图像重建方法，其特征在于，步骤一的具体方法如下：(1)设置1H的检查视野FOV、层厚Th、接收通道的采样谱宽SW、采样矩阵[M N]；其中，M是采样点数，N是相位编码方向的编码步数，检查视野FOV包括频率编码方向视野FOVr和相位编码方向视野FOVp；(2)设置f1通道和f2通道的参数，f1通道为1H对应的射频激发通道，f2通道为X核对应的射频激发通道，根据f1通道、f2通道的参数以及参数ap1计算1H选层梯度脉冲g2的强度以及X核选层梯度脉冲g4的强度；(3)设置选层梯度通道Gs的参数，具体为：层面损毁梯度脉冲g1的强度和宽度，1H选层梯度脉冲g2的宽度和强度、预补偿梯度脉冲g3的宽度和强度、X核选层梯度脉冲g4的宽度和强度，选层回聚梯度脉冲g6的宽度和强度；g2的宽度与1H的射频激发脉冲宽度p1保持一致，g4的宽度与X核的射频激发脉冲宽度p2保持一致；g3的面积、g2面积的一半以及g4面积的一半的和为零，正梯度面积为正，负梯度面积为负；g6的面积等于g4面积的一半，g6梯度极性与g4相反；时序上，依次施加g1、g2、g3、g4和g6；且g2与1H的射频激发脉冲中心对齐，g4与X核的射频激发脉冲中心对齐。3.根据权利要求2所述的一种笛卡尔采样的双核同步磁共振成像和图像重建方法，其特征在于，g2的强度和g4的强度的计算方法如下：f1通道和f2通道的参数具体为：
f1通道的参数包括：1H的射频激发脉冲、脉冲宽度p1和脉冲功率；f2通道的参数包括：X核的射频激发脉冲、脉冲宽度p2和脉冲功率；f1通道的射频激发脉冲在f2通道的射频激发脉冲之前施加；根据1H的射频激发脉冲属性和脉宽p1计算出激发脉冲的频域宽度BW1；根据X核的激发射频脉冲属性和脉宽p2计算出激发脉冲的频域宽度BW2；根据1H的磁旋比γ
H
、层厚Th和BW1，计算出1H的选层梯度脉冲g1强度Gslevel1；根据X核的磁旋比γ
X
、BW2和Gslevel1，计算X核的选层梯度脉冲g4的强度Gslevel2，其中，ap1是X核的层厚Th
X
的调节参数，Th
X
＝ap1
×
Th，ap1＞0。4.根据权利要求2或3所述的一种笛卡尔采样的双核同步磁共振成像和图像重建方法，其特征在于，步骤二的具体方法如下：设置频率编码梯度通道Gr的参数，包括频率编码准备梯度脉冲g7的宽度和强度、X核频率编码梯度脉冲g8的强度和宽度、频率编码方向的补偿梯度脉冲g9的宽度和强度、1H的第一频率编码梯度脉冲g10的宽度和强度、1H的第二频率编码梯度脉冲g11的宽度和强度、频率编码方向损毁梯度脉冲g12的宽度和强度；g8的宽度设置为采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春升，郑利敏，陈俊飞，宋长明，孙旭明，程东旭，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：