CN101143093B - 磁共振扩散成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种磁共振扩散成像方法，在磁共振扩散成像脉冲序列的激发射频脉冲后施加至少两个重聚相射频脉冲，在每个重聚相射频脉冲的两侧对称地各施加一扩散敏感梯度，其中，在每个重聚相射频脉冲的两侧对称地各施加一破坏梯度，所述的破坏梯度位于所述的重聚相射频脉冲以及该重聚相射频脉冲两侧的扩散敏感梯度之间，用来使横向磁化矢量完全散相从而消除伪影。通过在片层选择梯度、相位编码梯度以及读出梯度方向的至少一者上施加所述的破坏梯度，使得横向磁化矢量被完全散相，达到稳定平衡状态，消除了扩散成像的伪影，同时还保留了高b值的特性。

Description

磁共振扩散成像方法
技术领域
本发明涉及一种磁共振的成像技术，特别是涉及一种磁共振扩散成像方法。
背景技术
在磁共振的各种成像技术中，磁共振扩散加权成像(Diffusion Weighted Imaging，DWI)是新发展的一种，其利用组织间扩散系数不同产生的组织对比进行成像，是一种不同于常规磁共振成像的方法，其可以在分子水平对生物体的组织结构和功能状态进行无创性检查。
扩散(diffusion)是组织内部水分子具有的因为热运动引起的布朗运动，这种运动是任意和无规律的。扩散分为自由扩散和限制性扩散两种，自由扩散的扩散距离与扩散时间呈线性比例关系；限制性扩散的扩散距离也随着扩散时间的增加而增加，但是受分子扩散度和渗透性的影响，两者不是线性关系而是曲线的关系。限制性扩散又因扩散程度和方向的关系而分为各向异性扩散和各向同性扩散。
磁共振扩散加权成像的一般方法为在自旋回波加权序列的重聚相射频脉冲的两侧对称地各施加一个幅度和持续时间相等的扩散敏感梯度(diffusion-sensitizing gradient)，通过组织内不同扩散状态下的水分子对所述的扩散敏感梯度的不同反应形成组织对比。
参阅图1，该图显示了一个典型的磁共振的扩散成像脉冲序列的示意图。在该扩散成像脉冲序列中，首先在射频信号RF上施加一个90°的激发射频脉冲，然后在该90°的激发射频脉冲后施加一个180°的重聚相射频脉冲，然后再施加随后的其他射频脉冲。在片层选择梯度(slice-select gradient)Gs、相位编码梯度(phase encoding gradient)Gp以及读出梯度(readoutgradient)Gr方向上分别施加相应的片层选择梯度、相位编码梯度以及读出梯度。同时，在所述的片层选择梯度Gs、相位编码梯度Gp以及读出梯度Gr方向中的至少一者上，对应该重聚相射频脉冲的两侧对称地各施加所述的扩散敏感梯度。在图1中，在所述的片层选择梯度Gs、相位编码梯度Gp以及读出梯度Gr方向上都施加了所述的扩散敏感梯度，其中，在该片层选择梯度Gs方向上为扩散敏感梯度GsD1和GsD1’；在该相位编码梯度Gp方向上为扩散敏感梯度GpD1和GpD1’；在该读出梯度Gr方向上为扩散敏感梯度GrD1和GrD1’。
在该扩散成像脉冲序列中施加了上述的射频脉冲、对应的各方向上的梯度以及扩散敏感梯度后，对于静止的水分子，由于其扩散能力低，该180°的重聚相射频脉冲前的扩散敏感梯度GsD1、GpD1和/或GrD1所导致的质子自旋散相位会被该180°的重聚相射频脉冲后的扩散敏感梯度GsD1’、GpD1’和/或GrD1’完全再聚焦，其信号强度不受影响；而对于运动的水分子，由于其扩散能力强，该180°的重聚相射频脉冲前的扩散敏感梯度GsD1、GpD1和/或GrD1所导致的质子自旋散相位离开了原来的位置，从而无法被该180°的重聚相射频脉冲后的扩散敏感梯度GsD1’、GpD1’和/或GrD1’再聚焦，从而导致其信号强度随扩散时相而衰减；至此，不同的扩散强度以不同信号强度的方式被显示出来，形成组织对比，从而产生扩散图像。
磁共振扩散成像对沿着施加扩散敏感梯度方向上的组织中所有的微小运动均敏感，分子扩散运动可引起自旋质子的散相位，并且随着梯度磁场强度的增加，对扩散也更加敏感，扩散敏感梯度的强度由梯度场场强、持续时间和间隔时间即所谓的梯度因子，即扩散敏感系数b值来决定。增加b值可以提高具有不同b值的组织的区域的信号强度对比，较大的b值能更真实地反映组织内的水分子的扩散运动。
参阅图2，为了增加b值，在90°的激发射频脉冲后施加两个180°的重聚相射频脉冲，然后再施加随后的其他射频脉冲。在片层选择梯度Gs、相位编码梯度Gp以及读出梯度Gr方向上分别施加相应的片层选择梯度、相位编码梯度以及读出梯度。同时，在所述的片层选择梯度Gs、相位编码梯度Gp以及读出梯度Gr方向中的至少一者上，对应每一重聚相射频脉冲的两侧对称地各施加所述的扩散敏感梯度。在图2中，在所述的片层选择梯度Gs、相位编码梯度Gp以及读出梯度Gr方向上都施加了所述的扩散敏感梯度，其中，在该片层选择梯度Gs方向上为扩散敏感梯度GsD1、GsD2和GsD1’、GsD2’；在该相位编码梯度Gp方向上为扩散敏感梯度GpD1、GpD2和GpD1’、GpD2’；在该读出梯度Gr方向上为扩散敏感梯度GrD1、GrD2和GrD1’、GrD2’。
然而，在实际的应用中，上述的重聚相射频脉冲在有些情况下并不是完美的180°的射频脉冲，如在受到由于梯度脉冲的感应交变电流引起的磁体涡流或者射频功率不足的情况下，或者在某些成像序列中使用翻转角度小于180°的重聚相射频脉冲的情况下，会引起磁化矢量成分的分裂，从而形成横向磁化矢量，这些横向磁化矢量在磁共振信号中形成多种附加回波，这些附加回波相互交叠从而造成伪影。
因此，如何提供一种既无伪影又具有高b值的磁共振扩散成像方法已经成为了磁共振成像脉冲序列研究中的一个难题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种磁共振扩散成像方法，用来使磁共振扩散成像脉冲序列中的横向磁化矢量完全散相从而消除伪影。
为实现上述的目的，本发明提出一种磁共振扩散成像方法，在磁共振扩散成像脉冲序列的激发射频脉冲后施加两个重聚相射频脉冲，在每个重聚相射频脉冲的两侧对称地各施加一扩散敏感梯度，其中，在每个重聚相射频脉冲的两侧对称地各施加一破坏梯度，所述的破坏梯度位于所述的重聚相射频脉冲以及该重聚相射频脉冲两侧的扩散敏感梯度之间，用来使横向磁化矢量完全散相从而消除伪影。
所述的扩散敏感梯度施加在片层选择梯度方向、相位编码梯度方向以及读出梯度方向中的至少一者上，各重聚相射频脉冲两侧的扩散敏感梯度的强度和持续时间相等。所述的破坏梯度施加在片层选择梯度方向、相位编码梯度方向以及读出梯度方向中的至少一者上，各重聚相射频脉冲两侧的破坏梯度的面积相等。
通过在所述的片层选择梯度、相位编码梯度以及读出梯度方向的至少一者上施加所述的破坏梯度，使得横向磁化矢量被完全散相，达到稳定平衡状态，消除了扩散成像的伪影，同时还保留了高b值的特性。
附图说明
图1是典型的磁共振的扩散成像脉冲序列的示意图；
图2是高b值的磁共振的扩散成像脉冲序列的示意图；以及
图3是应用本发明磁共振扩散成像方法的扩散成像脉冲序列的示意图。
具体实施方式
本发明磁共振扩散成像方法的主要特征是在扩散成像脉冲序列的激发射频脉冲后施加至少两个重聚相射频脉冲，在每个重聚相射频脉冲的两侧对称地各施加一扩散敏感梯度，在每个重聚相射频脉冲的两侧对称地各施加一破坏梯度，所述的破坏梯度位于所述的重聚相射频脉冲以及该重聚相射频脉冲两侧的扩散敏感梯度之间，用来使横向磁化矢量完全散相从而消除伪影。
参阅图3，在射频信号RF的90°激发射频脉冲后施加两个重聚相射频脉冲#1，#2，然后再施加随后的其他射频脉冲。优选地，所述的重聚相射频脉冲#1，#2的初始相位为0°和180°。在片层选择梯度Gs、相位编码梯度Gp以及读出梯度Gr方向上分别施加相应的片层选择梯度、相位编码梯度以及读出梯度。
同时，在所述的片层选择梯度Gs、相位编码梯度Gp以及读出梯度Gr方向中的至少一者上，对应每一重聚相射频脉冲#1，#2的两侧对称地各施加扩散敏感梯度。本实施例中，在所述的片层选择梯度Gs、相位编码梯度Gp以及读出梯度Gr方向上都施加了所述的扩散敏感梯度以保证获得较大的b值，其中，在该片层选择梯度Gs方向上为扩散敏感梯度GsD1、GsD2和GsD1’、GsD2’；在该相位编码梯度Gp方向上为扩散敏感梯度GpD1、GpD2和GpD1’、GpD2’；在该读出梯度Gr方向上为扩散敏感梯度GrD1、GrD2和GrD1’、GrD2’。上述的各重聚相射频脉冲#1，#2两侧的扩散敏感梯度的幅度和持续时间相等。
由于在受到由于梯度脉冲的感应交变电流引起的磁体涡流或者射频功率不足的情况下，或者在某些成像序列中使用翻转角度小于180°的重聚相射频脉冲的情况下，会引起磁化矢量成分的分裂，从而形成横向磁化矢量，这些横向磁化矢量在磁共振信号中形成多种附加回波，这些附加回波相互交叠从而在扩散成像中造成黑带和图像模糊等伪影。为了避免造成上述的伪影，本发明在第一个重聚相射频脉冲#1的两侧对称地施加破坏梯度(Crusher gradient)C11、C12，其中，破坏梯度C11位于扩散敏感梯度GsD1与该重聚相射频脉冲#1之间，破坏梯度C12位于该重聚相射频脉冲#1与扩散敏感梯度GsD2之间；在第二个重聚相射频脉冲#2的两侧对称地施加破坏梯度(Spoiler gradient)C21、C22，其中，破坏梯度C21位于扩散敏感梯度GsD1’与该重聚相射频脉冲#2之间，破坏梯度C22位于该重聚相射频脉冲#2与扩散敏感梯度GsD2’之间。
由于幅度足够大以及持续时间足够长的破坏梯度可以使横向磁化完全散相，在所述的重聚相射频脉冲#1、#2两侧使用破坏梯度C11、C12以及C21、C22，并且使得所述的破坏梯度C11、C12以及C21、C22的面积相等，便可以使得横向磁化矢量可在下次激发射频脉冲之前被破坏，从而消除因所述的横向磁化矢量引起的附加回波所造成的伪影。
所述的破坏梯度C11、C12以及C21、C22可以施加在所述的片层选择梯度Gs、相位编码梯度Gp以及读出梯度Gr方向中的至少一者上，优选地施加在所述的片层选择梯度Gs方向上。通过在所述的片层选择梯度Gs、相位编码梯度Gp以及读出梯度Gr方向的至少一者上施加所述的破坏梯度C11、C12以及C21、C22，使得横向磁化矢量被完全散相，达到稳定平衡状态，消除了扩散成像的伪，同时还保留了高b值的特性。

Claims (5)

1.一种磁共振扩散成像方法，在磁共振扩散成像脉冲序列的激发射频脉冲后施加至少两个重聚相射频脉冲，在每个重聚相射频脉冲的两侧对称地各施加一扩散敏感梯度，其特征在于：在每个重聚相射频脉冲的两侧对称地各施加一破坏梯度，所述的破坏梯度位于所述的重聚相射频脉冲以及该重聚相射频脉冲两侧的扩散敏感梯度之间，用来使横向磁化矢量完全散相从而消除伪影；其中，在所述的激发射频脉冲后施加两个重聚相射频脉冲，该两重聚相射频脉冲的初始相位分别为0°和180°。
2.根据权利要求1的磁共振扩散成像方法，其特征在于：所述的扩散敏感梯度施加在片层选择梯度方向、相位编码梯度方向以及读出梯度方向中的至少一者上。
3.根据权利要求1或2的磁共振扩散成像方法，其特征在于：各重聚相射频脉冲两侧的扩散敏感梯度的幅度和持续时间相等。
4.根据权利要求1的磁共振扩散成像方法，其特征在于：所述的破坏梯度施加在片层选择梯度方向、相位编码梯度方向以及读出梯度方向中的至少一者上。
5.根据权利要求4的磁共振扩散成像方法，其特征在于：各重聚相射频脉冲两侧的破坏梯度的面积相等。
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