CN102008307B - 磁共振弥散张量成像方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种磁共振弥散张量成像方法，包括以下步骤：对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据；根据所述导航数据获取时间基函数和频率成分参数，以及根据测量数据获取空间基函数；根据所述时间基函数、频率成分参数和空间基函数计算获得k-t空间数据；根据所述k-t空间数据进行傅里叶反变换并获得重建图像。基于部分可分离函数技术，加快获取扫描数据，快速获取运动物体的成像信息，达到快速成像。

Description

磁共振弥散张量成像方法和系统

【技术领域】

本发明涉及磁共振技术，特别是涉及一种磁共振弥散张量成像方法和系统。

【背景技术】

在发展中国家，心肌梗塞是最大的死亡原因之一。在我国，近年来心肌梗塞的发病率呈明显上升趋势，占心血管疾病的一半以上，成为卫生保健和卫生资源的沉重负担。心肌结构的改变是心肌梗塞引发心脏衰竭的最主要原因之一。因此，对于心肌结构的研究，不仅能够从微观结构角度了解心脏功能的机理，也可以从细胞水平上的变化发现病症，并为诊断和治疗提供相应的依据。

目前，传统的成像技术，其获取数据的速度慢，而且对于运动十分敏感，导致带来的图像伪影十分严重。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种快速的磁共振弥散张量成像方法。

另外，还有必要提供一种快速的磁共振弥散张量成像系统。

一种磁共振弥散张量成像方法，包括以下步骤：对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据；从K空间采集的数据S(k，t)基于可分离函数技术，表示为：

所述L为频率成分参数、c_l(k)为空间基函数及

为时间基函数；根据所述导航数据获取时间基函数和频率成分参数，以及根据测量数据获取空间基函数；所述导航数据确定时间基函数和频率成分参数，该测量数据确定空间基函数；所采集的点需要满足3个条件：1.T_R必须满足S_nav(k，t)的时间奈奎斯特速率，T_R是重复时间，S_nav(k，t)是导航数据；2.Δk_y必须满足S_img(k，t)的时间奈奎斯特速率，Δk_y是相邻相位编码线的k空间间距；3.从S_img(k，t)获取的采样帧数N必须大于或等于阶数L，S_img(k，t)是测量数据，帧数N表示不同时刻获得的图像的总数；根据所述时间基函数、频率成分参数和空间基函数计算获得k-t空间数据；根据所述k-t空间数据进行傅里叶反变换并获得重建图像。

优选地，在对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据的步骤之前还包括：心电触发获取采集信号；所述心电触发获取采集信号的步骤包括：采集心电图信号并确定心动周期；获取心脏动态成像，且根据所述心脏动态成像确定在心动周期内的延迟时间及准稳态期；在所述准稳态期内施加弥散梯度脉冲且进行数据采集。

优选地，在对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据的步骤之前还包括：呼吸导航获取采集信号；所述呼吸导航获取采集信号的步骤包括：发射二维脉冲信号；根据所述二维脉冲信号获取导航信号；根据所述导航信号获取呼吸运动幅度值；判断所述呼吸运动幅度值是否超出预设的导航窗，是，则对所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行摒弃，否，则所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行采集。

优选地，在对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据的步骤之前还包括：心电触发获取采集信号及呼吸导航获取采集信号的步骤；根据心电触发获取采集信号获取准稳态时间，根据所述导航获取采集信号获取在预设导航窗内的呼吸运动幅度值；在所述准稳态期内以及符合所述呼吸运动幅度值的时间区间进行信号采集。

还有必要提供一种磁共振弥散张量成像系统，包括：采集模块，用于对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据；从K空间采集的数据S(k，t)基于可分离函数技术，表示为：所述L为频率成分参数、c_l(k)为空间基函数及

为时间基函数；提取模块，用于根据所述导航数据获取时间基函数和频率成分参数，以及根据测量数据获取空间基函数；所述导航数据确定时间基函数和频率成分参数，该测量数据确定空间基函数；所采集的点需要满足3个条件：1.T_R必须满足S_naw(k，t)的时间奈奎斯特速率，T_R是重复时间，S_naw(k，t)是导航数据；2.Δk_y必须满足S_img(k，t)的时间奈奎斯特速率，Δk_y是相邻相位编码线的k空间间距；3.从S_img(k，t)获取的采样帧数N必须大于或等于阶数L，S_img(k，t)是测量数据，帧数N表示不同时刻获得的图像的总数；计算模块，用于根据所述时间基函数、频率成分参数和空间基函数计算获得k-t空间数据；重建模块，根据所述k-t空间数据进行傅里叶反变换并获得重建图像。

优选地，还包括：与采集模块连接的心电触发模块，所述心电触发模块包括：心电采集单元，用于采集心电图信号并确定心动周期；获取单元，用于获取心脏动态成像，且根据所述心脏动态成像确定在心动周期内的延迟时间及准稳态期；心电执行单元，用于在准稳态期内施加弥散梯度脉冲且进行数据采集。

优选地，还包括：与采集模块连接的呼吸导航模块，所述呼吸导航模块包括：发射单元，用于发射二维脉冲信号；接收单元，用于根据所述二维脉冲信号获取导航信号；呼吸运动幅度值单元，用于根据所述导航信号获取呼吸运动幅度值；处理单元，用于判断所述呼吸运动幅度值是否超出预设的导航窗，是，则对所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行摒弃，否，则所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行采集。

采用上述磁共振弥散张量成像方法及系统，基于部分可分离函数技术，加快获取扫描数据，快速获取运动物体的成像信息，达到快速成像。

【附图说明】

图1为磁共振弥散张量成像方法的流程图；

图2为一实施例的基于部分可分离函数技术的数据采集示意图；

图3为心电触发获取采集信号的流程图；

图4为一实施例的心电触发获取采集信号的心电触发成像原理图；

图5为一实施例的心电触发获取采集信号的一个心动周期内心脏解剖结构“收缩-舒张-收缩”示意图；

图6为一实施例的心电触发获取采集信号的同一区域的心脏剖面信号连接图；

图7为一实施例的呼吸导航获取采集信号流程图；

图8为一实施例的呼吸导航获取采集信号中放置于隔肌上的发射二维脉冲信号的示意图；

图9为一实施例的同时采用心电触发获取采集信号及呼吸导航获取采集信号的方法流程图；

图10为一实施例的同时采用心电触发及呼吸导航获取采集信号的示意图；

图11为磁共振弥散张量成像装置的原理框图；

图12为磁共振弥散张量成像装置中采用心电触发模块的原理框图；

图13为磁共振弥散张量成像装置中采用呼吸导航模块的原理框图。

【具体实施方式】

对于运动物体的磁共振成像过程中，图像是在其空间位置和时间t的函数。若磁共振的扫描速度足够快，在物体的空间位置还来不及发生很大变化的瞬间就可以采集重建图像所需要的全部数据，则可近似认为信号扫描的瞬间物体处于静止状态。但是，目前的磁共振设备无法达到如此高的扫描速度。

基于此，很难在相对静止的瞬间采集足够的数据进行图像重建。此时所采集的磁共振信号与自旋质子密度实际是空间位置

和时间t的函数，其中接收信号S(k，t)和所需要的图像函数ρ(r，t)之间的关系为：

$S(k,t)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}\mathrm{\ρ}(r,t)e^{-i2\mathrm{\πk}\·r}\mathrm{dt}$

请参阅附图1和2，一种磁共振弥散张量成像方法，包括以下步骤：

S10：对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据。

具体地，经过一段时间对k空间的信号进行采集，此时空间中某一平面数据将包含来自运动物体各个不同部位的信息。

对该采集的数据基于部分可分离函数技术，即认为图像函数ρ(r，t)的空间变化和时间变化是L阶可分离的(阶数与成像物体的运动模式相关，理论上阶数越大，对运动的描述越精确)，利用部分可分离函数的性质，S(k，t)可以表示为空间和时间两个独立变量函数c_l(k)和

所述L为频率成分参数、c_l(k)为空间基函数及

为时间基函数。

S20：根据导航数据获取时间基函数和频率成分参数，以及根据测量数据获取空间基函数。

具体地，为了获得频率成分参数L、空间基函数c_l(k)及时间基函数

只需要采集两组k空间数据即可。即对k空间进行采集，获取高时间、低空间分辨率导航数据(Navigator data，空心圆圈S_nav(k，t)，见图2)，获取高时间、低空间分辨率测量数据(Measurement data，实心圆点S_img(k，t)，见图2)。该导航数据确定

和L，该测量数据确定c_l(k)。

而且，所采集的点需要满足3个条件：

1.T_R必须满足S_nav(k，t)的时间奈奎斯特速率，T_R是重复时间，S_nav(k，t)是导航数据；

2.Δk_y必须满足S_img(k，t)的时间奈奎斯特速率，Δk_y是相邻相位编码线的k空间间距；

3.从S_img(k，t)获取的采样帧数N必须大于或等于阶数L，S_img(k，t)是测量数据，帧数N表示不同时刻获得的图像的总数。

S30：根据时间基函数、频率成分参数和空间基函数计算获得k-t空间数据。根据获得的时间基函数、频率成分参数和空间基函数后，则可以计算出扩大的k-t空间数据(Synthetic data，实心叉，见图2)。

S40：根据所述k-t空间数据进行傅里叶反变换并获得重建图像。

基于部分可分离函数技术，加快获取扫描数据，快速获取运动物体的成像信息，达到快速成像。

在一实施例中，结合附图3～6，在步骤S10之前还包括心电触发获取采集信号的步骤A。在弥散梯度脉冲施加期间，物体中的水分子在弥散梯度方向上的布朗运动将积累净相位，在成像时与静止的分子相比信号强度减弱。可见，运动的物体在相同的位置上施加弥散梯度脉冲，才能够保证静止的分子净相位累计为0。

具体地，心电触发获取采集信号的步骤A包括：

A1：采集心电图信号并确定心动周期。具体地，采集心电图(ECG)R波为信号测量的参考点，并确定心脏的心动周期。

A2：获取心脏动态成像，且根据所述心脏动态成像确定在心动周期内的延迟时间及准稳态期。具体地，通过施加一种磁共振脉冲序列，例如平衡式稳态自由进动梯度回波(Balance-FFE)序列，根据该序列快速获得心脏动态成像。然后根据心脏动态成像确定在心动周期内的延迟时间及准稳态期。

对于延迟时间(Delay time)D选取是否能够达到预计的效果，即保证运动物体的相对位移值为零，现选取一具体实施例进行详细说明。

按上述方法，首先通过施加一种磁共振脉冲序列获得心脏动态成像。然后，在一个心动周期内捕获20个或以上心脏相位对应的心脏解剖结构，包括从“舒张态-收缩态-舒张态”的周而复始的变化，根据心内膜和心外膜的轮廓的位移判断心脏运动情况(见附图5)。结合附图6，首先，放置一条跨越左心室中心点的采值线(涵盖心肌和左心室腔)，则可提取该线所覆盖区域的信号强度，从而获得相应的信号轮廓。然后，将20个心脏相位上同一区域的信号连接起来，可以得出在一个心动周期内心肌及左心室腔的变化情况。不难看出，在白色线段标注范围内，心肌和左心室腔基本没有明显的变化，表明在该时间段内心脏运动的变化不大。可见在该时间段，心脏跳动是比较舒缓的，因此可以据此确定延迟时间(Delay time)D。在延迟时间D后，且在一个心动周期内，确定为准稳态期。

A3：在准稳态期内施加弥散梯度脉冲且进行数据采集。具体地，在该准稳态期内发射弥散张量成像(DTI)的弥散梯度脉冲，并进行数据采集。以至于所获取的采集数据更加精确，更少受到心脏运动的影响。

采用该方案，通过对心电图信号以及心脏动态成像确定心动周期及准稳态期，进而在准稳态期内施加弥散梯度脉冲且进行数据采集，准确获得成像数据，减少运动伪影。

在另一实施例中，结合附图7～8，在步骤S10之前还包括呼吸导航获取采集信号的步骤B。采用呼吸导航技术，主要是用于检测自由呼吸下隔面位置的变化，根据隔面的位置信息确定采集信号。

具体地，呼吸导航获取采集信号的步骤B包括：

B1：发射二维脉冲信号。具体地，在隔肌之上(见图8)发射二维脉冲信号。

B2：根据二维脉冲信号获取导航信号。具体地，根据二维脉冲信号获取导航笔形波束的导航信号。

B3：根据导航信号获取呼吸运动幅度值。具体地，在整个扫描过程中回波信号代表了该时间段内隔肌的运动情况，膈肌的运动同时反映了呼吸运动，故可以获得呼吸运动幅度值。

B4：判断呼吸运动幅度值是否超出预设的导航窗，是，则对呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行摒弃，否，则所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行采集。具体地，预设一导航窗，当呼吸运动的幅值在导航窗的范围内，该范围内所对应的时间区间则认为此数据是有效且采集该数据。当呼吸运动的幅值在导航窗的范围外，该范围内所对应的时间区间则认为该呼吸运动幅度较大，应该摒弃在该时间所采集的数据。

采用该实施例的方案，所采集的数据为运动物体(例如在体心脏)较为平稳缓和处，即该呼吸运动较为平缓处，则所获取的数据准确，在很大程度上去除运动伪影的干扰。

在其它实施例，请参阅附图9～10，同时采用步骤A和步骤B的方法，即在步骤S10之前还包括步骤C，包括：

C1：根据心电触发获取采集信号获取准稳态时间，根据所述呼吸导航获取采集信号获取在预设导航窗内的呼吸运动幅度值。

C2：在准稳态期内以及符合所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间施加弥散梯度脉冲且进行数据采集。

结合附图10，采用该实施例方案，获取了运动较为平缓处以及呼吸幅度值较为平稳处的信号，则所采集的数据更为准确，在很大程度上去除运动伪影的干扰。

请参阅附图11，基于上述的磁共振弥散张量成像方法还提供一种磁共振弥散张量成像系统。

一种磁共振弥散张量成像系统，包括：

采集模块10，用于对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据。

提取模块20，用于根据所述导航数据获取时间基函数和频率成分参数，以及根据测量数据获取空间基函数。

计算模块30，用于根据所述时间基函数、频率成分参数和空间基函数计算获得k-t空间数据。

重建模块40，根据所述k-t空间数据进行傅里叶反变换并获得重建图像。

请参阅附图12，在一实施例中，该磁共振弥散张量成像系统还包括：与采集模块连接的心电触发模块50，该心电触发模块50包括：

心电采集单元51，用于采集心电图信号并确定心动周期。

获取单元52，用于获取心脏动态成像，且根据所述心脏动态成像确定在心动周期内的延迟时间及准稳态期。

心电执行单元53，用于在准稳态期内施加弥散梯度脉冲且进行数据采集。

请参阅附图13，在一实施例中，该磁共振弥散张量成像系统还包括：与采集模块连接的呼吸导航模块60，该呼吸导航模块60包括：

发射单元61，用于发射二维脉冲信号。

接收单元62，用于根据所述二维脉冲信号获取导航信号。

呼吸运动幅度值单元63，用于根据所述导航信号获取呼吸运动幅度值。

处理单元64，用于判断所述呼吸运动幅度值是否超出预设的导航窗，是，则对所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行摒弃，否，则所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行采集。

基于新型的磁共振弥散张量成像系统，加快获取扫描数据，快速获取运动物体的成像信息。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种磁共振弥散张量成像方法，包括以下步骤：

对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据；

从K空间采集的数据S(k，t)基于可分离函数技术，表示为：

所述L为频率成分参数、c_l(k)为空间基函数及

为时间基函数；

根据所述导航数据获取时间基函数和频率成分参数，以及根据测量数据获取空间基函数；

所述导航数据确定时间基函数和频率成分参数，该测量数据确定空间基函数；所采集的点需要满足3个条件：

1.T_R必须满足S_nav(k，t)的时间奈奎斯特速率，T_R是重复时间，S_nav(k，t)是导航数据；

2.Δk_y必须满足S_img(k，t)的时间奈奎斯特速率，Δk_y是相邻相位编码线的k空间间距；

3.从S_img(k，t)获取的采样帧数N必须大于或等于阶数L，S_img(k，t)是测量数据，帧数N表示不同时刻获得的图像的总数；

根据所述时间基函数、频率成分参数和空间基函数计算获得k-t空间数据；

根据所述k-t空间数据进行傅里叶反变换并获得重建图像。

2.根据权利要求1所述的磁共振弥散张量成像方法，其特征在于，在对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据的步骤之前还包括：

心电触发获取采集信号；

所述心电触发获取采集信号的步骤包括：

采集心电图信号并确定心动周期；

获取心脏动态成像，且根据所述心脏动态成像确定在心动周期内的延迟时间及准稳态期；

在所述准稳态期内施加弥散梯度脉冲且进行数据采集。

3.根据权利要求1所述的磁共振弥散张量成像方法，其特征在于，在对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据的步骤之前还包括：

呼吸导航获取采集信号；

所述呼吸导航获取采集信号的步骤包括：

发射二维脉冲信号；

根据所述二维脉冲信号获取导航信号；

根据所述导航信号获取呼吸运动幅度值；

判断所述呼吸运动幅度值是否超出预设的导航窗，是，则对所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行摒弃，否，则所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行采集。

4.根据权利要求1所述的磁共振弥散张量成像方法，其特征在于，在对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据的步骤之前还包括：

心电触发获取采集信号及呼吸导航获取采集信号的步骤；

根据心电触发获取采集信号获取准稳态时间，根据所述导航获取采集

信号获取在预设导航窗内的呼吸运动幅度值；

在所述准稳态期内以及符合所述呼吸运动幅度值的时间区间进行信号采集。

5.一种磁共振弥散张量成像系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于对k空间进行采集，并获取导航数据和测量数据；

从K空间采集的数据S(k，t)基于可分离函数技术，表示为：

所述L为频率成分参数、c_l(k)为空间基函数及

为时间基函数；提取模块，用于根据所述导航数据获取时间基函数和频率成分参数，以及根据测量数据获取空间基函数；

所述导航数据确定时间基函数和频率成分参数，该测量数据确定空间基函数；所采集的点需要满足3个条件：

1.T_R必须满足S_nav(k，t)的时间奈奎斯特速率，T_R是重复时间，S_nav(k，t)是导航数据；

2.Δk_y必须满足S_img(k，t)的时间奈奎斯特速率，Δk_y是相邻相位编码线的k空间间距；

3.从S_img(k，t)获取的采样帧数N必须大于或等于阶数L，S_img(k，t)是测量数据，帧数N表示不同时刻获得的图像的总数；

计算模块，用于根据所述时间基函数、频率成分参数和空间基函数计算获得k-t空间数据；

重建模块，根据所述k-t空间数据进行傅里叶反变换并获得重建图像。

6.根据权利要求5所述的磁共振弥散张量成像系统，其特征在于，还包括：与采集模块连接的心电触发模块，所述心电触发模块包括：

心电采集单元，用于采集心电图信号并确定心动周期；

获取单元，用于获取心脏动态成像，且根据所述心脏动态成像确定在心动周期内的延迟时间及准稳态期；

心电执行单元，用于在准稳态期内施加弥散梯度脉冲且进行数据采集。

7.根据权利要求5所述的磁共振弥散张量成像系统，其特征在于，还包括：与采集模块连接的呼吸导航模块，所述呼吸导航模块包括：

发射单元，用于发射二维脉冲信号；

接收单元，用于根据所述二维脉冲信号获取导航信号；

呼吸运动幅度值单元，用于根据所述导航信号获取呼吸运动幅度值；

处理单元，用于判断所述呼吸运动幅度值是否超出预设的导航窗，是，则对所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行摒弃，否，则所述呼吸运动幅度值所对应的时间区间的采集信号进行采集。

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