CN103635825A

CN103635825A - 交错黑血和亮血动态对比增强（dce）mri

Info

Publication number: CN103635825A
Application number: CN201280019366.2A
Authority: CN
Inventors: J·王; H·陈; P·博尔纳特; C·袁
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV; University of Washington
Current assignee: Koninklijke Philips NV; University of Washington
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: EP2699929B1; US9529065B2; JP6049694B2; JP2014514112A; US20140035581A1; WO2012143824A1; CN103635825B; EP2699929A1

Abstract

使用磁共振（MR）扫描器（10）执行交错黑/亮成像（IBBI），其中，所述IBBI的黑血模块（52）包括：施加第一流动敏化梯度；在施加所述第一流动敏化梯度之后施加扰相梯度；在施加所述扰相梯度之后施加第二流动敏化梯度，其中，所述第二流动敏化梯度具有与所述第一流动敏化梯度相等的面积，但为相反极性；在施加所述扰相梯度之后施加切片选择性射频激励脉冲；并且在施加第二流动敏化梯度之后并且在施加所述切片选择性射频激励之后执行MR读出，其中，所述读出采集在由所述切片选择性射频激励脉冲激励的区域中具有血液信号抑制的MR成像数据。重建具有血液信号抑制的所述MR成像数据，以生成黑血图像（20），并且重建所述IBBI的亮血模块（50）生成的MR成像数据，以生成亮血图像（22）。

Description

交错黑血和亮血动态对比增强(DCE)MRI

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月21日提交的题为《Interleaved black and brightblood dynamic contrast enhanced(DCE)Magnetic Resonance Imaging usingLocal excitation black blood Imaging(LOBBI)》的美国临时申请No.60/477854的权益。

技术领域

下文涉及磁共振领域、磁共振成像领域、磁共振血管造影领域及这些领域的应用，例如，医学成像、兽医学成像等。

背景技术

动态对比增强（DCE）磁共振成像（MRI）已经被用来对动脉粥样硬化斑块的炎症特征进行定量。然而，由于难以在接近管腔的小的区域中既采集到亮血的动脉输入函数（AIF），又采集到组织信号变化（黑血），因而（针对斑块破裂）对早期病灶和纤维帽区域中的炎症进行评估仍然是具有挑战性的。

一些方案通过仅采集亮血图像或者仅采集黑血图像进行退让。一种更期望的方案是以交错的方式采集亮血图像和黑血图像，因而能够同时满足对AIF的高时间分辨率和对血管壁成像的高空间分辨率的要求。然而，在此以前实现高质量的交错黑/亮成像（IBBI）是很困难的，因为黑血成像脉冲采用空间非选择性射频（RF）脉冲，其倾向于干扰亮血成像模块，从而导致不准确的AIF定量化。

下文预见了能够克服上述以及其他限制的改进的装置和方法。

发明内容

根据一个方面，一种方法包括：使用磁共振扫描器重复执行多次局部激励黑血成像（LOBBI）序列；并且在连续重复执行所述LOBBI序列之间，使用所述磁共振扫描器插入地重复执行至少一次亮血血管造影序列。对通过重复执行多次所述LOBBI序列生成的磁共振成像数据进行适当地重建，以生成对应的多幅黑血图像，并且对通过插入地重复亮血血管造影序列生成的磁共振成像数据进行重建，以生成对应的亮血图像。

根据另一方面，一种方法包括使用磁共振扫描器执行交错黑/亮成像（IBBI），其中，所述IBBI的黑血模块包括：施加第一流动敏化梯度；在施加所述第一流动敏化梯度之后施加扰相梯度；在施加所述扰相梯度之后施加第二流动敏化梯度，其中，所述第二流动敏化梯度具有与所述第一流动敏化梯度相等的面积，但为相反极性；在施加所述扰相梯度之后施加切片选择性射频激励脉冲；并且在施加所述第二流动敏化梯度之后并在施加所述切片选择性射频激励之后执行磁共振读出，其中，所述读出采集在由所述切片选择性射频激励脉冲激励的区域中具有血液信号抑制的磁共振成像数据。可以对在由所述切片选择性射频激励脉冲激励的区域中具有血液信号抑制的所述磁共振成像数据进行重建，以生成黑血图像，并且可以对由所述IBBI的亮血模块生成的磁共振成像数据进行重建，以生成亮血图像。

根据另一方面，一种非暂态存储介质存储了指令，所述指令可由电子数据处理设备执行以执行上面两段中的任一段所述的方法，所述电子数据处理设备与由所述电子数据处理设备控制的磁共振扫描器联合工作。根据另一方面，一种装置包括磁共振扫描器和被编程为执行前两段中的任一段所述的方法的电子数据处理设备。

一个优点在于提供了一种降低了黑血模块对亮血模块的干扰的交错黑/亮成像（IBBI）。

另一个优点在于提供了具有提高的准确度的动脉输入函数（AIF）测量，同时保持了针对动态对比增强（DCE）磁共振成像（MRI）的高时间分辨率。

在本领域技术人员阅读以下详细描述之后，众多额外优点和益处将变得显而易见。

附图说明

本发明可以采取各种部件和部件布置，以及各种过程操作和过程操作安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，而不得被解释为对本发明的限制。

图1示意性示出了一种在交错黑/亮成像（IBBI）中采用局部激励黑血成像（LOBBI）作为黑血模块的磁共振血管造影系统。

图2-4示意性地示出了一些适当的LOBBI脉冲序列。

图5示意性地示出了交错黑/亮成像（IBBI）序列的框图。

图6示意性地示出了采用LOBBI黑血序列作为黑血模块的IBBI序列的框图。

图7示出了一种流动模型。

图8示出了采用在图7的流动模型上执行的LOBBI黑血模块的IBBI成像实验。

图9绘制了图8的亮血图像的信号强度（SI）。

具体实施方式

文中公开了一种在文中被称为局部激励黑血成像（LOBBI）的黑血技术，即使在局部区域中施加RF激励，该技术也能够实现有效的血液抑制。如文中进一步公开的，通过使用LOBBI作为交错黑/亮成像（IBBI）中的黑血模块，有效地克服了黑血模块对亮血模块造成的干扰。这一方案在局部区域中实现了充分的血液抑制，避免了与流动的亮血图像的信号干扰，从而允许准确的AIF测量，并保持针对DCE MRI的高时间分辨率。所述LOBBI技术不需要全局射频（RF）激励，并允许当使用局部激励发射/接收（T/R）线圈时的有效的黑血成像，从而提供了针对源自于成像平面/片层内部和外部的血液两者的黑血对比度。

参考图1，描述了一种说明性磁共振血管造影（MRA）系统，其采用局部激励黑血成像（LOBBI）作为交错黑/亮成像（IBBI）中的黑血模块。所述MRA系统包括MR扫描器10，MR扫描器10由磁共振（MR）控制模块12操作，以从序列存储器14中检索采用LOBBI序列作为黑血模块的IBBI序列，并执行检索到的LOBBI序列，以执行对受试者（例如，人类受试者、兽医学受试者、临床或临床前测试受试者等）的黑血成像。MRI扫描器10能够是任何类型的商业或非商业MRI扫描器，例如（通过说明性举例）Achieva^TM、Ingenia^TM、Intera^TM或Panorama^TM MRI扫描器（可从荷兰艾恩德霍芬的皇家飞利浦有限公司获得）。所执行的序列生成适当地存储在MR成像数据存储器16中的针对黑血和亮血图像的序列的MR成像数据。MR图像重建模块18对所述LOBBI序列模块生成的MR成像数据应用适当的图像重建算法，以生成具有黑血对比度的一幅或多幅MR图像20（即一幅或多幅黑血MRA图像20）。重建模块18还对所述IBBI序列的亮血序列模块（例如，其可以是飞行时间亮血成像模块）生成的MR成像数据应用适当的图像重建算法，以生成具有亮血对比度的一幅或多幅MR图像22（即一幅或多幅亮血MRA图像22）。将黑血图像20和亮血图像22适当地存储在MR图像存储器24中。图像重建算法的选择依赖于所述成像数据采集中采用的空间编码，并且可以为例如基于傅里叶变换的图像重建算法。

图像可视化/分析模块28执行对黑血图像20和亮血图像22的显示和/或分析。在说明性应用中，对动脉粥样硬化斑块的炎症特征进行定量，以（针对斑块破裂）评估早期病灶和纤维帽区域中的炎症。出于这一目的，组织信号变化评估模块30对黑血图像20进行处理，以对管腔附近区域中的组织信号变化进行评估或定量，而动脉输入函数（AIF）测量子模块32则对亮血图像22进行处理，以对AIF进行评估或定量。如本领域已知的，与基于飞行时间（TOF）的亮血MRA相比，黑血图像提供了更准确的管腔界定，因为TOF可能受到血管壁附近的血液速度降低的影响。另一方面，亮血图像包含用于计算AIF的内容。

数据处理和控制部件12、18、28、30、32是由电子数据处理设备40实施的，例如，电子数据处理设备40可以是适当编程的说明性计算机40、基于网络的服务器等，其包括或者具有对显示设备42的操作性访问，可视化模块28可以经由显示设备42显示图像和/或图像分析结果。在一些实施例中，也可以包括模拟或混合电路，例如，任选在图像重建模块18中使用的并行重建管线硬件。任选将MR控制模块12实施为单独的专用MR控制计算机。可以将图像可视化模块28实施为具有高分辨率显示器的专用图像处理工作站。

还能够将所公开的采用将LOBBI序列用作黑血模块的IBBI的MRA成像技术具体实现为非暂态存储介质（未示出），例如，硬盘或其他磁存储介质、光盘或其他光学存储介质、随机存取存储器（RAM）、闪速存储器或其他电子存储介质等，所述非暂态存储介质存储指令，所述指令可由电子数据处理设备30执行以执行所公开的技术。

参考图2，其示出了LOBBI序列的说明性脉冲图。在图2中使用了下述标记：标有“RF脉冲”的顶部曲线图示意性地示出了所施加的射频脉冲；标有“G”的底部曲线图示意性地示出了所施加的磁场梯度；FSG梯度是用于平面/片层中流动敏化的流动敏化梯度；S是扰相梯度；FSG-S梯度用作针对平面中组织/血液的重新描述（rephrasing）梯度以及针对源自于外部的血液的扰相；ACQ是采集梯度。FSG-S梯度和ACQ梯度的负叶被示为单独的梯度脉冲，但可以任选地被合并。大括号{...}_n中所示的图2的曲线图的部分是能够重复n次的采集模块（ACQ）模块，其中，n≥1。

图2所示的LOBBI序列的脉冲图抑制了源自于平面中和平面外两者的血液信号，并且如下文进行工作。

对于源自于平面内部的血液，这些血液颗粒经历FSG和FSG-S梯度两者。将在翻转90°脉冲之后，存储自旋的相位编码状态。两种梯度（双极）的组合敏化移动的颗粒，并破坏了相位相干性，如同在运动敏化驱动均衡（MSDE）黑血序列中一样，从而产生了血液抑制。

对于平面中的静态组织（例如，血管壁），来自于这些组织的MR信号将保持不受抑制，因为其相位将由双极梯度完全地重新聚焦。

对于源自于平面外部的血液，血液颗粒只经历FSG-S梯度，所述FSG-S梯度之后将用作扰相梯度，并抑制由α脉冲激励的所有血液。这将消除流入效应，否则该效应将导致血流伪像。

为了避免α脉冲和ACQ梯度之间的流入效应，优选使两者之间的时间间隙尽可能短。例如，在典型的颈动脉成像应用中，二者之间的时间间隙适当地约为10ms。对于这种10ms的时间间隙并考虑33cm/s的说明性血流速度，仅线圈灵敏度区域周围的3mm外围区域将受到流入效应的影响。相对于使用局部激励线圈的多切片快速场回波（TFE）黑血成像的说明性短MSDE序列，这是显著的改进，对于所述说明性短MSDE序列，估计有67mm的区域将含有伪像。

所述LOBBI序列能够仅利用局部激励实现黑血成像，并因此任选地使用切片选择性RF脉冲。然而，非选择性RF脉冲实现了更大的黑血效应区域。

参考图3，其示出了另一适当的LOBBI脉冲序列。图3的脉冲序列是LOBBI序列的自旋回波实施例。在这一实施例中，任选在LOBBI前置脉冲中增加180°脉冲，以校正由B0场不均匀性导致的信号下降（已知为“T2*效应”）。换言之，所述180°脉冲校正了T2*衰减，否则所述衰减将导致不期望的信号下降。在图3的序列中，三个RF脉冲之间的时间间隙应当是相同的。

在图3所示的LOBBI序列中，任选将FSG-S梯度（参见图2）分裂为两个或更多梯度，即图3所示的梯度FSG_A和FSG_B。梯度FSG_A和FSG_B两者的面积应当与初始的FSG-S梯度（参见图2）的面积相同，还应当与梯度FSG相同。将梯度FSG-S任选分裂成较小的分量梯度将允许在ACQ模块（其在图3中再次用大括号{...}_n标示出，并且被适当地重复n次，其中n≥1）中使用较小的梯度（图3的实施例中的FSG_B），这将缩短α脉冲和ACQ梯度之间的持续时间，从而减少由流入引起的流动伪像。

参考图4，其示出了用于局部黑血抑制的LOBBI序列。不同于传统的双反转恢复（DIR）或运动敏化驱动平衡（MSDE）序列，LOBBI序列不依赖于全局血液置零以克服流入效应。而是，LOBBI序列仅在信号被RF脉冲激励之后抑制血液。视场（FOV）外部的血液被完整保留，从而防止了随后的与亮血图像的任何干扰。

如文中公开的，将所述LOBBI黑血成像技术适当地用作交错黑/亮成像（IBBI）的黑血模块。通过使用LOBBI作为交错黑/亮成像（IBBI）中的黑血模块，有效地克服了黑血模块对亮血模块的干扰。

参考图5，使用现有的黑血成像实现高质量IBBI一直是很困难的，因为黑血成像脉冲采用空间非选择性RF脉冲，其倾向于干扰亮血成像模块，从而导致不准确的AIF定量。例如，黑血准备模块和接下来的亮血模块之间的典型时间间隙Δt（参见图5）通常小于200ms，其长度不足以使血液返回至其平衡状态（在3T下远远超过1000ms）。

在IBBI动态对比增强（DCE）MRI方案中，应当将黑血和亮血模块放置得尽可能接近，以提高时间效率。其带来的问题在于，现有的黑血成像技术依赖于空间非选择性RF脉冲以获得充分的血液抑制。这是因为在现有的黑血技术中使用空间选择性脉冲将无法抑制来自从外部流入到切片中血液的信号。然而，黑血模块的空间非选择性RF脉冲产生残余的黑血效应，该效应倾向于干扰接下来的亮血图像。

一种可能的解决方案是将空间选择性RF脉冲用于黑血成像，从而降低黑血图像和亮血图像之间的信号干扰。然而，空间选择性RF脉冲将有可能由于流入效应（即由于流入到切片中的未受抑制的血液）而导致不充分的黑血抑制。

即使在局部区域中施加RF脉冲，文中公开的LOBBI黑血技术也能够实现有效的血液抑制。因而，在IBBI中使用LOBBI序列作为黑血模块实现了局部区域内的血液抑制，同时避免了与流动的亮血图像的信号干扰，从而允许准确的AIF测量，并保持针对DCE MRI的高时间分辨率。

参考图6，其示意性地示出了提供局部化黑血抑制的采用LOBBI作为黑血模块的IBBI序列。在图6的说明性IBBI序列中，使用飞行时间（TOF）序列50（即亮血模块50）获得亮血对比度，同时使用LOBBI序列52（即LOBBI黑血模块52）获得黑血对比度。在LOBBI模块52之间能够放置多个TOF模块50，以提高AIF采集的时间分辨率。所公开的采用LOBBI黑血模块52的IBBI序列的另一个优点在于，能够依赖于针对DCE分析的量化的要求对TOF序列50和LOBBI序列52的覆盖范围和位置单独进行优化。

参考图7和8，在图7所示的流动模型（phantom）上实施了基于LOBBI的IBBI技术的原型。在这种设置中使用流动模型和静态模型演示了交错黑血和亮血成像方案（参见图8，其中可以看出在图像之间，流动信号改变了其亮度）。在施加了IBBI序列之后，流动模型中的信号在亮对比度和黑对比度之间交替，从而演示出了黑血和亮血信号的有效交错。在施加黑血成像模块之前和之后，在图8的图像中不存在可视觉检测出的亮血信号变化。

参考图9，对所有的亮血图像的信号强度（SI）进行定量测量。图9绘制出了亮血图像上测得的信号。在施加黑血成像模块之前和之后没有发现变化，从而演示了基于LOBBI的IBBI方案的有效性。

尽管说明性实施例采用了TOF亮血成像，但是可以使其他类型的T1加权（用于AIF测量的）技术与LOBBI黑血序列交错，所述其他类型的技术例如为反转恢复快速场回波（IR-TFE）或T1加权快速自旋回波（T1-TSE）序列。

已经参考优选实施例描述了本发明。显然，他人在阅读并理解了前述详细说明之后会做出修改和变化。本发明旨在被解释为包括所有这样的修改和变化，只要它们落入权利要求书或其等价要件的范围内。

Claims

1.一种方法，包括：

使用磁共振扫描器（10）重复执行多次局部激励黑血成像（LOBBI）序列（52）；并且

在连续重复执行所述LOBBI序列之间，使用所述磁共振扫描器插入地重复执行至少一次亮血血管造影序列（50）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，插入地重复执行至少一次亮血血管造影序列（50）包括：

在连续重复执行所述LOBBI序列（52）之间插入地重复执行两次或者更多所述亮血血管造影序列。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述LOBBI序列（52）的每次重复包括：

施加第一流动敏化梯度，

在施加所述第一流动敏化梯度之后施加扰相梯度，并且

在施加所述扰相梯度之后施加第二流动敏化梯度，其中，所述第二流动敏化梯度具有与所述第一流动敏化梯度相等的面积，但为相反极性。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述LOBBI序列（52）的每次重复还包括：

在施加所述扰相梯度之后施加切片选择性射频激励脉冲。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，施加所述第二流动敏化梯度包括：

在施加所述切片选择性射频激励脉冲之前施加所述第二流动敏化梯度的第一部分；并且

在施加所述切片选择性射频激励脉冲之后施加所述第二流动敏化梯度的第二部分；

其中，所述第二流动敏化梯度的所述第一部分和所述第二部分的组合面积等于所述第一流动敏化梯度的面积。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述亮血血管造影序列（50）包括飞行时间（TOF）血管造影序列。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括：

重建通过重复执行多次所述LOBBI序列（52）生成的磁共振成像数据，以生成对应的多幅黑血图像（20）；并且

重建通过插入地重复亮血血管造影序列（50）生成的磁共振成像数据，以生成对应的亮血图像（22）。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

基于所述亮血图像（22）计算动脉输入函数（AIF）。

9.根据权利要求7-8中任一项所述的方法，还包括：

从所述黑血图像（20）生成组织信号变化评估。

10.一种方法，包括：

使用磁共振扫描器（10）执行交错黑/亮成像（IBBI）；

其中，所述IBBI的黑血模块（52）包括：

施加第一流动敏化梯度，

在施加所述第一流动敏化梯度之后施加扰相梯度，

在施加所述扰相梯度之后施加第二流动敏化梯度，其中，所述第二流动敏化梯度具有与所述第一流动敏化梯度相等的面积，但为相反极性，

在施加所述扰相梯度之后施加切片选择性射频激励脉冲，并且

在施加所述第二流动敏化梯度之后并且在施加所述切片选择性射频激励之后执行磁共振读出，其中，所述读出采集在由所述切片选择性射频激励脉冲激励的区域中具有血液信号抑制的磁共振成像数据。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述IBBI的亮血模块（50）包括飞行时间（TOF）血管造影序列。

12.根据权利要求10-11中任一项所述的方法，其中，在施加所述扰相梯度之后施加所述第二流动敏化梯度包括：

在施加所述切片选择性射频激励脉冲之后施加整个的所述第二流动敏化梯度。

13.根据权利要求10-11中任一项所述的方法，其中，在施加所述扰相梯度之后施加第二流动敏化梯度包括：

在施加所述切片选择性射频激励脉冲之前施加所述第二流动敏化梯度的第一部分，并且

其中，所述第二流动敏化梯度的所述第一部分和所述第二部分具有等于所述第一流动敏化梯度的面积的组合面积。

14.根据权利要求10-13中任一项所述的方法，其中，所述黑血模块（52）执行自旋回波序列。

15.根据权利要求10-14中任一项所述的方法，其中，施加所述切片选择性射频激励脉冲与执行所述磁共振读出之间的时间间隙小于或者约为10ms。

16.根据权利要求10-15中任一项所述的方法，还包括：

重建在由所述切片选择性射频激励脉冲激励的区域中具有血液信号抑制的所述磁共振成像数据，以生成黑血图像（20）；并且

重建由所述IBBI的亮血模块（50）生成的磁共振成像数据，以生成亮血图像（22）。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

基于所述亮血图像（22）计算动脉输入函数（AIF）。

18.根据权利要求16-17中任一项所述的方法，还包括：

从所述黑血图像（20）生成组织信号变化评估。

19.一种存储了指令的非暂态存储介质，所述指令可由电子数据处理设备（40）执行以执行根据权利要求1-18中的任何一项所述的方法，所述电子数据处理设备（40）与由所述电子数据处理设备控制的磁共振扫描器（10）联合工作。

20.一种装置，包括：

磁共振扫描器（10）；以及

电子数据处理设备（40），其被编程以执行根据权利要求1-18中任一项所述的方法。