CN104013405B - 动态心肌活性检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种动态心肌活性检测的方法，所述方法包括：对被检测对象施加非层选反转脉冲；利用平衡自由稳态进动序列在整个心动周期，包括心脏舒张和收缩期，对信号的反转恢复过程进行实时采样，得到一组心脏电影；利用预设范围内的小角度激发的平衡自由稳态进动序列采集一幅参考图像；利用参考图像对采集到的所述一组心脏电影进行相位敏感的反转恢复重建。采用该方法，能够提高采集效率和成像效率，有效测定了动态心肌活性。此外还提供一种动态心肌活性检测的系统。

Description

动态心肌活性检测方法和系统

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术领域，特别是涉及一种动态心肌活性检测方法和系统。

背景技术

心肌梗塞是一种严重的心脏疾病，其主要成因是冠状动脉发生病变，导致供给相应心肌的血流减少或中断，最终引发心肌的缺血性坏死。心梗发生后，部分心肌活性并未完全消失，称为可挽救心肌，这类心肌可采用恢复心肌灌注的方式改善心功能，然而对梗死心肌灌注则会引起再灌注性损伤，诱发致命性心律失常。心肌活性可用来分辨可挽救心肌和梗死心肌，评估再灌注后心肌功能恢复的可能性。

磁共振成像(MRI)目前被认为是评价心肌活性最有效的手段之一，其主要利用延迟强化技术来检测心肌活性。通常用反转脉冲的序列在注射造影剂10分钟之后成像，反转时间设置为使正常心肌信号过零点的时间，这样可以最大化正常心肌和病变心肌的对比度。通常的磁共振幅值重建方法，对反转时间较为敏感，错误的选取反转时间会使图像的对比度下降，影响医生的诊断。因此通常采用相位敏感的反转恢复序列(Phase-sensitiveinversion recovery，简称PSIR)进行成像。在此序列中，每两次心跳周期进行一次采集，第一个心跳周期采集成像数据，第二个心跳周期采集参考图像数据，两次均在舒张中期进行采集，然后用相位敏感的反转重建算法进行重建。这种成像方法，仅在心跳周期中的一段时间内进行采集数据，采集效率较低，且仅能对心脏舒张中期进行成像，成像效率也较低。

发明内容

基于此，有必要提供一种提高采集效率和成像效率的动态心肌活性检测方法和系统。

一种动态心肌活性检测的方法，所述方法包括：

对被检测对象施加非层选反转脉冲；

利用平衡自由稳态进动序列在整个心动周期内，包括心脏舒张期和收缩期，对信号的反转恢复过程进行实时采样，得到一组心脏电影；

利用预设范围内的小角度激发的平衡自由稳态进动序列采集一幅参考图像；

利用参考图像对采集到的所述一组心脏电影进行相位敏感的反转恢复重建。

在其中一个实施例中，所述利用平衡自由稳态进动序列在整个心动周期内，包括心脏舒张期和收缩期，对信号的反转恢复过程进行实时采样，得到一组心脏电影的步骤，包括：

在所述对信号的反转恢复过程进行实时采样的过程中采用并行采集技术和不对称回波，采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为40°，TGRAPPA加速因子为3，时间分辨率为80～100ms，采集次数为40次。

在其中一个实施例中，所述利用预设范围内的小角度激发的平衡自由稳态进动序列采集一幅参考图像的步骤中，使用的采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为5°，采集次数为1次。

在其中一个实施例中，所述利用参考图像对采集到的所述一组心脏电影进行相位敏感的反转恢复重建的步骤，包括：

计算所述心脏电影的数据，得到一组复数图像；

计算所述参考图像，得到一幅复数参考图像；

获取所述复数参考图像相位，分别对每个所述复数图像进行相位校正，得到对应的实数图像；

利用所述参考图像和所述实数图像进行归一化处理。

在其中一个实施例中，所述利用所述参考图像和所述实数图像进行归一化处理的步骤，包括：

获取参考幅值图像；

使用中值滤波平滑所述参考幅值图像；

将所述实数图像和平滑后的参考幅值图进行点对点相除。

一种动态心肌活性检测的系统，所述系统包括：

反转脉冲施加模块，用于对被检测对象施加非层选反转脉冲；

第一采集模块，用于利用平衡自由稳态进动序列在整个心动周期内，包括心脏舒张期和收缩期，对信号的反转恢复过程进行实时采样，得到一组心脏电影；

第二采集模块，用于利用预设范围内的小角度激发的平衡自由稳态进动序列采集一幅参考图像；

重建模块，用于利用参考图像对采集到的所述一组心脏电影进行相位敏感的反转恢复重建。

在其中一个实施例中，所述第一采集模块用于在所述对信号的反转恢复过程进行实时采样的过程中采用并行采集技术和不对称回波，采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为40°，TGRAPPA加速因子为3，时间分辨率为80～100ms，采集次数为40次。

在其中一个实施例中，所述第二采集模块使用的采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为5°，采集次数为1次。

在其中一个实施例中，所述重建模块包括：

复数图像获取模块，用于计算所述心脏电影的数据，得到一组复数图像；

复数参考图像获取模块，用于计算所述参考图像，得到一幅复数参考图像；

实数图像获取模块，用于获取所述复数参考图像相位，分别对每个所述复数图像进行相位校正，得到对应的实数图像；

归一化处理模块，用于利用所述参考图像和所述实数图像进行归一化处理。

在其中一个实施例中，所述归一化处理模块包括：

参考幅值图像获取模块，用于获取参考幅值图像；

平滑模块，用于使用中值滤波平滑所述参考幅值图像；

运算模块，用于将所述实数图像和平滑后的参考幅值图进行点对点相除。

上述动态心肌活性检测的方法和系统，在心脏收缩期和舒张期对信号的反转恢复过程进行实时采样，得到一组心脏电影。然后利用小角度激发的平衡自由稳态进动序列采集一幅参考图像，并利用参考图像对采集到的心脏电影进行相位敏感的反转恢复重建。相比PSIR序列仅在心跳周期中的一段时间内进行采集数据，且仅能对心脏舒张中期进行成像的现有技术，上述方法和系统可以在心脏收缩期和舒张期实时进行数据采集，同时在整个心跳周期成像，因此提高了采集效率和成像效率，有效测定了动态心肌活性。

附图说明

图1为一个实施例中动态心肌活性检测方法的流程图；

图2为一个实施例中一种动态心肌活性检测序列的工作示意图；

图3为一个实施例中进行相位敏感的反转恢复重建的流程图；

图4为一个实施例中动态心肌活性检测系统的结构示意图；

图5是一个实施例中重建模块的结构示意图；

图6是一个实施例中归一化处理模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种动态心肌活性检测的方法，该方法包括：

步骤102，对被检测对象施加非层选反转脉冲。

本实施例中，提取处于静磁场中的被检测对象的ECG(Electrocardiograph，心电图)心电门控作为触发信号，向该对象施加非层选的反转脉冲。

步骤104，利用平衡自由稳态进动序列在整个心动周期内，包括心脏舒张期和收缩期，对信号的反转恢复过程进行实时采样，得到一组心脏电影。

本实施例中，在上述实施例中施加非层选反转脉冲后，然后施加平衡自由稳态进动序列(Balanced Steady-State Free Procession，简称bSSFP)在整个心动周期内进行采集，对信号的反转恢复过程进行实时采样，k空间采用线性填充方式，快速采集多次，得到一组心脏电影。整个采集过程在呼吸屏气过程中完成。心脏电影指的是覆盖整个心跳周期的一组图像，反映心脏的运动情况。非层选反转脉冲可以减少血流伪影，能够获得较好的图像质量。采集过程是在心脏收缩期和舒张期即整个心跳周期进行，从而提高了采集效率，同时可对整个心跳周期成像，因此也提高了成像效率。

步骤106，利用预设范围内的小角度激发的平衡自由稳态进动序列采集一幅参考图像。

本实施例中，在实时采集结束后，利用小角度激发bSSFP序列，采集一幅参考图像。小角度激发指的是激发脉冲的翻转角度在预设范围内且角度较小。同时利用小角度激发来估计相位，用于后续进行相位敏感的反转恢复重建。小角度激发估计相位，可以忽略信号本身引入的相位变化，认为估计出的相位是由系统引入的相位变化。成像的对比，主要依赖于激发脉冲的翻转角、TR和TE(echo time，回波时间)三个因素。具体的，TR和TE是由磁共振扫描仪的硬件限制(最大梯度幅值，梯度爬升速率等)确定的最短时间。翻转角由使用者设定。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种动态心肌活性检测序列的工作示意图。其中，ECG心电门控作为触发信号，在施加非层选的反转脉冲后再施加一个快速bSSFP序列，在整个心动周期内进行采集，对信号的反转恢复过程进行实时采样，得到一组心脏电影。实时采集结束后，利用小角度激发的该bSSFP序列，采集一副参考图像，同时利用小角度激发来估计相位。快速bSSFP序列的TR较短，采用该bSSFP序列可明显缩短采集时间。

步骤108，利用参考图像对采集到的所述一组心脏电影进行相位敏感的反转恢复重建。

本实施例中，采用自适应合并算法对实时采集到的一组心脏电影和一幅参考图像分别计算，利用参考图像的计算结果估计系统引入的相位变化并对实时采集数据的计算得到的复数图像相位进行校正，从而进行相位敏感的反转恢复重建，由此获得正常心肌和病变区域的对比，从而有效测定了动态心肌活性。

本实施例中，采集过程是在心脏收缩期和舒张期进行，从而提高了采集效率，同时可对整个心跳周期成像，因此也提高了成像效率。然后利用小角度激发的平衡自由稳态进动序列采集一幅参考图像，并利用参考图像对采集到的心脏电影进行相位敏感的反转恢复重建。有效测定了动态心肌活性。

在一个实施例中，步骤104包括：在对信号的反转恢复过程进行实时采样的过程中采用并行采集技术和不对称回波，采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为40°，TGRAPPA加速因子为3，时间分辨率为80～100ms，采集次数为40次。

本实施例中，在对信号的反转恢复过程进行实时采样的过程中，采用并行采集技术，同时采用不对称回波。并行采集技术具体的可采用TGRAPPA(temporal generalizedautocalibrating partially parallel acquisition，时间并行采集技术)。采用多个表面线圈组合成相控阵接收线圈，采集中需要获得各个子线圈的排列及其空间敏感度信息，经过合理算法去除单个线圈的卷折伪影，生成完整的图像。采用不对称回波，也就是只采集频率编码k-x方向即频率编码梯度的一部分数据，另外一部分通过部分k空间重建算法计算并填充。进一步的，如果想要获得较好的T1图像，时间分辨率需控制在一定的范围内，如<110ms，具体的，可按照如下公式计算：时间分辨率＝TR*相位编码线数。本实施例中，采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为40°，TGRAPPA加速因子为3，时间分辨率为80～100ms，采集次数为40次。并行采集技术有效加快了单幅图像的采集速度，同时能够满足了时间分辨率要求。采用不对称回波明显地缩短了TE，减少了单幅图像采集窗的时间长度。

在一个实施例中，采集一幅参考图像所使用的采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为5°，采集次数为1次。

本实施例中，只需要一幅参考图像，也就是只需要完成一次采集即可，采集次数为1次。翻转角为5°，由于翻转角比较小，这样可较好的估计相位。

在一个实施例中，如图3所示，步骤108具体包括：

步骤302，计算心脏电影的数据，得到一组复数图像。

具体的，对实时采集到的一组心脏电影进行计算，采用自适应合并算法将多线圈数据进行合并，得到一组复数图像I_j,j＝1,2,…，其中j是复数图像的个数。

步骤304，计算参考图像，得到一幅复数参考图像。

具体的，对参考图像进行计算，采用自适应合并算法将多线圈数据进行合并，得到一幅复数参考图像I_ref。计算过程中，主要利用该复数参考图像的相位信息，估计系统引入的相位变化。

步骤306，获取复数参考图像相位，分别对每个复数图像进行相位校正，得到对应的实数图像。

具体的，取该复数参考图像相位，分别对每个复数图像I_j进行相位校正，得到实数图像可按照如下公式计算：

其中real表示取实部，conj表示取共轭。

步骤308，利用参考图像和实数图像进行归一化处理。

在一个实施例中，步骤308具体包括：获取参考幅值图像；使用中值滤波平滑参考幅值图像；将实数图像和平滑后的参考幅值图进行点对点相除。

对复数参考图像数据用均方根方法进行多线圈合并，得到参考幅值图像，用7×7的中值滤波对参考幅值图像进行平滑，将和平滑后的参考幅值图像进行点对点相除，从而获得最终的重建结果。

本实施例中，利用自适应合并算法分别得到一组复数图像和一幅复数参考图像，利用该复数参考图像估计系统引入的相位变化，并对复数图像的相位进行校正，从而进行相位敏感的反转恢复重建。由此获得正常心肌和病变区域的对比，从而有效测定了动态心肌活性。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种动态心肌活性检测的系统，包括：反转脉冲施加模块402、第一采集模块404、第二采集模块406和重建模块408，其中：

反转脉冲施加模块402，用于对被检测对象施加非层选反转脉冲。

第一采集模块404，用于利用平衡自由稳态进动序列在整个心动周期内，包括心脏舒张期和收缩期，对信号的反转恢复过程进行实时采样，得到一组心脏电影。

第二采集模块406，用于利用预设范围内的小角度激发的平衡自由稳态进动序列采集一幅参考图像。

重建模块408，用于利用参考图像对采集到的所述一组心脏电影进行相位敏感的反转恢复重建。

本实施例中，反转脉冲施加模块402和第一采集模块404一起用于在心脏收缩期和舒张期实时采集得到一组心脏电影。第二采集模块406用于采集一副参考图像，利用小角度激发来估计系统相位。重建模块408用于利用参考图像对采集到的所述一组心脏电影进行相位敏感的反转恢复重建。由于采集过程是在整个心跳周期实时进行，从而提高了采集效率，同时可对整个心跳周期成像，因此也提高了成像效率。同时，通过相位敏感的反转恢复重建，有效测定了动态心肌活性。

在一个实施例中，第一采集模块404用于在对信号的反转恢复过程进行实时采样的过程中采用并行采集技术和不对称回波，采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为40°，TGRAPPA加速因子为3，时间分辨率为80～100ms，采集次数为40次。

本实施例中，采用并行采集技术和不对称回波，成倍地缩短了采集时间，明显提高了采集效率。

在另一个实施例中，第二采集模块406使用的采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为5°，采集次数为1次。

本实施例中，采用上述采集参数，可缩短参考图像的采集时间，同时可较好的估计相位。

在一个实施例中，如图5所示，重建模块408包括：复数图像获取模块428、复数参考图像获取模块448、实数图像获取模块468和归一化处理模块488，其中：

复数图像获取模块428，用于计算心脏电影的数据，得到一组复数图像；

复数参考图像获取模块448，用于计算参考图像，得到一幅复数参考图像；

实数图像获取模块468，用于获取复数参考图像相位，分别对每个复数图像进行相位校正，得到对应的实数图像；

归一化处理模块488，用于利用参考图像和实数图像进行归一化处理。

在一个实施例中，如图6所示，归一化处理模块488具体包括：参考幅值图像获取模块488a、平滑模块488b和运算模块488c，其中：

参考幅值图像获取模块488a，用于获取参考幅值图像；

平滑模块488b，用于使用中值滤波平滑参考幅值图像；

运算模块488c，用于将实数图像和平滑后的参考幅值图进行点对点相除。

本实施例中，复数图像获取模块428用于得到一组复数图像，复数参考图像获取模块448用于得到一幅复数参考图像，通过实数图像获取模块468进行相位校正，得到一组实数图像，归一化处理模块488对实数图像和参考幅值图像进行归一化处理，得到最终的重建结果。

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 (8)

1.一种动态心肌活性检测的方法，所述方法包括：

对被检测对象施加非层选反转脉冲；

利用平衡自由稳态进动序列在整个心动周期内，包括心脏舒张期和收缩期，对信号的反转恢复过程进行实时采样，得到一组心脏电影；

利用预设范围内的小角度激发的平衡自由稳态进动序列采集一幅参考图像；

利用参考图像对采集到的所述一组心脏电影进行相位敏感的反转恢复重建，包括：计算所述心脏电影的数据，得到一组复数图像；计算所述参考图像，得到一幅复数参考图像；获取所述复数参考图像相位，分别对每个所述复数图像进行相位校正，得到对应的实数图像；利用所述参考图像和所述实数图像进行归一化处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用平衡自由稳态进动序列在整个心动周期内，包括心脏舒张期和收缩期，对信号的反转恢复过程进行实时采样，得到一组心脏电影的步骤，包括：

在所述对信号的反转恢复过程进行实时采样的过程中采用并行采集技术和不对称回波，采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为40°，TGRAPPA加速因子为3，时间分辨率为80～100ms，采集次数为40次。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用预设范围内的小角度激发的平衡自由稳态进动序列采集一幅参考图像的步骤中，使用的采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为5°，采集次数为1次。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述参考图像和所述实数图像进行归一化处理的步骤，包括：

获取参考幅值图像；

使用中值滤波平滑所述参考幅值图像；

将所述实数图像和平滑后的参考幅值图进行点对点相除。

5.一种动态心肌活性检测的系统，其特征在于，所述系统包括：

反转脉冲施加模块，用于对被检测对象施加非层选反转脉冲；

第一采集模块，用于利用平衡自由稳态进动序列在整个心动周期内，包括心脏舒张期和收缩期，对信号的反转恢复过程进行实时采样，得到一组心脏电影；

第二采集模块，用于利用预设范围内的小角度激发的平衡自由稳态进动序列采集一幅参考图像；

重建模块，用于利用参考图像对采集到的所述一组心脏电影进行相位敏感的反转恢复重建，所述重建模块包括：复数图像获取模块，用于计算所述心脏电影的数据，得到一组复数图像；复数参考图像获取模块，用于计算所述参考图像，得到一幅复数参考图像；实数图像获取模块，用于获取所述复数参考图像相位，分别对每个所述复数图像进行相位校正，得到对应的实数图像；归一化处理模块，用于利用所述参考图像和所述实数图像进行归一化处理。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一采集模块用于在所述对信号的反转恢复过程进行实时采样的过程中采用并行采集技术和不对称回波，采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为40°，TGRAPPA加速因子为3，时间分辨率为80～100ms，采集次数为40次。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二采集模块使用的采集参数为：TR/TE＝2.3/1.1ms，翻转角为5°，采集次数为1次。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述归一化处理模块包括：

参考幅值图像获取模块，用于获取参考幅值图像；

平滑模块，用于使用中值滤波平滑所述参考幅值图像；

运算模块，用于将所述实数图像和平滑后的参考幅值图进行点对点相除。