CN104997511A - 用于磁共振化学交换饱和转移成像的cestr测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量方法和系统，包括：在图像采集区域内确定感兴趣区域；在感兴趣区域内的进行图像的密集采集，对剩余区域进行图像的稀疏采集；获取WASSR图像和Z谱图像；通过WASSR得到磁场偏移图；对Z谱进行B0校正后，进行插值或拟合，再计算得到CESTR。本申请使得Z谱中重要的信息得到更多的关注，从而提高CESTR估计的准确性，可在相同甚至更短的扫描时间内，在不同的信噪比和存在磁场不均匀性的情况下，使得CESTR估计的准确性得到提高，同时，无需可交换质子化学特性的先验，提供了一种直接且相对常规方法来说，能够更准确测量CESTR的方法和系统。

Description

用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量方法和系统

技术领域

本申请涉及医学影像，尤其涉及一种用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量方法和系统。

背景技术

磁共振化学交换饱和转移(Chemical Exchange Saturat ion Transfer，CEST)成像是一种对分子内部和外部组织特性很敏感的成像方法，因其可以对内生和外生CEST组织成像，该方法已经广泛应用于肿瘤分子追踪、pH分析等等。化学交换饱和转移成像是一种新的内源性分子影像学成像方法，它使用全新的对比机制，通过选择性饱和可交换的质子或分子，把饱和的能量通过化学交换转移给水，通过测量水分子信号的变化间接获得生物体组织分子特性和环境特性。化学交换饱和转移成像是一种相对较新的分子成像方法，它的原理为：与水质子共振频率不同的可交换质子，首先被射频脉冲饱和。当质子和水进行化学交换的时候，饱和的能量也同时被转移给水，引起水信号的降低。因为溶质质子的浓度很低(微摩尔每升到毫摩尔每升)，单单是饱和转移还是不能够产生可辨别的水信号的变化的。如果溶质质子有足够快的转移频率和充分长的饱和时间，那么就会增强这种能量转移效果，最终可以在水信号中观察出来，这使得低浓度的溶质可以直接成像。这种饱和效果通过没有进行饱和和进行饱和的信号比来表示，一般称之为Z谱或者CEST谱。然而这种谱上是包含水频率附近的的直接饱和效果的，会干扰CEST效果的检测。因为直接饱和时关于水对称的，所以通常使用不对称的分析方法。这种方法把溶质分子的饱和效果与其关于水频率对称的化学位移的饱和效果相减。该方法假设水的直接饱和和质子的转移饱和时独立的，而且直接饱和是对称的。

CEST成像常规全Z谱采集通常是非常耗时并且信噪比比较低，在临床应用中不够理想。Dopfert等提出了一种用梯度对化学偏移进行编码并且用一个饱和脉冲就能饱和所有化学位移的方法，大幅降低了扫描时间，但是这要求成像物体在化学位移这个维度是均匀的，这往往是不现实的，特别是在体实验。Zhou等提出了一种在氨基质子及其对侧采集6个频率点，重复8次得到高信噪比的方法，同时采集一个额外的全Z谱来校正磁场不均匀性。常规Z谱采集都是使用等密度采集，但是采集到的一些数据能够提供给CEST特性描述的信息是有限的。实际上，CEST对比度可以用可交换质子和对侧化学位移决定。近期，Y.K.Tee,A.A.Khrapitchev等提出了一种最优化采集方法，使用迭代搜集算法选出对感兴趣参数(交换速率和浓度，水的位置)影响最大的化学位移，在这些化学位移进行饱和成像，对可交换质子的化学交换熟虑和浓度进行定量分析。虽然这种方法相对常规方法来说，对参数估计的准确性都有很大的提高，但是该方法在搜索感兴趣参数影响大的化学位移的时候是需要相关参数大致范围的先验知识的，而相关参数的先验是很难估计的，特别是在体的情况下。

发明内容

本申请提供一种用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量方法和系统。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量方法，包括：

在图像采集区域内确定感兴趣区域；

在所述感兴趣区域内的进行图像的密集采集，对剩余区域进行图像的稀疏采集；

获取WASSR图像和Z谱图像；

通过WASSR得到磁场偏移图；

对Z谱进行B0校正后，进行插值或拟合，再计算得到CESTR。

上述方法，所述密集采集包括使用小步长进行采集，所述稀疏采集包括使用大步长进行采集。

上述方法，所述小步长为小于常规等密度采集方法步长，所述大步长为大于常规等密度采集方法步长。

上述方法，所述感兴趣区域包括水分子、可交换质子和对侧化学位移。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量系统，包括采集模块和处理模块；

所述采集模块，用于在图像采集区域内确定感兴趣区域，在所述感兴趣区域进行图像的密集采集，对剩余区域进行图像的稀疏采集；

所述处理模块，用于获取图像的WASSR序列和Z谱序列，通过所述WASSR序列得到磁场偏移图，对所述Z谱序列先进行B0校正后，进行插值或拟合，再计算得到CESTR。

上述系统，所述采集模块还用于使用小步长进行密集采集，使用大步长进行稀疏采集。

上述系统，所述小步长为小于常规等密度采集方法步长，所述大步长为大于常规等密度采集方法步长。

上述系统，在常规等密度采集方法步长为0.5ppm时，所述小步长的取值范围为[0.1ppm，0.5ppm),所述大步长的取值范围为(0.5ppm，2ppm]。

上述系统，所述感兴趣区域包括水分子、可交换质子和对侧化学位移。

根据本申请的第三方面，本申请提供一种用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量系统，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机指令，所述处理器用于根据所述计算机指令执行以下步骤：

在图像采集区域内确定感兴趣区域；

在所述感兴趣区域内的进行图像的密集采集，对剩余区域进行图像的稀疏采集；

获取WASSR图像和Z谱图像；

通过WASSR得到磁场偏移图；

对Z谱进行B0校正后，进行插值或拟合，再计算得到CESTR。

由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：

在本申请的具体实施方式中，由于在感兴趣区域进行密集采集，而在其他区域稀疏采集，使得Z谱中重要的信息得到更多的关注，从而提高CESTR估计的准确性，可在相同甚至更短的扫描时间内，在不同的信噪比和存在磁场不均匀性的情况下，使得CESTR估计的准确性得到提高，同时，无需可交换质子化学特性的先验，提供了一种直接且相对常规方法来说，能够更准确测量CESTR的方法和系统。

附图说明

图1为本申请的方法在一种实施方式中的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本申请提供的用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量方法，其一种实施方式，包括以下步骤：

步骤102：在图像采集区域内确定感兴趣区域。

感兴趣区域包括水分子、可交换质子和对侧化学位移。对侧化学位移是关于水对称的化学位移，设水的频率为0ppm的话，比如可交换质子相对水的化学位移是3.5ppm，那么对侧则为-3.5ppm。

步骤104：在所述感兴趣区域内的进行图像的密集采集，对剩余区域进行图像的稀疏采集。

密集采集包括使用小步长进行采集，稀疏采集包括使用大步长进行采集。小步长和大步长是相对而言的，一般来说，Z谱采集的步长为0.5ppm，小步长指的是小于0.5ppm的步长，大步长指的是大于0.5ppm的步长，所以小步长是相对等密度采集的步长来说更小的步长，大步长是相对等密度采集的步长来说更大的步长。具体取值根据实际情况定，需要综合考虑采集时间。在一种实施方式中，在常规等密度采集方法步长为0.5ppm时，小步长的取值范围为[0.1ppm，0.5ppm),大步长的取值范围为(0.5ppm，2ppm]。

步骤106：获取图像的WASSR序列和Z谱序列。

图像的WASSR序列和Z谱序列可通过如下公式计算得到：

$Z\left({\mathrm{\ω}}_1\right)=\frac{I({\mathrm{\ω}}_1,-\mathrm{\Δ\ω})}{I_0}---\left(1\right)$

其中，w1是射频幅度，Δω是饱和脉冲的位移，Δω_s是可交换质子的化学位移，I₀是没有施加射频饱和脉冲时的信号强度。具体可采用不同的步长和取值范围分别计算得到图像的WASSR序列和Z谱序列。

步骤108：通过WASSR(water saturation shift referencing，水饱和偏移参考)到磁场偏移图。

步骤110：对Z谱进行B0校正后，进行插值或拟合，再计算得到CESTR(Chemical Exchange Saturation Transfer Rratio，化学交换饱和转移率)。

本步骤可用smoothing-spline进行拟合，或是采用其他拟合或插值方式。CESTR通过公式(2)计算得到：

$\mathrm{CESTR}({\mathrm{\ω}}_1,{\mathrm{\Δ\ω}}_s)=\frac{I_{\mathrm{ref}}({\mathrm{\ω}}_1,{-\mathrm{\Δ\ω}}_s)-I_{\mathrm{label}}({\mathrm{\ω}}_1,{\mathrm{\Δ\ω}}_s)}{I_0}---\left(2\right)$

此时，w1是射频幅度，I_ref和I_label是射频饱和可交换质子和对侧化学位移时的信号强度，I₀是没有施加射频饱和脉冲时的信号强度，Δω_s是可交换质子的化学位移，-Δω_s是和水分子对称的对侧化学位移。

实施例二：

本申请的用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量系统，其一种实施方式，包括采集模块和处理模块。采集模块，用于在图像采集区域内确定感兴趣区域，在感兴趣区域进行图像的密集采集，对剩余区域进行图像的稀疏采集。并采集图像的WASSR序列和Z谱序列；处理模块，用于获取图像的WASSR序列和Z谱序列，通过WASSR序列得到磁场偏移图，对Z谱序列先进行B0校正后，进行插值或拟合，再计算得到CESTR。

图像的WASSR序列和Z谱序列可通过如下公式计算得到：

$Z\left({\mathrm{\ω}}_1\right)=\frac{I({\mathrm{\ω}}_1,-\mathrm{\Δ\ω})}{I_0}---\left(1\right)$

其中，w1是射频幅度，Δω是饱和脉冲的位移，Δω_s是可交换质子的化学位移，I₀是没有施加射频饱和脉冲时的信号强度。具体可采用不同的步长和取值范围分别计算得到图像的WASSR序列和Z谱序列。

插值时可用smoothing-spline进行插值，或是采用其他插值方式。CESTR通过公式(2)计算得到：

$\mathrm{CESTR}({\mathrm{\ω}}_1,{\mathrm{\Δ\ω}}_s)=\frac{I_{\mathrm{ref}}({\mathrm{\ω}}_1,{-\mathrm{\Δ\ω}}_s)-I_{\mathrm{label}}({\mathrm{\ω}}_1,{\mathrm{\Δ\ω}}_s)}{I_0}---\left(2\right)$

此时，w1是射频幅度，I_ref和I_label是射频饱和可交换质子和对侧化学位移时的信号强度，I₀是没有施加射频饱和脉冲时的信号强度，Δω_s是可交换质子的化学位移，-Δω_s是和水分子对称的对侧化学位移。

在一种实施方式中，采集模块还用于使用小步长进行密集采集，使用大步长进行稀疏采集。密集采集包括使用小步长进行采集，稀疏采集包括使用大步长进行采集。

在一种实施方式中，小步长为小于常规等密度采集方法步长，大步长为大于常规等密度采集方法步长。小步长和大步长是相对而言的，一般来说，Z谱采集的步长为0.5ppm，小步长指的是小于0.5ppm的步长，大步长指的是大于0.5ppm的步长，所以小步长是相对等密度采集的步长来说更小的步长，大步长是相对等密度采集的步长来说更大的步长。

在一种实施方式中，所述小步长的取值范围为[0.1ppm，0.5ppm),所述大步长的取值范围为(0.5ppm，2ppm]。具体取值根据实际情况定，需要综合考虑采集时间。在一种实施方式中，小步长的取值范围为[0.1ppm，0.5ppm),大步长的取值范围为(0.5ppm，2ppm]。

在一种实施方式中，所述感兴趣区域包括水分子、可交换质子和对侧化学位移。对侧化学位移是关于水对称的化学位移，设水的频率为0ppm的话，比如可交换质子相对水的化学位移是3.5ppm，那么对侧则为-3.5ppm。

实施例三：

本申请的用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量系统，其另一种实施方式，包括存储器和处理器，存储器用于存储计算机指令，处理器用于根据计算机指令执行以下步骤：

在图像采集区域内确定感兴趣区域；

在感兴趣区域内的进行图像的密集采集，对剩余区域进行图像的稀疏采集；

获取WASSR图像和Z谱图像；

通过WASSR得到磁场偏移图；

对Z谱序列进行B0校正后，进行插值或拟合，再计算得到CESTR。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量方法，其特征在于,包括：

在图像采集区域内确定感兴趣区域；

在所述感兴趣区域内的进行图像的密集采集，对剩余区域进行图像的稀疏采集；

获取WASSR图像和Z谱图像；

通过WASSR得到磁场偏移图；

对所述Z谱进行B0校正后，进行插值或拟合，再计算得到CESTR。

2.如权利要求1所述的用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量方法，其特征在于，所述密集采集包括使用小步长进行采集，所述稀疏采集包括使用大步长进行采集。

3.如权利要求2所述的用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量方法，其特征在于，所述小步长为小于常规等密度采集方法步长，所述大步长为大于常规等密度采集方法步长。

4.如权利要求1所述的用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量方法，其特征在于，所述感兴趣区域包括水分子、可交换质子和对侧化学位移。

5.一种用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量系统，其特征在于，包括采集模块和处理模块；

所述采集模块，用于在图像采集区域内确定感兴趣区域，在所述感兴趣区域进行图像的密集采集，对剩余区域进行图像的稀疏采集；

所述处理模块，用于获取WASSR图像和Z谱图像，通过WASSR得到磁场偏移图，对Z谱先进行B0校正后，进行插值或拟合，再计算得到CESTR。

6.如权利要求5所述的用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量系统，其特征在于，所述采集模块还用于使用小步长进行密集采集，使用大步长进行稀疏采集。

7.如权利要求6所述的用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量系统，其特征在于，所述小步长为小于常规等密度采集方法步长，所述大步长为大于常规等密度采集方法步长。

8.如权利要求7所述的用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量系统，其特征在于，在常规等密度采集方法步长为0.5ppm时，所述小步长的取值范围为[0.1ppm，0.5ppm),所述大步长的取值范围为(0.5ppm，2ppm]。

9.如权利要求5所述的用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量系统，其特征在于，所述感兴趣区域包括水分子、可交换质子和对侧化学位移。

10.一种用于磁共振化学交换饱和转移成像的CESTR测量系统，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机指令，所述处理器用于根据所述计算机指令执行以下步骤：

在图像采集区域内确定感兴趣区域；

在所述感兴趣区域内的进行图像的密集采集，对剩余区域进行图像的稀疏采集；

获取图像的WASSR图像和Z谱图像；

通过所述WASSR得到磁场偏移图；

对Z谱进行B0校正后，进行插值或拟合，再计算得到CESTR。