CN107728088B - 一种快速核磁共振t1成像方法 - Google Patents

一种快速核磁共振t1成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种新型的核磁共振T1成像方法。该方法从量子力学角度出发，通过阐述基本理论，在脉冲序列的不同时间段内对相应的脉冲进行合理排布和优化，进而可大大缩短一维、二维和三维核磁共振T1成像技术的操作时间，为核磁共振成像技术在多种潜在应用领域中提供快速方案。在生物医学、材料、地质等领域有重要的应用价值。

Description

一种快速核磁共振T1成像方法
技术领域
本发明涉及核磁共振领域，具体为一种新型快速的核磁共振T1成像方法。
技术背景
核磁共振成像技术作为一种先进的无损探测手段，在医学、生物、能源、材料、农林、食品、安全监测、化工等多个领域均有着极为广泛的应用。以生物医学为例，由于不同类型组织液纵向弛豫时间的差异，核磁共振T1成像技术可为生物组织原位探测病变机理提供最直接有效的证据，因此是一种常规的核磁共振加权成像方法。尽管如此，由于常规方法对纵向弛豫时间T1的探测时间较长，通常需要组织中含氢质子自旋系统达到热平衡后才可进行下一步测量，因而采用 T1成像技术对被测样品的整体测量时间很长。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种新型快速核磁共振T1成像方法，具体如下。
所述新型核磁共振一维T1成像方法，所述方法具体包括：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲将宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间T后，在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加180°射频脉冲，重聚散相后的横向平面磁化强度矢量；
步骤3、再次等待极短时间T后，在TRS通道上向被测样品含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲，将重聚后的横向平面磁化强度矢量扳转90°至纵向轴向上；
步骤4、在GRD通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度脉冲，以消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化强度矢量；
步骤5、在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，之后在GRD通道上施加相位编码梯度脉冲；所述相位编码梯度脉冲宽度为δ，幅度从-gmax到+gmax变化m步；
步骤6、在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个自旋回波信号峰值；
步骤7、在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化强度矢量进行翻转；之后在GRD通道上再次施加一个恒定幅度的梯度脉冲，以消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤8、从所述步骤5中在TRS通道上施加一小角度α射频脉冲开始至GRD 通道上施加的最后一个恒定幅度的梯度脉冲为止，整个时序持续时间为Δ；持续循环所述时序N次，在ACQ通道中依次将采集得到N个自旋回波峰值；同时，改变GRD通道上施加的相位编码梯度脉冲的幅度值m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*N个自旋回波峰值，得到回波串信号M(k，NΔ)，k为定义的波函数；
步骤9、对采集到的所述回波串信号M(k，NΔ)进行核磁共振数据处理，即可得到快速核磁共振一维T1成像结果。
优选的，所述步骤3中的所述纵向轴向与静磁场方向一致。
优选的，所述步骤6中采集所述自旋回波信号只记录所述自旋回波信号的峰值。
优选的，所述步骤9中的核磁共振数据处理方法为：
步骤9.1、对M(k，NΔ)进行Fourier变换，在成像维度上对数据进行解编；
步骤9.2、对得到的解编数据进行一维Inverse Laplace反演，得到最终不同空间位置处的T1分布，即视为T1成像；
步骤9.3、通过非负约束步骤可以得到特定正则化因子s下的非负约束解F。
优选的，所述步骤9.2中的一维Inverse Laplace反演利用Tikhonov正则化方法对所述解编数据进行反演。
可替换的，所述新型核磁共振一维T1成像方法，还可以为如下步骤：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲将宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间T后，在TRS通道上向所述自旋系统施加180°射频脉冲，重聚散相后的横向平面磁化强度矢量；
步骤3、再次等待极短时间T后，在TRS通道上向所述自旋系统施加90°射频脉冲，将重聚后的横向平面磁化强度矢量扳转90°至纵向轴向上；
优选的，所述纵向轴向与静磁场方向一致；
步骤4、在GRD通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度脉冲，所述梯度脉冲用于消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化强度矢量；
步骤5、接下来在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，之后在GRD 通道上施加频率编码梯度脉冲；
优选的，所述频率编码梯度脉冲宽度为δ，幅度固定为gmax；
步骤6、在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个完整离散的自旋回波信号；在开始采集所述自旋回波信号时，先在 GRD通道上施加频率解码梯度脉冲；所述频率解码梯度脉冲与所述步骤5中的所述频率编码梯度脉冲幅度相同，频率施加时长成2倍关系；
步骤7、在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化强度矢量进行翻转；之后，在GRD通道上再次施加一个恒定幅度的梯度脉冲，用于消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化强度矢量；
步骤8、从所述步骤5中在TRS通道上施加一小角度α射频脉冲开始至GRD 通道上施加的最后一个恒定幅度的梯度为止，整个时序持续时间为Δ；持续循环所述时序N次，在ACQ通道中依次将采集得到N个自旋回波；在ACQ通道中最终将采集得到N个自旋回波信号；得到回波串信号M(k，NΔ)，k为定义的波函数；对采集到的所述回波串信号M(k，NΔ)进行核磁共振数据处理，可得到快速核磁共振一维T1成像结果。
可替换的，所述新型核磁共振二维T1成像方法，所述方法如下步骤：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲将宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间T后，在TRS通道上向所述自旋系统施加180°射频脉冲，重聚散相后的横向平面磁化强度矢量；
步骤3、再次等待极短时间T后，在TRS通道上向所述自旋系统施加90°射频脉冲，将重聚后的横向平面磁化强度矢量扳转90°至纵向轴向上；
优选的，所述纵向轴向与静磁场方向一致；
步骤4、在GRD1通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度脉冲，所述梯度脉冲用于消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化强度矢量；
步骤5、接下来在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，之后在GRD1 通道上施加相位编码梯度脉冲，在GRD2通道上施加频率编码梯度脉冲；
优选的，所述相位编码梯度脉冲宽度为δ，幅度从-gmax到+gmax变化m步；
步骤6、在GRD1和GRD2通道上的梯度施加完毕后，在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个完整离散的自旋回波信号。在开始采集所述自旋回波信号时，先在GRD2通道上施加频率解码梯度脉冲；所述频率解码梯度脉冲与所述步骤5中的所述频率编码梯度脉冲幅度相同，脉冲施加时长成2倍关系；
步骤7、在ACQ通道上的信号采集完毕后，在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化强度矢量进行翻转；之后，在GRD1通道上再次施加一个恒定幅度的梯度脉冲，用于消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化强度矢量；
步骤8、从所述步骤5中在TRS通道上施加一小角度α射频脉冲开始至GRD1 通道上施加的最后一个恒定幅度的梯度脉冲为止，整个时序持续时间为Δ；持续循环所述时序N次，在ACQ通道中依次将采集得到N个自旋回波；改变GRD1 通道上施加的所述相位编码梯度脉冲幅度值m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*N个自旋回波信号，得到回波串信号M(k，NΔ)，k为定义的波函数；对采集到的所述回波串信号进行核磁共振数据处理，可得到快速核磁共振二维T1成像结果。
所述对所述回波串信号进行核磁共振数据处理的具体步骤包括：
对M(k，NΔ)进行二维Fourier变换，在两个成像维度上对数据进行解编；对得到的解编数据进行一维Inverse Laplace反演，得到最终不同空间位置处的T1分布，即视为T1成像；通过非负约束步骤可以得到特定正则化因子s下的非负约束解F。
可替换的，所述新型核磁共振三维T1成像方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲将所述宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间T后，在TRS通道上向所述自旋系统施加180°射频脉冲，重聚散相后的横向平面磁化强度矢量；
步骤3、再次等待极短时间T后，在TRS通道上向所述自旋系统施加90°射频脉冲，将重聚后的横向平面磁化强度矢量扳转90°至纵向轴向上；
优选的，所述纵向轴向与静磁场方向一致；
步骤4、在GRD1通道上向所述被测样品施加一个恒定幅度的梯度脉冲，所述梯度脉冲用于消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化强度矢量；
步骤5、接下来在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，所述小角度α射频脉冲为具有选层特性的软脉冲，同时，在GRD3通道中施加选层梯度脉冲，两个脉冲配合使用可达到对被测样品进行选层测量的目的；之后在GRD1通道上施加相位编码梯度脉冲，所述相位编码梯度脉冲宽度为δ，幅度从-gmax到+gmax变化m步；在GRD2通道上施加频率编码梯度脉冲。
步骤6、在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个完整离散的自旋回波信号；在开始采集所述自旋回波信号时，先在 GRD2通道上施加频率解码梯度脉冲。所述频率解码梯度脉冲与所述步骤5中的所述频率编码梯度脉冲幅度相同，脉冲施加时长成2倍关系；
步骤7、在ACQ通道上的信号采集完毕后，在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化强度矢量进行翻转；之后，在GRD1通道上再次施加一个恒定幅度的梯度脉冲，用于消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤8、从所述步骤5中在TRS通道上施加一小角度α射频脉冲开始至 GRD1通道上施加的最后一个恒定幅度的梯度脉冲为止，整个时序持续时间为Δ；采集系统持续循环所述时序N次，在ACQ通道中依次将采集得到N个自旋回波信号，改变GRD1通道上施加的相位编码梯度脉冲幅度值m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*N个自旋回波信号；得到回波串信号M(k，NΔ)，k为定义的波函数；对采集到的所述回波串信号M(k，NΔ)进行核磁共振数据处理，可得到选层后的快速核磁共振二维T1成像结果；通过调整GRD3通道上选层梯度脉冲的大小，可以改变选层的空间位置，最终可将二维成像结果重构为三维成像结果。
所述核磁共振数据处理的具体步骤为：
首先对该数据进行二维Fourier变换，在两个成像维度上对数据进行解编；对得到的解编数据进行一维Inverse Laplace反演，得到二维T1成像结果；通过x 方向上的选层梯度改变选层位置和选层厚度，可以得到一系列二维T1成像结果；通过数据重构即可得到相应的三维T1成像结果。
本发明从量子力学角度出发，通过阐述基本理论，在脉冲序列的不同时间段内对相应的脉冲进行合理排布和优化，进而可大大缩短核磁共振T1成像技术的操作时间，为核磁共振成像技术在多种潜在应用领域中提供快速方案。
附图说明
图1为本发明实施例一所提供的新型核磁共振一维T1成像脉冲序列；
图2为本发明实施例二所提供的新型核磁共振一维T1成像脉冲序列；
图3为本发明实施例三所提供的新型核磁共振二维T1成像脉冲序列；
图4为本发明实施例四所提供的新型核磁共振三维T1成像脉冲序列；
图5为实际数据及结果重构流程图。
其中，TRS为核磁共振系统的脉冲发射通道，GRD为梯度脉冲发射通道，ACQ为核磁共振系统的信号接受通道。
具体实施方式
结合说明书附图说明本发明的具体实施方式。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
首先对本发明中涉及的相关技术术语的定义及其物理意义做如下介绍。
静磁场B0。静磁场由磁体提供，决定核磁共振信号的信噪比。被测样品置于静磁场中，自旋系统内发生能级分裂，沿着静磁场方向会产生一个宏观磁化矢量M0。M0由静磁场强度B0，温度等参数决定。磁体材料通常有永磁体和超导体两种。永磁体基本用于低场核磁共振测量；超导体通常用于医学成像和实验室内高场仪器化学谱分析中，需要使用液氦和液氮保持磁体温度恒定。
射频磁场B1与脉冲。射频脉冲为电磁信号，通常由线圈产生。射频脉冲产生的磁场为射频磁场。射频磁场的方向与静磁场方向垂直，实现对在静磁场中形成的磁化矢量的扳转操作，扳转角度为：θ＝γB1tp。其中，γ为质子的磁旋比，B1为射频磁场强度，tp为射频脉冲的持续时间。因此可通过控制射频脉冲的幅值或持续时间达到改变扳转角的目的。核磁共振脉冲序列由不同数量和频率属性的射频脉冲按照设定时序组成。通过调整脉冲间时间间隔，脉冲角度及脉冲的频率选择性，实现对自旋系统的弛豫、扩散等测量。
磁场梯度与成像。脉冲磁场梯度由梯度线圈产生，通常在施加过程中考虑脉冲梯度线圈与射频线圈的涡流效应，注意屏蔽效果。通过空间磁场强度与梯度值之间的关系，可对被测样品进行相应的空间相位、频率和选层编码，实现不同维度上的空间成像。对于空间位置的某一方向，以z为例，通过在该方向上施加一幅度为g的梯度脉冲后，不同空间位置的质子Larmor频率为：
ω(z)＝γB0+γgz
其中，γ为质子的磁旋比。因此，采集得到的回波信号M(k)与空间所求的成像质子密度ε(z)之间的相互关系为：
M(k)＝∫ε(z)ei2πkzdz
ε(z)＝∫M(k)e-i2πkzdk
其中，k为定义的波函数，与梯度脉冲的参数有关。当系统采用频率编码模式进行成像实验时，k＝γgmaxδ/2ππ；当采用相位编码时，k＝γgmaxδ/mπ。由上述公式可知，M(k)与ε(z)为Fourier变换对。因此对采集得到的回波信号进行 Fourier变换即可得到成像结果。通过配合使用频率梯度编码和相位梯度编码模式和方法，即可得到高维度下的核磁共振成像结果
自旋回波。自旋回波为核磁共振测量最常见的一种信号。首先对被测样品施加90°脉冲，将磁化矢量M0扳转至垂直于静磁场方向的横向平面上。由于分子的扩散及静磁场的空间非均匀性等原因，磁化矢量M0发生散相。这一段时间如果打开信号采集通道对信号进行采集，得到自由衰减信号。经历一定时间τ之后，施加180°脉冲。散相后的磁化矢量会在同等时间τ之后实现重聚，形成一个回波信号。该回波信号称之为自旋回波信号。自旋回波在核磁共振应用中主要有以下三个方面：(1)通过施加一连串的180°脉冲，反复形成自旋回波，记录回波串信号，此脉冲序列为CPMG脉冲序列。该信号对于研究孔隙介质的横向弛豫特性极为重要，在一定条件下可以得到孔隙尺寸相关信息；(2)在梯度磁场下通过改变梯度幅值或梯度持续时间，记录自旋回波幅值的变化，可以得到流体分子的自扩散系数；(3)通过施加成对的频率编码或相位编码梯度，解析被测样品的空间自旋密度信息，实现核磁共振成像。
弛豫。自旋系统从共振状态恢复至热平衡状态的过程。该过程在不同方向上由纵向弛豫时间T1或横向弛豫时间T2表征。T1又称为自旋-晶格弛豫时间，反映自旋系统与外部环境的能量交换。T2又称为自旋-自旋弛豫时间，反映自旋系统内部能量损耗。自旋系统弛豫过程可由Bloch方程进行描述。纵向弛豫时间T1可采用饱和恢复脉冲序列进行测量。通过改变两个脉冲之间的时间间隔TW，记录信号幅值，反映纵向磁化矢量在不同编辑时间下的演化过程：
以上方法所需时间较长。每一步TW下都需要质子自旋系统等待较长时间并达到热平衡状态下才能进行下一步实验，因此采集过程极慢。
本发明的T1成像技术基于一种快速T1测量方法，采用的是小角度α射频脉冲串采集得到最终测量结果。通过施加这一串含有N个小角度射频脉冲的脉冲串，其被测样品本身自旋系统磁化矢量的分量可表述为：
采用相关适应的射频脉冲相位循环并对采集信号幅度，可得到每一个小角度α射频脉冲下的磁化矢量为：
其中，N为小角度射频脉冲的个数，Δ为相邻两个小角度脉冲之间的时间间隔。相对于常规的T1测量方法，由于对纵向磁化矢量只进行一次操作，因此上述方法能够在较短时间内完成T1测量。
弛豫成像。在实际测量应用中发现，仅仅得到被测样品的质子密度信息，即成像，对于分析样品的微观信息是远远不够的。因此，如果能够将弛豫信息的获得与成像技术结合可完美的实现对被测样品宏观和微观的观测。
不同生物组织或样本间的纵向弛豫时间T1差异相对明显，因此通常被选为加权信息与成像技术结合。如果采用常规的T1测量方法与成像结合，实际测量时间相较较长，不利于快速动态观测样品本身信息。因此在本发明中将快速纵向弛豫时间T1测量方法与相关成像技术融合，在优化调整相关参数的步骤下，给出快速纵向弛豫时间T1成像技术的可行方案。
根据测量被测样品纵向弛豫时间T1和空间梯度编码的相互关系，设计如图1 和图2所示的两种快速核磁共振一维T1成像脉冲序列，通过采集信号可得以下响应公式：
M(kz，NΔ)＝∫∫F(z，T1)·K1·k2dzdT1
其中两个核函数K1，K2的具体形式为：
K1＝exp(i2πkzz)
对于图1中所示的相位编码模式，kz＝γgmaxδ/mπ。对于图2中所示的频率编码模式，kz＝γgmaxδ/2π。当采用相位编码时，通过改变梯度幅度步数m， T1编辑中的小角度脉冲个数N获取二维数据。采用后续数据反演步骤对所得数据进行处理，得到被测样品的一维T1成像结果。
根据测量被测样品纵向弛豫时间T1和空间梯度编码的相互关系，设计如图 3所示的快速核磁共振二维T1成像脉冲序列，通过采集信号可得以下响应公式：
M(ky，kz，NΔ)＝∫∫∫F(y，z，T1)·K1·k2·k3dydzdT1
其中核函数K1，K2，K3的具体形式为：
K1＝exp(i2πkyy)
k2＝exp(i2πkzz)
其中，kz＝γgmaxδ/mπ，ky＝γgmaxδ/2π。通过改变梯度幅度步数m， T1编辑中的小角度脉冲个数N获取不同参数下的完整离散回波信号。该信号为三维数据。采用后续数据反演步骤对所得数据进行处理，得到被测样品的二维 T1成像结果。
根据测量被测样品纵向弛豫时间T1和空间梯度编码的相互关系，设计如图4 所示的快速核磁共振三维T1成像脉冲序列，通过采集信号可得以下响应公式：
M(ky，kz，NΔ)＝∫∫∫F(y，z，T1)·K1·K2·k3dydzdT1
其中核函数K1，K2，K3的具体形式为：
K1＝exp(i2πkyy)
K2＝exp(i2πkzz)
其中，选层厚度由x方向的选层梯度控制，Δx＝π/γgtp，kz＝γgmaxδ/mπ， ky＝γgmaxδ/2π。通过改变梯度幅度步数m，T1编辑中的小角度脉冲个数N获取不同参数下的完整离散回波信号。该信号为三维数据。采用后续数据反演步骤对所得数据进行处理，得到被测样品的二维T1成像结果。通过x方向上的选层梯度改变选层位置和选层厚度，可以得到一系列二维T1成像结果。通过数据重构即可得到相应的三维T1成像结果。
实施例一
关于所述新型核磁共振一维T1成像方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°脉冲将所述宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间T后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加180°脉冲，重聚散相后的横向平面磁化矢量；
步骤3、再次等待极短时间T后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加 90°脉冲，将重聚后的横向平面磁化矢量扳转90°至纵向轴向上(与静磁场方向一致)；所述极短时间T通常建议在几十微秒左右
步骤4、在GRD通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度，该梯度用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤5、接下来在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，之后在GRD 通道上施加相位编码梯度脉冲，该脉冲宽度为δ，幅度从-gmax到+gmax变化m步；所述小角度α射频脉冲是相对于90°和180°射频脉冲说的，具体选取与实际测量样品有关，通常在15°以下；
步骤6、在GRD通道上的梯度施加完毕后，在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个自旋回波信号。实际中，只记录该回波信号的峰值即可；
步骤7、在ACQ通道上的信号采集完毕后，在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化矢量进行翻转。之后，在GRD通道上再次施加一个恒定幅度的梯度，用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤8、从TRS通道上的第一个小角度α射频脉冲开始至GRD通道上的最后一个恒定幅度的梯度为止，整个时序持续时间为Δ。采集系统持续循环这一部分时序N次，在ACQ通道中一次将采集得到N个自旋回波峰值。改变GRD梯度中的相位编码梯度幅度值m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*N个自旋回波峰值。对采集到的所述回波串信号进行核磁共振数据处理，可得到我们所需的快速核磁共振一维T1成像结果。
实施例二
关于所述新型核磁共振一维T1成像方法的另外一种实现形式，如图2所示，所述方法包括：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°脉冲将所述宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间T后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加180°脉冲，重聚散相后的横向平面磁化矢量；
步骤3、再次等待极短时间T后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加 90°脉冲，将重聚后的横向平面磁化矢量扳转90°至纵向轴向上(与静磁场方向一致)；所述极短时间T通常建议在几十微秒左右
步骤4、在GRD通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度，该梯度用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤5、接下来在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，之后在GRD 通道上施加频率编码梯度脉冲，该脉冲宽度为δ，幅度固定为gmax；所述小角度α射频脉冲是相对于90°和180°射频脉冲说的，具体选取与实际测量样品有关，通常在15°以下；
步骤6、在GRD通道上的梯度施加完毕后，在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个完整离散的自旋回波信号。在开始采集此自旋回波信号时，在GRD通道上施加频率解码梯度脉冲。该梯度脉冲与之前的频率编码梯度脉冲幅度相同，持续时间成2倍关系；
步骤7、在ACQ通道上的信号采集完毕后，在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化矢量进行翻转。之后，在GRD通道上再次施加一个恒定幅度的梯度，用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤8、从TRS通道上的第一个小角度α射频脉冲开始至GRD通道上的最后一个恒定幅度的梯度为止，整个时序持续时间为Δ。采集系统持续循环这一部分时序N次，在ACQ通道中一次将采集得到N个自旋回波。在ACQ通道中最终将采集得到N个自旋回波。对采集到的所述回波串信号进行核磁共振数据处理，可得到我们所需的快速核磁共振一维T1成像结果。
实施例三：
关于该新型核磁共振二维T1成像技术，如图3所示，所述方法包括：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°脉冲将所述宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间T后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加180°脉冲，重聚散相后的横向平面磁化矢量；
步骤3、再次等待极短时间T后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加90°脉冲，将重聚后的横向平面磁化矢量扳转90°至纵向轴向上(与静磁场方向一致)；所述极短时间T通常建议在几十微秒左右
步骤4、在GRD1通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度，该梯度用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤5、接下来在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，之后在GRD1 通道上施加相位编码梯度脉冲，该脉冲宽度为δ，幅度从-gmax到+gmax变化m步。在GRD2通道上施加频率编码梯度脉冲；所述小角度α射频脉冲是相对于90°和 180°射频脉冲说的，具体选取与实际测量样品有关，通常在15°以下；
步骤6、在GRD1和GRD2通道上的梯度施加完毕后，在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个完整离散的自旋回波信号。在开始采集此自旋回波信号时，在GRD2通道上施加频率解码梯度脉冲。该脉冲与之前的频率编码梯度脉冲幅度相同，持续时间成2倍关系；
步骤7、在ACQ通道上的信号采集完毕后，在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化矢量进行翻转。之后，在GRD1通道上再次施加一个恒定幅度的梯度，用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤8、从TRS通道上的第一个小角度α射频脉冲开始至GRD1通道上的最后一个恒定幅度的梯度为止，整个时序持续时间为Δ。采集系统持续循环这一部分时序N次，在ACQ通道中一次将采集得到N个自旋回波。改变GRD1梯度中的相位编码梯度幅度值m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*N个自旋回波。对采集到的所述回波串信号进行核磁共振数据处理，可得到我们所需的快速核磁共振二维T1成像结果。
实施例四
关于所述新型核磁共振三维T1成像技术，如图4所示，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°脉冲将所述宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间T后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加180°脉冲，重聚散相后的横向平面磁化矢量；
步骤3、再次等待极短时间T后，在TRS通道上向被测样品自旋系统施加 90°脉冲，将重聚后的横向平面磁化矢量扳转90°至纵向轴向上(与静磁场方向一致)；所述极短时间T通常建议在几十微秒左右；
步骤4、在GRD1通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度，该梯度用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤5、接下来在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，该脉冲为具有选层特性的软脉冲，通过与GRD3通道中施加的选层梯度配合使用，可达到对被测样品进行选层测量的目的；之后在GRD1通道上施加相位编码梯度脉冲，该脉冲宽度为δ，幅度从-gmax到+gmax变化m步；在GRD2通道上施加频率编码梯度脉冲；所述小角度α射频脉冲是相对于90°和180°射频脉冲说的，具体选取与实际测量样品有关，通常在15°以下；
步骤6、在GRD1和GRD2通道上的梯度施加完毕后，在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个完整离散的自旋回波信号。在开始采集此自旋回波信号时，在GRD2通道上施加频率解码梯度脉冲。该脉冲与之前的频率编码梯度脉冲幅度相同，持续时间成2倍关系；
步骤7、在ACQ通道上的信号采集完毕后，在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化矢量进行翻转。之后，在GRD1通道上再次施加一个恒定幅度的梯度，用于消除目前自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化矢量；
步骤8、从TRS通道上的第一个小角度α射频软脉冲开始至GRD1通道上的最后一个恒定幅度的梯度为止，整个时序持续时间为Δ。采集系统持续循环这一部分时序N次，在ACQ通道中一次将采集得到N个自旋回波。改变GRD1梯度中的相位编码梯度幅度值m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*N个自旋回波。对采集到的所述回波串信号进行核磁共振数据处理，可得到选层后的快速核磁共振二维T1成像结果。通过调整GRD3通道上选层梯度脉冲的大小，可以改变选层的空间位置，最终可将二维成像结果重构为三维结果。
实施例五
由于本申请一种新型快速核磁共振T1成像方法采集得到的数据与常规方法不尽相同，需要在实际数据处理过程中特殊注意。本发明针对给出了一种对应的快速核磁共振T1成像技术的数据处理方法。
一种对核磁共振数据采集系统采集得到的数据进行数据处理的方法，具体如下。
步骤1：判断采集得到的核磁共振数据M(k，NΔ)的维度。
步骤2：如果M(k，NΔ)为二维数据，可判定最终结果为一维成像结果。首先对该数据进行Fourier变换，在成像维度上对数据进行解编。对得到的解编数据进行一维InverseLaplace反演，得到最终不同空间位置处的T1分布，即视为T1成像。Fourier变换为线性变换，为非病态问题，因此此处不再赘述。由于Inverse Laplace反演为病态问题，因此本处对Inverse Laplace变换进行简述。此处将引入正则化项对此数据矩阵进行反演。为了得到稳定准确的解F，通常采用 Tikhonov正则化方法，引入平滑项来求解该问题：
其中，s是正则化因子，与采集数据的信噪比相关，||·||项代表矩阵的Frobenius范数。引入的正则化项决定求解结果的稳定性与准确性。正则化因子选取过大，尽管求解得到的分布越稳定，但是解的准确性越差，即所谓的过平滑；正则化因子选取过小，解的求取越准确，但是解的稳定性降低，出现的伪信号越多，即欠平滑。因此，综合考虑解的真实性和解的稳定性，使用合理的正则化因子，是该方法的重点。通过非负约束步骤可以得到特定正则化因子s下的非负约束解F。
步骤3：如果M(k，NΔ)为三维数据，可判定最终结果可能为二维或三维成像结果。之后判定是否使用了选层软脉冲。如无，则为二维成像结果。对该数据进行二维Fourier变换，在两个成像维度上对数据进行解编。之后按照步骤2中介绍的Inverse Laplace变换方法对得到的解编数据进行一维Inverse Laplace反演，得到最终的二维T1成像结果。如测量过程使用了选层软脉冲则最终结果为三维成像结果。首先对该数据进行二维Fourier变换，在两个成像维度上对数据进行解编。之后按照步骤2中介绍的Inverse Laplace变换方法对得到的解编数据进行一维Inverse Laplace反演，得到二维T1成像结果。通过x方向上的选层梯度改变选层位置和选层厚度，可以得到一系列二维T1成像结果。通过数据重构即可得到相应的三维T1成像结果。
如上所述，可较好地实现本发明。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种核磁共振一维T1成像方法，其特征在于，所述方法具体包括：
步骤1、在TRS通道上向被测样品的含氢质子自旋系统施加90°射频脉冲将宏观磁化强度矢量M0扳转至横向平面；
步骤2、等待极短时间τ后，在TRS通道上向所述自旋系统施加180°射频脉冲，重聚散相后的横向平面磁化强度矢量；
步骤3、再次等待极短时间τ后，在TRS通道上向所述自旋系统施加90°射频脉冲，将重聚后的横向平面磁化强度矢量扳转90°至纵向轴向上；
步骤4、在GRD通道上向被测样品施加一个恒定幅度的梯度脉冲，以消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化强度矢量；
步骤5、在TRS通道上继续施加一小角度α射频脉冲，之后在GRD通道上施加相位编码梯度脉冲；所述相位编码梯度脉冲宽度为δ，幅度从-gmax到+gmax变化m步；
步骤6、在TRS通道上重复施加180°射频脉冲，一定时间之后在ACQ通道采集到一个自旋回波信号峰值；
步骤7、在TRS通道上再次施加一个180°射频脉冲，将残留在纵向方向上的磁化强度矢量进行翻转；之后在GRD通道上再次施加一个恒定幅度的梯度脉冲，以消除所述自旋系统中仍然残留在横向平面上的磁化强度矢量；
步骤8、从所述步骤5中在TRS通道上施加一小角度α射频脉冲开始至GRD通道上施加的最后一个恒定幅度的梯度脉冲为止，整个时序持续时间为Δ；持续循环所述时序N次，在ACQ通道中依次将采集得到N个自旋回波信号峰值；同时，改变GRD通道上施加的相位编码梯度脉冲的幅度值m次，在ACQ通道中最终将采集得到m*N个自旋回波信号峰值，得到回波串信号M(k，NΔ)，k为定义的波函数；
步骤9、对采集到的所述回波串信号M(k，NΔ)进行核磁共振数据处理，即可得到快速核磁共振一维T1成像结果。
2.根据权利要求1所述的一种核磁共振一维T1成像方法，其特征在于，所述步骤3中的所述纵向轴向与静磁场方向一致。
3.根据权利要求1所述的一种核磁共振一维T1成像方法，其特征在于，所述步骤9中的核磁共振数据处理方法为：
步骤9.1、对M(k，NΔ)进行Fourier变换，在成像维度上对数据进行解编；
步骤9.2、对得到的解编数据进行一维Inverse Laplace反演，得到最终不同空间位置处的T1分布，即视为T1成像；
步骤9.3、通过非负约束步骤可以得到特定正则化因子s下的非负约束解F。
4.根据权利要求3所述的一种核磁共振一维T1成像方法，其特征在于，所述步骤9.2中的一维Inverse Laplace反演利用Tikhonov正则化方法对所述解编数据进行反演。
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