CN108872897A - 核磁共振t2图像成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种本发明提供的核磁共振T2图像成像方法包括如下步骤：步骤一、进行脉冲序列设定，脉冲序列采用快速自旋回波序列。步骤二、进行核磁共振测试并采集回波链中的各回波信号；回波信号的数量要求覆盖被测物质在横向驰豫内不同时间点的信号强度。步骤三、将不同时间点的对应的信号强度作为K空间数据并进行图像重建。步骤四、通过对K空间的图像数据进行傅里叶变换得到位置空间中各受激发体素的MR信号强度。步骤五、计算各受激发体素的T2值。本发明能减少扫描时间，提高扫描速度，适用于自主运动器官的检查。

Description

核磁共振T2图像成像方法
技术领域
本发明涉及一种核磁共振成像(MRI)方法；特别涉及一种核磁共振横向弛豫时间常数(T2)图像成像方法。
背景技术
核磁共振成像技术也称磁共振成像，是利用核磁共振原理，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，据此可以绘制成物体内部的结构图像，在物理、化学、医疗、石油化工、考古等方面获得了广泛的应用。将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。
T2弛豫时间：T2是指90°脉冲后，原横向磁化矢量值(Mxy)衰减到37％的时间。其本质是组织中水分子的热运动产生磁场的微小波动。造成质子共振频率改变，使不同质子的运动加快或减慢。相位由聚合一致变为方向互异，磁化矢量相互抵消，Mxy归零的过程。
T2成像(mapping)：将受检组织(物体)中每一个体素的T2值填充进对应的像素内，进而用伪彩色代替显示的一种图像信息。
傅里叶变换：傅里叶变换是一种可以将复杂的信号波形分解为许多单一频率分量的数学方法。傅里叶变换在这里起到了棱镜分离白色光的作用。由于MRI仪接受的往往是不同频率的混合信号，同时因为射频脉冲的影响，信号波形多近似于矩形。通过矩形脉冲傅里叶变换的逐步分解，可将所有波形变换为不同频率余弦函数的频谱。当变换为不同频率的分量后，便可以利用频率编码的空间定位进行图像的重建。
K空间：“K空间”是数学的术语，常被数学家和物理学家用来描述空间的频率。当进行层面内体素定位时，为了使相位编码梯度方向上的体素每一次被读出时的相位都不同。因而相位编码梯度每一次施加的时间长短都不同。而相位编码梯度的施加便会引起主磁场B0的变化，进而使不同质子的运动加快或减慢。相位由聚合一致变为方向互异，磁化矢量相互抵消，Mxy倾向于归零。随着相位编码梯度施加的时间变化，这种倾向会越来越大。也就是说，随着相位编码梯度施加时间的延长，最终得到的MR信号强度在逐渐下降。因此相位编码梯度施加后的相对延迟时间(不同回波时间的其中一个)读出的频率信号记入K空间中心，记录了图像的最基本框架(图像的对比度)。其余各次相位编码梯度施加后读出的频率信号则对图像的细节(图像的锐利度)逐渐补充。
现有T2mapping图像采用多回波的快速自旋回波(FSE)序列取得。其扫描步骤如下：
1、序列以70°～120°(优选90°)激励射频脉冲开始，70°～120°是指射频脉冲使对应的磁化强度矢量翻转的角度；间隔数毫秒至数十毫秒(ms)，再发射一个140°～180°(优选180°)重聚射频脉冲，脉冲后间隔10ms～100ms，测量回波信号的强度。90°脉冲至测量回波的时间称回波时间TE(echo time)，随后用一系列的180°脉冲来产生多个回波信号，这些回波被称为回波链，回波链中包括的回波个数就是所谓的回波链长度(ETL)，一般在4～30之间。每个回波是在同一相位编码梯度下采样并送入K空间的不同位置以重建出多幅图像。
2、通过不同回波时间的磁共振(MR)信号填充进K空间的不同位置，得到横向弛豫时间不同所致的不同信号强度MR信号，即K空间实现了频率分离，而通过相位编码和频率编号后不同的相位的频率信号就对应于不同的受激发体素的信号。
3、由于通过K空间的填充能得到受激发体素对应的MR信号强度，而MR信号强度SI的横向弛豫衰减符合公式：SI＝ρB0Ke-TE/T2，其中：其中，SI为MR信号强度，ρ为质子密度，B0为主磁场强度，K为常数，TE为回波时间，，计算得出受激发体素的MR信号强度；
其中，SI和TE都为通过测试得到的值，B0和K都为已知的值，T2和ρ都是和被测试的所述受激发体素相关的值；SI公式中存在T2和ρ未知元素，故需要通过两次以上的SI的测试结果来计算T2值。
一种方法是通过公式计算T2值；其中Sn对应于第n个所述回波信号得到的SI值，TEn对应于第n个所述回波信号得到的TE值，S0对应于第0个所述回波信号得到的SI值，TE0对应于第n个所述回波信号得到的TE值。
另一种方法是通过根据公式S(t)＝S0exp(-7t/T2)计算T2值，S0为初始SI值即对应于第0个所述回波信号得到的SI值，S(t)对应于所述回波信号的曲线随时间变化的值，S(t)通过在时间t测试得到。
之后，利用线性回归方法得到T2mapping图像。
然而，上述现有根据FSE序列方法得到组织的T2mapping图像数据的扫描时间长，不适用于自主运动器官(胸部、腹部、心脏等)的检查。由于这些自主运动器官在长时间的扫描期间处于不停运动之中，不能保持静止不动从而使图像产生运动伪影，影响诊断结果，也即最后能够在一次呼吸之内或者一次心跳之内完成检查，这样才能避免运动伪影影响，提高诊断精度。故而现有的T2mapping图像获得不能应用在这些部位之中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种核磁共振T2图像成像方法，能减少扫描时间，提高扫描速度，适用于自主运动器官的检查。
为解决上述技术问题，本发明提供的核磁共振T2图像成像方法包括如下步骤：
步骤一、进行脉冲序列设定，所述脉冲序列采用快速自旋回波序列。
步骤二、按照所述脉冲序列进行核磁共振测试并采集回波链中的各回波信号；所述回波信号的数量要求覆盖被测物质在横向驰豫内不同时间点的信号强度。
步骤三、将不同时间点的对应的所述信号强度作为K空间数据，对不同时间点的K空间数据进行重建并得到多个时间点在K空间的图像数据。
步骤四、通过对K空间的图像数据进行傅里叶变换得到位置空间中各所述受激发体素的MR信号强度。
步骤五、计算各所述受激发体素的T2值，所述T2值根据测试得到信号强度和对应的时间确定；T2为横向弛豫时间常数。
进一步的改进是，所述快速自旋回波序列为单次激发快速自旋回波(SingleShoot)。
进一步的改进是，步骤二中各所述回波信号的数据采集根据快速自旋回波序列的K空间相位编码排列方式进行。
进一步的改进是，各所述回波信号的数据采集对应的时间段的大小通过如下参数确定：回波链长度，参与计算T2的时间点个数，时间段内包含的回波个数，且满足公式n＝[L/N]，其中n表示回波个数，L表示回波链长度，N表示参与计算T2的时间点个数，[]为取整操作。
进一步的改进是，所述快速自旋回波序列中包括：一次用于激发的激励射频脉冲以及后续多次用于翻转重聚的重聚射频脉冲，每次重聚射频脉冲之后对应于一个自旋回波，各所述自旋回波形成一个所述回波信号被检测。
进一步的改进是，所述激励射频脉冲为使磁化强度矢量翻转的角度为70°～120°的射频脉冲。
各所述重聚射频脉冲为使磁化强度矢量翻转的角度为14°～180°的射频脉冲。
所述重聚射频脉冲的格式为128个以上并使所述回波信号的个数为128个以上。
进一步的改进是，所述快速自旋回波序列对应的TR远大于T1，消除T1的对成像的影响，TR为重复时间，T1为纵向弛豫时间常数。
进一步的改进是，各所述受激发体素的MR信号强度的公式为：SI＝ρB0Ke-TE/T2。
其中，SI为MR信号强度，ρ为质子密度，B0为主磁场强度，K为常数，TE为回波时间，计算得出受激发体素的MR信号强度。
其中，SI和TE都为通过测试得到的值，B0和K都为已知的值，T2和ρ都是和被测试的所述受激发体素相关的值；SI公式中存在T2和ρ未知元素，故步骤五中需要通过两次以上的SI的测试结果来计算T2值。
进一步的改进是，步骤五中通过公式计算T2值；其中Sn对应于第n个所述回波信号得到的SI值，TEn对应于第n个所述回波信号得到的TE值，S0对应于第0个所述回波信号得到的SI值，TE0对应于第n个所述回波信号得到的TE值。
进一步的改进是，步骤五中通过根据公式S(t)＝S0exp(-7t/T2)计算T2值，S0为初始SI值即对应于第0个所述回波信号得到的SI值，S(t)对应于所述回波信号的曲线随时间变化的值，S(t)通过在时间t测试得到。
本发明通过脉冲序列进行了特别的设定，该设定为使脉冲序列为快速自旋回波序列，测试时脉冲序列回波链中的回波信号的数量要求覆盖被测物质在整个T2内不同时间点的信号强度，之后进行K空间填充时将不同时间对应的所述回波信号都填充到K空间中心，K空间填充后能够很好的计算各受激发体素的MR信号强度并由此计算各受激发体素的T2值，并最后得到T2图像，由此本发明实现了采用单次激发序列就将被测试物质一个层面内的所有体素都测试完毕并形成T2图像，这大大减少了扫描时间，提高了成像速率，能够实现在一次呼吸内或一次心跳内实现对相应的自主运动器官如胸部、腹部和心脏等的检查，即本发明能适用于自主运动器官的检查。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例方法流程图，本发明实施例核磁共振T2图像成像方法包括如下步骤：
步骤一、进行脉冲序列设定，所述脉冲序列采用快速自旋回波序列。
所述快速自旋回波序列为单次激发快速自旋回波。
所述快速自旋回波序列中包括：一次用于激发的激励射频脉冲以及后续多次用于翻转重聚的重聚射频脉冲，每次重聚射频脉冲之后对应于一个自旋回波，各所述自旋回波形成一个所述回波信号被检测。
所述激励射频脉冲为使磁化强度矢量翻转的角度为70°～120°的射频脉冲。
各所述重聚射频脉冲为使磁化强度矢量翻转的角度为14°～180°的射频脉冲。
所述重聚射频脉冲的格式为128个以上并使所述回波信号的个数为128个以上。
所述快速自旋回波序列对应的TR远大于T1，消除T1的对成像的影响，TR为重复时间，T1为纵向弛豫时间常数。
步骤二、按照所述脉冲序列进行核磁共振测试并采集回波链中的各回波信号；所述回波信号的数量要求覆盖被测物质在横向驰豫内不同时间点的信号强度。
各所述回波信号的数据采集根据快速自旋回波序列的K空间相位编码排列方式进行。
各所述回波信号的数据采集对应的时间段的大小通过如下参数确定：回波链长度，参与计算T2的时间点个数，时间段内包含的回波个数，且满足公式n＝[L/N]，其中n表示回波个数，L表示回波链长度，N表示参与计算T2的时间点个数，[]为取整操作。
步骤三、将不同时间点的对应的所述信号强度作为K空间数据，对不同时间点的K空间数据进行重建并得到多个时间点在K空间的图像数据。
步骤四、通过对K空间的图像数据进行傅里叶变换得到位置空间中各所述受激发体素的MR信号强度。
各所述受激发体素的MR信号强度的公式为：SI＝ρB0Ke-TE/T2。
其中，SI为MR信号强度，ρ为质子密度，B0为主磁场强度，K为常数，TE为回波时间，计算得出受激发体素的MR信号强度。
其中，SI和TE都为通过测试得到的值，B0和K都为已知的值，T2和ρ都是和被测试的所述受激发体素相关的值；SI公式中存在T2和ρ未知元素，故步骤五中需要通过两次以上的SI的测试结果来计算T2值。
步骤五、计算各所述受激发体素的T2值，所述T2值根据测试得到信号强度和对应的时间确定；T2为横向弛豫时间常数。
步骤五中通过公式计算T2值；其中Sn对应于第n个所述回波信号得到的SI值，TEn对应于第n个所述回波信号得到的TE值，S0对应于第0个所述回波信号得到的SI值，TE0对应于第n个所述回波信号得到的TE值。
或者，步骤五中通过根据公式S(t)＝S0exp(-7t/T2)计算T2值，S0为初始SI值即对应于第0个所述回波信号得到的SI值，S(t)对应于所述回波信号的曲线随时间变化的值，S(t)通过在时间t测试得到。
本发明实施例通过脉冲序列进行了特别的设定，该设定为使脉冲序列为快速自旋回波序列，测试时脉冲序列回波链中的回波信号的数量要求覆盖被测物质在整个T2内不同时间点的信号强度，之后进行K空间填充时将不同时间对应的所述回波信号都填充到K空间中心，K空间填充后能够很好的计算各受激发体素的MR信号强度并由此计算各受激发体素的T2值，并最后得到T2图像，由此本发明实施例能实现采用单次激发序列就将被测试物质一个层面内的所有体素都测试完毕并形成T2图像，这大大减少了扫描时间，提高了成像速率，能够实现在一次呼吸内或一次心跳内实现对相应的自主运动器官如胸部、腹部和心脏等的检查，即本发明能适用于自主运动器官的检查。
Single Shoot序列是一种特殊类型的快速自旋回波(SE)序列。重复时间(TR)趋于无穷大。一次如90°激励射频脉冲后跟随足够多的如180°重聚射频脉冲，脉冲数为一幅图像所需全部回波数目(ETL>128)，这样，所有的信号可一次采集完毕。它的回波链中的回波时间对应了物质在整个横向弛豫时间内不同时间点的信号强度。但图像的对比度主要是由K空间中心零傅里叶线所填充的回波时间所决定的。由于本发明实施例方法不需要对K空间中心零傅立叶线之外的其它相位线进行填充，故能节省填充时间，且所有回波信号数据一次收集完成，故最后能大大减少了扫描时间，提高了成像速率，能够实现在一次呼吸内或一次心跳内实现对相应的自主运动器官如胸部、腹部和心脏等的检查，即本发明能适用于自主运动器官的检查。
通过成像实验并和现有多回波FSE T2mapping比较可知，本发明实施例方法能够得到和现有FSE T2mapping相类似的曲线和图像，但是本发明实施例方法却能大大减少成像时间，最后能应用到自主运动器官的检查，相对于现有FSE T2mapping，本发明实施例T2图像成像方法形成的图像不会受到自主运动器官运动产生的伪影的影响。下面表一详细描述了本发明实施例T2mapping和现有多回波FSE T2mapping的效果区别：
表一
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种核磁共振T2图像成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、进行脉冲序列设定，所述脉冲序列采用快速自旋回波序列；
步骤二、按照所述脉冲序列进行核磁共振测试并采集回波链中的各回波信号；所述回波信号的数量要求覆盖被测物质在横向驰豫内不同时间点的信号强度；
步骤三、将不同时间点的对应的所述信号强度作为K空间数据，对不同时间点的K空间数据进行重建并得到多个时间点在K空间的图像数据；
步骤四、通过对K空间的图像数据进行傅里叶变换得到位置空间中各所述受激发体素的MR信号强度；
步骤五、计算各所述受激发体素的T2值，所述T2值根据测试得到信号强度和对应的时间确定；T2为横向弛豫时间常数。
2.如权利要求1所述的核磁共振T2图像成像方法，其特征在于：所述快速自旋回波序列为单次激发快速自旋回波。
3.如权利要求1所述的核磁共振T2图像成像方法，其特征在于：步骤二中各所述回波信号的数据采集根据快速自旋回波序列的K空间相位编码排列方式进行。
4.如权利要求3所述的核磁共振T2图像成像方法，其特征在于：各所述回波信号的数据采集对应的时间段的大小通过如下参数确定：回波链长度，参与计算T2的时间点个数，时间段内包含的回波个数，且满足公式n＝[L/N]，其中n表示回波个数，L表示回波链长度，N表示参与计算T2的时间点个数，[]为取整操作。
5.如权利要求1所述的核磁共振T2图像成像方法，其特征在于：所述快速自旋回波序列中包括：一次用于激发的激励射频脉冲以及后续多次用于翻转重聚的重聚射频脉冲，每次重聚射频脉冲之后对应于一个自旋回波，各所述自旋回波形成一个所述回波信号被检测。
6.如权利要求5所述的核磁共振T2图像成像方法，其特征在于：所述激励射频脉冲为使磁化强度矢量翻转的角度为70°～120°的射频脉冲；
各所述重聚射频脉冲为使磁化强度矢量翻转的角度为14°～180°的射频脉冲；
所述重聚射频脉冲的格式为128个以上并使所述回波信号的个数为128个以上。
7.如权利要求1所述的核磁共振T2图像成像方法，其特征在于：所述快速自旋回波序列对应的TR远大于T1，消除T1的对成像的影响，TR为重复时间，T1为纵向弛豫时间常数。
8.如权利要求7所述的核磁共振T2图像成像方法，其特征在于：各所述受激发体素的MR信号强度的公式为：SI＝ρB0Ke-TE/T2；
其中，SI为MR信号强度，ρ为质子密度，B0为主磁场强度，K为常数，TE为回波时间，计算得出受激发体素的MR信号强度；
其中，SI和TE都为通过测试得到的值，B0和K都为已知的值，T2和ρ都是和被测试的所述受激发体素相关的值；SI公式中存在T2和ρ未知元素，故步骤五中需要通过两次以上的SI的测试结果来计算T2值。
9.如权利要求8所述的核磁共振T2图像成像方法，其特征在于：步骤五中通过公式计算T2值；其中Sn对应于第n个所述回波信号得到的SI值，TEn对应于第n个所述回波信号得到的TE值，S0对应于第0个所述回波信号得到的SI值，TE0对应于第n个所述回波信号得到的TE值。
10.如权利要求8所述的核磁共振T2图像成像方法，其特征在于：步骤五中通过根据公式S(t)＝S0exp(-7t/T2)计算T2值，S0为初始SI值即对应于第0个所述回波信号得到的SI值，S(t)对应于所述回波信号的曲线随时间变化的值，S(t)通过在时间t测试得到。
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