CN109164403A - 一种基于降升频的磁共振成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于降升频方法的磁共振成像方法，首先收集新核超极化气体，然后研究对象获得新核超极化气体。将新核射频脉冲变频到新核磁共振频率后输入到信号发射线圈以激发新核。设置并施加编码梯度，对成像对象进行空间编码。将信号接收线圈接收的模拟信号升频到原核磁共振频率后输入到信号接收线圈，解调后进行采样。获得研究对象完整的k空间数据，进而获得研究对象的新核超极化气体磁共振图像。本发明实现了基于原核的磁共振成像通道对新核进行磁共振成像，与异核成像系统相比显著降低硬件成本。

Description

一种基于降升频的磁共振成像方法
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术领域，具体涉及一种基于降升频的磁共振成像方法。适用于以超极化气体为造影剂的磁共振成像，如肺部气体磁共振成像、分子影像等。
背景技术
传统的磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)根据样品中的观测核在磁场中受到射频脉冲(radio frequency pulse,RF pulse)的激励而发生核磁共振的现象，使用梯度线圈对样品进行空间编码，利用电子系统接收到样品产生的磁共振信号，将其进行频谱变换，重建出磁共振图像。常规的MRI多用于水或脂质中的H原子。对于惰性气体原子，通常利用自旋交换光抽运的方法，使得其非热平衡时的磁化矢量远高于稳态，即惰性气体核获得了较高的极化度，这种方法称为超极化气体技术。H气和惰性气体在室温条件下，核自旋极化度一般为10-6量级，而超极化技术可将惰性气体的核自旋极化度增加4-5个量级，以弥补原子密度较低的因素，实现超极化气体磁共振成像。
超极化气体磁共振成像中，由于超极化气体原子核的旋磁比不同于H原子核，这导致在同一台磁共振仪器上的超极化气体磁共振成像的工作频率不同于H原子核。因此常规的超极化气体磁共振成像通常需要一套基于超极化气体原子核通道的系统，包括硬件系统(射频功放系统、信号发射/接收系统等)和软件系统(频率调试、脉冲时序控制序列等)。相比于传统的磁共振成像系统，这需要额外增加异核通道系统，因此导致成本明显增大。针对该问题，可以通过降升频方法，将H原子核通道的射频(RF)脉冲频率变换到超极化气体原子核的频率，并将信号接收系统得到的模拟信号变换到H原子核通道，可以避免使用独立的异核通道射频功放系统，从而显著降低硬件成本。但是此时硬件系统必须与软件系统匹配，以获得正确的磁共振成像k空间数据。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于降升频的磁共振成像方法。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种基于降升频方法的磁共振成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、收集新核超极化气体；
步骤2、针对磁共振成像通道适配的当前气体，磁共振成像通道中的选层编码梯度的幅度为原核选层编码梯度的幅度AGSI，相位编码梯度的幅度为原核相位编码梯度的幅度AGPI、读出编码梯度的幅度为原核读出编码梯度的幅度AGRI、选层起始相位为原核选层起始相位选层结束相位为原核选层结束相位模数转换门控初始相位为原核模数转换门控起始相位模数转换门控结束相位为原核模数转换门控结束相位
步骤3、研究对象获得新核超极化气体；
步骤4、根据相位编码表获得当前的相位编码步数m，其中，1≤m≤M并且m为实数，M为相位编码总步数并且M为实数；
步骤5、在磁共振成像通道中施加新核选层编码梯度，对研究对象进行选层编码，其中，新核选层编码梯度的幅度AGS＝AGSI*γI/γJ，γI为原核旋磁比，γJ为新核旋磁比；
步骤6、设置磁共振成像通道中的选层起始相位为与新核超极化气体适配的新核选层起始相位
然后根据新核选层起始相位和原核磁共振频率设置新核射频脉冲；
步骤7、新核选层编码梯度结束后，将新核射频脉冲从磁共振成像通道中的射频功放系统输出，
当新核磁共振频率低于原核磁共振频率时，通过降频模块将经射频功放系统输出的新核射频脉冲降频到新核磁共振频率，再输入到信号发射线圈，对研究对象进行激发；当新核磁共振频率高于原核磁共振频率时，通过升频模块将经射频功放系统输出的新核射频脉冲升频到新核磁共振频率，再输入到信号发射线圈，对研究对象进行激发；
步骤8、对研究对象进行激发结束后，设置磁共振成像通道中的选层结束相位为与新核超极化气体适配的新核选层结束相位
步骤9、在磁共振成像通道中，施加与新核超极化气体适配的新核相位编码梯度对研究对象进行相位编码，并施加与新核超极化气体适配的新核读出编码重聚梯度对研究对象进行读出重聚，
其中，新核相位编码梯度的幅度AGP＝AGPI*γI/γJ，
新核读出编码重聚梯度的面积SRrew＝-SR*Asyadc，SR为读出编码梯度的面积，Asyadc为回波非对称因子且0≤Asyadc≤0.5；
步骤10、新核读出编码重聚梯度结束后，在磁共振成像通道中，施加与新核超极化气体适配的新核读出编码梯度，对研究对象进行读出编码，
其中，新核读出编码梯度的幅度AGR＝AGRI*γI/γJ；
步骤11、在磁共振成像通道中，设置模数转换门控起始相位为与新核超极化气体适配的新核模数转换门控起始相位
步骤12、当新核磁共振频率低于原核磁共振频率时，将信号接收线圈接收的模拟信号通过升频模块升频到原核磁共振频率，然后再输出到信号接收系统，并进行信号解调，得到解调后的模拟信号；当新核磁共振频率高于原核磁共振频率时，将信号接收线圈接收的模拟信号通过降频模块降频到原核磁共振频率，然后再输出到信号接收系统，并进行信号解调，得到解调后的模拟信号；
步骤13、打开模数转换器ADC，对解调后的模拟信号进行采样；
步骤14、解调后的模拟信号采样结束后，在磁共振成像通道中，设置模数转换器ADC的模数转换门控结束相位
步骤15、重复步骤4至步骤14，直至施加完相位编码表中全部的相位编码步数，获得研究对象完整的k空间数据；
步骤16、对研究对象完整的k空间数据进行傅立叶变换，得到研究对象的新核超极化气体磁共振图像。
如上所述的新核超极化气体包括3He或129Xe或131Xe或83Kr或13C。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、实现了基于磁共振成像通道对新核进行磁共振成像，与异核成像系统相比显著降低硬件成本。
2、射频脉冲降频后与选层编码梯度结合，保证了对新核正确的层面选择。
3、编码梯度基于新核进行设置，保证了正确的空间编码。
4、信号接收线圈接收的模拟信号升频或降频到原核对应的频率，保证了正确的信号采样。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开的一种基于降升频的磁共振成像方法，包括以下步骤：
步骤1、收集新核超极化气体。收集得到的新核超极化气体保存为气态或固态，其中固态在使用时升华为气态。定义磁共振成像通道适配的当前气体的原子核为原核，原核气体和新核超极化气体的原子核不同，定义原核气体的核磁共振频率为原核磁共振频率，新核超极化气体的核磁共振频率为新核磁共振频率。新核超极化气体包括3He或129Xe或131Xe或83Kr或13C等，
在本实施例中，原核为氢原子核，新核为129Xe。
步骤2、针对磁共振成像通道适配的当前气体，磁共振成像通道中的选层编码梯度的幅度为原核选层编码梯度的幅度AGSI，相位编码梯度的幅度为原核相位编码梯度的幅度AGPI、读出编码梯度的幅度为原核读出编码梯度的幅度AGRI、选层起始相位为原核选层起始相位选层结束相位为原核选层结束相位模数转换门控初始相位为原核模数转换门控起始相位模数转换门控结束相位为原核模数转换门控结束相位
步骤3、研究对象获得新核超极化气体。研究对象包括液体或固体或生物组织或动物或人等。
步骤4、根据相位编码表获得当前的相位编码步数m，其中，1≤m≤M并且m为实数，M为相位编码总步数并且M为实数。
步骤5、在磁共振成像通道中施加新核选层编码梯度，对研究对象进行选层编码。其中，新核选层编码梯度的幅度AGS＝AGSI*γI/γJ，γI为原核旋磁比，γJ为新核旋磁比，AGSI为原核选层编码梯度的幅度。
步骤6、设置磁共振成像通道中的选层起始相位为与新核超极化气体适配的新核选层起始相位其中，为原核选层起始相位。
然后根据新核选层起始相位和原核磁共振频率设置新核射频脉冲。
步骤7、新核选层编码梯度结束后，将新核射频脉冲从磁共振成像通道中的射频功放系统输出。
当新核磁共振频率低于原核磁共振频率时，通过降频模块将经射频功放系统输出的新核射频脉冲降频到新核磁共振频率，再输入到信号发射线圈，对研究对象进行激发；当新核磁共振频率高于原核磁共振频率时，通过升频模块将经射频功放系统输出的新核射频脉冲升频到新核磁共振频率，再输入到信号发射线圈，对研究对象进行激发。
在本实施例中，原核气体为氢气，新核超极化气体为129Xe，新核磁共振频率低于原核磁共振频率，通过降频模块将经射频功放系统输出的新核射频脉冲降频到新核磁共振频率，再输入到信号发射线圈，对研究对象进行激发。
步骤8、对研究对象进行激发结束后，设置磁共振成像通道中的选层结束相位为与新核超极化气体适配的新核选层结束相位其中为原核选层结束相位。
步骤9、在磁共振成像通道中，施加与新核超极化气体适配的新核相位编码梯度对研究对象进行相位编码，并施加与新核超极化气体适配的新核读出编码重聚梯度对研究对象进行读出重聚。
其中，新核相位编码梯度的幅度AGP＝AGPI*γI/γJ，其中，AGPI为原核相位编码梯度的幅度。
新核读出编码重聚梯度的面积SRrew＝-SR*Asyadc，其中，SR为读出编码梯度的面积，Asyadc为回波非对称因子且0≤Asyadc≤0.5。
步骤10、新核读出编码重聚梯度结束后，在磁共振成像通道中，施加与新核超极化气体适配的新核读出编码梯度，对研究对象进行读出编码。
其中，新核读出编码梯度的幅度AGR＝AGRI*γI/γJ，其中，AGRI为原核读出编码梯度的幅度。
步骤11、在磁共振成像通道中，设置模数转换门控起始相位为与新核超极化气体适配的新核模数转换门控起始相位 其中，为原核模数转换门控起始相位。
步骤12、当新核磁共振频率低于原核磁共振频率时，将信号接收线圈接收的模拟信号通过升频模块升频到原核磁共振频率，然后再输出到信号接收系统，并进行信号解调，得到解调后的模拟信号；当新核磁共振频率高于原核磁共振频率时，将信号接收线圈接收的模拟信号通过降频模块降频到原核磁共振频率，然后再输出到信号接收系统，并进行信号解调，得到解调后的模拟信号。
在本实施例中，原核气体为氢气，新核超极化气体为129Xe，信号接收线圈接收的模拟信号通过升频模块升频到原核磁共振频率，然后再输出到信号接收系统，并进行信号解调，得到解调后的模拟信号。
步骤13、打开模数转换器ADC，对解调后的模拟信号进行采样。
步骤14、解调后的模拟信号采样结束后，在磁共振成像通道中，设置模数转换器ADC的模数转换门控结束相位其中，为原核模数转换门控结束相位。
步骤15、重复步骤4至步骤14，直至施加完相位编码表中全部的相位编码步数，获得研究对象完整的k空间数据。
步骤16、对研究对象完整的k空间数据进行傅立叶变换，得到研究对象的新核超极化气体磁共振图像。
本发明所述方法可以基于同一磁共振成像通道的射频功放硬件系统对新核进行磁共振成像。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种基于降升频的磁共振成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、收集新核超极化气体；
步骤2、针对磁共振成像通道适配的当前气体，磁共振成像通道中的选层编码梯度的幅度为原核选层编码梯度的幅度AGSI，相位编码梯度的幅度为原核相位编码梯度的幅度AGPI、读出编码梯度的幅度为原核读出编码梯度的幅度AGRI、选层起始相位为原核选层起始相位选层结束相位为原核选层结束相位模数转换门控初始相位为原核模数转换门控起始相位模数转换门控结束相位为原核模数转换门控结束相位
步骤3、研究对象获得新核超极化气体；
步骤4、根据相位编码表获得当前的相位编码步数m，其中，1≤m≤M并且m为实数，M为相位编码总步数并且M为实数；
步骤5、在磁共振成像通道中施加新核选层编码梯度，对研究对象进行选层编码，其中，新核选层编码梯度的幅度AGS＝AGSI*γI/γJ，γI为原核旋磁比，γJ为新核旋磁比；
步骤6、设置磁共振成像通道中的选层起始相位为与新核超极化气体适配的新核选层起始相位
然后根据新核选层起始相位和原核磁共振频率设置新核射频脉冲；
步骤7、新核选层编码梯度结束后，将新核射频脉冲从磁共振成像通道中的射频功放系统输出，
当新核磁共振频率低于原核磁共振频率时，通过降频模块将经射频功放系统输出的新核射频脉冲降频到新核磁共振频率，再输入到信号发射线圈，对研究对象进行激发；当新核磁共振频率高于原核磁共振频率时，通过升频模块将经射频功放系统输出的新核射频脉冲升频到新核磁共振频率，再输入到信号发射线圈，对研究对象进行激发；
步骤8、对研究对象进行激发结束后，设置磁共振成像通道中的选层结束相位为与新核超极化气体适配的新核选层结束相位
步骤9、在磁共振成像通道中，施加与新核超极化气体适配的新核相位编码梯度对研究对象进行相位编码，并施加与新核超极化气体适配的新核读出编码重聚梯度对研究对象进行读出重聚，
其中，新核相位编码梯度的幅度AGP＝AGPI*γI/γJ，
新核读出编码重聚梯度的面积SRrew＝-SR*Asyadc，SR为读出编码梯度的面积，Asyadc为回波非对称因子且0≤Asyadc≤0.5；
步骤10、新核读出编码重聚梯度结束后，在磁共振成像通道中，施加与新核超极化气体适配的新核读出编码梯度，对研究对象进行读出编码，
其中，新核读出编码梯度的幅度AGR＝AGRI*γI/γJ；
步骤11、在磁共振成像通道中，设置模数转换门控起始相位为与新核超极化气体适配的新核模数转换门控起始相位
步骤12、当新核磁共振频率低于原核磁共振频率时，将信号接收线圈接收的模拟信号通过升频模块升频到原核磁共振频率，然后再输出到信号接收系统，并进行信号解调，得到解调后的模拟信号；当新核磁共振频率高于原核磁共振频率时，将信号接收线圈接收的模拟信号通过降频模块降频到原核磁共振频率，然后再输出到信号接收系统，并进行信号解调，得到解调后的模拟信号；
步骤13、打开模数转换器ADC，对解调后的模拟信号进行采样；
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步骤16、对研究对象完整的k空间数据进行傅立叶变换，得到研究对象的新核超极化气体磁共振图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于降升频的磁共振成像方法，其特征在于，所述的新核超极化气体包括3He或129Xe或131Xe或83Kr或13C。
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