CN109242847B - 一种磁共振弥散加权成像方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种磁共振弥散加权成像方法和装置，该方法共用第一全局激发脉冲来激发目标扫描对象的所有激发层面，然后再施加弥散散相梯度脉冲实现弥散加权编码，接着对每个激发层面分别施加选层梯度脉冲和弥散聚相梯度脉冲，并采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号，如此实现磁共振弥散加权成像信号的采集。因此，在本申请提供的方法中，所有激发层面共用第一全局激发脉冲和弥散散相梯度脉冲，而且弥散散相梯度脉冲和施加在每个激发层面上的聚相梯度脉冲时间较短，因此，本申请提供的方法降低了DWI信号的多层的总共采集时间，进而降低了扫描对象的自主性及生理性脏器运动给图像带来的伪影，有利于提高图像质量。

Description

一种磁共振弥散加权成像方法和装置

技术领域

本申请涉及医学影像技术领域，尤其涉及一种磁共振弥散加权成像方法和装置。

背景技术

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)作为一种多参数、多对比度的成像技术，是现代医疗影像学中主要的成像方式之一，可以反映组织T1、T2和质子密度等多种特性，可为疾病的检出和诊断提供信息。磁共振成像的基本工作原理是利用磁共振现象，采用射频激励激发人体中的氢质子，运用梯度场进行位置编码，随后采用接收线圈接收带位置信息的电磁信号，最终利用傅里叶变换重建出图像信息。

磁共振弥散加权成像(Diffusion Weighted Imaging，DWI)提供了不同于常规核磁共振成像图像的组织对比，能对脑组织的生存和发育提供潜在的、唯一的信息。在显示急性脑梗死和与其他脑急性病变的鉴别上非常敏感，同时，对肿瘤、感染、外伤和脱髓鞘等病变也能提供一些信息。

弥散加权成像利用组织中水分子的随机、无规则的布朗运动特性进行成像，是能够检测活体组织内水分子扩散运动的无创方法，能够在分子水平提供人体各组织的功能状态特性。

常规弥散加权成像信号的采集方法采用的采集序列一般是在自旋回波序列的基础上施加一对梯度脉冲，用于弥散标记。利用这种采集序列进行信号采集时，在每个激发层面上均需要进行弥散标记，而且，施加的用于弥散标记的梯度脉冲时间较长，如此，导致弥散加权信号的总的采集时间较长。因采集时间较长，由于扫描目标在信号采集过程中进行的自主性及生理性脏器运动，会给图像带来伪影，降低图像质量。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种磁共振弥散加权成像方法和装置，以解决上述技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：

一种磁共振弥散加权成像方法，包括：

采用第一全局激发脉冲激发目标扫描对象的所有激发层面，使所述所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面；

施加弥散散相梯度脉冲，以实现弥散加权编码；

依次对每个激发层面施加选层梯度脉冲和弥散聚相梯度脉冲，并采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号；其中，所述弥散聚相梯度脉冲与所述弥散散相梯度脉冲的作用方向相反。

可选地，所述所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面之后，所述施加弥散散相梯度脉冲，以实现弥散加权编码之前，还包括：

采用第二全局激发脉冲，将所有激发层面内的水分子翻转到主磁场方向。

可选地，所述方法采用的信号采集序列包括：射频脉冲、读梯度脉冲、相位梯度脉冲、选层梯度脉冲和采集段，其中，所述弥散散相梯度脉冲施加在所述相位梯度脉冲、选层梯度脉冲和/或读梯度脉冲所在的脉冲轴上。

可选地，所述方法采用的信号采集序列包括：射频脉冲、读梯度脉冲、相位编码梯度脉冲、选层梯度脉冲和采集段，其中，所述聚相梯度脉冲施加在所述相位梯度脉冲、选层梯度脉冲和/或读梯度脉冲所在的脉冲轴上。

可选地，所述第一全局激发脉冲为90°射频脉冲。

可选地，所述第二全局激发脉冲为-90°射频脉冲。

可选地，所述选层梯度脉冲为90°射频脉冲。

一种磁共振弥散加权成像装置，包括：

第一激发模块，采用第一全局激发脉冲激发目标扫描对象的所有激发层面，使所述所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面；

散相梯度模块，用于施加弥散散相梯度脉冲，以实现弥散加权编码；

选层模块，用于依次对每个激发层面施加选层梯度脉冲；

聚相梯度模块，用于依次对每个激发层面施加弥散聚相梯度脉冲；其中，所述弥散聚相梯度脉冲与所述弥散散相梯度脉冲的作用方向相反；

采集模块，用于依次采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号。

可选地，所述装置还包括：

第二激发模块，用于在所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面之后，弥散加权编码之前，采用第二全局激发脉冲，将所有激发层面内的水分子翻转到主磁场方向。

可选地，所述装置采用的信号采集序列包括：射频脉冲、读梯度脉冲、相位编码梯度脉冲、选层梯度脉冲和采集段，其中，所述弥散散相梯度脉冲施加在所述相位梯度脉冲、选层梯度脉冲和/或读梯度脉冲所在的脉冲轴上。

相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：

基于以上技术方案可知，本申请提供的磁共振弥散加权成像方法中，共用第一全局激发脉冲来激发目标扫描对象的所有激发层面，然后再施加弥散散相梯度脉冲实现弥散加权编码，接着对每个激发层面分别施加选层梯度脉冲和弥散聚相梯度脉冲，并采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号，如此实现磁共振弥散加权成像信号的采集。因此，在本申请提供的方法中，所有激发层面共用第一全局激发脉冲和弥散散相梯度脉冲，而且弥散散相梯度脉冲和施加在每个激发层面上的聚相梯度脉冲时间较短，因此，本申请提供的方法降低了DWI信号的多层的总共采集时间，进而降低了扫描对象的自主性及生理性脏器运动给图像带来的伪影，有利于提高图像质量。

附图说明

为了清楚地理解本申请的具体实施方式，下面将描述本申请具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本申请的部分实施例。

图1是常规弥散加权成像信号采集方法采用的采集序列示意图；

图2是本申请实施例提供的一种磁共振弥散加权成像方法采用的采集序列示意图；

图3是本申请实施例提供的一种磁共振弥散加权成像方法流程示意图；

图4是本申请实施例提供的另一种磁共振弥散加权成像方法采用的采集序列示意图；

图5是本申请实施例提供的另一种磁共振弥散加权成像方法流程示意图；

图6是本申请实施例提供的用于执行磁共振弥散加权成像方法的控制设备示意图；

图7是本申请实施例提供的磁共振弥散加权成像装置结构示意图。

具体实施方式

图1示出了常规弥散加权成像信号采集方法采用的采集序列示意图。如图1所示，该采集序列包括射频脉冲、读梯度脉冲、相位编码脉冲、选层梯度脉冲和采集段。该采集序列是在自旋回波序列的基础上施加一对梯度脉冲A和B，用于弥散标记。需要说明，梯度脉冲A和B可以施加在相位梯度脉冲、选层梯度脉冲和/或读梯度脉冲所在的脉冲轴上。

而且，在图1所示的弥散加权成像信号的采集序列中，在每层激发层面上的采集序列均为一个自旋回波类的EPI序列，均包括90°和180°脉冲。

在图1所示的采集序列中，每层激发层面均需要施加一个90°脉冲和一个180°脉冲，如此，所有激发层面上的采集时间较长。而且，在该采集序列中，同时施加的用于弥散标记的梯度脉冲A和B的时间也较长，这些都导致整个采集过程的时间较长。

此外，目标扫描对象在扫描过程中，会产生自主性及生理性脏器运动，而较长的采集时间，会使得这些运动在最终的弥散加权图像中产生伪影，降低图像质量。

因而，常规的弥散加权成像信号的采集方法存在采集时间长且图像对目标扫描对象的运动敏感的问题。

为了解决上述问题，本申请提供了一种新的磁共振弥散加权成像信号的采集方法，该采集方法采用的采集序列可以如图2所示，其与图1所示的采集序列相同，也包括射频脉冲、读梯度脉冲、相位编码脉冲、选层梯度脉冲和采集段。

其中，射频脉冲包括一个第一全局激发脉冲21和多个选层梯度脉冲22，其中，第一全局激发脉冲21用于激发目标扫描对象中所有激发层面，使所述所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面。作为示例，该第一全局激发脉冲21可以为90°射频脉冲。

每个选层梯度脉冲22用于激发每个激发层面，且每个激发层面上均需要施加一个选层梯度脉冲22。作为示例，该选层梯度脉冲22可以为90°射频脉冲。

为了实现弥散加权信号的采集，在激发后，需要对激发信号进行散相，因此，在施加第一全局激发脉冲21之后，需要施加弥散散相梯度脉冲A。作为本申请的一示例，弥散散相梯度脉冲A可以施加在读梯度脉冲所在的脉冲轴上，作为另一示例，弥散散相梯度脉冲A也可以施加在相位梯度脉冲所在的脉冲轴上。作为另一示例，弥散散相梯度A也可以施加在选层梯度脉冲所在的脉冲轴上。此外，也可以将弥散散相梯度脉冲A同时施加在上述相位梯度脉冲、选层梯度脉冲和读梯度脉冲所在的脉冲轴上。

为了实现弥散加权信号的采集，在施加每个选层梯度脉冲22之后，需要施加弥散聚相梯度脉冲B，以实现弥散加权信号的聚相。作为本申请的一示例，聚相梯度脉冲B可以施加在读梯度脉冲所在的脉冲轴上，作为另一示例，弥散聚相梯度脉冲B也可以施加在相位梯度脉冲所在的脉冲轴上。作为另一示例，弥散聚相梯度脉冲B也可以施加在选层梯度脉冲所在的脉冲轴上。此外，也可以将弥散聚相梯度脉冲B同时施加在上述相位梯度脉冲、选层梯度脉冲和读梯度脉冲所在的脉冲轴上。

基于图2所示的采集序列，如图3所示，本申请提供的磁共振弥散加权成像方法包括：

S301：采用第一全局激发脉冲激发目标扫描对象的所有激发层面，使所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面。

所谓激发层面是指目标扫描对象体内的感兴趣层面，也可以认为是成像平面。作为示例，第一全局激发脉冲可以为90°射频脉冲。

S302：施加弥散散相梯度脉冲，以实现弥散加权编码。

需要说明，在本步骤中，由于作用在全局激发脉冲之后，所以弥散散相梯度脉冲可以作用于所有激发层面内的水分子。该弥散散相梯度脉冲也可以称为全局弥散散相梯度脉冲。

因为不同物质的弥散程度不一样，弥散加权编码就是为了能让不同物质的信号强度不一样，从而从图像的角度区分开。

S303：依次对每个激发层面施加选层梯度脉冲和弥散聚相梯度脉冲，并采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号。

需要说明，在本申请实施例中，针对每个激发层面均需要施加选层梯度脉冲22和弥散聚相梯度脉冲B，紧接着采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号。其中，选层梯度脉冲22用于选择成像平面。

此外，选层梯度脉冲22和弥散聚相梯度脉冲B之间没有时间间隔，两个脉冲之间没有时间间隔。

弥散聚相梯度脉冲B的作用就是使是静止分子的累积散相为0，之所以需要施加弥散聚相梯度脉冲B，是因为，由于所有的物质都经历了A的散相过程，弥散分子由于运动会产生一个累积的散相Φ，不同弥散分子的散相程度不一样，采集到的信号强度就体现了不同分子的弥散程度。聚相梯度B的作用就是使是静止分子的累积散相为0。

下面以N个激发层面为例进行说明本步骤的具体实现方式，其中，N为正整数。

首先，对第1激发层面施加一个选层梯度脉冲22和弥散聚相梯度脉冲B，采集第1激发层面上的磁共振弥散加权成像信号；

然后对第2激发层面施加一个选层梯度脉冲22和弥散聚相梯度脉冲B，采集第2激发层面上的磁共振弥散加权成像信号；

依次类推，直至对第N激发层面施加一个选层梯度脉冲22和弥散聚相梯度脉冲B，采集第N激发层面上的磁共振弥散加权成像信号。

以上为本申请实施例提供的磁共振弥散加权成像方法的一种实现方式。

在该实现方式中，共用第一全局激发脉冲21来激发目标扫描对象的所有激发层面，然后再施加弥散散相梯度脉冲A实现弥散加权编码，接着对每个激发层面分别施加选层梯度脉冲22和弥散聚相梯度脉冲B，并采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号，如此实现磁共振弥散加权成像信号的采集。因此，在本申请提供的方法中，所有激发层面共用第一全局激发脉冲21和弥散散相梯度脉冲A，而且弥散散相梯度脉冲A和施加在每个激发层面上的聚相梯度脉冲B时间较短，因此，本申请提供的方法降低了DWI信号总的采集时间，进而降低了扫描对象的自主性及生理性脏器运动给图像带来的伪影，有利于提高图像质量。

此外，基于纵向驰豫时间(T1)远长于横向驰豫时间(T2)，相位信息丢失仅有纵向驰豫造成，为了得到带有T1加权的弥散图像，本申请实施例还提供了另一种磁共振弥散加权成像信号的采集序列，相应地，也提供了磁共振弥散加权成像方法的另一种实现方式。

请参见图4，本申请实施例提供的另一种磁共振弥散加权成像信号的采集序列与图2所示的采集序列有诸多相似之处，其不同之处，仅在于，在施加第一全局激发脉冲21和弥散散相梯度脉冲A之间，还可以包括：

施加第二全局激发脉冲41，该第二全局激发脉冲41能够将所有激发层面内的水分子翻转到主磁场方向。

作为示例，该第二全局激发脉冲41可以为-90°射频脉冲。

基于图4所示的采集序列，如图5所示，本申请实施例提供的磁共振弥散加权成像方法的另一种实现方式包括以下步骤：

S501：采用第一全局激发脉冲激发目标扫描对象的所有激发层面，使所述所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面。

该步骤与上述S301相同，为了简要起见，在此不再详细描述。

S502：采用第二全局激发脉冲，将所有激发层面内的水分子翻转到主磁场方向。

本步骤可以具体为：采用第二全局激发脉冲41，将所有激发层面内的水分子(已经被激发到处于XY平面上的水分子)进行翻转，使其翻转到主磁场方向，即Z方向。因为翻转到Z轴之后，信号的变化是有纵向弛豫造成的，也就是T1relaxation,不同的物质T1值不一样，也就形成了T1加权的图像。换句话说，因纵向驰豫时间(T1)远长于横向驰豫时间(T2)，相位信息丢失仅有纵向驰豫造成，因此，采用该步骤后，后续采集到的磁共振弥散加权成像信号中带有T1加权主导的成像信号，继而可以生成带有T1加权的弥散加权图像。

跟T2加权以及跟磁共振中很多不同加权图像一样，T1加权图像是临床常用的一种对比度。

作为示例，第二全局激发脉冲41作用于所有激发层面内的水分子。第二全局激发脉冲可以为-90°射频脉冲。

S503：施加弥散散相梯度脉冲，以实现弥散加权编码。

该步骤与上述S302相同，为了简要起见，在此不再详细描述。

S504：依次对每个激发层面施加选层梯度脉冲和弥散聚相梯度脉冲，并采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号。

该步骤与上述S303相同，为了简要起见，在此不再详细描述。

以上为本申请实施例提供的磁共振另一种磁共振弥散加权成像方法的具体实现方式。在该具体实现方式中，共用第一全局激发脉冲21来激发目标扫描对象的所有激发层面，然后再施加弥散散相梯度脉冲A实现弥散加权编码，接着对每个激发层面分别施加选层梯度脉冲22和聚相梯度脉冲B，并采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号，如此实现磁共振弥散加权成像信号的采集。因此，在本申请提供的方法中，所有激发层面共用第一全局激发脉冲21和弥散散相梯度脉冲A，而且弥散散相梯度脉冲A和施加在每个激发层面上的聚相梯度脉冲B时间较短，因此，本申请提供的方法降低了DWI信号的采集时间。除此之外，在该具体实现方式中，弥散梯度散相和聚相的时间还可以大幅度缩小，这些都使得采集速度加快，进而降低了扫描对象的自主性及生理性脏器运动给图像带来的伪影，有利于提高图像质量。

此外，该方法在对每层激发层面施加选层梯度脉冲之前，还对所有激发层面施加了全局激发脉冲41，将所有激发层面内的水分子翻转到主磁场方向，如此，将所有激发层面内的水分子的相位信息尽可能地锁定在主磁场方向，因纵向弛豫时间远长于横向弛豫时间的特点，相位信息丢失仅由纵向弛豫造成，对弥散标记影响有限，继而可以生成带有T1加权的弥散加权图像。

上述实施例提供的磁共振弥散加权成像方法可以由图6所示的控制设备执行。图6所示的控制设备包括处理器(processor)610，通信接口(Communications Interface)620，存储器(memory)630，总线640。处理器610，通信接口620，存储器630通过总线640完成相互间的通信。

其中，存储器630中可以存储有磁共振弥散加权成像的逻辑指令，该存储器例如可以是非易失性存储器(non-volatile memory)。处理器610可以调用执行存储器630中的磁共振弥散加权成像的逻辑指令，以执行上述的磁共振弥散加权成像的方法。作为实施例，该磁共振弥散加权成像的逻辑指令可以为控制软件对应的程序，在处理器执行该指令时，控制设备可以对应地在显示界面上显示该指令对应的功能界面。

磁共振弥散加权成像的逻辑指令的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

上述的磁共振弥散加权成像的逻辑指令，可以称为“磁共振弥散加权成像装置”，该装置可以划分成各个功能模块。具体参见以下实施例。

请参见图7，本申请实施例提供的一种磁共振弥散加权成像装置包括：

第一激发模块71，用于采用第一全局激发脉冲激发目标扫描对象的所有激发层面，使所述所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面；

散相梯度模块72，用于施加弥散散相梯度脉冲，以实现弥散加权编码；

选层模块73，用于依次对每个激发层面施加选层梯度脉冲；

聚相梯度模块74，用于依次对每个激发层面施加聚相梯度脉冲；

采集模块75，用于依次采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号。

在上述所述的磁共振弥散加权成像装置中，采用的信号采集序列包括：射频脉冲、读梯度脉冲、相位编码梯度脉冲、选层梯度脉冲和采集段，其中，弥散散相梯度脉冲施加在相位编码、选层和/或读梯度脉冲轴上。

基于以上实施例所述的装置，所有激发层面可以共用第一全局激发脉冲和弥散散相梯度脉冲，而且弥散散相梯度脉冲和施加在每个激发层面上的聚相梯度脉冲时间较短，因此，本申请提供的装置降低了DWI信号的采集时间。而且，因采集速度加快，进而降低了扫描对象的自主性及生理性脏器运动给图像带来的伪影，有利于提高图像质量。

此外，为了获取到带有T1加权的弥散加权图像，本申请提供的装置还可以包括：

第二激发模块76，用于在所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面之后，弥散加权编码之前，采用第二全局激发脉冲，将所有激发层面内的水分子翻转到主磁场方向。

以上为本申请实施例提供的磁共振弥散加权成像方法及装置的具体实现方式。

Claims (10)

1.一种磁共振弥散加权成像方法，其特征在于，包括：

采用第一全局激发脉冲激发目标扫描对象的所有激发层面，使所述所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面；

施加弥散散相梯度脉冲，以实现弥散加权编码；

依次对每个激发层面施加选层梯度脉冲和弥散聚相梯度脉冲，并采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号；其中，所述弥散聚相梯度脉冲与所述弥散散相梯度脉冲的作用方向相反。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面之后，所述施加弥散散相梯度脉冲，以实现弥散加权编码之前，还包括：

采用第二全局激发脉冲，将所有激发层面内的水分子翻转到主磁场方向。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法采用的信号采集序列包括：射频脉冲、读梯度脉冲、相位梯度脉冲、选层梯度脉冲和采集段，其中，所述弥散散相梯度脉冲施加在所述相位梯度脉冲、选层梯度脉冲和/或读梯度脉冲所在的脉冲轴上。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法采用的信号采集序列包括：射频脉冲、读梯度脉冲、相位编码梯度脉冲、选层梯度脉冲和采集段，其中，所述聚相梯度脉冲施加在所述相位梯度脉冲、选层梯度脉冲和/或读梯度脉冲所在的脉冲轴上。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一全局激发脉冲为90°射频脉冲。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二全局激发脉冲为-90°射频脉冲。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述选层梯度脉冲为90°射频脉冲。

8.一种磁共振弥散加权成像装置，其特征在于，包括：

第一激发模块，采用第一全局激发脉冲激发目标扫描对象的所有激发层面，使所述所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面；

散相梯度模块，用于施加弥散散相梯度脉冲，以实现弥散加权编码；

选层模块，用于依次对每个激发层面施加选层梯度脉冲；

聚相梯度模块，用于依次对每个激发层面施加弥散聚相梯度脉冲；其中，所述弥散聚相梯度脉冲与所述弥散散相梯度脉冲的作用方向相反；

采集模块，用于依次采集每个激发层面的磁共振弥散加权成像信号。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二激发模块，用于在所有激发层面内的水分子均翻转到XY平面之后，弥散加权编码之前，采用第二全局激发脉冲，将所有激发层面内的水分子翻转到主磁场方向。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述装置采用的信号采集序列包括：射频脉冲、读梯度脉冲、相位编码梯度脉冲、选层梯度脉冲和采集段，其中，所述弥散散相梯度脉冲施加在所述相位梯度脉冲、选层梯度脉冲和/或读梯度脉冲所在的脉冲轴上。

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