CN109738841B - 化学位移选择饱和压脂脉冲翻转角的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学位移选择饱和压脂脉冲翻转角的优化方法，该方法以用户输入的压脂翻转角为参考，由压脂射频脉冲时间间隔、压脂脉冲到激发脉冲的时间间隔等参数，依据布洛赫方程，推导出最优的压脂翻转角。本发明允许操作医师在压脂翻转角上进行经验操作和偏好操作，且将由压脂射频脉冲时间间隔改变等引起的、操作医师不易掌控的影响因素自动去除，使得压脂参数调节更简便，压脂效果更稳定。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术领域，尤其涉及化学位移选择饱和压脂脉冲翻转角的优化方法。
背景技术
在磁共振成像中，由于脂肪组织具有短T1弛豫时间常数和中等T2弛豫时间常数，在T1和T2加权成像中，脂肪组织都会呈高亮信号，会掩盖临近病变组织的信号；另外高亮的脂肪信号往往会加重运动伪影，以及导致化学位移伪影等。因此，磁共振成像中，需要采用脂肪抑制技术，提升图像对比度和抑制伪影。
化学位移选择饱和压脂是磁共振中应用最普遍的压脂技术。由于化学位移的存在，脂肪和水分子中的氢质子进动频率存在差别，如图1(a)所示，在谱线中脂肪峰和水峰化学位移大约为3.5ppm(parts per million,百万分之一)。所谓化学位移选择饱和压脂技术，即预先施加一个窄带射频脉冲于脂肪所在的进动频率，如图1(b)所示，使得脂肪中的氢质子被饱和，在后续成像过程中，氢质子不会被再次激发成像，从而达到抑制脂肪信号的目的。
若扫描重复时间(TR)无限长，脂肪能实现充分的T1弛豫，则理论上压脂脉冲采用90度翻转角即可取得理想的压脂效果。实际中受扫描时间限制，重复时间有限。另外，在磁共振多层扫描成像过程中，在同一个重复周期内，需要多次施加压脂脉冲。有限的压脂脉冲时间间隔会改变脂肪组织的T1弛豫的稳态模式，从而需要调整翻转角才能将脂肪信号饱和。图2给出了在理想情况下，最优压脂翻转角随压脂射频脉冲时间间隔的变化曲线。可见，当压脂脉冲时间间隔缩短后需要增加压脂翻转角。
因此，在应用化学位移选择饱和压脂时，往往会采用一个大于90度的压脂翻转角，且大多数磁共振系统会提供一个接口允许医生调节压脂翻转角。但是，当操作技师调节扫描参数，包括重复周期TR，扫描层数，呼吸采集窗宽度等，都会改变压脂射频脉冲之间的时间间隔，从而需要调整压脂翻转角才能达到最优的压脂效果。这对于操作技师而言，不是一个简单和直观的过程。虽然根据压脂射频脉冲时间间隔计算出理论的最优翻转角并应用，可消除射频脉冲时间间隔对压脂的影响，但是该方法只能适用于理想的情况，实际上还有如下几个因素会影响最优压脂翻转角的选择：
1)不同的被试者以及不同的扫描部位，射频场的均匀性和准确性存在差异，有经验的操作技师会根据扫描部位等因素调节压脂翻转角，改善射频场不均匀性的影响；
2)脂肪组织在主峰附近存在多个小的脂肪峰以及主磁场的非均匀性，使得脂肪频谱变宽；而压脂采用的窄带脉冲，其频谱具有一定的过渡带，当脂肪频谱较宽时，过渡带作用在脂肪频谱边缘，从而需要更高的翻转角才能到达较好的抑制效果；
3)阅片医生的偏好：不同的阅片医生对于压脂程度有一定的偏好，需要一个接口调节压脂程度，往往是通过调整翻转角实现。
发明内容
本发明旨在提供化学位移选择饱和压脂脉冲翻转角的优化方法，该方法以用户输入的压脂翻转角为参考，由压脂射频脉冲时间间隔等参数，依据布洛赫方程，推导出最优的压脂翻转角。该方法可以允许操作医师在压脂翻转角上进行经验操作和偏好操作，且将由压脂射频脉冲时间间隔改变等引起的、操作医师不易掌控的影响因素自动去除，使得压脂参数调节更简便，压脂效果更稳定。
具体包括以下步骤：
步骤1，输入扫描参数：扫描参数包括重复时间、片层数目和压脂翻转角；
步骤2，根据扫描参数计算出压脂脉冲时间间隔和压脂脉冲到激发脉冲的时间间隔；
步骤3，利用公式(1)计算出优化后的压脂翻转角；
式(1)中，tau1为压脂脉冲时间间隔，tau2为压脂脉冲到激发脉冲的时间间隔，T1为脂肪纵向磁化矢量弛豫时间，θinput为用户输入的压脂翻转角，单位为弧度，θactual为优化后的压脂翻转角。
所述步骤2中，利用公式(2)计算出压脂脉冲时间间隔；
式(2)中，tau1为压脂脉冲时间间隔，TR为重复扫描时间，N为总扫描层数。
进一步的，所述步骤2中，利用公式(3)计算出压脂脉冲时间间隔；
tau2＝pwCHESS*refocusCHESS+pwEXCITE
*(1-refocusEXCITE)+TSPOIL (3)
式(3)中，pwCHESS为压脂脉冲宽度，refocusCHESS压脂脉冲为等效回聚系数，pwEXCITE为激发脉冲宽度，refocusEXCITE为激发脉冲等效回聚系数，TSPOIL为压脂破坏梯度持续时间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1，本发明基于压脂射频脉冲时间间隔等参数自动优化压脂翻转角，能消除射频脉冲时间间隔等参数改变对压脂的影响，提升压脂稳定性；
2，本发明是以用户输入的压脂翻转角为参考，自动优化压脂翻转角，在消除射频脉冲时间间隔等参数改变对压脂的影响的同时，又兼顾了用户进行经验操作和偏好操作，使得扫描流程更简洁高效。
附图说明
图1(a)为脂肪和水分子中的氢质子进动频率示意图；
图1(b)为化学位移选择饱和压脂技术示意图；
图2是理想情况下最优压脂翻转角随压脂射频脉冲时间间隔的变化曲线图；
图3是频率选择饱和压脂的多层磁共振成像序列示意图；
图4是本发明的流程图；
图5中a)，b)和c)为使用现有技术获得的T2FSE压脂图像；
图5中d)，e)和f)为使用本发明获得的压脂图像。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图3所示，启用频率选择饱和压脂的多层磁共振成像，在每一层的激发脉冲之前，都要施加一个频率选择饱和压脂脉冲，该脉冲的中心频率设置为脂肪的中心频率；在压脂脉冲之后施加破坏梯度，将激发的脂肪信号破坏掉，使其不能在后续采集模块中成像；紧接着，依次施加当前层面的选层梯度、激发脉冲，相位编码梯度和频率编码梯度，完成当前扫描层面的数据采集。将相同的扫描时序应用到下一层面，完成压脂、激发和采集。在一个重复周期TR内，需要完成所有层数的，某一个相位编码的激发和采集。图3中，tau1为压脂脉冲时间间隔，tau2为压脂脉冲到激发脉冲的时间间隔。
基于此，本发明的化学位移选择饱和压脂脉冲翻转角的优化方法，以用户输入的压脂翻转角为参考，由压脂射频脉冲时间间隔、压脂脉冲到激发脉冲的时间间隔等参数，依据布洛赫方程，推导出最优的压脂翻转角。如图4所示，该方法具体包括以下步骤：
步骤1，用户从用户界面输入扫描参数：扫描参数包括重复时间、片层数目和压脂翻转角等；
步骤2，根据扫描参数计算出压脂脉冲时间间隔和压脂脉冲到激发脉冲的时间间隔；
利用公式(2)计算出压脂脉冲时间间隔；
式(2)中，tau1为压脂脉冲时间间隔，TR为重复扫描时间，N为总扫描层数。
如图3所示，压脂脉冲时间间隔由压脂脉冲，激发脉冲和压脂破坏梯度相关参数决定。本实施方式中利用公式(3)计算出压脂脉冲时间间隔：
tau2＝pwCHESS*refocusCHESS+pwEXCITE
*(1-refocusEXCITE)+TSPOIL (3)
式(3)中，pwCHESS为压脂脉冲宽度，refocusCHESS压脂脉冲为等效回聚系数，pwEXCITE为激发脉冲宽度，refocusEXCITE为激发脉冲等效回聚系数，TSPOIL为压脂破坏梯度持续时间。
步骤3，利用公式(1)计算出优化后的压脂翻转角；
式(1)中，tau1为压脂脉冲时间间隔，tau2为压脂脉冲到激发脉冲的时间间隔，T1为脂肪纵向磁化矢量弛豫时间，在1.5T场强下约为210ms，θinput为用户输入的压脂翻转角，单位为弧度，θactual为优化后的压脂翻转角。
步骤4，将步骤3获得的优化后的压脂翻转角应用到系统中并扫描获得压脂图像。以用户界面输入压脂翻转角均为120度为例，如图5所示，a)和d)使用的TR是3000ms，b)和e)使用的TR是4000ms，c)和f)使用的TR是5000ms。可见，使用本发明技术之后，改变TR，压脂效果依然稳定。
本发明可保证用户在调整了扫描参数，如重复时间TR、扫描层数等时，无需重新去手动调节压脂翻转角，简化了操作流程。其允许操作医师在压脂翻转角上进行经验操作和偏好操作，并将由压脂射频脉冲时间间隔改变等引起的、操作医师不易掌控的影响因素自动去除，使得压脂参数调节更简便，压脂效果更稳定。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.化学位移选择饱和压脂脉冲翻转角的优化方法，其特征在于:包括以下步骤；
步骤1，输入扫描参数：扫描参数包括重复时间、片层数目和压脂翻转角；
步骤2，根据扫描参数计算出压脂脉冲时间间隔和压脂脉冲到激发脉冲的时间间隔；
步骤3，利用公式(1)计算出优化后的压脂翻转角；
式(1)中，tau1为压脂脉冲时间间隔，tau2为压脂脉冲到激发脉冲的时间间隔，T1为脂肪纵向磁化矢量弛豫时间，θinput为用户输入的压脂翻转角，单位为弧度，θactual为优化后的压脂翻转角。
2.根据权利要求1所述的化学位移选择饱和压脂脉冲翻转角的优化方法，其特征在于：所述步骤2中，利用公式(2)计算出压脂脉冲时间间隔；
式(2)中，tau1为压脂脉冲时间间隔，TR为重复扫描时间，N为总扫描层数。
3.根据权利要求1或2所述的化学位移选择饱和压脂脉冲翻转角的优化方法，其特征在于：所述步骤2中，利用公式(3)计算出压脂脉冲时间间隔：
tau2＝pwCHESS*refocusCHESS+pwEXCITE*(1-refocusEXCITE)+TSPOIL (3)
式(3)中，pwCHESS为压脂脉冲宽度，refocusCHESS压脂脉冲为等效回聚系数，pwEXCITE为激发脉冲宽度，refocusEXCITE为激发脉冲等效回聚系数，TSPOIL为压脂破坏梯度持续时间。
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