CN109998548A - 定量心肌磁共振成像方法、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供定量心肌磁共振成像方法、设备和存储介质。该方法包括:在数据采集射频脉冲的翻转角等于第一翻转角的情况下,采集第一图像信号,直至其能够填满k‑空间,其中第一翻转角小于第一阈值;在数据采集射频脉冲的翻转角等于第二翻转角的情况下,在使用不同脉冲参数的准备脉冲完成磁化向量准备后采集能够填满k‑空间的至少两个图像信号,其中第二翻转角大于第二阈值且小于第三阈值,且第二阈值大于第一阈值;根据所有图像信号、每个图像信号对应的准备脉冲的脉冲参数、第一翻转角和第二翻转角确定磁共振定量参数,并据此生成定量心肌磁共振图像。该方案中,加快了定量心肌磁共振成像的速度。此外,该方案普适性强。
Description
技术领域
本发明涉及医疗成像领域,更具体地涉及一种定量心肌磁共振成像方法、设备及存储介质。
背景技术
核磁共振成像技术利用核磁共振现象对人体成像,已经是一种常见的医学影像检查方式。
近年来发展起来的定量心肌磁共振成像技术,对磁共振的基本物理参数直接测量,实现定量的心肌组织评价。基本物理参数例如T1(自旋晶格弛豫时间,或称作纵向弛豫时间)和T2(自旋-自旋弛豫时间,或称作横向弛豫时间)。这二者是是描述纵向磁化向量恢复和横向磁化向量衰减过程的时间常数。磁共振的物理参数由生物组织的组成成分和存在的结构形式以及磁场强度决定。在确定的磁场强度下,不同组织具有特定的物理参数数值。当生物组织发生改变,物理参数数值也会随之发生改变。因此这些物理参数数值可以作为特征参数识别心肌组织特征。
在现有定量心肌磁共振成像的技术中,通过采用反转脉冲、饱和脉冲等准备脉冲来实现不同的物理参数加权,从而获得多个物理参数加权采样点。通过根据物理参数的恢复及衰减变化规律拟合这些采样点,来确定物理参数。
稳态磁化向量是物理参数恢复的锚点,是用于确定物理参数的关键点。稳态磁化向量是指没有任何信号扰动或者加权的信号,也即如果物理参数恢复时间无穷长时可以达到的磁化向量。在现有技术中,通常以等待足够的恢复时间(空闲时间)来获得稳态磁化向量。因此,等待物理参数恢复的过程通常是定量心肌磁共振成像技术中最耗时的环节。考虑到扫描时间的制约,如屏气序列会受到屏气时间的制约,自由呼吸序列需要平衡扫描时间与上述等待物理参数趋近稳态时间;不得不在磁化向量恢复程度与扫描时间之间做权衡。
此外,稳态磁化向量的另一个突出特点是其恢复时间存在不确定性。如果设定恢复时间为若干个心拍,则必然会受到心率变化的显著影响。如果设定恢复时间为若干秒,由于其最终仍以根据实时心率换算得到的整数倍的心拍数来实现,仍然存在需要重复获得的稳态磁化向量之间不一致的问题,间接也反映了心率差异的影响。如果要进一步减少对心率差异的敏感性,则不得不设定更长的恢复时间,无法避免地将进一步降低扫描效率。
因此,迫切需要一种新的定量心肌磁共振成像方法,以至少部分地解决上述问题。
发明内容
考虑到上述问题而提出了本发明。
根据本发明一个方面,提供了一种定量心肌磁共振成像方法,包括:
在第一心拍内,在数据采集射频脉冲的翻转角等于第一翻转角的情况下,采集用于生成第一图像的第一图像信号,直至所述第一图像信号能够填满所述第一图像所对应的k-空间,其中所述第一翻转角小于或等于第一阈值;
在数据采集射频脉冲的翻转角等于第二翻转角的情况下,在使用不同脉冲参数的准备脉冲完成磁化向量准备之后采集用于分别生成至少两个图像的、能够分别填满所述至少两个图像所分别对应的k-空间的至少两个图像信号,其中所述第二翻转角大于第二阈值且小于第三阈值,且所述第二阈值大于所述第一阈值;
根据所有图像信号、每个图像信号对应的准备脉冲的脉冲参数、第一翻转角和第二翻转角确定磁共振定量参数;以及
根据所述磁共振定量参数生成定量心肌磁共振图像。
示例性地,所述第一阈值的取值范围是1至5度。
示例性地,所述脉冲参数包括所述准备脉冲到数据采集时刻之间的延迟时间或所述准备脉冲的时间长度。
示例性地,所述准备脉冲是饱和脉冲,所述采集能够分别填满至少两个图像所分别对应的k-空间的、用于分别生成所述至少两个图像的至少两个图像信号包括:
在第m1心拍内,在使用延迟时间为Tsatm1的饱和脉冲之后,基于呼吸导航信号的控制采集用于生成第m1图像的第m1图像信号,其中,Tsatm1不等于其他图像信号对应的饱和脉冲的延迟时间,m1为不等于1的整数;
在第m2心拍内,在使用延迟时间为Tsatm2的饱和脉冲之后,基于呼吸导航信号的控制采集用于生成第m2图像的第m2图像信号,其中,Tsatm2不等于其他图像信号对应的饱和脉冲的延迟时间,m2为不等于1和m1的整数。
示例性地,所述采集能够分别填满至少两个图像所分别对应的k-空间的、用于分别生成所述至少两个图像的至少两个图像信号还包括:
在第m′心拍内,在使用延迟时间为Tsatm1或Tsatm2的饱和脉冲之后,基于呼吸导航信号的控制再次采集用于生成与饱和脉冲对应的图像的、能够重新填满与所述与饱和脉冲对应的图像对应的k-空间的图像信号,m′为不等于1、m1和m2的整数。
示例性地,所述确定磁共振定量参数包括根据如下公式确定磁共振定量参数T1,
其中,IMGi和Tdeli分别表示第i图像信号和其对应的饱和脉冲的延迟时间,FAi表示第i图像信号对应的翻转角,A表示待确定的质子密度,i=1、m1、m2,其中,第一图像信号IMG1对应的饱和脉冲的延迟时间Tdel1为无穷大。
示例性地,所述Tsatm1为系统允许的最大时间间隔Tmax的90%至100%,所述Tsatm2为所述Tmax的35%至75%。
示例性地,所述准备脉冲是反转脉冲或T2加权脉冲。
示例性地,所述数据采集射频脉冲是损毁梯度回波序列、平衡稳态自由进动序列、自旋回波序列或者平面回波序列。
示例性地,在每个心拍内,在采集该心拍内的图像信号之前,执行压脂操作。
根据本发明另一方面,还提供了一种用于定量心肌磁共振成像的设备,包括处理器和存储器,其中,所述存储器中存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令被所述处理器运行时用于执行上述定量心肌磁共振成像方法。
根据本发明再一方面,还提供了一种存储介质,在所述存储介质上存储了程序指令,所述程序指令在运行时用于执行上述定量心肌磁共振成像方法。
根据本发明实施例的定量心肌磁共振成像方法、设备及存储介质,在数据采集射频脉冲的翻转角较小时采集稳态磁化向量数据。由此,无需在空闲心拍中进行等待,即可完成稳态磁化向量数据的采集。显著提高了数据采集效率,进而提高了定量心肌磁共振图像的成像速度。此外,该定量心肌磁共振成像方案可以应用于各种需要采集稳态磁化向量数据的应用中。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中,相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1和图2分别示出了根据本发明一个实施例的小翻转角的数据采集过程中不同心率对应的磁化向量演变曲线图;
图3示出了根据本发明一个实施例的定量心肌磁共振成像方法的示意性流程图;
图4示出了根据本发明一个实施例的成像序列的示意图;
图5a示出了根据本发明一个实施例的3D左心室的T1图像;
图5b示出了图5a中的第二行第三列的图像沿虚线视角的图像;以及
图5c示出了图5a中3D左心室心肌的T1值的统计直方图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显,下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是本发明的全部实施例,应理解,本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例,本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。
如前所述,稳态磁化向量的采集是定量心肌磁共振成像中不可或缺的一个重要环节。可以理解,数据采集射频脉冲会使净磁化向量偏离主磁场方向。可以称在数据采集射频脉冲作用下净磁化向量偏离主磁场方向的角度为数据采集射频脉冲的翻转角。在数据采集操作中,数据采集射频脉冲的翻转角决定了可采集信号的大小,即磁化向量在与主磁场方向垂直的平面(x-y平面)上的投影大小。如果翻转前的磁化向量一样,该翻转角越大,在x-y平面上的投影越大,采集到的信号就越大。在原平行主磁场方向的投影就越小,需要恢复回到稳态磁化向量的时间就越长。因此当数据采集射频脉冲的翻转角较小时,虽然可采集信号较小,但是磁化向量恢复回到稳态的速度较快。
图1和图2分别示出了根据本发明一个实施例的小翻转角的数据采集过程中不同心率对应的磁化向量演变曲线图。具体地,图1和图2示出了在T1为3T下典型的正常心肌值1550ms且数据采集射频脉冲的翻转角较小(例如2度)的情况下,连续7个心拍内的磁化向量的演变曲线。其中,横坐标是心拍数,纵坐标是当前磁化向量与稳态磁化向量的百分比。如图1和图2所示,当心率小于90次每分钟时,在连续心拍的数据采集过程中,磁化向量可以恢复到稳态磁化向量的95%以上。当心率超过90次每分钟甚至高达120次每分钟时,如果采用每隔一个心拍再进行数据采集过程中,磁化向量仍可以恢复到稳态磁化向量的96%以上。因此,小翻转角的数据采集能够满足定量心肌磁共振成像方法中对稳态磁化向量采集的需求。
根据本发明实施例的定量心肌磁共振成像方法利用了上述原理,在数据采集射频脉冲产生小翻转角的情况下,采集稳态磁化向量数据。小翻转角的数据采集操作对磁化向量的扰动非常微小。完成数据采集后,磁化向量可以在一个或两个心拍内迅速恢复到稳态,从而实现连续心拍的稳态磁化向量数据的采集。
根据本发明实施例的定量心肌磁共振成像方法可以应用于二维定量心肌成像方法中。其可实现分段数据采集,提高空间分辨率并避免心率变异的影响。该方法也可应用于三维定量心肌磁共振成像方法中,并获得极大的扫描效率的提高。此外,该方法也可以应用于需要采集稳态磁化向量的其他应用中,比如三维自由呼吸式的定量参数T1和T2联合成像技术等。
图3示出了根据本发明一个实施例的定量心肌磁共振成像方法300的示意性流程图。如图3所示,定量心肌磁共振成像方法300包括以下步骤。
步骤S310,在第一心拍内,在数据采集射频脉冲的翻转角等于第一翻转角的情况下,采集用于生成第一图像的第一图像信号,直至所述第一图像信号能够填满所述第一图像所对应的k-空间,其中所述第一翻转角小于或等于第一阈值。
可以理解,信号采集操作可以基于心电门控信号和呼吸导航信号的控制。
信号采集操作可以以心电图(ECG)为基础。可以通过在受试者胸部皮肤表面贴电极并且通过心电监测设备获取心电图。在心电图中,两个R波之间的时间间隔称为心拍(Beat),即心动周期。可以通过检测R波来确定下一个心拍。成像序列中的每个图像信号都是分别在一个心拍内采集的。可以理解,图像信号用于生成对应的磁共振图像。
在每个心拍中,根据心电门控信号,确定采集图像信号的时刻。由于图像信号采集需要在心脏相对静止的时候进行,例如心脏舒张期末期的一个时刻,以获得最优的心脏运动补偿,所以每一个心拍中只有很少的一段时间适于进行数据采集。自R峰开始经过时间段Ttrigger之后,即开始采集图像信号。通过心电门控技术可以使得所采集的图像信号较少地受到心脏运动的干扰。可以理解,时间段Ttrigger可以由扫描人员根据经验进行设置,可以是100-800ms。
根据本发明的实施例,还基于呼吸导航信号的控制来采集图像信号。通过监测胸膈肌位置随呼吸运动的改变,能够间接估计心脏随呼吸运动的位置改变。期望所采集的图像信号是在胸膈肌处于在期望的位置时所采集的。
在自心电门控信号的R峰开始经过时间段Ttrigger之前的一小段时间内,采集呼吸导航信号(NAV)。根据该呼吸导航信号判断当前时刻是否符合预定条件,即在当前时刻胸膈肌是否在期望的位置。在一个示例中,在采集了呼吸导航信号之后,采集图像信号。根据所采集的呼吸导航信号判断所采集的图像信号是否符合呼吸运动补偿的要求,也即确定在本心拍内采集的图像信号是否有效。由此决定是否重新执行该采集操作或者跳转到下一步信号采集操作。在后续成像处理中,仅利用有效的图像信号,而忽略无效的图像信号。在另一个示例中,在采集呼吸导航信号(NAV)之后,根据该呼吸导航信号判断当前时刻是否符合预定条件。在根据呼吸导航信号确定当前时刻符合预定条件的情况下,执行图像信号采集操作,直至完成该步骤的信号采集操作。
利用呼吸导航技术,使得在定量心肌磁共振成像过程中,受试者能够自由呼吸。而且也扩大了成像视野,提高了图像的空间分辨率。
可选地,用于采集数据的数据采集射频脉冲是损毁梯度回波序列(spoiledgradient echo,SPGR)、平衡稳态自由进动序列(balanced Steady state freeprecession,bSSFP)、自旋回波序列(Spin Echo,SE)或者平面回波序列(EPI)等任何能够用于磁共振成像的射频脉冲。根据需要优选采用合适的数据读取方式,能够显著降低成像过程对磁场强度均匀性的要求,使得本方案可应用于高场(如3T)磁共振系统。
在第一心拍内且在数据采集射频脉冲的翻转角等于第一翻转角的情况下,采集用于生成第一图像的第一图像信号,直至第一图像信号能够填满第一图像所对应的k-空间。其中第一翻转角可以是预设的,其小于第一阈值。可选地,该第一阈值可以是1度至5度。在一个实施例中,第一翻转角取值范围是1度至5度。如前所述,数据采集射频脉冲的翻转角的数值对于采集信号的大小和磁化向量的恢复时间这二者是有影响的。第一阈值在上述的取值范围,能够兼顾上述两个因素。即能够保证采集信号的足以生成定量心肌磁共振图像,又确保磁化向量的恢复时间较短。由此,在保证成像质量的同时,提高了成像速度、准确性和精确性。
如前所述,当数据采集射频脉冲的翻转角较小时,可以实现在连续心拍内采集稳态磁化向量数据,而无需空闲心拍来等待磁化向量恢复。在本发明的实施例中,在数据采集射频脉冲的翻转角较小的情况下,采集稳态磁化向量数据——第一图像信号。
k-空间是执行采集操作的数据空间。k-空间可以分为若干分段(segment)。用于填满每个分段的图像信号能够在一个心拍内采集到。若干个心拍采集到的图像信号组合在一起能够填满完整的k-空间,以用于重建图像。这里,采集第一图像信号的心拍统称为第一心拍,其可以是一个或者多个心拍。所有的第一心拍所采集的第一图像信号共同填满第一图像所对应的k-空间。由此,可以利用第一图像信号重建第一图像。
步骤S320,在数据采集射频脉冲的翻转角等于第二翻转角的情况下,在使用不同脉冲参数的准备脉冲完成磁化向量准备之后采集用于分别生成至少两个图像的、能够分别填满所述至少两个图像所分别对应的k-空间的至少两个图像信号,其中所述第二翻转角大于第二阈值且小于第三阈值,且所述第二阈值大于所述第一阈值。
与采集第一图像信号类似的,此步骤S320采集图像信号也可以基于心电门控信号和呼吸导航信号的控制。为了简洁,在此不再赘述。
此步骤中,数据采集脉冲的翻转角的选取可以综合考虑采集速度、信噪比以及对运动、磁场均匀性等诸多因素的敏感性。可以基于以上因素的考虑,预设第二翻转角。该第二翻转角大于第二阈值且小于第三阈值。可以理解,在此步骤采集物理参数加权的磁化向量,而非稳态磁化向量。为了采集更理想的磁化向量,第二阈值大于、甚至远大于第一阈值。换言之第二翻转角大于第一翻转角。
在一个示例中,在3T磁场强度下采用SPGR,数据采集射频脉冲的翻转角可以取15-20度之间的任意值。SPGR根据其翻转角大小,存在内在的T1加权特性。SPGR对磁场的不均匀性不敏感,没有记忆效应,基本不存在趋近稳态的准备过程,更为适用于需要分段完成数据采集的情况,也即更适用于三维的数据扫描。
在另一个示例中,在3T磁场强度下采用bSSFP,数据采集射频脉冲的翻转角可以取得更高,例如,30-40度之间的任意值。
定量心肌磁共振成像需要获得对应受试者的同一解剖结构多个不同参数加权图像信号,也即对应到物理参数恢复曲线上不同恢复时刻的采样点。可以理解,磁共振物理参数可以包括T1、T2、Tlrho和T2rho等。以物理参数T1为例,通常需要采集若干个不同的T1加权图像信号,这些T1加权图像信号与步骤S310所采集的稳态磁化向量图像信号一起用于拟合完整的T1恢复曲线,以获得T1值。因此,在此步骤中,通过调整准备脉冲的脉冲参数,在使用不同脉冲参数的准备脉冲完成磁化向量准备之后获得对应不同的加权参数的磁化向量,也即用于数据采集的磁化向量。由此,采集分别对应不同加权参数的至少两个图像信号。
如果要实现分辨率比较高的定量心肌磁共振成像,每一个图像信号的采集可能需要多个心拍来完成。具体地,对于用于生成对应某个特定加权参数的图像的图像信号,可能需要多个心拍来采集,以使得所采集的图像信号能够填满该图像所对应的k-空间。
即便是采用低分辨率的成像技术,即在单一心拍内完成上述用于生成对应某个特定加权参数的图像的图像信号的采集,由于定量计算的需求,仍需要多个心拍来获得不同的参数加权图像信号。
在一个示例中,此步骤S320中的信号采集操作可以以循环的方式采集多个成像序列。每循环一次,采集一个成像序列。每个成像序列中都包括至少两个图像信号,这两个图像信号分别对应不同的参数权重,即在使用不同脉冲参数的准备脉冲之后采集的。重复采集上述成像序列,直至所采集的图像信号能够填满各自对应的k-空间。
在另一示例中,首先采集对应某个参数权重的图像信号,直到该图像信号能够填满其对应的k-空间;然后同样分别采集对应其他参数权重的图像信号,直到各自能够填满其对应的k-空间。在此示例中,采集对应一个参数权重的图像信号可以是在连续的心拍内完成的。
可以理解,上述步骤S310和步骤S320可采用并行采样技术以及其他任何方式的k-空间降采样技术。
步骤S330,根据步骤S310和步骤S320所采集的所有图像信号、每个图像信号对应的准备脉冲的脉冲参数、第一翻转角和第二翻转角确定磁共振定量参数。如前所述,在采集每个图像信号之前,可以施加准备脉冲。可以通过施加不同脉冲参数的准备脉冲来改变物理参数的权重。通过拟合与不同的参数权重对应的图像信号来确定磁共振定量参数。可以采用各种不同的数据拟合方式确定物理参数,本发明的实施例对此不做限定。
步骤S340,根据步骤S330所确定的磁共振定量参数生成定量心肌磁共振图像。本领域普通技术人员能够理解此步骤的具体实现,为了简洁在此不再赘述。
根据本发明的实施例的上述成像方法300,在数据采集射频脉冲的翻转角较小时采集稳态磁化向量数据。由此,无需在空闲心拍中进行等待,即可完成稳态磁化向量数据的采集。显著提高了磁化向量数据的采集效率,进而提高了定量心肌磁共振图像的成像速度。相应地,上述成像方法300还能够提高定量心脏磁共振成像的准确性、精确性以及时间和空间分辨率。此外,该定量心肌磁共振成像方案可以应用于各种需要采集稳态磁化向量数据的应用中,普适性强。
图4示出了根据本发明一个实施例的T1定量心肌磁共振成像序列。在该实施例中,所使用的准备脉冲是饱和脉冲。可以理解,这仅是示例,而非对本发明的限制。例如,准备脉冲还可以是反转脉冲或T2加权脉冲等任何合适的脉冲信号。在图4所示的各个心拍内,基于心电门控信号和呼吸导航信号的控制,在自R峰开始经过时间段Ttrigger之后,执行不同的信号采集操作。图像信号的采集过程即磁共振成像中k-空间的填充过程。
如图4所示,在第一心拍内,在数据采集射频脉冲的翻转角(FA)等于2度的情况下,采集根据呼吸导航信号判断当前时刻符合预定条件的第一图像信号IMG1。第一图像信号IMG1是稳态图像信号。该第一心拍内,未使用任何准备脉冲。
在第一心拍内,可以根据呼吸导航信号判断当前时刻符合预定条件。在一个示例中,在第一心拍之前,存在其间根据呼吸导航信号判断当前时刻不符合预定条件的心拍。因此,可选地,在第一心拍之前还包括以下操作:在一个心拍内,在根据呼吸导航信号判断当前时刻不符合预定条件的情况下,等待下一个心拍,以再次根据呼吸导航信号执行判断操作并根据判断结果执行当前心拍的相应图像信号采集操作。为描述方便,称其间根据呼吸导航信号判断当前时刻不符合预定条件的心拍为A心拍。在A心拍中,不进行图像信号采集。在A心拍的下一个心拍中,再次根据呼吸导航信号判断当前时刻是否符合预定条件。如果仍然不符合,那么继续等待。直到在某一心拍中,根据呼吸导航信号判断当前时刻符合预定条件,则该心拍为第一心拍。如上所述,在该第一心拍内,当根据呼吸导航信号判断当前时刻符合预定条件时,采集第一图像信号IMG1。在另一个示例中,可以在第一心拍前的A心拍中,采集图像信号。只是根据呼吸导航信号判断当前时刻不符合预定条件,也即A心拍内所采集的图像信号是无效的。此时重新采集图像信号,直到采集到根据呼吸导航信号判断当前时刻符合预定条件的第一图像信号IMG1。
可以理解,第一心拍可以有多个,例如N个,其中N是大于1的整数。在这多个第一心拍中,采集分别用于填充第一图像所对应的k-空间的不同分段的第一图像信号IMG1,直到所采集的第一图像信号IMG1能够填满该k-空间。
在采集第一图像信号之后IMG1,在数据采集射频脉冲的翻转角(FA)等于15度的情况下,采集能够分别填满至少两个图像(在该实施例中是3个)所分别对应的k-空间的、用于分别生成该至少两个图像的至少两个图像信号。具体过程详述如下。
在第m1心拍内,其中m1是不等于1的整数,在数据采集射频脉冲的翻转角等于第二翻转角的情况下,首先使用延迟时间为Tsatm1的饱和脉冲SAT。如图4所示,饱和脉冲的延迟时间是饱和脉冲到采集图像信号的时刻之间的时间间隔。Tsatm1不等于其他图像信号对应的饱和脉冲的延迟时间。在使用延迟时间为Tsatm1的饱和脉冲SAT之后,基于呼吸导航信号的控制采集用于生成第m1图像的第m1图像信号IMGm1。
与第m1心拍类似的,在第m2心拍内,其中m2是不等于1和m1的整数,在使用延迟时间为Tsatm2的饱和脉冲之后,并且基于呼吸导航信号的控制采集用于生成第m2图像的第m2图像信号IMGm2。Tsatm2不等于其他图像信号对应的饱和脉冲的延迟时间。
与第m1心拍类似的,在第m3心拍内,其中m3是不等于1、m1和m2的整数,在使用延迟时间为Tsatm3的饱和脉冲之后,并且基于呼吸导航信号的控制采集用于生成第m3图像的第m3图像信号IMGm3。Tsatm3不等于其他图像信号对应的饱和脉冲的延迟时间。
可选地,可以如图4所示,多次(例如N次)重复第m1心拍的信号采集操作,直至第m1图像信号IMGm1能够填满第m1图像所对应的k-空间。在第m1图像信号采集完成之后,多次(例如N次)重复第m2心拍的信号采集操作,直至第m2图像信号IMGm2能够填满第m2图像所对应的k-空间。在第m2图像信号IMGm2采集完成之后,多次(例如N次)重复第m3心拍的信号采集操作,直至第m3图像信号IMGm3能够填满第m3图像所对应的k-空间。
替代地,可以将第m1图像信号IMGm1、第m2图像信号IMGm2和第m3图像信号IMGm3视为一个成像序列。以循环的方式采集多个这样的成像序列。换言之,首先在第m1心拍中,采集第m1图像信号IMGm1;然后在第m2心拍中,采集第m2图像信号IMGm2;在第m3心拍中,采集第m3图像信号IMGm3。由此,完成一个成像序列的采集。重复上述成像序列的采集过程,直到第m1图像信号IMGm1、第m2图像信号IMGm2和第m3图像信号IMGm3能够分别填满对应的k-空间。
在第m1心拍、第m2心拍和第m3心拍内,利用饱和脉冲实现了T1加权。其中,饱和脉冲的延迟时间不同,T1的权重不同。由此,在这三种不同心拍内,各获得了对应的采样点。饱和脉冲的延迟时间可以是从系统允许的最小时间间隔到系统允许的最大时间间隔之间的任意值。可以理解,在此实施例中,这里采集了3种不同的T1加权图像信号。替代地,也可以仅采集2个或多于3个T1加权图像信号。
可选地,第m1心拍内饱和脉冲的延迟时间Tsatm1为系统允许的最大时间间隔Tmax的90%至100%。可以首先确定时间段Ttrigger期间的信号操作(例如呼吸导航信号NAV)所占用的时间长度与硬件响应延迟时间的和。然后计算时间段Ttrigger与该和的差,该差即系统允许的最大时间间隔Tmax。第m2心拍内饱和脉冲的延迟时间Tsatm2为系统允许的最大时间间隔Tmax的35%至75%。在图4所示实施例中,Tsatm1等于Tmax,Tsatm2等于Tmax*3/4,Tsatm3等于Tmax*1/2。Tmax越大,磁化向量恢复的时间越长,也即可用于成像的图像信号越强,获得的图像信号的信噪比(SNR)越大,T1的权重越大。Tsatm1和Tsatm2采用上述取值范围可以使采样点更合理的分布,从而使得在仅获得少量采样点的情况下也能够准确地估计T1值。此外,上述取值范围还使得可用于数据读取的纵向磁化向量比较大,从而提高了信号的信噪比,获得质量比较好的原始加权图像。
与第一心拍类似的,在第m1心拍、第m2心拍和第m3心拍之中的一个或多个之前,可能存在其间根据呼吸导航信号判断当前时刻不符合预定条件的心拍。可选地,在信号采集操作中,在第m1心拍、第m2心拍和第m3心拍之中的一个或多个之前还包括以下操作:在一个心拍内,在根据呼吸导航信号判断当前时刻不符合预定条件的情况下,采集图像信号并将所采集的图像信号设为无效,等待下一个心拍,以再次根据呼吸导航信号执行判断操作并根据判断结果执行当前心拍的相应图像信号采集操作。替代地,在一个心拍内,在根据呼吸导航信号判断当前时刻不符合预定条件的情况下,不采集图像信号。等待下一个心拍并在下一个心拍中再次根据呼吸导航信号进行判断,并根据判断结果执行相应操作。
上述信号采集操作中,在第m1心拍、第m2心拍和第m3心拍分别采集了T1权重不同的图像信号(IMGm1、IMGm2和IMGm3)。可以理解,上述第m1心拍至第m3心拍的顺序仅为示例,而非对本发明的限制。可以以任意顺序执行这3个心拍,而不影响本申请技术方案的效果。
可选地,上述信号采集操作还包括至少一个以下操作:在数据采集射频脉冲的翻转角(FA)等于15度的情况下,在第m′心拍内且在使用延迟时间为Tsatm1、Tsatm2或Tsatm3的饱和脉冲之后,基于呼吸导航信号的控制再次采集用于生成与饱和脉冲对应的图像的、能够重新填满与所述与饱和脉冲对应的图像对应的k-空间的图像信号,m′为不等于1、m1、m2和m3的整数。为了简洁,称在第m′心拍内采集的图像信号为第m′图像信号。该操作是重复第m1心拍、第m2心拍或第m3心拍的操作,由此获得了T1权重相同的采样点。最后,根据所采集的所有第m′图像信号和其他图像信号共同确定参数T1。
在一个示例中,在第m′心拍内,在使用延迟时间为Tsatm1的饱和脉冲之后,基于呼吸导航信号控制再次采集与饱和脉冲相应的第m1图像信号IMGm1。最后,根据所采集的所有第m1图像信号和其他图像信号确定参数T1。在上述示例中,将第m1心拍、第m′心拍内采集的第m1图像信号IMGm1全部输入信号模型进行拟合,以确定参数T1。
上述技术方案的效果相当于平均了采样点(例如第m1图像信号IMGm1)的噪声,从而降低了拟合偏差。总之,上述信号采集操作可以提高参数T1的计算准确率,从而提高图像质量。
上述实施例中描述了准备脉冲是饱和脉冲并且通过改变其脉冲参数——延迟时间来采集不同T1权重的图像信号。可以理解,在不同的具体应用中,这也可以利用准备脉冲的其他脉冲参数来实现。例如,准备脉冲的时间长度等。
通过上述优化的成像序列,上述T1定量心肌磁共振成像方法300扫描效率高、成像分辨率不受限制,能够获得准确性和精确性都较强的T1定量心肌磁共振图像。
如图4所示,在信号采集操作中的采集图像信号(IMG1、IMGm1、IMGm2、和IMGm3)之前,可以分别执行压脂操作(FS)。压脂操作有助于降低呼吸伪影,显著提高成像质量。
根据本发明一个实施例,可以根据上述第i图像信号以及第i图像信号对应的准备脉冲的延迟时间Tsati、第一翻转角和第二翻转角确定参数T1,其中,i=1、m1、m2。并且当i=1时,用于数据拟合的Tsatl为无穷大。
在一个示例中,根据如下公式确定参数T1,
其中,IMGi和Tdeli分别是信号采集操作所获得的第i图像信号和其对应的饱和脉冲的延迟时间。FAi表示第i图像信号对应的翻转角。A表示待确定的质子密度。T1与A在此公式中是未知的。通过根据上述参数进行拟合能够确定这二者。根据该公式能够更准确地确定参数T1,从而生成更准确的T1定量心肌磁共振图像。
可以理解当上述信号采集操作中采集了更多的图像信号,例如IMGm3,那么上述公式中的i还可以等于m3。
图5a示出了根据本发明一个实施例的来自同一个受试者的3D左心室的T1图像和该T1图像。图5b示出了图5a中的第二行第三列的图像沿虚线视角的图像。在图5c中示出了图5a中3D左心室心肌的T1值的统计直方图。
图5a的数据来自身体健康的受试者。如图5c所示的直方图所示,参数T1的数值分布呈现正态分布。因此,根据本发明的实施例所生成的定量心肌磁共振图像较理想地反映了受试者的心肌组织状态。
根据本发明又一方面,还提供了一种用于定量心肌磁共振成像的设备。该系统包括处理器和存储器。所述存储器存储用于实现根据本发明实施例的定量心肌磁共振成像的方法中的各个步骤的计算机程序指令。所述处理器用于运行所述存储器中存储的计算机程序指令,以执行根据本发明实施例的定量心肌磁共振成像方法的相应步骤。
根据本发明再一方面,还提供了一种存储介质,在所述存储介质上存储了程序指令,在所述程序指令被计算机或处理器运行时使得所述计算机或处理器执行本发明实施例的定量心肌磁共振成像方法的相应步骤,并且用于实现根据本发明实施例的用于定量心肌磁共振成像装置中的相应模块。所述存储介质例如可以包括平板电脑的存储部件、个人计算机的硬盘、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、便携式紧致盘只读存储器(CD-ROM)、USB存储器、或者上述存储介质的任意组合。所述计算机可读存储介质可以是一个或多个计算机可读存储介质的任意组合。
在此处所提供的说明书中,说明了大量具体细节。然而,能够理解,本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中,并未详细示出公知的方法、结构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。
类似地,应当理解,为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个,在对本发明的示例性实施例的描述中,本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而,并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图:即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说,如相应的权利要求书所反映的那样,其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此,遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式,其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域的技术人员可以理解,除了特征之间相互排斥之外,可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述,本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外,本领域的技术人员能够理解,尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如,在权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。这里的文字一、二、三等分别等同于与之分别对应的数字1、2、3等。因此,第一、第二以及第三等等同于与之分别对应的第1、第2和第3等。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明,本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种定量心肌磁共振成像方法,包括:
在第一心拍内,在数据采集射频脉冲的翻转角等于第一翻转角的情况下,采集用于生成第一图像的第一图像信号,直至所述第一图像信号能够填满所述第一图像所对应的k-空间,其中所述第一翻转角小于或等于第一阈值;
在数据采集射频脉冲的翻转角等于第二翻转角的情况下,在使用不同脉冲参数的准备脉冲完成磁化向量准备之后采集用于分别生成至少两个图像的、能够分别填满所述至少两个图像所分别对应的k-空间的至少两个图像信号,其中所述第二翻转角大于第二阈值且小于第三阈值,且所述第二阈值大于所述第一阈值;
根据所有图像信号、每个图像信号对应的准备脉冲的脉冲参数、第一翻转角和第二翻转角确定磁共振定量参数;以及
根据所述磁共振定量参数生成定量心肌磁共振图像。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述第一阈值的取值范围是1至5度。
3.如权利要求1所述的方法,其中,所述脉冲参数包括所述准备脉冲到数据采集时刻之间的延迟时间或所述准备脉冲的时间长度。
4.如权利要求1所述的方法,其中,所述准备脉冲是饱和脉冲,所述采集能够分别填满至少两个图像所分别对应的k-空间的、用于分别生成所述至少两个图像的至少两个图像信号包括:
在第m1心拍内,在使用延迟时间为Tsatm1的饱和脉冲之后,基于呼吸导航信号的控制采集用于生成第m1图像的第m1图像信号,其中,Tsatm1不等于其他图像信号对应的饱和脉冲的延迟时间,m1为不等于1的整数;
在第m2心拍内,在使用延迟时间为Tsatm2的饱和脉冲之后,基于呼吸导航信号的控制采集用于生成第m2图像的第m2图像信号,其中,Tsatm2不等于其他图像信号对应的饱和脉冲的延迟时间,m2为不等于1和m1的整数。
5.如权利要求4所述的方法,其中,所述采集能够分别填满至少两个图像所分别对应的k-空间的、用于分别生成所述至少两个图像的至少两个图像信号还包括:
在第m′心拍内,在使用延迟时间为Tsatm1或Tsatm2的饱和脉冲之后,基于呼吸导航信号的控制再次采集用于生成与饱和脉冲对应的图像的、能够重新填满与所述与饱和脉冲对应的图像对应的k-空间的图像信号,m′为不等于1、m1和m2的整数。
6.如权利要求4所述的方法,其中,所述确定磁共振定量参数包括根据如下公式确定磁共振定量参数T1,
其中,IMGi和Tdeli分别表示第i图像信号和其对应的饱和脉冲的延迟时间,FAi表示第i图像信号对应的翻转角,A表示待确定的质子密度,i=1、m1、m2,其中,第一图像信号IMG1对应的饱和脉冲的延迟时间Tdel1为无穷大。
7.如权利要求4至6任一项所述的方法,其中,所述Tsatm1为系统允许的最大时间间隔Tmax的90%至100%,所述Tsatm2为所述Tmax的35%至75%。
8.如权利要求1所述的方法,其中,所述准备脉冲是反转脉冲或T2加权脉冲。
9.如权利要求1所述的方法,其中,所述数据采集射频脉冲是损毁梯度回波序列、平衡稳态自由进动序列、自旋回波序列或者平面回波序列。
10.如权利要求1所述的方法,其中,在每个心拍内,在采集该心拍内的图像信号之前,执行压脂操作。
11.一种用于定量心肌磁共振成像的设备,包括处理器和存储器,其中,所述存储器中存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令被所述处理器运行时用于执行如权利要求1至10任一项所述的定量心肌磁共振成像方法。
12.一种存储介质,在所述存储介质上存储了程序指令,所述程序指令在运行时用于执行如权利要求1至10任一项所述的定量心肌磁共振成像方法。
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