CN110275123A - 一种神经组织的三维核磁共振成像方法 - Google Patents

一种神经组织的三维核磁共振成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种神经组织的三维核磁共振成像方法，该方法包括以下步骤：S1：将待测体用线圈进行固定，并用核磁共振成像仪进行扫描，获得扫描信号；S2：对待测体进行定位像扫描，获得定位图像；S3：对待测体注射背景信号抑制剂；S4：根据步骤S2获得的定位图像设置扫描序列、扫描参数，并进行核磁共振成像扫描，获得核磁共振成像图像；S5：对步骤S4获得的核磁共振成像图像进行神经组织的三维结构重建，获得神经组织的三维核磁共振成像图像。本发明所述的三维核磁共振成像方法，能够提高神经组织与周围组织的对比度，从而能够清晰地显示神经组织的三维结构。

Description

一种神经组织的三维核磁共振成像方法
技术领域
本发明属于医学技术领域，特别是涉及一种神经组织的三维核磁共振成像方法。
背景技术
核磁共振成像(MR)，是通过将人体置于特殊的磁场中，采用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振并吸收能量；在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将所吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理后，获得特定器官或部位的医学图像。由于它彻底摆脱了电离辐射对人体的损害，并具有参数多、信息量大、可多方位成像，以及对软组织有高分辨力等突出的特点，被广泛应用于临床疾病的诊断，也是某些病变必不可少的检查方法之一。
在神经组织的核磁共振成像术中，由于神经组织与周围组织的影像信号对比不足，独立显示神经组织的三维(3D)结构成为神经组织核磁共振成像的巨大挑战。目前，神经组织的核磁共振成像方法主要有以下几种：(1)背景抑制弥散加权成像方法(DWIBS)：可以用于显示神经组织的走向、淋巴结结构、转移肿瘤等；(2)3D稳态自由进动结合弥散加权方法(3D-SSFP+DWI)：可以用于显示腰骶丛神经的近端及局部颅神经等；(3)各向同性分辨率的短反转时间T2加权方法(T2W 3D-STIR)：可用于显示神经、肌肉、骨骼等结构，其结合流速敏感编码技术，可以用于显示神经组织。
然而，目前的神经组织核磁共振成像方法，依然无法解决神经组织与周围组织对比度不足的问题：(1)背景抑制弥散加权成像方法(DWIBS)：由于采用2D-EPI采集技术，空间分辨率低，只能显示神经组织的轮廓，对神经组织的结构显示不清，神经组织与周围组织的对比度不足；(2)3D稳态自由进动结合弥散加权方法(3D-SSFP+DWI)：由于采用3D-SSFP的序列，空间分辨率达到“高分率”显示神经组织的要求，但肌肉组织与神经组织的对比度不足，导致分布于肌肉内的神经显示不良；(3)各向同性分辨率的短反转时间T2加权方法(T2W3D-STIR)：由于采用STIR序列，静脉的高信号干扰影响了神经的显示，导致神经与周围组织的对比度不足，采用流速敏感编码技术虽能消除大部分静脉高信号的干扰影响，有利于显示神经结构，但神经与周围组织的对比度仍然不足。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种神经组织的三维核磁共振成像方法，其能够提高神经组织与周围组织的对比度，能够清晰地显示神经组织的三维结构。
本发明的技术方案如下：
一种神经组织的三维核磁共振成像方法，包括以下步骤：
S1：将待测体用线圈进行固定，并用核磁共振成像仪进行扫描，获得扫描信号；
S2：对待测体进行定位像扫描，获得定位图像；
S3：对待测体注射背景信号抑制剂；
S4：根据步骤S2获得的定位图像设置扫描序列、扫描参数，并进行核磁共振成像扫描，获得核磁共振成像图像；
S5：对步骤S4获得的核磁共振成像图像进行神经组织的三维结构重建，获得神经组织的三维核磁共振成像图像。
进一步地，在步骤S1中，在待测体的周侧放置抗磁性介质；所述的抗磁性介质为由碳酸钙与甘油混合制得的泥状塑型物。
进一步地，在步骤S1中，所述核磁共振成像仪的梯度场强为45mT/m，梯度爬升速率为200T/m/s。
进一步地，在步骤S2中，所述的定位像扫描包括矢状位、冠状位和轴位定位扫描，其扫描视野为45cm～50cm。
进一步地，在步骤S3中，所述的背景信号抑制剂为二乙烯三胺五醋酸钆双葡甲胺(钆喷酸葡甲胺)，或者10-(2,3二羟基-1-羟甲基丙基)-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸·钆复合物(钆布醇)。
进一步地，在步骤S3中，按待测体的重量计算，所述背景信号抑制剂的注射量为0.1 ～0.2mmol/kg，优选为0.2mmol/kg。
进一步地，在步骤S4中，对待测体注射背景信号抑制剂2～3分钟后，再进行核磁共振成像扫描。
进一步地，在步骤S4中，所述的扫描序列为3D-STIR序列(三维-短时间反转恢复序列)，序列参数为重T2加权参数。
进一步地，在步骤S4中，所述的扫描参数设置为：扫描时间为10分50秒，扫描视野(FOV)为448mm，体素尺寸为1.0*1.0*1.0mm，并行采集技术(Parallel AcquisitionTechniques,PAT)加速因子为3，重复时间(Repetition Time,TR)为3000ms，回波时间(Echo Time,TE)为270ms，反转恢复时间(Inversion Time,TI)为220ms，带宽(Band Width)为429Hz/Px，射频脉冲模式(RF Pulse Type)为快速(Fast)，梯度脉冲模式(GradientMode)为快速(Fast)，激发方式(Excitation)为容积选择(Slab-sel)，翻转角模式(FlipAngle Mode)为T2可变(T2 var)。
本发明提供了一种神经组织的三维核磁共振成像方法，在进行核磁共振成像扫描前，通过对待测体注射背景信号抑制剂，能够抑制神经以外的周围脂肪、静脉等组织结构的干扰，能够明显增强神经组织与周围组织之间的对比度，从而实现神经组织的高分辨率三维核磁共振成像。
在T2加权核磁共振成像中，待测组织的横向弛豫时间T2越长，其核磁共振信号越高；反之，待测组织的横向弛豫时间T2越短，则其核磁共振信号越低。本发明所采用的背景信号抑制剂为顺磁性物质，其进入待测体的组织后，会使组织的横向弛豫时间T2缩短，从而使该组织的核磁共振信号降低；通过配合使用T2W 3D-STIR序列，能够进一步增强T2信号抑制的作用，使该组织的信号衰减更快。由于神经组织具有血-神经屏障 (BNB)的保护性结构，待测体注射背景信号抑制剂后，背景信号抑制剂会进入到脂肪、静脉等周围组织中，但不会进入到神经组织中。因此，进行T2W 3D-STIR序列的核磁共振成像扫描时，脂肪、静脉等周围组织的信号被抑制，而神经组织的信号仍得到保持，从而形成显著的对比度，而静脉内由于含有更高浓度的背景信号抑制剂，因此静脉的信号会被完全抑制。由此，通过抑制周围组织的信号，并保持神经组织的信号，能够显著提升神经组织与周围组织之间的对比度，实现神经组织的高分辨率三维核磁共振成像。
在步骤S1中，通过在待测体的周侧放置抗磁性介质，能够改善磁场和射频场的均匀性，提升神经组织的核磁共振成像效果，还能够增强背景信号抑制剂的抑制效果，进一步提高神经组织与周围组织之间的对比度。
在步骤S4中，通过采用重T2加权成像序列并设置专属的扫描参数，能够进一步提高神经组织与周围组织之间的对比度，从而能够更清晰地观察到神经组织的信号；而在步骤S5中，通过高分辨采集以及三维结构重建的处理方式，能够从各方向上观察、跟踪神经纤维走向。
附图说明
图1为采用实施例一所述的三维核磁共振成像方法所获得的臂丛神经三维核磁共振成像图。
图2A为采用现有的单独T2W 3D-STIR序列扫描所获得的臂丛神经三维核磁共振成像图。
图2B为采用本发明的背景信号抑制结合T2W 3D-STIR序列扫描所获得的臂丛神经三维核磁共振成像图。
图3为采用实施例二所述的三维核磁共振成像方法所获得的腰骶丛神经三维核磁共振成像图像。
图4A为采用现有的单独T2W 3D-STIR序列扫描所获得的腰骶丛神经三维核磁共振成像图。
图4B为采用本发明的背景信号抑制结合T2W 3D-STIR序列扫描所获得的腰骶丛神经三维核磁共振成像图。
具体实施方式
实施例一：臂丛神经的三维核磁共振成像
S1：对待测体注射10mL生理盐水后，将其置于核磁共振成像仪中，在待测体的颈部两侧放置由碳酸钙与甘油混合制得的泥状塑型物，作为抗磁性介质；将待测体用体部线圈进行固定，使待测体的颈部、肩部及上臂覆盖线圈，头尾方向覆盖范围达到50cm；启动核磁共振成像仪进行扫描，以获得扫描信号，其中，梯度场强为45mT/m，梯度爬升速率为200T/m/s。
S2：以待测体的胸骨上缘为中心设置定位扫描中心点，进行大视野(扫描视野为45～ 50cm)矢状位、冠状位和轴位定位像扫描，获得定位图像。
S3：对待测体注射钆喷酸葡甲胺注射液，作为背景信号抑制剂，钆喷酸葡甲胺的注射量为0.2mmol/kg体重。
S4：根据步骤S2获得的定位图像，设置3D-STIR序列，序列参数为重T2加权，待背景信号抑制剂注射2分钟后，进行核磁共振成像扫描，扫描参数设置为：扫描时间为 10分50秒，扫描视野(FOV)为448mm，体素尺寸为1.0*1.0*1.0mm，并行采集技术(ParallelAcquisition Techniques,PAT)加速因子为3，重复时间(Repetition Time,TR)为3000ms，回波时间(Echo Time,TE)为270ms，反转恢复时间(Inversion Time,TI)为220ms，带宽(Band Width)为429Hz/Px，延迟时间(Allowed Delay)为30s，射频脉冲模式(RF PulseType)为快速(Fast)，梯度脉冲模式(Gradient Mode)为快速(Fast)，激发方式(Excitation) 为容积选择(Slab-sel)，翻转角模式(Flip Angle Mode)为T2可变(T2var)，获得核磁共振成像图像。
S5：对步骤S4获得的核磁共振成像图像进行臂丛神经的三维结构重建，获得臂丛神经的三维核磁共振成像图像，如图1所示。
如图2(A)所示，采用现有的单独T2W 3D-STIR序列进行核磁共振扫描，所获得的核磁共振图像中，臂丛神经与周围组织的对比度不足，静脉干扰严重，无法直观、独立地显示臂丛神经的三维结构。如图2(B)所示，本发明的三维核磁共振成像方法，采用了背景信号抑制剂，结合T2W 3D-STIR序列进行核磁共振扫描，所获得的核磁共振图像中，臂丛神经与周围组织的对比度明显增强，排除了静脉的干扰，能够直观、独立地显示臂丛神经的三维结构。
分别对采用本发明的背景信号抑制结合T2W 3D-STIR序列以及现有的单独T2W3D-STIR序列扫描所获得的核磁共振图像中，臂丛神经及其周围的肌肉、脂肪、静脉、骨骼组织的信号强度及对比度进行测量，测量结果如下表1所示。
表1
实施例二：腰骶丛神经的三维核磁共振成像
S1：对待测体注射10mL生理盐水后，将其置于核磁共振成像仪中，将待测体用体部线圈进行固定，使待测体的腹部、盆腔及大腿根部覆盖线圈，头尾方向覆盖范围达到50cm；启动核磁共振成像仪进行扫描，以获得扫描信号，其中，梯度场强为45mT/m，梯度爬升速率为200T/m/s。
S2：以待测体的腰5或骶1为中心设置定位扫描中心点，进行大视野(扫描视野为45～50cm)矢状位、冠状位和轴位定位像扫描，获得定位图像。
S3：对待测体注射钆喷酸葡甲胺注射液，作为背景信号抑制剂，钆喷酸葡甲胺的注射量为0.2mmol/kg体重。
S4：根据步骤S2获得的定位图像，3D-STIR序列，序列参数为重T2加权，待背景信号抑制剂注射2分钟后，进行核磁共振成像扫描，扫描参数设置为：扫描时间为10分 50秒，扫描视野(FOV)为448mm，体素尺寸为1.0*1.0*1.0mm，并行采集技术(Parallel AcquisitionTechniques,PAT)加速因子为3，重复时间(Repetition Time,TR)为3000ms，回波时间(EchoTime,TE)为270ms，反转恢复时间(Inversion Time,TI)为220ms，带宽(Band Width)为429Hz/Px，射频脉冲模式(RF Pulse Type)为快速(Fast)，梯度脉冲模式(Gradient Mode)为快速(Fast)，激发方式(Excitation)为容积选择(Slab-sel)，翻转角模式(Flip AngleMode)为T2可变(T2var)，获得核磁共振成像图像。
S5：对步骤S4获得的核磁共振成像图像进行腰骶丛神经的三维结构重建，获得腰骶丛神经的三维核磁共振成像图像，如图3所示。
如图4(A)所示，采用现有的单独T2W 3D-STIR序列进行核磁共振扫描，所获得的核磁共振图像中，腰骶丛神经与周围组织的对比度不足，静脉干扰严重，无法直观、独立地显示腰骶丛神经的三维结构。如图4(B)所示，本发明的三维核磁共振成像方法，采用了背景信号抑制剂，结合T2W 3D-STIR序列进行核磁共振扫描，所获得的核磁共振图像中，腰骶丛神经与周围组织的对比度明显增强，排除了静脉的干扰，能够直观、独立地显示臂丛神经的三维结构。
分别对采用本发明的背景信号抑制结合T2W 3D-STIR序列以及现有的单独T2W3D-STIR序列扫描所获得的核磁共振图像中，腰骶丛神经及其周围的肌肉、脂肪、静脉、骨骼组织的信号强度及对比度进行测量，测量结果如下表2所示。
表2
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种神经组织的三维核磁共振成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将待测体用线圈进行固定，并用核磁共振成像仪进行扫描，获得扫描信号；
S2：对待测体进行定位像扫描，获得定位图像；
S3：对待测体注射背景信号抑制剂；
S4：根据步骤S2获得的定位图像设置扫描序列、扫描参数，并进行核磁共振成像扫描，获得核磁共振成像图像；
S5：对步骤S4获得的核磁共振成像图像进行神经组织的三维结构重建，获得神经组织的三维核磁共振成像图像。
2.根据权利要求1所述的神经组织的三维核磁共振成像方法，其特征在于：所述的背景信号抑制剂为二乙烯三胺五醋酸钆双葡甲胺，或者10-(2,3二羟基-1-羟甲基丙基)-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸·钆复合物。
3.根据权利要求1或2所述的神经组织的三维核磁共振成像方法，其特征在于：按待测体的重量计算，所述背景信号抑制剂的注射量为0.1～0.2mmol/kg。
4.根据权利要求1所述的神经组织的三维核磁共振成像方法，其特征在于：在步骤S4中，对待测体注射背景信号抑制剂2～3分钟后，再进行核磁共振成像扫描。
5.根据权利要求1或4所述的神经组织的三维核磁共振成像方法，其特征在于：在步骤S4中，所述的扫描序列为三维-短时间反转恢复序列，序列参数为重T2加权。
6.根据权利要求5所述的神经组织的三维核磁共振成像方法，其特征在于：在步骤S4中，所述的扫描参数设置为：扫描时间为10分50秒，扫描视野为448mm，体素尺寸为1.0*1.0*1.0mm，并行采集技术加速因子为3，重复时间为3000ms，回波时间为270ms，反转恢复时间为220ms，带宽为429Hz/Px，射频脉冲模式为快速，梯度脉冲模式为快速，激发方式为容积选择，翻转角模式为T2可变。
7.根据权利要求1所述的神经组织的三维核磁共振成像方法，其特征在于：在步骤S1中，在待测体的周侧放置抗磁性介质；所述的抗磁性介质为由碳酸钙与甘油混合制得的泥状塑型物。
8.根据权利要求1或7所述的神经组织的三维核磁共振成像方法，其特征在于：在步骤S1中，所述核磁共振成像仪的梯度场强为45mT/m，梯度爬升速率为200T/m/s。
9.根据权利要求1所述的神经组织的三维核磁共振成像方法，其特征在于：在步骤S2中，所述的定位像扫描包括矢状位、冠状位和轴位定位扫描，其扫描视野为45cm～50cm。
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