CN112782630B - 基于自旋锁的定量磁化传递成像的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了使用偏共振自旋锁MRI快速、稳定地量化磁化传递(MT)的系统和方法。所述技术能对自由水池的固有弛豫速率R1(1/T1)和R2(1/T2)的变化以及化学交换池的变化不敏感。在B1RF和/或B0磁场中存在不均匀性的情况下，该技术也是稳定的。

Description

基于自旋锁的定量磁化传递成像的系统和方法

相关申请的引用

本申请要求2019年11月8日提交的美国临时专利申请62/933,187号和2020年5月13日提交的美国专利申请15/929,627号的优先权。

背景技术

本申请大体上涉及磁共振成像(MRI)技术，具体涉及用于基于自旋锁的定量磁化传递(MT)成像的技术。

磁共振成像(MRI)是一种非侵入性诊断技术，其能够评估多种组织的组成和状态。在MRI过程中，患者被置于强纵向磁场(B0)中，该强纵向磁场排列患者体内原子的核自旋，产生净磁化矢量。施加具有横切于纵向场的磁场分量(B1)和调谐到目标同位素(通常为¹H)的拉莫尔频率的频率的RF脉冲。这些脉冲可以将自旋翻转到更高的能量状态，导致磁化矢量的横向分量。当这些自旋返回到基态时，可以检测来自患者身体的响应RF脉冲。基于对脉冲的响应，可以测量磁化的特性。常用的测量包括自旋晶格弛豫时间(T1)，该测量通常基于磁化矢量的纵向分量的恢复，以及自旋-自旋弛豫时间(T2)，该测量通常基于磁化矢量的横向分量的衰减。由于不同的解剖结构具有不同的物质组成，T1和/或T2的量化可以提供关于被成像结构的物质组成的信息，并且可以优化特定脉冲序列以量化T1或T2。旋转坐标系中的自旋晶格弛豫时间称为T_1ρ(或R_1ρ＝1/T_1ρ)，其是对分子相互作用敏感的磁化性质，包括偶极相互作用、化学交换和磁化传递。通常使用自旋锁MRI进行R_1ρ定量。然而，在偏共振RF饱和期间也会发生R_1ρ弛豫。

除了提供组织的高质量解剖图像之外，MRI还可以用于在分子水平上检查组织。例如，可以测量磁化传递(MT)效应，其中磁化在流动水的质子(通常称为"自由池")和与半固体大分子(如脂质和其它复杂分子)相关的质子(通常称为"结合池")之间转移。结合池的质子具有超短的T2弛豫，因此与流动质子相比具有显著更宽的吸收线型。在MRI过程中施加偏共振饱和RF脉冲允许结合池的质子选择性地饱和，同时保持流动质子不受影响。由于偶极相互作用和化学交换，饱和被传递到自由水池，导致MT对比。

MT比率(MTR)通常用于表征磁化传递。然而，MTR不是固有组织特性，因为它受脉冲序列参数的影响。目前已经开发了定量MT方法来测量组织特异性MT参数，该方法基于如上所述的具有自由水池和结合池的双池模型。该模型规定了一些参数，包括每个池的T1和T2，两个池之间的磁化交换速率，以及与大分子结合的质子的摩尔分数(也称为结合池分数(BPF)或大分子质子分数(MPF))。MPF是组织特异性参数，其直接关联于大分子密度和组成，并且与采集参数无关。

然而，在临床应用中，从MRI数据中提取MPF是具有挑战性的，这其中的一部分原因是需要量化多个MT参数，需要使用不同采集参数的多个MRI扫描和复杂的后处理过程。如果仅估计临床最相关的参数(包括MPF)，可以减少采集时间。目前已经提出了多种技术。其中一些技术使用单一偏共振RF饱和测量，这样的前提假设是交叉弛豫足够快以及已经获得T1图谱(例如，使用其他MRI扫描)。另一种方法涉及标记流动质子的自旋，而不是饱和化与结合池相关联的偏共振自旋，其中使用诸如受激回波幅度调制(STEAM)的技术并且拟合为稳态下单指数纵向弛豫模型。该方法不需要采集T1图谱。然而，受激回波技术自身具有低信噪比。因此，需要开发用于MPF定量的更快和更精确技术。

发明概述

本申请的某些实施方案涉及使用偏共振自旋锁MRI快速、稳定地量化磁化传递(MT)的系统和方法。所述技术能对自由水池的固有弛豫速率R1(1/T1)和R2(1/T2)的变化以及化学交换池的变化不敏感。在B1 RF和/或B0磁场中存在不均匀性的情况下，该技术也是稳定的。

一些实施方案涉及使用MRI设备量化磁化传递的参数的方法。可以执行多个图像采集过程以产生一组MRI图像，其中多个图像采集过程中的每个图像采集过程(i)包括施加具有RF幅度和与共振的频率偏移(Δω⁽ⁱ⁾)的偏共振自旋锁脉冲。基于该组MRI图像，可以计算磁化传递的参数。具体而言，可以计算参数R_mpfsl，其中R_mpfsl被定义为/>其中/>是响应于具有第一RF幅度/>和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第一弛豫速率；/>是响应于具有第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第二弛豫速率；并且第一RF幅度/>第一频率偏移Δω⁽¹⁾，第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾被选择为使得/> 还可以计算磁化传递的其它参数，例如：大分子质子分数(MPF)，其指示与半固体大分子结合的质子的分数；磁化传递池的池大小比(f_b)；磁化传递池与自由水池之间的交换率(k_ba)；和/或磁化传递池的横向弛豫时间(T_2b)。

在各种实施方案中，可以使用不同的图像采集方法来确定R_mpfsl。例如，在一些实施方案中，可以采集一组四个图像，在自旋锁参数的两个组合的每一个采集两个图像。对于自旋锁参数的每个组合，利用在自旋锁脉冲之前施加切换RF脉冲来采集一个图像，在没有切换RF脉冲的情况下采集一个图像。从四个图像可以计算弛豫参数R_mpfsl。

在其它实施方案中，第一图像采集过程使用自旋锁时间为零的第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲来确定第一磁化强度值；第二图像采集过程使用自旋锁时间大于零的第一RF幅度/>和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲来确定第二磁化强度值；第三图像采集过程利用第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲确定第三磁化强度值。在观察纵向弛豫速率(R_lobs)和平衡磁化强度(M₀)是已知的情况下(或者乘积R_1obs·M₀是已知的)，弛豫参数R_mpfsl可以通过以下方式计算：基于第一磁化强度值和第二磁化强度值计算第一弛豫速率/>并且基于第一磁化强度值和第三磁化强度值计算第二弛豫速率/>然后两者相减。

在其它实施方案中，图像采集过程的第一子集和图像采集过程的第二子集各自包括至少两个图像采集过程(使得图像采集过程的总数至少为4)。第一子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有与第一子集中的每个其他图像采集过程的自旋锁时间(TSL)不同的TSL，并且第二子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有与第二子集中的每个其他图像采集过程的TSL不同的TSL。通过寻找将磁化强度表征为TSL函数的公式的优化方案，可以从多个图像计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>在一些实施方案中，脉冲序列还可以被设计成在自旋锁开始时的初始磁化强度和平衡磁化强度之间提供可预测的关系。

作为非限制性实例，本申请提供了以下实施方案：

1.一种使用磁共振成像(MRI)设备量化磁化传递的方法，所述方法包括：

执行多个图像采集过程以产生多个MRI图像，其中所述多个图像采集过程中的每个图像采集过程(i)包括施加具有RF幅度和频率偏移(Δω⁽ⁱ⁾)的偏共振自旋锁脉冲；和

基于所述多个MRI图像，计算磁化传递的一个或多个参数，其中所述磁化传递的一个或多个参数包括参数R_mpfsl，其被定义为其中：

是响应于具有第一RF幅度/>和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第一弛豫速率；

是响应于具有第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第二弛豫速率；以及

第一RF幅度第一频率偏移Δω⁽¹⁾、第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾被选择为使/>

2.如实施方案1所述的方法，还包括：基于参数R_mpfsl计算磁化传递的一个或多个另外的参数。

3.如实施方案2所述的方法，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括结合到半固体大分子的质子的结合池的池大小比(f_b)，所述池大小比(f_b)根据以下公式从参数R_mpfsl计算：

其中k_ba是自由水质子的自由水池和所述结合池之间的磁化交换速率，是表示所述结合池在第一偏共振频率Δω⁽¹⁾和第一RF幅度/>下的饱和速率的参数，/>是表示所述结合池在第二偏共振频率Δω⁽²⁾和第二RF幅度/>下的饱和速率的参数。

4.如实施方案3所述的方法，其中所述饱和速率参数R_rfc是RF幅度(ω₁)、偏共振频率(Δω)以及结合池的横向弛豫时间(T_2b)的函数。

5.如实施方案4所述的方法，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为不依赖于偏共振频率Δω或RF幅度ω₁的常数。

6.如实施方案4所述的方法，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为通过与所述多个MRI图像拟合而确定的变量。

7.如实施方案2所述的方法，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括表示与半固体大分子结合的质子的分数的大分子质子分数(MPF)。

8.如实施方案1所述的方法，其中执行多个图像采集过程包括：

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，其中第一图像采集过程产生第一MRI图像/>

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，其中第二图像采集过程产生第二MRI图像/>

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，其中第三图像采集过程产生第三MRI图像/>以及

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第四自旋锁脉冲执行第四图像采集过程，其中第四图像采集过程产生第四MRI图像/>

9.如实施方案8所述的方法，其中对于所述第一、第二、第三和第四自旋锁脉冲中的每一个使用相同的自旋锁时间(TSL)，并且根据以下公式测定弛豫参数R_mpfsl:

10.如实施方案1所述的方法，其中：

执行多个图像采集过程包括：

以自旋锁时间为零，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，以确定第一磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，以确定第二磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，以确定第三磁化强度值；以及

计算参数R_mpfsl包括：

基于第一磁化强度值和第二磁化强度值计算第一弛豫速率以及

基于第一磁化强度值和第三磁化强度值计算第二弛豫速率

11.如实施方案10所述的方法，还包括：

执行一个或多个附加图像采集过程以测量观察纵向弛豫速率(R_lobs)和平衡磁化强度(M₀)或乘积R_1obs·M₀，

其中在计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>中使用观察纵向弛豫速率R_1obs和平衡磁化强度M₀或乘积R_1obs·M₀。

12.如实施方案1所述的方法，其中：

多个图像采集过程的第一子集中的每个图像采集过程包括施加具有第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲；和

多个图像采集过程的第二子集中的每个图像采集过程包括施加具有第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲。

13.如实施方案12的方法，其中：

所述多个图像采集过程的第一子集和所述多个图像采集过程的第二子集各自包括至少两个图像采集过程；

第一子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的自旋锁时间(TSL)不同于第一子集中的每个其他图像采集过程的TSL；

第二子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的TSL不同于第二子集中的每个其他图像采集过程的TSL；和

从多个图像计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>

14.如实施方案13所述的方法，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率是通过以下公式从所述多个图像计算：

和

对于变量M_ini和M₀·R_1obs，

其中：

M₀·R_1obs是纵向弛豫速率(R_1obs)和平衡磁化强度(M₀)的乘积；

θ等于

和/>是第一子集中的来自第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度。

15.如实施方案13所述的方法，其中执行所述多个图像采集过程包括：

对于多个图像采集过程中的每一个，使用脉冲序列，使得：

其中M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度，τ1是已知的时间间隔，M₀是平衡磁化强度，R_1obs是纵向弛豫速率。

16.如实施方案15所述的方法，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率是通过以下公式从所述多个图像计算的：

和

对于变量M₀和R_1obs，

其中：

θ等于

和/>是来自第一子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度强度。

17.如实施方案1所述的方法，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加偏共振自旋锁RF脉冲簇。

18.如实施方案1所述的方法，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加饱和RF脉冲。

19.如实施方案1所述的方法，其中执行所述多个图像采集过程中的每一个包括在施加所述自旋锁脉冲之前或之后且在采集数据之前，施加至少一个预备脉冲序列。

20.磁共振成像(MRI)系统，包括：

具有磁体、梯度线圈和一个或多个射频(RF)线圈的MRI设备；和

与所述MRI设备可通信连接的计算机，所述计算机具有处理器、存储器和用户界面，所述处理器被配置为：

使用所述MRI设备执行多个图像采集过程以产生多个MRI图像，其中所述多个图像采集过程中的每个图像采集过程(i)包括施加具有RF幅度和频率偏移(Δω⁽ⁱ⁾)的偏共振自旋锁脉冲；和

基于所述多个MRI图像，计算磁化传递的一个或多个参数，其中所述磁化传递的一个或多个参数包括参数R_mpfsl，其被定义为其中：

是响应于具有第一RF幅度/>和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第一弛豫速率；

是响应于具有第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第二弛豫速率；以及

第一RF幅度第一频率偏移Δω⁽¹⁾、第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾被选择为使/>

21.如实施方案20所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为基于参数R_mpfsl计算磁化传递的一个或多个另外的参数。

22.如实施方案21所述的系统，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括结合到半固体大分子的质子的结合池的池大小比(f_b)，所述池大小比(f_b)根据以下公式从参数R_mpfsl计算：

其中k_ba是自由水质子的自由水池和所述结合池之间的磁化交换速率，是表示所述结合池在第一偏共振频率Δω⁽¹⁾和第一RF幅度/>下的饱和速率的参数，/>是表示所述结合池在第二偏共振频率Δω⁽²⁾和第二RF幅度/>下的饱和速率的参数。

23.如实施方案22所述的系统，其中所述饱和速率参数R_rfc是RF幅度(ω₁)、偏共振频率(Δω)以及结合池的横向弛豫时间(T_2b)的函数。

24.如实施方案23所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为不依赖于偏共振频率Δω或RF幅度ω₁的常数。

25.如实施方案23所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为通过与所述多个MRI图像拟合而确定的变量。

26.如实施方案21所述的系统，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括表示与半固体大分子结合的质子的分数的大分子质子分数(MPF)。

27.如实施方案20所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得执行所述多个图像采集过程包括：

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，其中第一图像采集过程产生第一MRI图像/>

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，其中第二图像采集过程产生第二MRI图像/>

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，其中第三图像采集过程产生第三MRI图像/>以及

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第四自旋锁脉冲执行第四图像采集过程，其中第四图像采集过程产生第四MRI图像/>

28.如实施方案27所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得对于所述第一、第二、第三和第四自旋锁脉冲中的每一个使用相同的自旋锁时间(TSL)，并且根据以下公式测定弛豫参数R_mpfsl:

29.如实施方案20所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得：

执行多个图像采集过程包括：

以自旋锁时间为零，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，以确定第一磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，以确定第二磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，以确定第三磁化强度值；以及

计算参数R_mpfsl包括：

基于第一磁化强度值和第二磁化强度值计算第一弛豫速率以及

基于第一磁化强度值和第三磁化强度值计算第二弛豫速率

30.如实施方案29所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成：

执行一个或多个附加图像采集过程以测量观察纵向弛豫速率(R_lobs)和平衡磁化强度M₀或乘积R_1obs·M₀，

其中在计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>中使用观察纵向弛豫速率R_1obs和平衡磁化强度M₀或乘积R_1obs·M₀。

31.如实施方案20所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得：

多个图像采集过程的第一子集中的每个图像采集过程包括施加具有第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲；和

多个图像采集过程的第二子集中的每个图像采集过程包括施加具有第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲。

32.如实施方案31所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得：

所述多个图像采集过程的第一子集和所述多个图像采集过程的第二子集各自包括至少两个图像采集过程；

第一子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的自旋锁时间(TSL)不同于第一子集中的每个其他图像采集过程的TSL；

第二子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的TSL不同于第二子集中的每个其他图像采集过程的TSL；和

从多个图像计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>

33.如实施方案32所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>是通过以下公式从所述多个图像计算：

和

对于变量M_ini和M₀·R_1obs，

其中：

M₀·R_1obs是纵向弛豫速率(R_1obs)和平衡磁化强度(M₀)的乘积；

θ等于

和/>是第一子集中的来自第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度。

34.如实施方案32所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得执行所述多个图像采集过程包括：

对于多个图像采集过程中的每一个，使用脉冲序列，使得：

其中M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度，τ1是已知的时间间隔，M₀是平衡磁化强度，R_1obs是纵向弛豫速率。

35.如实施方案34所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>通过以下公式从所述多个图像计算：

和

对于变量M₀和R_1obs，

其中：

θ等于

和/>是来自第一子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度强度。

36.如实施方案20所述的系统，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加偏共振自旋锁RF脉冲簇。

37.如实施方案20所述的系统，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加饱和RF脉冲。

38.如实施方案20所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为使得执行所述多个图像采集过程中的每一个包括在施加所述自旋锁脉冲之前或之后且在采集数据之前，施加至少一个预备脉冲序列。

39.一种计算机可读介质，其存储多个指令，其中所述多个指令当被计算机系统的处理器执行时控制所述计算机系统实施包括以下的操作：

执行多个图像采集过程以产生多个MRI图像，其中所述多个图像采集过程中的每个图像采集过程(i)包括施加具有RF幅度和频率偏移(Δω⁽ⁱ⁾)的偏共振自旋锁脉冲；和

基于所述多个MRI图像，计算磁化传递的一个或多个参数，其中所述磁化传递的一个或多个参数包括参数R_mpfsl，其被定义为其中：

是响应于具有第一RF幅度/>和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第一弛豫速率；

是响应于具有第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第二弛豫速率；以及

第一RF幅度第一频率偏移Δω⁽¹⁾、第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾被选择为使/>

40.如实施方案39所述的计算机可读介质，其中所述操作还包括：基于参数R_mpfsl计算磁化传递的一个或多个另外的参数。

41.如实施方案40所述的计算机可读介质，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括结合到半固体大分子的质子的结合池的池大小比(f_b)，所述池大小比(f_b)根据以下公式从参数R_mpfsl计算：

其中k_ba是自由水质子的自由水池和所述结合池之间的磁化交换速率，是表示所述结合池在第一偏共振频率Δω⁽¹⁾和第一RF幅度/>下的饱和速率的参数，/>是表示所述结合池在第二偏共振频率Δω⁽²⁾和第二RF幅度/>下的饱和速率的参数。

42.如实施方案41所述的计算机可读介质，其中所述饱和速率参数R_rfc是RF幅度(ω₁)、偏共振频率(Δω)以及结合池的横向弛豫时间(T_2b)的函数。

43.如实施方案42所述的计算机可读介质，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为不依赖于偏共振频率Δω或RF幅度ω₁的常数。

44.如实施方案42所述的计算机可读介质，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为通过与所述多个MRI图像拟合而确定的变量。

45.如实施方案40所述的计算机可读介质，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括表示与半固体大分子结合的质子的分数的大分子质子分数(MPF)。

46.如实施方案39所述的计算机可读介质，其中执行多个图像采集过程包括：

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，其中第一图像采集过程产生第一MRI图像/>

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，其中第二图像采集过程产生第二MRI图像/>

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，其中第三图像采集过程产生第三MRI图像/>以及

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第四自旋锁脉冲执行第四图像采集过程，其中第四图像采集过程产生第四MRI图像/>

47.如实施方案46所述的计算机可读介质，其中对于所述第一、第二、第三和第四自旋锁脉冲中的每一个使用相同的自旋锁时间(TSL)，并且根据以下公式测定弛豫参数R_mpfsl:

48.如实施方案39所述的计算机可读介质，其中：

执行多个图像采集过程包括：

以自旋锁时间为零，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，以确定第一磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，以确定第二磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，以确定第三磁化强度值；以及

计算参数R_mpfsl包括：

基于第一磁化强度值和第二磁化强度值计算第一弛豫速率以及

基于第一磁化强度值和第三磁化强度值计算第二弛豫速率

49.如实施方案48所述的计算机可读介质，其中所述操作还包括：

执行一个或多个附加图像采集过程以测量观察纵向弛豫速率(R_lobs)和平衡磁化强度(M₀)或乘积R_1obs·M₀，

其中在计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>中使用观察纵向弛豫速率R_1obs和平衡磁化强度M₀或乘积R_1obs·M₀。

50.如实施方案39所述的计算机可读介质，其中：

多个图像采集过程的第一子集中的每个图像采集过程包括施加具有第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲；和

多个图像采集过程的第二子集中的每个图像采集过程包括施加具有第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲。

51.如实施方案50的计算机可读介质，其中：

所述多个图像采集过程的第一子集和所述多个图像采集过程的第二子集各自包括至少两个图像采集过程；

第一子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的自旋锁时间(TSL)不同于第一子集中的每个其他图像采集过程的TSL；

第二子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的TSL不同于第二子集中的每个其他图像采集过程的TSL；和

从多个图像计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>

52.如实施方案51所述的计算机可读介质，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>是通过以下公式从所述多个图像计算：

和

对于变量M_ini和M₀·R_1obs，

其中：

M₀·R_1obs是纵向弛豫速率(R_1obs)和平衡磁化强度(M₀)的乘积；

θ等于

和/>是第一子集中的来自第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度。

53.如实施方案51所述的计算机可读介质，其中执行所述多个图像采集过程包括：

对于多个图像采集过程中的每一个，使用脉冲序列，使得：

其中M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度，τ1是已知的时间间隔，M₀是平衡磁化强度，R_1obs是纵向弛豫速率。

54.如实施方案53所述的计算机可读介质，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>是通过以下公式从所述多个图像计算的：

和

对于变量M₀和R_1obs，

其中：

θ等于

和/>是来自第一子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度强度。

55.如实施方案39所述的计算机可读介质，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加偏共振自旋锁RF脉冲簇。

56.如实施方案39所述的计算机可读介质，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加饱和RF脉冲。

57.如实施方案39所述的计算机可读介质，其中执行所述多个图像采集过程中的每一个包括在施加所述自旋锁脉冲之前或之后且在采集数据之前，施加至少一个预备脉冲序列。

58.一种使用磁共振成像(MRI)设备量化磁化传递的系统，所述系统包括：

用于执行多个图像采集过程以产生多个MRI图像的装置，其中所述多个图像采集过程中的每个图像采集过程(i)包括施加具有RF幅度和频率偏移(Δω⁽ⁱ⁾)的偏共振自旋锁脉冲；和

用于基于所述多个MRI图像，计算磁化传递的一个或多个参数的装置，其中所述磁化传递的一个或多个参数包括参数R_mpfsl，其被定义为其中：

是响应于具有第一RF幅度/>和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第一弛豫速率；/>

是响应于具有第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第二弛豫速率；以及

第一RF幅度第一频率偏移Δω⁽¹⁾、第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾被选择为使/>

59.如实施方案58所述的系统，还包括：用于基于参数R_mpfsl计算磁化传递的一个或多个另外的参数的装置。

60.如实施方案59所述的系统，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括结合到半固体大分子的质子的结合池的池大小比(f_b)，所述池大小比(f_b)根据以下公式从参数R_mpfsl计算：

其中k_ba是自由水质子的自由水池和所述结合池之间的磁化交换速率，是表示所述结合池在第一偏共振频率Δω⁽¹⁾和第一RF幅度/>下的饱和速率的参数，/>是表示所述结合池在第二偏共振频率Δω⁽²⁾和第二RF幅度/>下的饱和速率的参数。

61.如实施方案60所述的系统，其中所述饱和速率参数R_rfc是RF幅度(ω₁)、偏共振频率(Δω)以及结合池的横向弛豫时间(T_2b)的函数。

62.如实施方案61所述的系统，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为不依赖于偏共振频率Δω或RF幅度ω₁的常数。

63.如实施方案61所述的系统，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为通过与所述多个MRI图像拟合而确定的变量。

64.如实施方案59所述的系统，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括表示与半固体大分子结合的质子的分数的大分子质子分数(MPF)。

65.如实施方案58所述的系统，其中执行多个图像采集过程包括：

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，其中第一图像采集过程产生第一MRI图像/>

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，其中第二图像采集过程产生第二MRI图像/>

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，其中第三图像采集过程产生第三MRI图像/>以及

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第四自旋锁脉冲执行第四图像采集过程，其中第四图像采集过程产生第四MRI图像/>

66.如实施方案65所述的系统，其中对于所述第一、第二、第三和第四自旋锁脉冲中的每一个使用相同的自旋锁时间(TSL)，并且根据以下公式测定弛豫参数R_mpfsl:

67.如实施方案58所述的系统，其中：

执行多个图像采集过程包括：

以自旋锁时间为零，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，以确定第一磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，以确定第二磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，以确定第三磁化强度值；以及

计算参数R_mpfsl包括：

基于第一磁化强度值和第二磁化强度值计算第一弛豫速率以及

基于第一磁化强度值和第三磁化强度值计算第二弛豫速率

68.如实施方案67所述的系统，还包括：

用于执行一个或多个附加图像采集过程以测量观察纵向弛豫速率(R_lobs)和平衡磁化强度(M₀)或乘积R_1obs·M₀的装置，

其中在计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>中使用观察纵向弛豫速率R_1obs和平衡磁化强度M₀或乘积R_1obs·M₀。

69.如实施方案58所述的系统，其中：

多个图像采集过程的第一子集中的每个图像采集过程包括施加具有第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲；和

多个图像采集过程的第二子集中的每个图像采集过程包括施加具有第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲。

70.如实施方案69的系统，其中：

所述多个图像采集过程的第一子集和所述多个图像采集过程的第二子集各自包括至少两个图像采集过程；

第一子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的自旋锁时间(TSL)不同于第一子集中的每个其他图像采集过程的TSL；

第二子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的TSL不同于第二子集中的每个其他图像采集过程的TSL；和

从多个图像计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>

71.如实施方案70所述的系统，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>是通过以下公式从所述多个图像计算：

和

对于变量M_ini和M₀·R_1obs，

其中：

M₀·R_1obs是纵向弛豫速率(R_1obs)和平衡磁化强度(M₀)的乘积；

θ等于

和/>是第一子集中的来自第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度。

72.如实施方案70所述的系统，其中执行所述多个图像采集过程包括：

对于多个图像采集过程中的每一个，使用脉冲序列，使得：

其中M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度，τ1是已知的时间间隔，M₀是平衡磁化强度，R_1obs是纵向弛豫速率。

73.如实施方案72所述的系统，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率是通过以下公式从所述多个图像计算的：

和

对于变量M₀和R_1obs，

其中：

θ等于

和/>是来自第一子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度强度。

74.如实施方案58所述的系统，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加偏共振自旋锁RF脉冲簇。

75.如实施方案58所述的系统，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加饱和RF脉冲。

76.如实施方案58所述的系统，其中执行所述多个图像采集过程中的每一个包括在施加所述自旋锁脉冲之前或之后且在采集数据之前，施加至少一个预备脉冲序列。

下文详细描述与附图一起提供了对请求保护的发明的特性和优点的进一步理解。

附图简要说明

图1示出了可用于实施本申请的一些实施方案的MRI系统。

图2示出根据一些实施方案的各种组织类型的弛豫参数R_mpfsl和大分子质子分数(MPF)的近似和精确计算结果。

图3A-3E示出了根据一些实施方案，使用用于肝脏的参数，由全公式Bloch-McConnell模拟计算，弛豫参数R_mpfsl和自旋锁RF脉冲(或饱和RF脉冲)的RF幅度(也称为自旋锁频率(FSL))、频率偏移Δω⁽¹⁾和比例因子N＝Δω⁽²⁾/Δω⁽¹⁾之间的关系的示例。图3A示出了作为自旋锁频率(FSL)和频率偏移(FO)的函数的R_mpfsl图谱。图3B示出了精确R_mpfsl和近似R_mpfsl之间的相应的相对百分比误差。图3C示出了在各种条件下作为FO的函数的精确R_mpfsl和近似R_mpfsl。图3D示出了在各种条件下作为FSL的函数的精确R_mpfsl和近似R_mpfsl。图3E示出了作为比例因子N＝Δω⁽²⁾/Δω⁽¹⁾的函数的精确R_mpfsl和近似R_mpfsl。

图4示出了根据一些实施方案的用于确定MPF的第一方法400的流程图。

图5示出了根据一些实施方案的用于确定MPF的第二方法500的流程图。

图6示出了根据一些实施方案的用于确定MPF的第三方法600的流程图。

图7示出了根据一些实施方案的用于不同组织类型和不同参数的变化值的模拟结果。

图8示出了由于场不均匀性而可能发生的预期和实际自旋锁方向之间不匹配的示例。

图9A-9C示出了根据一些实施方案，场不均匀性的变化量对预期和实际自旋锁场方向之间的偏差(图9A)，实际自旋锁场方向和磁化方向之间的角度(图9B)以及测量的MPF中的相对误差(图9C)的影响的模拟结果。

发明详细描述

在本章节中描述了提供磁化传递的参数的量化的系统和方法的示例(也称为"实施方案")。根据这些实施方案和其它实施方案，可以使用自旋锁磁共振成像(MRI)技术来量化磁化传递的参数。应当注意的是，自旋锁也发生在饱和RF脉冲期间；因此，在本文描述的实施方案中，可以应用偏共振自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲，术语"自旋锁脉冲"被用于指自旋锁脉冲簇和饱和RF脉冲。可以执行一系列采集以提供对MT池具有特异性并独立于自由水池和化学交换池的最终测量结果。本领域技术人员能够清楚知道的是，本文描述的实施方案允许量化磁化传递，而不需要采集T1图或关于自由水池的弛豫特性的任何假设。

MRI系统

图1示出了可用于实施本申请的一些实施方案的MRI系统。MRI系统100包括计算机102，其与MRI设备104可通信地连接。

计算机102大体上可以是常规设计，并且可以包括用户界面106、处理器108、存储器110、梯度控制器112、RF控制器114和RF接收器116。用户界面106可以包括允许用户(例如，MRI系统100的操作员)输入指令或数据并查看信息的组件。例如，用户界面106可以包括键盘，鼠标，操纵杆，显示屏，触敏显示屏等。处理器108可包括能够执行程序代码指令以执行各种操作的通用可编程处理器(或任何其它处理器或处理器组)。存储器110可以包括易失性和非易失性存储元件(例如，DRAM,SRAM，闪存，磁盘，光盘等)的组合。存储器110的多个部分可以存储需要由处理器108执行的程序代码。程序代码的示例可以包括控制程序118和分析程序120，控制程序118可以如下文所述协调MRI设备104的操作以采集数据，分析程序120可以对从MRI设备104采集的数据执行分析算法(例如，如下文所述)。梯度控制器112,RF控制器114和RF接收器116可以配备有标准通信接口和协议，以与MRI设备104的各个部件通信，如下文所述。

MRI设备104大体上可以是常规设计，并且可以包括磁体130，梯度线圈132和RF线圈134、136。磁体130可以是能够在纵向方向上产生大的恒定磁场B0(例如，1.5T,3.0T等)的磁体，患者(或待成像其它个体)可以安置于一定区域中。梯度线圈132能够在恒定磁场B0中产生梯度；梯度线圈132的操作可由计算机102通过梯度控制器112控制。RF线圈134、136可以包括发射器(TX)线圈134和接收器(RX)线圈136。在一些实施方案中，单个线圈可以用作发射器和接收器。在一些实施方案中，RF发射器线圈134可以被放置在个体身体的需要被成像的部分周围，同时RF接收器线圈136被放置在MRI设备104内的其它地方。RF线圈134、136的优选设置可以根据需要成像的身体具体部分。阅读本申请的本领域技术人员能够做出适当的选择。

在操作中，计算机100可以通过梯度控制器112来驱动梯度线圈132，以对围绕待成像区域的磁场进行定型。计算机100可通过RF控制器114驱动RF发射器线圈134以产生具有所需频率(例如，目标同位素的共振频率)的RF脉冲，从而将核自旋驱动到激发态。当没有产生RF脉冲时，RF接收线圈136可以检测由从激发态的自旋弛豫而产生的RF波。RF接收器116可以包括放大器，数模转换器和用于从由RF接收器线圈136检测到的RF波生成数字数据的其它电路。RF接收器116可将此数据提供给处理器108以供分析。

MRI系统100是举例说明，并且许多变化和修改是可能的。本领域技术人员熟悉各种MRI设备和控制系统，以及MRI数据采集的基本原理，包括使用梯度场和RF脉冲，以及用于检测响应于RF脉冲的信号并处理这些信号以产生图像的技术。

在一些实施方案中，MRI系统100或其它MRI设备可用于产生适于个体的MT成像(例如患者体内的具体器官或组织)的脉冲序列。下文描述脉冲序列和成像操作的示例。

通常，MRI成像过程包括"预备"阶段和"采集"阶段。在预备阶段期间，可以在RF发射器线圈136中产生各种脉冲序列，以创建目标核的磁化矢量的期望状态。例如，可以使用"复位(reset)"序列来复位净磁化强度，使得净磁化强度变为零。其它类型的预备可以包括设计用于抑制来自具体类型的非目标组织(例如，血液，脂肪)的信号的脉冲序列。在本文描述的一些实施方案中，磁化预备序列可以包括自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲。自旋锁RF脉冲簇由下倾(tip-down)RF脉冲，自旋锁RF脉冲和上倾(tip-up)RF脉冲组成。饱和RF脉冲包括自旋锁RF脉冲，而没有下倾RF脉冲或上倾RF脉冲。自旋锁也可在饱和RF脉冲期间发生，术语"自旋锁脉冲"在本文中用于涵盖自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲(或期间发生自旋锁的其它脉冲或脉冲簇)。施加自旋锁RF脉冲或饱和RF脉冲持续指定的持续时间(称为自旋锁时间，或TSL)。一些磁化预备序列还可以包括切换(toggling)RF脉冲。在预备阶段之后，可以使用各种序列(例如快速自旋回波序列或所需的其它序列)来执行采集。

MPF量化过程

本文所述的某些实施方案进行MPF定量。在一些实施方案中，使用双池模型，其中测量的弛豫速率基于来自两个不同磁化池的贡献：自由水池(也称为"池a")和结合到大分子的质子池(也称为"结合池"或"池b")。该模型假定可以在自由水和结合池之间以某种速率发生磁化交换。两个池的比例大小在初始是未知的。表1中所示的符号用于表示两个池的各种参数。

表1

R1a＝1/T1a	池a(自由水池)的纵向弛豫速率
		R1b＝1/T1b	池b(结合池)的纵向弛豫速率
R2a＝1/T2a	池a横向弛豫速率
		R2b＝1/T2b	池b横向弛豫速率
fa，fb	池a和池b(fa＝1)的池大小比。
		kba，kab	池b与池a之间的交换速率

根据双池模型，对于具有RF幅度ω₁和共振频率偏移:Δω的自旋锁脉冲，可以通过求解Bloch-McConnell公式来导出自旋锁期间的弛豫速率(R_1ρ)

R_1ρ(Δω,ω₁)＝R_水(Δω,ω₁)+R_mt(Δω,ω₁), (1)

其中R_水为在旋转坐标系中水的有效弛豫速率，R_mt是MT依赖性弛豫速率。有效弛豫速率R_水可以表示为：

R_水＝R_1acos²θ+R_2asin²θ, (2)

其中

MT依赖性弛豫速率R_mt可以表示为：

其中r_1a＝R_1a-R_水，r_2a＝R_2a-R_水，r_1b＝R_1b+R_rfc-R_水；其中R_rfc表示所结合池的饱和速率。结合池的饱和速率R_rfc是RF幅度(ω₁)，偏共振频率(Δω)和T_2b的函数。

在一些实施方案中，其中

是结合池的超级Lorentzian线型。在一些实施方案中，也可以使用其它线型，例如高斯线型。公式(4)的推导作为基于Bloch-McConnell公式的特征空间解的MT依赖性弛豫的解析表达式已经描述于Zaiss et al.,“A combined analytical solution for chemicalexchange saturation transfer and semi-solid magnetization transfer,”NMR inBiomedicine 28(2):217-30(2015)。

大分子质子分数(MPF)可以定义为：

根据一些实施方案，MPF可以通过测量在自旋锁脉冲的偏共振频率和RF幅度的两个不同组合下的两次测定的R_1ρ的差异来量化。(应当理解，对于偏共振自旋锁，Δω≠0)。该参数被定义为R_mpfsl。具体为：

其中上标⁽¹⁾和⁽²⁾表示不同的采集。如果两个采集的偏共振频率和RF幅度满足以下条件：

则公式(3)给出θ⁽¹⁾＝θ⁽²⁾，公式(2)得出ΔR_水＝0

在一些实施方案中，偏共振频率Δω⁽¹⁾和Δω⁽²⁾被选择为使得：

和

Δω⁽¹⁾＞＞R_2a (10)

对于活组织，R_2a数十赫兹的量级。在公式(9)和(10)的条件下，r_1a≈0，r_1c≈R_rfc。因此，应用公式(4)，公式(7)变成：

图2显示对于不同MPF值的三种不同组织类型肝脏、软骨和白质，公式(11)(“近似”)与使用公式(4)、(7)和(8)而未进行近似计算的“精确”R_mpfsl相比的结果。出于计算的目的，使用来自前期公布的工作成果的MT参数。肝脏、软骨和白质的参数值分别为：T_1a＝T_1b＝812ms,1168ms和1084ms；T_2a＝42ms,27ms和69ms；T_2b＝7.7μs，8.3μs和10μs；f_b＝6.9％、17.1％和13.9％；k_ba＝51s^-1，57s^-1和23s^-1。在所有情况下，用于两次采集的偏共振自旋锁参数是：Δω⁽¹⁾＝2π·1000Hz，Δω⁽²⁾＝2π·4000Hz， 在所有情况下，公式(11)在MPF值的范围内提供了对R_mpfsl的精确计算的非常接近的近似计算。如图2所示，R_mpfsl随MPF单调增加，根据公式(6)，MPF是f_b的函数。

根据各种实施方案，公式(11)形成MPF定量方法的基础。从公式(6)和(11)，如果k_ba和T_2b的值是已知的，则可以根据R_mpfsl的测量来计算MPF。关于k_ba和T_2b，已经证实，对于一些应用，这些参数在个体之间变化范围较窄。因此，在一些实施方案中，可以假设k_ba和T_2b是常数，并且可以使用公开的值。或者，可将k_ba和T_2b视为变量，可通过将来自多次采集的数据拟合到公式(11)来计算MPF。需要注意，从测量的R_mpfsl中提取MPF并不需要T1图谱。然而，从R_mpfsl计算MPF可能需要B1图谱，可使用常规方法(或可能后期会开发出的其它方法)快速获得B1图谱。

如上所述，公式(11)的推导假定公式(8)的条件成立。如果对于常数比例因子N(其可以是但不必是整数)Δω⁽²⁾＝NΔω⁽¹⁾且则公式(8)成立。因此，可以通过选择/>Δω⁽¹⁾和N来确定RF幅度/>和共振频率偏移Δω⁽¹⁾、Δω⁽²⁾。具体值是设计选择的问题，其可以由以下考虑因素来指导。首先，用于每次采集的频率偏移应当足够大以满足公式(9)和(10)。第二，公式(11)的推导忽略化学交换池的存在，化学交换池可贡献于R_1ρ，因此对R_mpfsl的测量值造成混淆因素。为了避免化学交换的混淆效应，可以选择远离化学交换池的化学位移的Δω。第三，/>Δω⁽¹⁾和N的选择影响R_mpfsl的信号水平。

R_mpfsl和Δω⁽¹⁾、Δω⁽²⁾具体选择之间的具体关系可以使用全公式Bloch-McConnell模拟来建模。图3A-3E示出了根据一些实施方案，使用用于肝脏的参数，由全公式Bloch-McConnell模拟计算，R_mpfsl和自旋锁频率/>(图3A-3D显示为FSL)以及频率偏移Δω⁽¹⁾(图3A-3E显示为FO)之间的关系的示例。图3A示出了作为FSL和FO的函数的R_mpfsl图谱，其中N＝4。图3B示出了精确R_mpfsl和近似R_mpfsl之间的以分贝(dB)为单位的相的相对百分比误差。图3C分别示出了对于N＝4和FSL＝50Hz,100Hz和200Hz，作为FO的函数的精确R_mpfsl和近似R_mpfsl。图3D分别示出了对于N＝4和FO＝500Hz,1000Hz和2000Hz，作为FSL的函数的精确R_mpfsl和近似R_mpfsl。图3E分别示出了对于FSL＝100Hz和FO＝500Hz,1000Hz和2000Hz，作为比例因子N的函数的精确R_mpfsl和近似R_mpfsl。

基于图3A-3E，频率偏移Δω⁽¹⁾(或FO)的选择可以考虑以下因素：当频率偏移较小时，由于近似引起的误差上升，这是由于违反了公式(9)和(10)，这从图3C可以看得最清楚。因此，增加的频率偏移有助于保持当自旋锁频率(或FSL)增加时公式(11)的准确性。然而，较高的频率偏移可能导致信号丢失，如图3B所示。此外，对于给定的频率偏移，最佳自旋锁频率可以被定义为在给定频率偏移下使R_mpfsl最大化的自旋锁频率(如图3D所示)。在临床实践中，自旋锁频率FSL的选择也可能受限于特定吸收速率(SAR)界值，因为较大的值可能导致不利的高SAR沉积。类似地，N的选择可以考虑以下因素：从SAR的角度来看，小的N是优选的，而对于小的N,R_mpfsl信号变小(如图3E所示)。尽管在该实例中使用了肝组织，但是对其它组织的模拟研究考虑因素类似。

在一些实施方案中，这些考虑因素带来以下参数值的选择：Δω⁽¹⁾＝2π·1000Hz，N＝4。这些参数值在以下实例中使用；然而应当理解，可以选择不同的参数值。

R_mpfsl采集过程

如上所述，MPF和其它磁化传递参数可以从R_mpfsl的一个或多个测量值确定，R_mpfsl被定义为：在自旋锁脉冲的偏共振频率和RF幅度的两个不同组合下的两次数据采集的R_1ρ的差异。在一些实施方案中，可使用施加自旋锁RF脉冲簇的偏共振自旋锁技术然后进行成像数据采集来测量R_1ρ。自旋锁RF脉冲簇可以包括下倾RF脉冲，自旋锁RF脉冲和上倾RF脉冲。下倾RF脉冲以由所选择的自旋锁频率ω₁和频率偏移Δω所确定的特定翻转角翻转纵向磁化。在下倾脉冲之后，施加自旋锁RF脉冲与磁化平行的持续时间，并将自旋锁在特定的翻转角。在自旋锁RF脉冲之后，上倾RF脉冲将自旋翻转回纵向。硬脉冲或绝热脉冲可用于下倾和上倾RF脉冲。在一些实施方案中，可以使用饱和RF脉冲来代替自旋锁RF脉冲簇。对于饱和RF脉冲，仅存在饱和(或自旋锁)RF脉冲，没有下倾或上倾RF脉冲。在使用饱和RF脉冲的情况下，脉冲的持续时间可以比自旋锁RF脉冲簇的自旋锁RF脉冲的持续时间长得多，并且饱和RF脉冲的B1幅度可以比自旋锁RF脉冲簇的自旋锁RF脉冲的B1幅度小得多。本文使用的术语"自旋锁脉冲"包括自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲(或期间发生自旋锁的其它脉冲或脉冲簇)。

现在描述测量R_mpfsl的四种方法。应当理解，这些方法是说明性的而不是限制性的。

根据第一种方法，通过直接测量获得R_mpfsl，而不单独测量和/>R_mpfsl的直接测量可以包括将切换RF脉冲与偏共振自旋锁脉冲(包括自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲)组合以获得磁化预备图像。切换RF脉冲描述于例如Alex K.Smith et al.,“Rapid,High-Resolution Quantitative Magnetization Transfer MRI of the Human Spinal Cord,”NeuroImage95:106–16,https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2014.03.005(July 15,2014),和Tao Jin and Seong-Gi Kim,“Quantitative Chemical Exchange SensitiveMRI Using Irradiation with Toggling Inversion Preparation,”Magnetic Resonancein Medicine 68(4):1056–64,https://doi.org/10.1002/mrm.24449(2012).可在自旋锁脉冲之前施加(或不施加)切换RF脉冲。

例如，可以采集四个图像。具体地，在且如上文所述选择的两个不同的自旋锁条件和/>的每一个条件下，获得两个图像：在开启切换RF脉冲的情况下获得第一图像(/>和/>)，并且在切换RF脉冲关闭的情况下获得第二图像(/>和)。如果将相同的自旋锁RF脉冲或饱和RF脉冲的持续时间(表示为TSL)用于所有四次采集，则R_mpfs1可以如下计算：

图4示出了根据一些实施方案的用于确定MPF的方法400的流程图。可以使用诸如图1的MRI设备100的MRI设备来执行方法400。在框402，个体(例如，组织需要被成像的患者)被安置在MRI设备内。这可以包括使患者处于仰卧或其它所需姿势，并将患者在MRI设备内对准。在一些实施方案中，该步骤还可以包括将RF和/或梯度线圈定位；具体定位将取决于被成像的目标。

在框404，可以施加多种预备脉冲序列。实例包括磁化复位序列，用于降低所选组织类型(例如，血液，脂肪等)的影响的序列等。这样的序列可以是常规的并且是任选的；此处省略了详细描述，因为这对理解所要求保护的发明不是关键的。

在框406，执行第一图像采集。在一些实施方案中，第一图像采集可以包括在框408处施加具有特征的自旋锁脉冲(包括自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲)，随后在框410处进行信号采集。信号采集可以包括产生RF脉冲以刺激来自个体的信号，并操作RF接收线圈以检测该信号。可以进行各种采集序列，包括单发或多发快速自旋回波(FSE)序列；也可使用适于量化R_1ρ的其它采集序列和技术。在信号采集期间，可以收集第一数据集。在框412，可以基于该数据集计算第一图像/>可以使用用于从所采集的MRI数据生成图像的常规技术；实例包括所采集的k空间数据的傅立叶变换。

在框416，执行第二图像采集。在一些实施方案中，第二图像采集可以包括在框418处施加切换RF脉冲，接着在框420处施加具有特征的自旋锁脉冲(包括自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲)，接着在框422处信号采集，以收集第二数据集。信号采集操作可以与框412的信号采集操作类似或相同。在框424处，可基于在框422处收集的数据集来计算第二图像/>方式类似于在框412处计算第一图像。

在框426，执行第三图像采集。第三图像采集可以类似于框406处的第一图像采集，除了自旋锁脉冲具有不同的特征第三图像可以作为/>

在框436，执行第四图像采集。第四图像采集可以类似于框416处的第二图像采集，除了自旋锁脉冲具有不同的特征并且第四图像可以作为/>

在框440处，可以例如根据公式(12)从四个图像计算弛豫参数R_mpfsl。在框442处，可以例如根据公式(11)和(6)从R_mpfsl计算MPF。

方法400是说明性的，并且变化或修改是可能的。例如，图像的采集可以以任何顺序发生。在该示例中，所有四次采集使用相同的(非零)TSL，并且可以根据需要选择TSL。根据公式(8)-(10)，可以根据需要选择自旋锁脉冲(可以包括自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲)的偏共振频率和RF幅度。在一些实施方案中，可以在每个自旋锁脉冲之后并且在每个信号采集序列之前施加破碎梯度(crusher gradients)。可以在每个自旋锁脉冲之前或之后以及在每个信号采集序列之前，施加脂肪抑制和/或其它预备脉冲序列。使用方法400或类似的方法，可以直接根据测量的磁化强度(或图像)来测定R_mpfsl，而无需单独测量和/>

根据第二种方法，R_mpfsl可以通过单独获得和/>并计算差异来确定。在第二种方法中，可以假定观察纵向弛豫速率(R_1obs＝1/T_1obs，其中T_1obs是观察T1弛豫时间)和平衡磁化强度M₀是已知的，或者乘积R_1ob·M₀是已知的。可使用常规方法(或后续开发出的其它方法)来确定R_1obs和M₀(或乘积R_1obs·M₀)，在此省略详细描述。当R_1obs和M₀是已知的或乘积R_1obs·M₀是已知的，/>和/>可以使用三次采集来定量。

例如，第一采集可以使用以下参数：TSL＝0ms，Δω⁽¹⁾＝2π·1000Hz， (应当理解，当TSL＝0ms时，Δω⁽¹⁾和/>确定下倾和上倾RF脉冲的翻转角，并且没有自旋锁RF脉冲。)第一采集的测量磁化强度强度(M¹)可以表示为：

M¹＝M_ini, (13)

其中M_ini为在下倾RF脉冲之后并且在自旋锁RF脉冲或饱和RF脉冲的开始时的初始磁化强度。

对于第二采集，参数可以是：TSL＝50ms(或其它非零时间)， Δω⁽¹⁾＝2π·1000Hz。第二采集的在自旋锁结束时测量的磁化强度强度(M²)可以表示为：

其中M_ss1为稳态磁化强度。M_ss1可表示为：

其中假定R_1obs和M₀是已知的(或乘积R_1obs·M₀是已知的)，则将公式(13)和(15)代入公式(14)之后，/>是唯一未知变量。因此，可以通过求解公式(14)来计算/>

对于第三采集，参数可以是：Δω⁽²⁾＝NΔω⁽¹⁾，其中N是常数比例因子。TSL可以与第二采集的TSL相同，或者可以是大于零的任何其它值。第三采集的自旋锁结束时测得的磁化强度(M³)可以表示为：

其中M_ss2为稳态磁化强度。M_ss2可表示为：

如果在第一和第三采集中使用相同的自旋锁准备类型(即，硬RF脉冲或绝热脉冲)，则可以使用来自公式(13)的相同M_ini。与第二采集类似，在将公式(13)和(17)代入公式(16)之后，是唯一未知变量。因此，可以通过求解公式(16)来计算/>

一旦计算了和/>R_mpfsl就可以根据公式(7)计算为/>

图5示出了根据一些实施方案的用于测定MPF的方法500的流程图。可以使用诸如图1的MRI设备100的MRI设备来执行方法500。在框502，个体(例如，组织需要被成像的患者)被安置在MRI设备内。这可以包括使患者处于仰卧或其它所需姿势，并将患者在MRI设备内对准。在一些实施方案中，该步骤还可以包括将RF和/或梯度线圈定位；具体定位将取决于被成像的目标。

在框504，可以施加多种预备脉冲序列。实例包括磁化复位序列，用于降低所选组织类型(例如，血液，脂肪等)的影响的序列等。这样的序列可以是常规的并且是任选的；此处省略了详细描述，因为这对理解所要求保护的发明不是关键的。

在框506，执行第一图像采集。在一些实施方案中，第一图像采集可以包括在框508处施加自旋锁脉冲，其中TSL＝0ms，Δω⁽¹⁾＝2π·1000Hz，并且随后在框510处进行信号采集。与方法400类似，信号采集可以包括产生RF脉冲以刺激来自个体的信号并操作RF接收线圈以检测信号。可以进行各种采集序列，包括单发或多发快速自旋回波(FSE)序列；也可使用适于量化R_1ρ的其它采集序列和技术。在信号采集期间，可以收集第一数据集。在框512，可以基于该数据集计算第一图像M¹。可以使用用于从所采集的MRI数据生成图像的常规技术；实例包括所采集的k空间数据的傅立叶变换。

在框516，执行第二图像采集。在一些实施方案中，第二图像采集可以包括在框520处施加自旋锁脉冲(包括自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲)，其中TSL＝50ms(或其它非零时间)，Δω⁽¹⁾＝2π·1000Hz，随后在框522处进行信号采集以收集第二数据集。信号采集操作可以与框510的信号采集操作类似或相同。在框524处，可基于在框522处收集的数据集来计算第二图像M²，方式类似于在框512处计算第一图像。

在框526，执行第三图像采集。在一些实施方案中，第三图像采集可以包括在框528处施加自旋锁脉冲(包括自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲)，其中TSL大于零， Δω⁽²⁾＝NΔω⁽¹⁾，N是常数比例因子，随后在框530处实施信号采集以收集第三数据集。信号采集操作可以与框510的信号采集操作类似或相同。在框532处，可基于在框522处收集的数据集来计算第三图像M³，方式类似于在框512处计算第一图像。

在框534，可以基于第一和第二图像来计算例如，通过如上所述求解公式(14)。在框536，可以基于第一和第三图像来计算/>例如，通过如上所述求解公式(16)。在框540，弛豫参数R_mpfsl可以被计算为/>在框542,可以例如根据公式(11)和(6)来从R_mpfsl计算MPF。

方法500是说明性的，并且变化或修改是可能的。例如，图像的采集可以以任何顺序发生。根据公式(8)-(10)，可以根据需要选择自旋锁脉冲(可以包括自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲)的偏共振频率和RF幅度。在一些实施方案中，可以在每个自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲之后并且在每个信号采集序列之前施加破碎梯度(crusher gradients)。可以在每个自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲之前或之后以及在每个信号采集序列之前，施加脂肪抑制和/或其它预备脉冲序列。方法500使用三次采集而不是四次采集，但是假定R_1obs和M₀是已知的(或乘积R_1obs·M₀是已知的)，这可能需要一次或多次额外的采集。

根据第三种方法，R_mpfsl可以通过单独地获得和/>并且然后计算差值来确定，但是R_1obs和M₀是未知的。例如，根据公式(14)和(15)，对于使用RF幅度/>和频率偏移Δω⁽¹⁾的图像采集i，自旋锁后的磁化强度/>可表示为：

其中是第i次采集的自旋锁时间。类似地，根据公式(16)和(17)，对于使用RF幅度/>和频率偏移Δω⁽²⁾的图像采集i，自旋锁后的磁化强度/>可以表示为：

其中是第i次采集的自旋锁时间。在公式(14')和(16')中,/>是已知的。/>或者/>也是为每个采集选择的，因此是已知的，/>或/>由采集的信号确定。因此，公式(14')和(16')涉及四个未知量：M_ini、/>和乘积M₀·R_1obs。如果使用RF幅度/>和频率偏移Δω⁽¹⁾来执行至少两个采集i，并且使用RF幅度/>和频率偏移Δω⁽²⁾来执行至少两个其它采集i，伴随变化的TSL值，则可以使用常规优化方法、神经网络或其它优化方法从公式(14')和(16')导出/>和/>R_mpfsl可以计算为/>/>

图6示出了根据一些实施方案的测定MPF的方法600的流程图。可以使用诸如图1的MRI设备100的MRI设备来执行方法600。在框602，个体(例如，组织需要被成像的患者)被安置在MRI设备内。这可以包括使患者处于仰卧或其它所需姿势，并将患者在MRI设备内对准。在一些实施方案中，该步骤还可以包括将RF和/或梯度线圈定位；具体定位将取决于被成像的目标。

在框604，可以施加多种预备脉冲序列。实例包括磁化复位序列，用于降低所选组织类型(例如，血液，脂肪等)的影响的序列等。这样的序列可以是常规的并且是任选的；此处省略了详细描述，因为这对理解所要求保护的发明不是关键的。

在框606，执行至少四次图像采集。在一些实施方案中，在框608处，每个图像采集i包括为自旋锁脉冲(包括自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲)选择特征。所选择的特征可以包括自旋锁RF脉冲或饱和RF脉冲的持续时间(TSL_i)，自旋锁RF脉冲(自旋锁频率)或饱和RF脉冲的B1幅度，以及频率偏移。在一些实施方案中，使用和Δω⁽¹⁾的第一选择来执行一半采集，使用满足公式(8)-(10)的条件的/>和Δω⁽²⁾的第二选择来执行另一半采集，而对于不同的采集改变TSL_i，使得使用/>或/>的相同选择的不同采集i使用不同的TSL_i。在框610处，施加具有选定特征的自旋锁脉冲，接着在框612处进行信号采集。与方法400或方法500类似，信号采集可以包括产生RF脉冲以刺激来自个体的信号并操作RF接收线圈以检测信号。可以进行各种采集序列，包括单发或多发快速自旋回波(FSE)序列；也可使用适于量化R_1ρ的其它采集序列和技术。在信号采集期间，可以收集数据集。在框614，可以基于数据集来计算图像M。可以使用用于从所采集的MRI数据生成图像的常规技术；实例包括所采集的k空间数据的傅立叶变换。可以对要采集的每个图像重复框608-614。图像采集的数量可以根据需要选择。由于需要确定四个未知量，因此需要至少四个采集。如果需要，可以执行额外的采集，并且可以改进优化结果。

在框620处，在采集图像之后，可以使用如上所述的优化方法，基于图像来计算和/>在框622，弛豫参数R_mpfs1可以计算为/>在框624,可以例如根据公式(11)和(6)来从R_mpfsl计算MPF。

方法600是说明性的，并且变化或修改是可能的。例如，图像的采集可以以任何顺序发生。根据公式(8)-(10)，可以根据需要选择自旋锁脉冲(可以包括自旋锁RF脉冲簇或饱和RF脉冲)的偏共振频率和RF幅度。在一些实施方案中，可以在每个自旋锁脉冲之后并且在每个信号采集序列之前施加破碎梯度。可以在每个自旋锁脉冲之前或之后以及在每个信号采集序列之前施加脂肪抑制和/或其它预备脉冲序列。可以使用少至四个采集来执行方法600。

根据第四种方法，R_mpfsl可以通过单独地获得和/>然后计算差值来确定，同样R_1obs和M₀是未知的。在第四种方法中，脉冲序列被设计成使得：

其中τ1是已知的时间间隔。考虑公式(14'),(16')和(18)，还有四个未知量：M₀、R_1obs。因此，如在第三种方法中，如果使用RF幅度/>和频率偏移Δω⁽¹⁾执行至少两个采集i，并且使用RF幅度/>和频率偏移Δω⁽²⁾执行至少两个其它采集i，伴随变化的TSL_i值，则使用常规优化方法、神经网络或其它优化方法可以从公式(14'),(16')和(18)导出/>和/>R_mpfsl可以计算为/>可以使用方法600或类似的方法来实现第四方法以及第三方法。

上述方法或其它类似方法可提供对MT效应特异的MPF的定量测量。如公式(7)所示，减除方法可去除R_水并因此减轻由于炎症的水含量或其它原因(例如肝脏中的铁)的影响。如上所述，这些方法和其它方法可以使用多个图像，可以通过使用公式(11)拟合测量值从多个图像确定参数f_b、k_ba和T_2b。

实施例：模拟研究

发明人已经对包括软骨、白质(WM)和肝脏的组织施加方法400进行了数值模拟。相关参数的标称值如表2所示。自旋锁参数被选择为：Δω⁽¹⁾＝2π·1000Hz，Δω⁽²⁾＝2π·4000Hz，在偏共振自旋锁之后，在数据采集之前，施加破碎梯度，从而使横向平面中的磁化去相。

表2

组织类型	T1a(ms)	T2a(ms)	T1b(ms)	T2b(us)	kba(S-1)	fb(％)
							软骨组织	1168	27	1168	8.3	57	17.1
白质	1084	69	1084	10	23	13.9
							肝脏	812	42	812	7.7	51	6.9

进行第一模拟研究以评估R_mpfsl对化学交换存在的敏感性。基于包括自由水池和结合池的双池模型导出公式(11)。应当认识到，组织中通常存在代表化学交换的第三池。为了评估R_mpfsl对化学交换(CEST)池存在的敏感性，使用三池Bloch-McConnell模拟，用自由水池、CEST池和结合池进行模拟。对于CEST池，使用以下参数：(自由水池的纵向弛豫速率)；/>化学位移Δω_cest＝1.9ppm；从CEST池到自由水池的交换速率k^cest＝1500s^-1；CEST池大小比f^cest＝0.14％。对于自由水池和结合池，表2的参数用作标称值。图7显示对以下参数的改变值，肝脏(圆圈)，软骨(菱形)和白质(正方形)的模拟结果：R_1a(图701)；R_2a(图702)；R_1b(图703)；T_2b(图704)；k_ba(图705)；MPF，它是根据公式(6)的f_b的函数(图706)；/>(图707)；k^cest(图708)；以及CEST池大小比f^cest(图709)。在图701-709的每一个中，在从参数的标称值的一半到标称值的两倍的范围上，R_mpfsl被绘制为相应参数的函数。对于每种组织类型，R_mpfsl对f_b(MPF),k_ba和T_2b敏感，如通过公式(11)所预测的，但对其它参数不敏感。应当注意，本领域的其它工作成果已经确定，在某些应用中，R_2b(＝1/T_2b)和k_ba可以被认为是近似恒定的，这简化了从R_mpfsl确定MPF的方法。

进行第二模拟研究以评估R_mpfsl对B1 RF和B0场不均匀性的敏感性。假定公式(8)的条件得到满足θ⁽¹⁾＝θ⁽²⁾，消除了自由水池的影响。然而，B1 RF和B0场不均匀性的存在可能导致θ⁽¹⁾≠θ⁽²⁾，导致计算误差。图8示出了由于场不均匀性而可能发生的预期和实际自旋锁方向之间不匹配的示例。在理想情况下，磁化方向(M_ideal)与自旋锁场的有效方向(B_1eff,ideal)以相对于纵向(z)轴的角度θ对准。在B1 RF和B0场不均匀的情况下，自旋锁场的实际有效方向(B_1eff,real)偏离理想方向角度φ₂，并且磁化方向(M_real)偏离方向B_1eff,real角度φ₁。

为了评估场不均匀性的影响，在B1 RF和B0场不均匀性的变化条件下，使用具有自由水池和MT池的双池Bloch-McConnell模拟进行模拟。使用肝脏组织的参数。在每组条件下，使用上述第一种方法进行R_mpfsl和MPF的测定。图9A-9C示出了模拟的结果。图9A和9B分别示出了作为B1(范围从0.7至1.3)和B0(范围从-100Hz至+100Hz)中的不均匀性的函数的角φ₂和φ₁的分布。图9C示出了作为B1和B0中的不均匀性的函数的测量的MPF中的相对误差。可以看出，在模拟的不均匀性范围内，误差小于1％。使用其它组织类型(软骨和白质)的模拟产生类似的低相对误差。

其他实施方案

虽然已经参考具体实施方案描述了本申请的各项发明，但是本领域的技术人员将理解，可以对其进行多种修改。例如，可以修改上述脉冲序列参数，并且可以根据需要加入额外的脉冲序列。可以使用上述任何一种或其它方法来从MRI图像数据确定R_mpfsl，如公式(7)所定义。本文所述的MT定量可应用于多种组织类型，但不限于本文公开的具体实例。

在一些实施方案中，如上所述的图像分析操作可以在执行图像采集在相同的计算机系统中执行(例如，如参考图1所描述的)。在其它实施方案中，可以使用分布式计算系统，并且可以将使用图像采集系统(例如，如上参考图1所述)采集的图像数据传送到不同的计算机系统以供分析。应当理解，计算机系统可以包括一般常规设计的硬件组件(例如，处理器，存储器和/或其它存储设备，用户界面组件，网络接口组件)，并且可以向计算机系统提供程序代码或其它指令，以使得系统执行计算和/或实现本文所述实施方案或各个方面的其它方法。

因此，尽管已经结合具体实施方案描述了本申请的各项发明，但是应当理解，本申请旨在覆盖权利要求书范围内的所有变化方案和等同方案。

Claims (76)

1.一种使用磁共振成像(MRI)设备量化磁化传递的方法，所述方法包括：

执行多个图像采集过程以产生多个MRI图像，其中所述多个图像采集过程中的每个图像采集过程(i)包括施加具有RF幅度和频率偏移(Δω⁽ⁱ⁾)的偏共振自旋锁脉冲；和

基于所述多个MRI图像，计算磁化传递的一个或多个参数，其中所述磁化传递的一个或多个参数包括参数R_mpfsl，其被定义为其中：

是响应于具有第一RF幅度/>和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第一弛豫速率；

是响应于具有第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第二弛豫速率；

所述第一RF幅度不同于所述第二RF幅度/>以及

第一RF幅度第一频率偏移Δω⁽¹⁾、第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾被选择为使/>

2.如权利要求1所述的方法，还包括：基于参数R_mpfsl计算磁化传递的一个或多个另外的参数。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括结合到半固体大分子的质子的结合池的池大小比(f_b)，所述池大小比(f_b)根据以下公式从参数R_mpfsl计算：

其中k_ba是自由水质子的自由水池和所述结合池之间的磁化交换速率，是表示所述结合池在第一偏共振频率Δω⁽¹⁾和第一RF幅度/>下的饱和速率的参数，/>是表示所述结合池在第二偏共振频率Δω⁽²⁾和第二RF幅度/>下的饱和速率的参数。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述饱和速率参数R_rfc是RF幅度(ω₁)、偏共振频率(Δω)以及结合池的横向弛豫时间(T_2b)的函数。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为不依赖于偏共振频率Δω或RF幅度ω₁的常数。

6.如权利要求4所述的方法，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为通过与所述多个MRI图像拟合而确定的变量。

7.如权利要求2所述的方法，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括表示与半固体大分子结合的质子的分数的大分子质子分数(MPF)。

8.如权利要求1所述的方法，其中执行多个图像采集过程包括：

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，其中第一图像采集过程产生第一MRI图像/>

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，其中第二图像采集过程产生第二MRI图像/>

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，其中第三图像采集过程产生第三MRI图像/>以及

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第四自旋锁脉冲执行第四图像采集过程，其中第四图像采集过程产生第四MRI图像/>

9.如权利要求8所述的方法，其中对于所述第一、第二、第三和第四自旋锁脉冲中的每一个使用相同的自旋锁时间(TSL)，并且根据以下公式测定弛豫参数R_mpfsl:

10.如权利要求1所述的方法，其中：

执行多个图像采集过程包括：

以自旋锁时间为零，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，以确定第一磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，以确定第二磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，以确定第三磁化强度值；以及

计算参数R_mpfsl包括：

基于第一磁化强度值和第二磁化强度值计算第一弛豫速率以及

基于第一磁化强度值和第三磁化强度值计算第二弛豫速率

11.如权利要求10所述的方法，还包括：

执行一个或多个附加图像采集过程以测量观察纵向弛豫速率(R_lobs)和平衡磁化强度(M₀)或乘积R_1obs·M₀，

其中在计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>中使用观察纵向弛豫速率R_1obs和平衡磁化强度M₀或乘积R_1obs·M₀。

12.如权利要求1所述的方法，其中：

多个图像采集过程的第一子集中的每个图像采集过程包括施加具有第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲；和

多个图像采集过程的第二子集中的每个图像采集过程包括施加具有第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲。

13.如权利要求12的方法，其中：

所述多个图像采集过程的第一子集和所述多个图像采集过程的第二子集各自包括至少两个图像采集过程；

第一子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的自旋锁时间(TSL)不同于第一子集中的每个其他图像采集过程的TSL；

第二子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的TSL不同于第二子集中的每个其他图像采集过程的TSL；和

从多个图像计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>

14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>是通过以下公式从所述多个图像计算：

和

对于变量M_ini和M₀·R_1obs，

其中：

M₀·R_1obs是纵向弛豫速率(R_1obs)和平衡磁化强度(M₀)的乘积；

0等于

和/>是第一子集中的来自第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度。

15.如权利要求13所述的方法，其中执行所述多个图像采集过程包括：

对于多个图像采集过程中的每一个，使用脉冲序列，使得：

其中M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度，τ1是已知的时间间隔，M₀是平衡磁化强度，R_1obs是纵向弛豫速率。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>是通过以下公式从所述多个图像计算的：

和

对于变量M₀和R_1obs，

其中：

θ等于

和/>是来自第一子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度强度。

17.如权利要求1所述的方法，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加偏共振自旋锁RF脉冲簇。

18.如权利要求1所述的方法，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加饱和RF脉冲。

19.如权利要求1所述的方法，其中执行所述多个图像采集过程中的每一个包括在施加所述自旋锁脉冲之前或之后且在采集数据之前，施加至少一个预备脉冲序列。

20.磁共振成像(MRI)系统，包括：

具有磁体、梯度线圈和一个或多个射频(RF)线圈的MRI设备；和

与所述MRI设备可通信连接的计算机，所述计算机具有处理器、存储器和用户界面，所述处理器被配置为：

使用所述MRI设备执行多个图像采集过程以产生多个MRI图像，其中所述多个图像采集过程中的每个图像采集过程(i)包括施加具有RF幅度和频率偏移(Δω⁽ⁱ⁾)的偏共振自旋锁脉冲；和

基于所述多个MRI图像，计算磁化传递的一个或多个参数，其中所述磁化传递的一个或多个参数包括参数R_mpfsl，其被定义为其中：

是响应于具有第一RF幅度/>和第一频率偏移Δv⁽¹⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第一弛豫速率；

是响应于具有第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第二弛豫速率；

所述第一RF幅度不同于所述第二RF幅度/>以及

第一RF幅度第一频率偏移Δv⁽¹⁾、第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾被选择为使/>

21.如权利要求20所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为基于参数R_mpfsl计算磁化传递的一个或多个另外的参数。

22.如权利要求21所述的系统，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括结合到半固体大分子的质子的结合池的池大小比(f_b)，所述池大小比(f_b)根据以下公式从参数R_mpfsl计算：

其中k_ba是自由水质子的自由水池和所述结合池之间的磁化交换速率，是表示所述结合池在第一偏共振频率Δω⁽¹⁾和第一RF幅度/>下的饱和速率的参数，/>是表示所述结合池在第二偏共振频率Δω⁽²⁾和第二RF幅度/>下的饱和速率的参数。

23.如权利要求22所述的系统，其中所述饱和速率参数R_rfc是RF幅度(ω₁)、偏共振频率(Δω)以及结合池的横向弛豫时间(T_2b)的函数。

24.如权利要求23所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为不依赖于偏共振频率Δω或RF幅度ω₁的常数。

25.如权利要求23所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为通过与所述多个MRI图像拟合而确定的变量。

26.如权利要求21所述的系统，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括表示与半固体大分子结合的质子的分数的大分子质子分数(MPF)。

27.如权利要求20所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得执行所述多个图像采集过程包括：

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，其中第一图像采集过程产生第一MRI图像/>在具有切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度/>和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，其中第二图像采集过程产生第二MRI图像/>

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，其中第三图像采集过程产生第三MRI图像/>以及

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第四自旋锁脉冲执行第四图像采集过程，其中第四图像采集过程产生第四MRI图像/>

28.如权利要求27所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得对于所述第一、第二、第三和第四自旋锁脉冲中的每一个使用相同的自旋锁时间(TSL)，并且根据以下公式测定弛豫参数R_mpfsl:

29.如权利要求20所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得：

执行多个图像采集过程包括：

以自旋锁时间为零，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，以确定第一磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，以确定第二磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，以确定第三磁化强度值；以及

计算参数R_mpfsl包括：

基于第一磁化强度值和第二磁化强度值计算第一弛豫速率以及

基于第一磁化强度值和第三磁化强度值计算第二弛豫速率

30.如权利要求29所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成：

执行一个或多个附加图像采集过程以测量观察纵向弛豫速率(R_lobs)和平衡磁化强度M₀或乘积R_1obs·M₀，

其中在计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>中使用观察纵向弛豫速率R_1obs和平衡磁化强度M₀或乘积R_1obs·M₀。

31.如权利要求20所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得：

多个图像采集过程的第一子集中的每个图像采集过程包括施加具有第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲；和

多个图像采集过程的第二子集中的每个图像采集过程包括施加具有第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲。

32.如权利要求31所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得：

所述多个图像采集过程的第一子集和所述多个图像采集过程的第二子集各自包括至少两个图像采集过程；

第一子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的自旋锁时间(TSL)不同于第一子集中的每个其他图像采集过程的TSL；

第二子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的TSL不同于第二子集中的每个其他图像采集过程的TSL；和

从多个图像计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>

33.如权利要求32所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>是通过以下公式从所述多个图像计算：

和

对于变量M_ini和M₀·R_1obs，

其中：

M₀·R_1obs是纵向弛豫速率(R_1obs)和平衡磁化强度(M₀)的乘积；

θ等于

和/>是第一子集中的来自第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度。

34.如权利要求32所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得执行所述多个图像采集过程包括：

对于多个图像采集过程中的每一个，使用脉冲序列，使得：

其中M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度，τ1是已知的时间间隔，M₀是平衡磁化强度，R_1obs是纵向弛豫速率。

35.如权利要求34所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成使得所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>通过以下公式从所述多个图像计算：

和

对于变量M₀和R_1obs，

其中：

θ等于

和/>是来自第一子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度强度。

36.如权利要求20所述的系统，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加偏共振自旋锁RF脉冲簇。

37.如权利要求20所述的系统，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加饱和RF脉冲。

38.如权利要求20所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为使得执行所述多个图像采集过程中的每一个包括在施加所述自旋锁脉冲之前或之后且在采集数据之前，施加至少一个预备脉冲序列。

39.一种计算机可读介质，其存储多个指令，其中所述多个指令当被计算机系统的处理器执行时控制所述计算机系统实施包括以下的操作：

执行多个图像采集过程以产生多个MRI图像，其中所述多个图像采集过程中的每个图像采集过程(i)包括施加具有RF幅度和频率偏移(Δω⁽ⁱ⁾)的偏共振自旋锁脉冲；和

基于所述多个MRI图像，计算磁化传递的一个或多个参数，其中所述磁化传递的一个或多个参数包括参数R_mpfsl，其被定义为其中：

是响应于具有第一RF幅度/>和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第一弛豫速率；

是响应于具有第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第二弛豫速率；

所述第一RF幅度不同于所述第二RF幅度/>以及

第一RF幅度第一频率偏移Δω⁽¹⁾、第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾被选择为使/>

40.如权利要求39所述的计算机可读介质，其中所述操作还包括：基于参数R_mpfsl计算磁化传递的一个或多个另外的参数。

41.如权利要求40所述的计算机可读介质，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括结合到半固体大分子的质子的结合池的池大小比(f_b)，所述池大小比(f_b)根据以下公式从参数R_mpfsl计算：

其中k_ba是自由水质子的自由水池和所述结合池之间的磁化交换速率，是表示所述结合池在第一偏共振频率Δω⁽¹⁾和第一RF幅度/>下的饱和速率的参数，/>是表示所述结合池在第二偏共振频率Δω⁽²⁾和第二RF幅度/>下的饱和速率的参数。

42.如权利要求41所述的计算机可读介质，其中所述饱和速率参数R_rfc是RF幅度(ω₁)、偏共振频率(Δω)以及结合池的横向弛豫时间(T_2b)的函数。

43.如权利要求42所述的计算机可读介质，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为不依赖于偏共振频率Δω或RF幅度ω₁的常数。

44.如权利要求42所述的计算机可读介质，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为通过与所述多个MRI图像拟合而确定的变量。

45.如权利要求40所述的计算机可读介质，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括表示与半固体大分子结合的质子的分数的大分子质子分数(MPF)。

46.如权利要求39所述的计算机可读介质，其中执行多个图像采集过程包括：

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，其中第一图像采集过程产生第一MRI图像/>

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，其中第二图像采集过程产生第二MRI图像/>

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，其中第三图像采集过程产生第三MRI图像/>以及

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第四自旋锁脉冲执行第四图像采集过程，其中第四图像采集过程产生第四MRI图像/>

47.如权利要求46所述的计算机可读介质，其中对于所述第一、第二、第三和第四自旋锁脉冲中的每一个使用相同的自旋锁时间(TSL)，并且根据以下公式测定弛豫参数R_mpfsl:

48.如权利要求39所述的计算机可读介质，其中：

执行多个图像采集过程包括：

以自旋锁时间为零，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，以确定第一磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，以确定第二磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，以确定第三磁化强度值；以及

计算参数R_mpfsl包括：

基于第一磁化强度值和第二磁化强度值计算第一弛豫速率以及

基于第一磁化强度值和第三磁化强度值计算第二弛豫速率

49.如权利要求48所述的计算机可读介质，其中所述操作还包括：

执行一个或多个附加图像采集过程以测量观察纵向弛豫速率(R_lobs)和平衡磁化强度(M₀)或乘积R_1obs·M₀，

其中在计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>中使用观察纵向弛豫速率R_1obs和平衡磁化强度M₀或乘积R_1obs·M₀。

50.如权利要求39所述的计算机可读介质，其中：

多个图像采集过程的第一子集中的每个图像采集过程包括施加具有第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲；和

多个图像采集过程的第二子集中的每个图像采集过程包括施加具有第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲。

51.如权利要求50的计算机可读介质，其中：

所述多个图像采集过程的第一子集和所述多个图像采集过程的第二子集各自包括至少两个图像采集过程；

第一子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的自旋锁时间(TSL)不同于第一子集中的每个其他图像采集过程的TSL；

第二子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的TSL不同于第二子集中的每个其他图像采集过程的TSL；和

从多个图像计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>

52.如权利要求51所述的计算机可读介质，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>是通过以下公式从所述多个图像计算：

和

对于变量M_ini和M₂·R_1obs，

其中：

M₀·R_1obs是纵向弛豫速率(R_1obs)和平衡磁化强度(M₀)的乘积；

θ等于

和/>是第一子集中的来自第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度。

53.如权利要求51所述的计算机可读介质，其中执行所述多个图像采集过程包括：

对于多个图像采集过程中的每一个，使用脉冲序列，使得：

其中M_inu是在自旋锁开始时的初始磁化强度，τ1是已知的时间间隔，M₀是平衡磁化强度，R_1obs是纵向弛豫速率。

54.如权利要求53所述的计算机可读介质，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>是通过以下公式从所述多个图像计算的：

和

对于变量M₀和R_1obs，

其中：

θ等于

和/>是来自第一子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度强度。

55.如权利要求39所述的计算机可读介质，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加偏共振自旋锁RF脉冲簇。

56.如权利要求39所述的计算机可读介质，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加饱和RF脉冲。

57.如权利要求39所述的计算机可读介质，其中执行所述多个图像采集过程中的每一个包括在施加所述自旋锁脉冲之前或之后且在采集数据之前，施加至少一个预备脉冲序列。

58.一种使用磁共振成像(MRI)设备量化磁化传递的系统，所述系统包括：

用于执行多个图像采集过程以产生多个MRI图像的装置，其中所述多个图像采集过程中的每个图像采集过程(i)包括施加具有RF幅度和频率偏移(Δω⁽ⁱ⁾)的偏共振自旋锁脉冲；和

用于基于所述多个MRI图像，计算磁化传递的一个或多个参数的装置，其中所述磁化传递的一个或多个参数包括参数R_mpfsl，其被定义为其中：

是响应于具有第一RF幅度/>和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第一弛豫速率；

是响应于具有第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲的旋转坐标系中的第二弛豫速率；

所述第一RF幅度不同于所述第二RF幅度/>以及

第一RF幅度第一频率偏移Δω⁽¹⁾、第二RF幅度/>和第二频率偏移Δω⁽²⁾被选择为使/>

59.如权利要求58所述的系统，还包括：用于基于参数R_mpfsl计算磁化传递的一个或多个另外的参数的装置。

60.如权利要求59所述的系统，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括结合到半固体大分子的质子的结合池的池大小比(f_b)，所述池大小比(f_b)根据以下公式从参数R_mpfsl计算：

其中k_ba是自由水质子的自由水池和所述结合池之间的磁化交换速率，是表示所述结合池在第一偏共振频率Δω⁽¹⁾和第一RF幅度/>下的饱和速率的参数，/>是表示所述结合池在第二偏共振频率Δω⁽²⁾和第二RF幅度/>下的饱和速率的参数。

61.如权利要求60所述的系统，其中所述饱和速率参数R_rfc是RF幅度(ω₁)、偏共振频率(Δω)以及结合池的横向弛豫时间(T_2b)的函数。

62.如权利要求61所述的系统，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为不依赖于偏共振频率Δω或RF幅度ω₁的常数。

63.如权利要求61所述的系统，其中所述磁化交换速率k_ba和结合池的横向弛豫时间T_2b被视为通过与所述多个MRI图像拟合而确定的变量。

64.如权利要求59所述的系统，其中所述磁化传递的一个或多个另外的参数包括表示与半固体大分子结合的质子的分数的大分子质子分数(MPF)。

65.如权利要求58所述的系统，其中执行多个图像采集过程包括：

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，其中第一图像采集过程产生第一MRI图像/>

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，其中第二图像采集过程产生第二MRI图像/>

在缺少切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，其中第三图像采集过程产生第三MRI图像/>以及

在具有切换RF脉冲的情况下，使用第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第四自旋锁脉冲执行第四图像采集过程，其中第四图像采集过程产生第四MRI图像/>

66.如权利要求65所述的系统，其中对于所述第一、第二、第三和第四自旋锁脉冲中的每一个使用相同的自旋锁时间(TSL)，并且根据以下公式测定弛豫参数R_mpfsl:

67.如权利要求58所述的系统，其中：

执行多个图像采集过程包括：

以自旋锁时间为零，使用第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第一自旋锁脉冲执行第一图像采集过程，以确定第一磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾下的第二自旋锁脉冲执行第二图像采集过程，以确定第二磁化强度值；

以大于零的自旋锁时间，使用在第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾下的第三自旋锁脉冲执行第三图像采集过程，以确定第三磁化强度值；以及

计算参数R_mpfsl包括：

基于第一磁化强度值和第二磁化强度值计算第一弛豫速率以及

基于第一磁化强度值和第三磁化强度值计算第二弛豫速率/>

68.如权利要求67所述的系统，还包括：

用于执行一个或多个附加图像采集过程以测量观察纵向弛豫速率(R_lobs)和平衡磁化强度(M₀)或乘积R_1obs·M₀的装置，

其中在计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>中使用观察纵向弛豫速率R_1obs和平衡磁化强度M₀或乘积R_1obs·M₀。

69.如权利要求58所述的系统，其中：

多个图像采集过程的第一子集中的每个图像采集过程包括施加具有第一RF幅度和第一频率偏移Δω⁽¹⁾的自旋锁脉冲；和

多个图像采集过程的第二子集中的每个图像采集过程包括施加具有第二RF幅度和第二频率偏移Δω⁽²⁾的自旋锁脉冲。

70.如权利要求69的系统，其中：

所述多个图像采集过程的第一子集和所述多个图像采集过程的第二子集各自包括至少两个图像采集过程；

第一子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的自旋锁时间(TSL)不同于第一子集中的每个其他图像采集过程的TSL；

第二子集中的每个图像采集过程使用的自旋锁脉冲具有的TSL不同于第二子集中的每个其他图像采集过程的TSL；和

从多个图像计算第一弛豫速率和第二弛豫速率/>

71.如权利要求70所述的系统，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>是通过以下公式从所述多个图像计算：

和

对于变量M_ini和M₀·R_1obs，

其中：

M₀·R_1obs是纵向弛豫速率(R_1obs)和平衡磁化强度(M₀)的乘积；

θ等于

和/>是第一子集中的来自第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；/>和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度。

72.如权利要求70所述的系统，其中执行所述多个图像采集过程包括：

对于多个图像采集过程中的每一个，使用脉冲序列，使得：

其中M_ini是在自旋锁开始时的初始磁化强度，τ1是已知的时间间隔，M₀是平衡磁化强度，R_1obs是纵向弛豫速率。

73.如权利要求72所述的系统，其中所述第一弛豫速率和所述第二弛豫速率/>是通过以下公式从所述多个图像计算的：

和

对于变量M₀和R_1obs，

其中：

θ等于

和/>是来自第一子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度；和

和/>是来自第二子集中的第i个图像采集过程的自旋锁时间和测量的磁化强度强度。

74.如权利要求58所述的系统，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加偏共振自旋锁RF脉冲簇。

75.如权利要求58所述的系统，其中施加偏共振自旋锁脉冲的每种情形包括施加饱和RF脉冲。

76.如权利要求58所述的系统，其中执行所述多个图像采集过程中的每一个包括在施加所述自旋锁脉冲之前或之后且在采集数据之前，施加至少一个预备脉冲序列。