CN1151858A - 扩散敏化成像方法和磁共振成像装置 - Google Patents

Abstract

一种扩散敏化成像方法和MRI装置，可减少成像的检拾时间从而抑制由躯体运动所引起的人为因素。90°的射频脉冲R90加到诊断部位使其内部产生自旋，在时间长度TE/2结束时加180°的射频脉冲R180使自旋反向，形成图象，在回波中心采样图象。射频脉冲的施加使读出轴Gx和弯曲轴Gy的梯度H1和H2形成以螺旋形式从K空间S的中心向边缘延伸的螺旋形轨迹。

Description

扩散敏化成象方法 和磁共振成象装置

本发明涉及扩散敏化成象(diffusion sensitizing imaging)方法和一种MRI(磁共振成象)装置，更具体地说，涉及这样一种扩散敏化成象方法和一种MRI装置，它通过减轻正在进行试验的病人的动作和呼吸所引起的人为因素从而产生稳定的扩散敏化的图象。

图6是基于常规的MRI装置的扩散敏化成象过程的一个例子的流程图。

在步骤B1中，操作员规定需要诊断的部位和相位编码的次数N。

在步骤B2中，为操作员所规定的诊断部位建立一个根据自旋回波方式的脉冲序列，同时在其上加上IVIM(Intra-VoxelIncoherent Motion，立体象素内部不相干运动)方式。

图7表示根据带有使用IVIM方式的自旋回波方式的脉冲序列的一个例子。

在这一脉冲序列中，一个90°的射频脉冲R90加到诊断部位从而使在其中产生自旋，在时间长度为TE/2的终了时加一个180°的射频脉冲R 180使自旋反向，有一个回波被成象，且此图象被采样。在施加射频脉冲R 180之前和之后，在一个任意梯度轴上加一个扩散敏化用的强MP(Motion Probing，运动探测)梯度G1和G2。S1和S2是分片选择梯度，RD是读出梯度，pH是相位编码梯度，TE则是回波时间。

根据自旋回波方式并带有加上IVIM方式的脉冲序列已在例如日本专利文件第Hei6-121781号中公开。

回到图6，在步骤B3，上述的脉冲序列对相位编码重复n次，同时改变相位编码梯度pH，以便顺序地得到行数据(今后把它叫做“MR(磁共振)数据”)，它包括在K空间S中沿着线L1，…Ln的NMR(核磁共振)信息，如图8所示。

在步骤V10，在K空间S的MR数据进行二维付里叶变换，并形成诊断部位的扩散敏化图象。

在步骤V11，所得到的扩散敏化图象被显示。

上面所说的常规扩散敏化成象方法需要为相位编码重复n次上述的脉冲序列(图7)。相位编码所用的重复次数n通常是128到256之间的一个值，在这种情况下图象检拾所需要的时间为2到4分钟。

但是，图象检拾时间达到2到4分钟是太长了，很容易形成由于病人躯体的运动(例如乎吸)而引起的人为因素。相位编码的次数n和K空间S的Ky方向的分辨率有直接的关系(图7)，因此，如果为了缩短图象检拾时间而减少这一数值，结果所得的分辨率将不能和K空间S中Kx方向的分辨率相匹配，因而会产生图象质量降低的新问题。

因此，本发明的一个目标是提供一种扩散敏化成象方法和一种MRI设备，它能够降低成象的检拾时间而不使图象质量变劣，从而抑制由于病人的躯体的运动所引起的人为因素。

从第一个方面来看，本发明在于一种扩散敏化成象方法，它通过收集合有扩散信息的MR数据而产生扩散敏化的图象，这种MR数据收集是使用在其上施加IVIM方式的脉冲序列而进行的，其中在K空间中心的MR数据是按大体上的回波中心部分而收集的，而且MR数据是沿着螺旋形轨迹顺序收集的，这个轨迹以螺旋方式在沿着大体上的回波中心的部分从K空间的中心向边缘部分延伸。

从第二个方面来看，本发明在于一种扩散敏化成象方法，它通过收集含有扩散信息的MR数据而产生扩散敏化的图象，这种MR数据收集是使用在其上施加IVIM方式的脉冲序列而进行的，其中在K空间中心的MR数据是按大体上的回波中心部分而收集的，而且MR数据是沿着螺旋形轨迹而顺序收集的，这个轨迹以螺旋方式在沿着大体上的回波中心的部分从K空间的中心向边缘部分延伸，而且MR数据的相位是根据在K空间的中心的MR数据的相位或在K空间的中心附近的MR数据的平均相位而修改的。

根据第三方面，本发明在于一种通过收集包括扩散信息的MR数据以产生扩散敏化图象的扩散敏化成象装置，这种MR数据收集是通过使用在其上施加IVIM方式的脉冲序列而进行的，其中的这种装置包括螺旋扫描装置，以收集大体上在回波中心部分的K空间中心的MR数据和顺序收集沿着螺旋轨迹的MR数据，这些轨迹以螺旋方式沿着大体上的回波中心的部分从K空间的中心向边缘延伸。

从第四方面来看，本发明在于一种通过收集包括扩散信息的MR数据以产生扩散敏化图象的扩散敏化成象装置，这种MR数据收集是通过使用在其上施加IVIM方式的脉冲序列而进行，其中的这种装置包括螺旋扫描装置，以收集大体上在回波中心部分的K空间中心的MR数据和顺序收集沿着螺旋轨迹的MR数据，这些轨迹以螺旋方式沿着在大体上的回波中心的部分从K空间的中心向边缘延伸，它还包括相位修改装置，用于根据在K空间中心的MR数据的相位或在K空间中心周围的MR数据的平均相位来修改MR数据的相位。

在本发明第一方面的扩散敏化成象方法和在第三方面的扩散敏化成象装置中，包括扩散信息的MR数据是使用带有在其上加上IVIM方式的脉冲序列收集的，在这种情况下，在K空间的中心的MR数据是在大体上是回波中心的部分而收集的，且MR数据是沿着螺旋轨迹顺序地收集的，这些轨迹以螺旋形式在大体上是回波中心的部分从K空间的中心延伸到边缘。

根据沿着K空间的螺旋轨迹所进行的MR数据的收集，有可能把一次诱导(inducement)中的采样次数增加到常规方法和装置的4到16倍。因此，按照本发明就有可能把诱导的次数、也就是脉冲序列的重复次数n减少到常规方法和装置的1/4到1/16。例如，常规的相位编码的次数范围128-256可以减少到次数范围为8-64。其结果是，常规的图象检拾时间范围为2-4分钟，而按照本发明，举例而言，图象检拾时间的范围可以减少到7.5秒到1分钟，因此运动的人为因素可以被抑制。由于MR数据在K空间的位置上的各向同性分布，图象的质量不会变劣。

在本发明第二方面的扩散敏化成象方法和第四方面的扩散敏化成象装置中，包括扩散信息的MR数据是使用带有在其上施加IVIM方式的脉冲序列收集的，在这种情况下在K空间的中心的MR数据是对大体上是回波中心的部分而收集的，且MR数据是沿着螺旋轨迹顺序地收集的，这些轨迹以螺旋形式对大体上是回波中心的部分从K空间的中心延伸到边缘。随后，MR数据的相位根据在K空间中心的MR数据的相位或沿着K空间中心周围的MR数据的平均相位而作修改。

虽然沿着K空间的螺旋轨迹收集MR数据可像上面所述减轻运动的人为因素，但仍不可避免地有某些人为因素以MR数据中的相移的形式而出现。躯体移动的影响可以通过对MR数据进行修改使得MR数据的相位和在K空间的中心一致从而进一步得到减小，在这个中心处，各别的脉冲序列之间的相位应该是一致的。

人们希望在s/n比(信噪比)良好时使用在K空间中心的MR数据的相位，或者在s/n比不好的情况下使用K空间中心附近的MR数据的平均相位。

本发明将用一个示例性的实施例作详细解释，但本发明并不局限于这个实施例。

图1是根据本发明的一个实施例的MRI装置的方块图；

图2是图1所示的MRI装置的扩散敏化成象过程的流程图；

图3是本发明的扩散敏化成象方法所使用的脉冲序列的示意图；

图4是对应于图3所示的脉冲序列的螺旋轨迹的概念图；

图5是由图3所示的脉冲序列多次诱导而得到的螺旋轨迹的概念图；

图6是常规的MRI装置的扩散敏化成象过程的流程图；

图7是在常规的扩散敏化成象方法所用的脉冲序列的示意图；

图8是对应于图6所示的脉冲序列的螺旋轨迹的概念图。

图1是根据本发明的实施例的MRI装置的方块图。

在MRI装置100中，磁体部件1包括一个空腔部分(洞)用于把试样插入到其内部。围绕着空腔部分排列着静态磁场线圈，它用于把一个恒定稳态磁场加到样品上，还排列着梯度磁场线圈，它产生梯度磁场(梯度磁场线圈包括分片(或分层)轴、频率轴和相位轴上的各个线圈)，还排列着一个发射线圈和一个接收线圈，发射线圈用于产生一个射频脉冲以诱发试样中原子核的自旋，接收线圈则用于检测从试样来的NMR(核磁共振)信号。静态磁场线圈、梯度磁场线圈、发射线圈和接收线圈分别接到主磁场电源2、梯度磁场驱动电路3、射频功率放大器4和预放大器5。

顺序存储电路8按照从计算机7来的命令而工作以便使梯度磁场驱动电路按照所存储的脉冲序列而工作，以使在磁体部件1中的梯度磁场线圈产生梯度磁场，它还操纵门调制电路9以便对射频振荡电路10的高频输出信号进行调制而成为具有预先规定的定时和预先规定的包络的脉冲信号，它把所得的射频脉冲加到射频功率放大器4，并把放大后的脉冲加到磁体部件1的发射线圈上以发射射频脉冲。

预放大器5把由磁体部件1的接收线圈所检测到的由试样来的NMR信号放大并把输出送到相位检测器12。相位检测器12接收射频振荡回路10的输出作为其参考信号，并实施对从预放大器5来的NMR信号的相位检测并把结果送到模数转换器11。模数转换器11把模拟的相位检测信号转换成数字信号并把它送给计算机7。

计算机7实施对模数转换器11产生的数字信号图象的重构过程从而产生一个物体的图象(一个物体部分的质子密度图象)。这个物体图象显示在显示设备6上。

计算机7实施全面控制，包括接收从操作面板13上送来的信息。

属于本发明的螺旋扫描装置和相位修改装置是作为MRI装置100的功能而实现的。

图2是根据本发明的扩散敏化成象过程的流程图。

在步骤V1中，操作员规定要诊断的部位和诱导的次数M。

在步骤V2，对于由操作员所规定的诊断部位建立起一个根据其上带有加上IVIM的自旋回波方式的脉冲序列。对于读出梯度和弯曲梯度，则假定形成一个螺旋状轨迹，它以螺旋形式从K空间的中心延伸到其边缘。

图3表示根据带有加上IVIM方式的自旋回波方式的脉冲序列的一个例子。

在这一脉冲序列中，90°的射频脉冲R90加到诊断部位，使它内部发生自旋，在时间长度TE/2结束时加一个180°的射频脉冲R180使自旋逆转，回波被成象，在回波中心后的图象被采样。在这种情况下，射频脉冲是这样施加的，即读出轴GX和弯曲轴GY的梯度H1和H2形成一个螺旋轨迹E、它如图4所示的那样，以螺旋形式从K空间的中心延伸到其边缘。在施加射频脉冲R180之前和之后，用于扩散敏化的强MP梯度G1和G2被加到一个任意梯度轴上。在分片轴GZ轴上的S1和S2是分片选择梯度。

再回到图2，在步骤V3，上述的脉冲序列对诱导次数m＝1到m＝M重复M次，同时改变螺旋轨迹的位置α，同时收集K空间上的MR数据Sm(Kx，Ky)。图5表示在M规定为4的情况下诱导次数m＝1，2，3和4时的螺旋轨迹。MR数据Sm(Kx，Ky)是诱导次数为m时沿着螺旋轨迹各个位置上的MR数据。

在步骤V4，相位修改计数器m被初始化为“1”。

在步骤V5，在K空间中心的MR数据Sm(0，0)的相位θm根据下列方程式而进行计算。

θm＝arg{Sm(0，0)}

在步骤V6，对于诱导次数m的沿着螺旋轨迹各个位置上的MR数据Sm(Kx，Ky)的相位根据下列方程式进行计算：

Sm(Kx，Ky)＝Sm(Kx，Ky)*exp(-iθm)

在步骤V7和V8，上述的步骤V5和V6对于m＝2到m进行重复从而修改所有MR数据Sm(Kx，Ky)的相位。

在步骤9，在K空间的各网格点上的MR数据用插值法对经过相位修改的MR数据Sm(Kx，Ky)进行计算而得。

在步骤V10，对K空间网格点上的MR数据进行二维付里叶变换，并建立诊断部分的扩散敏化的图象。

在步骤V11，显示所得的扩散敏化的图象。

下面解释了步骤V5和V6的相位修改的基础。

对于在实空间位置(x，y)的信号源ρ(x，y)，如果所有信号源的移动唯一地用R(t)表示，则MR数据Sm(Kx，Ky)是下列方程式表示的。Sm(kx，ky)＝ $\mathrm{erp}(i\·\mathrm{\θm})\∫\∫\mathrm{\ρ}(x,y)\·\mathrm{erp}(i\·\mathrm{kr}\·r\·+i\·\mathrm{ky}\·y)\mathrm{drdy}$ $\mathrm{kx}=\mathrm{\γ}\∫\mathrm{Hldt}$ $\mathrm{ky}=\mathrm{\γ}\∫H2\mathrm{dt}$ $\mathrm{\θm}=\mathrm{\γ}[\underset{t=\mathrm{TE}//2}{\overset{\mathrm{TE}}{\∫}}G2\·\mathrm{Rm}\left(t\right)\mathrm{dt}-\underset{t=0}{\overset{\mathrm{TE}/2}{\∫}}G1\·\mathrm{Rm}\left(t\right)\mathrm{dt}]$ 此处γ是磁性旋转比。

θm值表示在发生躯体移动的情况下MP梯度G1和G2的相位移。在G1＝G2的情况下且无躯体移动时，θm为零。

在K空间的中心，即(Kx，Ky)＝(0，0)下列方程式成立。 $\mathrm{Sm}\left(\mathrm{0,0}\right)=\mathrm{erp}(i\·\mathrm{\θ})\∫\∫\mathrm{\ρ}(x,y)\mathrm{drdy}$

就是说，在K空间中心的MR数据Sm(0，0)的相位arg{Sm(0，0)}主要取决于由于躯体移动所引起的相位移θm。

因此，通过从arg{Sm(0，0)}得到θm并向MR数据Sm(Kx，Ky)提供反向的旋转θm，就有可能抵销由躯体移动所引起的相位移θm。

按照根据本发明的扩散敏化成象方法和MRI装置，MR数据是沿着K空间中螺旋轨迹而收集的，并且有可能在一次诱导中增加采样的次数，从而和常规方法和装置相比可以减少诱导的次数。因此，缩短成象的检拾时间并因此而抑制运动的人为因素就成为可能。此外，占用的时间和加在病人等上的负担也可减少。由于在K空间MR数据的位置是各向同性分布的，图象质量不会变劣。

此外，即使存在着某些躯体移动的影响的情况，它也可以根据MR数据的相位偏移来消除。

Claims (4)

1.一种扩散敏化成象方法，它通过收集含有扩散信息的MR数据而产生扩散敏化的图象，这种MR数据收集是使用在其上加有IVIM方式的脉冲序列而进行的，其特征在于，在K空间的中心的MR数据是按大体上的回波中心部分而收集的，同时MR数据是沿着螺旋形轨迹顺序收集的，这个轨迹以螺旋方式沿着大体上的回波中心部分从K空间的中心向边缘部分延伸。

2.一种扩散敏化成象方法，它通过收集合有扩散信息的MR数据而产生扩散敏化的图象，这种MR数据收集是使用在其上加有IVIM方式的脉冲序列而进行的，其特征在于，在K空间的中心的MR数据是按大体上的回波中心的部分而收集的，同时MR数据是沿着螺旋形轨迹顺序收集的，这个轨迹以螺旋方式沿着大体上的回波中心部分从K空间的中心向边缘延伸，MR数据的相位是根据在K空间的中心的MR数据的相位或在K空间的中心附近的MR数据的平均相位而修改的。

3.一种通过收集含有扩散信息的MR数据以产生扩散敏化图象的扩散敏化成象装置，这种MR数据收集是通过使用在其上施加IVIM方式的脉冲序列而进行的，其特征在于，上述的装置包括螺旋扫描装置，以收集大体上在回波中心部分的K空间中心的MR数据和顺序收集沿着螺旋轨迹的MR数据，这些轨迹以螺旋方式沿着大体上的回波中心的部分从K空间的中心向边缘延伸。

4.一种通过收集合有扩散信息的MR数据以产生扩散敏化图象的扩散敏化成象装置，这种MR数据收集通过使用在其上施加IVIM方式的脉冲序列而进行，其特征在于，上述的装置包括螺旋扫描装置，以收集大体上在回波中心的部分的K空间中心的MR数据并顺序收集沿着螺旋轨迹的MR数据，这种轨迹以螺旋方式沿着大体上的回波中心的部分从K空间的中心向边缘延伸；还包括相位修改装置，用于根据K空间的中心的MR数据的相位或在K空间中心的周围的MR数据的平均相位来修改MR数据的相位。

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