CN117310585B - 一种在线测量组织反转恢复零点的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁共振成像领域，公开了一种在线测量组织反转恢复零点的方法，该方法通过提出一种基于回波平面成像的自动改变反转恢复时间（Automatic change of TI，AutoTI）成像技术对待测组织进行实时成像，并结合MRI系统自带的图像处理工具，线上可视化待测组织的反转恢复零点（TInull）值。本发明从实质上解决了现有测量方法在实际临床应用以及功能磁共振成像研究中测量时间长且操作复杂的问题，增加了TInull测量的实用性和实施性，进一步推动了临床个体化诊疗的发展，为疾病的治疗、评估和预测提供技术基础。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像领域，尤其涉及一种在线测量组织反转恢复零点的方法。
背景技术
在磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）中，常使用反转恢复序列来抑制组织的信号以增强其他组织信号的对比度。通常的反转恢复序列以180°反转脉冲开始，该脉冲反转所有组织的纵向磁化矢量，在反转时间（Inversion time, TI）期间，被反转的磁化矢量以纵向弛豫时间（T1）常数衰减，向正向磁化矢量恢复，由于组织的T1值不同，因此，可以选择在某组织磁化矢量恢复到零时进行数据采集，使该组织产生很少或者不产生信号以达到抑制该组织信号的目的，其中反转磁化矢量恢复到零的时间称为反转恢复零点或TI零点（TInull）。
在实际扫描中，TInull通常采用0.7倍的T1值（脂肪、脑脊液和血液）分别抑制脂肪、脑脊液和血液的信号，而T1值通常为经验值。脂肪和脑脊液信号的抑制可以更好的观察水信号，有利于观察附近的解剖和病理信息，且脂肪和脑脊液信号的T1值较稳定，采用经验值对图像的影响不大。但在抑制血液信号时（如黑血序列、脑血容积功能磁共振成像等），TInull值受性别、年龄、温度、氧饱和度和疾病等影响显著，因此，采用经验值会影响血液信号的抑制，特别是对脑血容积功能磁共振成像（functional MRI，fMRI）的研究。
采用真实测量TInull值的方法可以有效降低该影响。传统的TInull值测量方法为多次手动变换TI值，且一次扫描只能获得一幅TI图像，需要进行多次扫描并以线下拟合的形式计算得到TInull值。此外，该方法需要在组织的T1值完全恢复后才能进行下一次采集，这对需要快速采集的fMRI研究来说不仅增加了扫描时间还加大了操作的复杂程度，不利于科学研究更不利于临床检查使用。
发明内容
为了解决TInull快速测量的问题，本发明提出一种线上自动测量TInull的方法。该方法提出一种基于回波平面成像的自动改变反转恢复时间（Automatic change of TI，AutoTI）成像技术对待测组织进行实时成像，并结合MRI系统后处理工具，线上可视化待测组织的TInull值，无需拷贝数据进行线下拟合。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种在线测量组织反转恢复零点的方法，包括以下步骤：
S1、利用自动改变反转恢复时间成像方法采集得到包含待测组织的MR图像；
S2、对MR图像进行在线后处理，得到待测组织的MR信号变化曲线；
S3、根据待测组织的MR信号变化曲线计算得到待测组织的反转恢复零点值。
进一步地，所述采集得到包含待测组织的MR图像具体为采用基于回波平面成像的自动改变反转恢复时间的成像形式采集含待测组织中多个TI时间的MR信号，具体过程为：用一个180°反转标记脉冲和非选层梯度激发包含待测组织层在内的所有层的信号，将所有层的磁化矢量进行反转，以反转恢复时间TI0为开始，每隔ΔTI时间就施加90°选择性水激发脉冲将待测组织层的磁化矢量激发到横平面，并在TE处采集MR信号，共采集n幅MR图像，即n次MR信号；其中，TI0为TI的初始值，ΔTI为TI变化值；n为TI变化个数，TE为回波时间，以90°激发脉冲开始到采集图像信号最大点。
进一步地，在采集包含待测组织中多个TI时间的MR信号之前，先要设置自动改变TI值的序列参数，所述参数包括：TI0、ΔTI、n、TE。通常TI0比经验值小一些，ΔTI的大小会影响TInull的计算精度（如果设计为5 ms，则精度在5 ms），n一般设计要求：TI0+n*ΔTI大于经验值，TE值与临床采集设置一致。
进一步地，所述对MR图像进行在线后处理包括图像提取和感兴趣区，即待测组织勾画。
进一步地，所述对MR图像进行在线后处理的具体过程为：将采集得到的多TI图像，使用MRI系统自带的看图工具打开，使用选取模式选择待测组织，系统会自动呈现信号变化曲线图。
进一步地，所述S3的具体过程为：根据得到的待测组织MR信号变化曲线图，观察待测组织MR信号为零时对应的横坐标值，即可获得待测组织的MR信号恢复零点；
待测组织的TInull可由以下公式计算得出：
式中，TInull为反转恢复零点。
第二方面，本发明提供了一种在线测量组织反转恢复零点的系统，所述系统用于实现上文所述的在线测量组织反转恢复零点的方法；所述系统包括含待测组织MR图像采集单元、MR图像在线后处理单元和待测组织反转恢复零点值计算单元。
进一步地，所述含待测组织MR图像采集单元利用基于回波平面成像的自动改变反转恢复时间成像技术采集得到包含待测组织的MR图像；所述MR图像在线后处理单元包括图像提取子单元和感兴趣区，即待测组织勾画子单元，分别用于对包含待测组织MR图像采集单元采集的MR图像进行图像提取和待测组织勾画；所述待测组织反转恢复零点值计算单元用于计算得到待测组织的反转恢复零点值。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上文所述的在线测量组织反转恢复零点的方法。
第四方面，本发明提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述介质上存储有计算机程序，该计算机程序用于被处理器执行时实现如上文所述的在线测量组织反转恢复零点值的方法。
本发明的有益效果如下：
1、本发明适用于所有MRI系统在线测量组织反转恢复零点。
2、利用本发明提出的自动改变反转恢复时间成像技术——AutoTI，解决了目前因使用经验值而导致的图像质量问题。相较于传统的组织反转恢复零点测量方法，本发明线上即可完成组织反转恢复零点的测量，省时省力。
3、本发明可用于测量任何组织的反转恢复零点。
4、本发明有利于个体化诊疗。
5、本发明可用于功能磁共振成像中组织反转恢复零点测量。
附图说明
图1是本发明的AutoTI磁共振序列简单示意图。
图2是MRS球形水模及其感兴趣区域图。
图3是以磁共振MRS球形水模感兴趣区得到的信号反转恢复曲线图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更为简明易懂，下文采用具有代表性的较佳实施例，并配合所附图进行详细说明。应指出的是，本发明并不局限于所描述的具体对象、功能、器件和方法，也可以具有其他实施方式，或者是其他实施方式的组合。本发明中所描述的元素数目也可以设置为多个。此外，为避免其他例与本发明发生混淆，对于本领域中众所周知的一些技术特征和细节未进行描述。
第一实施例
本发明提供了一种基于回波平面成像的自动改变反转恢复时间成像新技术，命名为AutoTI（Automatic change of TI）。该技术因回波平面成像（Echo Planar Imaging，EPI）采集方式在时间分辨率上的优势使其能够用于功能磁共振成像（functionalMagnetic Resonance Imaging，fMRI）研究，一次扫描获取多个TI图像的同时还能够在线实时查看待测组织反转恢复曲线，并通过简单的计算即可得到组织反转恢复零点值。本例采用磁共振MRS球形水模为实施对象，以AutoTI为实施工具，详细说明该技术的具体实施方法。值得注意的是，实施对象并不局限于MRS球形水模，其他水模、物体、活体都可以按照与此相似的步骤进行。
图1是本发明的AutoTI序列的简单示意图。其中，180°为非选层射频脉冲，90°为选层射频脉冲，EPI为信号采集，这里以三次TI时间为例，说明自动改变TI技术的方法。TE处采集得到的图像用于计算组织反转恢复零点时间。本例在正式实验中AutoTI序列的扫描具体参数有：视野大小为260 x 260 mm2; 矩阵大小为64 x 64; 重复时间（TR）为2000 ms; 反转恢复初始时间（TI0）为100 ms; TI变化值（ΔTI）为5 ms； TI个数（n）为50；TE 为9.9 ms; 单层采集MRS球形水模中心区域；层厚为3 mm；并行加速因子为2；总扫描时间为90秒，共采集得到50幅图。对于上述扫描参数的设置可以任意选取，这里只针对该代表性的较佳实施方案。将采集得到的50幅图利用MRI系统自带后处理工具打开，使用选取模式画出感兴趣区域，即可得到该区域反转恢复曲线图，其中横坐标为TI数，纵坐标为信号值。可明显观察到信号零点时的TI数（n’），则该区域的反转恢复零点（TInull）可由以下公式计算得出：
图2为MRS球形水模及其感兴趣区域图。左图为实体MRS球形水模，右图为MRS球形水模的横轴面及感兴趣区的选取。
图3为以磁共振MRS球形水模感兴趣区得到的信号反转恢复曲线图。横坐标为反转恢复的次数，纵坐标为感兴趣区的MR信号值。
由此可见，本实施例中的为29，带入TInull计算公式可得MRS球形水模中该感兴趣区的TInull为245 ms，因此，本发明具有可行性。
综上所述，本发明提供了一种在线测量组织反转恢复零点的方法，该方法基于回波平面成像的自动改变反转恢复时间成像新技术——AutoTI。该技术以固定时间间隔多次移动采集脉冲位置的形式实现了对组织反转恢复信号的实时成像，并结合MRI系统自带后处理工具实现组织反转恢复信号零点在线可视化。解决了传统测量方法需要多次扫描并需要线下拟合的缺点，不仅大大节省了测量时间，还为临床个体化诊疗提供了技术基础。
第二实施例
本发明另一实施例为一种在线测量组织反转恢复零点的系统，所述系统用于实现所述的在线测量组织反转恢复零点的方法；所述系统包括含待测组织MR图像采集单元、MR图像在线后处理单元和待测组织反转恢复零点值计算单元。其中，所述含待测组织MR图像采集单元利用基于回波平面成像的自动改变反转恢复时间成像技术采集得到包含待测组织的MR图像；所述MR图像在线后处理单元包括图像提取子单元和感兴趣区（待测组织）勾画子单元，分别用于对包含待测组织MR图像采集单元采集的MR图像进行图像提取和待测组织勾画；所述待测组织反转恢复零点值计算单元用于计算得到待测组织的反转恢复零点值。
第三实施例
本发明第三实施例为一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的在线测量组织反转恢复零点的方法。
第四实施例
本发明第四实施例为一种非暂态计算机可读存储介质，所述介质上存储有计算机程序，该计算机程序用于被处理器执行时实现所述的在线测量组织反转恢复零点值的方法。
Claims (9)
1.一种在线测量组织反转恢复零点的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用自动改变反转恢复时间成像方法采集得到包含待测组织的MR图像；
S2、对MR图像进行在线后处理，得到待测组织的MR信号变化曲线；
S3、根据待测组织的MR信号变化曲线计算得到待测组织的反转恢复零点值；
所述采集得到包含待测组织的MR图像具体为利用基于回波平面成像的自动改变反转恢复时间成像方法采集包含待测组织中多个反转时间TI的MR信号，具体过程为：用一个180°反转标记脉冲和非选层梯度激发包含待测组织层在内的所有层的信号，将所有层的磁化矢量进行反转，以反转恢复时间TI0为开始，每隔ΔTI时间就施加90°选择性水激发脉冲将待测组织层的磁化矢量激发到横平面，并在TE处采集MR信号，共采集n幅MR图像，即n次MR信号；其中，TI0为反转时间TI的初始值；ΔTI为TI变化值；n为TI变化个数；TE为回波时间，以90°激发脉冲开始到采集图像信号最大点。
2.如权利要求1所述的在线测量组织反转恢复零点的方法，其特征在于，在采集包含待测组织中多个TI时间的MR信号之前，先要设置自动改变TI值的序列参数，所述参数包括TI0、ΔTI、n和TE。
3.如权利要求1所述的在线测量组织反转恢复零点的方法，其特征在于，所述对MR图像进行在线后处理包括图像提取和感兴趣区，即待测组织勾画。
4.如权利要求3所述的在线测量组织反转恢复零点的方法，其特征在于，所述对MR图像进行在线后处理的具体过程为：将采集得到的多TI图像，使用MRI系统自带的看图工具打开，使用选取模式选择待测组织，系统会自动呈现信号变化曲线图。
5.如权利要求1所述的在线测量组织反转恢复零点的方法，其特征在于，所述S3的具体过程为：根据得到的待测组织MR信号变化曲线图，观察待测组织MR信号为零时对应的横坐标值，即可获得待测组织的MR信号零点；
待测组织的TInull可由以下公式计算得出：
；
式中，TInull为反转恢复零点。
6.一种在线测量组织反转恢复零点的系统，其特征在于，所述系统用于实现权利要求1-5任一项所述的在线测量组织反转恢复零点的方法；所述系统包括含待测组织MR图像采集单元、MR图像在线后处理单元和待测组织反转恢复零点值计算单元。
7.如权利要求6所述的在线测量组织反转恢复零点的系统，其特征在于，所述包含待测组织MR图像采集单元利用基于回波平面成像的自动改变反转恢复时间成像技术采集得到包含待测组织的MR图像；所述MR图像在线后处理单元包括图像提取子单元和感兴趣区，即待测组织勾画子单元，分别用于对包含待测组织MR图像采集单元采集的MR图像进行图像提取和待测组织勾画；所述待测组织反转恢复零点值计算单元用于计算得到待测组织的反转恢复零点值。
8.一种电子设备，其特征在于：包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5任一项所述的在线测量组织反转恢复零点的方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于：所述介质上存储有计算机程序，该计算机程序用于被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的在线测量组织反转恢复零点值的方法。
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