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一种超短回波时间磁共振指纹弛豫时间测量方法技术

技术编号:21889440 阅读:35 留言:0更新日期:2019-08-17 13:36
本发明专利技术专利公开了一种超短回波时间磁共振指纹弛豫时间测量方法,该方法采用半脉冲激发和半投影读出缩短TE实现超短T2时间信号的采集,图像采集和重建基于磁共振指纹成像技术。引入正弦波动的回波时间变化模式,提高了磁共振指纹信号对短T2和超短T2组织的区分能力,实现短T2和超短T2组织以及长T2组织的同时多参数定量成像。通过正弦波动的TE将磁场的不均匀性调制进指纹信号的相位信息中,根据调幅信号解调原理直接重建B0图,并在指纹信号中对B0场引起的相位改变进行补偿,提高信号识别的准确性。本发明专利技术在磁共振骨骼肌系统成像中,实现对骨(超短T2)和肌肉(长T2)组织的同时T1,T2,PD和B0的定量测量;也可用于脑部成像,测量灰/白质弛豫时间以及颅骨结构。

A Method for Measuring Fingerprint Relaxation Time of Ultrashort Echo Time Magnetic Resonance

【技术实现步骤摘要】
一种超短回波时间磁共振指纹弛豫时间测量方法
本专利技术涉及信息处理
,尤其涉及一种超短回波时间磁共振指纹弛豫时间测量方法。
技术介绍
磁共振技术提供了丰富的软组织成像对比度。但传统磁共振技术基本无法检测具有短T2甚至超短T2(约1-10ms)的骨、跟腱、半月板以及髓鞘壁。超短回波技术以及零回波成像技术通过缩短回波时间,已经被广泛的应用在上述组织的成像中。由于单点技术和多点技术的扫描时间过长,很少应用在被试的研究中。为了提高k空间的采样效率,信号采集时采用中心向外的读出轨迹,包括:半投影radial轨迹和spiral轨迹,信号激发部分二维成像中采用半脉冲激发方法,三维成像中采用硬脉冲激发。定量超短回波技术被应用于研究大量的骨关节疾病,包括:关节软骨退变、半月板撕裂以及年龄相关的骨密质退化以及骨质酥松。骨密质水含量被视为新型的骨密质质量的衡量指标,定量计算骨密质水含量需要测量骨组织的T1和T2*,但测量骨组织的T1和T2*需要长达1小时。为了缩短扫描时间,Abbasi-Rad等人利用双重复时间测量T1的方法结合先验的T2*信息,但该方法显然忽略了健康志愿者和病人之间T2*的差异。UTE和ZTE技术不仅应用于磁共振系统对骨骼肌疾病进行诊断,而且可以为多模态PET(positronemissiontomography)/MRI系统提供用于PET衰减矫正的伪CT(pseudo-CT,pCT)图。为了增强骨组织的信号抑制背景长T2组织的信号,信号激励时可采用长T2抑制脉冲作为信号激发脉冲,或双反转恢复的短T2选择脉冲,也可在图像重建时利用两幅回波时间不同的图像做差。Wiesinger等人通过图像分割的方法从ZTE序列采集的质子密度图像中重建出pCT图。由于软组织、骨和空腔具有不同的弛豫时间和质子密度,同时定量多组织参数也可用于增强骨组织结构。磁共振指纹成像(magneticresonancefingerprinting,MRF)技术可实现多参数的同时定量成像,该方法可以应用于对骨组织的定量。MRF技术通过改变信号翻转角(flipangle,FA)、重复时间TR以及回波时间TE等参数将组织的不同定量指标,包括:T1、T2、T2*和质子密度(PD)等建模到MRF信号曲线的变化中。此外,MRF技术在脑部以及腹部扫描中已展现出临床潜力。但是现有MRF技术对超短T2的组织进行定量仍存在挑战。首先,由于传统MRF技术的最短回波时间为数毫秒,使MRF难以检测超短T2的组织信号。其次,超短T2的组织通常质子密度都低使得整体信号强度低,降低了MRF字典识别的准确性。第三,为了避免T2*模糊对读出信号的影响,二维成像中需要将读出窗口宽度限制在0.81T2,对于骨密质,优化的采样窗宽仅数百微秒。最后,与传统MRF的spiral读出相比,每次radial读出包含更少的数据量,为了降低单个MRF时间点的降采样伪影,每个MRF时间点需要采集多条radial轨迹的信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷,提供了一种基于正弦波动回波时间的超短回波时间磁共振指纹弛豫时间测量方法。为了实现以上目的,本专利技术采用以下技术方案:一种超短回波时间磁共振指纹弛豫时间测量方法,包括以下步骤:S1、建立回波磁共振指纹成像序列设计与实现,包括正弦波动回波时间参数的优化;S2、利用S1的建立回波磁共振指纹成像序列通过磁共振扫描仪对被试进行扫描,获得原始k空间数据;S3、将S2中的原始k空间数据重建成一系列的降采样图像;S4、S3中一系列降采样图像的相位是正弦波动的回波时间(echotime,TE)调制了B0场不均匀性的结果:Phase=2pi·Boff·(αsin(ωτ)+β)+n,其中,Boff为由场不均匀性和化学位移引起的频率偏移,单位:Hz,α,β和ω是TE的采样参数,α=(TEmax-TEmin)/2,β=(TEmax+TEmin)/2,TEmax和TEmin分别为最大和最小回波时间;ω为正弦波的频率;τ为时间向量[1,2,…,F]T,时间单位是一个重复时间(TR);n代表了噪声项,Boff的解调通过乘以载波sin(ωτ)再低通滤波的方式实现;S5、采用滑动窗技术先对指纹信号进行滑动平均,然后对S4进行幅度解调,即通过乘以载波sin(ωτ)再低通滤波的方式,计算出Boff:其中,dPhase为S4中乘以sin(ωτ)的相位信号,mT为相位积分周期,m为周期数,π为圆周率,T=2π/ω,S为F×F的矩阵,包含的元素非0即1,S的每行代表一个窗口,有且仅当信号在窗口内时元素的值为1,否则为0,S矩阵中从第一行到最后一行,窗口从左向右移动;S6、将S5计算出的Boff补偿到滑动窗处理后的指纹信号中。然后通过磁共振指纹成像技术中字典识别方法从采集的指纹信号中重建出多参数定量图;S7、根据S6重建出的组织弛豫时间,查招字典,获得对应的纵向磁化矢量变化曲线,选取骨组织对比度最高的图像作为骨增强图,记为Mz,使用Mz/T1作为骨增强图像输出,起到抑制长T1组织的目的,其中T1为S6中输出的纵向弛豫时间定量结果。进一步的,S1中参数的优化为,通过MATLAB仿真方法选取仿真结果与理论值均方跟误差最小的参数,包括:最小回波时间、最大回波时间和正弦波动周期,作为实验参数。进一步的,S3中通过非均匀快速傅里叶变换(non-uniformfastFouriertransform,NUFFT)重建算法将S2中的原始k空间数据重建成一系列的降采样图像。进一步的,S5中在滑动窗宽为4的情况下,可以将S写成:方法中参数定义如下:T1:纵向弛豫时间,指纵向磁化矢量从零恢复至总信号强度的67%所需的时间;T2:横向弛豫时间,指横向磁化矢量从100%衰减至37%所需的时间;根据横向弛豫时间的长短,可以将组织划分为超短T2组织(T2≤1ms),短T2组织(1ms<T2≤10ms),和长T2组织(10ms<T2)。骨是常见的超短T2组织,肌肉等软组织属于长T2组织;T2*:有效横向弛豫时间,指存在磁场不均匀性的情况下,横向磁化矢量从100%衰减至37%所需的时间;T2′:磁场不均匀性引起的横向弛豫时间改变,其中1/T2=1/T2*+1/T2′;PD:质子密度(protondensity),指氢质子的含量;B0:主磁场强度,B0图中通常仅显示磁场分布相对于主磁场的差异;FA:翻转角(flipangle),指激发脉冲使磁化矢量沿主磁场方向偏离的角度。FA=90°时,磁化矢量垂直于主磁场方向;TE:回波时间(echotime),指信号激发中心到回波中心之间的时间间隔。在UTE技术中,TE为激发脉冲的终点到读出梯度起点的时间;TR:重复时间(repetitiontime),指序列两次相邻激发之间的时间间隔。采用本专利技术技术方案,本专利技术明的有益效果为:与现有技术相比,本专利技术首先超短回波磁共振指纹成像技术,实现对短T2和超短T2组织的T1、T2弛豫,时间同时定量测量,通过提出正弦波动回波时间磁共振指纹信号的编码模式,提高了磁共振指纹信号对短T2和超短T2组织的区分能力和定量准确性。本专利技术中提出基于幅度调制解调的方法实现B0场的直接解调估计,无需增加额外的字典计算和重建计算量。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种超短回波时间磁共振指纹弛豫时间测量方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、建立回波磁共振指纹成像序列设计与实现,包括正弦波动回波时间参数的优化;S2、利用S1的建立回波磁共振指纹成像序列通过磁共振扫描仪对被试进行扫描,获得原始k空间数据;S3、将S2中的原始k空间数据重建成一系列的降采样图像;S4、S3中一系列降采样图像的相位是正弦波动的回波时间(echo time,TE)调制了B0场不均匀性的结果:Phase=2pi·Boff·(αsin(ωτ)+β)+n,其中,Boff为由场不均匀性和化学位移引起的频率偏移,单位:Hz,α,β和ω是TE的采样参数,α=(TEmax‑TEmin)/2,β=(TEmax+TEmin)/2,TEmax和TEmin分别为最大和最小回波时间;ω为正弦波的频率;τ为时间向量[1,2,…,F]

【技术特征摘要】
1.一种超短回波时间磁共振指纹弛豫时间测量方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、建立回波磁共振指纹成像序列设计与实现,包括正弦波动回波时间参数的优化;S2、利用S1的建立回波磁共振指纹成像序列通过磁共振扫描仪对被试进行扫描,获得原始k空间数据;S3、将S2中的原始k空间数据重建成一系列的降采样图像;S4、S3中一系列降采样图像的相位是正弦波动的回波时间(echotime,TE)调制了B0场不均匀性的结果:Phase=2pi·Boff·(αsin(ωτ)+β)+n,其中,Boff为由场不均匀性和化学位移引起的频率偏移,单位:Hz,α,β和ω是TE的采样参数,α=(TEmax-TEmin)/2,β=(TEmax+TEmin)/2,TEmax和TEmin分别为最大和最小回波时间;ω为正弦波的频率;τ为时间向量[1,2,…,F]T,时间单位是一个重复时间(TR);n代表了噪声项,Boff的解调通过乘以载波sin(ωτ)再低通滤波的方式实现;S5、采用滑动窗技术先对指纹信号进行滑动平均,然后对S4进行幅度解调,即通过乘以载波sin(ωτ)再低通滤波的方式,计算出Boff:其中,dPhase为S4中乘以sin(ωτ)的相位信号,mT为相位积分周期,m为周期数,π为圆周率,T=2π/ω,...

【专利技术属性】
技术研发人员:何宏建李庆叶慧慧曹笑之钟健晖丁秋萍
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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