用于定量样品中的各向同性弥散和/或各向异性弥散的方法技术

根据本发明专利技术构思的一方面，提供了一种用于定量样品中的各向同性弥散和/或各向异性弥散的方法，所述方法包括：利用弥散编码磁梯度脉冲序列Gi＝1…m对所述样品进行弥散加权磁共振测量，其中每个磁梯度脉冲序列Gi被生成为使得用于所述磁梯度脉冲序列Gi的弥散编码张量bi具有一至三个非零本征值，其中qi(t)与公式成正比，τ是回波时间。所述方法还包括收集通过对所述样品进行所述测量得到的表示磁共振回波信号的数据，其中所述数据的至少一个子组表示利用引起各向异性弥散加权的一组磁梯度脉冲序列得到的回波信号，并且其中用于所述磁梯度脉冲序列组中的每个梯度脉冲序列的弥散编码张量具有三个非零本征值，所述三个本征值中的至少一个与另外两个本征值不同。所述方法还包括利用所述数据计算各向同性弥散程度和/或各向异性弥散程度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术构思涉及用于定量样品中的各向同性弥散和/或各向异性弥散的方法。
技术介绍
各种各样的多孔材料(从溶致液晶[1]到脑组织[2])包含在介观尺度上具有不同大小、形状和取向度的各向异性孔。材料的完整表征要求对所有这些参数进行估计，但遗憾地是，当使用基于Stejskal-Tanner序列[3]与两个磁场梯度脉冲的常规弥散MRI法时，这些参数对检测到的MRI(磁共振成像)信号的影响糟糕地纠缠在一起。在下文中该序列可以称作单脉冲场梯度(sPFG)序列或实验。在弥散MRI(dMRI)中，图像的每个体素(其通常可为毫米级的)包含关于水在微米尺度上的平移信息[15]。将sPFG应用于弥散张量成像(DTI)中，能够定量平均弥散率(MD，也即表观弥散系数，ADC)和弥散各向异性(部分各向异性，FA)。虽然基于sPFG的DTI测量对细胞结构中的变化非常敏感，但sPFG通常仅能对高度组织化的白质束提供稳健估计。在较为无序的组织中，它几乎不能对这类变化的性质提供洞察，从而导致常见的误判。例如，FA的变化被认为表示白质完整性，但是很多因素(细胞死亡、水肿、神经胶质增生、炎症、髓鞘形成中的变化、交叉纤维的连接性增加、细胞外水分或细胞内水分增加等等)都会引起FA的变化。测量的有限特异性(例如FA和MD)阻碍了我们将测量结果与神经病理学或与局部解剖变化(例如连接性差异)关联起来[24,25,26,27]。与sPFG不同，通过提供关于体素内细胞形状、大小和膜特性的分布信息，非常规的dMRI序列能够开始在大脑宏观尺度和微观尺度之间建立联系。依据化学位移与弥散各向异性张量之间的形式模拟，已经表明固态NMR(核磁共振)技术(例如，“魔角旋转”)能够适用于弥散MRI[4]。在其最简单的形式中，q-向量的魔角旋转能够用于评估各向同性弥散率的分布，而不受各向异性的混杂影响。WO 2013/165312公开了如何通过移相向量q(t)的连续或离散调制实现弥散加权回波信号衰减的各向同性弥散加权，从而例如通过利用魔角旋转使得对回波信号的各向异性影响最小化。WO 2013/165313公开了通过分析利用两种不同梯度调制方案所得到的回波衰减曲线定量微观弥散各向异性和/或平均弥散率的方法，其中一个梯度调制方案基于各向同性弥散加权，另一个梯度调制方案基于非各向同性弥散加权。WO 2013/165313公开了可以通过例如利用单脉冲梯度自旋回波(PGSE)实现非各向同性弥散加权。尽管这些现有技术方法能实现对回波信号衰减的各向同性贡献和各向异性贡献的分离以及对(尤其是)微观部分各向异性的定量，但在一些情况下就用于引起弥散加权的梯度调制方案来说具有更大的自由度，且仍能够分析和定量诸如微观弥散各向异性和/或平均弥散的微观结构性质(例如为了利用弥散波谱进行组织表征的目的)是可取的。例如，各向同性弥散编码在某些情况下对硬件的转换速率和最大量值提出了较高要求，较为老式且低廉的设备很难满足这一要求。
技术实现思路
本专利技术构思的一个目的是提供用于定量样品中的各向同性弥散和/或各向异性弥散的方法，该方法不需要使用引起各向同性弥散编码的弥散编码磁梯度脉冲序列。通过以下
技术实现思路
可以理解其它目的。根据本专利技术构思的一个方面，提供了用于定量样品中的各向同性弥散和/或各向异性弥散的方法，该方法包括：利用弥散编码磁梯度脉冲序列Gi＝1…m对样品进行弥散加权磁共振测量，其中每个磁梯度脉冲序列Gi被生成为使得用于磁梯度脉冲序列Gi的弥散编码张量bi具有一至三个非零本征值，其中qi(t)与成正比，τ是回波时间。该方法还包括收集通过对样品进行所述测量得到的表示磁共振回波信号的数据，其中所述数据的至少一个子组表示利用引起各向异性弥散加权的一组磁梯度脉冲序列得到的回波信号，并且其中用于所述磁梯度脉冲序列组中的每个梯度脉冲序列的弥散编码张量具有三个非零本征值，所述三个本征值中的至少一个与另外两个本征值不同。该方法还包括利用所述数据计算各向同性弥散程度和/或各向异性弥散程度。除了别的以外，本专利技术的方法基于这样的认识：利用磁梯度脉冲序列(或更短的“脉冲序列”)进行弥散编码，使得弥散编码张量具有三个非零本征值，其中至少一个与另外两个不同，并引起各向异性弥散加权，从而使得控制样品材料中弥散各向异性对回波信号的影响成为可能。如下文将更详细地描述，该方法能够准确表征微观弥散特性(例如各向同性和各向异性弥散)，尤其是样品内部微区室的微观弥散特性，该内部微区室比磁共振测量的空间分辨率更小。此外，这种表征能够实现，而不需要如现有技术一样依赖于对各向同性弥散加权的使用(该情形可通过具有三个相等的非零本征值实现)。这可使得能在更大范围的设备上进行准确的弥散测量。根据本专利技术方法，每个磁梯度脉冲序列Gi被生成为使得用于磁梯度脉冲序列Gi的弥散编码张量bi具有1至3个非零本征值。换句话说，每个磁梯度脉冲序列Gi被生成为使得存在用于脉冲序列Gi的弥散编码张量表示bi，其具有1至3个非零本征值。类似地，对于引起各向异性弥散加权的上述磁梯度脉冲序列组中的每个磁梯度脉冲序列来说，存在弥散编码张量表示，其具有3个非零本征值，其中至少一个与另外两个本征值不同。引起各向异性弥散加权的磁梯度脉冲序列组可以形成至少一个弥散编码磁梯度脉冲序列Gi＝1…m子组。用于引起各向异性弥散加权的每个所述梯度脉冲序列的弥散编码的所述至少一个本征值可以有利地与另外两个本征值中的任一个相差至少5％，并且甚至更优选地相差至少10％。这可以确保样品中有足够程度的各向异性弥散加权，有利于后续的计算并降低了硬件要求。所述数据子组可表示从相同的样品部分获得的回波信号，该部分包括多个分体积(partial volume)，各分体积呈现不同程度的各向同性弥散或不同程度和/或取向的各向异性弥散，其中计算各向同性弥散程度和/或各向异性弥散程度可以包括针对所述分体积中的至少一个计算各向同性弥散程度的估计值和/或各向异性弥散程度的估计值。特别地，所述部分可以具有与弥散加权磁共振测量的空间分辨率匹配的空间延伸度。因而，每一个分体积可以具有小于该空间分辨率的延伸度。这种分体积在下文中可称作“微观分体积”。因此，在上下文中，利用所述数据计算出的各向同性弥散程度和/或各向异性弥散程度可以称作样品的亚分辨率或“微观”分体积的各向同性弥散程度和/或各向异性弥散程度。每个分体积的弥散可具有弥散张量表示D。换句话说，每个分体积可具有能通过相应的弥散张量D定义的弥散。因此，在所述部分中，可以用弥散张量D的分布(例如高斯分布)表示。优选地，可以在样品上进行多个弥散加权磁共振测量。至少两个(优选地，多个)弥散编码磁梯度脉冲序列Gi＝1…m拥有具有一至三个非零本征值的张量表示bi。至少两个(优选地，多个)弥散编码磁梯度脉冲序列彼此不同。根据一个实施例，所述引起各向异性弥散加权的磁梯度脉冲序列组形成第一组磁梯度脉冲序列，并且所述数据子组形成表示由第一组磁梯度脉冲序列获得的第一回波衰减曲线的第一数据子组，其中所述数据还至少包括表示由引起各向同性或各向异性弥散加权的第二组磁梯度脉冲序列获得的第二回波衰减曲线的第二数据子组。因而，可以基于表示两个不同回波衰减曲线的回波信号对各向同性和\本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于定量样品中的各向同性弥散和/或各向异性弥散的方法，所述方法包括：利用弥散编码磁梯度脉冲序列Gi＝1…m对所述样品进行弥散加权磁共振测量，其中每个磁梯度脉冲序列Gi被生成为使得用于所述磁梯度脉冲序列Gi的弥散编码张量bi具有一至三个非零本征值，其中qi(t)是与成正比的移相向量，并且τ是回波时间；收集表示磁共振回波信号测量值的数据，所述数据的至少一个子组表示利用引起各向异性弥散加权的一组磁梯度脉冲序列得到的回波信号，其中用于所述磁梯度脉冲序列组中的每个梯度脉冲序列的弥散编码张量具有三个非零本征值，所述三个本征值中的至少一个与另外两个本征值不同；以及利用所述数据计算各向同性弥散程度和/或各向异性弥散程度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.10 US 61/937,9411.一种用于定量样品中的各向同性弥散和/或各向异性弥散的方法，所述方法包括：利用弥散编码磁梯度脉冲序列Gi＝1…m对所述样品进行弥散加权磁共振测量，其中每个磁梯度脉冲序列Gi被生成为使得用于所述磁梯度脉冲序列Gi的弥散编码张量bi具有一至三个非零本征值，其中qi(t)是与成正比的移相向量，并且τ是回波时间；收集表示磁共振回波信号测量值的数据，所述数据的至少一个子组表示利用引起各向异性弥散加权的一组磁梯度脉冲序列得到的回波信号，其中用于所述磁梯度脉冲序列组中的每个梯度脉冲序列的弥散编码张量具有三个非零本征值，所述三个本征值中的至少一个与另外两个本征值不同；以及利用所述数据计算各向同性弥散程度和/或各向异性弥散程度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据子组表示来自一部分所述样品的回波信号，所述部分包括多个分体积，所述多个分体积具有不同程度的各向同性弥散或不同程度和/或不同取向的各向异性弥散，其中计算各向同性弥散程度和/或各向异性弥散程度包括针对所述分体积中的至少一个计算各向同性弥散程度的估计值和/或各向异性弥散程度的估计值。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中所述磁梯度脉冲序列组形成第一组磁梯度脉冲序列，并且所述数据子组形成利用所述第一组磁梯度脉冲序列得到的表示第一回波衰减曲线的第一数据子组，并且其中所述数据还包括至少第二数据子组，所述第二数据子组表示利用引起各向同性或各向异性弥散加权的第二组磁梯度脉冲序列得到的第二回波衰减曲线。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一组中的每个脉冲序列使得用于所述脉冲序列的弥散编码张量的第一本征值和第二本征值彼此相等，并且其中所述第二组中的每个脉冲序列使得用于所述脉冲序列的弥散编码张量的第一本征值和第二本征值彼此相等。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一组磁梯度脉冲和所述第二组磁梯度脉冲序列中的脉冲序列具有不同的最大梯度幅值。6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，对于所述第一组中的每个脉冲序列，存在能由下式定义的第一弥散编码张量不变量Δb,1： Δ b , 1 = 1 b ( b z z P A S - b y y P A S + b x x P A S 2 ) , b = b x x P A S + b y y P A S + b z z P A S ]]>其中，bxxPAS表示用于所述脉冲序列的弥散编码张量的第一本征值，byyPAS表示用于所述脉冲序列的弥散编码张量的第二本征值，而bzzPAS表示用于所述脉冲序列的弥散编码张量的第三本征值，并且其中所述第一组脉冲序列使得所述第一组中的所述脉冲序列的所述第一弥散编码张量不变量Δb,1彼此相等。7.根据权利要求6所述的方法，其中，对于所述第二组中的每个脉冲序列，存在能由下式定义的第二弥散编码张量不变量Δb,2： Δ b , 2 = 1 b ( b z z P A S - b y y P A S + b x x P A S 2 ) , b = b x x P A S + b y y P A S +...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·托普加德，萨摩·拉西克，马库斯·尼尔森，
申请(专利权)人：CR发展公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE