用于评估结构空间频率的基于选择性采样磁共振的方法技术

在此披露的实施例提供了一种用于以低至几十微米的分辨率采集MR数据的方法，该方法应用于精细组织纹理的变化可以用作疾病发作和进展的标志物的病变的体内诊断和监测。骨疾病、肿瘤、神经系统疾病以及涉及纤维化生长和/或破坏的疾病都是靶标病变。此外，该技术可以用于需要精细标度形态的非常高分辨率表征的任何生物或物理系统中。该方法提供了对k空间中的选定值的快速采集，其中在一个限定的组织体积内在数量级为微秒的时间标度上进行单个k值的多个连续采集；以及以使SNR最大化的这样一种方式进行的多个测量值的随后组合。采集体积减小且仅沿着选定方向采集k空间中的选定值。

Selective sampling based magnetic resonance method for evaluating structural spatial frequency

The embodiment of this disclosure provides a method for using low resolution MR data acquisition to tens of micrometers, in the diagnosis and monitoring of changes in the markers of this method is applied to fine texture can be used as the disease onset and progression of the disease. Bone diseases, tumors, neurological diseases, and diseases involving fibrosis, growth, and / or destruction are all target lesions. In addition, the technique can be used in any biological or physical system that requires very high resolution characterization of fine scale shapes. This method provides a rapid acquisition of selected in the K space, in which a limited number of internal tissue volume level for the microsecond time scale of a single K value of a plurality of continuous acquisition; and a plurality of measurements to make such a way to maximize the value of the SNR combined with. The acquisition volume is reduced and the selected values in the K space are collected only in the selected direction.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于评估结构空间频率的基于选择性采样磁共振的方法相关申请的引用本申请依赖于以下申请的优先权：于2014年9月1日提交的标题为“用于评估结构空间频率的基于选择性采样磁共振的方法(SELECTIVESAMPLINGMAGNETICRESONANCE-BASEDMETHODFORASSESSINGSTRUCTURALSPATIALFREQUENCIES)”的美国临时申请序列号62/044,321、于2014年10月15日提交的具有相同标题的序列号62/064,206、以及于2015年1月25日提交的标题为“通过MRI进行的微纹理表征(micro-TextureCharacterizationbyMRI)”的序列号62/107,465。
技术实现思路
在此要求保护的方法涉及对用于病变评估和疾病诊断的生物系统中的以及工业和工程研究中的材料和结构评价中的精细纹理的诊断评估的领域。更确切地，本专利技术采用一种用于在MRI机器梯度关闭的情况下重复测量与生物组织纹理的空间组织相关的k值的方法。这允许在数量级为毫秒的一个时间标度上评估组织纹理，由此患者运动的问题变得可忽略。该方法使得能够对组织中的疾病和治疗诱导的纹理(textural)变化进行体内评估，以用于诊断和监测。该技术的代表性目标是：1)用于评估由骨疾病引起的小梁构造的变化，从而允许评估骨健康状态和骨折风险，2)评价软组织疾病诸如，例如肝、肺和心脏疾病中的纤维化发展，以及3)神经系统疾病诸如不同形式的痴呆中的或如在例如创伤性脑损伤(TBI)和慢性创伤性脑病(CTE)中的脑损伤和下游神经病变的情况中的精细结构的变化，或者用于表征和监测异常神经病状诸如自闭症和精神分裂症。其他病变应用包括对诸如在肿瘤周围的血管网络中的或与CVD(脑血管疾病)的发展相关联的血管变化，以及响应于肿瘤生长的乳腺导管变化的评估。本专利技术还具有出于一系列工业目的的对精细结构评估的应用以及需要测量精细结构/纹理的其他用途，这些工业目的诸如测量制造业中或地质学中的材料特性以表征不同类型的岩石。相关领域说明尽管组织中的精细纹理变化长期以来被认为是各种各样的疾病中的最早的标志物，但是精细纹理的稳健的临床评估仍然难以捉摸，主要困难由在数据采集所需的时间内由受试者运动引起的模糊造成。早期且准确的诊断是成功管理疾病的关键。尽管临床成像提供了关于病变的许多信息，但由于疾病发作和进展或由于治疗而发生的许多组织变化处在一个极为精细的标度上，通常低至几十微米。多年来，精细组织纹理的变化已经被包括放射学家和病理学家的诊断医生认定为大范围的疾病的最早预兆，但是精细纹理的体内评估和测量仍然在当前成像技术的能力之外。例如，阻塞性肺疾病的鉴别诊断依赖于肺实质的一种纹理呈现，但早期疾病的计算机断层扫描(CT)测量的稳健性有限。由于在磁共振(MR)成像扫描期间由患者运动造成的图像模糊，老化骨中的骨折风险的决定因素骨小梁微结构也仍然是难以捉摸的。MR图像的后处理分析有时用于尝试区分结构诸如肿瘤和白质中的表面纹理。(德拉贝兹,S.(DRABYCZ,S.)等人；“使用离散正交S变换的图像纹理表征”(ImagetexturecharacterizationusingthediscreteorthogonalS-transform)；数字成像杂志(JournalofDigitalImaging)，第22卷，第6期，2009。海德尔,M.(KHIDER,M.)等人；“根据通过多分辨率分析的MRI和CT扫描图像的骨小梁纹理的分类”(ClassificationoftrabecularbonetexturefromMRIandCTscanimagesbymulti-resolutionanalysis)；第29届IEEE国际生物医学工程学术年会，EMBS2007。)但是实际上后处理分析是有限的，因为它不处理妨碍纹理信息的高分辨率采集的根本问题，即受试者运动。(麦克拉伦(MACLAREN,J.)等人；“脑磁共振成像期间微观头部运动的测量和校正(Measurementandcorrectionofmicroscopicheadmotionduringmagneticresonanceimagingofthebrain)”，PLOS/ONE，2012年11月7日。麦克拉兰,J(MACLARAN,J)等人；“脑成像中的前瞻性运动校正：综述(Prospectivemotioncorrectioninbrainimaging:areview)；医学磁共振(MagneticResonanceinMedicine)，第69卷，2013。)影响MR成像的主要运动源是心脏搏动运动、呼吸诱导的运动和颤搐。前两种是准循环的，通常对这两种的解决方法是在运动的最慢相位处进行门控。然而，即使使用门控，在采集之间存在足以在用于纹理测量的感兴趣的高k值下引起空间相位相干性的损失的变化。这个问题由于运动可能不是完美循环并且通常来源于组合来源的事实而加剧。颤搐是快速的，诱发随机位移，并且因此当测量纹理时不可能在感兴趣的高k值下保持相干性。虽然正电子发射断层扫描(PET)提供有价值的诊断信息，但是它不能有约5mm以下的分辨率并且依赖用于成像的放射性示踪剂以及用于定位的x线束的使用，引起剂量问题，尤其是在需要重复扫描的情况下。(伯林顿·德·冈萨雷斯,A.(BERRTNGTONDEGONZALEZ,A.)等人；“2007年在美国执行的来自计算机断层扫描的预计癌症风险(ProjectedcancerrisksfromComputedTomographicscansperformedintheUnitedStatesin2007)”；美国医学会杂志内科学(JAMAInternalMedicine)，第169卷，第22期，2009年12月。)此外，PET成像极为昂贵，需要一个位于附近的回旋加速器。理论上CT分辨率低至0.7mm是可能的，但是CT分辨率在高辐射剂量下获得并且在几分钟的扫描时间内易于因患者运动而降低。来自相关联的辐射剂量的不可忽略的风险使得CT对于纵向成像是有问题的并且限制可用的分辨率。与严重的剂量问题一起，数字X线分辨率是有限的，因为所获得的2维图像是一种穿过呈现给光束的组织的整个厚度的吸收的复合图像。用于为在此要求保护的方法的靶标的疾病的当前临床诊断在获得足够的体内分辨率或准确度方面充满了困难。在一些情况下，当前不存在决定性诊断。在其他病变中，特别是在乳腺和肝脏中，诊断依赖于活检，它具有不可忽略的发病甚至死亡的风险，并且易于出现高读数和采样误差。(韦勒,C(WELLER,C)；“与PET-CT扫描一样有效但具有零辐射风险的使用MRI的癌症检测(CancerdetectionwithMRIaseffectiveasPET-CTscanbutwithzeroradiationrisks)”；医学日报(MedicalDaily)，2014年2月18日。)骨健康状态因老化、骨癌(作为癌症治疗的一种副作用)、糖尿病、类风湿性关节炎而受损害，并且受营养不足以及其他原因的影响。骨疾病仅在美国每年就影响超过一千万人，对他们的生活质量造成不利影响并且减少预期寿命。为了评估骨健康状态，当前的诊断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于选择性采样以使用磁共振(MR)评估纹理的方法，该方法包括：采用多个梯度激发一个感兴趣的体积(VOI)；用一个选定的梯度脉冲编码一个指定k值；关闭所有梯度；并且，在单一TR中记录用该指定k值编码的一种RF信号的多个样本。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.01 US 62/044,321;2014.10.15 US 62/064,206;1.一种用于选择性采样以使用磁共振(MR)评估纹理的方法，该方法包括：采用多个梯度激发一个感兴趣的体积(VOI)；用一个选定的梯度脉冲编码一个指定k值；关闭所有梯度；并且，在单一TR中记录用该指定k值编码的一种RF信号的多个样本。2.如权利要求1所述的方法，其中激发一个感兴趣的体积并且编码的这些步骤包括：在存在针对第一切片选择所选的第一梯度的情况下发射第一RF脉冲；在施加针对在由该第一切片和一个第二切片的相交限定的一个区域中的切片选择性重聚焦所选的第二梯度的情况下发射第二RF脉冲；施加一个编码梯度脉冲以诱导相位卷绕来产生用于该指定k值和取向的一种空间编码；在第三梯度被激活的情况下发射第三RF脉冲，所述第三梯度适于切片选择性重聚焦，限定了由该第一切片和该第二切片的该相交以及第三切片选择所限定的一个区域，从而限定该VOI。3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：在一个选定的矢量组合梯度上发出一个k值选择脉冲以确定第二k值；关闭该矢量组合梯度；并且，在该TR中记录在该第二k值下的该RF信号的多个样本。4.如权利要求2所述的方法，进一步包括：在一个选定的矢量组合梯度上对预先确定的多个脉冲施加另外的k值选择脉冲，每个k值选择脉冲确定出下一个k值；在每个脉冲之后关闭该矢量组合梯度；并且，在该TR中记录在由每个k值选择脉冲确定的该下一个k值下的该RF信号的多个样本。5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：发射一个重聚焦RF脉冲；在该矢量组合梯度上发出多个k值选择脉冲，每个脉冲确定出一个新的k值；在每个脉冲之后关闭该矢量组合梯度；并且，在该TR中记录在由每个k值选择脉冲确定的该下一个k值下的该RF信号的多个样本。6.如权利要求5所述的方法，进一步包括：发射第二重聚焦RF脉冲；在该矢量组合梯度上发出多个k值选择脉冲，每个脉冲确定出一个新的k值；在每个脉冲之后关闭该矢量组合梯度；并且，在该TR内接收在由每个k值选择脉冲确定的该下一个k值下的该RF信号的多个样本。7.如权利要求4所述的方法，进一步包括：在该第一梯度、该第二梯度或该第三梯度中的一个上施加一个重聚焦梯度；在该矢量组合梯度上发出多个k值选择脉冲，每个脉冲确定出一个新的k值；在每个脉冲之后关闭该矢量组合梯度；并且，在该TR内接收在由每个k值选择脉冲确定的该下一个k值下的该RF信号的多个样本。8.如权利要求4所述的方法，其中在该矢量组合梯度上的该多个k值选择脉冲中的每个之后的每个新k值下的样本数量是基于期望的SNR、病变、组织对比度、纹理大小或纹理带宽来选择。9.如权利要求1所述的方法，其中在激发一个感兴趣的体积的该步骤中的该感兴趣的体积是使用以下组来选择：相交切片选择性重聚焦、结合适当梯度使用相控阵列发射的选择性激发、用于扰乱来自一个感兴趣区域之外组织的信号的绝热脉冲激发、外部体积抑制序列以及选择性地激发内部体积中的自旋的其他方法，包括物理地分离感兴趣的组织。10.如权利要求1所述的方法，其中激发一个感兴趣的体积、编码一个指定k值、关闭所有梯度并且记录在该指定的k值下的一种RF信号的样本的步骤在随后的TR中重复多次以建立一个幅度功率频谱，如果对于每个TR该指定的k值被约束在感兴趣体积内，则每个TR中的该指定的k值独立于干预运动。11.如权利要求1所述的方法，其中激发一个感兴趣的体积、编码一个指定k值、关闭所有梯度并且记录在该指定k值下的一种RF信号的样本的这些步骤在该感兴趣的体积变化的情况下在随后的TR中重...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·R·查斯，蒂莫西·W·詹姆斯，克里斯汀·E·詹姆斯，
申请(专利权)人：生物质子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US