对样本执行扩散加权磁共振测量的方法技术

根据本发明专利技术构思的一个方面，提供了一种对样本执行扩散加权磁共振测量的方法，该方法包括：对样本执行扩散加权磁共振测量，其中所述测量包括：利用第一扩散编码序列的第一测量，该第一扩散编码序列具有带有至少两个非零特征值的第一扩散加权张量表示B1，利用第二扩散编码序列的第二测量，该第二扩散编码序列具有带有至少两个非零特征值的第二扩散加权张量表示B2，其中第一张量表示B1和第二张量表示B2具有相同数量的非零特征值，第一张量表示B1的特征值匹配第二张量表示B2的特征值，并且其中，第一和第二扩散编码序列被配置为呈现匹配的平均频谱内容，并且呈现不同的频谱各向异性的程度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对样本执行扩散加权磁共振测量的方法
本专利技术构思涉及一种对样本执行扩散加权磁共振测量的方法。背景在磁共振(MR)或磁共振成像(MRI)实验中，可以通过应用运动或扩散编码磁场梯度来对关于粒子的运动或扩散的信息进行编码。运动或扩散编码的信号可以用于推断关于组织微观结构(microstructure)、各向异性、组成隔室(compartment)的形状和尺寸的信息，这些信息可表示对自旋姿态(spin-bearing)粒子的扩散的限制/约束。通过扩散张量成像(DTI)获得的各向异性分数(FA，fractionalanisotropy)被隔室宏观取向分散混杂(confound)。为了将取向分散的影响与扩散张量的各向异性分离，扩散张量可以表示限制并且被纠缠(entangle)在FA中，定向扩散编码(1D)需要与延伸到单个方向之外(到2D或3D)的编码方案相结合或替代为该编码方案。可以通过具有多于一个的非零特征值的扩散编码/加权张量(1)来描述这些方案，并且可以在不同程度上减少或消除取向分散的混杂效应，并且提供特定于隔室(扩散张量)各向异性的灵敏度。等人的方法(2)最大化了对隔室(扩散张量)各向异性的敏感性，结合了定向(1D)和各向同性(3D)编码来量化微观各向异性分数(μFA)。可以例如，通过q向量的魔角旋转(qMAS)(3)来实现各向同性编码，而对于定向编码的扩散加权，在扩散时间td和b值方面与qMAS的扩散加权相匹配。通过进一步控制扩散编码的各向异性，可以区分扁圆和扁长的隔室(扩散张量)形状。Eriksson等人(4)已经表明，通过在其大小和形状方面来参数化扩散编码张量，获得了对于粉末平均(powderaverage)信号的简单表达式，允许量化隔室(扩散张量)形状。对于具有各向同性扩散率的非零分散的系统而言，改变扩散编码形状是必要的(2)。使用3D编码序列允许去卷积(de-convolve)各向异性和各向同性扩散贡献(5)。尽管在表征非均质(heterogeneous)和各向异性材料方面取得了上述进展，但希望能够提取与样本的扩散特性和微观结构有关的更多信息。专利技术构思的概述本专利技术构思的目的是提供一种能够提取与样本的扩散特性和微观结构相关的进一步信息的方法。从下文中可以理解进一步的或替代的目标。根据本专利技术构思的一个方面，提供了一种对样本执行扩散加权磁共振测量的方法，该方法包括：对样本执行扩散加权磁共振测量，其中，所述测量包括：利用第一扩散编码序列的第一测量，该第一扩散编码序列具有带有至少两个非零特征值的第一扩散加权张量表示B1，利用第二扩散编码序列的第二测量，该第二扩散编码序列具有带有至少两个非零特征值的第二扩散加权张量表示B2，其中，第一张量表示B1和第二张量表示B2具有相同数量的非零特征值，第一张量表示B1的特征值匹配第二张量B2表示的特征值，并且其中，第一扩散编码序列和第二扩散编码序列被配置为呈现匹配的平均频谱内容，并且呈现不同的频谱各向异性的程度。本专利技术构思基于以下见解：虽然扩散张量可以粗略地表示物理孔隙，但是可以通过改变编码波形的频谱特性(相当于时间特性)来实现形态学的更精确检测，从而探测时间相关的非高斯扩散。扩散编码序列波形的频谱特性包括编码波形的每个空间通道的平均频谱内容。因此扩散编码序列的“平均频谱内容”概念上可以被称为编码波形的“颜色”。这让人想起产生感知色(perceivedcolor)的可见光的不同频谱成分的平均值或混合物。除了“颜色”之外，扩散编码序列波形的时间特性还包括频谱各向异性的程度。“频谱各向异性的程度”在概念上可以被认为是取决于编码波形的空间通道在频谱上如何不同的属性。通过第一和第二扩散编码序列呈现匹配的频谱内容但不同的频谱各向异性的程度，样本上的测量的组合被配置为对来自各向异性扩散结构的受约束的扩散敏感。因此，呈现受约束的扩散的各向同性扩散结构对产生的信号衰减的贡献可以被最小化或至少被减少。本文使用的“扩散”在这里意指样本内粒子的运动的随机(random)或随机(stochastic)过程。扩散可以包括由热能、化学能和/或浓度差驱动的随机分子运动。扩散可以包括样本内随机取向的微观结构内分子的分散或不连贯流(即，具有速度分散的流)。由于本方法中使用的扩散编码磁场梯度序列，样本内的不连贯流的影响也可能导致信号衰减。样本的扩散特性(即，各向同性扩散的程度、各向异性扩散的程度和/或取向等)通常取决于样本中扩散约束结构的几何形状和取向。具有呈现不同扩散特性的样本的部分体积可以被称为样本的不同隔室。来自样本的体素(voxel)(即，样本的部分体积，其尺寸由测量的空间分辨率给出)的扩散加权测量信号因此包括来自体素内不同隔室内部的扩散粒子的信号贡献。在现有技术中，基于扩散加权磁共振测量的隔室各向异性的分析假设扩散过程是高斯或多高斯的。该假设相当于假设扩散过程是与时间无关(或相当于与频率无关)的。然而，如专利技术人所认识到的，可以通过频率相关的信号衰减来表明对扩散粒子的物理约束的存在。可以在频域中由扩散谱(即移动粒子的速度的相关谱)来描述扩散过程。根据本专利技术方法的测量方案包括具有有目的选择的频谱特性(即匹配的平均频谱内容和不同的频谱各向异性的程度)的第一和第二编码序列。来自第一和第二测量的信号衰减的比较因此能够探测扩散谱，即样本的扩散特性的频率相关性。本方法允许探测扩散谱，或者提供对在频率范围内的扩散谱的不同频谱成分的灵敏度，可以用磁共振测量的常规硬件来检测该频率范围(通常低于1千兆赫)。在组织样本中，隔室可以由组织中的细胞形成。因此，组织样本中的体素可以包括来自细胞内部(即，来自细胞内隔室)的扩散的信号贡献和来自细胞外部(即，来自细胞外隔室)的扩散的信号贡献。扩散的自旋姿态粒子可以由细胞内部和外部的水分子形成。细胞膜可以形成分隔细胞内和细胞外隔室的隔室壁。如从下面可以理解的，上述方法方面中提到的扩散编码序列可以指有效梯度序列，即，样本中自旋姿态粒子由于磁场梯度序列和射频(RF)序列的组合而经历的有效磁场梯度。因此，除非另有说明，术语扩散编码序列是指包括适于引起扩散编码/加权(即，回波信号衰减的)的磁场梯度序列和RF序列的编码序列。可以通过使样本经历编码磁场梯度波形和RF脉冲的序列来实现扩散编码。磁场梯度波形和RF脉冲的组合效应导致样本(其中的自旋姿态粒子)受到“有效梯度”的影响。有效梯度的波形可以被称为具有分量gi(t)的有效梯度波形g(t)，其中i＝1，2，3表示例如笛卡尔(Cartesian)坐标系中的x、y、z轴。有效梯度可以由时间相关或时间散相(dephasing)向量F(t)表示，具有分量Fi，其中i＝1，2，3，其依次由下式给出其中，γ是核旋磁比(nucleargyromagneticratio)。散相谱(即，散相向量的频谱内容)由下式给出：其中，ω表示频率，且τ表示扩散编码时间，即有效梯度的持续时间。基于散相谱F(ω)，散相谱的矩可以被定义为被表示为张量M(n)，其中是张量元素。0阶矩(moment)M(0)给出扩散加权张量B。对于高斯扩散，只需要考虑因此，给出了扩散编码磁梯度序列的扩散加权张量表示B散相向量F(t)也可以被表示为散相向量的振幅q和归一化散相向量波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对样本执行扩散加权磁共振测量的方法，所述方法包括：对所述样本执行扩散加权磁共振测量，其中，所述测量包括：利用第一扩散编码序列的第一测量，所述第一扩散编码序列具有带有至少两个非零特征值的第一扩散加权张量表示B1，利用第二扩散编码序列的第二测量，所述第二扩散编码序列具有带有至少两个非零特征值的第二扩散加权张量表示B2，其中，所述第一张量表示B1和所述第二张量表示B2具有相同数量的非零特征值，所述第一张量表示B1的特征值匹配所述第二张量表示B2的特征值，并且其中，所述第一扩散编码序列和所述第二扩散编码序列被配置为呈现匹配的平均频谱内容，并且呈现不同的频谱各向异性的程度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.09 SE 1651469-71.一种对样本执行扩散加权磁共振测量的方法，所述方法包括：对所述样本执行扩散加权磁共振测量，其中，所述测量包括：利用第一扩散编码序列的第一测量，所述第一扩散编码序列具有带有至少两个非零特征值的第一扩散加权张量表示B1，利用第二扩散编码序列的第二测量，所述第二扩散编码序列具有带有至少两个非零特征值的第二扩散加权张量表示B2，其中，所述第一张量表示B1和所述第二张量表示B2具有相同数量的非零特征值，所述第一张量表示B1的特征值匹配所述第二张量表示B2的特征值，并且其中，所述第一扩散编码序列和所述第二扩散编码序列被配置为呈现匹配的平均频谱内容，并且呈现不同的频谱各向异性的程度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一扩散编码序列和所述第二扩散编码序列被配置成使得：将具有与所述第一扩散编码序列的第一归一化散相向量表示相匹配的归一化散相向量表示并且具有非零扩散编码强度的第三扩散编码序列应用于由直径为5μm的球形隔室的集合构成的第一测试样本，以及将具有与所述第二扩散编码序列的第二归一化散相向量表示相匹配的归一化散相向量表示并且具有所述非零扩散编码强度的第四扩散编码序列应用于所述第一测试样本，由所述第三扩散编码序列产生的信号衰减将匹配由所述第四扩散编码序列产生的信号衰减；并且使得：将所述第三扩散编码序列应用于由具有均匀取向分散的直径为5μm的圆柱形隔室的集合构成的第二测试样本，并且将所述第四扩散编码序列应用于所述第二测试样本，由所述第三扩散编码序列产生的信号衰减将不同于由所述第四扩散编码序列产生的信号衰减。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一测量包括获取第一信号衰减，并且所述第二测量包括获取第二信号衰减。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测量包括：第一组测量，其包括所述第一测量和利用以相对于测量参照系的不同旋度施加到所述样本的所述第一扩散编码序列执行的多个附加测量，第二组测量，其包括所述第二测量和利用以相对于所述测量参照系的不同旋度施加到所述样本的所述第二扩散编码序列执行的多个附加测量。5.根据权利要求4所述的方法，其中：所述第一组测量中的每个...

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