一种多核素同步及谱成像一体化磁共振成像系统和方法技术方案

本发明专利技术提出了一种多核素同步及谱成像一体化磁共振成像系统和方法，系统包括谱成像模块、多核素同步成像模块和谱图重建与图像融合模块；谱成像模块：用于获得核素Nuc的谱图；多核素同步成像模块：用于核素Nuc1

【技术实现步骤摘要】
一种多核素同步及谱成像一体化磁共振成像系统和方法


[0001]本专利技术涉及磁共振成像
，特别是指一种多核素同步及谱成像一体化磁共振成像系统和方法。

技术介绍

[0002]磁共振成像(MRI)已广泛应用于临床前研究和医学诊疗。传统的磁共振成像针对质子(1H)成像，可提供功能和形态学信息。生物体内源性的磷(
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P)、钠(
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Na)也是磁共振敏感核素，可提供仅靠质子成像无法获得的信息；同时氟(
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F)因在生物体内无背景信号、磁旋比高且其化合物的化学位移分布范围宽，有助于采用化学位移选择性激发技术进行成像，因而含
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F探针常被用作靶向试剂、示踪剂、药物载体等进行在体研究。
[0003]生物体内含磷物质参与机体的能量代谢，在肿瘤的发生发展过程中，不同磷物质的比例随着各种分子事件的发生发展而动态变化。含磷物质种类多，含量的相对变化可提供丰富的生理信息，且化学位移分布宽，但距离近，难于进行单个物质的选择性激发，不能直接进行磷成像，采集目标区的磷谱是广泛采用的在体分析技术。
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Na离子广泛存在于生物体内，参与机体的生理活动，与肿瘤能量代谢、增殖、侵袭、pH值调节等众多分子事件密切相关，细胞内外钠离子浓度梯度对维持细胞的结构和功能起着重要作用。
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Na MRI可在体无创检测组织中钠离子浓度及其分布情况，为直接研究组织活力提供了窗口和机会；并且，钠是生物体内源性磁共振信号第二强的核素，因此，已成为研究生物体生理活动和代谢过程广泛选用的核素。然而，含磷物质、钠离子和外源性
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F探针在生物体内部分区域富集，分布不连续，难于获得它们的空间分布信息，必须借助1H的图像进行空间定位，即非1H的成像通常需要与1H MRI联合应用。
[0004]通常，非1H与1H MRI先后采集两种核素的图像，总的扫描时间长，长时间成像过程，运动会引入伪影，这类数据采集办法导致扫描时间增加和潜在的图像配准困难。针对这类问题，研究人员已提出了双核同步激发和同步采集的成像方法，大多是同步采集两种核素的图像，比如1H/
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F、1H/
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Na同步成像，同步进行谱成像和多核磁共振成像的方法尚未报道。
[0005]专利CN202111190983.6中提出了一种四核素同步磁共振成像和图像重建方法，是针对四种核素结构进行同步成像的一种方法，适用于成像对象中四种核素均是单峰的场景，但不能对生物体或样本中含有多个谱峰的核素成像，比如生物体内的磷核素，不能获得多种含磷化合物的空间分布图。

技术实现思路

[0006]针对临床前研究、临床应用需求和现有技术存在的上述问题，本专利技术提出一种多核素同步及谱成像一体化磁共振成像系统和方法，系统由谱成像模块、多核素同步成像模块和谱图重建与图像融合模块构成，获得不同化合物和不同核素的空间分布信息。
[0007]本专利技术的技术方案是这样实现的：一种多核素同步及谱成像一体化磁共振成像系统，包括谱成像模块、多核素同步成像模块和谱图重建与图像融合模块；
[0008]谱成像模块：用于获得核素Nuc的谱图；
[0009]多核素同步成像模块：用于核素Nuc1
…
Nucn的同步成像，n为≥1的整数，n＝1时，Nuc1为1H，n>1时，Nucn为非1H核素；
[0010]谱图重建与图像融合模块：接收核素Nuc的谱图和核素Nuc1
…
Nucn的图像，并融合获得核素Nuc的化合物以及非1H核素的空间分布信息。
[0011]一种多核素同步及谱成像一体化磁共振成像方法，包括以下步骤：
[0012]1.谱成像：选择性激发核素Nuc的层面，层面内使用两个维度的相位编码进行体素的区分，然后采集自由感应衰减信号FID；
[0013]2.多核素同步成像：对核素Nuc1
…
Nucn，采用不同的射频脉冲选择性地激发对应核素的层面，然后层面内使用相位编码和频率编码进行体素的区分，频率编码的同时采集回波信号ECHO1、
…
ECHOn，n＝1时，Nuc1为1H，n>1时，Nucn为非1H核素；
[0014]3.谱图重建与图像融合：重建核素Nuc的谱图和目标化合物图像；重建核素Nucn的图像；将核素Nuc的多个目标化合物的图像分别在图像域插值到与1H图像等大，然后将核素Nuc的目标化合物图像和非1H图像融合于1H的图像，获得核素Nuc的化合物以及非1H核素的空间分布信息。
[0015]本专利技术的成像方法通过谱成像实现化学位移成像，多核素同步成像实现多种不同核素的同步成像，其中一种核素为质子(1H)；谱图重建与图像融合，首先重建出核素Nuc的每个体素的谱图，然后将谱图中的谱峰归属为目标化合物，进而进行谱峰积分获得该目标化合物的含量，标记为该体素对应的像素强度，之后重建出多个目标化合物的图像；最后将化合物的图像和非质子图像融合于质子的图像，获得不同化合物和不同核素的空间分布信息。
[0016]进一步地，步骤1中，谱成像包括以下步骤：
[0017]1.1在射频脉冲p1与选层梯度通道Gs施加的选层梯度g1和选层回聚梯度g2的配合下选择性激发谱成像的核素Nuc，利用参数ap1调节选层梯度脉冲g1的强度，实现核素Nuc层厚的调节，核素Nuc为与Nucn不同的非1H核素；
[0018]1.2利用与选层梯度方向正交的两个空间维度的梯度通道Gp和Gr进行相位编码；
[0019]相位编码梯度分别标记为g3和g4，g3施加于梯度通道Gp，g4施加于梯度通道Gr；利用参数ap2和ap3分别调节相位编码梯度脉冲g3和g4的强度，实现核素Nuc层面内分辨率的调节；
[0020]1.3采集核素Nuc的自由感应衰减信号FID；
[0021]1.4梯度通道Gp与Gr分别施加相位编码梯度g5和g6回聚相位编码梯度g3和g4的散相效应。
[0022]进一步地，步骤2中，多核素同步成像包含以下步骤：
[0023]2.1射频脉冲p2
…
pn与选层梯度通道Gs施加的选层梯度g7和选层回聚梯度g8的配合下同时选择性地分别激发成像的核素Nuc1
…
Nucn，n表示第n个核素，n为≥1的整数；
[0024]2.2利用与选层梯度方向正交的两个空间维度的梯度通道Gp和Gr分别进行相位编码和频率编码；
[0025]首先在梯度通道Gp施加相位编码梯度g9和在梯度通道Gr施加频率编码准备梯度g10，之后在梯度通道Gr施加频率编码梯度g11的同时同步采集多种核素的回波信号
ECHO1、
…
ECHOn；ECHO1、
…
ECHOn采样时间窗的中心对齐；
[0026]2.3在梯度通道Gp施加相位编码梯度g12回聚相位编码梯度g9的散相效应。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多核素同步及谱成像一体化磁共振成像系统，其特征在于，包括谱成像模块、多核素同步成像模块和谱图重建与图像融合模块；谱成像模块：用于获得核素Nuc的谱图；多核素同步成像模块：用于核素Nuc1
…
Nucn的同步成像，n为≥1的整数，n＝1时，Nuc1为1H，n>1时，Nucn为非1H核素；谱图重建与图像融合模块：接收核素Nuc的谱图和核素Nuc1
…
Nucn的图像，并融合获得核素Nuc的化合物以及非1H核素的空间分布信息。2.一种多核素同步及谱成像一体化磁共振成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1.谱成像：选择性激发核素Nuc的层面，层面内使用两个维度的相位编码进行体素的区分，然后采集自由感应衰减信号FID；2.多核素同步成像：对核素Nuc1
…
Nucn采用不同的射频脉冲选择性地激发对应核素的层面，然后层面内使用相位编码和频率编码进行体素的区分，频率编码的同时采集回波信号ECHO1、
…
ECHOn；n表示第n种核素，n为≥1的整数，n＝1时，Nuc1为1H，n>1时，Nucn为非1H核素；3.谱图重建与图像融合：重建核素Nuc的谱图和目标化合物图像；重建核素Nucn的图像；将核素Nuc的多个目标化合物的图像分别在图像域插值到与1H图像等大，然后将核素Nuc的目标化合物图像和非1H核素的图像融合于1H的图像，获得核素Nuc的目标化合物以及非1H核素的空间分布信息。3.根据权利要求2所述的一种多核素同步及谱成像一体化磁共振成像方法，其特征在于，步骤1中，谱成像包括以下步骤：1.1在射频脉冲p1与选层梯度通道Gs施加的选层梯度g1和选层回聚梯度g2的配合下选择性激发谱成像的核素Nuc，利用参数ap1调节选层梯度脉冲g1的强度，实现核素Nuc层厚的调节，核素Nuc为与Nucn不同的非1H核素；1.2利用与选层梯度方向正交的两个空间维度的梯度通道Gp和Gr进行相位编码；相位编码梯度分别标记为g3和g4，g3施加于梯度通道Gp，g4施加于梯度通道Gr；利用参数ap2和ap3分别调节相位编码梯度脉冲g3和g4的强度，实现核素Nuc层面内分辨率的调节；1.3采集核素Nuc的自由感应衰减信号FID；1.4梯度通道Gp与Gr分别施加相位编码梯度g5和g6回聚相位编码梯度g3和g4的散相效应。4.根据权利要求2所述的一种多核素同步及谱成像一体化磁共振成像方法，其特征在于，步骤2中，多核素同步成像包含以下步骤：2.1射频脉冲p2
…
pn+1与选层梯度通道Gs施加的选层梯度g7和选层回聚梯度g8的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙夕林，杨春升，王凯，吴泳仪，王丽姣，杨丽丽，吴丽娜，
申请(专利权)人：哈尔滨医科大学，
类型：发明
国别省市：