專利名稱：用于血管成像的快速多切片黑血雙重反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及血管壁的磁共振成像。
背景技術(shù)：
動脈粥樣硬化及其血栓形成并發(fā)癥是發(fā)達(dá)國家中發(fā)病率和死亡率的主要原因。利用高分辨率磁共振成像(MRI)的非侵入性動脈粥樣斑確定已經(jīng)表明在人體的主動脈、頸動脈和冠狀動脈中是切實可行的。流動抑制(即黑血成像)是管壁可見度以及防止會影響圖像質(zhì)量和解釋的流動假象所必需的。黑血技術(shù)包括空間預(yù)飽和(Nayak等人的“利用空間預(yù)飽和的實時黑血MRI”，J Magn Reson Imaging 2001；13807-12)以及雙重反轉(zhuǎn)恢復(fù)(DIR)預(yù)備脈沖模塊(Simonetti等人的“心臟的‘黑血’T2加權(quán)反轉(zhuǎn)恢復(fù)MR成像”，Radiology 1996；19949-57)。
DIR預(yù)備脈沖模塊通常由兩個180度射頻(RF)脈沖組成，并在圖像獲取之前被應(yīng)用。第一非選擇性RF脈沖反轉(zhuǎn)整個體積的磁化。第二選擇性RF脈沖恢復(fù)(“再反轉(zhuǎn)”)所關(guān)注切片中的磁化。在血液的磁化達(dá)到零點所需的延時(反轉(zhuǎn)時間TI0)之后，獲取成像切片(Simonetti等人)。傳統(tǒng)的DIR預(yù)備的二維成像序列在各DIR模塊之后從一個切片獲取k空間的數(shù)條線。以這種方式對多個切片的獲取導(dǎo)致長實驗時間。例如，為了獲取具有256條線和渦輪(turbo)因子為9的20個切片，傳統(tǒng)的DIR-RARE序列通常取1160個RR間隔(兩個相繼的心臟R波之間的間隔)，假定每隔一個心跳觸發(fā)(重復(fù)間隔TR等于兩個RR間隔)。這種DIR預(yù)備結(jié)合快速獲取與弛豫增強(RARE)讀數(shù)已經(jīng)被成功地應(yīng)用于體內(nèi)不同血管床的管壁成像。Fayad等人的“高?；蛞讚p動脈粥樣斑塊的臨床成像”(Circulation Research 2001；89305-316)。Yuan等人的“頸動脈粥樣斑塊易損病變部位的非侵入性MR表征和識別”(Radiology 2001；221285-99)。
最近開發(fā)了減少檢查時間的改進DIR序列。Song等人的“用于高效黑血MRI的多切片雙重反轉(zhuǎn)脈沖序列”(Magn Reson Med 2002；47；616-20)。Parker等人的“雙重反轉(zhuǎn)快速自旋回波成像中改進的效率”(Magn Reson Med 2002；471017-1021)。Yarnykh等人的“采用同時切片再反轉(zhuǎn)的多切片雙重反轉(zhuǎn)恢復(fù)黑血成像”(J Magn ResonImaging 2003；17478-83)。
Song等人論證了雙切片DIR技術(shù)。DIR預(yù)備模塊被修改為包括一個非選擇性和兩個切片選擇性反轉(zhuǎn)脈沖。在DIR預(yù)備模塊之后，從兩個切片獲取k空間線。對各個心動周期選通單個DIR預(yù)備模塊(即重復(fù)間隔TR等于1個RR間隔)。Song等人建議，可獲取附加切片的數(shù)據(jù)，但是又指出，可能的切片數(shù)量受到在其中消除血液磁化的時間窗口的限制。Song等人稍后的出版物中提出，在各DIR模塊之后利用極短的圖像獲取序列來獲取五個切片，以及DIR重復(fù)間隔等于一個RR間隔。Song的“用于冠狀血管壁成像的高效雙重反轉(zhuǎn)螺旋技術(shù)”(Proceedings of ISMRM 2002；1566)。
Parker等人和Yarnykh等人提出，通過以短到足夠把兩個DIR模塊放入每個RR間隔的重復(fù)間隔來管理重復(fù)的DIR模塊系列(圖1d)，從而減小使血液信號為零的反轉(zhuǎn)間隔(TI)，可以獲得提高的效率，但兩個出版物均指出，在各DIR模塊之后應(yīng)該只獲取單個切片的圖像數(shù)據(jù)。Parker等人批評Song等人提出的多切片技術(shù)，因為“所成像的切片中只有一個將具有適當(dāng)?shù)姆崔D(zhuǎn)時間使來自血液的信號為零”。

發(fā)明內(nèi)容
我們發(fā)現(xiàn)，通過以短到足夠在各RR間隔內(nèi)一般出現(xiàn)至少兩個DIR預(yù)備脈沖模塊的重復(fù)間隔來管理一系列DIR預(yù)備脈沖模塊，以及通過在各DIR模塊之后獲取多個切片的圖像數(shù)據(jù)，可采用血管的DIR成像來實現(xiàn)明顯更快的圖像獲取。獲取多個切片的圖像數(shù)據(jù)意味著圖像數(shù)據(jù)并非在血液磁化完全為零(正好在TI0)時獲取，但我們的研究已經(jīng)確定，所產(chǎn)生的圖像具有可接受的圖像質(zhì)量。
本發(fā)明的優(yōu)選實現(xiàn)可結(jié)合以下的一項或多項。所管理的DIR模塊的重復(fù)間隔可小于大約500毫秒。反轉(zhuǎn)時間TI0可小于大約190毫秒。圖像數(shù)據(jù)獲取可在比反轉(zhuǎn)時間TI0開始得早并且比其結(jié)束得晚的間隔上延續(xù)。圖像數(shù)據(jù)獲取可在血液的縱向磁化減小到全縱向磁化的至少10％時的間隔中發(fā)生。圖像數(shù)據(jù)獲取可以是心動觸發(fā)的或者是非觸發(fā)的。DIR模塊可包括反轉(zhuǎn)脈沖以及其后跟隨的再反轉(zhuǎn)脈沖，再反轉(zhuǎn)脈沖可再次反轉(zhuǎn)要成像的多個切片。DIR模塊可包括反轉(zhuǎn)脈沖以及其后跟隨的再反轉(zhuǎn)脈沖，其中再反轉(zhuǎn)脈沖再次反轉(zhuǎn)要成像的所有切片。血液的重復(fù)時間(TR)可與成像切片中其余組織的TR無關(guān)聯(lián)。
通過以下的詳細(xì)描述以及附圖和權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將會十分明顯。


圖1是用于本發(fā)明的優(yōu)選實現(xiàn)的脈沖序列圖。
圖2是圖1的一個DIR模塊及相關(guān)圖像獲取模塊(圖1中虛線包含的部分)的放大圖。
圖3是曲線圖，說明DIR模塊的重復(fù)間隔TR與血液的反轉(zhuǎn)時間TI0之間的關(guān)系。
圖4是曲線圖，說明DIR反轉(zhuǎn)脈沖之后的時間與縱向磁化之間的關(guān)系。
具體實施例方式
本發(fā)明有大量可能的實現(xiàn)，本文不一一描述。下面描述一些當(dāng)前優(yōu)選的可能實現(xiàn)。但是，非常有必要強調(diào)的是，這些是對本發(fā)明的實現(xiàn)的描述，而不是對本發(fā)明的描述，本發(fā)明不限于這個部分所述的詳細(xì)實現(xiàn)，而是在權(quán)利要求書中以更廣義的形式描述。
以下描述完全足以讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員構(gòu)建所公開的實現(xiàn)。在沒有另外說明的情況下，所提到的過程和制作方法均為本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。
在圖1和圖2所示的優(yōu)選實現(xiàn)中，采用ECG觸發(fā)的脈沖序列。該序列在各RR間隔內(nèi)包括兩個DIR預(yù)備脈沖模塊，從三個切片(例如S11、S12、S13)的數(shù)據(jù)獲取跟隨在各個DIR模塊之后。采用快速獲取與弛豫增強(RARE)脈沖序列來進行圖像獲取。在DIR模塊之后的各組獲取序列(例如S11、S12、S13)在本文中稱作快速擴展覆蓋(REX)模塊。圖1和圖2的REX模塊具有用于三個切片的三個數(shù)據(jù)獲取序列，但其它REX模塊可獲取少至二個切片的數(shù)據(jù)或者三個以上切片的數(shù)據(jù)。
DIR模塊包括兩個180度絕熱雙曲正割RF脈沖非選擇性的以及選擇性的。非選擇性RF脈沖反轉(zhuǎn)整個身體的磁化。選擇性180°脈沖設(shè)計為覆蓋由NSL個切片的整個厚片的120％組成的體積，其中包括切片間的間隙。厚片選擇性180°脈沖的厚度(ΔSel180°)按照下式計算。
ΔSel180°＝(NSL*Δz+(NSL-1)*Gap)*1.2其中，ΔSel180°為厚片選擇性180度再反轉(zhuǎn)脈沖的厚度，NSL為切片數(shù)量，Δz為各切片的厚度，以及Gap為切片間隙。
序列獲取塊(REX模塊)包括一個DIR模塊以及之后跟隨的多個(2到5個)RARE切片讀數(shù)。在一個實現(xiàn)中，在2-RR間隔中(RR間隔是兩次相繼心跳之間的時間間隔)獲取4-9個REX模塊，產(chǎn)生16-20個極小間距的切片。圖1說明具有6個REX 3切片模塊的18個切片的脈沖序列。TI0持續(xù)的時間是從非選擇性RF脈沖(反轉(zhuǎn)血液的磁化)到切片讀數(shù)的中間，以便讓它們盡量接近血液的零點。
任何切片的TR(TRSL)等于2-RR間隔(通常為1600毫秒)，并且不同于暗血的TR(TRDB)，由兩個相繼的DIR模塊之間的時間來確定。
TRDB=2RRNREX]]>其中NREX為REX模塊的數(shù)量。
根據(jù)公式，TRDB的減小導(dǎo)致暗血TI0的減小TI0=T1*(ln(2)-ln(1+e-TRDB/T1))]]>其中T1為血液的弛豫時間(在1.5T，T1＝1200毫秒)。
血液的TRDB與TI0之間的關(guān)系在使其信號為零時如圖3所示。在數(shù)據(jù)獲取之前可執(zhí)行一個偽掃描，以便允許穩(wěn)態(tài)反轉(zhuǎn)恢復(fù)。
兩個相繼REX模塊之間的填充時間為Tau，如下式所示。添加Tau(10-50毫秒)以便實現(xiàn)REX模塊之間的相等時間間隔，從而使TRDB保持恒定。
Tau＝TRDB-(TI0+TDIR+(0.5+TF)*(NSL*esp))，其中TRDB為暗血的TR，TI0為反轉(zhuǎn)時間，TDIR為DIR模塊的持續(xù)時間(≈28毫秒)，NSL為切片數(shù)量，esp為回波間距，TF為渦輪因子。
采用所述實現(xiàn)的一個實驗按照以下方式進行在1.5T SiemensSonata整體MR系統(tǒng)(Siemens AG，Erlangen，Germany)上進行了研究，其中的最大梯度振幅為40mT/m以及轉(zhuǎn)換速率為200mT/m/ms，運行Numaris 4.0。集成體線圈用于RF傳送，而圓偏振的六通道體陣列用于信號接收。在經(jīng)過設(shè)施內(nèi)倫理委員會審定的沒有已知冠狀動脈疾病史的5個健康成年人檢測對象(年齡為27-39歲)中進行主動脈管壁MR。這些檢測對象頭朝前；仰臥在磁體膛中。三個表面ECG電極放置在對象的胸部，用于數(shù)據(jù)獲取觸發(fā)。
三個正交平面中的初始偵察圖像用來定位檢測對象中的降主動脈。在主動脈壁成像過程中，在可能時，要求檢測對象吸氣之后屏住呼吸。開發(fā)了具有16、18和20個切片的多切片協(xié)議。其它成像參數(shù)為采用了4.9ms的回波間距(esp)、4.9ms的回波時間(TE)、256×256的獲取矩陣大小、3mm的切片厚度、0.3mm的切片間隔、488赫茲/像素的數(shù)據(jù)獲取帶寬、一個信號平均值以及250mm的視場(FOV)。切片激勵順序?qū)τ谥鲃用}協(xié)議為降序(沿流動方向，從頭到腳)。切片讀出時間(≈esp*TF)的范圍在44和64ms之間。這確保了最小的管壁運動以及沿相位編碼方向的模糊。對于給定數(shù)量的切片使渦輪因子(9到13)最大，以便使讀數(shù)在TR間隔之內(nèi)。
本發(fā)明的各種REX DIR-RARE實現(xiàn)與具有16、18和20個切片的傳統(tǒng)單切片RARE序列的圖像進行定量比較。下表概括了所調(diào)查的實現(xiàn)。


在該表所述的實現(xiàn)中，切片重復(fù)間隔TR為2RR間隔。血液的T1假定在1.5T為1200ms，以及2 RR間隔假定為1600ms。采用256×256的獲取矩陣。
單切片DIR-RARE序列包括DIR模塊以及隨后的在一個觸發(fā)周期(2-RR)中對單切片的獲取。切片數(shù)量以及單切片序列的其它MR成像參數(shù)(2-RR觸發(fā)間隔、TE、矩陣大小、切片厚度和間隔、帶寬、FOV、TF)被選擇為與REX多切片序列的參數(shù)相同，以便公正地比較兩種方法的圖像質(zhì)量。
采用DIR成像技術(shù)，在TI0間隔之后流入成像平面的血液因非選擇性反轉(zhuǎn)脈沖的先有應(yīng)用而具有零縱向磁化。在實驗中，沿血液流動方向(從頭到腳)獲取切片，以便擴大流出作用，從而改善血液抑制。DIR模塊中的第二厚片選擇性RF脈沖再反轉(zhuǎn)所關(guān)注的整個厚片(16到20個切片)的磁化，而不只是相應(yīng)的DIR模塊之后成像的切片。這避免了在兩個相繼DIR模塊之間的時間(例如177到400ms)中縱向磁化從成像厚片中其余切片的不完全恢復(fù)以及所產(chǎn)生的肌肉信號的丟失(SNR)。
來自6個REX 3切片模塊的18個切片的典型質(zhì)子密度加權(quán)圖像表明流動血液在如箭頭所示的降主動脈中一致呈現(xiàn)暗色。本發(fā)明(快速多切片DIR-RARE序列)的實現(xiàn)的圖像質(zhì)量和獲取時間與傳統(tǒng)的單切片DIR-RARE進行比較。與單切片序列相比，本發(fā)明的實現(xiàn)表明了提高的圖像質(zhì)量。所述實現(xiàn)的對比度噪聲比(CNR)與單切片DIR-RARE沒有明顯的不同。所述實現(xiàn)的速度允許在健康志愿者中屏息獲取多達(dá)18個切片。所有5個健康測試對象對于序列協(xié)議屏住呼吸，持續(xù)45秒或以下，但屏息45秒在臨床上可能不可行。但是，對于REX序列，屏息是可選的，并且對于成功應(yīng)用不是必需的。時間改善因子(單切片與本發(fā)明的實現(xiàn)的相應(yīng)多切片序列的獲取時間之比)的范圍是從12.25(16切片協(xié)議)到16.54。
通過在2-RR間隔(切片的TR)內(nèi)引入多個DIR模塊，本發(fā)明的所述實現(xiàn)把成像切片的TR與血液的TR分離。兩個相繼DIR模塊之間的時間間隔為血液的TR。
在所述實現(xiàn)中，其中充分抑制了來自血液的信號的時間窗口(在完全零點的10％之內(nèi))大約為250ms。圖4說明應(yīng)用了DIR反轉(zhuǎn)脈沖之后的時間與反轉(zhuǎn)血液縱向磁化之間的關(guān)系(對于267ms的TRDB)。圖中的暗血時間窗口為在其中血液磁化被抑制到10％或以下的時間間隔。對于本文所述的多切片實現(xiàn)，總讀出時間的范圍是從113到265ms，使其獲取能夠符合這個時間窗口。
本發(fā)明的其它許多不同于以上所述的實現(xiàn)處于本發(fā)明之內(nèi)，本發(fā)明由以下權(quán)利要求書所定義。下面只是可能的其它許多實現(xiàn)其中的幾個實例可采用其它許多不同于RARE的圖像獲取脈沖序列。
我們已經(jīng)采用術(shù)語REX模塊來表示DIR模塊以及相關(guān)的圖像獲取序列。但是，這只是對術(shù)語的一種選擇，并不限制所使用的DIR模塊或圖像獲取序列的類型?？稍赗EX模塊內(nèi)使用許多不同的DIR模塊和許多不同的獲取序列，以及許多不同數(shù)量的切片的圖像數(shù)據(jù)可由一個REX模塊獲取。
視場縮小技術(shù)、如選擇性預(yù)飽和脈沖可與本發(fā)明的一些實現(xiàn)配合使用，因為這些技術(shù)可把黑血成像的分辨率提高到允許血管壁分段的程度。
三維(3D)圖像獲取可與某些實現(xiàn)配合使用。3D獲取的優(yōu)點包括更好地激勵切片剖面以及更好的SNR。但是，未經(jīng)選通補償?shù)娜魏芜\動具有破壞掃描中的所有切片的可能性，以及纏繞假像(wrappingartifact)可能出現(xiàn)在傅立葉編碼3D成像中。
多對比度成像(T1、T2和PD加權(quán))對于某些實現(xiàn)是可行的。對于T1加權(quán)圖像，每個TR間隔對多達(dá)10個切片進行成像是可能的。結(jié)合視場縮小技術(shù)、更有效的k空間覆蓋(例如螺旋讀數(shù)以及并行成像)，能夠在單次屏息獲取中對冠狀動脈的整個長度進行成像。
可采用不同于所述絕熱正割脈沖的其它形式的反轉(zhuǎn)脈沖。絕熱脈沖不是必需的。初始反轉(zhuǎn)脈沖可以是DIR成像文獻(xiàn)中提出的常見強脈沖。
權(quán)利要求
1.一種血管壁的磁共振成像方法，包括以短到足以使各RR間隔內(nèi)一般出現(xiàn)至少兩個DIR預(yù)備脈沖模塊的重復(fù)間隔來管理一系列DIR預(yù)備脈沖模塊；在各DIR預(yù)備脈沖模塊之間的間隔中，獲取多個切片的圖像數(shù)據(jù)；以及在充分的RR間隔上重復(fù)所述數(shù)據(jù)獲取，以便獲取所述多個切片的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述所管理的DIR模塊的所述重復(fù)間隔小于大約500毫秒。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述反轉(zhuǎn)時間TI0小于大約190毫秒。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，圖像數(shù)據(jù)獲取在先于所述反轉(zhuǎn)時間TI0開始且晚于所述反轉(zhuǎn)時間TI0結(jié)束的間隔上延續(xù)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，圖像數(shù)據(jù)獲取在血液的縱向磁化減小到全縱向磁化的至少10％時的間隔中出現(xiàn)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，圖像數(shù)據(jù)獲取是心動觸發(fā)的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，圖像數(shù)據(jù)獲取是非觸發(fā)的。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述DIR模塊包括反轉(zhuǎn)脈沖以及隨后的再反轉(zhuǎn)脈沖，所述再反轉(zhuǎn)脈沖再次反轉(zhuǎn)要成像的多個所述切片。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述DIR模塊包括反轉(zhuǎn)脈沖以及隨后的再反轉(zhuǎn)脈沖，其中所述再反轉(zhuǎn)脈沖再次反轉(zhuǎn)要成像的所有所述切片。
全文摘要
通過以短到足以在各RR間隔內(nèi)一般出現(xiàn)至少兩個DIR預(yù)備脈沖模塊的重復(fù)間隔來管理一系列DIR預(yù)備脈沖模塊，并且通過在各DIR模塊之后獲取多個切片的圖像數(shù)據(jù)，對血管進行DIR成像。
文檔編號G01R33/54GK1575748SQ20041006329
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者Z·A·法亞, V·V·伊特斯科維奇, V·曼尼, M·M·斯齊姆特寧斯 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司, 辛乃山醫(yī)學(xué)院