專(zhuān)利名稱(chēng)：擴(kuò)散敏化成像方法和磁共振成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴(kuò)散敏化成象(diffusion sensitizing imaging)方法和一種MRI(磁共振成象)裝置，更具體地說(shuō)，涉及這樣一種擴(kuò)散敏化成象方法和一種MRI裝置，它通過(guò)減輕正在進(jìn)行試驗(yàn)的病人的動(dòng)作和呼吸所引起的人為因素從而產(chǎn)生穩(wěn)定的擴(kuò)散敏化的圖象。
圖6是基于常規(guī)的MRI裝置的擴(kuò)散敏化成象過(guò)程的一個(gè)例子的流程圖。
在步驟B1中，操作員規(guī)定需要診斷的部位和相位編碼的次數(shù)N。
在步驟B2中，為操作員所規(guī)定的診斷部位建立一個(gè)根據(jù)自旋回波方式的脈沖序列，同時(shí)在其上加上IVIM(Intra-VoxelIncoherent Motion，立體象素內(nèi)部不相干運(yùn)動(dòng))方式。
圖7表示根據(jù)帶有使用IVIM方式的自旋回波方式的脈沖序列的一個(gè)例子。
在這一脈沖序列中，一個(gè)90°的射頻脈沖R90加到診斷部位從而使在其中產(chǎn)生自旋，在時(shí)間長(zhǎng)度為T(mén)E/2的終了時(shí)加一個(gè)180°的射頻脈沖R 180使自旋反向，有一個(gè)回波被成象，且此圖象被采樣。在施加射頻脈沖R 180之前和之后，在一個(gè)任意梯度軸上加一個(gè)擴(kuò)散敏化用的強(qiáng)MP(Motion Probing，運(yùn)動(dòng)探測(cè))梯度G1和G2。S1和S2是分片選擇梯度，RD是讀出梯度，pH是相位編碼梯度，TE則是回波時(shí)間。
根據(jù)自旋回波方式并帶有加上IVIM方式的脈沖序列已在例如日本專(zhuān)利文件第Hei6-121781號(hào)中公開(kāi)。
回到圖6，在步驟B3，上述的脈沖序列對(duì)相位編碼重復(fù)n次，同時(shí)改變相位編碼梯度pH，以便順序地得到行數(shù)據(jù)(今后把它叫做“MR(磁共振)數(shù)據(jù)”)，它包括在K空間S中沿著線L1，…Ln的NMR(核磁共振)信息，如圖8所示。
在步驟V10，在K空間S的MR數(shù)據(jù)進(jìn)行二維付里葉變換，并形成診斷部位的擴(kuò)散敏化圖象。
在步驟V11，所得到的擴(kuò)散敏化圖象被顯示。
上面所說(shuō)的常規(guī)擴(kuò)散敏化成象方法需要為相位編碼重復(fù)n次上述的脈沖序列(圖7)。相位編碼所用的重復(fù)次數(shù)n通常是128到256之間的一個(gè)值，在這種情況下圖象檢拾所需要的時(shí)間為2到4分鐘。
但是，圖象檢拾時(shí)間達(dá)到2到4分鐘是太長(zhǎng)了，很容易形成由于病人軀體的運(yùn)動(dòng)(例如乎吸)而引起的人為因素。相位編碼的次數(shù)n和K空間S的Ky方向的分辨率有直接的關(guān)系(圖7)，因此，如果為了縮短圖象檢拾時(shí)間而減少這一數(shù)值，結(jié)果所得的分辨率將不能和K空間S中Kx方向的分辨率相匹配，因而會(huì)產(chǎn)生圖象質(zhì)量降低的新問(wèn)題。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種擴(kuò)散敏化成象方法和一種MRI設(shè)備，它能夠降低成象的檢拾時(shí)間而不使圖象質(zhì)量變劣，從而抑制由于病人的軀體的運(yùn)動(dòng)所引起的人為因素。
從第一個(gè)方面來(lái)看，本發(fā)明在于一種擴(kuò)散敏化成象方法，它通過(guò)收集合有擴(kuò)散信息的MR數(shù)據(jù)而產(chǎn)生擴(kuò)散敏化的圖象，這種MR數(shù)據(jù)收集是使用在其上施加IVIM方式的脈沖序列而進(jìn)行的，其中在K空間中心的MR數(shù)據(jù)是按大體上的回波中心部分而收集的，而且MR數(shù)據(jù)是沿著螺旋形軌跡順序收集的，這個(gè)軌跡以螺旋方式在沿著大體上的回波中心的部分從K空間的中心向邊緣部分延伸。
從第二個(gè)方面來(lái)看，本發(fā)明在于一種擴(kuò)散敏化成象方法，它通過(guò)收集含有擴(kuò)散信息的MR數(shù)據(jù)而產(chǎn)生擴(kuò)散敏化的圖象，這種MR數(shù)據(jù)收集是使用在其上施加IVIM方式的脈沖序列而進(jìn)行的，其中在K空間中心的MR數(shù)據(jù)是按大體上的回波中心部分而收集的，而且MR數(shù)據(jù)是沿著螺旋形軌跡而順序收集的，這個(gè)軌跡以螺旋方式在沿著大體上的回波中心的部分從K空間的中心向邊緣部分延伸，而且MR數(shù)據(jù)的相位是根據(jù)在K空間的中心的MR數(shù)據(jù)的相位或在K空間的中心附近的MR數(shù)據(jù)的平均相位而修改的。
根據(jù)第三方面，本發(fā)明在于一種通過(guò)收集包括擴(kuò)散信息的MR數(shù)據(jù)以產(chǎn)生擴(kuò)散敏化圖象的擴(kuò)散敏化成象裝置，這種MR數(shù)據(jù)收集是通過(guò)使用在其上施加IVIM方式的脈沖序列而進(jìn)行的，其中的這種裝置包括螺旋掃描裝置，以收集大體上在回波中心部分的K空間中心的MR數(shù)據(jù)和順序收集沿著螺旋軌跡的MR數(shù)據(jù)，這些軌跡以螺旋方式沿著大體上的回波中心的部分從K空間的中心向邊緣延伸。
從第四方面來(lái)看，本發(fā)明在于一種通過(guò)收集包括擴(kuò)散信息的MR數(shù)據(jù)以產(chǎn)生擴(kuò)散敏化圖象的擴(kuò)散敏化成象裝置，這種MR數(shù)據(jù)收集是通過(guò)使用在其上施加IVIM方式的脈沖序列而進(jìn)行，其中的這種裝置包括螺旋掃描裝置，以收集大體上在回波中心部分的K空間中心的MR數(shù)據(jù)和順序收集沿著螺旋軌跡的MR數(shù)據(jù)，這些軌跡以螺旋方式沿著在大體上的回波中心的部分從K空間的中心向邊緣延伸，它還包括相位修改裝置，用于根據(jù)在K空間中心的MR數(shù)據(jù)的相位或在K空間中心周?chē)腗R數(shù)據(jù)的平均相位來(lái)修改MR數(shù)據(jù)的相位。
在本發(fā)明第一方面的擴(kuò)散敏化成象方法和在第三方面的擴(kuò)散敏化成象裝置中，包括擴(kuò)散信息的MR數(shù)據(jù)是使用帶有在其上加上IVIM方式的脈沖序列收集的，在這種情況下，在K空間的中心的MR數(shù)據(jù)是在大體上是回波中心的部分而收集的，且MR數(shù)據(jù)是沿著螺旋軌跡順序地收集的，這些軌跡以螺旋形式在大體上是回波中心的部分從K空間的中心延伸到邊緣。
根據(jù)沿著K空間的螺旋軌跡所進(jìn)行的MR數(shù)據(jù)的收集，有可能把一次誘導(dǎo)(inducement)中的采樣次數(shù)增加到常規(guī)方法和裝置的4到16倍。因此，按照本發(fā)明就有可能把誘導(dǎo)的次數(shù)、也就是脈沖序列的重復(fù)次數(shù)n減少到常規(guī)方法和裝置的1/4到1/16。例如，常規(guī)的相位編碼的次數(shù)范圍128-256可以減少到次數(shù)范圍為8-64。其結(jié)果是，常規(guī)的圖象檢拾時(shí)間范圍為2-4分鐘，而按照本發(fā)明，舉例而言，圖象檢拾時(shí)間的范圍可以減少到7.5秒到1分鐘，因此運(yùn)動(dòng)的人為因素可以被抑制。由于MR數(shù)據(jù)在K空間的位置上的各向同性分布，圖象的質(zhì)量不會(huì)變劣。
在本發(fā)明第二方面的擴(kuò)散敏化成象方法和第四方面的擴(kuò)散敏化成象裝置中，包括擴(kuò)散信息的MR數(shù)據(jù)是使用帶有在其上施加IVIM方式的脈沖序列收集的，在這種情況下在K空間的中心的MR數(shù)據(jù)是對(duì)大體上是回波中心的部分而收集的，且MR數(shù)據(jù)是沿著螺旋軌跡順序地收集的，這些軌跡以螺旋形式對(duì)大體上是回波中心的部分從K空間的中心延伸到邊緣。隨后，MR數(shù)據(jù)的相位根據(jù)在K空間中心的MR數(shù)據(jù)的相位或沿著K空間中心周?chē)腗R數(shù)據(jù)的平均相位而作修改。
雖然沿著K空間的螺旋軌跡收集MR數(shù)據(jù)可像上面所述減輕運(yùn)動(dòng)的人為因素，但仍不可避免地有某些人為因素以MR數(shù)據(jù)中的相移的形式而出現(xiàn)。軀體移動(dòng)的影響可以通過(guò)對(duì)MR數(shù)據(jù)進(jìn)行修改使得MR數(shù)據(jù)的相位和在K空間的中心一致從而進(jìn)一步得到減小，在這個(gè)中心處，各別的脈沖序列之間的相位應(yīng)該是一致的。
人們希望在s/n比(信噪比)良好時(shí)使用在K空間中心的MR數(shù)據(jù)的相位，或者在s/n比不好的情況下使用K空間中心附近的MR數(shù)據(jù)的平均相位。
本發(fā)明將用一個(gè)示例性的實(shí)施例作詳細(xì)解釋?zhuān)景l(fā)明并不局限于這個(gè)實(shí)施例。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的MRI裝置的方塊圖；圖2是圖1所示的MRI裝置的擴(kuò)散敏化成象過(guò)程的流程圖；圖3是本發(fā)明的擴(kuò)散敏化成象方法所使用的脈沖序列的示意圖；圖4是對(duì)應(yīng)于圖3所示的脈沖序列的螺旋軌跡的概念圖5是由圖3所示的脈沖序列多次誘導(dǎo)而得到的螺旋軌跡的概念圖；圖6是常規(guī)的MRI裝置的擴(kuò)散敏化成象過(guò)程的流程圖；圖7是在常規(guī)的擴(kuò)散敏化成象方法所用的脈沖序列的示意圖；圖8是對(duì)應(yīng)于圖6所示的脈沖序列的螺旋軌跡的概念圖。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的MRI裝置的方塊圖。
在MRI裝置100中，磁體部件1包括一個(gè)空腔部分(洞)用于把試樣插入到其內(nèi)部。圍繞著空腔部分排列著靜態(tài)磁場(chǎng)線圈，它用于把一個(gè)恒定穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)加到樣品上，還排列著梯度磁場(chǎng)線圈，它產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)(梯度磁場(chǎng)線圈包括分片(或分層)軸、頻率軸和相位軸上的各個(gè)線圈)，還排列著一個(gè)發(fā)射線圈和一個(gè)接收線圈，發(fā)射線圈用于產(chǎn)生一個(gè)射頻脈沖以誘發(fā)試樣中原子核的自旋，接收線圈則用于檢測(cè)從試樣來(lái)的NMR(核磁共振)信號(hào)。靜態(tài)磁場(chǎng)線圈、梯度磁場(chǎng)線圈、發(fā)射線圈和接收線圈分別接到主磁場(chǎng)電源2、梯度磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電路3、射頻功率放大器4和預(yù)放大器5。
順序存儲(chǔ)電路8按照從計(jì)算機(jī)7來(lái)的命令而工作以便使梯度磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電路按照所存儲(chǔ)的脈沖序列而工作，以使在磁體部件1中的梯度磁場(chǎng)線圈產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，它還操縱門(mén)調(diào)制電路9以便對(duì)射頻振蕩電路10的高頻輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)制而成為具有預(yù)先規(guī)定的定時(shí)和預(yù)先規(guī)定的包絡(luò)的脈沖信號(hào)，它把所得的射頻脈沖加到射頻功率放大器4，并把放大后的脈沖加到磁體部件1的發(fā)射線圈上以發(fā)射射頻脈沖。
預(yù)放大器5把由磁體部件1的接收線圈所檢測(cè)到的由試樣來(lái)的NMR信號(hào)放大并把輸出送到相位檢測(cè)器12。相位檢測(cè)器12接收射頻振蕩回路10的輸出作為其參考信號(hào)，并實(shí)施對(duì)從預(yù)放大器5來(lái)的NMR信號(hào)的相位檢測(cè)并把結(jié)果送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器11。模數(shù)轉(zhuǎn)換器11把模擬的相位檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并把它送給計(jì)算機(jī)7。
計(jì)算機(jī)7實(shí)施對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器11產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)圖象的重構(gòu)過(guò)程從而產(chǎn)生一個(gè)物體的圖象(一個(gè)物體部分的質(zhì)子密度圖象)。這個(gè)物體圖象顯示在顯示設(shè)備6上。
計(jì)算機(jī)7實(shí)施全面控制，包括接收從操作面板13上送來(lái)的信息。
屬于本發(fā)明的螺旋掃描裝置和相位修改裝置是作為MRI裝置100的功能而實(shí)現(xiàn)的。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)散敏化成象過(guò)程的流程圖。
在步驟V1中，操作員規(guī)定要診斷的部位和誘導(dǎo)的次數(shù)M。
在步驟V2，對(duì)于由操作員所規(guī)定的診斷部位建立起一個(gè)根據(jù)其上帶有加上IVIM的自旋回波方式的脈沖序列。對(duì)于讀出梯度和彎曲梯度，則假定形成一個(gè)螺旋狀軌跡，它以螺旋形式從K空間的中心延伸到其邊緣。
圖3表示根據(jù)帶有加上IVIM方式的自旋回波方式的脈沖序列的一個(gè)例子。
在這一脈沖序列中，90°的射頻脈沖R90加到診斷部位，使它內(nèi)部發(fā)生自旋，在時(shí)間長(zhǎng)度TE/2結(jié)束時(shí)加一個(gè)180°的射頻脈沖R180使自旋逆轉(zhuǎn)，回波被成象，在回波中心后的圖象被采樣。在這種情況下，射頻脈沖是這樣施加的，即讀出軸GX和彎曲軸GY的梯度H1和H2形成一個(gè)螺旋軌跡E、它如圖4所示的那樣，以螺旋形式從K空間的中心延伸到其邊緣。在施加射頻脈沖R180之前和之后，用于擴(kuò)散敏化的強(qiáng)MP梯度G1和G2被加到一個(gè)任意梯度軸上。在分片軸GZ軸上的S1和S2是分片選擇梯度。
再回到圖2，在步驟V3，上述的脈沖序列對(duì)誘導(dǎo)次數(shù)m＝1到m＝M重復(fù)M次，同時(shí)改變螺旋軌跡的位置α，同時(shí)收集K空間上的MR數(shù)據(jù)Sm(Kx，Ky)。圖5表示在M規(guī)定為4的情況下誘導(dǎo)次數(shù)m＝1，2，3和4時(shí)的螺旋軌跡。MR數(shù)據(jù)Sm(Kx，Ky)是誘導(dǎo)次數(shù)為m時(shí)沿著螺旋軌跡各個(gè)位置上的MR數(shù)據(jù)。
在步驟V4，相位修改計(jì)數(shù)器m被初始化為“1”。
在步驟V5，在K空間中心的MR數(shù)據(jù)Sm(0，0)的相位θm根據(jù)下列方程式而進(jìn)行計(jì)算。
θm＝arg{Sm(0，0)}在步驟V6，對(duì)于誘導(dǎo)次數(shù)m的沿著螺旋軌跡各個(gè)位置上的MR數(shù)據(jù)Sm(Kx，Ky)的相位根據(jù)下列方程式進(jìn)行計(jì)算Sm(Kx，Ky)＝Sm(Kx，Ky)*exp(-iθm)在步驟V7和V8，上述的步驟V5和V6對(duì)于m＝2到m進(jìn)行重復(fù)從而修改所有MR數(shù)據(jù)Sm(Kx，Ky)的相位。
在步驟9，在K空間的各網(wǎng)格點(diǎn)上的MR數(shù)據(jù)用插值法對(duì)經(jīng)過(guò)相位修改的MR數(shù)據(jù)Sm(Kx，Ky)進(jìn)行計(jì)算而得。
在步驟V10，對(duì)K空間網(wǎng)格點(diǎn)上的MR數(shù)據(jù)進(jìn)行二維付里葉變換，并建立診斷部分的擴(kuò)散敏化的圖象。
在步驟V11，顯示所得的擴(kuò)散敏化的圖象。
下面解釋了步驟V5和V6的相位修改的基礎(chǔ)。
對(duì)于在實(shí)空間位置(x，y)的信號(hào)源ρ(x，y)，如果所有信號(hào)源的移動(dòng)唯一地用R(t)表示，則MR數(shù)據(jù)Sm(Kx，Ky)是下列方程式表示的。Sm(kx，ky)＝erp(i·θm)∫∫ρ(x,y)·erp(i·kr·r·+i·ky·y)drdy]]>kx=γ∫Hldt]]>ky=γ∫H2dt]]>θm=γ[∫t=TE//2TEG2·Rm(t)dt-∫t=0TE/2G1·Rm(t)dt]]]>此處γ是磁性旋轉(zhuǎn)比。
θm值表示在發(fā)生軀體移動(dòng)的情況下MP梯度G1和G2的相位移。在G1＝G2的情況下且無(wú)軀體移動(dòng)時(shí)，θm為零。
在K空間的中心，即(Kx，Ky)＝(0，0)下列方程式成立。Sm(0,0)=erp(i·θ)∫∫ρ(x,y)drdy]]>就是說(shuō)，在K空間中心的MR數(shù)據(jù)Sm(0，0)的相位arg{Sm(0，0)}主要取決于由于軀體移動(dòng)所引起的相位移θm。
因此，通過(guò)從arg{Sm(0，0)}得到θm并向MR數(shù)據(jù)Sm(Kx，Ky)提供反向的旋轉(zhuǎn)θm，就有可能抵銷(xiāo)由軀體移動(dòng)所引起的相位移θm。
按照根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)散敏化成象方法和MRI裝置，MR數(shù)據(jù)是沿著K空間中螺旋軌跡而收集的，并且有可能在一次誘導(dǎo)中增加采樣的次數(shù)，從而和常規(guī)方法和裝置相比可以減少誘導(dǎo)的次數(shù)。因此，縮短成象的檢拾時(shí)間并因此而抑制運(yùn)動(dòng)的人為因素就成為可能。此外，占用的時(shí)間和加在病人等上的負(fù)擔(dān)也可減少。由于在K空間MR數(shù)據(jù)的位置是各向同性分布的，圖象質(zhì)量不會(huì)變劣。
此外，即使存在著某些軀體移動(dòng)的影響的情況，它也可以根據(jù)MR數(shù)據(jù)的相位偏移來(lái)消除。
權(quán)利要求
1.一種擴(kuò)散敏化成象方法，它通過(guò)收集含有擴(kuò)散信息的MR數(shù)據(jù)而產(chǎn)生擴(kuò)散敏化的圖象，這種MR數(shù)據(jù)收集是使用在其上加有IVIM方式的脈沖序列而進(jìn)行的，其特征在于，在K空間的中心的MR數(shù)據(jù)是按大體上的回波中心部分而收集的，同時(shí)MR數(shù)據(jù)是沿著螺旋形軌跡順序收集的，這個(gè)軌跡以螺旋方式沿著大體上的回波中心部分從K空間的中心向邊緣部分延伸。
2.一種擴(kuò)散敏化成象方法，它通過(guò)收集合有擴(kuò)散信息的MR數(shù)據(jù)而產(chǎn)生擴(kuò)散敏化的圖象，這種MR數(shù)據(jù)收集是使用在其上加有IVIM方式的脈沖序列而進(jìn)行的，其特征在于，在K空間的中心的MR數(shù)據(jù)是按大體上的回波中心的部分而收集的，同時(shí)MR數(shù)據(jù)是沿著螺旋形軌跡順序收集的，這個(gè)軌跡以螺旋方式沿著大體上的回波中心部分從K空間的中心向邊緣延伸，MR數(shù)據(jù)的相位是根據(jù)在K空間的中心的MR數(shù)據(jù)的相位或在K空間的中心附近的MR數(shù)據(jù)的平均相位而修改的。
3.一種通過(guò)收集含有擴(kuò)散信息的MR數(shù)據(jù)以產(chǎn)生擴(kuò)散敏化圖象的擴(kuò)散敏化成象裝置，這種MR數(shù)據(jù)收集是通過(guò)使用在其上施加IVIM方式的脈沖序列而進(jìn)行的，其特征在于，上述的裝置包括螺旋掃描裝置，以收集大體上在回波中心部分的K空間中心的MR數(shù)據(jù)和順序收集沿著螺旋軌跡的MR數(shù)據(jù)，這些軌跡以螺旋方式沿著大體上的回波中心的部分從K空間的中心向邊緣延伸。
4.一種通過(guò)收集合有擴(kuò)散信息的MR數(shù)據(jù)以產(chǎn)生擴(kuò)散敏化圖象的擴(kuò)散敏化成象裝置，這種MR數(shù)據(jù)收集通過(guò)使用在其上施加IVIM方式的脈沖序列而進(jìn)行，其特征在于，上述的裝置包括螺旋掃描裝置，以收集大體上在回波中心的部分的K空間中心的MR數(shù)據(jù)并順序收集沿著螺旋軌跡的MR數(shù)據(jù)，這種軌跡以螺旋方式沿著大體上的回波中心的部分從K空間的中心向邊緣延伸；還包括相位修改裝置，用于根據(jù)K空間的中心的MR數(shù)據(jù)的相位或在K空間中心的周?chē)腗R數(shù)據(jù)的平均相位來(lái)修改MR數(shù)據(jù)的相位。
全文摘要
一種擴(kuò)散敏化成像方法和MRI裝置，可減少成像的檢拾時(shí)間從而抑制由軀體運(yùn)動(dòng)所引起的人為因素。90°的射頻脈沖R90加到診斷部位使其內(nèi)部產(chǎn)生自旋，在時(shí)間長(zhǎng)度TE/2結(jié)束時(shí)加180°的射頻脈沖R180使自旋反向，形成圖象，在回波中心采樣圖象。射頻脈沖的施加使讀出軸Gx和彎曲軸Gy的梯度H1和H2形成以螺旋形式從K空間S的中心向邊緣延伸的螺旋形軌跡。
文檔編號(hào)G01R33/48GK1151858SQ95120850
公開(kāi)日1997年6月18日 申請(qǐng)日期1995年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月15日
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