一种利用稳态自由进动序列的磁共振成像方法.pdf

本发明提供一种利用稳态自由进动序列的磁共振成像方法，应用于磁共振成像技术领域，包括：同时施加激发脉冲和第一层面选择梯度A；施加第二层面选择梯度B、第一相位编码梯度U、以及读出预散相梯度J；施加第一读出梯度G，同时采集回波平移信号；施加第三层面选择梯度D；施加第二读出梯度H，同时采集时间反转稳态进动信号；施加读出回聚梯度F、第二相位编码梯度V、第四层面选择梯度C；其中，梯度A、B、C、D的矩满足关系：MC＝-MA/2，2MB–MD＝MA；利用得到的信号填充k空间，并进行傅里叶变换，得到磁共振图像。本发明可同时采集回波平移信号和时间反转稳态进动信号，缩短成像时间。

权利要求书
1.  一种利用稳态自由进动序列的磁共振成像方法，其特征在于，包括：
循环执行一稳态自由进动序列；其中，执行该稳态自由进动序列的过程包括：
步骤1，施加激发脉冲，同时施加第一层面选择梯度A；
步骤2，在施加所述第一层面选择梯度A之后，施加第二层面选择梯度B、第一相位 编码梯度U、以及读出预散相梯度J；
步骤3，在施加所述第二层面选择梯度B、第一相位编码梯度U、以及读出预散相梯 度J之后，施加第一读出梯度G；
步骤4，在施加所述第一读出梯度G的同时采集磁共振信号，得到回波平移信号；
步骤5，采集得到回波平移信号之后，施加第三层面选择梯度D；
步骤6，在施加所述第三层面选择梯度D之后，施加第二读出梯度H；
步骤7，在施加所述第二读出梯度H的同时采集磁共振信号，得到时间反转稳态进 动信号；
步骤8，采集得到时间反转稳态进动信号之后，施加读出回聚梯度F、第二相位编 码梯度V、第四层面选择梯度C；
其中，所述第一层面选择梯度A、第二层面选择梯度B、第四层面选择梯度C、第 三层面选择梯度D满足如下关系：
MC＝-MA/2，
2MB–MD＝MA，
MA是第一层面选择梯度A的矩，
MB是第二层面选择梯度B的矩，
MC是第四层面选择梯度C的矩，
MD是第三层面选择梯度D的矩；
其中，所述第一相位编码梯度U、第二相位编码梯度V满足如下关系：
MU＝-MV，
MU是第一相位编码梯度U的矩，
MV是第二相位编码梯度V的矩；
利用循环执行所述稳态自由进动序列得到的回波平移信号和时间反转稳态进动信号 填充k空间；
对所述k空间的数据进行傅里叶变换，得到磁共振图像。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一层面选择梯度A、第二层面选 择梯度B、第四层面选择梯度C、第三层面选择梯度D还满足关系：∣MA/2+MB∣≧MA/2。

3.  根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一层面选择梯度A、第二层面选 择梯度B、第三层面选择梯度D满足关系：
MB＝–MA，
MD＝MA。

4.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在施加所述第一读出梯度G之后，施加 所述第二读出梯度H之前，所述的执行该稳态自由进动序列的过程还包括：施加读出回聚- 预散相梯度E；
其中，所述读出预散相梯度J、第一读出梯度G、读出回聚-预散相梯度E、第二读出梯 度H、读出回聚梯度F满足如下关系：
MJ＝-MG/2，
ME＝-(MG+MH)/2，
MF＝-MH/2，
并且，所述第一读出梯度G、第二读出梯度H的极性相同；
MJ是读出预散相梯度J的矩，
MG是第一读出梯度G的矩，
ME是读出回聚-预散相梯度E的矩，
MH是第二读出梯度H的矩，
MF是读出回聚梯度F的矩。

5.  根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述读出预散相梯度J、第一读出梯度G、 读出回聚-预散相梯度E、第二读出梯度H、读出回聚梯度F还满足关系：MJ+ME+MF+MG+MH＝0；
并且，所述读出预散相梯度J、读出回聚-预散相梯度E、读出回聚梯度F的极性相同； 所述第一读出梯度G、第二读出梯度H与所述读出预散相梯度J、读出回聚-预散相梯度E、 读出回聚梯度F的极性相反。

6.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述读出预散相梯度J、第一读出梯度G、 第二读出梯度H、读出回聚梯度F满足关系：
MJ+MF+MG+MH＝0；
并且，所述第一读出梯度G、第二读出梯度H的极性相反；
MJ是读出预散相梯度J的矩，
MG是第一读出梯度G的矩，
MH是第二读出梯度H的矩，
MF是读出回聚梯度F的矩。

7.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在施加所述第一层面选择梯度A之后， 施加第一读出梯度G之前，所述的执行该稳态自由进动序列的过程还包括：在层面选择方 向施加第三相位编码梯度S；
采集得到时间反转稳态进动信号之后，所述的执行该稳态自由进动序列的过程还包 括：在层面选择方向施加第四相位编码梯度T；
其中，所述第三相位编码梯度S、第四相位编码梯度T满足如下关系：
MS＝-MT，
MS是第三相位编码梯度S的矩，
MT是第四相位编码梯度T的矩。

说明书一种利用稳态自由进动序列的磁共振成像方法
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术领域，具体地，涉及一种利用稳态自由进动序列的磁共振 成像方法。
背景技术
时间反转稳态进动(Time-reversed Fast Imaging with Steady-state Precession,time  reversed FISP,or PSIF,or Contrast Enhanced Fourier Acquired Steady state，CE-FAST)信号 是一种重T2加权的梯度回波信号。相比于传统基于快速自旋回波T2加权信号，它具有采集 速度快，选择性吸收率低等优点。
回波平移(Echo Shift，ES)信号是一种重T2*加权的梯度回波信号，它具有长回波时 间(Echo Time，TE)的特点，对于相位变化也十分敏感，通常用于磁共振温度成像等实 时监控领域。
目前业界对这两种信号通常是利用对应的序列分别进行采集，而在某些实时监控领 域，需要同时采集回波平移信号和时间反转稳态进动信号，以获取温度信息和组织T2变化 信息。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种利用稳态自由进动序列的磁共振成像方法，以 解决现有技术中不能同时采集回波平移信号和时间反转稳态进动信号的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种利用稳态自由进动序列的磁共振成像方 法，包括：
循环执行一稳态自由进动序列；其中，执行该稳态自由进动序列的过程包括：
步骤1，施加激发脉冲，同时施加第一层面选择梯度A；
步骤2，在施加所述第一层面选择梯度A之后，施加第二层面选择梯度B、第一相位 编码梯度U、以及读出预散相梯度J；
步骤3，在施加所述第二层面选择梯度B、第一相位编码梯度U、以及读出预散相梯 度J之后，施加第一读出梯度G；
步骤4，在施加所述第一读出梯度G的同时采集磁共振信号，得到回波平移信号；
步骤5，采集得到回波平移信号之后，施加第三层面选择梯度D；
步骤6，在施加所述第三层面选择梯度D之后，施加第二读出梯度H；
步骤7，在施加所述第二读出梯度H的同时采集磁共振信号，得到时间反转稳态进 动信号；
步骤8，采集得到时间反转稳态进动信号之后，施加读出回聚梯度F、第二相位编 码梯度V、第四层面选择梯度C；
其中，所述第一层面选择梯度A、第二层面选择梯度B、第四层面选择梯度C、第 三层面选择梯度D满足如下关系：
MC＝-MA/2，
2MB–MD＝MA，
MA是第一层面选择梯度A的矩，
MB是第二层面选择梯度B的矩，
MC是第四层面选择梯度C的矩，
MD是第三层面选择梯度D的矩；
其中，所述第一相位编码梯度U、第二相位编码梯度V满足如下关系：
MU＝-MV，
MU是第一相位编码梯度U的矩，
MV是第二相位编码梯度V的矩；
利用循环执行所述稳态自由进动序列得到的回波平移信号和时间反转稳态进动信号 填充k空间；
对所述k空间的数据进行傅里叶变换，得到磁共振图像。
借助于上述技术方案，本发明设计了一种新的稳态自由进动序列，执行该序列可同时 采集回波平移信号和时间反转稳态进动信号，相比于现有技术，本发明能够满足同时采集 回波平移信号和时间反转稳态进动信号的需要，获取温度信息和组织T2变化信息，明显缩 短磁共振成像时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。
图1是本发明提供的利用稳态自由进动序列的磁共振成像方法流程示意图；
图2是本发明提供的一种用于磁共振二维成像的稳态自由进动序列实例示意图；
图3是本发明提供的另一种用于磁共振二维成像的稳态自由进动序列实例示意图；
图4是本发明提供的一种用于磁共振三维成像的稳态自由进动序列实例示意图；
图5中(a)是本发明采集到的回波平移图像；(b)是本发明采集到的时间反转稳态进动图 像；(c)是单独利用回波平移序列采集到的回波平移图像；(d)是单独利用时间反转稳态进动 序列扫描的时间反转稳态进动图像。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种利用稳态自由进动序列的磁共振成像方法，如图1所示，该方法包括：
步骤S1，循环执行一稳态自由进动序列。
稳态自由进动序列包括激发脉冲、层面选择方向(Z方向)的梯度、相位编码方向(Y 方向)的梯度、读出方向(X方向)的梯度。
具体的，步骤S1中执行稳态自由进动序列的循环次数与相位编码的编码数相对应，取 决于磁共振图像的分辨率(扫描参数)。
步骤S1中，单次执行稳态自由进动序列具体包括如下分步骤：
步骤S11，施加激发脉冲，同时施加第一层面选择梯度A。
具体的，激发脉冲是一组等间距、相同翻转角度的脉冲信号。第一层面选择梯度A施 加于层面选择方向。
步骤S12，在施加第一层面选择梯度A之后，施加第二层面选择梯度B、第一相位编码 梯度U、以及读出预散相梯度J。
具体的，第二层面选择梯度B施加于层面选择方向；第一相位编码梯度U施加于相位编 码方向；读出预散相梯度J施加于读出方向。
步骤S13，在施加第二层面选择梯度B、第一相位编码梯度U、以及读出预散相梯度J 之后，施加第一读出梯度G。
具体的，第一读出梯度G施加于读出方向。
步骤S14，在施加第一读出梯度G的同时采集磁共振信号，得到回波平移信号。
步骤S15，采集得到回波平移信号之后，施加第三层面选择梯度D。
具体的，第三层面选择梯度D施加于层面选择方向。
步骤S16，在施加第三层面选择梯度D之后，施加第二读出梯度H。
具体的，第二读出梯度H施加于读出方向。
步骤S17，在施加第二读出梯度H的同时采集磁共振信号，得到时间反转稳态进动信号。
步骤S18，采集得到时间反转稳态进动信号之后，施加读出回聚梯度F、第二相位编码 梯度V、第四层面选择梯度C。
具体的，读出回聚梯度F施加于读出方向；第二相位编码梯度V施加于相位编码方向； 第四层面选择梯度C施加于层面选择方向。
为了达到同时采集回波平移信号和时间反转稳态进动信号的目的，本发明中，第一层 面选择梯度A、第二层面选择梯度B、第四层面选择梯度C、第三层面选择梯度D应满足如 下关系：
MC＝-MA/2，
2MB–MD＝MA，
MA是第一层面选择梯度A的矩，
MB是第二层面选择梯度B的矩，
MC是第四层面选择梯度C的矩，
MD是第三层面选择梯度D的矩。
具体的，第一层面选择梯度A是配合激发脉冲用于激发采集对象的某一层所需要的梯 度，它由激发层厚和激发脉冲的带宽等参数决定。
本发明适用于磁共振二维成像和磁共振三维成像。
在磁共振二维成像中，每一个重复周期内，仅在相位编码方向(Y方向)施加第一相 位编码梯度U和第二相位编码梯度V。其中，施加第一相位编码梯度U的目的是使自旋子具 备不同的初始相位，以区分相应体素的位置，用于磁共振二维成像，但在下一个重复周期 来临前，需使所有自旋子的相位回聚，为此就要施加与第一相位编码梯度U强度相同、极 性相反的第二相位编码梯度V(即回聚梯度)。也就是说，第一相位编码梯度U、第二相位 编码梯度V应满足关系：MU＝-MV，MU是第一相位编码梯度U的矩，MV是第二相位编码 梯度V的矩。
在磁共振三维成像中，每一个重复周期内，除了在相位编码方向施加第一相位编码梯 度U和第二相位编码梯度V之外，还需要在层面选择方向(Z方向)施加第三相位编码梯度 S和第四相位编码梯度T。其中，施加第三相位编码梯度S是在施加第一层面选择梯度A之后， 施加第一读出梯度G之前；施加第四相位编码梯度T是在采集得到时间反转稳态进动信号之 后；并且，第三相位编码梯度S、第四相位编码梯度T应满足关系：MS＝-MT，MS是第三 相位编码梯度S的矩，MT是第四相位编码梯度T的矩。
步骤S2，利用循环执行稳态自由进动序列得到的回波平移信号和时间反转稳态进动信 号填充k空间。
步骤S3，对k空间的数据进行傅里叶变换，得到磁共振图像。
执行该稳态自由进动序列，每个重复周期内施加不同的相位编码梯度以覆盖整个k空 间，将k空间的信号做傅里叶变换即可得到对应的图像信息。
若激发脉冲的自由感应衰减(Free Induction Decay，FID)信号没有衰减完全，而进入 到了回波平移信号的采集窗口内，就会对采集回波平移信号造成干扰。考虑到这一点，本 发明中，为了使得激发脉冲的FID信号不影响采集回波平移信号，层面选择梯度A、B、C、 D还应满足关系：∣MA/2+MB∣≧MA/2，以使激发脉冲的FID信号很快衰减完全。
在一种较佳的实施例中，令MB＝–MA，MD＝MA，即可满足上述关系∣MA/2+MB∣ ≧MA/2。
本发明提供一种如图2所示的可应用于图1所示方法进行磁共振二维成像的稳态自由 进动序列实例，该序列包括激发脉冲、层面选择方向的梯度、相位编码方向的梯度、读出 方向的梯度。
图2中，激发脉冲是一组等间距、相同翻转角度α的脉冲信号。ADC#1表示在施加第一 读出梯度G的同时采集回波平移信号。ADC#2表示在施加第二读出梯度H的同时采集时间 反转稳态进动信号。
基于图2，每一个重复周期内，在施加第一读出梯度G之后，以及施加第二读出梯度H 之前，还包括：施加读出回聚-预散相梯度E，并且，图2中的读出预散相梯度J、第一读出 梯度G、读出回聚-预散相梯度E、第二读出梯度H、读出回聚梯度F满足如下关系：
MJ＝-MG/2，
ME＝-(MG+MH)/2，
MF＝-MH/2，
MJ是读出预散相梯度J的矩，
MG是第一读出梯度G的矩，
ME是读出回聚-预散相梯度E的矩，
MH是第二读出梯度H的矩，
MF是读出回聚梯度F的矩。
具体的，第一读出梯度G、第二读出梯度H需配合模数转换器执行采集磁共振信号的工 作，它们的大小由采样点数、采集带宽和读出方向的视野大小等参数决定。
以下为执行图2所示稳态自由进动序列的工作过程及原理：
每个重复周期内：
(1)激发脉冲通过射频线圈施加到采集对象上，同时配合第一层面选择梯度A，使得 空间中某个平面上所有的自旋子被激发；
(2)施加第一相位编码梯度U，使得自旋子具备一定的不同的初始相位，用于磁共振 二维成像；
(3)施加读出预散相J；
(4)施加第一读出梯度G，同时开启模数转换器，采集磁共振信号，此时采集到的磁 共振信号为回波平移信号；
(5)施加读出回聚-预散相梯度E；
(6)施加第二读出梯度H，同时开启模数转换器，采集磁共振信号，此时采集到的信 号为时间反转稳态进动信号。
基于图2所示的序列，本发明还可以结合部分回波(不对称)技术减小重复周期，缩 短磁共振成像的时间。由于部分回波技术使得回波中心不在读出梯度G\H和采集的磁共振 信号(回波信号\时间反转稳态进动信号)的中心，减少了读出梯度G和H的持续时间，从 而能够缩短重复周期。这种情况下，读出方向的梯度仅需满足：MJ+ME+MF+MG+MH＝ 0；其中梯度J、E、F的极性相同；梯度G、H与梯度J、E、F的极性相反。
本发明提供另一种如图3所示的可应用于图1所示方法进行磁共振二维成像的稳态自 由进动序列实例，该序列包括激发脉冲、层面选择方向的梯度、相位编码方向的梯度、读 出方向的梯度。其中，梯度J、G、H、F满足关系：MJ+MF+MG+MH＝0；并且，第一读 出梯度G和第二读出梯度H的极性相反。
与图2所示的稳态自由进动序列相比，图3所示的序列中，施加第一读出梯度G之后， 以及施加第二读出梯度H之前，不施加读出回聚-预散相梯度E。这是因为图3所示的序列是 使用双极型读出的方式去掉读出回聚-预散相梯度E，以达到减小重复周期的效果，缩短磁 共振成像的时间。
本发明提供一种如图4所示的可应用于图1所示方法进行磁共振三维成像的稳态自由 进动序列实例，该序列包括激发脉冲、层面选择方向的梯度、相位编码方向的梯度、读出 方向的梯度。
图4中，激发脉冲是一组等间距、相同翻转角度α的脉冲信号。ADC#1表示在施加第一 读出梯度G的同时采集回波平移信号。ADC#2表示在施加第二读出梯度H的同时采集时间 反转稳态进动信号。
基于图4，每一个重复周期内，在施加所述第一层面选择梯度A之后，施加第一读出梯 度G之前，还包括：在层面选择方向施加第三相位编码梯度S；以及，在采集得到时间反转 稳态进动信号之后，还包括：在层面选择方向施加第四相位编码梯度T。
在一种较佳的实施例中，图4的第三相位编码梯度S可以与第二层面选择梯度B合并， 第四相位编码梯度T可以与第四层面选择梯度C合并。
图5中，(a)是本发明采集到的二维回波平移图像；(b)本发明采集到的二维时间反转稳 态进动图像；(c)是单独利用回波平移序列采集到的回波平移图像；(d)是单独利用时间反转 稳态进动序列扫描的时间反转稳态进动图像。
基本共同采集参数为：
视野范围：384mm*384mm
层厚：5mm
分辨率：384*384
脉冲翻转角：20degree
本发明提出的序列：
重复时间/回波时间：8ms/2.4ms，采集带宽：610Hz/pixel
回波平移序列：
重复时间/回波时间：5ms/2.5ms，采集带宽：592Hz/pixel
时间反转稳态进动序列：
重复时间/回波时间：5ms/2.5ms，采集带宽：592Hz/pixel
对比图5(a)～(d)可知，本发明采集的图像与单独利用回波平移序列和时间反转稳态进 动序列分别采集到的图像具有相似的对比度。但本发明能够满足同时采集回波平移信号和 时间反转稳态进动信号的需要，获取温度信息和组织T2变化信息，明显缩短磁共振成像时 间。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。
本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative  logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为 清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative  components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软 件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的 应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保 护的范围。
本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元，或装置都可以通过通用处理 器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置， 离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。 通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、 微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微 处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类 似的配置来实现。
本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模 块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM 存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形 式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介 中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处 理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存 储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。
在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、 固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒 介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑 存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是 任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不 限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置， 或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或 特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读 媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光 纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被 包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射 盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光 学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。