技术领域
本发明涉及弥散成像技术领域，特别是涉及一种心脏弥散成像的受激回波序列扫描方法和装置。
背景技术
磁共振(Magnetic Resonance，MR)成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。它利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核(即H+)发生振动产生射频信号，经计算机处理而成像。
弥散(diffusion)是指分子的随机不规则运动，是体内的物质转运方式之一，又称布朗运动。生物体的组织结构会对其中的水分子弥散运动造成影响，反过来水分子的弥散运动反映了所处位置的组织特性。弥散张量磁共振成像(Diffusion Tensor Imagining，DTI)在磁共振成像的基础上利用非线性相关方向梯度磁场检测组织内水分子在各个方向上的弥散速率，在此基础上计算出水分子的弥散张量，从而研究组织内部的精细结构。
用受激回波(stimulated-echo，STEAM)单次激发平面回波成像可以实现活体心脏弥散张量成像。弥散编码梯度加在相邻心跳周期的同一时相上，可以避免心脏运动造成信号丢失。为防止呼吸运动对采集过程的影响，可以在STEAM序列前与STEAM序列后分别加上导航回波，其中导航条放在被扫描者的膈肌顶部。
然而，现有技术中采用导航回波的STEAM扫描方式具有扫描时间冗长的缺陷。
发明内容
本发明实施方式提出一种心脏弥散成像的受激回波序列扫描方法和装置，从而降低扫描时间。
本发明实施方式的技术方案如下：
根据本发明实施方式的一方面，一种心脏弥散成像的受激回波序列扫描方法，包括：
当接收到心电触发信号时，使能受激回波序列前的导航回波探测第一膈肌位置信息；
当所述第一膈肌位置信息不位于采集窗内时，不执行所述受激回波序列，等待接收下一个心电触发信号。
在一个实施方式中，还包括：
当所述第一膈肌位置信息位于所述采集窗内时，执行所述受激回波序列。
在一个实施方式中，在执行所述受激回波序列之后，还包括：
使能受激回波序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；
当所述第二膈肌位置信息位于所述采集窗内且所述第一膈肌位置信息与所述第二膈肌位置信息之间 的位置差小于预定门限值时，接受所述受激回波序列所采集的心脏成像数据。
在一个实施方式中，在执行所述受激回波序列之后，该方法还包括：
使能受激回波序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；
当所述第二膈肌位置信息不位于所述采集窗内时，丢弃所述受激回波序列所采集的心脏成像数据。
在一个实施方式中，在执行所述受激回波序列之后，该方法还包括：
使能受激回波序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；
当所述第一膈肌位置信息与所述第二膈肌位置信息之间的位置差不小于预定门限值时，丢弃所述受激回波序列所采集的心脏成像数据。
根据本发明实施方式的一方面，一种心脏弥散成像的受激回波序列扫描装置，包括：
导航回波使能模块，用于当接收到心电触发信号时，使能受激回波序列前的导航回波探测第一膈肌位置信息；
处理模块，用于当所述第一膈肌位置信息不位于采集窗内时，不执行所述受激回波序列，等待接收下一个心电触发信号。
在一个实施方式中，处理模块，还用于当所述第一膈肌位置信息位于所述采集窗内时，执行所述受激回波序列。
在一个实施方式中，
导航回波使能模块，还用于在处理模块执行所述受激回波序列之后，使能受激回波序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；
处理模块，还用于当所述第二膈肌位置信息位于所述采集窗内且所述第一膈肌位置信息与所述第二膈肌位置信息之间的位置差小于预定门限值时，接受所述受激回波序列所采集的心脏成像数据。
在一个实施方式中，
导航回波使能模块，还用于在处理模块执行所述受激回波序列之后，使能受激回波序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；
处理模块，还用于当所述第二膈肌位置信息不位于所述采集窗内时，丢弃所述受激回波序列所采集的心脏成像数据。
在一个实施方式中，
导航回波使能模块，还用于在处理模块执行所述受激回波序列之后，使能受激回波序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；
处理模块，还用于当所述第一膈肌位置信息与所述第二膈肌位置信息之间的位置差不小于预定门限值时，丢弃所述受激回波序列所采集的心脏成像数据。
从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，当接收到心电触发信号时，使能受激回波序列前的 导航回波探测第一膈肌位置信息；当第一膈肌位置信息不位于采集窗内时，不执行受激回波序列，等待接收下一个心电触发信号。由此可见，如果受激回波序列前的导航回波探测的膈肌位置不位于采集窗内，可以判定后续受激回波序列将要采集到的数据是无效数据，本发明实施方式不再执行后续的受激回波序列，从而省略受激回波序列的采集时间及受激回波序列后导航回波的探测时间，并由此显著降低了扫描时间。
而且，本发明还延长了实际的重复时间(TR)，纵向磁化矢量可以有足够的弛豫时间，从而还可以提高图像的信噪比。
附图说明
图1为根据本发明实施方式心脏弥散成像的受激回波序列扫描方法流程图。
图2为具有导航回波的受激回波(STEAM)序列的序列图。
图3为根据本发明实施方式心脏弥散成像的受激回波序列扫描方法的示范性流程图。
图4A为现有技术的导航回波的示范性数据接收示意图。
图4B为根据本发明实施方式的导航回波数据接收示意图。
图5为现有技术的2D前瞻性采集校正(2D Prospective Acquisition Correction，PACE)方法、现有技术的导航回波方法与本发明实施方式的示范性成像效果对比图。
图6为根据本发明实施方式心脏弥散成像的受激回波序列扫描装置结构图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。
STEAM序列之前与之后的导航回波分别用于探测膈肌位置。STEAM序列用于获取心脏成像数据。
在现有技术采用导航回波的STEAM扫描方式中，STEAM序列之前与之后的导航回波分别探测到膈肌位置以及STEAM序列获取到心脏成像数据之后，判断是否接受STEAM序列所采集的心脏成像数据。其中：只有当STEAM序列前的导航回波所探测的膈肌位置符合需求、STEAM序列后的导航回波所探测 的膈肌位置符合需求，以及STEAM序列前的导航回波所探测的膈肌位置与STEAM序列后的导航回波所探测的膈肌位置的差值符合需求时，才判定接受STEAM序列所采集的心脏成像数据。
申请人通过观察分析发现，如果STEAM序列前的导航回波所探测的膈肌位置不符合需求，即足以判定不接受STEAM序列所采集的心脏成像数据，而没有必要再执行后续STEAM序列的心脏数据采集工作，也没有必要执行后续的STEAM序列后导航回波的探测工作，并由此省略STEAM序列后导航回波的探测时间及STEAM序列的采集时间，从而显著降低扫描时间。
图1为根据本发明实施方式心脏弥散成像的受激回波序列扫描方法流程图。在本方法中，在STEAM序列的前后分别加上导航回波，其中导航条放在被扫描者的膈肌顶部。在STEAM序列的前后分别加上导航回波，可让病人在采集过程中自由呼吸。
如图1所示，该方法包括：
步骤101：当接收到心电触发(ECG trigger)信号时，使能STEAM序列前的导航回波探测第一膈肌位置信息。
步骤102：当第一膈肌位置信息不位于采集窗内时，不执行STEAM序列，等待接收下一个心电触发信号。
可见，在接收到心电触发信号后及STEAM序列开始扫描前，STEAM序列前的导航回波首先探测膈肌位置，得到第一膈肌位置信息。如果判定第一膈肌位置信息不位于采集窗内，判定后续STEAM序列将要采集到的数据是无效数据，因此不再执行后续的STEAM序列的心脏数据采集工作，也不执行STEAM后导航回波的探测工作，从而省略STEAM序列的采集时间和STEAM后导航回波的探测时间，并由此显著降低扫描时间。
另外，本发明还延长了实际的重复时间，因此纵向磁化矢量可有足够的弛豫时间，从而可以使图像有更高的信噪比。
在本发明实施方式中，当步骤102中判定不执行STEAM序列并等待接收到下一个心电触发信号后，重复执行图1所示方法。具体包括：当不执行STEAM序列并等待接收到下一个心电触发信号后，继续使能STEAM序列前的导航回波探测第一膈肌位置信息，当此时探测到的第一膈肌位置信息依然不位于采集窗内时，仍然不执行STEAM序列，而是继续等待接收当前心电触发信号之后的下一个心电触发信号。依此类推，如果STEAM序列前的导航回波探测的第一膈肌位置信息持续不位于采集窗内，则持续不执行STEAM序列。
在一个实施方式中，该方法还包括：
当第一膈肌位置信息位于采集窗内时，执行STEAM序列。
在这里，如果判定该第一膈肌位置信息位于采集窗内，则意味着后续STEAM序列将采集到的数据可能是有效数据，不能立即被废弃，因此执行STEAM序列，STEAM序列采集心脏成像数据。
在一个实施方式中，在执行STEAM序列之后，该方法还包括：
使能STEAM序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；当第一膈肌位置信息与第二膈肌位置信息之间的位置差小于预定门限值时，接受STEAM序列所采集的心脏成像数据。
在这里，当因判定STEAM序列前的导航回波检测的第一膈肌位置信息位于采集窗内而执行STEAM序列之后，如果STEAM序列后的导航回波检测的第二膈肌位置信息同样位于采集窗内，而且第一膈肌位置信息与第二膈肌位置信息之间的位置差小于预定门限值，则意味着STEAM序列采集到的心脏成像数据为有效数据，因此接受STEAM序列采集到的心脏成像数据。
在一个实施方式中，在执行STEAM序列之后，该方法还包括：
使能STEAM序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；当第二膈肌位置信息不位于采集窗内时，丢弃STEAM序列所采集的心脏成像数据。
在这里，当因判定STEAM序列前的导航回波检测的第一膈肌位置信息位于采集窗内而执行STEAM序列之后，如果进一步判定STEAM序列后的导航回波检测的第二膈肌位置信息不位于采集窗内，则意味着STEAM序列采集到的数据为无效数据，因此丢弃STEAM序列所采集的数据。
在一个实施方式中，在执行STEAM序列之后，该方法还包括：
使能STEAM序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；当第一膈肌位置信息与第二膈肌位置信息之间的位置差不小于预定门限值时，丢弃STEAM序列所采集的心脏成像数据。
在这里，当因判定STEAM序列前的导航回波检测的第一膈肌位置信息位于采集窗内而执行STEAM序列之后，使能STEAM序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息，如果第一膈肌位置信息与第二膈肌位置信息之间的位置差不小于预定门限值，则意味着STEAM序列采集到的数据为无效数据，因此丢弃STEAM序列所采集的数据。
下面结合STEAM序列的序列图对本发明进行示范性阐述。为防止呼吸运动对采集的影响，在STEAM序列的前后同时加上导航回波，其中导航条放在被扫描者的膈肌顶部。
图2为具有导航回波的STEAM序列的序列图。
在图2中，ECG为心电触发信号；FatSat表示压脂；Gdiff为弥散梯度；TD为触发延迟；TE为回波时间；TM为混合或弥散演化时间；EPI为平面回波成像。
如图2所示，在STEAM序列之前具有导航回波(NAVbefore)，在STEAM序列之后具有导航回波(NAVafter)。NAVbefore用于探测STEAM序列开始时的膈肌位置，NAVafter用于探测STEAM序列结束时的膈肌位置。
条件(1)：NAVbefore探测到的膈肌位置必须在采集窗内(比如：正负4mm)；
条件(2)：NAVafter探测到的膈肌位置必须在采集窗内(比如：正负4mm)；
条件(3)：NAVbefore探测到的膈肌位置与NAVafter探测到的膈肌位置的位置差必须小于预定门限值(比 如：2mm)。
若以上三个条件中任意一个不满足，就需要废弃STEAM序列采集到的数据。换句话说，只有以上三个条件全部满足，才接受STEAM序列采集到的数据。测试经验表明，在病人自由呼吸情况下，这三个条件很难同时满足，数据接受效率低。
实际上，若条件(1)不满足，就没有必要进行STEAM序列的采集，也无须对条件(2)和条件(3)进行判断。因此，在STEAM序列扫描开始前，NAVbefore探测到膈肌位置后，就可以进行条件(1)的判断，若条件(1)不满足，则不再执行后续的STEAM序列。
具体地，当获得ECG触发信号后，NAVbefore获取膈肌位置信息，判断该膈肌位置信息是否在采集窗内，若不在采集窗内，则不执行STEAM序列，而是等待下一个ECG信号并重新获取膈肌信息后再判断是否满足条件(1)，直到条件(1)获得满足才执行STEAM序列和探测NAVafter。
当条件(1)获得满足后，执行STEAM序列和探测NAVafter，并对条件(2)和条件(3)进行判断。只有条件(2)和条件(3)都满足时，才接受STEAM序列采集的心脏成像数据。当条件(2)和条件(3)不能同时满足时，丢弃STEAM序列采集的心脏成像数据。
图3为根据本发明实施方式心脏弥散成像的受激回波序列扫描方法的示范性流程图。
如图3所示，该方法包括：
步骤300：开始本流程。
步骤301：接收ECG触发信号。
步骤302：使能导航回波NAVbefore检测膈肌位置。
步骤303：判断导航回波NAVbefore检测到的膈肌位置是否位于采集窗内，如果是，执行步骤304及其后续步骤，否则返回执行步骤301。
步骤304：执行STEAM序列，STEAM序列用于采集心脏成像数据。
步骤305：使能导航回波NAVafter检测膈肌位置。
步骤306：判断是否同时满足以下两个条件：(1)、NAVafter检测到的膈肌位置位于采集窗内；(2)、NAVbefore检测到的膈肌位置与NAVafter检测到的膈肌位置的位置差小于预定门限值d，如果同时满足这两个条件，执行步骤307及其后续步骤，如果不能同时满足这两个条件，执行步骤310。
步骤307：接受STEAM序列采集的心脏成像数据，并将预先设定的采集变量Nimage递增加一。
步骤308：判断采集变量Nimage是否等于预先设定的采集次数n，如果是，则执行步骤309，否则返回执行步骤301。
步骤309：结束本流程。
步骤310：丢弃STEAM序列采集的心脏成像数据，并返回执行步骤301。
下面结合附图对本发明的有益效果进行示范性阐述说明。
图4A为现有技术的导航回波的示范性数据接收示意图；图4B为根据本发明实施方式的导航回波数据接收示意图。在图4A和图4B中，导航条都放在被扫描者的膈肌顶部。
图4A和图4B都显示了肝脏随着呼吸的运动情况。在图4A和图4B中，图形上方的黑色区域对应的是肺；白色柱形条对应的是NAVbefore的检测数据；黑色柱形条对应的是NAVafter的检测数据。在白色柱形条与黑色柱形条之间执行STEAM序列的扫描。在图4A和图4B中，勾号表示条件(1)、条件(2)和条件(3)都已满足，采集到的数据可以接受。
在STEAM序列之后才检测NAVafter，因此黑色柱形条表示STEAM序列已被执行。图4B中的黑色柱形条数目相比较图4A中的黑色柱形条数目更少，这意味着本发明实施方式不执行没有意义的STEAM序列扫描，因此节省了大量的扫描时间。
在图4B中，左边的圆圈表示吸气；右边的圆圈表示呼气。由图4B可见，白色柱形条不断重复，直到白色柱形条落入采集窗内。该落入位置是呼气末期的开始，之后出现黑色柱形条，表明STEAM序列已执行。若黑色柱形条仍在采集窗内，并且白色柱形条与黑色柱形条的差值小于d(比如，d为2mm)，则可确保在呼气末期呼吸运动较小时执行STEAM序列，STEAM序列采集到的数据将被接受。可见，采用本发明之后，NAVbefore可以找到最佳的呼气末期开始时间来触发执行序列，条件(2)和条件(3)也更易满足。因此，与图4A相比，图4B中的数据接受率显著提高。
如图4A和图4B中的双箭头显示，实际TR即为两个黑色柱形条之间的时间。对比图4A和图4B可见，图4B的双箭头比图4A的双箭头更长，这表明本发明还延长了实际的重复时间(TR)。因此，应用本发明之后，纵向磁化矢量可有足够的弛豫时间，使图像有更高的信噪比。
本发明已在西门子公司的IDEA平台上实现，并在实验中得到证实。图5为应用2D前瞻性采集校正(2D Prospective Acquisition Correction，PACE)方法、现有技术的导航回波方法与本发明的示范性成像效果对比图。这三种方式的扫描序列分别为：PACE扫描序列；现有技术的导航回波扫描序列；STEAM ep2d_diff扫描序列。在这三种扫描方式中，相位编码梯度加在六个方向上，b值为350s/mm2，层数为4(短轴位)。而且，这三种方式获得的所有图像都呈现在同一窗宽窗位下。
在图5中：
第一行(即行A)为基于PACE的扫描结果。可见，基于PACE的扫描结果具有鲁棒性欠缺的缺点，有部分成像受到了呼吸运动的影响。
第二行(即行B)为基于现有技术的导航回波的扫描结果。基于现有技术的导航回波的扫描方式具有扫描时间较长的缺点，临床上并不适用。而且，基于现有技术的导航回波的扫描结果具有图像信噪较低的缺点，这是因为实际TR为2个RR间期，纵向磁化矢量没有足够的弛豫时间。
第三行(即行C)为本发明实施方式的扫描结果。可见，本发明对基于现有技术的导航回波的扫描方式进行改进，在保持鲁棒性优的基础上，进一步缩小了扫描时间(比如，可以减少一半)，而且图像的信 噪比还得到了显著提高。
表1列出了基于PACE,现有技术的导航回波与本发明的导航回波的比较结果。
表1
由表1可见，在PACE方案中：信噪比良好，鲁棒性较差，效率优秀，舒适度良好；在现有技术的导航回波方案中：信噪比较差，鲁棒性良好，效率较差，舒适度良好。在本发明实施方式中：信噪比良好，鲁棒性良好，效率良好，舒适度良好。
可见，相比较PACE方案和现有技术的导航回波方案，本发明同时保证了信噪比、鲁棒性、效率优秀和舒适度。
图6为根据本发明实施方式心脏弥散成像的受激回波序列扫描装置结构图。
如图6所示，该装置600，包括：
导航回波使能模块601，用于当接收到心电触发信号时，使能受激回波序列前的导航回波探测第一膈肌位置信息；
处理模块602，用于当第一膈肌位置信息不位于采集窗内时，不执行受激回波序列，等待接收下一个心电触发信号。
在一个实施方式中，处理模块602，还用于当第一膈肌位置信息位于所述采集窗内时，执行受激回波序列。
在一个实施方式中，导航回波使能模块601，还用于在处理模块602执行受激回波序列之后，使能受激回波序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；处理模块602，还用于当第二膈肌位置信息位于采集窗内且第一膈肌位置信息与第二膈肌位置信息之间的位置差小于预定门限值时，接受受激回波序列所采集的心脏成像数据。
在一个实施方式中，导航回波使能模块601，还用于在处理模块602执行受激回波序列之后，使能受激回波序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；处理模块602，还用于当第二膈肌位置信息不位于采集窗内时，丢弃受激回波序列所采集的心脏成像数据。
在一个实施方式中，导航回波使能模块601，还用于在处理模块602执行受激回波序列之后，使能受激回波序列后的导航回波探测第二膈肌位置信息；处理模块602，还用于当第一膈肌位置信息与第二膈肌 位置信息之间的位置差不小于预定门限值时，丢弃受激回波序列所采集的心脏成像数据。
可以遵循一定规范的应用程序接口，将本发明实施方式所提出的心脏弥散成像的受激回波序列扫描方法编写为安装到磁共振弥散成像系统的控制主机、个人电脑、移动终端等中的插件程序，也可以将其封装为应用程序以供用户自行下载使用。
可以通过指令或指令集存储的储存方式将本发明实施方式所提出的心脏弥散成像的受激回波序列扫描方法存储在各种存储介质上。这些存储介质包括但是不局限于：软盘、光盘、DVD、硬盘、闪存等。
另外，还可以将本发明实施方式所提出的心脏弥散成像的受激回波序列扫描方法应用到基于闪存(Nand flash)的存储介质中，比如U盘、CF卡、SD卡、SDHC卡、MMC卡、SM卡、记忆棒、xD卡等。
综上所述，在本发明实施方式中，当接收到心电触发信号时，使能受激回波序列前的导航回波探测第一膈肌位置信息；当第一膈肌位置信息不位于采集窗内时，不执行受激回波序列，等待接收下一个心电触发信号。可见，如果受激回波序列前的导航回波探测的膈肌位置不位于采集窗内，可以判定后续STEAM序列将要采集到的数据是无效数据，本发明实施方式不再进行后续的STEAM序列采集，从而省略STEAM序列的采集时间和STEAM后导航回波的探测时间，并由此显著降低扫描时间。
而且，本发明还延长了实际的重复时间，纵向磁化矢量可以有足够的弛豫时间，从而还可以提高图像的信噪比。另外，相比较PACE方案和现有技术的导航回波方案，本发明同时保证了信噪比、鲁棒性、效率优秀和舒适度。
以上所述，仅为本发明的较佳实施方式而已，并非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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。