[发明专利]基于自旋锁定技术探测震荡磁场的磁共振成像方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振成像领域，涉及基于自旋锁定技术探测震荡磁场的磁共振成像方法及应用，尤其涉及神经元电流磁共振成像的磁共振方法应用。

背景技术

基于血氧水平依赖(Blood-Oxygen-Level-Dependence，BOLD)的功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI)方法自1992年Ogawa等小组在人体上成功后得到了空前的发展。BOLD fMRI现在已经成为认知神经科学中重要的研究手段。然而，BOLD原理主要基于血液动力学响应基础上的脱氧血红蛋白磁化性质的改变，而在活体中血液动力响应本身是一个非常缓慢的过程(1s量级)，其速度远远低于神经系统的反应速度(10ms量级)，所以BOLD fMRI探测神经活动在时间分辨上具有比较大的缺陷；同时，BOLD fMRI成像的对比度产生于血管而非神经元本身兴奋的位置，在空间上也有一定的偏差。因此，尽管BOLD fMRI能够反映神经系统变化导致的磁共振信号变化，但是其固有的时间分辨和空间分辨上的缺陷限制了人类对神经系统功能的进一步认识。

神经元电流磁共振成像(neuronal currents MRI，ncMRI)是在磁共振成像上能够弥补BOLD fMRI缺陷的非常具有潜力的技术。用磁共振对神经元电流进行成像的基本原理是，神经系统兴奋时候的电活动会引起局部磁场的微小变化，这个微小变化的磁场会引起周围质子自旋进动频率的改变，从而在兴奋的神经元周围的引起宏观磁化矢量的减小或偏转。

传统的ncMRI方法主要是用梯度回波-自旋平面回波成像(Gradient Echo–Echo Planar Imaging，GE-EPI)为主的快成像技术探测回波时间(Echo Time，TE)内基于磁化率对比产生的磁化矢量的减小以及相位的偏转或减小。但是，这样的探测方法一直没有得到一致的阳性结果。其主要原因除了神经元放电引起的磁场对比与BOLD磁场变化更小外，还有：1)成像时间内BOLD信号的干扰；2)成像的TE内神经元放电极性的改变带来时间上的信号相互抵消；3)神经元的空间排布上造成不同的神经元集体放电相互抵消。而前两个原因是GE-EPI技术本身无法克服的。

因此，需要一种新的探测神经元电流磁场的方法来提高探测的灵敏度，主要在排除BOLD信号干扰和减小信号在时间上的抵消上针对传统的ncMRI方法有所突破。

发明内容

为了克服上述现有技术的问题，本发明提供了一种基于自旋锁定技术探测震荡磁场的磁共振成像方法及应用，将在自旋锁定(Spin-lock，SL)期间产生的正弦式振荡微小磁场作为激发脉冲，引起磁化矢量在旋转坐标系横平面上发生偏转，从而产生对比信号。由此原理，我们将本项技术命名为自旋锁定下震荡激发(Spin-LockedOscillatoryExcitation，SLOE)。该微小震荡磁场的大小可以接近于神经元放电产生的磁场量级(大约10^-10特斯拉)，因此本方法尤其适用于探测神经元活动产生的微小震荡磁场。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于自旋锁定技术探测震荡磁场的磁共振成像方法，基于自旋锁定下的震荡激发序列实现，所述自旋锁定下的震荡激发序列包括自旋锁定准备脉冲序列和平面回波成像序列，所述自旋锁定准备脉冲序列包括两个90°硬脉冲、一个180°硬脉冲和两个自旋锁定硬脉冲，该方法具体包括以下步骤：

(1)在旋转坐标系中，用一个90°硬脉冲将全空间的磁化矢量激发到横平面，随后沿着磁化矢量方向施加一个自旋锁定硬脉冲，保持在旋转坐标系中静止。

(2)在自旋锁定时间的一半处施加一个180°硬脉冲，紧接着施加另外一半自旋锁定时间长度的、沿相反相位方向的、相同幅度的自旋锁定硬脉冲，自旋锁定后沿磁化矢量方向施加一个90°硬脉冲将磁化矢量翻转到纵轴主磁场方向。

(3)自旋锁定准备脉冲完成后，不施加任何其他激发脉冲，直接通过平面回波成像序列采集磁共振信号。

优选地，所述90°硬脉冲、180°硬脉冲和自旋锁定硬脉冲都使用矩形硬脉冲，其中两个90°硬脉冲和一个180°硬脉冲保证作用时间尽量地短；两个自旋锁定硬脉冲(B_SL)的作用时间各自为自旋锁定时间(Spin-LockTime，TSL)的一半。

进一步地，自旋锁定硬脉冲的幅度由公式B_SL＝f/γ确定，其中f为预期锁定的震荡磁场的频率，单位为Hz；γ为氢核的旋磁比常数。