[发明专利]一种无创动态测量组织R2，R2*和R2`参数图像的磁共振成像方法

说明书

技术领域

本发明属于磁共振成像(MRI)技术领域，具体是一套基于磁共振成像技术动态无创地定量测量不同组织的本征弛豫时间R2，R2*和R2’的方法。

背景技术

磁敏感作为一种重要的对比机制，在磁共振技术中有着广泛的应用。举例来说，血氧水平依赖成像(BOLD)技术就是基于脱氧血红蛋白的顺磁特性发展起来的成像手段，目前已经广泛应用到头部、肾脏和骨骼肌在不同条件(缺氧、高碳酸和缺血)的功能评价。

在磁共振成像中，磁敏感效应会影响R2*参数，而R2*是组织信号的自由衰减率，通常使用单指数衰减模型来拟合。而R2*包含了两个成分：(1)一个是不可逆的成分R2，(2)另一个是可逆的R2’，反映了磁敏感引起的像素内散相程度。在单指数模型中，R2*=R2+R2’。通常而言，组织磁敏感性使用R2*而不是R2’来衡量，但其实后者不会受到由病理原因引起的R2的变化的影响。另一方面，R2*和R2成像在动态磁敏感灌注加权成像（DSC-PWI）和功能磁共振成像（fMRI）研究中被结合使用来对组织的血液动力学信息进行定量描述。例如，Prinster等人利用BOLD技术，以在低氧和高碳酸条件下弛豫时间的相对变化比(ΔR2/ΔR2*)作为一种指标用来区分含有大血管和小血管的体素。进一步，采用在注射顺磁性造影剂后的R2和R2*成像信息用来对脑部血管的平均大小提供定量信息。综上所述，一种能够同时获得R2和R2*准确定量信息的序列是十分必要的。

通常来说，可以分别采用多回波自旋回波序列和多回波梯度回波序列来得到R2和R2*信息。这种方法除了时间较长的缺点以外，两次扫描分别得到R2和R2*的策略可能会由于两次扫描之间的生理变化导致较大的R2和R2*之间的估计误差。最近，有人提出了一种梯度回波采样自由衰减回波（GESFIDE）序列用来同时得到R2和R2*信息。在此序列中，利用多个梯度回波来同时采集90°激发脉冲后的自由衰减磁化强度和180°重聚焦脉冲后的自旋磁化强度。R2*可以利用自由衰减过程中的磁化强度来得到，而R2则可以通过比较180°脉冲左右对称位置的回波强度来得到。一种与GESFIDE类似的称做梯度回波采样自旋回波（GESSE）序列也被提出用来同时得到R2和R2*信息，在此序列中，利用多个梯度回波来同时采集自旋回波形成和衰减过程中的磁化强度。但是，以上两种方法都采用了传统的笛卡尔K空间采集策略，导致成像速度较慢，不能满足诸如DSC-PWI或fMRI应用中高时间分辨率的要求。最近，又有人提出了一种可以动态得到R2和R2*信息的多回波自旋和梯度回波（SAGE）回波平面成像（EPI）序列。但是，在此序列中，由短射频（RF）脉冲时间导致的非理想选层轮廓会导致在180°重聚焦脉冲前后采集到的图像层面轮廓不匹配的问题，而这一问题会在后续R2和R2*的定量计算中产生较大的估计误差。

如上所述，已有的方法存在着时间分辨率低或者估计误差较大的缺点。所以，一种可以同时且准确得到R2，R2*和R2’信息的动态方法是急需的。

发明内容

在本专利中，我们提出了一种周期性移动180°脉冲位置的多回波非对称自旋回波（psMASE）序列。在此序列中，由于是在自旋回波形成和衰减过程中进行信号采集，避免了层面轮廓不匹配的问题。进一步，为了提高动态成像的时间分辨率，一种移动窗估计的策略被引入到R2，R2*和R2’的定量计算中，移动窗的长度与psMASE序列的周期长度相同。以周期为3TR举例，具体的方法流程如图1所示。

对于传统的多回波ASE序列，180°重聚焦脉冲的位置可以灵活设定。理论上，一个确定的180°脉冲位置对于多回波（通常2-6个回波）的数据采集可以依据单指数模型得到R2,R2’和R2*信息。实际上，为了得到更为准确的R2,R2’和R2*信息，180°脉冲通常需要移动几次位置来获得更多的回波数据。本专利提出了一种周期性移动180°脉冲位置的多回波非对称自旋回波序列，以周期为3TR和四EPI回波举例，序列示意图如图2所示。在psMASE序列中，180°脉冲不是线性移动而是周期性移动的。