[发明专利]一种抗涡流效应的跨膜水交换磁共振成像序列设计方法

说明书

本发明公开了一种抗涡流效应的跨膜水交换磁共振成像序列设计方法，提出了一种创新性的射频间歇激励回文对称重复回波序列设计方法，实现抗涡流效应的目的。采用这种创新的序列设计方法，我们实现了抗涡流跨膜水交换磁共振成像序列中过滤单元和探测单元的三种序列设计组合。在第一种组合中，过滤单元采用90°和180°射频间歇激励回文对称重复回波序列设计，探测单元采用常规脉冲梯度自旋回波序列设计。在第二种组合中，过滤单元采用常规脉冲梯度自旋回波序列设计，探测单元采用90°和180°射频间歇激励回文对称重复回波序列设计。在第三种组合中，过滤单元和探测单元均采用90°和180°射频间歇激励回文对称重复回波序列设计。

技术领域

本发明涉及磁共振序列技术领域，具体涉及一种抗涡流效应的跨膜水交换磁共振成像序列设计方法。

背景技术

人体内含有大量水分子，广泛地分布于细胞内空间、细胞外基质等微环境中。细胞内外的水分子可以通过细胞膜上的磷脂双分子层或水通道蛋白实现跨细胞膜的交换，交换速率与细胞膜对水分子的渗透率成正比。在人体生理异常反应伴随的水肿过程中，细胞膜渗透性发挥着关键作用。通过量化水交换速率，能够反映不同生理状态下细胞膜渗透性的变化。因此，发展一种无创的可用于活体的跨膜水交换磁共振成像方法具有重要价值。

现有的跨膜水交换磁共振成像序列基于常规扩散加权成像序列。由于扩散编码梯度幅值高、持续时间长，当扩散编码梯度进行切换时，变化的梯度磁场会使梯度线圈周围的导电体产生涡流，涡流又进一步产生阻碍梯度磁场变化的磁场，使梯度波形发生形变。从磁共振信号的角度分析，涡流引起的梯度波形形变又使磁共振信号的相位发生偏移，相位偏移在磁共振图像上表现为图像畸变。当沿不同方向施加扩散编码梯度时，不同方向上都会产生图像畸变，并且图像畸变具有方向依赖性。为了量化旋转不变性的跨膜水交换速率，需要组合沿不同方向施加扩散编码梯度采集的图像，此时，必然产生图像不匹配的问题，影响跨膜水交换速率的精确测量。因此，总的来说，现有的跨膜水交换磁共振成像序列设计中存在的涡流效应会产生显著的图像畸变，量化水交换速率的精确性和稳定性不足。

涡流效应无法完全消除，目前主要采取降低涡流效应影响的策略。在现有的跨膜水交换序列设计中，可以采用两种方法降低涡流效应。一种方法是在执行序列之前，基于硬件补偿涡流效应。目前，磁共振厂家大多采用自屏蔽梯度线圈搭配梯度波形预加重技术的方式。自屏蔽梯度线圈通过施加与梯度线圈相反的电流补偿涡流，然而自屏蔽梯度线圈无法消除显著的时变涡流场。梯度波形预加重技术是对梯度波形进行预处理，使波形预失真到特定的程度，经涡流衰减后使实际输出的梯度波形达到预期，但这种技术只能在一定程度上补偿涡流场的线性项，无法处理非线性项。即使同时使用自屏蔽梯度线圈和梯度波形预加重技术，磁共振图像上依然存在显著的图像畸变。另一种方法是在图像后处理阶段对图像进行配准，矫正涡流引起的图像畸变。然而，后处理方法依赖特定的算法，只能在图像层面上操作，无法直接作用于涡流效应。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种抗涡流效应的跨膜水交换磁共振成像序列设计方法，用于降低涡流效应，减少图像畸变，提高水交换速率的测量精确性。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种抗涡流效应的跨膜水交换磁共振成像序列设计方法，该抗涡流效应的跨膜水交换磁共振成像序列依次由过滤单元、探测单元和混合单元构成，所述设计方法包括如下步骤：

S1、设计90°和180°射频间歇激励回文对称重复回波序列；

S2、确定过滤单元和探测单元的序列设计组合；

S3、在选择的序列设计组合下，根据期望的扩散加权因子，计算过滤单元和探测单元中扩散编码梯度脉冲；

S4、根据期望的破碎梯度散相，计算过滤单元和探测单元中的破碎梯度脉冲；

S5、确定混合单元的持续时间，并根据期望的绕相梯度散相，计算绕相梯度脉冲；