[发明专利]用于肺部动态通气功能快速定量评估的气体MRI方法

说明书

本发明公开了用于肺部动态通气功能快速定量评估的气体MRI方法，磁共振扫描参数初始化，受试者吸入超极化气体进行成像扫描，采集MRI数据，通过数据重排和图像重建，获得多帧k空间数据集，进而获取原始动态图像，根据原始动态图像和MRI扫描序列参数计算肺部动态通气功能参数。本发明方法具有无侵入、无电离辐射、扫描时间短，无需受试者屏气等优势，能够区域可视化地定量评估肺部的动态通气功能。

技术领域

本发明涉及磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)技术领域，具体涉及用于肺部动态通气功能快速定量评估的气体MRI方法。该方法可基于气体MRI技术快速定量评估肺部气流受限及空气潴留等导致的呼吸系统功能异常。

背景技术

当前，医学临床MRI的信号来源于动物或者人体内水质子的自旋，而肺部是由空腔构成，水质子密度极低，是传统临床MRI的盲区。近些年快速发展的超极化惰性气体MRI技术，因其极高的灵敏度而被广泛用于肺部微结构和功能的评估。相对于临床的CT、PET等肺部影像技术，超极化惰性气体MRI具有无创，无电离辐射，扫描时间短等优势。结合扩散加权成像(Diffusion Weight Magnetic Resonance Imaging，DWI)和化学位移饱和恢复(Chemical Shift Saturation Recovery，CSSR)等方法可以提供肺部的微结构和交换功能信息。但是，这些技术通常需要在屏气内完成，无法获得整个呼吸周期内的肺部结构和功能变化信息。

为了克服呼吸周期短的难题，肺部快速动态MRI对完整的k空间数据的采集速度要求很高。目前，该领域已发展了一些用于肺部动态成像的快速磁共振方法，包括超快单射序列(Ultrafast Single-Shot Sequence，USSS)——例如EPI，超快多射序列(UltrafastMulti-Shot Sequence，UMSS)——例如GRE、UTE等。对于USSS，每个图像只需激发一次，单射TR较长，会限制时间分辨率，其图像在呼吸周期内的变化相当于新吸入气体的极化气体，无需考虑极化气体的退极化作用，但是，其空间分辨率受到肺内气体的较高的扩散影响以及T2*短的限制。对于UMSS，k空间每一条轨迹都需要单独的射频(Radio Frequency，RF)脉冲激发，而每一个RF脉冲都会使得纵向磁化矢量衰减，引入了一个复杂的时间演化过程，会对最终的图像进行加权。上述技术都是基于笛卡尔采样，获得的动态图像时间分辨率和空间分辨率相互制约。

针对上述问题，已有研究者提出了两种非笛卡尔采样方式：径向采样[1-3]和螺旋采样[4,5]。非笛卡尔采样的优势在于每一次RF激发之后，k空间的低频和高频部分均进行了采样。研究表明，k空间的低频部分对应图像的主要轮廓信息，而高频部分对应图像的细节部分。此外，k空间中心过采样自动补偿了运动和气体流动带来的相位变化。因此，通过以黄金角连续旋转方式对k空间进行采样，并通过滑动窗口重建，可以实现图像的快速刷新率。但是，这种时间分辨率是一种伪分辨率。因为不同辐条是在呼吸周期的不同时间获得的，图像的放射状伪影较重[4,6]。

[1]D.Dupuich,Y.Berthezene,P.L.Clouet,V.Stupar,E.Canet,Y.Cremillieux,Dynamic He-3 imaging for quantification of regional lung ventilationparameters,Magnetic Resonance in Medicine,50(2003)777-783.

[2]B.T.Chen,A.C.S.Brau,G.A.Johnson,Measurement of regional lungfunction in rats using hyperpolarized(3)helium dynamic MRI,Magnetic Resonancein Medicine,49(2003)78-88.