[发明专利]超极化气体肺部变采样率快速磁共振扩散加权成像方法

说明书

本发明公开了超极化气体肺部变采样率快速磁共振扩散加权成像方法，受试者吸入超极化气体并屏气，在屏气过程中采集变采样率的肺部多b值加权成像数据，扩散加权成像的每个b值采用不同的采样率，对应采集的K空间采样矩阵也是不同的，在缩短扫描时间的同时保证图像质量。数据采集后结合压缩感知进行图像重建，并通过肺部气道微结构模型提取肺部微结构参数。本发明该方法能无侵入性、无电离辐射地实现肺泡气道微结构的定量评估。

技术领域

本发明属于核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)技术领域，具体涉及超极化气体肺部变采样率快速磁共振扩散加权成像方法，该方法可缩短磁共振扩散加权成像的扫描时间。适用于超极化气体如¹²⁹Xe或³He或⁸³Kr成像。

背景技术

传统的磁共振成像是以人体内的水质子为信号来源，可以获得人体除肺部以外大部分组织的功能和结构信息。但是，由于肺部是空腔结构，整体水质子自旋密度远低于其他组织，因此肺部是传统MRI的盲区。超极化气体MRI提供了一种新的成像技术，凭借气体的易扩散，良好的化学位移敏感性与脂溶性等优势，可以实现肺部的可视化、肺部结构和功能的定量评估。惰性气体如¹²⁹Xe或³He可以通过自旋交换光泵成为超极化气体，其磁共振灵敏度比热平衡状态下可以提高4～5个数量级。扩散加权成像(Diffusion WeightedImaging，DWI)可以对分子的扩散进行测量，基于超极化气体磁共振DWI方法，可以实现肺部微结构的定量评估。常规的DWI扫描时间长，对于肺部有疾病的患者，无法耐受长时间的屏气扫描。

为了缩短扫描时间，加速MRI数据采集的技术在不断发展。目前应用最广泛的加速技术是压缩感知(Compressed Sensing，CS)，其利用MRI数据固有的稀疏性，通过随机欠采样K空间实现了MRI的加速采集，且不需要昂贵的硬件和复杂的采集方案。CS已被用于超极化气体磁共振DWI数据的加速采集。目前，该领域已发展了一些用于肺部扩散加权成像的快速磁共振方法，通常这些方法使用的是固定的加速因子结合固定的欠采样K空间采样矩阵，或是固定的加速因子结合变化的欠采样K空间采样矩阵。对于恒定加速度因子的采集策略，会限制加速因子的大小，当其增大时，K空间的欠采样采集不可避免地会造成图像损失，从而在重建图像中引入伪影。

针对本发明应用背景的已有相关的技术方案如下：

1)固定的加速因子和固定的K空间采样矩阵(Magnetic Resonance in Medicine,2010,63:1059-1069)。由于DWI信号随b值增大而衰减，更难精确地对肺部微观结构参数进行测量。

2)固定的加速因子和变化的K空间采样矩阵(Magnetic Resonance in Medicine,2020,84:416-426)。不同b值对应的K空间采样矩阵不同，但是其加速因子的大小会受限，加速因子小时，缩短扫描时间受限；加速因子大时，导致图像引入重建伪影。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提出超极化气体肺部变采样率快速磁共振扩散加权成像方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

超极化气体肺部变采样率快速磁共振扩散加权成像方法，包括以下步骤：

步骤1、受试者吸入超极化气体，随后在单次屏气中进行成像扫描，根据不同b值的设定对应的不同的加速因子和不同的采样矩阵，进行变加速因子采样，得到变采样率的肺部多b值加权成像数据；

步骤2、将步骤1中得到的变采样率的肺部多b值加权成像数据进行重建，得到肺部重建多b值扩散加权图像；

步骤3、基于肺部气道微结构模型对肺部重建多b值扩散加权图像进行拟合得到肺部微结构参数。