[发明专利]三维超短回波时间磁共振指纹成像的髓鞘定量成像方法

说明书

本发明公开了一种三维超短回波时间磁共振指纹成像的髓鞘定量成像方法。设计磁共振仪器的序列；将序列输入到磁共振仪器采集脑部组织的磁共振k空间图像数据；将磁共振k空间图像数据进行图像重建，获得重建图像数据；利用磁共振指纹成像的字典识别方法从重建图像数据中识别出多参数定量图，同时对重建图像数据进行髓鞘和非髓鞘的白质组织的分离得到髓鞘组织比例图。本发明提高了序列对髓鞘的识别能力，解决了难以直接捕获髓鞘信号，实现了在临床可行时间内对脑白质中髓鞘的三维多参数定量，可用于其他超短T2组织成像。

技术领域

本发明涉及定量成像的技术领域的一种磁共振指纹成像方法，尤其是涉及一种基于三维超短回波时间磁共振指纹成像技术的髓鞘组织定量成像方法。

背景技术

髓鞘是人中枢和外周神经系统中包裹在轴突外的一种脂质蛋白层膜结构。因为它调节中枢神经系统的健康，所以具有极其重要的作用。脱髓鞘会使电刺激信号的传输受损，破坏认知、感觉和运动功能，最终导致神经退行性疾病的发生，如多发性硬化症(Multiplesclerosis,MS)。因此，髓鞘的无创成像对了解脱髓鞘相关的病变发展有着极其重要的意义和作用。

磁共振(MR)成像技术可以无损地反映人体组织的解剖结构，在临床中有着广泛的应用。根据不同组织的横向弛豫时间(T2时间)的不同，一般将人体组织分为：超短T2时间(1ms)组织，如髓鞘、骨头、跟腱等；短T2时间(1ms-10ms)组织，如软骨；和长T2时间组织(10ms)组织，如灰质、白质等；超短T2组织髓鞘在射频脉冲激发后,信号衰减地很快，在的磁共振成像序列的回波时间(Echo time，TE)内会衰减为零，使得其无法被序列检测到。

超短回波时间(Ultrashort Echo Time，UTE)成像序列通过特殊的射频激发和k空间的采集方式，克服了序列TE过长的限制，将TE缩短至几十微秒，可以在髓鞘组织信号衰减完之前捕捉到信号。然而，即使在富含髓鞘的白质(White matter,WM)中，UTE信号也有很大一部分来自长T2组织，这使得髓鞘的直接成像仍然面临着很大的挑战。反转恢复脉冲通常被用于抑制长T2组织的信号，方法是利用特定反转恢复时间(TI)消除长T2组织的纵向磁化。然而，准确的TI是很难实现的，即使是轻微的偏离准确的TI也会导致长T2组织信号带来的严重信号污染。最近，研究人员开发了短重复时间绝热反转恢复UTE序列和双回波滑动窗反转恢复UTE序列，这些序列可以有效抑制长T2组织。这些技术提高了髓鞘直接成像的效果，但实现全脑高分辨的成像需要很长的扫描时间，使得该技术的临床转化面临着很大的挑战。

磁共振指纹成像技术(MR Fingerprinting,MRF)是一个可同时实现多参数定量的快速成像方法，该技术通过改变射频脉冲的翻转角(Flip angle,FA)、重复时间(TR)和TE，在一次扫描中将不同组织的定量指标(如纵向弛豫时间(T1时间)、T2)编码建模到MRF信号曲线中。该技术已经在脑部临床扫描中广泛使用。但传统的MRF技术对全脑髓鞘组织的定量仍面临极大的挑战。首先，传统的MRF技术的最短回波时间为数毫秒，使得其在髓鞘信号衰减完前无法捕捉到信号。2.髓鞘的质子密度(Proton density,PD)很低，使得信号强度低，信噪比低，对MRF字典的识别准确性带来极大的挑战。3.MRF中螺旋轨迹的读取时间相对较长(通常为5-10ms)，对髓鞘的衰变很敏感，通常导致明显的图像模糊。

现有技术曾提出了一种基于径向轨迹(radial)的二维超短回波时间MR指纹(UTE-MRF)成像方法，结合了UTE和MRF的优点，能够同时量化长T2和超短T2/T2*组织，这绕开了为了抑制WM中长T2组织进行选择准确TI的难点。然而，该方法由于射频功率和梯度幅值的限制，这种采用半脉冲切片激励方案的二维UTE-MRF技术很难在临床友好的扫描时间内实现各向同性高分辨率的3D全脑采集，全脑高分辨髓鞘快速成像仍极具挑战。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种对髓鞘组织优化的三维超短回波时间磁共振指纹成像(3D UTE-MRF)技术，能在临床允许的时间内(15分钟)对髓鞘组织进行三维高分辨的成像。