[發(fā)明專利]一種基于非均勻場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的表觀擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010187915.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111351813B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳子岳;羅海;陳瀟;葉洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫鳴石峻致醫(yī)療科技有限公司
• 主分類號(hào): G01N24/08
• 分類號(hào): G01N24/08;G01N13/00
• 代理公司: 成都高遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51222
• 代理人: 李安霞;李佳龍

本發(fā)明公開(kāi)一種基于非均勻場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的表觀擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量方法，基于一個(gè)非均勻場(chǎng)核磁共振系統(tǒng)，包括非均勻場(chǎng)磁體，核磁共振譜儀，射頻功放和射頻線圈等，通過(guò)多個(gè)具有不同回波間隔的CPMG序列采集信號(hào)，從多組信號(hào)中擬合出ADC系數(shù)。該方法不需要復(fù)雜的擴(kuò)散加強(qiáng)序列，算法簡(jiǎn)單，且對(duì)系統(tǒng)要求低，可以降低系統(tǒng)成本。同時(shí)，本發(fā)明方法算法穩(wěn)定，不易受流動(dòng)液體影響，對(duì)于T1/T2較小的物質(zhì)同樣適用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核磁共振技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于非均勻場(chǎng)磁共振系統(tǒng)的表觀擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量方法。

背景技術(shù)

核磁共振技術(shù)是利用氫質(zhì)子的核磁共振現(xiàn)象進(jìn)行成像或者檢測(cè)物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)。人體內(nèi)包含單數(shù)質(zhì)子的原子核，例如氫原子核，其質(zhì)子具有自旋運(yùn)動(dòng)。帶電原子核的自旋運(yùn)動(dòng)，在物理上類似于單獨(dú)的小磁體，在沒(méi)有外部條件影響下這些小磁體的方向性分布是隨機(jī)的。當(dāng)人體置于外部磁場(chǎng)中時(shí)，這些小磁體將按照外部磁場(chǎng)的磁力線重新排列。這時(shí)，用特定頻率的射頻脈沖激發(fā)原子核，使這些原子核的自旋(小磁鐵)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生共振，這就是核磁共振現(xiàn)象。停止發(fā)射射頻脈沖后，被激發(fā)的原子核(共振的小磁體)會(huì)逐漸恢復(fù)到激發(fā)前的狀態(tài)，在恢復(fù)的過(guò)程中會(huì)釋放電磁波信號(hào)，通過(guò)專用設(shè)備接收并處理核磁共振信號(hào)后即獲得磁共振圖形或者物質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)信息。

物質(zhì)中的分子都存在一定程度的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，其方向是隨機(jī)的，稱為分子的熱運(yùn)動(dòng)或布朗運(yùn)動(dòng)。如果水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)不受任何約束，我們稱為自由擴(kuò)散。在人體中，腦脊液、尿液等水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所受到的限制相對(duì)小，被視為自由擴(kuò)散。事實(shí)上，生物組織內(nèi)的水分子因受周圍介質(zhì)的約束，其擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)將受到不同程度的限制，稱之為限制性擴(kuò)散，一般組織中水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)則屬于限制性擴(kuò)散。表觀擴(kuò)散系數(shù)就是描述水分子在組織中的擴(kuò)散能力的一種物理量。磁共振信號(hào)被激發(fā)后，水分子在梯度磁場(chǎng)方向上的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)將造成磁共振信號(hào)的衰減，如果水分子在梯度磁場(chǎng)方向上擴(kuò)散越自由，則在梯度磁場(chǎng)施加期間擴(kuò)散距離越大，經(jīng)歷的磁場(chǎng)變化也越大，組織信號(hào)衰減越明顯。因此，可以通過(guò)核磁共振技術(shù)測(cè)量物體的表觀擴(kuò)散系數(shù)，從而間接的反映物體微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其變化。

在磁共振成像技術(shù)中，表觀擴(kuò)散系數(shù)作為一個(gè)重要的臨床診斷指標(biāo)，被廣泛的應(yīng)用。一般通過(guò)擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)(DWI)進(jìn)行測(cè)量，如SE-EPI序列，即自旋回波序列(SE)進(jìn)行擴(kuò)散梯度編碼，平面回波序列(EPI)進(jìn)行信號(hào)讀出。在非均勻磁場(chǎng)磁共振系統(tǒng)中，類似的擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)被引入，用于測(cè)量物質(zhì)的表觀擴(kuò)散系數(shù)。幾種典型的測(cè)量表觀擴(kuò)散系數(shù)的脈沖序列如圖1所示。

圖1a)為SE-CPMG序列，即基于自旋回波進(jìn)行擴(kuò)散梯度編碼，然后用超快速的CPMG序列進(jìn)行信號(hào)讀出。

圖1b)為DSE-CPMG序列，即基于雙回波序列進(jìn)行擴(kuò)散梯度編碼，同樣用超快速的CPMG序列進(jìn)行信號(hào)讀出，該方法能降低低速液體流動(dòng)帶來(lái)的影響。

圖1c)為STE-CPMG序列，即基于受激回波序列進(jìn)行擴(kuò)散梯度編碼，該方法能降低T1恢復(fù)的影響，當(dāng)被檢測(cè)物體的T1/T2比較小時(shí)，用該序列測(cè)量ADC 可以提升測(cè)量準(zhǔn)確度。

現(xiàn)有技術(shù)中，ADC測(cè)量脈沖序列都是由擴(kuò)散梯度編碼模塊和信號(hào)讀出模塊組成。由于在非均勻場(chǎng)核磁共振系統(tǒng)中，梯度磁場(chǎng)非常大，通常比常規(guī)MRI系統(tǒng)的梯度場(chǎng)高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，且無(wú)法控制該梯度磁場(chǎng)在信號(hào)讀出階段改變(MRI 系統(tǒng)中的DWI技術(shù)，在信號(hào)讀出階段可以控制梯度場(chǎng)降低)。因此需要采用超快速信號(hào)讀出模塊，才能降低讀出信號(hào)過(guò)程中擴(kuò)散效應(yīng)的影響。例如參考文獻(xiàn)(Rata， D.G.，et al.(2006).Self-diffusionmeasurements by a mobile single-sided NMR sensor with improved magnetic fieldgradient.J Magn Reson 180(2)：229-235.)中使用的回波間隔為40us。這樣對(duì)核磁共振系統(tǒng)的譜儀設(shè)備、射頻功放和射頻線圈要求都非常高。