[發明專利]用于肺部動態通氣功能快速定量評估的氣體MRI方法

有效

• 申請號: 202111465985.1
• 申請日: 2021-12-03
• 公開（公告）號: CN114236443B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 李海東;周欣;李紅闖;張鳴;趙修超;孫獻平;葉朝輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
• 主分類號: G01R33/56
• 分類號: G01R33/56;G01R33/48
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬

本發明公開了用于肺部動態通氣功能快速定量評估的氣體MRI方法，磁共振掃描參數初始化，受試者吸入超極化氣體進行成像掃描，采集MRI數據，通過數據重排和圖像重建，獲得多幀k空間數據集，進而獲取原始動態圖像，根據原始動態圖像和MRI掃描序列參數計算肺部動態通氣功能參數。本發明方法具有無侵入、無電離輻射、掃描時間短，無需受試者屏氣等優勢，能夠區域可視化地定量評估肺部的動態通氣功能。

技術領域

本發明涉及磁共振成像(Magnetic?Resonance?Imaging，MRI)技術領域，具體涉及用于肺部動態通氣功能快速定量評估的氣體MRI方法。該方法可基于氣體MRI技術快速定量評估肺部氣流受限及空氣潴留等導致的呼吸系統功能異常。

背景技術

當前，醫學臨床MRI的信號來源于動物或者人體內水質子的自旋，而肺部是由空腔構成，水質子密度極低，是傳統臨床MRI的盲區。近些年快速發展的超極化惰性氣體MRI技術，因其極高的靈敏度而被廣泛用于肺部微結構和功能的評估。相對于臨床的CT、PET等肺部影像技術，超極化惰性氣體MRI具有無創，無電離輻射，掃描時間短等優勢。結合擴散加權成像(Diffusion?Weight?Magnetic?Resonance?Imaging，DWI)和化學位移飽和恢復(Chemical?Shift?Saturation?Recovery，CSSR)等方法可以提供肺部的微結構和交換功能信息。但是，這些技術通常需要在屏氣內完成，無法獲得整個呼吸周期內的肺部結構和功能變化信息。

為了克服呼吸周期短的難題，肺部快速動態MRI對完整的k空間數據的采集速度要求很高。目前，該領域已發展了一些用于肺部動態成像的快速磁共振方法，包括超快單射序列(Ultrafast?Single-Shot?Sequence，USSS)——例如EPI，超快多射序列(UltrafastMulti-Shot?Sequence，UMSS)——例如GRE、UTE等。對于USSS，每個圖像只需激發一次，單射TR較長，會限制時間分辨率，其圖像在呼吸周期內的變化相當于新吸入氣體的極化氣體，無需考慮極化氣體的退極化作用，但是，其空間分辨率受到肺內氣體的較高的擴散影響以及T2*短的限制。對于UMSS，k空間每一條軌跡都需要單獨的射頻(Radio?Frequency，RF)脈沖激發，而每一個RF脈沖都會使得縱向磁化矢量衰減，引入了一個復雜的時間演化過程，會對最終的圖像進行加權。上述技術都是基于笛卡爾采樣，獲得的動態圖像時間分辨率和空間分辨率相互制約。

針對上述問題，已有研究者提出了兩種非笛卡爾采樣方式：徑向采樣[1-3]和螺旋采樣[4,5]。非笛卡爾采樣的優勢在于每一次RF激發之后，k空間的低頻和高頻部分均進行了采樣。研究表明，k空間的低頻部分對應圖像的主要輪廓信息，而高頻部分對應圖像的細節部分。此外，k空間中心過采樣自動補償了運動和氣體流動帶來的相位變化。因此，通過以黃金角連續旋轉方式對k空間進行采樣，并通過滑動窗口重建，可以實現圖像的快速刷新率。但是，這種時間分辨率是一種偽分辨率。因為不同輻條是在呼吸周期的不同時間獲得的，圖像的放射狀偽影較重[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.