专利名称：用于血管成像的快速多切片黑血双重反转恢复技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及血管壁的磁共振成像。
背景技术：
动脉粥样硬化及其血栓形成并发症是发达国家中发病率和死亡率的主要原因。利用高分辨率磁共振成像(MRI)的非侵入性动脉粥样斑确定已经表明在人体的主动脉、颈动脉和冠状动脉中是切实可行的。流动抑制(即黑血成像)是管壁可见度以及防止会影响图像质量和解释的流动假象所必需的。黑血技术包括空间预饱和(Nayak等人的“利用空间预饱和的实时黑血MRI”，J Magn Reson Imaging 2001；13807-12)以及双重反转恢复(DIR)预备脉冲模块(Simonetti等人的“心脏的‘黑血’T2加权反转恢复MR成像”，Radiology 1996；19949-57)。
DIR预备脉冲模块通常由两个180度射频(RF)脉冲组成，并在图像获取之前被应用。第一非选择性RF脉冲反转整个体积的磁化。第二选择性RF脉冲恢复(“再反转”)所关注切片中的磁化。在血液的磁化达到零点所需的延时(反转时间TI0)之后，获取成像切片(Simonetti等人)。传统的DIR预备的二维成像序列在各DIR模块之后从一个切片获取k空间的数条线。以这种方式对多个切片的获取导致长实验时间。例如，为了获取具有256条线和涡轮(turbo)因子为9的20个切片，传统的DIR-RARE序列通常取1160个RR间隔(两个相继的心脏R波之间的间隔)，假定每隔一个心跳触发(重复间隔TR等于两个RR间隔)。这种DIR预备结合快速获取与弛豫增强(RARE)读数已经被成功地应用于体内不同血管床的管壁成像。Fayad等人的“高危或易损动脉粥样斑块的临床成像”(Circulation Research 2001；89305-316)。Yuan等人的“颈动脉粥样斑块易损病变部位的非侵入性MR表征和识别”(Radiology 2001；221285-99)。
最近开发了减少检查时间的改进DIR序列。Song等人的“用于高效黑血MRI的多切片双重反转脉冲序列”(Magn Reson Med 2002；47；616-20)。Parker等人的“双重反转快速自旋回波成像中改进的效率”(Magn Reson Med 2002；471017-1021)。Yarnykh等人的“采用同时切片再反转的多切片双重反转恢复黑血成像”(J Magn ResonImaging 2003；17478-83)。
Song等人论证了双切片DIR技术。DIR预备模块被修改为包括一个非选择性和两个切片选择性反转脉冲。在DIR预备模块之后，从两个切片获取k空间线。对各个心动周期选通单个DIR预备模块(即重复间隔TR等于1个RR间隔)。Song等人建议，可获取附加切片的数据，但是又指出，可能的切片数量受到在其中消除血液磁化的时间窗口的限制。Song等人稍后的出版物中提出，在各DIR模块之后利用极短的图像获取序列来获取五个切片，以及DIR重复间隔等于一个RR间隔。Song的“用于冠状血管壁成像的高效双重反转螺旋技术”(Proceedings of ISMRM 2002；1566)。
Parker等人和Yarnykh等人提出，通过以短到足够把两个DIR模块放入每个RR间隔的重复间隔来管理重复的DIR模块系列(图1d)，从而减小使血液信号为零的反转间隔(TI)，可以获得提高的效率，但两个出版物均指出，在各DIR模块之后应该只获取单个切片的图像数据。Parker等人批评Song等人提出的多切片技术，因为“所成像的切片中只有一个将具有适当的反转时间使来自血液的信号为零”。
发明内容
我们发现，通过以短到足够在各RR间隔内一般出现至少两个DIR预备脉冲模块的重复间隔来管理一系列DIR预备脉冲模块，以及通过在各DIR模块之后获取多个切片的图像数据，可采用血管的DIR成像来实现明显更快的图像获取。获取多个切片的图像数据意味着图像数据并非在血液磁化完全为零(正好在TI0)时获取，但我们的研究已经确定，所产生的图像具有可接受的图像质量。
本发明的优选实现可结合以下的一项或多项。所管理的DIR模块的重复间隔可小于大约500毫秒。反转时间TI0可小于大约190毫秒。图像数据获取可在比反转时间TI0开始得早并且比其结束得晚的间隔上延续。图像数据获取可在血液的纵向磁化减小到全纵向磁化的至少10％时的间隔中发生。图像数据获取可以是心动触发的或者是非触发的。DIR模块可包括反转脉冲以及其后跟随的再反转脉冲，再反转脉冲可再次反转要成像的多个切片。DIR模块可包括反转脉冲以及其后跟随的再反转脉冲，其中再反转脉冲再次反转要成像的所有切片。血液的重复时间(TR)可与成像切片中其余组织的TR无关联。
通过以下的详细描述以及附图和权利要求书，本发明的其它特征和优点将会十分明显。
图1是用于本发明的优选实现的脉冲序列图。
图2是图1的一个DIR模块及相关图像获取模块(图1中虚线包含的部分)的放大图。
图3是曲线图，说明DIR模块的重复间隔TR与血液的反转时间TI0之间的关系。
图4是曲线图，说明DIR反转脉冲之后的时间与纵向磁化之间的关系。
具体实施例方式
本发明有大量可能的实现，本文不一一描述。下面描述一些当前优选的可能实现。但是，非常有必要强调的是，这些是对本发明的实现的描述，而不是对本发明的描述，本发明不限于这个部分所述的详细实现，而是在权利要求书中以更广义的形式描述。
以下描述完全足以让本领域的技术人员构建所公开的实现。在没有另外说明的情况下，所提到的过程和制作方法均为本领域的技术人员已知的。
在图1和图2所示的优选实现中，采用ECG触发的脉冲序列。该序列在各RR间隔内包括两个DIR预备脉冲模块，从三个切片(例如S11、S12、S13)的数据获取跟随在各个DIR模块之后。采用快速获取与弛豫增强(RARE)脉冲序列来进行图像获取。在DIR模块之后的各组获取序列(例如S11、S12、S13)在本文中称作快速扩展覆盖(REX)模块。图1和图2的REX模块具有用于三个切片的三个数据获取序列，但其它REX模块可获取少至二个切片的数据或者三个以上切片的数据。
DIR模块包括两个180度绝热双曲正割RF脉冲非选择性的以及选择性的。非选择性RF脉冲反转整个身体的磁化。选择性180°脉冲设计为覆盖由NSL个切片的整个厚片的120％组成的体积，其中包括切片间的间隙。厚片选择性180°脉冲的厚度(ΔSel180°)按照下式计算。
ΔSel180°＝(NSL*Δz+(NSL-1)*Gap)*1.2其中，ΔSel180°为厚片选择性180度再反转脉冲的厚度，NSL为切片数量，Δz为各切片的厚度，以及Gap为切片间隙。
序列获取块(REX模块)包括一个DIR模块以及之后跟随的多个(2到5个)RARE切片读数。在一个实现中，在2-RR间隔中(RR间隔是两次相继心跳之间的时间间隔)获取4-9个REX模块，产生16-20个极小间距的切片。图1说明具有6个REX 3切片模块的18个切片的脉冲序列。TI0持续的时间是从非选择性RF脉冲(反转血液的磁化)到切片读数的中间，以便让它们尽量接近血液的零点。
任何切片的TR(TRSL)等于2-RR间隔(通常为1600毫秒)，并且不同于暗血的TR(TRDB)，由两个相继的DIR模块之间的时间来确定。
TRDB=2RRNREX]]>其中NREX为REX模块的数量。
根据公式，TRDB的减小导致暗血TI0的减小TI0=T1*(ln(2)-ln(1+e-TRDB/T1))]]>其中T1为血液的弛豫时间(在1.5T，T1＝1200毫秒)。
血液的TRDB与TI0之间的关系在使其信号为零时如图3所示。在数据获取之前可执行一个伪扫描，以便允许稳态反转恢复。
两个相继REX模块之间的填充时间为Tau，如下式所示。添加Tau(10-50毫秒)以便实现REX模块之间的相等时间间隔，从而使TRDB保持恒定。
Tau＝TRDB-(TI0+TDIR+(0.5+TF)*(NSL*esp))，其中TRDB为暗血的TR，TI0为反转时间，TDIR为DIR模块的持续时间(≈28毫秒)，NSL为切片数量，esp为回波间距，TF为涡轮因子。
采用所述实现的一个实验按照以下方式进行在1.5T SiemensSonata整体MR系统(Siemens AG，Erlangen，Germany)上进行了研究，其中的最大梯度振幅为40mT/m以及转换速率为200mT/m/ms，运行Numaris 4.0。集成体线圈用于RF传送，而圆偏振的六通道体阵列用于信号接收。在经过设施内伦理委员会审定的没有已知冠状动脉疾病史的5个健康成年人检测对象(年龄为27-39岁)中进行主动脉管壁MR。这些检测对象头朝前；仰卧在磁体膛中。三个表面ECG电极放置在对象的胸部，用于数据获取触发。
三个正交平面中的初始侦察图像用来定位检测对象中的降主动脉。在主动脉壁成像过程中，在可能时，要求检测对象吸气之后屏住呼吸。开发了具有16、18和20个切片的多切片协议。其它成像参数为采用了4.9ms的回波间距(esp)、4.9ms的回波时间(TE)、256×256的获取矩阵大小、3mm的切片厚度、0.3mm的切片间隔、488赫兹/像素的数据获取带宽、一个信号平均值以及250mm的视场(FOV)。切片激励顺序对于主动脉协议为降序(沿流动方向，从头到脚)。切片读出时间(≈esp*TF)的范围在44和64ms之间。这确保了最小的管壁运动以及沿相位编码方向的模糊。对于给定数量的切片使涡轮因子(9到13)最大，以便使读数在TR间隔之内。
本发明的各种REX DIR-RARE实现与具有16、18和20个切片的传统单切片RARE序列的图像进行定量比较。下表概括了所调查的实现。
在该表所述的实现中，切片重复间隔TR为2RR间隔。血液的T1假定在1.5T为1200ms，以及2 RR间隔假定为1600ms。采用256×256的获取矩阵。
单切片DIR-RARE序列包括DIR模块以及随后的在一个触发周期(2-RR)中对单切片的获取。切片数量以及单切片序列的其它MR成像参数(2-RR触发间隔、TE、矩阵大小、切片厚度和间隔、带宽、FOV、TF)被选择为与REX多切片序列的参数相同，以便公正地比较两种方法的图像质量。
采用DIR成像技术，在TI0间隔之后流入成像平面的血液因非选择性反转脉冲的先有应用而具有零纵向磁化。在实验中，沿血液流动方向(从头到脚)获取切片，以便扩大流出作用，从而改善血液抑制。DIR模块中的第二厚片选择性RF脉冲再反转所关注的整个厚片(16到20个切片)的磁化，而不只是相应的DIR模块之后成像的切片。这避免了在两个相继DIR模块之间的时间(例如177到400ms)中纵向磁化从成像厚片中其余切片的不完全恢复以及所产生的肌肉信号的丢失(SNR)。
来自6个REX 3切片模块的18个切片的典型质子密度加权图像表明流动血液在如箭头所示的降主动脉中一致呈现暗色。本发明(快速多切片DIR-RARE序列)的实现的图像质量和获取时间与传统的单切片DIR-RARE进行比较。与单切片序列相比，本发明的实现表明了提高的图像质量。所述实现的对比度噪声比(CNR)与单切片DIR-RARE没有明显的不同。所述实现的速度允许在健康志愿者中屏息获取多达18个切片。所有5个健康测试对象对于序列协议屏住呼吸，持续45秒或以下，但屏息45秒在临床上可能不可行。但是，对于REX序列，屏息是可选的，并且对于成功应用不是必需的。时间改善因子(单切片与本发明的实现的相应多切片序列的获取时间之比)的范围是从12.25(16切片协议)到16.54。
通过在2-RR间隔(切片的TR)内引入多个DIR模块，本发明的所述实现把成像切片的TR与血液的TR分离。两个相继DIR模块之间的时间间隔为血液的TR。
在所述实现中，其中充分抑制了来自血液的信号的时间窗口(在完全零点的10％之内)大约为250ms。图4说明应用了DIR反转脉冲之后的时间与反转血液纵向磁化之间的关系(对于267ms的TRDB)。图中的暗血时间窗口为在其中血液磁化被抑制到10％或以下的时间间隔。对于本文所述的多切片实现，总读出时间的范围是从113到265ms，使其获取能够符合这个时间窗口。
本发明的其它许多不同于以上所述的实现处于本发明之内，本发明由以下权利要求书所定义。下面只是可能的其它许多实现其中的几个实例可采用其它许多不同于RARE的图像获取脉冲序列。
我们已经采用术语REX模块来表示DIR模块以及相关的图像获取序列。但是，这只是对术语的一种选择，并不限制所使用的DIR模块或图像获取序列的类型。可在REX模块内使用许多不同的DIR模块和许多不同的获取序列，以及许多不同数量的切片的图像数据可由一个REX模块获取。
视场缩小技术、如选择性预饱和脉冲可与本发明的一些实现配合使用，因为这些技术可把黑血成像的分辨率提高到允许血管壁分段的程度。
三维(3D)图像获取可与某些实现配合使用。3D获取的优点包括更好地激励切片剖面以及更好的SNR。但是，未经选通补偿的任何运动具有破坏扫描中的所有切片的可能性，以及缠绕假像(wrappingartifact)可能出现在傅立叶编码3D成像中。
多对比度成像(T1、T2和PD加权)对于某些实现是可行的。对于T1加权图像，每个TR间隔对多达10个切片进行成像是可能的。结合视场缩小技术、更有效的k空间覆盖(例如螺旋读数以及并行成像)，能够在单次屏息获取中对冠状动脉的整个长度进行成像。
可采用不同于所述绝热正割脉冲的其它形式的反转脉冲。绝热脉冲不是必需的。初始反转脉冲可以是DIR成像文献中提出的常见强脉冲。
权利要求
1.一种血管壁的磁共振成像方法，包括以短到足以使各RR间隔内一般出现至少两个DIR预备脉冲模块的重复间隔来管理一系列DIR预备脉冲模块；在各DIR预备脉冲模块之间的间隔中，获取多个切片的图像数据；以及在充分的RR间隔上重复所述数据获取，以便获取所述多个切片的图像。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述所管理的DIR模块的所述重复间隔小于大约500毫秒。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反转时间TI0小于大约190毫秒。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，图像数据获取在先于所述反转时间TI0开始且晚于所述反转时间TI0结束的间隔上延续。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，图像数据获取在血液的纵向磁化减小到全纵向磁化的至少10％时的间隔中出现。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，图像数据获取是心动触发的。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，图像数据获取是非触发的。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述DIR模块包括反转脉冲以及随后的再反转脉冲，所述再反转脉冲再次反转要成像的多个所述切片。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述DIR模块包括反转脉冲以及随后的再反转脉冲，其中所述再反转脉冲再次反转要成像的所有所述切片。
全文摘要
通过以短到足以在各RR间隔内一般出现至少两个DIR预备脉冲模块的重复间隔来管理一系列DIR预备脉冲模块，并且通过在各DIR模块之后获取多个切片的图像数据，对血管进行DIR成像。
文档编号G01R33/54GK1575748SQ20041006329
公开日2005年2月9日 申请日期2004年6月28日 优先权日2003年6月26日
发明者Z·A·法亚, V·V·伊特斯科维奇, V·曼尼, M·M·斯齐姆特宁斯 申请人:美国西门子医疗解决公司, 辛乃山医学院