专利名称：高角分辨扩散加权mri的制作方法
技术领域：
本发明涉及角分辨扩散加权磁共振成像方法。在角分辨扩散加权磁共振成像方法中，采集扩散加权的磁共振信号。扩散加权通过扩散磁梯度场实现。这些扩散加权的磁共振信号也通过编码诸如读出梯度场这样的磁梯度场和相位编码梯度空间编码。特别是在扩散张量成像(DTI)中，对若干空间方向进行扩散加权。根据扩散加权的磁共振信号并基于张量分析，得出单个体素的局部主扩散方向。扩散过程是原子核(质子)自旋群体的随机过程，张力分析导出单个自旋的扩散运动的主扩散方向。这些主方向对应于扩散张量的特征向量的方向，与最大特征向量有关的主方向是主扩散方向。该主扩散方向代表在所关心体素中扩散主要发生的方向。扩散方向和表观扩散系数的信息对于提取诸如人或动物脑和脊髓的神经系统中的定向纤维结构是有用的。
角分辨扩散磁共振成像可从L.R.Frank的论文‘Characterization of anisotropy in high angular resolutiondiffusion-weighted MRI’，MRM47(2002)1083-1099获知。
引用的论文提到了这样一个问题，即在单个体素中可能会出现多个主扩散方向并且在这样的体素中扩散的表征变得成问题。已知的磁共振成像方法对该问题应用了群论的方法以表明测量值可以被分解为旋转群的不可约表示，其中各向同性单纤维、多纤维成分是可分的直和子空间。通过单个体素的多纤维基于球谐函数表示成分解，并且若干纤维穿过它的体素的状态可以被表示为旋转群的不可约表示的直和。
发明的目标是提供一种高角分辨扩散加权磁共振成像方法，该方法比已知的磁共振成像方法需要更少的计算工作量。
该目标由本发明的磁共振成像方法实现，所述方法包括-采集磁共振信号，包括应用扩散加权并且涉及多个扩散加权强度和多个扩散方向；-根据所述磁共振信号重建对象数据集；-所述对象数据集为多维几何空间中的体素分配表观扩散系数；和-在所述对象数据集的单个体素中识别单一或若干扩散方向的发生。
根据本发明，在单个体素中不同主扩散方向(纤维方向)的影响基于若干扩散加权值的扩散加权磁共振信号被区分。本发明基于这样的洞见，即与其中存在若干主扩散方向的影响重叠的体素相比，在仅有一个主扩散方向的体素中，扩散加权的磁共振信号的信号水平对扩散加权的依赖性是不同的。甚至，扩散加权磁共振信号的信号水平对所应用的扩散加权的依赖方式反映了在所关心体素中发生的主扩散方向的数量。因此，基于随着表观扩散系数的扩散强度的变化，区分具有单一扩散方向的体素与具有若干扩散方向的体素。也就是说，纤维在不同方向穿过其的体素可以被识别。因此，在对象数据集的进一步分析中，可以考虑在其中出现若干主扩散方向的影响的体素。值得注意的是，在这些体素中对各个主扩散方向的影响执行分解。
将参考在从属权利要求中限定的实施方式进一步阐述本发明的这些和其它方面。
根据处于若干扩散加权的磁共振信号，计算单个体素的表观扩散系数的相应值。根据这些扩散加权的应变值，可以为所关心体素计算单独的主扩散方向的影响。因此，获得了通过所关心体素的各种纤维对表观扩散系数的影响。因此可以更好地分辨纤维的局部定向结构，即使若干纤维在所关心体素交叉。
似乎在实践中若干主扩散方向的扩散强度在单个体素的尺度下并不显著变化。根据本发明的一个方面，表观扩散系数可以准确地分解为对各个识别出的主扩散方向的影响。该分解可以基于这样的假设进行，即在所关心体素中各个主扩散方向的扩散强度是相等的。该假设似乎常常是很准确的，例如因为单个体素通常属于单一类型的组织。该假设大大减小了计算对表观扩散系数的影响的工作量。纤维的定向结构的局部定向结构的分辨率的最终精度几乎不受到影响。
本发明也涉及如权利要求4中限定的对象数据集的分析方法。本发明的对象数据集的分析方法实现了与磁共振信号的采集分开地分析定向纤维结构。也就是说，可以扫描患者以采集磁共振信号数据并且这些数据随后被分析以分析定向结构。该分析也可以随意地在不同位置执行。
本发明也涉及如权利要求5中限定的计算机程序。本发明的计算机程序可以安装在通用工作站中，从而使得工作站能够执行本发明的对象数据集的分析方法。该工作站可以与采集扩散加权磁共振信号的磁共振成像系统分离。
本发明进一步涉及如权利要求6中限定的磁共振成像系统。本发明的磁共振成像系统包括执行本发明的方法的图像处理单元。值得注意的是，在所述图像处理单元中安装了本发明的计算机程序。
将参考其后描述的实施方式和参考附图阐述本发明的这些和其它方面，其中
图1显示了利用本发明的磁共振成像系统的示意图。
图1显示了利用本发明的磁共振成像系统的示意图。该磁共振成像系统包括MR成像器1，该成像器包括产生固定磁场的主磁体；施加梯度磁场以空间编码磁共振信号的梯度系统；并且提供了RF系统以产生和接收磁共振信号。此外，MR成像器1包含重建单元，该重建单元根据磁共振信号形成对象数据集。特别地，该MR成像器用于产生扩散加权的磁共振信号。通常通过应用磁梯度场的扩散敏感脉冲序列和RF脉冲执行磁共振成像中的扩散加权。例如可以使用双极梯度波形，或者可以使用具有相同极性并且由重调焦RF脉冲分离的扩散敏感梯度脉冲。根据扩散加权磁共振信号重建对象数据集。该对象数据集为通常在几何体积中的体素分配表观扩散系数值。也就是说，对于在三维空间中的体素位置，为所述位置分配表观扩散系数值。该对象数据集被应用于图像处理单元3并且被存储在存储单元34中。在对象数据集中，为扩散强度的若干值提供表观扩散系数。通过对单个体素进行简并检查31，识别出表观扩散系数随扩散强度的变化。简并检查31识别其中存在归因于不同主扩散方向的影响的体素，即明显不同的纤维所穿过的体素。对于这些识别出的其中出现若干扩散方向的体素，分解32将表观扩散系数分解成其分量，这些分量是在所关心体素中识别出的这些主扩散方向上的分量。纤维跟踪33然后应用于对象数据集，从而在对象数据集中识别定向结构。这样的定向结构或纤维是沿这些体素中的扩散方向的方向连接的体素。本发明允许识别体素中纤维的交叉。因此，图像处理单元将识别出的定向结构应用于观察站4。纤维结构显示在该观察站上。
基于以下考虑，进行简并检查31，以及将表观扩散系数分解32成各个主扩散方向上的分量。通常在多纤维情况下测得的磁共振信号强度由下式给出S(v)=S0Σkfke-bv·Dk·v]]>在这里S(v)是在体素位置v的测量信号，S0是当未应用扩散敏化时的测量信号，Dk是第k个纤维的3×3扩散矩阵，b代表扩散敏感脉冲序列的扩散强度，fk是所述体素中第k个纤维的体积分数。由于对b值和扩散方向进行了若干测量，因此例如可以基于模型拟合法获得量Dk和fk。
权利要求
1.一种磁共振成像方法，其包括-采集磁共振信号，包括应用扩散加权并且涉及多个扩散加权强度和多个扩散方向；-根据所述磁共振信号重建对象数据集；-所述对象数据集为多维几何空间中的体素分配表观扩散系数；和-在所述对象数据集的单个体素中识别单一或若干扩散方向的发生。
2.如权利要求1中所述的磁共振成像方法，其中单个体素的表观扩散系数被分解成所关心体素的相应(多个)扩散方向的影响。
3.如权利要求2中所述的磁共振成像方法，其中基于所关心体素中的被识别出的主扩散方向的扩散强度相等，进行所述表观扩散系数的分解。
4.一种对象数据集的分析方法，该对象数据集为多维几何空间中的体素分配表观扩散系数，所述分析包括识别该对象数据集的单个体素中的单一或若干扩散方向的发生，所述对象数据集源自单个体素的多个扩散加权强度和多个扩散方向。
5.一种分析对象数据集的计算机程序，该对象数据集为多维几何空间中的体素分配表观扩散系数，所述计算机程序包括识别该对象数据集的单个体素中单一或若干扩散方向的发生的指令，所述对象数据集源自单个体素的多个扩散加权强度和多个扩散方向。
6.一种磁共振成像系统，其设置成-采集(1)磁共振信号，包括应用扩散加权并且涉及多个扩散加权强度和多个扩散方向；-根据所述磁共振信号重建(2)对象数据集；-所述对象数据集为多维几何空间中的体素分配表观扩散系数，并且所述磁共振成像系统包括图像处理单元(3)，用以-在所述对象数据集的单个体素中识别单一或若干扩散方向的发生。
全文摘要
一种磁共振成像方法涉及通过在多个扩散加权强度扩散方向应用扩散加权采集磁共振信号。根据其中分配了表观扩散系数的磁共振信号重建对象数据集。为单个体素识别单一或若干扩散方向的发生。以这种方式考虑交叉纤维。
文档编号G01R33/563GK1918481SQ200580004247
公开日2007年2月21日 申请日期2005年1月31日 优先权日2004年2月6日
发明者F·G·C·胡根拉德, R·F·J·霍尔图詹, R·布里德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司