磁共振化学交换饱和转移成像方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁共振CEST成像技术，特别是涉及一种磁共振化学交换饱和转移成像方法和系统。
【背景技术】
[0002]磁共振CEST 成像方法(Chemical exchange saturat1n transfer, CEST)的研究始于2000年，由于其具有崭新的磁共振对比机制而迅速得到广泛关注，成为研究大分子化学交换和化学动力学的全新敏感途径。其原理是选择性的施加某个特殊共振频率的射频(rad1 frequency, RF)脉冲信号来饱和相应的质子(如图1 (a),pool B),在适当的环境下这些质子会和周围水分子(如图l(a)，pool A)发生化学交换，进而将部分饱和转移到水分子上，通过检测水分子信号的降低来体现CEST效应的强弱(如图1(b))。饱和脉冲施加期间发生的化学交换过程使得质子信号的丢失得以显著放大，因此，CEST对比度与利用磁共振波谱技术直接观测这些质子相比更加敏感。与其他磁共振对比机制，如Tl，T2以及弥散加权成像等技术相比，CEST可以探索某一特点频率上含有可交换质子的分子靶点，对生物体内在的代谢物质和微观环境非常敏感，是一种独特的分子影像手段。由于化学交换与生物体组织的生理环境密切相关，因此CEST可用来对于细胞内外酸碱平衡性、代谢特征等多个重要的生理参数进行成像，在检测和评估代谢紊乱、组织缺血等多种疾病上发挥关键作用。
[0003]基于现有的磁共振成像技术，异常组织CEST信号对比度的变化通常只有3% -4%左右，因此目前绝大部分CEST研究都在超高场(> 4.7T)磁共振上进行。因为超高场具有更加优异的信噪比，能有效提高CEST信号的检测灵敏度，利于在较少的重复采集次数下获得较好的图像质量，成像效率低的问题得到一定缓解。然而，目前临床使用的主流磁共振系统的场强是3T，信噪比大幅下降。因此，现有CEST成像技术在3T磁共振系统上存在的主要缺点包括:
[0004]第一，扫描效率有限。为提高信噪比，需大幅增加重复采集次数，随之带来的是扫描时间过长的问题，极大的制约了图像时空分辨率，影响图像质量，拖累成像效率，同时不利于病人配合和临床广泛使用。
[0005]第二，信号灵敏度较低。目前通常使用单激发的梯度回波等技术进行数据采集，虽然能够在一定程度上提高成像速度，但是较长的回波链，信号衰减较快，影响信噪比。
[0006]基于现有技术中存在的确定，有待进一步地提闻相应技术。
【发明内容】
[0007]基于此，有必要针对现有的磁共振化学交换饱和转移成像技术中信号灵敏度有限和成像效率低的问题，提供一种磁共振化学交换饱和转移成像方法和系统。
[0008]一种磁共振化学交换饱和转移成像方法，其包括:
[0009]主射频脉冲产生步骤:针对特定射频点施加一个持续第一预设时间的短时主射频饱和脉冲，以产生磁共振成像信号的对比度；
[0010]图像采集步骤:基于施加的所述主射频饱和脉冲，利用分段平面回波采集方法，沿读出方向或/和相位编码方向分段采集图像数据；
[0011]次射频脉冲产生步骤:在利用分段平面回波采集方法进行一次图像数据的采集之后，施加一持续第二预设时间的次射频饱和脉冲，用以保持所述磁共振成像信号的对比度。
[0012]在其中一个实施例中，所述第一预设时间为4-6秒。
[0013]在其中一个实施例中，所述第二预设时间为1-2秒。
[0014]在其中一个实施例中，所述方法还包括:用于多次重复执行所述图像采集步骤和所述次射频脉冲产生步骤直至完成整幅图像采集的多次采集步骤。
[0015]在其中一个实施例中，所述方法还包括:用于依次重复执行所述图像采集步骤、所述次射频脉冲产生步骤和所述多次采集步骤直至完成对所述特定射频点进行多层成像扫描的层扫描步骤。
[0016]在其中一个实施例中，所述方法还包括:用于依次重复执行所述图像采集步骤、所述次射频脉冲产生步骤、所述多次采集步骤和所述层扫描步骤进行多次扫描获取图像数据的重次扫描步骤。
[0017]在其中一个实施例中，所述方法还包括:在每一次执行完多层成像扫描后，调整所述主射频饱和脉冲的频率，然后依次重复执行所述主射频脉冲产生步骤、所述图像采集步骤、所述次射频脉冲产生步骤、所述多次采集步骤、所述层扫描步骤和所述重次扫描步骤直至完成多层成像扫描设定的扫描次数。
[0018]在其中一个实施例中，在所述方法中，在进行每一次多层成像扫描之前给予预设恢复时间。
[0019]基于上述方法，本发明还提供了一种磁共振化学交换饱和转移成像系统，其包括:
[0020]主射频脉冲产生模块，用于针对特定射频点施加一个持续第一预设时间的短时主射频饱和脉冲，以产生磁共振成像信号的对比度；
[0021]图像采集模块，用于基于施加的所述主射频饱和脉冲，利用分段平面回波采集方法，沿读出方向或/和相位编码方向分段采集图像数据；
[0022]次射频脉冲产生模块，用于在利用分段平面回波采集方法进行一次图像数据的采集之后，施加一持续第二预设时间的次射频饱和脉冲，用以保持所述磁共振成像信号的对
t 匕/S。
[0023]在其中一个实施例中，所述第一预设时间为4-6秒。
[0024]在其中一个实施例中，所述第二预设时间为1-2秒。
[0025]本发明的成像方法和系统是一种结合分段(Segmented)平面回波(Echo planarimaging, EPI)采集方法的CEST成像技术。首先施加一个用于产生CEST对比度的主射频饱和脉冲，然后利用读出方向或/和相位编码方向上分段(segment)EPI方法采集部分K空间数据，随后施加持续时间较短的次射频饱和脉冲保持CEST对比度，再重复EPI数据采集及维持CEST稳态的次射频饱和脉冲，直至完成整幅图像的采集。本发明能够有效提高CEST信号强度，可降低扫描重复次数，进而提高扫描效率；能够有效提高CEST信号的信噪比，利于CEST信号灵敏度的提升，同时能够有效降低畸变和改善图像质量。
【附图说明】
[0026]图1 (a)为CEST化学交换示意图，图1 (b)为水分子信号强度随饱和位移的变化曲线.
[0027]图2为本发明磁共振化学交换饱和转移成像方法的流程示意图；
[0028]图3为本发明成像方法的最优实施例的时序图，其中gc表示损毁梯度，gs表示层选梯度，gp表示相位编码梯度，gr表示读出梯度，Rf表示射频脉冲；
[0029]图4为本发明成像方法的最优实施例的流程示意图；
[0030]图5为本发明磁共振化学交换饱和转移成像系统的结构示意图；
[0031]图6为本发明成像系统的一优化实施例的结构示意图；
[0032]图7为本发明成像系统的另一优化实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]基于磁共振化学交换饱和转移成像技术，本发明在传统技术的基础上，提出了一种结合分段(Segmented)平面回波(Echo planar imaging, EPI)采集方法的CEST成像技术。本发明利用分段EPI序列数据采集方法，能够有效提高CEST信号强度，因此可降低扫描重复次数，进而提高扫描效率；同时还能够有效提高CEST信号的信噪比，利于CEST信号灵敏度的提升，同时能够有效降低畸变和改善图像质量。以下结合附图详细说明本发明的具体实施例方式。
[0034]如图2和图3所示，本发明提供了一种磁共振化学交换饱和转移成像方法，其包括以下步骤:
[0035]主射频脉冲产生步骤100:针对特定射频点施加一个持续第一预设时间Tsl的短时主射频饱和脉冲RF，以产生磁共振成像信号的对比度；
[0036]图像采集步骤200:基于施加的上述主射频饱和脉冲，利用分段平面回波采集方法，沿读出方向或/和相位编码方向分段采集图像数据，每一次数据采集时间为T i ；
[0037]次射频脉冲产生步骤300:在利用分段平面回波采集方法进行一次图像数据的采集T i之后，施加一持续第二预设时间Ts2的次射频饱和脉冲，用以保持上述磁共振成像信号的对比度。
[0038]在上述实施例中，上述第一预设时间优选为4-6秒，最优设置为5秒。上述第二预设时间优选为1-2秒，最优设置为I秒。
[0039]基于上述各个实施例，如图2和图3所示，本实施例的磁共振化学交换饱和转移成像方法还包括:多次采集步骤400，该步骤用于多次重复执行上述图像采集步骤200和上述次射频脉冲产生步骤300直至完成整幅图像采集。如图2所示，这里的多次采集步骤400优选执行以下步骤:
[0040]执行步骤401:判断是否完成整幅图像的采集；若否，则重复执行上述图像采集步骤200和上述次射频脉冲产生步骤300直至完成整幅图像采集；
[0041]若是，则执行步骤402:输出保存当次扫描获得的整幅图像。
[0042]本实施例中，判断是否完成整幅图像的采集可以通过设定单幅图像的扫描次数来进行判断，比如判断是否完成了整幅图像的扫描次数，若是即可认定是完成整幅图像的采集。当然，本发明不限于只采用此一种方式进行判断，还可以采用其他方式。
[0043]基于上述各个实施例，如图2和图3所示，本实施例的磁共振化学交换饱和转移成像方法还包括:层扫描步骤500，该步骤用于依次重复执行上述图像采集步骤200、上述次射频脉冲产生步骤300和上述多次采集步骤400直至完成对上述特定射频点进行的多层成像扫描。如图2所示，这里的层扫描步骤500优选执行以下步骤:
[0044]执行步骤501:判断是否完成了多层成像扫描的预设层数，若否，则依次重复执行上述图像采集步骤、上述次射频脉冲产生步骤和上述多次采集步骤直至完成对上述特定射频点进行的多层成像扫描；
[0045]若是，则执行步骤502:输出保存多层成像扫描获得的图像数据，用以图像重建。
[0046]本实例的预设层数，可以根据待扫描物体及其扫描部位的性质、或扫描仪器配置决定。本实施例基于多层成像扫描是在单层扫描成像基础上，通过增加探测器层数来获得更高的空间分辨率和扫描速度，