专利名称：磁共振弹性图技术中的稳态前机械横波成像方法
技术领域：
本发明涉及的是一种生物工程技术领域的成像方法，具体的说，涉及的是一种磁共振弹性图技术中的稳态前机械横波成像方法。
背景技术：
磁共振弹性图技术(MRE)是一种目前正在发展的可以对生物组织内部的生物力学特性进行无创伤测量的医学成像技术。虽然人们对物质材料力学性质的研究已经有上百年的历史，但是却很难获得活体生物组织的生物力学特性参数，最主要的原因是实验室里测量材料力学性质的机械载荷试验很难应用于活体生物内部组织中。磁共振弹性图技术用来测量活体生物组织内部的弹性系数分布，它首先使用一种振动设备对目标物体表面施加激励，激发稳态横波在物体内部传播，然后利用磁共振成像技术对这个稳态横波进行成像，最后对得到波动图像进行反演，得到物体内部的弹性系数分布。但是由于机械横波在人体组织内部传播非常的复杂，使得MRE技术目前还不能正式成为临床诊断的标准工具。机械横波在组织边界处的反射是造成这钟复杂性的主要原因。
经对现有技术的文献检索发现，Steele DD等发表在《Phys.Med.Biol.》(生物医学物理)2000，vol.45(6)，pp1633-1648上的文章“Three-dimensionalstatic displacement，stimulated echo NMR elasticity imaging”(三维静态位移激发回波核磁共振弹性成像)，其做法是采取准静态外力施加方法以避免产生机械波在组织内部的传播，从而避免机械波的反射造成的波动复杂性，但是为了计算弹性的分布，需要测定组织内部的应力分布，这是一个很难解决的问题，因为在实际应用中，目前为止还没有一项能够测量物体内部应力的技术。Van Houten EEW等发表在《Medical Physics》(医学物理)2000，vol.27，pp101-107上的文章“Elasticity reconstruction from experimentalMR displacement dataInitial experience with an overlapping subzonefinite element inversion process”(磁共振位移实验数据的弹性重建子域叠加有限元反演过程的初步实验)，考虑使用有限元弹性重建算法，这类算法可以考虑反射波的影响，但是对于这一类的重建算法，一定要预先精确知道组织的边界条件，包括其几何参数和弹性系数，但在实际应用中对活体生物组织进行边界条件测量时，要无创伤测量这些边界条件的弹性系数是很困难的，虽然可以有技术可以对组织边界的弹性系数进行离体测量，但组织边界离体状态下和活体状态下的弹性系数已经完全不一样了。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述不足和缺陷，提供一种磁共振弹性图技术中的稳态前机械横波成像方法，使其解决机械波反射对MRE造成的成像复杂性，即稳态前的波动成像方法，可用于磁共振弹性成像技术的开发和应用中。
本发明是通过以下技术方案实现的，进行MRE成像时，控制成像时间，使得在机械横波到达组织边界处的那一刻之前，波动成像就已经完成，那么机械横波在边界处的反射就不会被MRE技术在波动图中记录到，这样就可以有效的解决反射干扰的问题。由于这一方法得到的波动图像是在机械横波达到稳态之前的图像，因此称之为稳态前波动成像方法。它不同于现有的稳态波动成像方法。本发明成像方法的关键是如何判断机械横波到达边界处的时间，这可以通过对组织的解剖结构尺寸和稳态波动成像得到的波速计算得到。在此基础上，根据设定的机械横波频率计算出机械振动的周期数和磁共振成像脉冲序列中的运动敏感梯度脉冲个数，以设定稳态前的波动成像序列参数，对机械横波进行成像。
以下对本发明作进一步的描述，具体步骤如下1)将机械振动系统放置在被成像区域的表面，此处为机械波源的位置，并连同被成像物体一起放入磁共振扫描仪的磁体腔中；2)对成像物体进行磁共振常规扫描，得到成像物体的幅值图像，并通过幅值图像测量波源位置到组织边界的距离L；3)设置运动敏感梯度的方波个数为N＝2，频率为fset(例如用户设置为200Hz)，并且在第一个方波的上升沿给出一个激发信号，开始运行磁共振成像脉冲序列；
4)将激发信号送入信号发生器中，使信号发生器开始产生方波信号，方波的周期数目设置为N＝2，频率设置为fset(例如为200Hz)；5)将信号发生器产生的200Hz方波信号送入功率放大器中进行功率放大，功率放大后的方波信号送入机械振动系统，机械振动系统开始对成像物体进行fset(例如为200Hz)的小振幅振动；6)在磁共振扫描仪中采集磁共振信号，并通过傅立叶变化和相位反混叠技术得到磁共振相位图，此图像即为需要的波动图像；7)在波动图像中计算波源附近的组织内部的横波波长λ；8)对L/λ进行计算，并取整数为Nset，将N设置为Nset，重新设置fset(例如为100Hz)，重复步骤3)、4)、5)、6)，在步骤6)中得到机械横波在组织内部中传播的稳态前的横波图像。
磁共振成像脉冲序列中附加了运动敏感梯度方波，其梯度方向为组织内部质点振动的方向，其频率fset能为用户设置和改变，其方波个数通过对L/λ取整数计算得到。
所述的参数L，通过在解剖结构图像中测量组织边界处和波源位置之间的距离得到，参数λ的特征为通过测量在波源附近的组织内部传播的横波波长得到。
所述的机械振动系统，其振动参数包括频率和周期数目，且该频率和周期数目与所述的稳态前波动成像序列中的运动敏感梯度方波的频率和个数保持一致。
本发明使用的机械振动系统和MRI系统保持电磁兼容，并且体积小，容易安放在人体和磁体腔之间的空间中。
本发明所述的机械振动系统由所述的运动敏感梯度磁场激发，同时开始运行，并保持同步和频率一致。
本发明根据组织的解剖图像和预先进行的2个方波的波动成像试验确定运动敏感梯度的方波个数Nset，此方波的个数Nset也是机械振动的周期数目，这使得波动成像过程在横波到达组织内部边界之前完成。这样可以有效地避免横波在组织边界处的反射所造成的波动复杂性。对所得到的稳态前横波图像进行弹性重建计算时，没有反射效应造成的干扰，从而可以利用简单的弹性重建算法计算得到组织的弹性图像。
图1为本发明的系统示意2为本发明的基本原理示意图其中，图2(a)为方波个数为2的波动图像；图2(b)为方波个数为Nset的波动图像。
具体实施例方式
为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合附图和实施实例作进一步的详细描述。
本发明以琼脂糖凝胶仿体为成像物体，实施稳态前的机械横波成像。如图1所示为本发明的系统示意图。整个成像系统包括波动成像序列(含运动敏感梯度方波)、磁共振扫描仪、信号发生器、功率放大器、机械振动系统。在进行成像之前，首先设置系统，将机械振动系统、功率放大器、信号发生器和磁共振扫描仪器连接，将制备好的圆柱形琼脂糖仿体和机械振动系统连接，一起放入磁共振扫描仪的磁体腔中。
在系统设置好以后，首先对琼脂糖凝胶仿体进行常规磁共振扫描，得到该琼脂糖凝胶仿体的幅值图像，然后规划波源在琼脂糖凝胶仿体表面的位置X，以及横波将要在组织内部传播的路径。如图2(a)在幅值图像中测量组织边界处和波源位置之间的距离L。
在波动成像序列中含有运动敏感梯度磁场，其为一定方向和频率的双极性方波，如图1所示。机械振动系统放在琼脂糖凝胶仿体上表面X处，运行波动成像序列，为节约时间可以只是扫描一层。此时的波动成像序列中的运动敏感梯度方波的参数设置比较随意，方波的频率根据用户的要求设定为fset。方波的个数N可以先设置为2个或者以上，以保证可以测量在组织内部的波源附近传播的横波波长λ。
在进行稳态前波动成像时，其频率仍然为质点振动的频率fset，其方波的个数Nset由波的传播距离L和传播速度v以及fset决定。即Nset等于对Lfset/v取整数计算，L为在MRI解剖图像测量从波源到组织边界处的距离，传播速度由在波源附近得到波动图像进行估计，即v＝λfset，其中λ是在波源附近测量得到的横波波长，将公式v＝λfset带入Lfset/v，可得Nset的值为L/λ取整数。然后设定运动敏感梯度方波的个数为Nset，方波的频率为fset，机械振动的周期数目为Nset，频率为fset，参考图1和图2(b)。运行稳态前波动成像序列，并通过序列激发机械振动以频率fset和运动敏感梯度进行同步振动。此时对采集到的磁共振信号进行傅立叶图像重建，得到的相位图像便是稳态前的横波图像，也即是横波在到达组织边界处之前得到的横波图像。
权利要求
1.一种磁共振弹性图技术中的稳态前机械横波成像方法，其特征在于进行MRE成像时，控制成像时间，使得在机械横波到达组织边界处的那一刻之前，波动成像就已经完成，其中，机械横波到达边界处的时间，通过对组织的解剖结构尺寸和稳态波动成像得到的波速计算得到，在此基础上，根据设定的机械横波频率计算出机械振动的周期数和脉冲序列中的运动敏感梯度脉冲个数，以设定稳态前的波动成像序列参数，对机械横波进行成像。
2.根据权利要求1所述的磁共振弹性图技术中的稳态前机械横波成像方法，其特征是，包括如下具体步骤1)将机械振动系统放置在被成像区域的表面，此处为机械波源的位置，并连同被成像物体一起放入磁共振扫描仪的磁体腔中；2)对成像物体进行磁共振常规扫描，得到成像物体的幅值图像，并通过幅值图像测量波源位置到组织边界的距离L；3)设置运动敏感梯度的方波个数为N＝2，频率为fset，并且在第一个方波的上升沿给出一个激发信号；4)将激发信号送入信号发生器中，使信号发生器开始产生方波信号，方波的周期数目设置为N＝2，频率设置为fset；5)将信号发生器产生的200Hz方波信号送入功率放大器中进行功率放大，功率放大后的方波信号送入机械振动系统，机械振动系统开始对成像物体进行fset的小振幅振动；6)在磁共振扫描仪中采集磁共振信号，并通过傅立叶变化和相位反混叠技术得到磁共振相位图，此图像即为需要的波动图像；7)在波动图像中计算波源附近的组织内部的横波波长λ；8)对L/λ进行计算，并去整数为Nset，将N设置为Nset，重新设置fset，重复步骤3)、4)、5)、6)，在步骤6)中得到机械横波在组织内部中传播的稳态前的横波图像。
3.根据权利要求2所述的磁共振弹性图技术中的稳态前机械横波成像方法，其特征是，磁共振成像脉冲序列中附加了运动敏感梯度方波，其梯度方向为组织内部质点振动的方向，其频率fset能为用户设置和改变，其方波个数通过对L/λ取整数计算得到。
4.根据权利要求2或者3所述的磁共振弹性图技术中的稳态前机械横波成像方法，其特征是，所述的参数L，通过在解剖结构图像中测量组织边界处和波源位置之间的距离得到，参数λ的特征为通过测量在波源附近的组织内部传播的横波波长得到。
5.根据权利要求2所述的磁共振弹性图技术中的稳态前机械横波成像方法，其特征是，所述的机械振动系统，其振动参数包括频率和周期数目，且该频率和周期数目与所述的稳态前波动成像序列中的运动敏感梯度方波的频率和个数保持一致。
全文摘要
一种磁共振弹性图技术中的稳态前机械横波成像方法，属于生物工程技术领域。本发明进行MRE成像时，控制成像时间，使得在机械横波到达组织边界处的那一刻之前，波动成像就已经完成，其中，机械横波到达边界处的时间，通过对组织的解剖结构尺寸和稳态波动成像得到的波速计算得到，在此基础上，根据设定的机械横波频率计算出机械振动的周期数和脉冲序列中的运动敏感梯度脉冲个数，以设定稳态前的波动成像序列参数，对机械横波进行成像。本发明可以有效地避免横波在组织边界处的反射所造成的波动复杂性。对所得到的稳态前横波图像进行弹性重建计算时，没有反射效应造成的干扰，从而可以利用简单的弹性重建算法计算得到组织的弹性图像。
文档编号G01R33/20GK1813631SQ200610024270
公开日2006年8月9日 申请日期2006年3月2日 优先权日2006年3月2日
发明者陈俊, 缪飞, 庄天戈 申请人:上海交通大学