针对选择性动脉自旋标记MR成像方法的规划支持与流程

本发明涉及磁共振(mr)的领域。它特别适用于用于诊断目的mr成像方法和的mr装置，并将特别参考其进行描述。

背景技术：

当今广泛地使用图像形成mr方法，其利用磁场与核自旋之间的相互作用以形成二维或三维图像，特别是在医学诊断的领域使用，因为对于对软组织的成像，它们相对于其他方法在许多方面是有优势的，不需要电离辐射并且通常是非侵入性的。

根据一般的mr方法，要被检查的患者的身体被布置于强的均匀的磁场b0中，所述磁场的方向同时定义的测量有关的坐标系的轴(通常是z轴)。磁场b0产生取决于磁场强度的针对个体核自旋不同的能级，所述能级可以通过施加具有限定频率(所谓的拉莫尔频率，或mr频率)的电磁交变场(rf场)而被激发(自旋共振)。从宏观的视角，个体核自旋的分布产生总体磁化，其可以通过施加合适频率的电磁脉冲(rf脉冲)而被偏离出平衡态，而该rf脉冲的对应的磁场b1垂直于z-轴延伸，使得自旋执行关于z轴的进动。进动描绘锥形的表面，其孔径角被称为翻转角。翻转角的幅度依赖于所施加的电磁脉冲的强度和持续时间。在所谓的90°脉冲的情况下，磁化被从z轴偏转到横向平面(翻转角90°)。

在rf脉冲结束后，磁化弛豫回初始的平衡态，其中，z方向的磁化以第一时间常数t1(自旋晶格弛豫或纵向弛豫时间)再次建立，并且在垂直于z方向的磁化以第二更短时间常数t2(自旋-自旋或横向弛豫时间)弛豫。横向磁化和其变化可以借助于接收rf线圈检测到，其以如下的方式在mr设备的检查体积内被布置和取向：使得磁化的变化在垂直于z轴的方向被测量。横向磁化的衰减伴随着在rf激励之后由局部磁场不均匀性引起的发生的失移，这有利于从具有相同信号相位的有序状态转变到所有相位角均匀分布的状态。所述失相可以借助于重新聚焦rf脉冲(例如，180°脉冲)来补偿。这在接收线圈中产生回波信号(自旋回波)。

为实现身体中的空间分辨，沿着主轴延伸的时变磁场梯度被叠加到均匀磁场上，造成自旋共振频率的线性空间依赖性。在所述接收天线中拾取的信号则包括不同频率的分量，所述分量可以与所述身体/对象中的不同位置相关联。经由所述接收线圈获得的信号数据对应于空间频率域，并且被称作k空间数据。所述k空间数据通常包括用不同的相位编码采集的多条线。每条线都通过收集若干样本进行数字化。k空间数据的集合借助于逆傅里叶变换而被转换成mr图像。

灌注是指借助于血流将氧和营养物输送到患者的组织，并且是最基本的生理参数之一。灌注障碍是导致医学残疾和死亡的一些主要原因。用于测量组织灌注的几种mr成像方法在本领域中是已知的。例如，可以应用可以用mr成像监测的可扩散示踪剂。这些示踪剂包括例如氟化卤代烃，氘代水，¹⁷o水和¹³c标记的烃。然而，磁性标记的内源性血液也可用作灌注mr成像的示踪剂。为了实现这一点，可以操纵动脉血中水的纵向磁化，使其不同于组织磁化。这些方法通常称为动脉自旋标记(asl)灌注mr成像(参见例如us6564080b1)。

在asl成像中，流入的动脉血中的水质子的空间选择性反转或饱和被用于标记血流。从标记的血液中发出的mr信号幅度相对于未标记的血液减少或变为负值。当标记的血液到达成像区域内的组织时，它衰减从灌注组织发出的mr信号。从对照(即未标记的)图像中逐体素地减去标记的图像产生流入成像组织的标记的血液的量的量度。该量与组织灌注密切相关。标记图像和对照图像的mr信号强度的差异通常是组织mr信号的百分之几，并且因此，asl差异mr图像在一定程度上受到图像噪声的影响。通常，asl采集的若干(10-50)次重复被平均以增加信噪比(snr)。

asl技术可用于测量通过单个供血动脉的灌注(称为“选择性”asl)。在这种情况下，用于标记血液质子的空间选择性准备序列在标记区域中激发核磁化，所述标记区域被限制以便仅标记单条血管或若干选定血管中的血液。

在选择性asl技术中需要仔细规划以最佳地标记感兴趣的动脉而不是其他相邻血管。通常，预先采集的mr血管造影图，例如通过飞行时间mr血管造影术(tof)，被用于可视化血管结构。这用作血管图以在空间上定义选择性标记的位置，例如通过将标记区域放置在感兴趣的动脉上(参见helle等人的，magneticresonanceinmedicine，2010，第64卷，第777-786页)。除了选择性标记的优化定位之外，还存在许多其他影响因素，其控制选择性标记的效率，特别是血流参数，包括用于标记的脉管系统的解剖学和血液动力学参数，例如血流速度和血管直径。这些参数可能由于血管位置，局部血管腔等而改变。这些影响可能对所使用的asl序列的不同序列参数和最终图像质量产生影响。然而，在临床实践中，对上述参数的考虑使得选择性asl中的计划成为耗时的过程。这也是由于在所使用的mr设备的图形用户界面中标记区域通常不充分的可视化的事实。此外，在规划asl序列期间，操作者无法获得上述血流参数。因此，基于用户的先验知识和asl技术的经验来执行标记区域的定位，asl技术影响整个计划过程以及最终图像质量。

m.e.johnston等人的在jmri38(2013)1111-1118中的文章“cerebralbloodflowquantificationinswineusingpseudo-continuousarterialspinlabeling”(d1)提到pcasl参数关于要标记血液的速度而被调整。

技术实现要素：

根据上述内容容易理解，存在对改进的aslmr成像方法的需要。因此，本发明的目的是促进aslmr成像会话的规划并改善灌注加权mr成像中的图像质量。

根据本发明，公开了一种用于对被置于mr设备的检查体积内的主磁场中的身体的至少部分进行mr成像的方法。所述方法包括以下步骤：

-通过使被检查身体的一部分经受一次或多次mr血管造影扫描来采集血管造影mr信号数据；

-从血管造影mr信号数据导出定量血流参数；

-根据asl序列的序列参数和所述定量血流参数来计算asl序列的标记效率；

-通过最大化标记效率来优化所述序列参数；

-通过使所述身体的部分经受asl序列来采集灌注加权的mr信号数据；并且

-从灌注加权的mr信号数据重建mr图像。

根据本发明(如在传统的aslmr成像中)，身体的部分经受asl序列，包括(脉冲的、连续的或伪连续的)准备，用于通过在实际成像区域之外激发血液水质子来标记血液。asl序列还包括从成像区域采集mr信号，其中，标记血液流入成像区域改变最终从采集的mr信号数据重建的mr图像的图像对比度。通过产生rf脉冲和切换磁场梯度来执行准备，所述rf脉冲和切换磁场梯度被控制以激发(即，反转或饱和)上游区域(标记区域)内的血液质子的核磁化，血液从所述上游区域流入所述成像区域。在渡越时间之后，在标记的血液已到达成像区域的时刻，从成像区域采集mr信号。优选地，在标记模式下在成像区域之外的先行准备之后采集mr信号数据，其中在控制模式中无先行准备地采集另外的mr信号数据。这对应于传统的asl方法，其中，如上所述，从在控制模式中采集的mr图像中减去在标记模式中采集的mr图像产生成像区域中的组织灌注的量度。

本发明基于以下认识：为了在选择性asl技术中成功标记个体动脉，重要的是考虑影响标记效率并因此影响最终图像质量的定量血流参数。例如，关于血管直径的定量信息可用于相应地调整标记区域的大小。关于血管段中的血流速度的定量信息可用于调整asl序列的特定标记参数，例如，血流方向上的梯度强度，标记脉冲间隔，标记持续时间等。此外，可以考虑关于感兴趣的血管段的病理状态(例如，狭窄，闭塞，斑块，解剖等)的信息，以避免由于血管的病理改变而导致的次优的标记效率。关于血管内对象的信息(例如，血管扩张后的支架)可用于针对标记排除血管的某些部分。

根据本发明，最初采集血管造影mr信号数据用于规划选择性标记流程。本发明的要点是从血管造影mr信号数据自动导出定量血流参数，并使用这些参数从asl序列的序列参数和导出的定量血流参数来计算asl序列的标记效率。标记效率可以定义为通过标记区域的血液自旋的总磁化强度的标记(饱和或反转)部分。本发明基于以下认识：标记效率取决于asl序列的参数(包括磁场梯度强度，磁场梯度切换的定时，rf脉冲的持续时间/幅度)以及血流参数(包括血流速度，流动方向，血管直径)。根据本发明，使用计算的标记效率作为asl序列的参数是否合适的指标。

本发明可以在asl序列的规划过程期间为mr设备的操作者提供有效的支持，例如通过根据操作者选择的血管中的特定位置来呈现血流参数以经由mr装置的图形用户接口进行标记。血流参数与asl序列的关键标记参数的自动关联提供了实际的标记效率。通过最大化标记效率来优化序列参数，例如通过可视化定量信息(血流参数和/或产生的标记效率)和(交互地)调整标记区域(例如，标记区域的大小，其与标记磁场梯度强度一起缩放)。这使得aslmr成像中的规划过程比现有技术更容易且更直观。同时，本发明的技术为操作者提供了足够的自由度来选择优选的asl方法或选择性方法并使选择性标记适应特定条件(例如，改变的血管结构，小儿血液动力学等)。因此，本发明有助于在临床常规测量中使用选择性asl技术，并在各种患者组中产生最佳图像质量。

在本发明的一个优选实施例中，针对由asl序列的序列参数定义的标记区域所覆盖的血管段计算定量血流参数和标记效率。发生标记的血管段的定量血流参数与评估标记效率相关，作为优化序列参数的基础。

优选地，对于序列参数的交互式优化，从血管造影mr信号数据产生血管的可视化结果，并且将可视化显示给mr设备的操作者。然后可以通过图形表示叠加在血管可视化上的标记区域来促进交互式计划和优化过程，其中，将定量血流参数和/或标记效率与标记区域空间关联地直观地显示给操作者。然后可以例如通过操作者执行asl序列的序列参数的逐步交互式调整来最大化标记效率，其中，在每个调整步骤之后重新计算标记效率。

在另一个优选实施例中，导出的定量血流参数可以用作asl扫描的自动规划的输入参数。从血管造影mr信号数据重建mr血管造影图，并通过mr血管造影图的分割自动识别血管。作为下一步骤，可以定位至少一个已识别的足够长度的血管的直段，针对定位的直段导出定量血流参数，然后确定asl序列的序列参数，使得标签区域覆盖定位的直段，并且标签效率是最佳的。同时，根据血管造影mr信号数据估计血液从标记区域到成像区域的渡越时间，并且基于估计的渡越时间来确定asl序列的序列参数，以允许标记的血液从标记区域流到成像区域，从该成像区域采集灌注加权的mr信号数据。

目前为止描述的本发明的方法可以借助于mr设备来执行，所述mr设备包括：至少一个主磁体线圈，其用于在检查体积内生成主磁场b0；多个梯度线圈，其用于在检查体积内的不同空间方向上生成切换的磁场梯度；至少一个rf线圈，其用于在检查体积内生成rf脉冲和/或用于接收来自定位于检查体积内的患者的身体的mr信号；控制单元，其用于控制rf脉冲的时间序列和切换的磁场场梯度；以及重建单元，其用于根据接收到的mr信号来重建mr图像。本发明的方法优选地通过对重建单元的对应的编程和/或mr设备的控制单元来实现。

本发明的方法可以有利地在临床中当前使用的多数mr设备中实施。为此，仅需要使用控制mr设备的计算机程序，使得其执行本发明的以上解释的方法。所述计算机程序可以存在于数据载体上或者可以存在于数据网络上，使得能够被下载以安装在mr设备的控制单元中。

附图说明

随附附图公开了本发明的优选的实施例。然而，要理解，附图仅被设计用于于图示和说明的目的，并且不作为对本公开的限度的限定。在附图中：

图1示出了用于执行本发明的方法的mr设备；

图2示出了根据本发明的第一实施例的具有血管的mr血管造影图和用于交互式规划asl扫描的叠加标记区域。

图3示出了根据本发明的第二实施例的具有血管的mr血管造影图和用于交互式规划asl扫描的叠加标记区域。

图4示出了根据本发明的第三实施例的具有血管的mr血管造影图和用于asl扫描的自动规划的定位的直的血管段。

具体实施方式

参考图1，示出了mr设备1。所述设备包括超导的或常导的主磁体线圈2，使得沿着通过检查体积的z轴创建基本上均匀的、空间上恒定的主磁场b0。所述设备还包括一组(第一、第二、以及-在适用时-第三级)匀场线圈2'，其中，流动通过组2'的个体匀场线圈的电流出于最小化检查体积中的偏差的目的而是可控的。

磁共振生成和操纵系统应用一系列rf脉冲和切换的磁场梯度来反转或激发核磁自旋、诱发磁共振、重新聚焦磁共振、操纵磁共振、空间地或者以其他方式对磁共振进行编码、使自旋饱合，等等，以执行mr成像。

非常具体地，梯度放大器3将电流脉冲应用到沿着检查体积的x、y和z轴的全身梯度线圈4、5和6中选定的全身梯度线圈。数字rf频率发射器7经由发送/接收开关8来将rf脉冲或脉冲包发送到身体rf线圈9以将rf脉冲发送到检查体积。典型的mr成像序列包括短持续时间的rf脉冲分段的包，其与任何所应用的磁场梯度一起来实现对核磁共振的选定操纵。该rf脉冲被用于饱和、激发共振、反转磁化、重新聚焦共振或者操纵共振并且选择定位在检查体积中的身体10的部分。mr信号也被身体rf线圈9拾取。

为了生成身体10的有限区域的mr图像，借助于平行成像，将一组局部阵列rf线圈11、12、13放置为与被选择用于成像的区域邻接。该阵列线圈11、12、13可以被用于接收由身体线圈rf发射所诱发的mr信号。

得到的mr信号由身体rf线圈9和/或通过阵列rf线圈11、12、13来拾取并且通过优选地包括前置放大器(未示出)的接收器14来解调。接收器14经由发送/接收开关8连接到rf线圈9、11、12和13。

主计算机14控制流动通过匀场线圈2’以及梯度脉冲放大器3和发射器7的电流来生成多个mr成像序列中的任何一个，例如回波平面成像(epi)、回波体积成像、梯度和自旋回波成像、快速自旋回波成像等等。针对选定的序列，接收器14在每个rf激发脉冲之后快速地相继接收单个或多个mr数据线。数据采集系统16执行对接收到信号的模数转换并且将每个mr数据线转换为适于进一步处理的数字格式。在现代mr设备中，数据采集系统16是独立的计算机，其专用于采集原始图像数据。

最终，数字原始图像数据通过应用傅立叶变换或其他合适的重建算法(像sense或smash)的重建处理器17而被重建为图像表示。mr图像可以表示穿过患者的平面切片、平行平面切片的阵列、三维体积等等。图像然后被存储在图像存储器中，其中，它可以被访问以用于例如经由提供得到的mr图像的人类可读的显示的视频监视器18来将切片、投影或者图像表示的其它部分转换为用于可视化的适当格式。

根据本发明，应用asl灌注成像，例如以便检查患者脑中的血液灌注。主计算机15和重建处理器17通常通过软件被布置为执行上面和下面描述的本发明的方法。

下面参考图2-4描述根据本发明的用于计划和执行大脑的选择性aslmr检查的工作流程。

图2中所示的实施例涉及基于'超选择性'asl'的选择性动脉自旋标记(参见helle等人的，magneticresonanceinmedicine，2010，第64卷，第777-786页)，其采用单个盘形斑点作为标记区域，以在单独选择的血管中饱和或反转血液自旋。最初，进行颈部的mr血管造影扫描以采集血管造影mr信号数据。常规飞行时间(tof)血管造影术用于对患者的脉管系统进行成像。相应血管造影图的可视化结果在图2a和2b中显示为二维最大强度投影图像。通过在血管造影图上叠加标记区域21的图形表示，将选择性asl序列的有效标记区域呈现给操作者。标记区域的直径，厚度和方向根据要应用于标记的磁场梯度的矩来可视化。asl序列的这些参数可以由操作者交互地调整。操作者使用mr装置1的图形用户接口以交互方式将标记区域的可视化结果定位在血管造影图中感兴趣的血管之上。使用血管分割算法来分析由标记区域覆盖的血管段，并且从位于标记区域内的血管造影图的的体素导出定量血流参数(血流速度，血管直径)。随后，根据asl序列的序列参数并根据导出的定量血流参数来计算特定血管段中的标记效率。定量血流参数和标记效率显示在文本框22中，与标记区域21的可视化结果空间相关联。操作者对序列参数的任何改变或标记区域21的重新定位将导致标记效率的重新计算，使得操作者易于找到标记区域21的最佳位置。操作者交互地移动标记区域21并修改asl序列的参数，直到达到最佳(在足够的意义上)标记效率。这对于具有改变的动脉脉管系统(斑块等)的患者尤其重要。在图2a所示的实施例中，标记区域位于颈部右椎动脉的一段上方。所选区段中的血管直径和血流速度在文本框22中呈现给用户，还有考虑所应用的asl序列的参数设置而得到的标记效率。如从图2b中可以看出，标记区域的倾斜导致标记效率提高，因为血管段现在垂直于盘形标记区域。最后，asl序列以交互式优化的序列参数启动。采集灌注加权的mr信号数据，并从灌注加权的mr信号数据重建mr图像。

图3中所示的实施例涉及使用“血管编码的”asl的选择性asl，其在采用整个标记平面中标记效率的调制(参见wong等，magneticresonanceinmedicine，2007，第58卷，第1086-1091页)。如在图2中所示的实施例中，所述方法开始于颈部的mr血管造影扫描。标记区域31的可视化结果在mr装置1的图形用户界面中呈现给操作者。从图3中可以看出，血管编码的asl的标记平面31包括多于一条动脉。标记平面31的厚度根据由asl序列的序列参数定义的标记梯度矩而被可视化，其可由操作者交互地调整。血管分割算法用于分析血管造影中由标记平面31覆盖的脉管系统的分段，并且定量血流参数(血流速度、血管直径)分别从位于血管造影图内的标记区域31内的血管造影的体素导出。随后，根据asl序列的序列参数并根据导出的定量血流参数来计算特定血管段中的标记效率。定量血流参数和标记效率被显示在文本框32中，与通过标记平面31的相应血管空间相关。操作者可以交互地调整标记平面31的位置和取向以及asl序列的其他参数，直到获得针对通过标记平面31的血管的优化的平均标记效率。这可以包括通过调整在标记过程期间在垂直于相应血流方向的方向上切换的asl序列的磁场梯度的梯度强度来调整整个标记平面31的标记效率。最后，asl序列以交互式优化的序列参数启动。采集灌注加权的mr信号数据，并从灌注加权的mr信号数据重建mr图像。

图4中所示的实施方案涉及基于‘超选择性’asl'的选择性asl的全自动计划(参见helle等，magneticresonanceinmedicine，2010，第64卷，第777-786页)。如在图2和3中所示的实施例中，所述方法开始于颈部的mr血管造影扫描。应用血管分割算法，其自动识别血管造影中可视化的颈部动脉。分割可以基于区域生长算法，并且可以例如通过使用解剖图谱并采用专用解剖模型来执行对单个血管的识别。所识别的动脉可以是主要的脑供血血管，如ica(颈内动脉)，va(椎动脉)和ba(基底动脉)。其他感兴趣的血管可以是颈外动脉(eca)、眼动脉(oa)等。对于每个识别的动脉，相应血管腔的直段被分段，例如通过确定所识别的血管与理想血管结构的解剖模型的偏差，或通过使用从血管造影mr信号数据导出的定向血流信息。图4示出了位于左ica42中的直段41。可以针对每个识别的血管研究病理状态，例如狭窄-闭塞改变的存在，例如通过将分割的血管和相应的血流速度与表示理想血管状况的解剖模型进行比较。另外，可以使用保存在医院数据库中的患者特定的信息。一旦为每个识别的血管定位直的血管段41，就例如基于血管造影图像中的强度信息来估计血管腔的各个直径。作为下一步骤，通过根据估计的血管直径设定序列的相应磁场梯度的强度，使得相应的标记区域覆盖定位的直段41，自动调整超选择性asl中的标记区域的大小。定量血流参数(血流方向，血流速度，血流方向)是从定位的段41内的血管造影图的体素的血管造影mr信号数据导出的。标记磁场梯度(在血流方向上)的强度以及asl序列的rf脉冲的强度和时间间隔根据每个识别的血管段41中的个体血流速度自动调整，以实现跨越相应标记区域的血液水自旋的最佳标记效率。所识别的血管的可用数据(包括病理状态)允许粗略估计从标记区域到成像区域的血液的平均通过时间。asl序列的序列参数(标记持续时间和标记后延迟)基于估计的通过时间来确定，以允许标记的血液从标记区域流到成像区域，从该成像区域灌注加权的mr信号数据最终被采集。然后使用完全自动优化的序列参数启动asl序列。采集灌注加权的mr信号数据，并从灌注加权的mr信号数据重建mr图像。

本发明的方法特别适用于基于asl技术的脑的选择性mr灌注检查。然而，本发明的方法还可以应用于其他器官中的灌注测量，例如在腹部或心脏mr成像中。