异核核磁共振指纹法
【专利说明】异核核磁共振指纹法
[0001] 相关申请 本申请要求2012年12月6日提交的美国专利申请No. 13/651,690的优先权，通过引 用将其主题完整地结合到本文中。
【背景技术】
[0002] 常规磁共振成像（MRI)涉及反复均匀地对k空间中的对象进行采样，以在预定回 波时间（TE)获取与参数(例如，Tl弛豫、T2弛豫、共振频率）相关联的信号。按照惯例，信 号与一个类型的核子(例如，1H)相关联。理想地，信号在TE处或TE附近的短时间段上是恒 定的。常规MRI依赖于将许多分段获取组合成定性图像。获得多个分段获取耗费几十分钟 或更多。
[0003] 核磁共振（NMR)指纹法涉及施加脉冲序列，其产生具有不同性质的组织中的不同 时程。NMR指纹法（NMRfp)同时地激励多个共振种类以使得不同类型的组织产生不同的信 号，所述信号可以被同时地采集且然后随时间推移而分离成单独信号演进。在本文中相对 于NMRfp所使用的术语"共振种类"指的是可以使用NMR而使得其共振的项目（例如，水、月旨 肪或其他组织或材料)。NMRfp并未定义用于共振种类的信号演进必须是什么。而是，NMRfp 捕捉随时间推移而产生的信号且然后将其与其他已知或模型化信号演进或信号演进组合 相比较。因为不同的组织或材料具有不同的信号演进，所以能够通过将随时间推移而获得 的信号演进与已知和/或模拟信号演进或信号演进组合相比较来同时地确定多个参数(例 如，Tl、T2)〇
[0004] 更一般地，NMRfp涉及反复地、可变地在（k，t，E)空间中对对象进行采样以在允许 t和E改变的同时获取用于单个核子(例如，1H)的信号演进（SE)。K指代k空间，t指代时 间，并且E可以包括T1、T2、D以及其他参数，其中，D指代扩散弛豫。不同于常规MRI，NMRfp 并不尝试具有恒定的SE，而是寻找随时间推移改变且可与同步地、同时地或在阈值时间量 内获取的其他SE区别开的SE。NMRfp产生参数(例如，T1、T2)的定量估计。虽然用MRI的 常规量化花费几十分钟，但可以在较少的时间内执行NMRfP。
【附图说明】
[0005] 结合在本说明书中并构成其一部分的附图图示出本发明的各种方面的各种示例 性系统、方法及其他示例性实施例。要认识到，图中所示的元件边界(例如，方框、方框组或 其他形状）表示边界的一个示例。本领域的技术人员将认识到，在一些示例中，可将一个元 件设计为多个元件，或者可将多个元件设计为一个元件。在一些示例中，可将示为另一个元 件内部部件的元件实现为外部部件且反之亦然。此外，元件可能未按比例画出。
[0006] 图1图示出包含两个共振种类的体积。
[0007] 图2图示出包括以第一种方式键合的两个类型的核子的体积。
[0008] 图3图示出包括以第二种不同的方式键合的两个类型的核子的体积。
[0009] 图4图示出包括趋向于不相关联的两个类型的核子(例如，1H、23NA)的体积。
[0010] 图5图示出从两个共振种类接收到的两个单独NMR信号和从两个单独NMR信号导 出的信号演进。
[0011] 图6图示出从体积中的两个不同核子接收到的两个单独NMR信号和从两个单独 NMR信号导出的信号演进。
[0012] 图7将常规MRI序列块与NMRfp序列块进行比较和对比。
[0013] 图8图示出被配置成执行异核NMRfp的MRI设备。
[0014] 图9图示出被配置成执行异核NMRfp的设备。
[0015] 图10图示出被配置成执行异核NMRfp的示例性方法。
[0016] 图11图示出被配置成执行异核NMRfp的示例性方法。
[0017] 图12图示出与异核多量子相关（HMQC)过程相关联的脉冲序列。
[0018] 图13图示出与还包括梯度的HMQC过程相关联的脉冲序列。
[0019] 图14图示出与多核NMRfp相关联的示例性设备。
[0020] 图15图示出示例性异核NMRfp过程，其中使用具有恒定、匹配间距的两个相关脉 冲序列向两个不同类型的核子(例如，1H、X)施加RF。
[0021] 图16图示出示例性异核NMRfp过程，其中使用具有可变、匹配间距的两个相关脉 冲序列向两个不同类型的核子(例如，1H、X)施加RF。
[0022] 图17图示出示例性异核NMRfp过程，其中使用具有可变、不匹配间距的两个相关 脉冲序列向两个不同类型的核子(例如，1H、X)施加RF。
[0023] 图18图示出示例性异核NMRfp过程，其中使用具有可变、匹配间距的两个相关脉 冲序列向两个不同类型的核子(例如，1H、X)施加RF，并且其中还施加梯度。
[0024] 图19图示出示例性异核过程，其中，使用可变、匹配间距向三个不同类型的核子 施加RF。
【具体实施方式】
[0025] 示例性设备和方法涉及异核NMRfp，其中，可以同时地获取来自两个或更多不同类 型的核子的信号演进。在一个实施例中，异核NMRfp涉及反复地、可变地在（k，t，E，n)空间 中对对象进行采样，以在获取随t和E改变的用于两个或更多类型的核子(例如，1H、13C)的 信号演进。k指代k空间，t指代时间，E可包括共振频率、Tl、T2、D及其他参数，并且n指 代多个核子。异核NMRfP产生用于多个不同类型的核子的参数(例如，共振频率、T1、T2)的 定量估计。在一个示例中，可同时地或基本上同时地获取用于两个或更多类型的核子的信 号演进，然后与存储的信号演进相比较以表征核子。
[0026] 示例性设备和方法可采用异核多量子相关（HMQC)以将来自两个或更多类型的核 子的信号集成到基于质子的磁共振指纹法(MRF)框架中。示例性设备和方法可另外或备选 地采用异核单量子相关（HSQC)来将来自两个或更多类型的核子的信号集成到基于质子的 MRF框架中。
[0027] 一些类型的核子之间（例如，1H&13CJHfci4NjHfci5NjHfc3iPjHfc 17(K13Cfc14Nj3Cfc31P)存在 量子相关。量子相关允许磁化从一个类型的核子被传递至另一类型的核子然后经由相干路 径返回。这些量子相关反映一个类型的核子中的磁化可如何影响另一类型的核子中的磁 化。可以以不同的方式在不同时间使不同的核子相关(例如，键合)，并且因此该量子相关在 不同时间可以是不同的。下面将结合图二和图三描述这些关系。
[0028] 以下提供NMRfp的基础的简要回顾。图1图示出包含两个共振种类Rl和R2的体 积100 (例如，体素)。Rl和R2可具有变化的弛豫或其他NMR参数。例如，TIki可小于TlK2， 而T2K1可大于T2K2。Tl指代纵向（自旋晶格）弛豫时间且T2指代横向（自旋间）弛豫时间。 NMRfp以一系列的变化序列块施加射频（RF)能量，其促使Rl和R2两者同时地产生不同的 NMR信号。可以从这些同时产生的不同NMR信号产生信号演进。可以将信号演进与其他信 号演进(对于其而言弛豫或其他NMR参数是已知的）相比较来确定弛豫及其他NMR参数(例 如，T1、T2、H)) (PD=质子密度)。然后可以用弛豫或其他NMR参数来表征共振种类Rl和 R2。由于不同的组织具有不同的已知弛豫或其他NMR参数，所以可以使用弛豫或其他NMR 参数表征来识别不同的组织。虽然图示出两个共振种类，但本领域技术人员将认识到体积 可包括更大或更小数目的共振种类。
[0029] 类似于体积可包含两个不同类型的共振种类，体积还可包含两个或更多不同类型 的核子。图2图示出包括两个不同类型的核子Nl和N2的体积200。Nl和N2被示为经由 键而直接地相互耦合。Nl和N2可以是例如1H和13C。此直接键耦合可产生Nl与N2之间 的第一量子相关。当被暴露于NMRfP RF脉冲序列时，Nl和N2可被激励，并且产生NMR信 号。当Nl和N2能够在它们自身之间传递磁化时，并且当NMRfp RF脉冲序列被配置成引起 Nl与N2之间的磁化传递时，则从体积200接收到的NMR信号不仅可取决于体积200中的 Nl和N2的存在，还可取决于Nl与N2之间的量子相关(例如，键合、配对）以及脉冲序列如 何产生并控制磁化传递。
[0030] 图3图示出其中Nl和N2将由于Nl和N2被关联(例如，配对、键合）的方式而具 有不同的第二量子相关的体积300。在体积300中，Nl和N2通过对通常表示为X的中间项 目的键合而被相互间接地耦合。此间接单键耦合可产生Nl与N2之间的不同的第二量子相 关。当被暴露于NMRfpRF脉冲序列时，Nl和N2可被激励，并且产生NMR信号。当Nl和N2 能够在它们自身之间传递磁化时，并且当NMRfpRF脉冲序列被配置成引起Nl与N2之间的 磁化传递时，则从体积300接收到的NMR信号不仅可取决于体积300中的Nl和N2的存在， 还可取决于Nl与N2之间的量子相关以及脉冲序列如何产生并控制磁化传递。由于Nl和 N2在体积200 (图2)和体积300 (图3)中被不同的键合，所以响应于在两个不同体积中激 励Nl和N2而产生的信号演进将是不同的。因此，信号演进将不仅对检测Nl和N2的存在 有用，而且对Nl和N2如何被键合有用（如果可能的话)。
[0031] 图4图示出其中N3和M未被键合的体积400。N3和M可以是例如1H和23Na。N3 和M不具有促进在两个不同类型的核子之间来回传递磁化的量子相关。当被暴露于NMRfp RF脉冲序列时，N3