专利名称：血管成像方法和系统的制作方法
血管成像方法和系统
技术领域：
本发明涉及磁共振成像领域，特别是涉及一种基于磁共振的血管成像方法和系统。
背景技术：
周边动脉疾病是一个比较普遍的老年性疾病，通常严重威胁到病人的肢体活动能力和生活品质，而且常伴随其他可能导致严重心血管病(譬如中风和心脏病)的危险因素， 因而对于该病的及早并准确诊断具有非常重要的意义。尽管X光插管造影仍是诊断该病的金标准，而磁共振血管成像(Magnetic Resonance Angiography, MRA)因为无创伤，无辐射的特点已逐渐成为一个常规的临床检查手段。最常用的MRA技术是基于含钆造影剂的对比增强MRA技术，该技术的一个最主要的缺点在于含钆造影剂可能会在肾功能不全的病人中引发致命的肾源性系统纤维硬化症。 另外，造影剂在动脉中短暂的停留时间会限制可实现的空间分辨率和成像范围，尤其会在肢体远端部位造成静脉信号污染。近年来无需使用造影剂的非对比增强MRA技术又逐渐成为研究热点。总体来说，该技术具有可多次采集，高空间分辨率和低成本的特点。在各种非对比增强MRA技术中，基于血流敏感散相(Flow-Sensitive Dephasing, FSD)原理的技术不依赖新鲜血液的流入效果和可进行冠状位采集，因而更适合血流较缓且范围较大的周边动脉的成像。两个主要代表性技术是基于快速自旋回波采集序列的新鲜血液成像术(Fresh Blood Imaging, FBI)；和基于FSD准备模块和平衡稳态自由进动序列的成像技术(FSD-prepared Balanced Steady-State Free Precessiong, FSD-bSSFP)。两种技术都需要借助心电门控触发(ECG)采集心脏收缩期和舒张期的两组数据。在收缩期内，动脉血流的流速显著高于静脉血流的流速，因此动脉血信号因自旋散相而大幅度降低， 采得的数据为所谓的“黑动脉血”图象；在舒张期内，动静脉血流流速差异不大且较为缓慢， 两血管血流均保持高亮信号，采得的数据为所谓的“亮动脉血”图象。将该两幅图象进行幅度减影即得到背景干净，动脉血为高亮信号的血管图象。这里，自旋散相是指一个体素内各个自旋(Spin)具有不同的相位值，当这样的相位差异达到足够大的程度时，该体素的整体信号(矢量积分)就会趋向零。血流的自旋散相是由血流敏感梯度磁场(FSD梯度磁场)引起的，该梯度磁场的一阶矩是用来衡量其对血流的敏感性或者对血流信号的抑制能力。对于FBI技术，FSD梯度磁场就是数据读出方向 (Readout)上重复加载的读出梯度磁场；而FSD_bSSFP技术中的FSD梯度磁场是在FSD准备模块中加载的。FSD准备模块是一个由90° x、180° y、90° _x射频脉冲序列以及对称加载在180° y脉冲两边的FSD梯度磁场和加载在脉冲序列后面的清除残余磁矩(Spoiler Gradients)的梯度磁场组成。该准备模块最初被用于血管管壁或者管壁斑块磁共振成像中，利用加载的FSD梯度磁场来抑制血流信号，从而得到一个突显管壁信号的“黑血”图象。基于血流敏感散相准备模块(FSD准备模块)的血管成像技术是利用动脉，静脉血流流速差异以及FSD准备模块对血流的敏感性，通过将一个使用FSD准备模块的“黑动脉血”采集与另一个不使用FSD准备模块的“亮动脉血”采集做减影来获得最终的动脉造影。 然而传统的FSD准备模块仅能够充分抑制单一方向上的血流信号，对于具有复杂血流流向的部位包括小腿、足和手，会出现由于血流信号抑制不完全，导致的减影图象上的动脉管腔信号缺失。
发明内容基于此，有必要提供一种可抑制多方向血流以较少血管图缺失的血管成像方法和系统。一种血管成像方法，包括如下步骤步骤S201，在心脏收缩期，依次发出至少两组激发信号，每组所述激发信号均包括90° x、180° y、90° _x射频脉冲序列，对称加载在180° y脉冲两边的FSD梯度磁场，以及加载在所述射频脉冲序列之后的用于清除残余磁矩的除噪梯度磁场，且每组所述激发信号中的所述FSD梯度磁场的方向不同；步骤S202，采集电磁波信号，生成黑动脉血图像；步骤S203，在心脏舒张期，采集电磁波信号，生成亮动脉血图像；步骤S204，将所述黑动脉血图像和亮动脉血图像相减，得到动脉血管图像。本发明一较佳实施例中，所述步骤S201中，在心脏收缩期，依次发出三组所述激发信号。本发明一较佳实施例中，所述三组激发信号中的三个FSD梯度磁场加载的方向包括数据读出方向、相位编码方向和层选择方向。本发明一较佳实施例中，所述至少两组激发信号中的至少两个FSD梯度磁场加载的方向包括数据读出方向、相位编码方向和层选择方向中的至少二种。本发明一较佳实施例中，所述每组激发信号的时间长度为9ms。一种血管成像系统，其包括激发单元、采集单元、成像单元和处理单元，所述激发单元用于在心脏收缩期，依次发出至少两组激发信号，每组所述激发信号均包括90° x、180° y、90° _x射频脉冲序列，对称加载在180° y脉冲两边的FSD梯度磁场，以及加载在所述射频脉冲序列之后的用于清除残余磁矩的除噪梯度磁场，且每组所述激发信号中的FSD梯度磁场的方向不同；所述采集单元用于分别采集心脏收缩期和心脏舒张期的电磁波信号；所述成像单元用于分别根据所述心脏收缩期和心脏舒张期的电磁波信号，分别得到黑动脉血图像和亮动脉血图像；所述处理单元用于将所述黑动脉血图像和亮动脉血图像相减，得到动脉血管图像。本发明一较佳实施例中，所述激发单元在心脏收缩期，依次发出三组所述激发信号。本发明一较佳实施例中，所述三组激发信号中的三个FSD梯度磁场加载的方向包括数据读出方向、相位编码方向和层选择方向。本发明一较佳实施例中，所述至少两组激发信号中的至少两个FSD梯度磁场加载的方向包括数据读出方向、相位编码方向和层选择方向中的至少二种。本发明一较佳实施例中，所述每组激发信号的时间长度为9ms。上述血管成像方法和系统利用分别在不同方向上加载血流敏感散相梯度磁场的方式，使得能够对多个方向上的血流产生抑制，从而使得血管成像更完整清晰，有效地较少了血管成像缺失。
图1为FSD准备模块的信号示意图；图2为本发明一实施例的血管成像方法的步骤流程图；图3为本发明一实施例的三组激发信号的示意图；图4为传统技术和本发明血管成像方法所得血管图的比对图；图5为本发明一实施例的血管成像系统的功能模块图。
具体实施方式为了解决血管成像部分缺失的问题，提出了一种减少血管成像缺失的血管成像方法和系统。血流的自旋散相是由传统的FSD准备模块发出的FSD梯度磁场引起的。在FSD梯度磁场(矢量的作用下，一个流动的自旋的相位Φ是由如下公式决定沙=—·1^ ,这里Y是磁旋比常数3是该自旋的流动速度。对于一个与硃垂直的血流，各个自旋的相位是 “0”，因此不存在自旋间的相位差异，也就不会出现由自旋散相引起的信号抑制。即便在多个逻辑方向同时加载的FSD梯度磁场实际上产生的是一个单一方向％，即各个梯度磁场一阶矩的矢量和。如图1所示其为FSD准备模块的信号示意图。FSD准备模块发出的信号包括 90° x、180° y、90° _x射频脉冲序列(RF)，对称加载在180° y脉冲两边的FSD梯度磁场， 以及加载在脉冲序列之后的用于清除残余磁矩的除噪梯度磁场(Spoiler，S)。对称的FSD 梯度磁场在各个逻辑方向上同时加载，图1是以二维情况为例，即加载方向包括数据读出方向Glffl和相位编码方向GPE，对称的FSD梯度磁场分别产生一个梯度磁场一阶矩硃，⑽和减’PE。硃，R。和硃，PE的矢量和为硃，硃代表FSD准备模块的最终磁场一阶矩。也就是说，只有当血流的速度沿着硃方向或有沿该矢量方向的速度分量时才可以被抑制。如图2所示，其为一较佳实施例的血管成像方法的步骤流程图，包括如下步骤步骤S201，在心脏收缩期，依次发出至少两组激发信号，每组激发信号均包括 90° x、180° y、90° _x射频脉冲序列，对称加载在180° y脉冲两边的FSD梯度磁场，以及加载在射频脉冲序列之后的用于清除残余磁矩的除噪梯度磁场，且每组激发信号中的FSD梯度磁场的方向不同。步骤S202，采集电磁波信号，生成黑动脉血图像。所述电磁波信号的采集通常是采用SSFP脉冲序列来进行采集。步骤S203，在心脏舒张期，采集电磁波信号，生成亮动脉血图像。步骤S204，将所述黑动脉血图像和亮动脉血图像相减，得到动脉血管图像。
本发明一较佳实施例中，所述步骤S201中，在心脏收缩期，依次发出三组所述激发信号，其中三个FSD梯度磁场的方向包括数据读出方向(Readout方向，或叫Gkq方向)、 相位编码方向(Phase-Encoding方向，或叫Gpe方向)和层选择方向(Slicelelect方向， 或叫方向)。上述三个方向只是举例，其顺序可以变化，方向数量可以增减。请同时参阅图3，其为三组激发信号的示意图，每组激发信号包括90° x、180° y、 90° _x射频脉冲序列RF，以及加载在射频脉冲序列RF之后的用于清除残余磁矩的除噪梯度磁场S，还有分别加载在Gkq方向，Gpe方向和方向上的三个FSD梯度磁场信号。每组激发信号的时间长度为9ms，三组连续的所述激发信号的时间长度为27ms。上述血管成像方法中，在各个不同阶段分别利用不同方向的FSD梯度磁场独立抑制不同正交方向上的血流信号，使得人体复杂的血流信号将被有效抑制。请同时参阅图4，其为采用传统方法和本发明血管成像方法得到的血管图的对比图。其中，左图为传统方式得到的手血管图，右图为利用本发明血管成像方法得到的手血管图。很明显可以看出，两幅图中箭头指示部分的血管中，在左图比较模糊，甚至看不清楚，主要原因是这些分支中的血流方向与FSD梯度磁场的矢量和方向(R0方向=Readout ；PE方向fhase-Encoding)垂直而得不到有效的信号抑制。而右图则比较清晰，可见利用本发明的血管成像方法可显著改善血管成像缺失的问题。如图5所示，其为本发明一实施例的血管成像系统50的功能模块图，包括激发单元501、采集单元502、成像单元503和处理单元504。激发单元501用于在心脏收缩期，依次发出至少两组激发信号，每组激发信号均包括90° x、180° y、90° _x射频脉冲序列，对称加载在180° y脉冲两边的FSD梯度磁场， 以及加载在射频脉冲序列之后的用于清除残余磁矩的除噪梯度磁场，且每组激发信号中的 FSD梯度磁场的方向不同。采集单元502用于分别采集心脏收缩期和心脏舒张期的电磁波信号。所述电磁波信号的采集通常是采用SSFP脉冲序列来进行采集。成像单元503用于分别根据所述心脏收缩期和心脏舒张期的电磁波信号，分别得到黑动脉血图像和亮动脉血图像。处理单元504用于将所述黑动脉血图像和亮动脉血图像相减，得到动脉血管图像。本发明一较佳实施例中，所述激发单元501用于在心脏收缩期依次发出三组所述激发信号，其中三个FSD梯度磁场的方向包括数据读出方向(Readout方向，或叫Gkq方向)、相位编码方向(Phase-Encoding方向，或叫Gpe方向)和层选择方向(Slicelelect方向，或叫方向)。上述三个方向只是举例，其顺序可以变化，方向数量可以增减。每组激发信号的时间长度为9ms，三组连续的所述激发信号的时间长度为27ms。上述血管成像系统在各个不同阶段分别利用不同方向的FSD梯度磁场独立抑制不同正交方向上的血流信号，使得人体复杂的血流信号将被有效抑制。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种血管成像方法，其特征在于，包括如下步骤步骤S201，在心脏收缩期，依次发出至少两组激发信号，每组所述激发信号均包括 90° x、180° y、90° _x射频脉冲序列，对称加载在180° y脉冲两边的FSD梯度磁场，以及加载在所述射频脉冲序列之后的用于清除残余磁矩的除噪梯度磁场，且每组所述激发信号中的所述FSD梯度磁场的方向不同；步骤S202，采集电磁波信号，生成黑动脉血图像；步骤S203，在心脏舒张期，采集电磁波信号，生成亮动脉血图像；步骤S204，将所述黑动脉血图像和所述亮动脉血图像相减，得到动脉血管图像。
2.根据权利要求1所述的血管成像方法，其特征在于，所述步骤S201中，在心脏收缩期，依次发出三组所述激发信号。
3.根据权利要求2所述的血管成像方法，其特征在于，所述三组激发信号中的三个FSD 梯度磁场加载的方向包括数据读出方向、相位编码方向和层选择方向。
4.根据权利要求1所述的血管成像方法，其特征在于，所述至少两组激发信号中的至少两个FSD梯度磁场加载的方向包括数据读出方向、相位编码方向和层选择方向中的至少二种。
5.根据权利要求1所述的血管成像方法，其特征在于，所述每组激发信号的时间长度为 9ms。
6.一种血管成像系统，其特征在于，其包括激发单元、采集单元、成像单元和处理单元， 所述激发单元用于在心脏收缩期，依次发出至少两组激发信号，每组所述激发信号均包括90° x、180° y、90° _x射频脉冲序列，对称加载在180° y脉冲两边的FSD梯度磁场， 以及加载在所述射频脉冲序列之后的用于清除残余磁矩的除噪梯度磁场，且每组所述激发信号中的FSD梯度磁场的方向不同；所述采集单元用于分别采集心脏收缩期和心脏舒张期的电磁波信号； 所述成像单元用于分别根据所述心脏收缩期和心脏舒张期的电磁波信号，分别得到黑动脉血图像和亮动脉血图像；所述处理单元用于将所述黑动脉血图像和亮动脉血图像相减，得到动脉血管图像。
7.根据权利要求6所述的血管成像系统，其特征在于，所述激发单元在心脏收缩期，依次发出三组所述激发信号。
8.根据权利要求7所述的血管成像系统，其特征在于，所述三组激发信号中的三个FSD 梯度磁场加载的方向包括数据读出方向、相位编码方向和层选择方向。
9.根据权利要求6所述的血管成像系统，其特征在于，所述至少两组激发信号中的至少两个FSD梯度磁场加载的方向包括数据读出方向、相位编码方向和层选择方向中的至少二种。
10.根据权利要求6所述的血管成像系统，其特征在于，所述每组激发信号的时间长度为 9ms。
全文摘要
一种血管成像方法包括如下步骤在心脏收缩期，依次发出至少两组激发信号，每组激发信号均包括90°x、180°y、90°-x射频脉冲序列，对称加载在180°y脉冲两边的FSD梯度磁场，以及加载在射频脉冲序列之后的用于清除残余磁矩的除噪梯度磁场，且每组激发信号中的FSD梯度磁场的方向不同；采集电磁波信号，生成黑动脉血图像；在心脏舒张期，采集电磁波信号，生成亮动脉血图像；将所述黑动脉血图像和亮动脉血图像相减，得到动脉血管图像。本发明还提供一种对应的血管成像系统。上述血管成像方法和系统利用分别在不同方向上加载血流敏感散相梯度磁场的方式，使得能够对多个方向上的血流产生抑制，较少血管成像缺失。
文档编号A61B5/055GK102551721SQ20111045961
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月12日
发明者刘新, 张娜, 李德彪, 樊昭阳, 郑海荣, 钟耀祖 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院