用于磁共振非造影剂的目标血管成像方法与流程

1.本发明涉及一种血管成像技术，特别涉及一种用于磁共振非造影剂的目标血管成像方法。


背景技术：

2.磁共振增强血管成像是一种无创伤性、无需插管的血管成像方法，作为dsa(digital subtraction angiography，数字减影技术)的一种替代品，已广泛应用于临床诊断。其原理为对患者注射一定量的造影剂，通常该类造影剂具有较短的t1(纵向磁化由零恢复到原来数值的63％所需时间)值，等到造影剂随着血液流入想要采集的位置时，利用相应的三维序列来采集图像，然后将注射造影剂前后的图像相减用于显示血管的结构图像。有文献报道增强磁共振血管成像能达到和dsa同样的灵敏度和特异性。但是，磁共振增强血管成像并不能适用所有的患者，这是因为，增强磁共振血管需要对患者注射造影剂，而有些患者是不能注射造影剂的，比如这类造影剂在孕妇中是绝对禁忌的，在严重肾功能损害的患者中则相对禁忌。因此，磁共振非造影的血管成像技术得到广泛的关注和研究。
3.有关磁共振非造影的血管成像技术公开的资料中，现有技术1("considerations of magnetic resonace angiography by selective inversion recovery,d.g.nishimura et al.,magnetic resonance in medicine,vol.7,472-484,1988)公开了一种磁共振非造影的血管成像方法，其技术方案如下：通过施加反转恢复(ir，inversion recovery)脉冲，对某个区域内的纵向磁化矢量进行反转标记，然后在一定时间后采集mr图像。利用该方法得到的图像，虽然能够显示感兴趣的血管图像。但是，由于待检查的血管，存在从多方向流入血液的部位，向摄像区域流入的血液的速度根据经由的血管而不同，因此，若所述部位包含在成像区域中，该方法存在着很难对作为诊断对象的血管进行标记甚至无法对作为诊断对象的血管进行标记的缺陷。
4.为此，常用的解决办法是标记多个空间位置，比如，现有技术中其中一种血管成像方法，先分别标记多个位置，然后对感兴趣血管进行成像。该技术方案虽然解决了现有技术无法对诊断对象需要标记多个空间位置的问题，但是却存在着如下缺陷：
5.1、对于有些血管的显示，由于需要标记很多的区域，需要分别设置每个标记区域的参数；而且，如图1所示，可能需要多个反转恢复(ir)脉冲来标记，要分别设置ir的参数，因此，操作繁琐。
6.2、在超高场磁共振时，由于需要多个ir脉冲，导致sar(specific aborption rate)也会增高。
7.3、所有区域使用相同的所述磁共振设备的b1(射频线圈产生的射频磁场)发射场参数，可能导致标记区域内的自旋翻转不均匀，进而导致成像区域感兴趣的血管显示或者非目标血管区域压制不均匀。


技术实现要素：

8.针对磁共振非造影的血管成像存在的问题，提出了一种用于磁共振非造影剂的目标血管成像方法,以在减少反转恢复脉冲数量、降低扫描时sar(specific absorption rate)值，而且标记区域设置更加方便快捷，最优求得标记区域射频发射场的均匀度，实现成像区域目标血管最优显示或者非目标血管区域压制图像。
9.本发明的技术方案为：一种用于磁共振非造影剂的目标血管成像方法，核磁共振发射通道为至少2个并行发射通道，
10.根据目标血管的空间区域，确定一个标记区域；
11.根据所述标记区域，获取并行发射时所述标记区域需要的最优发射通道参数，作为核磁共振发射通道的第一参数组合；
12.根据成像区域，获取并行发射时所述成像区域需要的最优发射通道参数，作为核磁共振发射通道的第二参数组合；
13.根据预设标记参数和所述第一参数组合，反转所述标记区域内的纵向磁化矢量；其中，所述预设标记参数包括所述标记区域内的纵向磁矢量的预设恢复时长；等待所述预设恢复时长，根据所述第二参数组合，执行磁共振序列的成像序列，并采集信号；
14.对所述成像序列采集的信号进行重建，得到成像区域内的目标血管的增强显示或非目标血管压制图像。
15.进一步，所述标记区域为所述成像区域内的目标血管区域或目标血管血流来源区域，所述标记区域形状为不受限的任意形状。
16.进一步，所述标记区域的全部位于成像区域的内部，或标记区域的部分位于成像区域的内部。
17.进一步，所述标记区域确定方法，包括：根据所述目标血管的空间区域，采用机器学习、深度学习和手动调整结合、手动设定的方式，确定所述标记区域。
18.进一步，所述并行发射时所述标记区域需要的最优发射通道参数满足以下条件：
19.所述核磁共振发射通道并行发射的射频发射场在与所述标记区域匹配的第一预设区域阈值范围，且所述射频发射场的均匀度符合标记区域成像图像质量要求的第一均匀度阈值。
20.进一步，所述并行发射时所述成像区域需要的最优发射通道参数满足以下条件：所述核磁共振发射通道并行发射的射频发射场在与所述成像区域匹配的的第二预设区域阈值范围，且所述射频发射场的均匀度符合成像区域成像图像质量要求的第二均匀度阈值。
21.进一步，所述预设标记参数还包括反转恢复脉冲的角度和控制脂肪偏移方向。
22.进一步，所述标记区域为目标血管血流来源区域时，在所述根据预设标记参数和所述第一参数组合，反转所述标记区域内的纵向磁化矢量之前，根据所述预设标记参数，施加非选层的反转恢复脉冲，将所有的自旋全部反转。
23.进一步，所述标记区域确定之后，获取所述标记区域和所述成像区域的并集区域，根据所述并集区域，获取并行发射时所述并集区域需要的最优发射通道参数，作为核磁共振发射通道的第一参数组合。
24.本发明的有益效果在于：本发明用于磁共振非造影剂的目标血管成像方法,能够
使得射频发射场的均匀度达到最佳，从而达到成像区域目标血管最优显示或者非目标血管最优压制的目的。
附图说明
25.图1为现有技术需要n个ir脉冲标记的磁共振成像示意图；
26.图2为本发明用于磁共振非造影剂的目标血管成像方法流程示意图；
27.图3为本发明方法实施例一应用场景示意图；
28.图4为本发明本发明方法实施例二应用场景示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
30.本发明提供了一种用于磁共振非造影剂的目标血管成像方法，该方法能够适用于3特斯拉(t)、5t、7t以及更高场强的高场以及超高场磁共振系统中，如图2为本实施例提供的血管成像方法流程示意图。从图2可以看出，本实施例提供的血管成像方法，包括以下步骤：
31.s1：根据目标血管的空间区域，确定一个标记区域。
32.具体地，所述标记区域包括成像区域内的目标血管区域或目标血管血流来源区域，所画标记区域形状为任意形状。参见图3和图4，其中，图3为本发明应用于肝门静脉成像的其中一种标记区域标记示意图，图4为本发明应用于肝门静脉成像的另外一种标记区域标记示意图。具体地，如图3和图4中的标示说明所示，图中被实线围合的区域为成像区域，被虚线围合的区域为标记区域：从图3和图4可以看出，图中虚线所围合的标记区域为不规则区域。在其他实施方式中，所述标示区域也可以为预先设定的特定形状，比如规则形状圆形或方形等，也可以是自定义的其他形状。即本发明对所述标记区域的形状不作任何设定，可以是规则形状，也可以是不规则形状。
33.进一步地，所述根据目标血管标记区域，确定方法包括：根据所述目标血管的空间区域，采用机器学习、深度学习和/或手动设定/调整的方式中的一种或多种，确定此目标血管标记区域。比如，先通过机器学习或深度学习的方式确定一个初始标记区域，然后再根据目标血管的空间区域与所述初始标记区域的偏差对所述初始标记区域进行手段调整，得到所述标记区域，以使得所述标记区域最大程度地与所述目标血管的空间区域相匹配。
34.目标血管的标记区域的全部可以位于成像区域的内部，也可以目标血管的标记区域的部分位于成像区域的内部。标记区域根据目标血管的空间区域进行确定，选取时可在成像区域基础上凭经验进行选取，也可以依据各种识别手段独立于成像区域使用现有的识别手段进行自动识别。在一个实施例中，目标血管的标记区域通过人工智能的方式获得。
35.首先，获取经训练的神经网络模型。具体的，经训练的神经网络模型获取方式包括：预先采集大量样本血管定位图像作为初始神经网络的输入图像；然后，在样本血管定位图像通过手动标记需要标记的区域，获得带有标记区域的样本血管定位图像，并将该带有标记区域的样本血管定位图像作为金标准图像；利用输入图像和金标准图像训练初始神经
网络，以调节初始神经网络中的网络参数，获得经训练的神经网络模型。其中，经训练的神经网络模型能够表征目标血管的空间区域和对应的标记区域之间的位置关系。
36.然后，获取待处理的预扫描图像，该预扫描图像中包含有目标血管但未包含对应的标记区域。
37.最后，将预扫描图像输入经训练的神经网络模型，确定一个标记区域。在此实施例中，经训练的神经网络模型输出的标记区域会显示在预扫描图像/血管定位图像上。
38.如此配置，所本发明提供的血管成像方法，能够最大限度地契合目标血管(待检查血管)，克服了待检查血管因存在从多方向流入血液的部位标记困难的缺陷。更进一步地，本发明提供的血管成像方法，所述标记区域可以采用机器学习、深度学习和/或手动设定/调整的方式，对标记区域的标记方式没有任何限制，应用范围广。
39.s2：根据所述标记区域，确定核磁共振发射通道的第一参数组合。所述核磁共振发射通道为至少2个并行发射通道。较佳地，所述根据所述标记区域，确定所述发射通道的第一参数组合中，包括，所述发射通道的第一参数组合满足以下条件：
40.所述磁共振设备的射频发射场(b1场)在所述标记区域的第一预设区域阈值范围，且所述磁共振设备的射频发射场的均匀度符合第一均匀度阈值。其中，所述第一预设区域阈值范围，包括：根据实际工况需要，所述磁共振设备的射频发射场应与所述标记区域相匹配(射频发射场靠近或者位于所述标记区域内)；所述第一均匀度阈值，包括：能够符合成像图像质量要求的均匀度。
41.在一个实施例中，为了保证标记区域射频发射场的均匀，每个发射通道的射频脉冲b1i(t)可以用如下求解方程得到，以确定第一参数组合：
[0042][0043]
其中，m
xy
(r)为标记区域内r位置的横向磁化矢量；j是虚部；γ为旋磁比；m0为平衡磁化矢量；i表示发射通道的编号，i为正整数；n为所利用的发射通道数量；si(r)为第i个发射通道的空间位置r上敏感度；b1i(t)为第i个发射线圈的射频脉冲波形；r为空间位置；k(t)为以时间t为变量的k空间填充轨迹。
[0044]
如此配置，能够获得并行发射时所述标记区域需要的最优参数，从而保证了射频发射场符合所述标记区域或者最接近所述标记区域，而且能够保证所述标记区域的射频发射场的均匀度。
[0045]
s3：根据成像区域，确定核磁共振发射通道的第二参数组合。较佳地，所述根据成像区域，确定所述发射通道的第二参数组合中，包括：所述发射通道的第二参数组合满足以下条件：
[0046]
所述磁共振设备的射频发射场在所述成像区域的第二预设区域阈值范围，且所述磁共振设备的射频发射场的均匀度符合第二均匀度阈值。其中，所述第二预设阈值范围，包括：根据实际工况需要，所述磁共振设备的射频发射场应与所述成像区域相匹配(射频发射场靠近或者位于所述成像区域内)；所述第二均匀度阈值，包括：能够符合成像图像质量要求的均匀度。
[0047]
可选的，第二参数组合的具体计算方式可参考前述第一参数组合的计算方式。区别仅在于目标区域与成像区域范围的不同。当然，在其他替代实施例中，也可以针对标记区
域和成像区域用不同的优化算法，例如，设置不同的约束条件；使用不同的寻优算法；设置发射通道的数量不同；被驱动的发射通道的位置不同等。
[0048]
如此配置，能够获得并行发射时所述成像区域需要的最优参数，从而保证了射频发射场符合所述成像区域或者最接近所述成像区域，而且能够保证所述成像区域的射频发射场的均匀度。
[0049]
本领域的技术人员可以理解地，上述仅是较佳实施方式的描述，本发明并不限定上述步骤s2和s3的执行顺序，在其中一些实施方式中，可以先执行步骤s2再执行步骤s3，在其他一些实施方式中，也可以先执行步骤s3再执行步骤s2，甚至在另一些实施方式中，步骤s2和步骤s3并行执行。进一步地，本发明对所述第一参数组合和所述第二参数组合、所述第一预设区域阈值范围和所述第二区域阈值范围、所述第一均匀度阈值和所述第二均匀度阈值的具体数值、以及相对应的参数必须相同或必须不同进行任何限制，在具体应用中，应根据实际工况合理选择，具体应用场景千差万别，比如头脑部血管成像、脊柱血管成像、腹部实质性脏器(比如肝门静脉成像)等要求完全不同，不再一一示例，但均在本发明的保护范围之内。
[0050]
由此可见，本发明提供的血管成像方法分别根据所述标记区域和所述成像区域分别设定磁共振设备的发射通道的参数，如此配置，本发明提供的血管成像方法，克服了现有技术中所有区域(比如成像区域和标记区域)使用相同的所述磁共振设备的射频发射场参数，导致标记区域内的自旋翻转不均匀、血管成像质量差的缺陷，本发明提供的血管成像方法能够使得射频发射场的均匀度达到最佳，从而达到成像区域目标血管最优显示或者非目标血管压制的目的。
[0051]
s4：根据预设标记参数和所述第一参数组合，反转所述标记区域内的纵向磁化矢量；其中，所述预设标记参数包括，所述标记区域内的纵向磁矢量的预设恢复时长。所述预设标记参数还包括：反转恢复脉冲的角度和控制脂肪偏移方向。
[0052]
本领域的技术人员可以理解地，所述预设标记参数包括但不限于所述标记区域内的纵向磁矢量的预设回复时长、所述反转回复脉冲的角度以及所述控制脂肪偏移方向，所述预设标记参数为本领域的惯用参数项目，此处不再一一列举，应根据实际成像需要(包括但不限于扫描时间、图像质量、对病变显示的敏感性等)合理设置。进一步地，很显然地，本发明也不限制设置所述预设标记参数的时机，可以在步骤s4之前的任何时机，所述预设标记参数也可以使用默认设置值，也可以设置完成之后根据实际工况实时调整，不再赘述。
[0053]
s5：等待所述预设恢复时长，根据所述第二参数组合，执行磁共振序列的成像序列，并采集信号。即：等到所述预设回复时长(一定的恢复时间)后，采用成像区域成像的并行射频发射参数进行磁共振序列成像序列的采集，所述标记区域内的静态组织信号显示为低信号，而流入的血液未收到反转脉冲的影响，显示为高信号，从而得到血管图像。
[0054]
较佳地，所述根据所述第二参数组合，采集磁共振序列的成像序列中，所述成像序列包括但不限于gre序列或se序列。作为本领域的一般性常识，其中，se(spin echo)序列为临床上最常用的自旋回波序列，用射频脉冲134
°
产生回波的序列，通过改变序列中的tr(射频重复时间)和te(回波时间)两个参数，可分别获得质子密度β、t1和t2的加权图像，三种不同成像参数的加权图像，各分别代表了组织的三种不同的磁共振特性，借以分辨正常组织并识别病变。gre(gradient recalled echo)为梯度回波序列，用读出(频率编码)梯度切换
产生回波的序列。
[0055]
s6：对所述成像序列采集的信号进行重建，得到所述成像区域内的所述目标血管的增强显示或非目标血管压制图像。
[0056]
较佳地，作为其中一种替代方案，将步骤2和步骤3中将获取第一参数组合和第二参数组合进行合并，求解各个发射通道最优参数的组合作为第三参数组合，第三参数组合以满足所述成像区域和所述标记区域的并集区域的射频发射场的满足预期。
[0057]
具体如下：在步骤s1根据目标血管的空间区域，确定一个标记区域之后，还包括以下步骤：
[0058]
根据所述标记区域和所述成像区域，获取所述标记区域和所述成像区域的并集区域；
[0059]
根据所述并集区域，确定所述发射通道的第三参数组合；
[0060]
其中，步骤s2中，根据所述标记区域，确定所述发射通道的第一参数组合的方法，包括：将所述第三参数组合作为所述第一参数组合；
[0061]
步骤s3中，所述根据成像区域，确定所述发射通道的第二参数组合的方法，包括：将所述第三参数组合作为所述第二参数组合。
[0062]
进一步地，所述第三参数组合满足以下条件：所述磁共振设备的射频发射场在所述并集区域的第三预设区域阈值范围，且所述磁共振设备的b1发射场的均匀度符合第三均匀度阈值。
[0063]
如此配置，本发明提供的血管成像方法提供的上述参数设置的替代方案，能够结合所述标记区域和所述成像区域设置发射通道的参数，在参数设置复杂度和控制精度之间取得一定程度的平衡，是一种切实可行的备选方案。
[0064]
较佳地，在其中一种优选实施方式中，在步骤s4所述根据预设标记参数和所述第一参数组合，反转所述标记区域内的纵向磁化矢量之前，还包括以下步骤：
[0065]
根据所述预设标记参数，施加非选层的反转恢复脉冲，将所有的自旋全部反转。
[0066]
具体地，参见图3和图4，可以看出图3和图4的所述标记区域并不相同(可以理解为互补)，图4的标记区域为目标血管血流来源区域，在步骤4之前，施加了非选层的反转恢复脉冲，将整个成像区域的自旋全部反转。对图4在标记区域执行之前伴随着一个非选层的ir，将所有的自旋全部反转，同样可以得到肝门静脉的图3成像区域内目标血管最优显示和非目标血管最优压制的图像。
[0067]
由此可见，本发明提供的血管成像方法克服了现有技术中由于多个反转恢复脉冲需要分别设置ir参数的操作繁琐、导致sar增高的缺陷；本发明提供的血管成像方法，仅有一个标记区域减少了反转恢复脉冲的数量，操作简单、易于实施；而且能够显著降低扫描时sar值。进一步地，本发明提供的血管成像方法分别根据所述标记区域和所述成像区域分别设定磁共振设备的发射通道的参数，克服了现有技术中所有区域使用相同的所述磁共振设备的射频发射场参数，导致标记区域内的自旋翻转不均匀、血管成像质量差的缺陷，本发明提供的血管成像方法能够使得射频发射场的均匀度达到最佳，从而达到成像区域目标血管最优显示或者非目标血管最优压制的目的。进一步地，本发明提供的磁共振设备无需增加任何硬件成本，成本低廉，易于实施。
[0068]
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。