專利名稱：高角分辨擴(kuò)散加權(quán)mri的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及角分辨擴(kuò)散加權(quán)磁共振成像方法。在角分辨擴(kuò)散加權(quán)磁共振成像方法中，采集擴(kuò)散加權(quán)的磁共振信號。擴(kuò)散加權(quán)通過擴(kuò)散磁梯度場實(shí)現(xiàn)。這些擴(kuò)散加權(quán)的磁共振信號也通過編碼諸如讀出梯度場這樣的磁梯度場和相位編碼梯度空間編碼。特別是在擴(kuò)散張量成像(DTI)中，對若干空間方向進(jìn)行擴(kuò)散加權(quán)。根據(jù)擴(kuò)散加權(quán)的磁共振信號并基于張量分析，得出單個(gè)體素的局部主擴(kuò)散方向。擴(kuò)散過程是原子核(質(zhì)子)自旋群體的隨機(jī)過程，張力分析導(dǎo)出單個(gè)自旋的擴(kuò)散運(yùn)動的主擴(kuò)散方向。這些主方向?qū)?yīng)于擴(kuò)散張量的特征向量的方向，與最大特征向量有關(guān)的主方向是主擴(kuò)散方向。該主擴(kuò)散方向代表在所關(guān)心體素中擴(kuò)散主要發(fā)生的方向。擴(kuò)散方向和表觀擴(kuò)散系數(shù)的信息對于提取諸如人或動物腦和脊髓的神經(jīng)系統(tǒng)中的定向纖維結(jié)構(gòu)是有用的。
角分辨擴(kuò)散磁共振成像可從L.R.Frank的論文‘Characterization of anisotropy in high angular resolutiondiffusion-weighted MRI’，MRM47(2002)1083-1099獲知。
引用的論文提到了這樣一個(gè)問題，即在單個(gè)體素中可能會出現(xiàn)多個(gè)主擴(kuò)散方向并且在這樣的體素中擴(kuò)散的表征變得成問題。已知的磁共振成像方法對該問題應(yīng)用了群論的方法以表明測量值可以被分解為旋轉(zhuǎn)群的不可約表示，其中各向同性單纖維、多纖維成分是可分的直和子空間。通過單個(gè)體素的多纖維基于球諧函數(shù)表示成分解，并且若干纖維穿過它的體素的狀態(tài)可以被表示為旋轉(zhuǎn)群的不可約表示的直和。
發(fā)明的目標(biāo)是提供一種高角分辨擴(kuò)散加權(quán)磁共振成像方法，該方法比已知的磁共振成像方法需要更少的計(jì)算工作量。
該目標(biāo)由本發(fā)明的磁共振成像方法實(shí)現(xiàn)，所述方法包括-采集磁共振信號，包括應(yīng)用擴(kuò)散加權(quán)并且涉及多個(gè)擴(kuò)散加權(quán)強(qiáng)度和多個(gè)擴(kuò)散方向；-根據(jù)所述磁共振信號重建對象數(shù)據(jù)集；-所述對象數(shù)據(jù)集為多維幾何空間中的體素分配表觀擴(kuò)散系數(shù)；和-在所述對象數(shù)據(jù)集的單個(gè)體素中識別單一或若干擴(kuò)散方向的發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明，在單個(gè)體素中不同主擴(kuò)散方向(纖維方向)的影響基于若干擴(kuò)散加權(quán)值的擴(kuò)散加權(quán)磁共振信號被區(qū)分。本發(fā)明基于這樣的洞見，即與其中存在若干主擴(kuò)散方向的影響重疊的體素相比，在僅有一個(gè)主擴(kuò)散方向的體素中，擴(kuò)散加權(quán)的磁共振信號的信號水平對擴(kuò)散加權(quán)的依賴性是不同的。甚至，擴(kuò)散加權(quán)磁共振信號的信號水平對所應(yīng)用的擴(kuò)散加權(quán)的依賴方式反映了在所關(guān)心體素中發(fā)生的主擴(kuò)散方向的數(shù)量。因此，基于隨著表觀擴(kuò)散系數(shù)的擴(kuò)散強(qiáng)度的變化，區(qū)分具有單一擴(kuò)散方向的體素與具有若干擴(kuò)散方向的體素。也就是說，纖維在不同方向穿過其的體素可以被識別。因此，在對象數(shù)據(jù)集的進(jìn)一步分析中，可以考慮在其中出現(xiàn)若干主擴(kuò)散方向的影響的體素。值得注意的是，在這些體素中對各個(gè)主擴(kuò)散方向的影響執(zhí)行分解。
將參考在從屬權(quán)利要求中限定的實(shí)施方式進(jìn)一步闡述本發(fā)明的這些和其它方面。
根據(jù)處于若干擴(kuò)散加權(quán)的磁共振信號，計(jì)算單個(gè)體素的表觀擴(kuò)散系數(shù)的相應(yīng)值。根據(jù)這些擴(kuò)散加權(quán)的應(yīng)變值，可以為所關(guān)心體素計(jì)算單獨(dú)的主擴(kuò)散方向的影響。因此，獲得了通過所關(guān)心體素的各種纖維對表觀擴(kuò)散系數(shù)的影響。因此可以更好地分辨纖維的局部定向結(jié)構(gòu)，即使若干纖維在所關(guān)心體素交叉。
似乎在實(shí)踐中若干主擴(kuò)散方向的擴(kuò)散強(qiáng)度在單個(gè)體素的尺度下并不顯著變化。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，表觀擴(kuò)散系數(shù)可以準(zhǔn)確地分解為對各個(gè)識別出的主擴(kuò)散方向的影響。該分解可以基于這樣的假設(shè)進(jìn)行，即在所關(guān)心體素中各個(gè)主擴(kuò)散方向的擴(kuò)散強(qiáng)度是相等的。該假設(shè)似乎常常是很準(zhǔn)確的，例如因?yàn)閱蝹€(gè)體素通常屬于單一類型的組織。該假設(shè)大大減小了計(jì)算對表觀擴(kuò)散系數(shù)的影響的工作量。纖維的定向結(jié)構(gòu)的局部定向結(jié)構(gòu)的分辨率的最終精度幾乎不受到影響。
本發(fā)明也涉及如權(quán)利要求4中限定的對象數(shù)據(jù)集的分析方法。本發(fā)明的對象數(shù)據(jù)集的分析方法實(shí)現(xiàn)了與磁共振信號的采集分開地分析定向纖維結(jié)構(gòu)。也就是說，可以掃描患者以采集磁共振信號數(shù)據(jù)并且這些數(shù)據(jù)隨后被分析以分析定向結(jié)構(gòu)。該分析也可以隨意地在不同位置執(zhí)行。
本發(fā)明也涉及如權(quán)利要求5中限定的計(jì)算機(jī)程序。本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序可以安裝在通用工作站中，從而使得工作站能夠執(zhí)行本發(fā)明的對象數(shù)據(jù)集的分析方法。該工作站可以與采集擴(kuò)散加權(quán)磁共振信號的磁共振成像系統(tǒng)分離。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及如權(quán)利要求6中限定的磁共振成像系統(tǒng)。本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)包括執(zhí)行本發(fā)明的方法的圖像處理單元。值得注意的是，在所述圖像處理單元中安裝了本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序。
將參考其后描述的實(shí)施方式和參考附圖闡述本發(fā)明的這些和其它方面，其中

圖1顯示了利用本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)的示意圖。
圖1顯示了利用本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)的示意圖。該磁共振成像系統(tǒng)包括MR成像器1，該成像器包括產(chǎn)生固定磁場的主磁體；施加梯度磁場以空間編碼磁共振信號的梯度系統(tǒng)；并且提供了RF系統(tǒng)以產(chǎn)生和接收磁共振信號。此外，MR成像器1包含重建單元，該重建單元根據(jù)磁共振信號形成對象數(shù)據(jù)集。特別地，該MR成像器用于產(chǎn)生擴(kuò)散加權(quán)的磁共振信號。通常通過應(yīng)用磁梯度場的擴(kuò)散敏感脈沖序列和RF脈沖執(zhí)行磁共振成像中的擴(kuò)散加權(quán)。例如可以使用雙極梯度波形，或者可以使用具有相同極性并且由重調(diào)焦RF脈沖分離的擴(kuò)散敏感梯度脈沖。根據(jù)擴(kuò)散加權(quán)磁共振信號重建對象數(shù)據(jù)集。該對象數(shù)據(jù)集為通常在幾何體積中的體素分配表觀擴(kuò)散系數(shù)值。也就是說，對于在三維空間中的體素位置，為所述位置分配表觀擴(kuò)散系數(shù)值。該對象數(shù)據(jù)集被應(yīng)用于圖像處理單元3并且被存儲在存儲單元34中。在對象數(shù)據(jù)集中，為擴(kuò)散強(qiáng)度的若干值提供表觀擴(kuò)散系數(shù)。通過對單個(gè)體素進(jìn)行簡并檢查31，識別出表觀擴(kuò)散系數(shù)隨擴(kuò)散強(qiáng)度的變化。簡并檢查31識別其中存在歸因于不同主擴(kuò)散方向的影響的體素，即明顯不同的纖維所穿過的體素。對于這些識別出的其中出現(xiàn)若干擴(kuò)散方向的體素，分解32將表觀擴(kuò)散系數(shù)分解成其分量，這些分量是在所關(guān)心體素中識別出的這些主擴(kuò)散方向上的分量。纖維跟蹤33然后應(yīng)用于對象數(shù)據(jù)集，從而在對象數(shù)據(jù)集中識別定向結(jié)構(gòu)。這樣的定向結(jié)構(gòu)或纖維是沿這些體素中的擴(kuò)散方向的方向連接的體素。本發(fā)明允許識別體素中纖維的交叉。因此，圖像處理單元將識別出的定向結(jié)構(gòu)應(yīng)用于觀察站4。纖維結(jié)構(gòu)顯示在該觀察站上。
基于以下考慮，進(jìn)行簡并檢查31，以及將表觀擴(kuò)散系數(shù)分解32成各個(gè)主擴(kuò)散方向上的分量。通常在多纖維情況下測得的磁共振信號強(qiáng)度由下式給出S(v)=S0Σkfke-bv·Dk·v]]>在這里S(v)是在體素位置v的測量信號，S0是當(dāng)未應(yīng)用擴(kuò)散敏化時(shí)的測量信號，Dk是第k個(gè)纖維的3×3擴(kuò)散矩陣，b代表擴(kuò)散敏感脈沖序列的擴(kuò)散強(qiáng)度，fk是所述體素中第k個(gè)纖維的體積分?jǐn)?shù)。由于對b值和擴(kuò)散方向進(jìn)行了若干測量，因此例如可以基于模型擬合法獲得量Dk和fk。
權(quán)利要求
1.一種磁共振成像方法，其包括-采集磁共振信號，包括應(yīng)用擴(kuò)散加權(quán)并且涉及多個(gè)擴(kuò)散加權(quán)強(qiáng)度和多個(gè)擴(kuò)散方向；-根據(jù)所述磁共振信號重建對象數(shù)據(jù)集；-所述對象數(shù)據(jù)集為多維幾何空間中的體素分配表觀擴(kuò)散系數(shù)；和-在所述對象數(shù)據(jù)集的單個(gè)體素中識別單一或若干擴(kuò)散方向的發(fā)生。
2.如權(quán)利要求1中所述的磁共振成像方法，其中單個(gè)體素的表觀擴(kuò)散系數(shù)被分解成所關(guān)心體素的相應(yīng)(多個(gè))擴(kuò)散方向的影響。
3.如權(quán)利要求2中所述的磁共振成像方法，其中基于所關(guān)心體素中的被識別出的主擴(kuò)散方向的擴(kuò)散強(qiáng)度相等，進(jìn)行所述表觀擴(kuò)散系數(shù)的分解。
4.一種對象數(shù)據(jù)集的分析方法，該對象數(shù)據(jù)集為多維幾何空間中的體素分配表觀擴(kuò)散系數(shù)，所述分析包括識別該對象數(shù)據(jù)集的單個(gè)體素中的單一或若干擴(kuò)散方向的發(fā)生，所述對象數(shù)據(jù)集源自單個(gè)體素的多個(gè)擴(kuò)散加權(quán)強(qiáng)度和多個(gè)擴(kuò)散方向。
5.一種分析對象數(shù)據(jù)集的計(jì)算機(jī)程序，該對象數(shù)據(jù)集為多維幾何空間中的體素分配表觀擴(kuò)散系數(shù)，所述計(jì)算機(jī)程序包括識別該對象數(shù)據(jù)集的單個(gè)體素中單一或若干擴(kuò)散方向的發(fā)生的指令，所述對象數(shù)據(jù)集源自單個(gè)體素的多個(gè)擴(kuò)散加權(quán)強(qiáng)度和多個(gè)擴(kuò)散方向。
6.一種磁共振成像系統(tǒng)，其設(shè)置成-采集(1)磁共振信號，包括應(yīng)用擴(kuò)散加權(quán)并且涉及多個(gè)擴(kuò)散加權(quán)強(qiáng)度和多個(gè)擴(kuò)散方向；-根據(jù)所述磁共振信號重建(2)對象數(shù)據(jù)集；-所述對象數(shù)據(jù)集為多維幾何空間中的體素分配表觀擴(kuò)散系數(shù)，并且所述磁共振成像系統(tǒng)包括圖像處理單元(3)，用以-在所述對象數(shù)據(jù)集的單個(gè)體素中識別單一或若干擴(kuò)散方向的發(fā)生。
全文摘要
一種磁共振成像方法涉及通過在多個(gè)擴(kuò)散加權(quán)強(qiáng)度擴(kuò)散方向應(yīng)用擴(kuò)散加權(quán)采集磁共振信號。根據(jù)其中分配了表觀擴(kuò)散系數(shù)的磁共振信號重建對象數(shù)據(jù)集。為單個(gè)體素識別單一或若干擴(kuò)散方向的發(fā)生。以這種方式考慮交叉纖維。
文檔編號G01R33/563GK1918481SQ200580004247
公開日2007年2月21日 申請日期2005年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月6日
發(fā)明者F·G·C·胡根拉德, R·F·J·霍爾圖詹, R·布里德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司