一种基于核磁共振系统的物质测量方法及系统转让专利
申请号 : CN202010611176.6
文献号 : CN111721795B
文献日 : 2021-05-11
发明人 : 吴子岳 , 罗海 , 王伟谦 , 陈潇 , 叶洋
申请人 : 无锡鸣石峻致医疗科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于核磁共振系统的物质测量方法,其特征在于,包括:向被测物质采集几组具有不同回波间隔的核磁共振脉冲序列回波信号并处理得到几组带有横向弛豫及扩散衰减的信号;结合先验知识对所述带有横向弛豫及扩散衰减的信号进行拟合得到被测物质中成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量权重;所述核磁共振脉冲序列为CPMG序列;
所述核磁共振系统的梯度系统包括单边磁体,所述单边磁体形成的天然梯度磁场能够对信号做扩散效应编码;所述回波间隔与b值满足如下关系式:式(4)中,G0为磁场梯度;γ为旋磁比;b为b值;tE为回波间隔;
所述向被测物质采集几组具有不同回波间隔的核磁共振脉冲序列回波信号并处理得到几组带有横向弛豫及扩散衰减的信号,包括:将采集到的每组核磁共振脉冲序列回波信号表示为四维数组s(b’,m,x,p),其中,第一维b’为对应b值下的回波间隔的核磁共振脉冲序列回波信号,第二维m为回波链长度,第三维x为平均次数,第四维p为单次读出数据的采样点数;其中,m,x和p均为大于零的正整数;
对所有的四维数组s(b′,m,x,p)的第四维p做傅里叶变换后取低频部分作为平均值,对第三维x取平均后,得到几组带有横向弛豫及扩散衰减的信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于核磁共振系统的物质测量方法,其特征在于:所述结合先验知识对所述带有横向弛豫及扩散衰减的信号进行拟合得到被测物质中成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量权重,包括:使用式(5)对所述带有横向弛豫及扩散衰减的信号进行拟合得到被测物质中成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量权重:约束条件,
其中,n为大于或等于零的正整数,a3n+1为所述被测物质所含成分的权重,a3n+2为所述被测物质所含成分的T2弛豫时间常数倒数,a3n+3为所述被测物质所含成分的扩散系数,k为噪声,s为核磁共振脉冲序列回波信号,|| ||表示二范数;约束条件中参数角标LB、UB分别为由先验知识取得的下限和上限。
3.一种实现权利要求1‑2任意一项所述测量方法的系统,其特征在于:包括:控制台,用于发送发射核磁共振脉冲序列指令,接收核磁共振脉冲序列的回波信号,对所述回波信号分析处理得到带有横向弛豫及扩散衰减的信号,对所述带有横向弛豫及扩散衰减的信号进行拟合得到被测物质中成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量权重;
磁体模块,用于对被测物质产生梯度磁场;以及核磁共振系统,用于接收发射核磁共振脉冲序列指令,并根据所述发射核磁共振脉冲序列指令发射用于施加于被测物质的核磁共振脉冲序列;用于接收被测物质的核磁共振脉冲序列的回波信号并向所述控制台反馈所述核磁共振脉冲序列的回波信号。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于:所述核磁共振系统包括:核磁共振谱仪,用于接收发射核磁共振脉冲序列指令,并根据所述发射核磁共振脉冲序列指令发射核磁共振脉冲序列;用于接收射频系统反馈的核磁共振脉冲序列的回波信号并向所述控制台反馈所述核磁共振脉冲序列的回波信号;以及射频系统,用于对核磁共振脉冲序列处理以便于施加于被测物质,用于对所述核磁共振脉冲序列的回波信号处理以便于向控制台反馈,用于切换发射核磁共振脉冲序列模式和接收核磁共振脉冲序列的回波信号模式;用于发射核磁共振脉冲序列或接收核磁共振脉冲序列的回波信号。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于:所述射频系统包括:收发转换模块,与核磁共振谱仪通讯,用于切换发射核磁共振脉冲序列模式和接收核磁共振脉冲序列的回波信号模式;以及射频线圈,与收发转换模块通讯,当收发转换模块切换为发射核磁共振脉冲序列模式时,所述射频线圈用于对被测物质产生激发中心频率;当收发转换模块切换为接收核磁共振脉冲序列的回波信号模式时,所述射频线圈用于接收核磁共振脉冲序列的回波信号。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于:所述收发转换模块为收发转换开关。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于:所述磁体模块包括单边磁体。
说明书 :
一种基于核磁共振系统的物质测量方法及系统
技术领域
背景技术
过程,需要一定的时间反映了质子系统中质子之间和质子周围环境之间的相互作用。在射
频脉冲的作用下,所有质子的相位都相同,它们都沿相同的方向排列,以相同的角速度(或
角频率)绕外磁场进动。当射频脉冲停止后,同相位的质子彼此之间将逐渐出现相位差,即
失相位。
弛豫过程。由于质子自旋间的相互作用,其横向磁化强度Mxy随时间衰减。而在90°脉冲作用
后,有如下关系:
越自由,则在梯度磁场施加期间扩散距离越大,经历的磁场变化也越大,组织信号衰减越明
显。类似于T2衰减,扩散导致的衰减可由下式(2)描述:
持续时间以及施加间隔的综合因素所决定的系数,b值越大,对扩散越敏感。
为SE‑CPMG序列,即基于自旋回波进行扩散梯度编码,然后用超快速的CPMG序列进行信号读
出。b)为DSE‑CPMG序列,即基于双回波序列进行扩散梯度编码,同样用超快速的CPMG序列进
行信号读出,该方法能降低低速液体流动带来的影响。c)为STE‑CPMG序列,即基于受激回波
序列进行扩散梯度编码,该方法能降低T1恢复的影响,当被检测物体的T1/T2比较小时,用
该序列测量扩散系数可以提升测量准确度。
成分信息。D‑T2二维谱分析测量序列如图1所示。
拉普拉斯逆变换本身对噪音比较敏感,拟合结果不稳定,算法鲁棒性差。
发明内容
向弛豫及扩散衰减的信号;结合先验知识对所述带有横向弛豫及扩散衰减的信号进行拟合
得到被测物质中成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量权重。
对信号做扩散效应编码;所述回波间隔与b值满足如下关系式:
向弛豫及扩散衰减的信号,包括:将采集到的每组核磁共振脉冲序列回波信号表示为四维
数组s(b,m,x,p),其中,第一维b为对应b值下的回波间隔的核磁共振脉冲序列回波信号,第
二维m为回波链长度,第三维x为平均次数,第四维p为单次读出数据的采样点数;其中,m,x
和p均为大于零的正整数;
数、横向弛豫时间或/和含量权重,包括:
数;约束条件中参数角标LB、UB分别为由先验知识取得的下限和上限。
及扩散衰减的信号进行拟合得到被测物质中成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量权
重;
振脉冲序列的回波信号并向所述控制台反馈所述核磁共振脉冲序列的回波信号。
信号并向所述控制台反馈所述核磁共振脉冲序列的回波信号;以及
式和接收核磁共振脉冲序列的回波信号模式;用于发射核磁共振脉冲序列或接收核磁共振
脉冲序列的回波信号。
磁共振脉冲序列的回波信号模式时,所述射频线圈用于接收核磁共振脉冲序列的回波信
号。
及扩散衰减的信号;结合先验知识对所述带有横向弛豫及扩散衰减的信号进行拟合得到被
测物质中成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量权重,显然,不需采集大量数据即可实
现对被测物质中成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量的测量,从而可应用于物质性质
的分析或者临床诊断。
附图说明
具体实施方式
于限定本发明。
统解决问题的原理相似,因此系统与方法的实施可以相互参见,重复之处不再赘述。
为指示或暗示顺序。
有横向弛豫及扩散衰减的信号;结合先验知识对所述带有横向弛豫及扩散衰减的信号进行
拟合得到被测物质中成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量权重,解决或改善了现有技
术处理数据量大的问题,从而可应用于物质性质的分析或者临床诊断。
弛豫及扩散衰减的信号进行拟合结合被测物质中组分的先验知识,估算得到横向驰豫时间
常数、扩散系数和/或物质中组分含量;其中对信号进行拟合可以通过建立信号处理模型的
方式来实现。
隔tE有关,从而可以通过控制tE的大小来达到对b值的调整。
括:将采集到的每组核磁共振脉冲序列回波信号表示为四维数组s(b,m,x,p),其中,第一维
b为对应b值下的回波间隔的核磁共振脉冲序列回波信号,第二维m为回波链长度,第三维x
为平均次数,第四维p为单次读出数据的采样点数;其中,m,x和p均为大于零的正整数;
带有横向弛豫及扩散衰减的信号,如s(1,:)为第一个回波间隔对应的一条信号强度随横向
弛豫时间衰减的曲线。
数;约束条件中参数角标LB、UB分别为由先验知识取得的下限和上限。
此类推。
数;第四维为单次读出数据的采样点数。
待求的两种物质扩散系数以及T2弛豫时间的大致取值上下限等先验条件,可确定a1‑a6以及
k的拟合结果范围,从而精确求解式中未知量。
回波间隔,分别为500us和1100us,回波链长度为256,平均64次,每个回波采集64个点。重复
时间TR为1000ms,总采集时间约2分钟。结合肝脏组织与脂肪的先验知识对a1~a6以及k进行
上下限的设定后拟合得到脂肪比例13.5212%,脂肪T2=115ms,肝脏组织T2=39.9ms,脂肪
‑5 2 ‑3 2
扩散系数2.0e mm/s,肝脏组织扩散系数1.2109e mm/s。
的方法具有采集时间短、降低储存需求数据处理耗时低以及拟合结果稳定、可重复性高等
优点。
及扩散衰减的信号进行拟合得到被测物质中成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量权
重;
振脉冲序列的回波信号并向所述控制台反馈所述核磁共振脉冲序列的回波信号。
脉冲序列,如CPMG序列;磁共振脉冲序列经过射频功率放大器处理后通过收发转换模块(如
收发转换开关)切换为发射磁共振脉冲序列模式将处理后的磁共振脉冲序列发送至射频线
圈,射频线圈在磁体模块(如单边永磁体)的梯度磁场下将处理后的磁共振脉冲序列作用于
被测物质;而后,收发转换模块切换为接收磁共振脉冲序列的回波信号模式,收发转换模块
通过射频线圈接收被测物质的磁共振脉冲序列的回波信号并通过前置放大器处理后反馈
至核磁共振仪;核磁共振仪传输至控制台;采用上述方式采集回波间隔不同的两个及以上
的被测物质的磁共振脉冲序列的回波信号;依此类推,直至全部采集完成;采集完成后,控
制台对回波信号分析处理得到带有横向弛豫及扩散衰减的信号,对所述带有横向弛豫及扩
散衰减的信号进行拟合得到被测物质中成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量权重。
信号并向所述控制台反馈所述核磁共振脉冲序列的回波信号;以及
式和接收核磁共振脉冲序列的回波信号模式;用于发射核磁共振脉冲序列或接收核磁共振
脉冲序列的回波信号。
磁共振脉冲序列的回波信号模式时,所述射频线圈用于接收核磁共振脉冲序列的回波信
号。
硬件成本。
弛豫及扩散衰减的信号,对所述带有横向弛豫及扩散衰减的信号进行拟合得到被测物质中
成分的扩散系数、横向弛豫时间或/和含量权重;信号处理简单,不需采集大量数据,即可实
现对物质含量的测量;从而本发明实施例的系统具有采集时间短、降低储存需求数据处理
耗时低以及拟合结果稳定、可重复性高等优点。
在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤,而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光
盘等各种可以存储程序代码的介质。
施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产
品的形式。
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产
生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。