一种基于磁共振指纹的动态增强磁共振成像方法

摘要

本发明属于磁共振成像技术领域，具体为一种基于磁共振指纹的动态增强磁共振成像方法。本发明针对动态增强磁共振成像，提供了一种全新的定量获取K

说明书

技术领域

本发明属于磁共振成像技术领域，具体涉及基于磁共振指纹(MagneticResonanceFingerprinting，MRF)的动态增强(Dynamic ContrastEnhanced，DCE)磁共振成像方法。

背景技术

动态增强磁共振成像(Dynamic Contrast Enhanced MRI，DCE-MRI)，通过静脉团注顺磁性对比剂，运用快速T₁加权成像序列(T₁>trans(volume>ep(interstitiumto>e(fractionalextracellular>p(fractional>

DCE-MRI作为一种无创性的检查方法，可以定量评价组织血流灌注、渗透性等血管特性，因此可以为评价肿瘤血管生成、脑胶质瘤分级、乳腺癌的诊疗、肝硬化及肝纤维化的评估等领域提供更加丰富、精确的信息。

目前的DCE定量分析方法，需要在诸多假设下建立理论模型，然后通过模型参数拟合的方法，从实验数据中提取K_trans、K_ep、V_p、V_e等参数信息。灌注信号综合反映了血流的动力学过程和毛细血管对周围组织的渗透作用，而简化的模型往往难以描述复杂的灌注过程，导致DCE的定量分析误差较大。

数值模拟可以克服理论模型的诸多限制，对复杂的灌注过程做出更接近真实的描述，可以模拟对比剂在血液中的流动、在血管与周围组织间的交换、以及在血管外的扩散过程。并且数值模拟具有更强的可扩展性，可对不同的研究对象作出细致刻画。

磁共振指纹(MRF)是一种新型的参数定量成像技术。在实验前，首先模拟不同参数下的磁共振信号，建立词典。然后将实验测得的磁共振信号作为指纹，与词典中的各个通道进行匹配，选择最相似的一个通道，提取其对应的参数信息作为最终实验结果。

发明内容

为克服DCE定量分析存在的上述不足，本发明提供一种基于磁共振指纹(MRF)的动态增强(DCE)磁共振成像方法。

本发明提供的基于磁共振指纹的动态增强磁共振成像方法，简记为DCE-MRF，其流程参见图4所示。本发明利用MRF的词典匹配方法从 DCE信号重建得到K_trans等参数图像，取代原有的对DCE信号进行模型拟合的参数获取方式。

本发明提出的基于磁共振指纹的动态增强磁共振成像方法，具体步骤如下：

步骤1：在注射对比剂之前，首先需要采集被测区域的纵向弛豫时间T₁参数定量图像。可以使用的磁共振采集序列，诸如：基于反转恢复脉冲的Look-Locker序列、MOLLI(modified>

步骤2：采集DCE原始图像序列。首先静脉团注顺磁性对比剂，在一段时间内对被测区域连续采集 T₁加权图像；

步骤3：图像配准。对采集得到的一系列T₁加权图像以及T₁参数定量图像进行空间位置配准，使得上述所有图像相同体素对应同一空间位置；

步骤4：提取出每个体素的信号强度随时间变化曲线，作为该体素的DCE指纹；

步骤5：从 DCE原始图像中获取动脉输入函数(Arterial InputFunction, AIF)；

步骤6：根据步骤1得到的T₁参数定量图像，对不同的T₁参数值分别建立DCE词典。建立词典的方式如下：在给定的一组灌注参数(K_trans、K_ep、V_e、V_p)以及动脉输入函数AIF下，模拟顺磁性对比剂在感兴趣组织中的生理过程(包括对比剂在血液中的分布、在血管与周围组织中的交换、在周围组织中的扩散过程等)，以及水分子的扩散过程，在Bloch方程的基础上，推导出灌注情形下的磁共振信号随时间变化曲线，作为此组灌注参数(K_trans、K_ep、V_e、V_p)对应的DCE指纹。不同的灌注参数组合构成一个参数空间，计算该参数空间中每组参数对应的>1值，都利用上述过程建立该T₁值对应的DCE词典；

步骤7：基于单体素的词典匹配。对步骤4中得到的每个体素的 DCE指纹F_acq，与该体素T₁值对应的DCE词典进行匹配，从词典中筛选出与F_acq相关系数最大的一个条目F_dic，提取F_dic对应的灌注参数(K_trans、K_ep、V_e、V_p)为该体素的参数值；

步骤8：按照步骤6对每个体素参数重建，最终得到感兴趣区域的灌注参数定量图像。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、提供了一种全新的DCE参数定量分析方式。用词典匹配的方式代替模型参数拟合的方式，弥补了由于模型简化带来的不合理性；

2、词典的建立基于数学模拟，相比之前的DCE简化模型，能够描述更丰富更真实的生理过程：如对比剂在血液中的不均匀分布、血流的非匀速效应，对比剂和水分子的扩散过程等；

3、词典具有可扩展性。可以根据不同的研究需求建立有针对性的词典，允许根据感兴趣参数、磁共振序列、感兴趣时间段来灵活调整词典内容和大小；

4、本发明主要改进了DCE实验的参数分析过程，对临床上现有的 DCE序列兼容，易于推广和实现。

附图说明

图1为DCE序列采集得到原始图像（圆圈对应脑肿瘤区域）。

图2为脑肿瘤区域内某体素T₁值对应DCE词典的示意图。

图3为脑肿瘤区域内某体素F_acq（对应离散点）的匹配结果F_dic（对应实线）。

图4为本发明方法（DCE-MRF）流程图。

具体实施方式

下面，以分析脑肿瘤的DCE-MRF为例，结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明，图1为本发明提供的DCE-MRF方法的流程图。应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，对以下步骤的若干变形和改进，都属于本发明保护的范围。

步骤1：对患者头部扫描常规的T₁、T₂加权磁共振影像，定位出肿瘤位置，确定DCE的扫描范围。

步骤2：在注射对比剂之前，在步骤1确定的扫描范围内采集T₁参数定量图像，使用如基于反转恢复脉冲的Look-Locker序列。

步骤3：采集DCE原始图像序列。首先静脉团注顺磁性对比剂Gd-DTPA，以5秒一期在3分钟内对步骤1确定的扫描范围连续采集36期T₁加权图像。具体来讲，通过连续施加T₁加权序列，对每个时间点采集到的>

步骤4：对步骤3得到的DCE原始图像及步骤2得到的T₁参数定量图像进行刚性配准，确保上述所有图像中相同体素对应同一个空间位置，为步骤7中基于体素的词典匹配过程做准备。

步骤5：提取脑肿瘤内部每个体素的DCE指纹。在DCE图像序列中，提取出每个体素信号强度随时间变化的曲线，作为该体素的DCE指纹。并且，对所有指纹做标准化处理。

步骤6：从DCE原始图像中获取动脉输入函数(Arterial InputFunction, AIF)。具体方法是，在脑肿瘤附近的动脉上画出一小片区域，提取该区域的DCE曲线，作为动脉输入函数。

步骤7：根据步骤2得到的T₁参数定量图像，对不同的T₁参数值分别建立DCE词典。词典通道由不同取值的灌注参数组(K_trans、V_e、V_p)张成，其中：K_trans范围为0~0.3>e和V_p的范围为0~1，取值间隔0.05。计算每个词典通道下的磁共振信号随时间变化曲线作为DCE指纹，13671个词典通道张成一个>1值下DCE词典的示意图。

步骤8：对脑肿瘤内每个体素的 DCE指纹F_acq进行词典匹配。在该体素对应的>acq相关系数最大的一个条目F_dic，提取F_dic对应的灌注参数(K_trans、V_e、V_p)为该体素的参数值，利用K_ep>trans/>e>ep>acq，实线代表从词典中筛选出的与F_acq相关性最高的条目F_dic。

步骤9：按照步骤8计算脑肿瘤内每个体素的对应参数组，(K_trans、K_ep、V_e、V_p)，最终得到脑肿瘤的K_trans图像、K_ep图像、V_e图像和V_p图像。同时，可利用步骤8匹配过程的相关系数以及匹配误差(比如F_acq和F_dic的均方差)，重建得到DCE-MRF方法的误差图，方便对该方法得到的灌注参数的准确性做出评估。