專利名稱：磁共振成像系統和方法
技術領域：
本發明涉及磁共振(MR)成像系統和方法。
在現有技術中采用1H核子(質子)的MR成像技術是公知的。這些技術中的一種是對比增強磁共振血管造影術(MRA)。此處，靜脈注射對比劑團，使T1加權圖像的弛豫時間縮短。對比增強MRA可用作減少圖像對比劑對血流的依賴性的一種途徑。通過采用從測試劑團獲得的預定劑團到達時間延遲圖像采集，可進行動脈信號的選擇性成像?？蛇x擇地，可采用熒光檢查MR序列檢測劑團的實際應有位置到達(in-situarrival)，隨后快速切換到高分辨率成像序列，如在Foo，T.K.等人在Radiology 1997年4月；203(1)，第275-280頁上發表的“Automated detection of bolus arrival and initiation of dataacquisition in fast，three-dimensional，gadolinium-enhancedMR angiography”一文中所描述的。
在最近的若干年中，人們已經將注意力集中在采用來源自質子以外的核子的磁共振信號的MR成像技術。非質子核子MR成像中存在的一個重要問題是對這種核子進行成像的低信噪比(SNR)。其中低信噪比的原因是這種核子與質子相比具有低得多的固有豐度，它們較低的旋磁比，以及濃縮物質的低濃度。為克服該問題以及達到足夠的SNR，可通過幾種方法促進核子的極化。這些方法中的一種是使這些核子超極化。超極化的化學核素(species)被認為對于實現血管造影目的特別有用。可設計成能保持在脈管系統內的制劑將允許進行選擇性脈管成像。然而，這種方法帶來幾個問題?；铙w內極化壽命是有限的，不容許等待來自全部脈管(包括動脈和靜脈)的適當穩態增強信號，從而需要首次通過(first-pass)成像，優選以動脈相位為目標。可采用單獨的掃描估計劑團到達的時間(采用所謂的測試劑團)。當必須采用超極化核素自身時，這是一種昂貴的實驗，因為其需要第二劑量的對比材料。檢測未知對比劑團到達時間的另一種模式是采用熒光檢查序列。這需要將有效破壞極化縱向磁化的RF脈沖，妨礙用超極化磁化自身對劑團的檢測。在對超極化對比劑進行成像時，只可獲得有限的時間。
因此，本發明的目的是提供一種允許以最小過程成本獲得最佳成像序列時間的磁共振成像系統和方法。
該目的根據本發明通過磁共振(MR)成像方法來實現，該方法包括以下步驟-進行感興趣結構的第一MR掃描以檢測對比劑團到達感興趣結構內，第一MR掃描采用對應于第一MR敏感核子的第一共振頻率，-至少重復該第一進行步驟直到已檢測到對比劑團到達感興趣結構內，-進行感興趣結構的第二MR掃描以采集MR圖像，第二MR掃描采用對應于第二MR敏感核子的第二共振頻率，第二核子不同于第一核子。
本發明的目的還通過一種MR成像系統實現，該MR成像系統包括用于從感興趣結構采集第一磁共振信號的采集模塊，用于檢測對比劑團到達感興趣結構內，由此采用對應于第一MR敏感核子的第一共振頻率，并至少重復采集第一磁共振信號直到已檢測到對比劑團到達感興趣結構內，該采集模塊適于從感興趣結構采集第二磁共振信號以采集MR圖像，由此采用對應于第二MR敏感核子的第二共振頻率，該第二核子不同于第一核子。
本發明基于精確確定對比劑到達應有位置這一構思。本發明給出以下教導采用來自核子的專用磁共振信號而非用于實際MR成像序列的專用核素來進行劑團到達時間檢測。
本發明的這些其它方面將基于在附加的權利要求書中限定的下列實施例進行詳細闡述。
在本發明的優選實施例中，給藥的劑團包括第一和第二核子。在通過第一MR檢測或采用第一核子的偵察掃描檢測劑團到達感興趣結構內之后，進行第二MR掃描以采集感興趣結構的圖像，第二MR掃描采用第二核子。
優選地，在檢測到對比劑團之后立即實行第二MR掃描。該延遲取決于用于在第一和第二MR掃描過程之間進行切換的MR系統切換時間。
在本發明的另一實施例中，采用測試劑團方法，其中采用來自測試劑團的第一核子進行第一MR掃描。在檢測劑團到達感興趣結構內的時間后，進行第二MR掃描以采集感興趣結構的MR圖像，由此采用不同于第一核子的第二核子。這些第二核子優選作為第二劑團進行給藥。應當理解，第一對比劑團可僅包含第一核子，或可以由第一和第二核子的混合物組成。后一方法更為優選，因為其能更好地表現生物物理特性和實際對比劑團的滯留時間。在這種情況下，第二核子優選對測試劑團不會產生超極化。
在本發明的優選實施例中，對比劑團包括用于MR成像序列的超極化核素和用于劑團到達檢測的非極化第一核子。以與對超極化核素進行成像所需的不同的MR頻率進行應有位置對比劑到達檢測。用于劑團檢測的核素具有以下特征對固有極化具有適當的敏感性，優選通過Gd或Dy螯合增強的19F或1H。當在19F頻率處檢測時，可采用全氟碳氟化合物。為避免中毒反應，這些化合物優選包裹在膠囊內。
以基本上與超極化核素不同的頻率，優選為13C的頻率，進行的劑團到達成像不會破壞超極化。換句話說，保持了超極化核子的磁化。在感興趣結構中的對比劑團檢測之后，進行用于具有超極化磁化的核子的第二成像序列以獲得例如用于血管造影目的的圖像。
在本發明的另一實施例中，采用超極化信號進行劑團到達檢測。在此，采用不是用于實際血管造影成像序列的核子，例如采用129Xe進行劑團到達檢測，而在血管造影成像序列中將采用13C。
在本發明的又一優選實施例中，采用隨時間分解的熒光檢查成像方法，即厚層2D動態掃描，來檢測劑團的到達。在此，操作者在動態圖像系列上監視對比劑的到達，并且啟動向例如為血管造影目的實際成像序列的切換。對熒光檢查劑團到達檢測的已知方法進行修改，從而使劑團到達的檢測不會影響自旋(超)極化。這通過以明顯不同的MR頻率，優選為19F來檢測劑團到達來實現。
如果采用弛豫增強質子MR信號作為第一核子，優選應用動態減法方法，即熒光檢查圖像僅示出對比差別?？蛇x擇地，可采用非質子核子作為第一核子。在此，不需要減法。
在本發明的另一實施例中，在采用1D讀數的同時，采用2D-RF進行圓柱形定位激發(“鉛筆束”)?？蛇x擇地，通過連續正交RF的激發(例如，90x-180y)實現所需的2D定位。2D體積的位置優選作為身體主脈管(腔靜脈或主動脈)中的一個的目標。由此，MR系統檢測對應于對比劑到達的MR信號中的變化。當檢測到對比劑到達時，自動啟動成像序列的快速切換以進行高分辨率MR成像序列。
根據本發明的又一方面，第一MR“偵察”掃描優選以低空間分辨率花費短的采集時間進行，而在接下來的成像模式中，第二MR掃描優選以高空間分辨率花費較長采集時間進行。
采集磁共振信號的設備在現有技術中通常是公知的。這種MR系統除其它裝置外還包括形成梯度磁場的線圈、電流供應設備、高頻發生器、控制設備、RF信號天線、讀出設備等。全部裝置適于實行根據本發明的方法。特別地，MR系統適于以超極化核素的頻率向圖像提供快速切換功能。這樣，根據本發明的MR系統能夠根據不同核子的不同旋磁比以多頻率進行成像。該MR系統適于提供不同頻率之間較低的切換和停留次數。優選地，MR系統包括多個獨立RF發射和接收路徑，特別是(功率)放大器和RF濾波器。建立全部MR系統模塊，例如包括用于測量RF脈沖的時間、頻率和幅度參數、梯度和回波讀數的控制設備的采集模塊，并將其編程為使用于獲得數據和數據處理的過程根據本發明的方法運行。
為向MR系統的操作者提供動態圖像，MR系統優選包括用于基于第一磁共振信號生成感興趣結構圖像的成像模塊和用于向操作者顯示這些圖像的顯示模塊。
MR系統優選包括用于分析第一磁共振信號的分析模塊。該分析模塊優選適于檢測對比劑團到達感興趣結構內和/或用于檢測對比劑團的到達時間。此外，該分析模塊適于在由劑團到達時間確定的等待時間期間容納實際成像序列，即相對于由采用第一核子的采集確定的劑團給藥具有一定延遲進行采用第二共振頻率的MR圖像采集。在另一實施例中，該分析模塊優選適于基于分析結果自動啟動實際成像序列。
根據本發明的方法優選采用與MR系統相連的計算機實行。優選地，該計算機是MR系統的集成部件。該計算機除其它裝置外還包括中央處理單元(CPU)、總線系統、包含模數轉換器的數字信號處理裝置、存儲裝置，例如RAM或ROM，存貯裝置，例如軟盤、CD、DVD，或者硬盤單元和輸入/輸出單元。
本發明目的還通過計算機程序實現，該計算機程序包括當該計算機程序在MR成像系統的計算機上執行時適于實行根據本發明的MR成像方法的計算機指令。這樣，可基于根據本發明的計算機程序指令實現需要實行根據本發明的MR成像方法的技術效果。這種計算機程序可存貯在載體上，如CD-ROM或DVD上，或者其可在因特網上或其它計算機網絡上獲得，或者在執行前采用USB存儲棒，通過從載體，例如通過CD-ROM或DVD播放器，或者從因特網、或者從存儲棒讀取該計算機程序來將計算機程序下載到計算機內，并將其存貯到計算機的存儲器內。
本發明的另一方面涉及根據本發明的方法進行對比劑團給藥。為能夠在熒光檢查序列中使劑團立即到達，對比劑團包含至少兩個不同的MR敏感核子。優選地，對比劑團除質子外包含兩個不同核子。優選地，這些不同核子具有明顯不同的旋磁比，正如它們所固有的。
根據本發明實施例，具有多個MR頻率的這種對比劑團由單一化學化合物組成，該化合物由至少兩種不同核子組成。根據本發明，采用一種在某一位置上具有第一核子的選擇性濃縮化學化合物。該化學化合物對于第一核子是超極化的，不會由于與其它核子耦合而放松極化效率。這種化合物需要精細的化合物選擇和化學合成。
根據本發明的另一實施例，采用化學化合物或化合物混合物形式的對比劑團，其包括具有其超極化信號的核子和用于熒光檢查劑團到達檢測的核子?；旌喜煌怂氐膬烖c在于使有機化學合成路徑更為容易，以及使生物相容性更為簡單。此外，不同核子之間的交叉弛豫更不易于影響超極化信號。為增加生物相容性，化學核素優選包裹在泡囊或膠囊中。
根據本發明的又一實施例，采用由化學核素的混合物組成的劑團，其中的一種化學核素包含超極化材料，例如13C，以及另一種化學核素包括，例如19F核子?；衔锏幕旌蟽炦x延遲到注射時間。
根據本發明的又一實施例，可同時以兩種不同對比劑進行給藥，且優選通過同一路徑。這確保對于引入的不同化學核素，對比劑的到達時間不會受不同路徑長度的影響。
本發明的這些和其它方面將在此后通過實例的方式參照下例實施例及附圖進行詳細描述，附圖中
圖1是示出優選實施例可在其上實施的系統總體結構的框圖；圖2是示出實行根據本發明第一實施例方法的步驟流程圖；和圖3是示出實行根據本發明第二實施例方法的步驟流程圖。
在圖1的簡化框圖中示出了優選實施例可在其上實施的典型的MR成像系統。該成像系統1適于對比增強多核子MR血管造影(MRA)，尤其適于采用超極化對比劑的動脈-階段MRA。
成像系統1基本上包括聯合的采集和分析模塊2、用于生成靜態磁場的磁體3、由用于空間選擇和空間編碼的梯度放大器和梯度線圈組成的磁場梯度系統4。此外，成像系統1包括用于產生測量脈沖以激發核子的RF放大器和RF發射線圈與用于檢測從核子再發出的信號的RF接收線圈和放大器。發射線圈和接收線圈電子和物理地集成到RF線圈5，6內。由此，RF線圈5適合于對應于用于檢測劑團到達的第一核子的第一共振頻率，而RF線圈6適合于對應于用于實際MRA成像的第二核子的第二共振頻率。
這些元件3、4、5、6連接到用于數據采集和控制的采集和分析模塊2上。采集和分析模塊2包括計算機系統和適于在該計算機系統上運行的計算機程序。這些計算機程序適于控制數據采集、數據分析和系統控制的過程。例如，采用脈沖序列程序控制所施加的用于激發核子的測量脈沖序列。連接到采集和分析模塊2的成像模塊6用于進行數字信號處理和圖像處理。
為自動啟動實際血管造影成像序列，采集和分析模塊2包括分析第一磁共振信號和基于分析結果自動啟動采用第二磁共振頻率的MR圖像采集的功能性。換句話說，成像系統1適于檢測對比劑到達時間以能夠進行首次通過動脈MR血管造影。
此外，采集和分析模塊2包括用于存儲和存檔原始數據和圖像數據的存檔系統和用于顯示圖像與用于操作者輸入控制參數等的操作和顯示模塊7。
成像系統1適于進行多核子成像。為此目的，設有多個獨立RF發射和接收路徑。成像系統1適于在第一和第二磁共振頻率之間與在第一和第二檢測序列之間進行快速切換。
實行根據本發明的磁共振成像方法所需要的步驟在圖2中的簡化流程圖中示出。
根據本發明該實施例，在第一步驟10中，包括兩種不同MR敏感核子的對比劑團向人類對象給藥，例如采用具有雙貯存腔的雙向注射器進行靜脈注射。人類對象位于掃描位置。為實行本發明，采用包括兩種不同MR敏感核子的MR成像圖像對比增強合成。由此，采用19F作為第一核子且采用13C作為超極化第二核子。換句話說，對比劑團包括兩種不同對比劑，其同時通過同一路徑給藥。采用單一劑量(“首次通過”)進行劑團給藥。第一對比劑顯示出第一激發頻率，其根據本發明用于劑團到達檢測，而第二對比顯示出將用于血管造影成像的第二激發頻率。
為適時開始高分辨率血管造影成像序列，在下一步驟11期間通過較低分辨率的第一MR掃描來檢測感興趣區域處的超極化對比劑團的到達。采用對應于對比劑團第一核子的第一共振頻率進行這種偵察掃描，具有1D讀數的局部激發。由此，在偵察掃描期間的RF脈沖不會(或幾乎不會)影響將使用于MRA成像序列中的核子的超極化。
反復實行采用該第一共振頻率的MR掃描直到MR掃描指示對比劑團已到達感興趣結構內。在步驟12中由成像系統的分析模塊獲得該信息。由此，可使用連續監視MR信號的跟蹤脈沖序列。當來自該區域的信號由于對比劑到達動脈結構而增加時，采集模塊從偵察掃描切換到實際成像掃描。換句話說，在檢測到感興趣結構內的對比劑團后，在步驟13中進行三維動脈相位MR血管造影以采集MRA圖像。實行這種快速MRA掃描以使得劑團灌輸的動脈相位與來自感興趣區域內k空間中心的數據采集相符合。采用對應于對比劑團第二核子的第二共振頻率實行第二掃描。由此，第二共振頻率基本上不同于第一共振頻率。
在本發明的另一實施例中，由操作者采用操作和顯示模塊7進行偵察掃描和實際成像掃描之間的切換，用于觀察在顯示器上顯示的測試劑團到達感趣區域內并采用可用控制機構啟動MRA序列。預先由成像模塊6生成向操作者顯示的圖像。
根據本發明的又一實施例，如圖3中簡化的流程圖所示，在第一步驟20中進行測試劑團給藥，該測試劑團包括第一核子，例如19F。在下一步驟21中，進行感興趣結構的第一MR掃描以檢測測試劑團到達感興趣結構內。第一MR掃描使用對應于第一核子的第一共振頻率。當已檢測到測試劑團到達感興趣結構時，確定劑團到達時間22。
由分析模塊從劑團到達時間確定等待時間。由此，可考慮不同生物物理性質特征。
在下一步驟24中，進行第二對比劑團給藥。由此，第二劑團包括第二核子。當進行第二對比劑團給藥時，等待時間開始。最后，在等待時間終止后，進行感興趣結構的第二MR掃描25以采集MRA圖像。采用同一MR系統和不同的共振頻率實行第二MR掃描，該共振頻率對應于第二核子。
在已確定等待時間23之后，可進行第二劑團給藥24。然而，如果較早進行第二劑團給藥，則可減少該過程的總時間。在這種情況下，必須確保將確定的等待時間比第二劑團給藥之后剩余的時間長。
根據本發明另一實施例，采用第一MR系統進行感興趣結構的第一MR掃描，第一MR系統適于檢測對比劑團到達感興趣結構內，而采用與第一MR系統不同的另一個MR系統進行第二MR掃描，該第二MR系統適于采集感興趣結構的MR圖像。同樣，第一和第二MR系統使用根據對比劑中采用的核子的不同共振頻率?？稍O置患者支承和運送系統以使患者能夠在一次過程中受兩個MR系統的掃描。因此，可在兩個位置處對患者進行研究，或者可在裝備有兩個MR系統的單一位置處對患者進行掃描。代替MR系統，也可采用非MR系統進行劑團到達檢測，例如超聲(US)系統或計算機斷層攝影(CT)系統。非MR系統將意味著對比劑團由與(超極化)非質子MR敏感核子相結合的CT或US可視化的第一組分(象微氣泡)組成。
對本領域技術人員來說，顯然，本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不偏離本發明的精神或基本屬性的情況下，本發明可以以其它具體形式來實施。因此，無論從任何方法者應當將本實施例考慮為是示范性的而非限制性的，本發明的范圍是由附加的權利要求書而非由上述說明書來指示，而且落入權利要求書的等同表述的意義和范圍內全部變化因而者應當包含在其內。此外，顯然，詞語“包括”不排除其它元件和步驟，詞語“一”或“一個”不排除多個，而且單個元件，如計算機系統或其它單元可完成權利要求書中列舉的幾個裝置的功能。權利要求書中的任何附圖標記不應解釋為對所涉及權利要求的限制。
權利要求
1.一種磁共振(MR)成像方法，該方法包括以下步驟-進行(11，21)感興趣結構的第一MR掃描以檢測對比劑團到達感興趣結構內，該第一MR掃描采用對應于第一MR敏感核子的第一共振頻率，-至少重復該第一進行步驟(11，12)直到已檢測到(12，22)對比劑團到達感興趣結構內，-進行(13，25)感興趣結構的第二MR掃描以采集MR圖像，該第二MR掃描采用對應于第二MR敏感核子的第二共振頻率，該第二核子不同于第一核子。
2.根據權利要求1所述的方法，其中對比劑團包括第一和第二核子。
3.根據權利要求1所述的方法，其中采用包括第一核子的第一對比劑團和包括第二核子的第二對比劑團。
4.根據權利要求1所述的方法，其中采用超極化第二核子。
5.根據權利要求1所述的方法，其中采用質子作為第一核子且采用影響來自這些質子的MR信號的弛豫增強物質。
6.根據權利要求1所述的方法，其中采用非質子第一核子。
7.根據權利要求1所述的方法，其中采用超極化第一核子。
8.根據權利要求1所述的方法，其中在根據第一MR掃描的劑團到達時間確定(23)的等待時間之后實行第二MR掃描(13，25)。
9.根據權利要求1所述的方法，其中基于第一MR掃描(11，21)的結果自動啟動第二MR掃描(13，25)。
10.一種磁共振(MR)成像系統(1)，包括采集模塊(2)，用于從感興趣結構采集第一磁共振信號以檢測對比劑團到達感興趣結構內，由此采用對應于第一MR敏感核子的第一共振頻率，并用于至少重復采集第一磁共振信號直到已檢測到對比劑團到達感興趣結構內，該采集模塊(2)適于從感興趣結構采集第二磁共振信號以采集MR圖像，由此采用對應于第二MR敏感核子的第二共振頻率，該第二核子不同于第一核子。
11.根據權利要求10所述的系統(1)，其中采集模塊(2)包括分析模塊，用于分析第一磁共振信號，并且基于分析結果自動啟動采用第二磁共振頻率進行的MR圖像采集。
12.一種計算機程序，當計算機程序在計算機上執行時，包括-計算機指令，其用于進行感興趣結構的第一MR掃描以檢測對比劑團到達感興趣結構內，該第一MR掃描采用對應于第一MR敏感核子的第一共振頻率，-計算機指令，其用于至少重復該第一進行步驟直到已檢測到對比劑團到達感興趣結構內，-計算機指令，其用于進行感興趣結構的第二MR掃描以采集MR圖像，該第二MR掃描采用對應于第二MR敏感核子的第二共振頻率，該第二核子不同于第一核子。
全文摘要
本發明涉及一種磁共振(MR)成像系統和方法。為提供允許以最小過程成本獲得成像序列最佳時間的磁共振成像系統和方法，提出一種磁共振成像系統，其中進行感興趣結構的第一MR掃描以檢測對比劑團到達感興趣結構內，第一MR掃描采用對應于第一MR敏感核子的第一共振頻率，至少重復該第一進行步驟直到已檢測到對比劑團到達感興趣結構內，以及進行感興趣結構的第二MR掃描以采集MR圖像，第二MR掃描采用對應于第二MR敏感核子的第二共振頻率，該第二核子不同于第一核子。
文檔編號G01R33/28GK1950713SQ200580014091
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月26日 優先權日2004年5月3日
發明者J·S·范登布林克, P·R·哈維 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
