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CN108294753B - 磁共振定量信息图的获取方法和装置 - Google Patents

磁共振定量信息图的获取方法和装置 Download PDF

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CN108294753B
CN108294753B CN201810005157.1A CN201810005157A CN108294753B CN 108294753 B CN108294753 B CN 108294753B CN 201810005157 A CN201810005157 A CN 201810005157A CN 108294753 B CN108294753 B CN 108294753B
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CN
China
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proton density
echoes
magnetic resonance
time
echo
Prior art date
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黄峰
徐威
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Shanghai Neusoft Medical Technology Co Ltd
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Shanghai Neusoft Medical Technology Co Ltd
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging

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Abstract

本申请实施例公开了一种磁共振定量信息图的获取方法和装置，该方法基于在运行三维梯度多回波序列时采集到的两个不同重复时间内的两组回波，构建多个未知数为T1、
Figure DDA0001538376600000011
和/或质子密度的线性方程，并且保证构建出的线性方程的个数不小于线性方程中的未知数的个数，通过求解线性方程的解的方式来获取T1定量图、
Figure DDA0001538376600000012
定量图以及质子密度定量图。因此，本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取方法将获得定量信息图的过程转化为求解线性方程组的过程，其具有一次数据采集，同时得到3个定量信息图的特点。获得每一定量信息图时，只需对病人进行一次采集，而无需对病人进行多次扫描，节省了大量的数据采集时间，提高了数据采集速率。

Description

磁共振定量信息图的获取方法和装置
技术领域
本申请涉及磁共振成像技术领域，尤其涉及一种磁共振定量信息图的获取方法和装置。
背景技术
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)基本原理为：人体组织内的氢核(氢原子)具有自旋运动产生磁矩。在强均匀主磁场作用下，本无规律排列的自旋氢质子自旋磁矩会沿主磁场方向排列，形成宏观磁矩。在射频脉冲激励下，宏观磁化矢量将翻转到与主磁场垂直的方向，在进动旋转过程中就能被射频接收系统接收，从而产生电磁感应信号，经过相应数据重建形成各种磁共振图像。
传统的磁共振图像主要包括不同对比度性质的定性图像如T1加权，T2加权，质子密度加权，弥散加权，磁敏感加权等等。但磁共振图像能提供的远远不止这些定性信息，其还能提供磁共振定量信息。该磁共振定量信息对于疾病诊断尤其是在脑神经科学研究以及临床应用方面更为重要。与不同对比度性质的定性图像相对应，磁共振定量信息图包括T1定量信息图(T1mapping)，T2定量信息图(T2mapping)，质子密度图(PD mapping)，弥散表观扩散系数图(ADC mapping)等。
现有的磁共振定量技术都着眼于单个磁共振定量参数信息的测量，例如单独利用多次采集数据来拟合计算T1定量，或者单独采集多个回波时间对应的磁共振数据来获得T2定量。这些技术的缺点之一是每次只能获得单一的定量信息图，不能综合运用多个定量信息图来进行精准诊断；缺点之二是采集时间太长，有时能长达半小时之久，对于病人的耐受度是很大的考验；尤其是需要获得多个定量信息图时，需要多个序列分开采集，所需要的采集时间是各个定量信息图的单独采集时间之和。此外，数据采集时间过长，病人在数据采集过程中可能会产生非自主运动，该非自主运动会严重影响各个定量信息图之间的配准，给定量分析诊断带来麻烦。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种磁共振定量信息图的获取方法和装置，以在一次采集过程中能够同时获得多个定量信息，并缩短数据采集时间。
为了解决上述技术问题，本申请实施例采用了如下技术方案：
一种磁共振定量信息图的获取方法，所述磁共振定量信息图包括T1定量图、
Figure BDA0001538376580000021
定量图以及质子密度定量图，所述方法包括：
获取在一个三维梯度多回波序列运行的第一重复时间内采集到的第一组回波和第二重复时间内采集到的第二组回波；所述第一组回波和所述第二组回波均包括N个不同回波时间的磁共振梯度回波；所述第一组回波和所述第二组回波中的各个磁共振梯度回波在对应采集位置的回波时间相同；所述第一组回波和所述第二组回波中在对应采集位置的回波的采集参数除了翻转角不同外，其它采集参数完全相同；N≥3，且N为整数；
将每个磁共振梯度回波与组织的T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000022
的关系分别转化为磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000023
的关系；
根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000024
的关系构建多个线性方程；求解线性方程的解，从而得到T1定量图、
Figure BDA0001538376580000025
定量图以及质子密度定量图，其中，
Figure BDA0001538376580000026
为
Figure BDA0001538376580000027
的倒数。
可选地，所述根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000028
的关系构建多个线性方程；求解线性方程的解，从而得到T1定量图、
Figure BDA0001538376580000029
定量图以及质子密度定量图，具体包括：
根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA00015383765800000210
的关系构建未知数为T1的N个第一线性方程；
对N个第一线性方程进行联立求解，得到T1，从而得到T1定量图；
将求解得到的T1定量图分别代入到第一组回波或第二组回波中的每个磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA00015383765800000211
的关系中，得到未知数为
Figure BDA00015383765800000212
和质子密度的N个方程；
对未知数为
Figure BDA00015383765800000213
和质子密度的N个方程进行数学运算操作，得到未知数为
Figure BDA00015383765800000214
和质子密度的N个第二线性方程；
对N个第二线性方程进行联立求解，得到
Figure BDA0001538376580000031
和质子密度，从而得到
Figure BDA0001538376580000032
定量图以及质子密度定量图。
可选地，根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000033
的关系构建未知数为T1的N个第一线性方程，具体包括：
将第二组回波和第一组回波中各个回波时间相同的磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000034
的关系分别相减，得到N个T1为未知数的第一线性方程。
可选地，对未知数为
Figure BDA0001538376580000035
和质子密度的N个方程进行数学运算操作，得到未知数为
Figure BDA0001538376580000036
和质子密度的N个第二线性方程，具体包括：
对未知数为
Figure BDA0001538376580000037
和质子密度的N个方程进行取对数运算操作，得到未知数为
Figure BDA0001538376580000038
和质子密度的N个第二线性方程。
可选地，所述求解线性方程的解，具体包括：
通过最小二乘法求解线性方程的解。
可选地，所述将每个磁共振梯度回波与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000039
的关系分别转化为磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA00015383765800000310
的关系，具体包括：
将关系式(I)转化为关系式(II)；
其中，所述关系式(I)具体为：
Figure BDA00015383765800000311
所述关系式(II)具体为：
Figure BDA00015383765800000312
式中，S为磁共振梯度回波，θ为翻转角，ρ0为质子密度，TR为重复时间，TE为回波时间，T1为弛豫时间，
Figure BDA00015383765800000313
为组织的衰减时间；E1＝exp(-TR/T1)。
一种磁共振定量信息图的获取装置，所述磁共振定量信息图包括T1定量图、
Figure BDA00015383765800000314
定量图以及质子密度定量图，所述装置包括：
回波获取单元，用于获取在一个三维梯度多回波序列运行的第一重复时间内采集到的第一组回波和第二重复时间内采集到的第二组回波；所述第一组回波和所述第二组回波均包括N个不同回波时间的磁共振梯度回波；所述第一组回波和所述第二组回波中的各个磁共振梯度回波在对应采集位置的回波时间相同；所述第一组回波和所述第二组回波中在对应采集位置的回波的采集参数除了翻转角不同外，其它采集参数完全相同；N≥3，且N为整数；
关系转化单元，用于将每个磁共振梯度回波与组织的T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000041
的关系分别转化为磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000042
的关系；
方程构建求解单元，用于根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000043
的关系构建多个线性方程；求解线性方程的解，从而得到T1定量图、
Figure BDA0001538376580000044
定量图以及质子密度定量图，其中，
Figure BDA0001538376580000045
为
Figure BDA0001538376580000046
的倒数。
可选地，所述关系转化单元，具体包括：
第一构建子单元，用于根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000047
的关系构建未知数为T1的N个第一线性方程；
第一计算子单元，用于对N个第一线性方程进行联立求解，得到T1，从而得到T1定量图；
代入子单元，用于将求解得到的T1定量图分别代入到第一组回波或第二组回波中的每个磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000048
的关系中，得到未知数为
Figure BDA0001538376580000049
和质子密度的N个方程；
数学运算操作子单元，用于对未知数为
Figure BDA00015383765800000410
和质子密度的N个方程进行数学运算操作，得到未知数为
Figure BDA00015383765800000411
和质子密度的N个第二线性方程；
第二计算子单元，用于对N个第二线性方程进行联立求解，得到
Figure BDA00015383765800000412
和质子密度，从而得到
Figure BDA00015383765800000413
定量图以及质子密度定量图。
可选地，所述第一构建子单元，具体包括：将第二组回波和第一组回波中各个回波时间相同的磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA00015383765800000414
的关系分别相减，得到N个T1为未知数的线性方程。
可选地，所述数学运算操作子单元，具体包括：对未知数为
Figure BDA0001538376580000051
和质子密度的N个方程进行取对数运算操作，得到未知数为
Figure BDA0001538376580000052
和质子密度的N个第二线性方程。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
基于以上技术方案可知，本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取方法，基于在运行三维梯度多回波序列时采集到的两个不同重复时间内的两组回波，构建多个未知数为T1、
Figure BDA0001538376580000053
和/或质子密度的线性方程，并且保证构建出的线性方程的个数不小于线性方程中的未知数的个数，通过求解线性方程的解的方式来获取T1定量图、
Figure BDA0001538376580000054
定量图以及质子密度定量图。因此，本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取方法将获得定量信息图的过程转化为求解线性方程组的过程，其具有一次数据采集，同时得到3个定量信息图的特点。因此，相较于现有技术，本申请实施例提供的方法能够通过一次数据采集即可得到3个定量信息图，而无需每个定量信息图分别进行数据采集，而且，本申请实施例提供的方法为获得每一定量信息图时，只需对病人进行一次采集，而无需对病人进行多次扫描，因此，该方法节省了大量的数据采集时间，提高了数据采集速率。
此外，该方法获得的多个定量信息图的数据是在一个三维梯度多回波序列允许时即一次激励后采集得到的，因此，获得的各个定量信息图之间不存在因病人运动导致的图像不匹配的问题，其得到的各个定量信息图之间是完全匹配的，因而，可以通过比较该多个定量信息图，从而帮助临床医生做出更为精准的诊断。
附图说明
为了清楚地理解本申请的具体实施方式，下面将描述本申请具体实施方式时用到的附图做一简要说明。
图1是业界常用的三维梯度多回波序列示意图；
图2为本申请实施例提供的一种磁共振定量信息图的获取方法的流程图；
图3是本申请实施例所示的三维梯度多回波序列示意图；
图4是本申请实施例提供的步骤S23的一个具体方式的流程示意图；
图5A至图5C为通过本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取方法获取到的T1定量图，质子密度定量图以及
Figure BDA0001538376580000061
定量图；
图6为本申请实施例用于执行磁共振定量信息图的获取方法的控制设备结构示意图；
图7是本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取装置结构示意图。
具体实施方式
为了清楚地理解本申请的具体实施方式，下面将描述本申请具体实施方式时用到的技术术语。
T1时间为在纵轴的磁化矢量由0增至63％时为T1驰豫时间(也称为纵向磁化矢量)。
T2弛豫时间为横向磁化矢量强度由最大值衰减到37％所需的时间。
Figure BDA0001538376580000062
时间为横向磁化衰减时由于磁场不均匀度等因素导致更快散相后磁化矢量强度由最大值衰减到37％所需的时间，组织的
Figure BDA0001538376580000063
小于组织的T2弛豫时间。
Figure BDA0001538376580000064
为
Figure BDA0001538376580000065
的倒数，也可以用
Figure BDA0001538376580000066
来衡量横向磁化矢量强度的衰减。
梯度回波(GRE，gradient echo)就是通过有关梯度场方向的翻转而产生的回波信号。梯度回波又叫场回波(filed echo),它与自旋回波的主要区别在于二者产生回波的激励方式不同。GRE序列总是以一个小于90°的RF脉冲开始。
在GRE序列中，RF激发脉冲一结束，便在读出梯度方向上施加一个先负后正的梯度场。习惯上将梯度脉冲的方向变化称为梯度翻转。因此，质子群先后经历散相-相位重聚的过程，从而产生回波信号。
重复时间(the repetition time，简称TR)指脉冲序列执行一遍所需要的时间，也是从一个RF激励脉冲出现到下一个周期同一脉冲出现经历的时间。以毫秒为单位。TR决定了一个RF脉冲与下一个RF脉冲之间的时间。TR是扫描速度的决定因素，也是图像对比度(T1、T2和质子密度对比度)的主要控制因子。。
回波时间(the echo time，简称TE)指从第一个RF脉冲到回波信号产生所需要的时间、在多回波序列中，RF脉冲至第一个回波信号出现的时间称为TE1，至第二个回波信号的时间称为TE2。以此类推。TE和TR共同决定图相比的对比度。
为了清楚地理解三维梯度多回波序列中的各个概念，请参阅图1所示的三维梯度多回波序列示意图。在图1所示的序列中，示例出两个脉冲周期，即两个重复时间TR1和TR2。在每个重复时间内，设置有4个回波采集窗，各个回波采集窗对应的回波时间分别为TE1、TE2、TE3和TE4。
T1定量图(T1mapping)可以描述组织T1弛豫时间的变化。
质子密度定量图(PD mapping)可以描述组织中含水量的变化。
Figure BDA0001538376580000071
mapping对于组织含铁元素变化等导致磁化率变化的因素非常敏感。所以综合运用T1定量图、质子密度定量图、
Figure BDA0001538376580000072
定量图这三个定量信息，对于组织病理的诊断尤其是神经系统病变的精准诊断非常有帮助。
在磁共振成像领域，常规磁共振采集方法要获得每个定量信息图时，均需要对病人进行多次扫描，例如需要获得T1mapping时，常规磁共振采集方法需要运行多个采集序列来采集多个翻转角下的磁共振信号来拟合得到T1值。需要获得T2mapping时，常规磁共振采集方法需要运行多个采集序列来采集多个不同的回波时间下的磁共振信号，进而通过信号衰减曲线来拟合得到T2值，而且，采集回波数量较少时，拟合出的定量值仅为近似值，不准确，因此，为了获取到准确的定量之，需要采集较多数量的回波数据，所以，定量信息图数据的常规磁共振信号采集方法非常耗时。而且当需要同时获取多个定量信息图时，所需要的采集时间往往是各个定量信息图的单独采集时间之和。如此，现有的磁共振数据采集方法采集时间太长，有时能长达半小时之久，对于病人的耐受度是很大的考验；尤其是需要获得多个定量信息图时，需要多个序列分开采集，所需要的采集时间是各个定量信息图的单独采集时间之和。
此外，因各个定量信息图的数据是分开采集的，病人在数据采集过程中可能会产生非自主运动，该非自主运动会严重影响各个定量信息图之间的配准，给定量分析诊断带来麻烦。
基于此，本申请实施例基于在运行三维梯度多回波序列时采集到的两个不同重复时间内的两组回波，该两组回波的采集参数除了翻转角不同外，其它采集参数均相同，基于该两组回波构建多个未知数为T1、
Figure BDA0001538376580000081
和/或质子密度的线性方程，并且保证构建出的线性方程的个数不小于线性方程中的未知数的个数，通过求解线性方程的解的方式来获取T1定量图、
Figure BDA0001538376580000082
定量图以及质子密度定量图。因此，本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取方法将获得定量信息图的过程转化为求解线性方程组的过程，其具有一次数据采集，同时得到3个定量信息图的特点。因此，相较于现有技术，本申请实施例提供的方法能够通过一次数据采集即可得到3个定量信息图，而无需每个定量信息图分别进行数据采集，而且，本申请实施例提供的方法为获得每一定量信息图时，只需对病人进行一次采集，而无需对病人进行多次扫描，因此，该方法节省了大量的数据采集时间，提高了数据采集速率。
此外，该方法获得的多个定量信息图的数据是在一个三维梯度多回波序列允许时即一次激励后采集得到的，因此，获得的各个定量信息图之间不存在因病人运动导致的图像不匹配的问题，其得到的各个定量信息图之间是完全匹配的，因而，可以通过比较该多个定量信息图，从而帮助临床医生做出更为精准的诊断。
需要说明，本申请实施例所述的磁共振定量信息图包括T1定量图、R2*定量图以及质子密度定量图。
下面结合附图对本申请的具体实施方式进行详细描述。
图2所示为本申请实施例提供的一种磁共振定量信息图的获取方法的流程图，请参照图2，该方法包括：
S21：获取在一个三维梯度多回波序列运行的第一重复时间内采集到的第一组回波和第二重复时间内采集到的第二组回波。
下面结合图3所示的三维梯度多回波序列示意图详细描述本步骤的具体实现方式。
本申请实施例在三维梯度多回波序列运行的第一重复时间TR1内和第二重复时间TR2内均设置有N个采集窗，每个采集窗可以采集该位置对应的回波。本申请实施例将在同一个重复时间内采集到的N个回波称为一组回波。具体地，本申请实施例将在第一重复时间内采集到的N个回波称为第一组回波，将在第二重复时间内采集到的N个回波称为第二组回波。
其中，第一组回波中的各个磁共振梯度回波可以用E11、E12…E1n表示，该各个磁共振梯度回波对应的回波时间分别用TE11、TE12…TE1n表示。第二组回波中的各个磁共振梯度回波可以用E21、E22…E2n表示，该各个磁共振梯度回波对应的回波时间分别用TE21、TE22…TE2n表示。
为了方便后续能够构建出线性方程，第一组回波和第二组回波中的各个磁共振梯度回波在对应采集位置的回波时间相同。也就是说，TE11＝TE12，TE12＝TE22，…，TE1n＝TE2n。
在本申请实施例中，第一组回波中的N个回波对应的翻转角相同，均用θ1表示，第二组回波中的N个回波对应的翻转角相同，均用θ2表示。由于T1弛豫时间与回波信号的翻转角相关，可以通过采集不同翻转角的回波信号以确定T1弛豫时间。基于此，为了能够得到T1弛豫时间，第一组回波和第二组回波在对应采集位置的回波的采集参数除了翻转角(即θ1≠θ2)不同外，其它采集参数完全相同，其它采集参数包括但不限于以下参数：重复时间TR以及对应的回波时间TE。
另外，由于第一组回波和第二组回波在对应采集位置的采集参数除了翻转角之外，其他采集参数完全相同，因此各个回波之间的图像完全配准，为磁共振精确诊断提供快速准确的定量信息。
此外，在本申请实施例中旨在构建以T1、
Figure BDA0001538376580000091
以及质子密度为未知数的联立方程，通过求解方程，来得到未知数的解，从而得到T1、
Figure BDA0001538376580000092
以及质子密度，进而获取到T1定量图、
Figure BDA0001538376580000093
定量图以及质子密度定量图。因此，联立方程的方程个数必须不小于未知数的个数，因而联立方程的方程的个数必须不小于3。而在本申请实施例中，一个回波时间对应的回波可以构建一个方程，所以，至少需要三个回波时间对应的回波，因此，在本申请实施例中，一个重复时间内至少要采集三个回波时间对应的回波，因此，N≥3，且N为整数。
S22：将每个磁共振梯度回波与组织的T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000094
的关系分别转化为磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000095
的关系。
在本申请实施例中，采集到的各个磁共振梯度回波信号与组织的T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000101
存在一定的关系，该关系可以用关系式(1)进行描述，如下所示：
Figure BDA0001538376580000102
其中，S为磁共振梯度回波，θ为翻转角，ρ0为组织质子密度，TR为重复时间，T1为组织的T1弛豫时间，TE为回波时间，
Figure BDA0001538376580000103
为组织的
Figure BDA0001538376580000104
衰减时间，ρ0、T1以及
Figure BDA0001538376580000105
这三个参数为需要定量求解的组织的相对密度参数和弛豫参数。
为了简化计算，方便后续转换成未知数为ρ0、T1以及
Figure BDA0001538376580000106
的线性方程，本申请实施例可以在关系式(1)的基础上，两边同时除以sinθ，得到关系式(2)，进一步地，还可以在关系式(2)两边还可以同时乘以1-cosθ*exp(-TR/T1)，可以对关系式(1)进行如下转换：
Figure BDA0001538376580000107
进一步地，还可以在关系式(2)两边还可以同时乘以1-cosθ*exp(-TR/T1)，并且为了进一步简化关系关系式，可以将需要定量求解的T1信息用E1表示，设定E1＝exp(-TR/T1)，进而得到关系式(3)，如下所示：
Figure BDA0001538376580000108
在关系式(3)的等号两边同时加上
Figure BDA0001538376580000109
可以得到关系式(4)，如下所示：
Figure BDA00015383765800001010
上述关系式(4)可以视为转换后的磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA00015383765800001011
的关系。
在本步骤中，可以将每个可以由关系式(1)所示的磁共振梯度回波与组织的T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA00015383765800001012
的关系分别转化为由关系式(4)所示的磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA00015383765800001013
的关系。也就是说，可以针对第一组回波和第二组回波中的各个磁共振梯度回波，建立如关系式(1)所示的关系关系式，通过进一步转换得到如关系式(4)所示的关系式。如此，共可以得到2N个磁共振梯度回波对应的关系式(4)所示的关系。在关系式(4)中，除了E1、ρ0和
Figure BDA0001538376580000111
外，其它参数均为已知数。
S23：根据各个磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000112
的关系构建多个线性方程，联立该多个线性方程求解，从而得到T1定量图、
Figure BDA0001538376580000113
定量图以及质子密度定量图。
本步骤可以具体为：对上述步骤S22得到的2N个磁共振梯度回波对应的式(4)所示的关系进行各种数学运算，从而构建出多个未知数为T1、
Figure BDA0001538376580000114
以及质子密度为未知数的线性方程。
需要说明的是，T1值与翻转角有关，可以通过设置不同的翻转角得到，因而，作为本申请的一个示例，T1值可以通过两个不同翻转角对应的两组回波进行求解得到。当T1值求解得到后，可以将该T1至代入到关系式(4)中，从而得到未知数仅包括
Figure BDA0001538376580000115
以及质子密度的方程，通过对该方程进行处理转换，使其转换为线性关系。如此，可以简化计算量，提高计算效率。
基于此，作为本申请的一个可能的实现方式，如图4所示，步骤S23可以具体包括以下步骤：
S231：根据2N个关系式(4)构建未知数为E1的N个第一线性方程。
如前所述，在本申请实施例中，在采集的2N个磁共振梯度回波中，由于第一重复时间内采集的回波E11～E1n对应的回波时间分别与第二重复时间内采集的回波E21～E2n对应的回波时间相同，翻转角不同。也就是说，TE11＝TE21，TE12＝TE22，…，TE1n＝TE2n，θ1≠θ2。而且第一重复时间与第二重复时间相等。
基于此，E11与E21对应的关系式(4)等号右边的第二项即
Figure BDA0001538376580000116
相同，E12与E22对应的关系式(4)等号右边的第二项相同，E11与E21对应的关系式(4)等号右边的第二项相同，以此类推，E1n与E2n对应的关系式(4)等号右边的第二项相同。因此，将在第一重复时间内采集到的N个回波分别与第二重复时间内对应位置的N个回波相减作差，得到N个与E1相关的线性方程，如下所示：
Figure BDA0001538376580000121
为了方便理解，式(5)还可以用式(6)所示的通用方程式进行表示，结果如下：
a2-a1＝E1*(b2-b1) (6)
其中，a1、a2、b1和b2可以视为一种与回波信号及其翻转角等有关的系数。
S232：对N个第一线性方程联立求解，得到E1。
为了得到较为准确的E1值，本步骤可以通过最小二乘法求解第一方程组的解，从而可以准确地得到E1值。
其中，最小二乘法仅仅是对上述未知数为E1的第一线性方程求解的一种实现方式，在本申请实施例其他可能的实现方式中，也可以采用其他方法进行求解，本申请实施例对此不做限定。
S233：根据E1与T1的关系，求解得到T1。
根据E1＝exp(-TR/T1)，得到T1的计算公式，即T1＝-TR/lnE1。如此，根据第一线性方程的解E1可以求解得到T1。根据求解得到的T1，可以得到T1定量图。
S234：将求解得到的T1值，分别代入到第一组回波或第二组回波中的N个磁共振梯度回波对应的式(4)所示的关系，分别得到N个未知数为
Figure BDA0001538376580000122
和质子密度的方程。
当T1值求解得到后，关系式(4)中除了ρ0和
Figure BDA0001538376580000123
外，其它都是已知数。
为了构建出未知数为ρ0和
Figure BDA0001538376580000124
的多个方程，由于不同重复时间内的各个回波时间TE不同，因此，可以根据同一重复时间内的多个不同回波时间对应的回波(即同一组回波中的多个回波)来构建未知数为
Figure BDA0001538376580000125
和质子密度的方程。
基于此，本申请实施例将求解得到的T1值分别代入到第一组回波或第二组回波的N个磁共振梯度回波对应的式(4)所示的关系，分别得到N个未知数为
Figure BDA0001538376580000126
和质子密度的方程。
作为示例，将求解得到的T1值分别代入到第一组回波的N个磁共振梯度回波对应的式(4)所示的关系，分别得到N个未知数为
Figure BDA0001538376580000131
和质子密度的方程，具体如下：
Figure BDA0001538376580000132
S235：对每个未知数为
Figure BDA0001538376580000133
和质子密度的方程进行取对数运算，分别得到N个未知数为
Figure BDA0001538376580000134
和质子密度的第二线性方程。
因在关系式(4)中，存在乘幂运算，为了简化运算，可以通过取对数运算将关系式(4)转换为具有线性关系的关系式。
为了简化关系式，在进行取对数运算之前，可以将关系式(4)中等号左边的第一项
Figure BDA0001538376580000135
移到等号左边，从而得到关系式(8)：
Figure BDA0001538376580000136
设定
Figure BDA0001538376580000137
从而关系式(8)等价转换为关系式(9)。
Figure BDA0001538376580000138
然后对关系式(9)进行取自然对数运算，得到关系式(10)。
Figure BDA0001538376580000139
因
Figure BDA00015383765800001310
所以，关系式(10)可以转换为关系式(11)：
Figure BDA00015383765800001311
在每个回波的关系式(11)中，除了质子密度ρ0和
Figure BDA00015383765800001312
外，其它参数均为已知数。因此，通过第一组回波或第二组回波中的N个回波可以构建出N个关系式为(10)所示的第二线性方程。
以第一组回波为例，得到的该N个第二线性方程分别为：
Figure BDA0001538376580000141
在关系式(12)中，Sc11为回波E11对应的Sc值，Sc12为回波E12对应的Sc值，……，Sc1N为回波E1N对应的Sc值。
需要说明，上述示例的对未知数为
Figure BDA0001538376580000142
和质子密度的方程进行取对数运算操作仅是对未知数为
Figure BDA0001538376580000143
和质子密度的方程进行数学运算操作的一个示例。实际上，本申请实施例，不限于上述所示的取对数操作，其还可以其它能够将未知数为
Figure BDA0001538376580000144
和质子密度的方程转换为线性方程的其它数学运算操作。
S236：对N个第二线性方程联立求解，得到
Figure BDA0001538376580000145
和质子密度ρ0。
为了得到较为准确的
Figure BDA0001538376580000146
和质子密度ρ0，本申请实施例可以采用最小二乘法求解第二线性方程的解，得到
Figure BDA0001538376580000147
和质子密度ρ0。
需要说明，最小二乘法仅仅是对未知数为
Figure BDA0001538376580000148
以及质子密度的第二线性方程联立求解的一种实现方式，在本申请实施例其他可能的实现方式中，也可以采用其他方法进行求解，本申请实施例对此不做限定。
以上为本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取方法的具体实现方式，在该具体实现方式中，基于在运行三维梯度多回波序列时采集到的两个不同重复时间内的两组回波，该两组回波的采集参数除了翻转角不同外，其它采集参数均相同，基于该两组回波构建多个未知数为T1、
Figure BDA0001538376580000149
和/或质子密度的线性方程，并且保证构建出的线性方程的个数不小于线性方程中的未知数的个数，通过求解线性方程的解的方式来获取T1定量图、
Figure BDA00015383765800001410
定量图以及质子密度定量图。因此，本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取方法将获得定量信息图的过程转化为求解线性方程组的过程，其具有一次数据采集，同时得到3个定量信息图的特点。因此，相较于现有技术，本申请实施例提供的方法能够通过一次数据采集即可得到3个定量信息图，而无需每个定量信息图分别进行数据采集，而且，本申请实施例提供的方法为获得每一定量信息图时，只需对病人进行一次采集，而无需对病人进行多次扫描，因此，该方法节省了大量的数据采集时间，提高了数据采集速率。
此外，该方法获得的多个定量信息图的数据是在一个三维梯度多回波序列允许时即一次激励后采集得到的，因此，获得的各个定量信息图之间不存在因病人运动导致的图像不匹配的问题，其得到的各个定量信息图之间是完全匹配的，因而，可以通过比较该多个定量信息图，从而帮助临床医生做出更为精准的诊断。
另外，本申请提供的磁共振定量信息图的获取方法已经经过充分实验，验证证明其切实可行，得到的T1定量图(T1mapping)，质子密度定量图(PDmapping)，
Figure BDA0001538376580000151
定量图(
Figure BDA0001538376580000152
mapping)分别如图5A至5C所示。与现有的定量经验值相比，本申请实施例得到的定量值的计算结果更为准确，因此，该方法得到的多个定量图能够帮助临床医生做出更为精准的诊断。
上述实施例的磁共振定量信息图的获取方法可以由图6所示的控制设备执行。图6所示的控制设备包括处理器(processor)610，通信接口(Communications Interface)520，存储器(memory)630，总线640。处理器610，通信接口620，存储器630通过总线640完成相互间的通信。
其中，存储器630中可以存储有磁共振定量信息图的获取的逻辑指令，该存储器例如可以是非易失性存储器(non-volatile memory)。处理器610可以调用执行存储器630中的磁共振图像重建的逻辑指令，以执行上述的磁共振定量信息图的获取方法。作为实施例，该磁共振定量信息图的获取的逻辑指令可以为控制软件对应的程序，在处理器执行该指令时，控制设备可以对应地在显示界面上显示该指令对应的功能界面。
磁共振定量信息图的获取的逻辑指令的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上述的磁共振定量信息图的获取的逻辑指令，可以称为“磁共振定量信息图的获取装置”，该装置可以划分成各个功能模块。具体参见以下实施例。
下面介绍本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取装置的具体实施方式。
图7是本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取装置结构示意图。如图6所示，该磁共振定量信息图的获取装置包括：
回波获取单元71，用于获取在一个三维梯度多回波序列运行的第一重复时间内采集到的第一组回波和第二重复时间内采集到的第二组回波；所述第一组回波和所述第二组回波均包括N个不同回波时间的磁共振梯度回波；所述第一组回波和所述第二组回波中的各个磁共振梯度回波在对应采集位置的回波时间相同；所述第一组回波和所述第二组回波中在对应采集位置的回波的采集参数除了翻转角不同外，其它采集参数完全相同；N≥3，且N为整数；
关系转化单元72，用于将每个磁共振梯度回波与组织的T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000161
的关系分别转化为磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000162
的关系；
方程构建求解单元73，用于根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000163
的关系构建多个线性方程；求解线性方程的解，从而得到T1定量图、
Figure BDA0001538376580000164
定量图以及质子密度定量图，其中，
Figure BDA0001538376580000165
为
Figure BDA0001538376580000166
的倒数。
作为本申请的一个示例，关系转化单元72可以具体包括：
第一构建子单元，用于根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000167
的关系构建未知数为T1的N个第一线性方程；
第一计算子单元，用于对N个第一线性方程进行联立求解，得到T1，从而得到T1定量图；
代入子单元，用于将求解得到的T1定量图分别代入到第一组回波或第二组回波中的每个磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000171
的关系中，得到未知数为
Figure BDA0001538376580000172
和质子密度的N个方程；
数学运算操作子单元，用于对未知数为
Figure BDA0001538376580000173
和质子密度的N个方程进行数学运算操作，得到未知数为
Figure BDA0001538376580000174
和质子密度的N个第二线性方程；
第二计算子单元，用于对N个第二线性方程进行联立求解，得到
Figure BDA0001538376580000175
和质子密度，从而得到
Figure BDA0001538376580000176
定量图以及质子密度定量图。
作为本申请的一具体示例，第一构建子单元可以具体包括：将第二组回波和第一组回波中各个回波时间相同的磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure BDA0001538376580000177
的关系分别相减，得到N个T1为未知数的线性方程。
作为本申请的另一具体示例，数学运算操作子单元可以具体包括：对未知数为
Figure BDA0001538376580000178
和质子密度的N个方程进行取对数运算操作，得到未知数为
Figure BDA0001538376580000179
和质子密度的N个第二线性方程。
需要说明，本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取装置与本申请实施例提供的磁共振定量信息图的获取方法相对应，其达到的技术效果也与获取方法达到的技术效果相对应。为了简要起见，在此不再详细描述，请参见上述示例的获取方法对应的技术效果。
以上为本申请实施例的具体实现方式。

Claims (10)

1.一种磁共振定量信息图的获取方法，其特征在于，所述磁共振定量信息图包括T1定量图、
Figure FDA0002889317770000011
定量图以及质子密度定量图，所述方法包括：
获取在一个三维梯度多回波序列运行的第一重复时间内采集到的第一组回波和第二重复时间内采集到的第二组回波；所述第一组回波和所述第二组回波均包括N个不同回波时间的磁共振梯度回波；所述第一组回波和所述第二组回波中的各个磁共振梯度回波在对应采集位置的回波时间相同；所述第一组回波和所述第二组回波中在对应采集位置的回波的采集参数除了翻转角不同外，其它采集参数完全相同；N≥3，且N为整数；
将每个磁共振梯度回波与组织的T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000012
的关系分别转化为磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000013
的关系；
根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000014
的关系构建多个线性方程；求解线性方程的解，从而得到T1定量图、
Figure FDA0002889317770000015
定量图以及质子密度定量图，其中，
Figure FDA0002889317770000016
为
Figure FDA0002889317770000017
的倒数。
2.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000018
的关系构建多个线性方程；求解线性方程的解，从而得到T1定量图、
Figure FDA0002889317770000019
定量图以及质子密度定量图，具体包括：
根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA00028893177700000110
的关系构建未知数为T1的N个第一线性方程；
对N个第一线性方程进行联立求解，得到T1，从而得到T1定量图；
将求解得到的T1定量图分别代入到第一组回波或第二组回波中的每个磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA00028893177700000111
的关系中，得到未知数为
Figure FDA00028893177700000112
和质子密度的N个方程；
对未知数为
Figure FDA00028893177700000113
和质子密度的N个方程进行数学运算操作，得到未知数为
Figure FDA00028893177700000114
和质子密度的N个第二线性方程；
对N个第二线性方程进行联立求解，得到
Figure FDA00028893177700000115
和质子密度，从而得到
Figure FDA00028893177700000116
定量图以及质子密度定量图。
3.根据权利要求2所述的获取方法，其特征在于，根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000021
的关系构建未知数为T1的N个第一线性方程，具体包括：
将第二组回波和第一组回波中各个回波时间相同的磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000022
的关系分别相减，得到N个T1为未知数的第一线性方程。
4.根据权利要求2所述的获取方法，其特征在于，对未知数为
Figure FDA0002889317770000023
和质子密度的N个方程进行数学运算操作，得到未知数为
Figure FDA0002889317770000024
和质子密度的N个第二线性方程，具体包括：
对未知数为
Figure FDA0002889317770000025
和质子密度的N个方程进行取对数运算操作，得到未知数为
Figure FDA0002889317770000026
和质子密度的N个第二线性方程。
5.根据权利要求1-4任一项所述的获取方法，其特征在于，所述求解线性方程的解，具体包括：
通过最小二乘法求解线性方程的解。
6.根据权利要求1-4任一项所述的获取方法，其特征在于，所述将每个磁共振梯度回波与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000027
的关系分别转化为磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000028
的关系，具体包括：
将关系式(I)转化为关系式(II)；
其中，所述关系式(I)具体为：
Figure FDA0002889317770000029
所述关系式(II)具体为：
Figure FDA00028893177700000210
式中，S为磁共振梯度回波，θ为翻转角，ρ0为质子密度，TR为重复时间，TE为回波时间，T1为弛豫时间，
Figure FDA00028893177700000211
为组织的衰减时间；E1＝exp(-TR/T1)。
7.一种磁共振定量信息图的获取装置，其特征在于，所述磁共振定量信息图包括T1定量图、
Figure FDA00028893177700000212
定量图以及质子密度定量图，所述装置包括：
回波获取单元，用于获取在一个三维梯度多回波序列运行的第一重复时间内采集到的第一组回波和第二重复时间内采集到的第二组回波；所述第一组回波和所述第二组回波均包括N个不同回波时间的磁共振梯度回波；所述第一组回波和所述第二组回波中的各个磁共振梯度回波在对应采集位置的回波时间相同；所述第一组回波和所述第二组回波中在对应采集位置的回波的采集参数除了翻转角不同外，其它采集参数完全相同；N≥3，且N为整数；
关系转化单元，用于将每个磁共振梯度回波与组织的T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000031
的关系分别转化为磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000032
的关系；
方程构建求解单元，用于根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000033
的关系构建多个线性方程；求解线性方程的解，从而得到T1定量图、
Figure FDA0002889317770000034
定量图以及质子密度定量图，其中，
Figure FDA0002889317770000035
为
Figure FDA0002889317770000036
的倒数。
8.根据权利要求7所述的获取装置，其特征在于，所述方程构建求解单元，具体包括：
第一构建子单元，用于根据各个所述磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000037
的关系构建未知数为T1的N个第一线性方程；
第一计算子单元，用于对N个第一线性方程进行联立求解，得到T1，从而得到T1定量图；
代入子单元，用于将求解得到的T1定量图分别代入到第一组回波或第二组回波中的每个磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA0002889317770000038
的关系中，得到未知数为
Figure FDA0002889317770000039
和质子密度的N个方程；
数学运算操作子单元，用于对未知数为
Figure FDA00028893177700000310
和质子密度的N个方程进行数学运算操作，得到未知数为
Figure FDA00028893177700000311
和质子密度的N个第二线性方程；
第二计算子单元，用于对N个第二线性方程进行联立求解，得到
Figure FDA00028893177700000312
和质子密度，从而得到
Figure FDA00028893177700000313
定量图以及质子密度定量图。
9.根据权利要求8所述的获取装置，其特征在于，所述第一构建子单元，具体包括：将第二组回波和第一组回波中各个回波时间相同的磁共振梯度回波和翻转角正弦值的比值与T1弛豫时间、质子密度以及组织的衰减时间
Figure FDA00028893177700000314
的关系分别相减，得到N个T1为未知数的线性方程。
10.根据权利要求8所述的获取装置，其特征在于，所述数学运算操作子单元，具体包括：对未知数为
Figure FDA0002889317770000041
和质子密度的N个方程进行取对数运算操作，得到未知数为
Figure FDA0002889317770000042
和质子密度的N个第二线性方程。
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