專利名稱：基于非即時(shí)分析的mri-cest診斷技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方案涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域。更具體地，該方案涉 及化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(CEST)型的磁共振成像(MRI)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
MRI是一種完善的技術(shù)(在醫(yī)療應(yīng)用設(shè)備的領(lǐng)域中)，其允許以基本無(wú)創(chuàng)的方式分 析患者的身體部分。一般而言，MRI基于高磁場(chǎng)對(duì)身體部分的施加。當(dāng)身體部分根據(jù)它的 特性以不同方式對(duì)磁場(chǎng)作出反應(yīng)時(shí)，通過(guò)該測(cè)量身體部分的磁響應(yīng)，就可能導(dǎo)出關(guān)于該身 體部分的形態(tài)和/或生理信息(例如，用于相應(yīng)圖像的顯示)。為此，在標(biāo)準(zhǔn)MRI技術(shù)中將磁脈沖施加于身體部分從而改變它的磁化。身體部分 的磁化然后根據(jù)相應(yīng)特性以不同弛豫時(shí)間返回到它的平衡條件。所以，當(dāng)其返回平衡條件 時(shí)身體部分的磁化的量度可以用于表示它的特性。優(yōu)選地，還向患者施與改變特定靶區(qū)的 馳豫時(shí)間的造影劑(例如釓絡(luò)合物)從而突顯該靶區(qū)。MRI-CEST技術(shù)改為利用能夠通過(guò)化學(xué)交換將它的飽和磁化轉(zhuǎn)移到水的CEST造影 劑(例如，順磁鑭系絡(luò)合物)。在該情況下，該飽和轉(zhuǎn)移的量度可以用于表示帶有CEST試 劑的靶區(qū)。為此，在CEST試劑的共振頻率下的飽和脈沖被施加于身體部分，從而通過(guò)消除 它的磁化來(lái)飽和CEST試劑；飽和轉(zhuǎn)移然后導(dǎo)致水磁化的相應(yīng)減小。所以，可以通過(guò)比較 在CEST試劑的共振頻率下的身體部分的磁化和表示身體部分單獨(dú)(即，沒(méi)有CEST試劑) 的磁化的參考值來(lái)測(cè)量飽和轉(zhuǎn)移；由于身體部分單獨(dú)的磁響應(yīng)圍繞水的共振頻率是基本 對(duì)稱的，因此參考值可以在相對(duì)于水的共振頻率與CEST試劑的共振頻率相反的參考頻率 下由身體部分的磁化限定。例如，在“Ward KM, Aletras AH, Balaban RS. A new class of contrast agents for MRI based on protonchemical exchange dependent saturation transfer (CEST). J MagnReson. 2000 ；143(1) :79-87"(其全部公開(kāi)內(nèi)容被引用于此作為參 考)中描述了 MRI-CEST技術(shù)。MRI-CEST技術(shù)允許選擇性地啟用CEST試劑(借助于在相應(yīng)共振頻率下的CEST試 劑的飽和脈沖)；所以，也有可能獲得表示相同身體部分中的更多CEST試劑的圖像。而且， 直接從身體部分的磁響應(yīng)獲得預(yù)期信息而不需要像(標(biāo)準(zhǔn))MRI技術(shù)中那樣比較采集圖像 和沒(méi)有任何造影劑的背景圖像。業(yè)已報(bào)導(dǎo)了關(guān)于MRI-CEST技術(shù)的可能應(yīng)用的若干研究；例如，MRI-CEST技術(shù)被提 出用于PH測(cè)量，細(xì)胞標(biāo)記，諸如葡萄糖、乳酸和鋅之類的診斷標(biāo)志物的成像，酶活性的可視 化和基因表達(dá)的監(jiān)測(cè)。然而，MRI-CEST技術(shù)仍然具有使它的實(shí)際利用面臨挑戰(zhàn)的一些缺陷。特別地，在 CEST試劑的共振頻率太接近水的共振頻率的情況下，由于溢出效應(yīng)(導(dǎo)致不利磁化擴(kuò)散) 可能在飽和轉(zhuǎn)移的測(cè)量中出現(xiàn)誤差。另一個(gè)誤差源是身體部分的磁響應(yīng)中的任何不對(duì)稱 (由身體部分中的自然磁化轉(zhuǎn)移導(dǎo)致)。而且，更多的誤差源自CEST試劑的共振頻率與水 的共振頻率的實(shí)際偏移相對(duì)于它的理論值的差異(由身體部分的異質(zhì)性導(dǎo)致)。另外的誤差可以是由于非最佳勻場(chǎng)和調(diào)諧、信號(hào)衰減、磁場(chǎng)的不均勻性和由于身體部分的不隨意運(yùn) 動(dòng)導(dǎo)致的移位和變形。所以，本領(lǐng)域中已知的MRI-CEST技術(shù)提供了用于靶區(qū)檢測(cè)的較差信噪比(CNR)。 所有以上因素限制了 MRI-CEST技術(shù)的精度(可能有靶區(qū)的誤測(cè))及其靈敏度(導(dǎo)致靶區(qū) 的漏測(cè))。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方案基于應(yīng)用非即時(shí)分析的思想。特別地，本發(fā)明的一個(gè)方面提出了一種用于分析身體部分的MRI-CEST診斷系統(tǒng)， 所述身體部分包括提供與身體部分的體基質(zhì)(bulk substrate)磁化轉(zhuǎn)移(例如飽和轉(zhuǎn)移) 的CEST試劑。所述系統(tǒng)包括提供輸入圖的輸入裝置，所述輸入圖包括多個(gè)輸入元素，每一 個(gè)元素分別針對(duì)身體部分的相應(yīng)位置；每個(gè)輸入元素指示所述位置的磁響應(yīng)的頻譜，所述 頻譜包括在造影劑的共振試劑頻率下(所述試劑頻率偏離體基質(zhì)的共振體頻率)和在偏離 體頻率與試劑相反的參考頻率下的磁響應(yīng)。所述系統(tǒng)還包括計(jì)算裝置，用于計(jì)算一組選定 位置集合中的每一個(gè)的試劑值(例如，指示當(dāng)CEST試劑飽和時(shí)的體磁化)和參考值(例如， 指示未飽和CEST試劑的體磁化)；在包括試劑頻率的非即時(shí)頻率試劑范圍中根據(jù)選定位置 的磁響應(yīng)計(jì)算試劑值，并且在包括參考頻率的非即時(shí)頻率參考范圍中根據(jù)選定位置的磁響 應(yīng)計(jì)算參考值(所述參考范圍關(guān)于體頻率與試劑范圍對(duì)稱)。比較裝置然后被提供用于計(jì) 算每個(gè)選定位置的參數(shù)值；根據(jù)選定位置的試劑值和參考值之間的比較計(jì)算參數(shù)值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，試劑頻率范圍和參考頻率范圍圍繞體頻率分別從不同 于試劑頻率的第一試劑限度擴(kuò)展到第二試劑限度，和從不同于參考頻率的第一參考限度擴(kuò) 展到第二參考限度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一試劑限度和第一參考限度由體頻率組成。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，試劑范圍以試劑頻率為中心并且參考范圍以參考頻率 為中心。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算裝置包括用于在試劑范圍中根據(jù)選定位置的磁響 應(yīng)的積分計(jì)算試劑值和用于在參考范圍中根據(jù)選定位置的磁響應(yīng)的積分計(jì)算參考值的裝置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算裝置包括在試劑范圍中根據(jù)選定位置的磁響應(yīng)的 積分的補(bǔ)余(complement)計(jì)算試劑值和用于在參考范圍中根據(jù)選定位置的磁響應(yīng)的積分 的補(bǔ)余計(jì)算參考值的裝置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，組合裝置包括用于根據(jù)中間值計(jì)算參數(shù)值的裝置；中 間值基于參考值和試劑值之間的第一比率。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，組合裝置包括用于將參數(shù)值設(shè)置為一減去中間值的裝置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，組合裝置包括用于將中間值設(shè)置為第一比率的裝置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，組合裝置包括用于根據(jù)第一比率與在參考頻率下的選 定位置的磁響應(yīng)和在試劑頻率下的選定位置的磁響應(yīng)之間的第二比率的組合計(jì)算中間值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，組合裝置包括用于將中間值設(shè)置為第一比率和第二比率的乘積的裝置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，輸入裝置包括用于估計(jì)每個(gè)選定位置的中心頻率的估 計(jì)裝置(所述中心頻率提供選定位置的磁響應(yīng)的最小值)，和用于將每個(gè)選定位置的體頻 率設(shè)置為選定位置的中心頻率的校正裝置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)輸入元素包括在頻率的工作范圍(所述工作范圍 包括體頻率、試劑頻率和參考頻率)中相應(yīng)位置的多個(gè)磁響應(yīng)的樣本陣列；估計(jì)裝置于是 包括用于關(guān)聯(lián)模型函數(shù)和每個(gè)選定位置的樣本陣列的裝置，和用于將每個(gè)選定位置的中心 頻率設(shè)置為相應(yīng)模型函數(shù)的最小值的裝置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括用于通過(guò)將相應(yīng)參數(shù)值賦予每個(gè)選定 位置來(lái)創(chuàng)建參數(shù)圖像的裝置，和用于顯示參數(shù)圖像的裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方案的另一個(gè)方面提出了一種相應(yīng)的后處理方法。特 別地，提出了一種將用于分析身體部分的信息的處理方法，所述身體部分包括提供與身體 部分的體基質(zhì)磁化轉(zhuǎn)移的CEST試劑。所述方法開(kāi)始于提供輸入圖的步驟，所述輸入圖包括 多個(gè)輸入元素，每一個(gè)元素分別針對(duì)身體部分的相應(yīng)位置；每個(gè)輸入元素指示所述位置的 磁響應(yīng)的頻譜，所述頻譜包括在造影劑的共振試劑頻率下(所述試劑頻率偏離體基質(zhì)的共 振體頻率)和在偏離體頻率與試劑相反的參考頻率下的磁響應(yīng)。所述方法繼續(xù)計(jì)算選定位 置的集合中的每一個(gè)的試劑值和參考值；在包括試劑頻率的非即時(shí)頻率試劑范圍中根據(jù)選 定位置的磁響應(yīng)計(jì)算試劑值，并且在包括參考頻率的非即時(shí)頻率參考范圍中根據(jù)選定位置 的磁響應(yīng)計(jì)算參考值(所述參考范圍關(guān)于體頻率與試劑范圍對(duì)稱)。然后計(jì)算每個(gè)選定位 置的參數(shù)值；根據(jù)選定位置的試劑值和參考值之間的比較計(jì)算參數(shù)值。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的解決方案的一個(gè)不同方面提出了一種相應(yīng)的診斷方 法。特別地，提出了一種用于分析身體部分的診斷方法，所述身體部分包括提供與身體部分 的體基質(zhì)磁化轉(zhuǎn)移的CEST試劑。所述方法開(kāi)始于提供輸入圖的步驟，所述輸入圖包括多個(gè) 輸入元素，每一個(gè)元素分別針對(duì)身體部分的相應(yīng)位置；每個(gè)輸入元素指示所述位置的磁響 應(yīng)的頻譜，所述頻譜包括在造影劑的共振試劑頻率下(所述試劑頻率偏離體基質(zhì)的共振體 頻率)和在偏離體頻率與試劑相反的參考頻率下的磁響應(yīng)。所述方法繼續(xù)計(jì)算一組選定位 置中的每一個(gè)位置的試劑值和參考值；在包括試劑頻率的非即時(shí)頻率試劑范圍中根據(jù)選定 位置的磁響應(yīng)計(jì)算試劑值，并且在包括參考頻率的非即時(shí)頻率參考范圍中根據(jù)選定位置的 磁響應(yīng)計(jì)算參考值(所述參考范圍關(guān)于體頻率與試劑范圍對(duì)稱)。然后計(jì)算每個(gè)選定位置 的參數(shù)值；根據(jù)選定位置的試劑值和參考值之間的比較計(jì)算參數(shù)值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供輸入圖的步驟包括將CEST試劑施予至所述身體 部分，并且從該身體部分采集輸入圖。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述診斷方法還包括根據(jù)相應(yīng)參數(shù)值推斷每個(gè)選定位 置的特性的步驟。上面參考系統(tǒng)所述的相同附加特征經(jīng)過(guò)必要的變通適用于后處理方法和診斷方 法(單獨(dú)或彼此組合)。本發(fā)明的另一個(gè)方面提出了一種相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序；特別地，所述計(jì)算機(jī)程序包 括當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)上運(yùn)行時(shí)用于導(dǎo)致所述系統(tǒng)執(zhí)行后處理方法的步驟 的代碼裝置。
本發(fā)明的又一個(gè)方面提出了一種相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。特別地，所述產(chǎn)品包括 具有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可使用介質(zhì)；當(dāng)在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)上運(yùn)行時(shí)，所述計(jì)算機(jī)程序?qū)е?所述系統(tǒng)執(zhí)行相同的后處理方法。


參考以下詳細(xì)描述將最佳地理解根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方案及其更 多的特征和優(yōu)點(diǎn)，以下詳細(xì)描述僅僅作為非限定性說(shuō)明給出，應(yīng)當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀(其 中相應(yīng)的元件由相同或相應(yīng)的參考標(biāo)記表示并且為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)不重復(fù)它們的解釋，并且為 了簡(jiǎn)化起見(jiàn)每個(gè)信號(hào)或參數(shù)的名稱通常用于表示它的類型和它的值)。具體地圖1是適用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方案的掃描器的圖示，圖2A-2B顯示了可以由掃描器提供的Z頻譜的示例性例子，圖3A-3D顯示了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的方案的典型應(yīng)用，圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方案與本領(lǐng)域中已知的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)之間的示例 性比較，圖5顯示了表示可以用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方案的主要軟件部件 任務(wù)的圖示，圖6A-6F顯示了本發(fā)明的不同實(shí)施例的電腦中(in silico)應(yīng)用和它們的相應(yīng)比 較，圖7A-7G顯示了本發(fā)明的不同實(shí)施例的體外應(yīng)用和它們的相應(yīng)比較，以及圖8A-8H顯示了本發(fā)明的不同實(shí)施例的半體內(nèi)和體內(nèi)應(yīng)用和它們的相應(yīng)比較。
具體實(shí)施例方式參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方案適用的MRI掃描器。掃描器100 包括用于患者110躺在上面接受分析的床臺(tái)105。床臺(tái)105可以在隧道115內(nèi)部滑動(dòng)。隧 道115容納永磁體120，該永磁體生成很高的靜態(tài)磁場(chǎng)Bo (例如，1-9T量級(jí))。多組梯度線 圈125(典型地，三組梯度線圈125，各自用于不同方向)與磁體120耦合以用于調(diào)節(jié)磁場(chǎng) Bo。隧道115還容納射頻(RF)線圈130，該射頻線圈將磁脈沖Bl施加到待分析的患者110 的特定身體部分，并且接收由相同身體部分返回的RF磁響應(yīng)信號(hào)；RF線圈130可以根據(jù)掃 描器110被設(shè)計(jì)用于的身體部分的類型(例如，肩，膝，脊柱，頭，等等)而具有不同結(jié)構(gòu)(例 如，表面線圈，鞍形線圈，亥姆霍茲線圈，等等)。隧道115帶有圍繞磁體120、梯度線圈125 和RF線圈130的磁屏蔽135 ；屏蔽135防止在隧道115內(nèi)部生成的磁場(chǎng)輻射到掃描器100 外部，同時(shí)保護(hù)隧道115內(nèi)部免于外部磁干擾。控制器140包括驅(qū)動(dòng)梯度線圈125和RF線圈130所需的所有部件(例如，RF發(fā)射 器，輸出放大器，等等)；控制器140也包括從身體部分采集響應(yīng)信號(hào)所需的所有部件(例 如，輸入放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器或ADC，等等)。而且，控制器140驅(qū)動(dòng)電機(jī)(未在圖中顯示)， 所述電機(jī)用于在隧道115中來(lái)回移動(dòng)床臺(tái)105。掃描器100借助計(jì)算機(jī)145 (例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)或PC)進(jìn)行管理，所述計(jì)算機(jī)與控 制器110聯(lián)接。計(jì)算機(jī)145具有容納所有它的主要部件(例如，微處理器，工作存儲(chǔ)器，硬 盤，可移動(dòng)磁盤的驅(qū)動(dòng)器，等等)的中央單元150，所述主要部件用于控制掃描器100和后處理采集到的響應(yīng)信號(hào)。監(jiān)視器155顯示與接受分析的身體部分相關(guān)的圖像。掃描器100的 操作借助于鍵盤160進(jìn)行控制；優(yōu)選地，鍵盤160帶有用于操縱監(jiān)視器155的屏幕上的指針 (未在圖中顯示)位置的跟蹤球。在操作中，患者110躺在床臺(tái)105(從隧道115抽出)上。然后使床臺(tái)105在隧道 115內(nèi)部滑動(dòng)，直到待分析的患者105的身體部分到達(dá)其內(nèi)的適當(dāng)位置。磁場(chǎng)Bo(由磁體 120和梯度線圈125生成)磁化身體部分的體基質(zhì)(即，水)。更具體地，每個(gè)水分子的兩 個(gè)質(zhì)子具有與磁場(chǎng)Bo—致的凈磁自旋。自旋可以沿與磁場(chǎng)Bo相同的方向或相反的方向定 向。在平衡條件下，沿磁場(chǎng)Bo的相同方向的自旋(在低能量狀態(tài)下)的數(shù)量稍稍超過(guò)與其 相反的自旋(在高能量狀態(tài)下)的數(shù)量。在宏觀水平，這產(chǎn)生沿磁場(chǎng)Bo的相同方向(縱向 ζ軸)的身體部分的每個(gè)位置的磁化，所述磁化取決于由于該身體部分的不同特性(例如組 織的類型、它的健康或病理狀況，等等)(即使差別太小以致于它們不能在實(shí)踐中用于表示 它們)導(dǎo)致的它的物理和/或化學(xué)性質(zhì)。掃描器100可以在標(biāo)準(zhǔn)MRI技術(shù)中用于成像身體部分。為此，RF線圈130在水的 共振(或拉莫爾)頻率下的磁脈沖施加到身體部分；水(共振)頻率取決于磁場(chǎng)Bo，使得 有可能通過(guò)控制磁場(chǎng)Bo (通過(guò)梯度線圈12 來(lái)選擇待成像的身體部分的特定視場(chǎng)(例如 它的切片)以在選定切片中提供預(yù)期值的水頻率。以此方式，自旋吸收將它們從低能量狀 態(tài)移動(dòng)到高能量狀態(tài)的能量。然后自旋返回到它們的平衡條件；在該相位中，每個(gè)位置的磁 化的橫向分量(在垂直于ζ軸的xy平面中)因此改變直到返回到零。然而，每個(gè)位置返回 到平衡條件(被稱為馳豫)所需的時(shí)間完全取決于它的特性。所以，通過(guò)在施加磁脈沖之 后不久(帶有低于任何可能的馳豫時(shí)間的延遲)測(cè)量每個(gè)位置的磁化的橫向分量，將獲得 可以用于顯示該位置的值。相同掃描器100也可以在MRI-CEST技術(shù)中用于表征身體部分。在該情況下，CEST 試劑(用于相應(yīng)靶區(qū))被施予至患者。CEST試劑包括能夠提供與周圍水的質(zhì)子的化學(xué)交 換的一團(tuán)(或更多)運(yùn)動(dòng)質(zhì)子。CEST試劑可以由內(nèi)源或外源分子形成。內(nèi)源CEST試劑 的例子是代謝物、酰胺質(zhì)子等。外源CEST試劑的例子是反磁CEST(DIACEST)試劑(例如 poly(U)和樹狀poly (rU)) JlP^ItCEST(PARACEST)試劑(例如鑭系絡(luò)合物)和脂質(zhì)體基 CEST(LIPOCEST)試劑(例如載有順磁鑭系絡(luò)合物的脂質(zhì)體)。所以，當(dāng)CEST試劑的平衡條件改變時(shí)(通過(guò)將一些自旋從低能量狀態(tài)移動(dòng)到高能 量狀態(tài))，該化學(xué)交換導(dǎo)致從CEST試劑到水的磁化轉(zhuǎn)移，具體地當(dāng)CEST試劑通過(guò)完全消除 它的磁化已被飽和時(shí)導(dǎo)致的飽和轉(zhuǎn)移。實(shí)際上，化學(xué)交換以高能量狀態(tài)中的水的自旋為代 價(jià)增加了低能量狀態(tài)中的CEST試劑的自旋的數(shù)量；同時(shí)，化學(xué)交換以低能量狀態(tài)中的CEST 試劑的自旋為代價(jià)增加了高能量狀態(tài)中的水的自旋的數(shù)量。總體上，這導(dǎo)致了低能量下的 水的自旋的減少以及在高能量狀態(tài)下的水的自旋的相應(yīng)增加。所以，如果飽和轉(zhuǎn)移的速度 (傾向于將水的自旋從低能量狀態(tài)移動(dòng)到高能量狀態(tài))快于CEST試劑和水兩者的馳豫時(shí)間 (傾向于將它們的自旋返回到相應(yīng)平衡條件)，則有可能觀察到水的磁化的減小(在CEST 試劑飽和后不久)。所以，通過(guò)測(cè)量每個(gè)位置的飽和轉(zhuǎn)移，將獲得指示CEST試劑對(duì)位置的影 響并且因此指示它的特性的參數(shù)。為此，在CEST試劑的共振頻率下將預(yù)飽和磁脈沖施加到身體部分(借助于RF線 圈130)(時(shí)間長(zhǎng)度足以飽和CEST試劑)。然后通過(guò)施加一連串圍繞水頻率對(duì)稱的工作頻率范圍(包括CEST (共振)頻率)內(nèi)的磁脈沖，并在隨后測(cè)量相應(yīng)磁化(如上所述)來(lái)采集 身體部分的每個(gè)位置的磁化的Z頻譜。在圖2A中用圖形表示了沒(méi)有任何CEST效應(yīng)的一般位置的Z頻譜的示例性例子， 所述圖形繪制了縱坐標(biāo)軸上的位置的磁化與橫坐標(biāo)軸上的磁脈沖的頻率之間的關(guān)系；相應(yīng) 點(diǎn)限定表示Z頻譜的曲線Zw。磁化用相對(duì)于它的最大值(通常在工作頻率范圍的端點(diǎn))的 規(guī)格化強(qiáng)度值(從0到1)來(lái)表達(dá)。頻率被表達(dá)為相對(duì)于以水頻率fV的百萬(wàn)分率(ppm)計(jì) 的水頻率fw(作為等于0的原點(diǎn))的偏移；在所述例子中，工作頻率范圍圍繞水頻率fw(例 如，根據(jù)磁場(chǎng)Bo在100-400MHz的量級(jí)，例如在7T下fw = 300MHz)從_50ppm的頻率偏移 到+50ppm的頻率(即，從300MHz-15KHz到300MHz+15KHz)。理論上，Z頻譜Zw關(guān)于水頻率 fw對(duì)稱；更具體地，磁化從值1 (在頻率偏移_50ppm下)減小到在水頻率fw下的(零)體 峰值，并在隨后以鏡像方式朝著值1 (在頻率偏移+50ppm下)再次增加。參見(jiàn)圖2B，受到CEST效應(yīng)的相同位置的Z頻譜的示例性例子改為由相應(yīng)曲線k 表示。在該情況下，當(dāng)CEST試劑飽和時(shí)從CEST試劑到水的飽和轉(zhuǎn)移減小了該位置的磁化。 所以，Z頻譜k現(xiàn)在表征為在CEST頻率fc下(在對(duì)水頻率fw的相應(yīng)CEST偏移處)具有 深度小于體峰值的另一個(gè)CEST峰值。然后可以通過(guò)比較在CEST頻率fc下可能包括CEST 試劑的位置的CEST磁化(表示為I )和表示沒(méi)有任何CEST試劑的位置的磁化的參考磁化 (表示為I°FF)來(lái)測(cè)量飽和轉(zhuǎn)移；由于沒(méi)有CEST效應(yīng)的Z頻譜圍繞水頻率fw對(duì)稱(如圖2A 中所示)，因此參考磁化I°FF由在對(duì)側(cè)參考頻率_fc (在偏離水頻率fw與CEST頻率fc相反 處)下的磁化給出。在本領(lǐng)域中已知的標(biāo)準(zhǔn)MRI-CEST技術(shù)中，飽和轉(zhuǎn)移經(jīng)典地由被稱為飽和轉(zhuǎn)移量 (ST)的參數(shù)測(cè)量，飽和轉(zhuǎn)移量通過(guò)以下公式計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種用于分析身體部分的MRI-CEST診斷系統(tǒng)(100)，其中所述身體部分包括提供與 所述身體部分的體基質(zhì)磁化轉(zhuǎn)移的CEST試劑，所述系統(tǒng)包括提供輸入圖的輸入裝置(505-550)，所述輸入圖包括各自針對(duì)身體部分的相應(yīng)位置的 多個(gè)輸入元素，每個(gè)輸入元素指示所述位置的磁響應(yīng)的頻譜，所述頻譜包括在造影劑的共 振試劑頻率下和在偏離體頻率與試劑相反的參考頻率下的磁響應(yīng)，其中所述試劑頻率偏離 體基質(zhì)的共振體頻率；用于計(jì)算一組選定位置中每一個(gè)位置的試劑值和參考值的計(jì)算裝置(555，563)，其中 根據(jù)選定位置在包括所述試劑頻率的非即時(shí)頻率試劑范圍中的磁響應(yīng)計(jì)算試劑值，并且根 據(jù)選定位置在包括參考頻率的非即時(shí)頻率參考范圍中的磁響應(yīng)計(jì)算參考值，所述參考范圍 關(guān)于所述體頻率與試劑范圍對(duì)稱；以及用于計(jì)算每個(gè)選定位置的參數(shù)值的比較裝置(565)，其中根據(jù)選定位置的試劑值和參 考值之間的比較計(jì)算參數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中所述試劑范圍和所述參考范圍圍繞體頻率 分別從不同于試劑頻率的第一試劑限度擴(kuò)展到第二試劑限度，和從不同于參考頻率的第一 參考限度擴(kuò)展到第二參考限度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其中所述第一試劑限度和所述第一參考限度由 體頻率組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其中所述試劑范圍以試劑頻率為中心并且參考 范圍以參考頻率為中心。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(100)，其中所述計(jì)算裝置(555，563)包 括用于根據(jù)選定位置在試劑范圍中的磁響應(yīng)的積分來(lái)計(jì)算試劑值并且用于根據(jù)選定位置 在參考范圍中的磁響應(yīng)的積分計(jì)算參考值的裝置655)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(100)，其中所述計(jì)算裝置(555，563)包 括用于根據(jù)選定位置在試劑范圍中的磁響應(yīng)的積分的補(bǔ)余計(jì)算試劑值并且用于根據(jù)選定 位置在參考范圍中的磁響應(yīng)的積分的補(bǔ)余計(jì)算參考值的裝置(563)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(100)，其中所述組合裝置(56 包括用 于根據(jù)中間值計(jì)算參數(shù)值的裝置，所述中間值則基于參考值和試劑值之間的第一比率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(100)，其中所述組合裝置(565)包括用于將參數(shù)值設(shè) 置為一減去中間值的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)(100)，其中所述組合裝置(565)包括用于將中間 值設(shè)置為第一比率的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)(100)，其中所述組合裝置(565)包括用于根據(jù)第 一比率與選定位置在參考頻率下的磁響應(yīng)和選定位置在試劑頻率下的磁響應(yīng)之間的第二 比率的組合計(jì)算中間值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)(100)，其中所述組合裝置(565)包括用于將中間值 設(shè)置為第一比率和第二比率的乘積的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(100)，其中所述輸入裝置(505-550) 包括用于估計(jì)每個(gè)選定位置的中心頻率的估計(jì)裝置(525，535)，其中所述中心頻率提供選定位置的磁響應(yīng)的最小值；以及用于將每個(gè)選定位置的體頻率設(shè)置為該選定位置的中心頻率的校正裝置645)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)(100)，其中每個(gè)輸入元素包括相應(yīng)位置在工作頻率 范圍中的多個(gè)磁響應(yīng)的樣本陣列，其中所述工作頻率范圍包括體頻率、試劑頻率和參考頻 率，所述估計(jì)裝置(525,53 包括用于關(guān)聯(lián)模型函數(shù)和每個(gè)選定位置的樣本陣列的裝置(525)；以及用于將每個(gè)選定位置的中心頻率設(shè)置為相應(yīng)模型函數(shù)的最小值的裝置(535)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(100)，還包括用于通過(guò)將相應(yīng)參數(shù)值賦予每個(gè)選定位置來(lái)創(chuàng)建參數(shù)圖像的裝置(575)；以及用于顯示所述參數(shù)圖像的裝置(595)。
15.一種處理將用于分析身體部分的信息的后處理處理方法(Al-All)，其中所述身體 部分包括提供與該身體部分的體基質(zhì)磁化轉(zhuǎn)移的CEST試劑，所述方法包括如下步驟提供(A2-紛輸入圖，所述輸入圖包括各自針對(duì)身體部分的相應(yīng)位置的多個(gè)輸入元 素，每個(gè)輸入元素指示所述位置的磁響應(yīng)的頻譜，所述頻譜包括在造影劑的共振試劑頻率 下和在偏離體頻率與試劑相反的參考頻率下的磁響應(yīng)，其中所述試劑頻率偏離體基質(zhì)的共 振體頻率；計(jì)算(A6-A7) —組選定位置中的每一個(gè)位置的試劑值和參考值，其中根據(jù)選定位置在 包括試劑頻率的非即時(shí)頻率試劑范圍中的磁響應(yīng)計(jì)算試劑值，并且根據(jù)選定位置在包括參 考頻率的非即時(shí)頻率參考范圍中的磁響應(yīng)計(jì)算參考值，所述參考范圍關(guān)于體頻率與試劑范 圍對(duì)稱；以及計(jì)算(A8)每個(gè)選定位置的參數(shù)值，其中所述參數(shù)值根據(jù)選定位置的試劑值和參考值 之間的比較來(lái)計(jì)算。
16.一種用于分析身體部分的診斷方法，其中所述身體部分包括提供與該身體部分的 體基質(zhì)磁化轉(zhuǎn)移的CEST試劑，所述方法包括如下步驟提供輸入圖，所述輸入圖包括各自針對(duì)身體部分的相應(yīng)位置的多個(gè)輸入元素，每個(gè)輸 入元素指示所述位置的磁響應(yīng)的頻譜，所述頻譜包括在造影劑的共振試劑頻率下和在偏離 體頻率與試劑相反的參考頻率下的磁響應(yīng)，其中所述試劑頻率偏離體基質(zhì)的共振體頻率；計(jì)算一組選定位置中的每一個(gè)位置的試劑值和參考值，其中根據(jù)選定位置在包括試劑 頻率的非即時(shí)頻率試劑范圍中的磁響應(yīng)計(jì)算試劑值，并且根據(jù)選定位置在包括參考頻率的 非即時(shí)頻率參考范圍中的磁響應(yīng)計(jì)算參考值，所述參考范圍關(guān)于體頻率與試劑范圍對(duì)稱； 以及計(jì)算每個(gè)選定位置的參數(shù)值，其中所述參數(shù)值根據(jù)選定位置的試劑值和參考值之間的 比較來(lái)計(jì)算。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中提供輸入圖的步驟包括將CEST試劑施予至所述身體部分；以及從所述身體部分采集所述輸入圖。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，還包括如下步驟根據(jù)相應(yīng)參數(shù)值推斷每個(gè)選定位置的特性。
19.一種計(jì)算機(jī)程序(500)，包括當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(100)上運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致所述系統(tǒng)執(zhí)行如權(quán)利要求15所述的方法(Al-All)的步驟的代碼裝置。
20. 一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括具有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可使用介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)程序 當(dāng)在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)上運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致所述系統(tǒng)執(zhí)行處理將用于分析身體部分的信息的后處理 方法，其中所述身體部分包括提供與該身體部分的體基質(zhì)磁化轉(zhuǎn)移的CEST試劑，所述方法 包括如下步驟提供輸入圖，所述輸入圖包括各自針對(duì)身體部分的相應(yīng)位置的多個(gè)輸入元素，每個(gè)輸 入元素指示所述位置的磁響應(yīng)的頻譜，所述頻譜包括在造影劑的共振試劑頻率下和在偏離 體頻率與試劑相反的參考頻率下的磁響應(yīng)，其中所述試劑頻率偏離體基質(zhì)的共振體頻率；計(jì)算一組選定位置中的每一個(gè)位置的試劑值和參考值，其中根據(jù)選定位置在包括試劑 頻率的非即時(shí)頻率試劑范圍中的磁響應(yīng)計(jì)算試劑值，并且根據(jù)選定位置在包括參考頻率的 非即時(shí)頻率參考范圍中的磁響應(yīng)計(jì)算參考值，所述參考范圍關(guān)于體頻率與試劑范圍對(duì)稱； 以及計(jì)算每個(gè)選定位置的參數(shù)值，其中所述參數(shù)值根據(jù)選定位置的試劑值和參考值之間的 比較來(lái)計(jì)算。
全文摘要
提出了一種用于分析身體部分的MRI-CEST領(lǐng)域的方案，其中所述身體部分包括提供與所述身體部分的體基質(zhì)磁化轉(zhuǎn)移的CEST試劑。一種相應(yīng)的診斷系統(tǒng)(100)包括提供輸入圖的輸入裝置(505-550)，所述輸入圖包括各自針對(duì)身體部分的相應(yīng)位置的多個(gè)輸入元素；每個(gè)輸入元素指示所述位置的磁響應(yīng)的頻譜，所述頻譜包括在造影劑的共振試劑頻率(偏離體基質(zhì)的共振體頻率的試劑頻率)下和在偏離體頻率與試劑相反的參考頻率下的磁響應(yīng)。所述系統(tǒng)還包括用于計(jì)算一組選定位置中每一個(gè)位置的試劑值和參考值的計(jì)算裝置(555，563)；在包括所述試劑頻率的非即時(shí)頻率試劑范圍中根據(jù)選定位置的磁響應(yīng)計(jì)算試劑值，并且在包括參考頻率的非即時(shí)頻率參考范圍中根據(jù)選定位置的磁響應(yīng)計(jì)算參考值(所述參考范圍關(guān)于所述體頻率與試劑范圍對(duì)稱)。隨后提供用于計(jì)算每個(gè)選定位置的參數(shù)值的比較裝置(565)；根據(jù)選定位置的試劑值和參考值之間的比較計(jì)算參數(shù)值。
文檔編號(hào)G01R33/28GK102132169SQ200980133070
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2009年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月26日
發(fā)明者D·L·朗格, D·德里·卡斯特利, E·特雷諾, F·烏格里, J·斯坦卡內(nèi)羅, S·艾米 申請(qǐng)人:伯拉考成像股份公司