專利名稱：擴散加權磁共振成像中用穩(wěn)態(tài)序列確定adc系數(shù)的方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及核自旋斷層造影(同義詞為磁共振斷層造影，MRT)，如其在醫(yī)學中用于檢查患者。這里，本發(fā)明尤其涉及在擴散加權的磁共振成像中確定ADC系數(shù)的方法。
背景技術：
MRT以核自旋共振的物理現(xiàn)象為基礎，并作為產(chǎn)生圖像的方法成功地應用在醫(yī)學和生物物理中已有超過15年的歷史。在這種檢查方法中，待查物體被施加一個強的恒定磁場。這樣，物體中原來沒有規(guī)則方向的原子的核自旋將被校準。高頻波此時能夠?qū)ⅰ坝行虻摹痹雍俗孕畛商囟ǖ恼袷?。該振蕩在MRT中產(chǎn)生實際的測量信號，該信號由適當?shù)慕邮站€圈接收。其中，通過由梯度線圈產(chǎn)生的不均勻磁場可以對測量物體可以在所有三個空間方向上進行編碼，這通常被稱為“位置編碼”。
在對疾病生理過程進行評價時，特別是在人腦中，例如在中風的情況下，按照行為的新的MR技術，即擴散加權的磁共振斷層造影技術被證明是特別有效的。
擴散由分子的熱遷移運動造成。這里涉及的是隨機過程，其也被稱為布朗分子運動。在擴散加權MRT測量中考慮的分子移動距離是極小的；例如擴散的水分子按照不受限制的典型方式在任意方向上在100ms中的距離大約為20μm以及在1s內(nèi)的距離為60μm。這種距離處于單個細胞(特別是人的細胞組織)的數(shù)量級中。通過使用特別強的磁-梯度場(所謂的擴散梯度)，在這種技術中該磁場持久地或者脈沖地疊加到上述位置編碼的梯度場上，使得各分子(特別是水)集體擴散運動在對磁共振信號的衰減中可以被注意到。因此，根據(jù)取決于不同因素的擴散的強度，擴散出現(xiàn)的區(qū)域或多或少地作為暗的區(qū)域表示在實際的MRT圖像中。在擴散加權的磁共振成像中信號產(chǎn)生的具體理論將在結合附圖對圖形描述中說明。
在擴散加權的成像的開始階段，一個問題是對于如心臟運動、呼吸等以及與此相關的例如腦的波動(在液體中的腦運動)等非擴散型運動的特別的敏感性。使用擴散成像作為醫(yī)療檢查方法，使得快速測量技術的持續(xù)發(fā)展，例如回波平面成像(英語為Echo-Planar-Imaging，EPI)成為可能。EPI是MRT中特別快速的測量方法。在應用單脈沖回波平面成像(Single-Shot-Echo-Planar-Imaging，SSEPI)序列時，可以減少或者避免由于不可避免的運動類型造成的圖像偽影。在常規(guī)擴散加權成像序列中可能出現(xiàn)的運動在SSEPI中在某種程度上被“凍結”。但是，由于SSEPI相位編碼造成的一個缺點是極其強烈的T2*敏感性(T2*是在考慮本地磁場不均勻性條件下橫向磁化的蛻變周期)和極其強烈的相位敏感性。兩者尤其在具有典型短暫T2時間的人類組織的身體成像中，均造成強烈的圖像分辨?zhèn)斡盎蛘咦冃蝹斡啊?br> “非EPI序列”(統(tǒng)稱為穩(wěn)態(tài)序列)，例如FISP(英語為Fast-Imaging-with-Steady-Precession，具有穩(wěn)態(tài)精度的快速成像)和PSIF(FISP的倒置)，通常用在一般的旋轉彎曲相位編碼技術中(spin warp-Phasenkodiertechnik)(通過相位編碼梯度的離散相位增加)，并且相對與上述偽影是不敏感的。通常在這種序列中使用一個α＜90°的HF激勵脈沖接入單極性的(正的或者負的)、一般是脈沖形式的擴散梯度。這種HF脈沖α獨立于擴散梯度在一個磁化向量上具有三個不同的影響特性1.使磁化向量相對于縱向方向(z軸)翻轉翻轉角(Flipwinkle)α，2.使磁化向量反轉180°，和3.對磁化向量沒有影響。
如后面要結合附圖詳細解釋的那樣，由于HF激勵脈沖的這三種特性產(chǎn)生了縱向和橫向磁化(也稱為“回波路徑”)的不同分支的相位變化，每個縱向和橫向磁化具有一個不同的擴散時間Δi。在一個確定的回波路徑的總相位變化期間，對應的T1和T2權重也取決于相位特性或者相位歷史，該相位歷史通過一個所施加的擴散梯度再次經(jīng)歷了一種扇形化。總共產(chǎn)生一個MRT信號，該信號通過多個回波路徑的匯合而構成，因而具有不再能計算的復雜性。
一幅擴散加權的MRT圖像由表征擴散特征的按像素方式確定的DADC值(英語為Apparent-diffusion-Coefficient，表觀擴散系數(shù)，ADC系數(shù))產(chǎn)生，該DADC值是從分別使用的序列的測量信號以及表征實驗特征的B值計算出來的。為此，在一個具有單極性擴散梯度脈沖的擴散加權PSIF序列中，當集成所有回波路徑時，各T1和T2值以及所使用的實際HF脈沖的翻轉角度分配α(z)必須對于所選擇的層精確地已知[R.Buxton，J.of MagneticResonance in Medicine 29，235-243(1993)]。而在迄今為止應用的(穩(wěn)態(tài))序列中則不是如此，所以不可能在考慮精確的T2權重的條件下精確地計算DADC值。結果是擴散加權的圖像具有強烈的偽影。
由于這個原因Y.Zur，E.Bosak，N.Kaplan在Journal of MagneticResonance in Medicine 37，716-722(1997)中建議，用雙極性擴散梯度替代單極性擴散梯度。由此補償了由于擴散梯度造成的相位變化的扇形化。由此，擴散時間Δ被完好的定義，而且可以針對不同擴散梯度的幅度從兩種擴散測量中近似計算ADC。
但是，已經(jīng)公知在應用雙極性擴散梯度的條件下計算出來的擴散系數(shù)仍然強烈依賴于各T2值，這同樣造成明顯的偽影S.Ding，H.Trillaud et al.J.ofMagnetic Resonance in Medicine 34，586-595(1995)]。M.H.Cho和C.H.Cho已經(jīng)在Society of Magnetic Resonance in Medicine的論文集p.911 Amsterdam(1989)中在理論上指出，如果對所測量的PSIF信號(S-)已知一個對應的FISP信號(S+)并給出一個對應的公式，則可以去除在應用雙極性擴散系數(shù)時的T2加權。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是，特別優(yōu)選地對該公式所需要的測量量進行測量，以便可以沒有偽影地計算出DADC值。
按照本發(fā)明，提出了一種用于在擴散加權的MRT成像中確定擴散加權圖像的方法，該方法具有下列步驟a)借助于DESS序列(Double Echo Steady State Sequenz，雙回波穩(wěn)態(tài)序列)測量并存儲一個非擴散加權數(shù)據(jù)組和一個擴散加權數(shù)據(jù)組，其中，對于該非擴散加權數(shù)據(jù)組依次接通兩個讀出梯度，而對于該擴散加權數(shù)據(jù)組在兩個讀出梯度之間接通一個雙極性擴散梯度脈沖序列(Diffusionsgradientenpulszug)，b)在該非擴散加權數(shù)據(jù)組和擴散加權數(shù)據(jù)組的基礎上，以及在一個表征擴散加權測量的特征的值的基礎上，計算一個擴散加權MRT圖像。
該雙極性擴散梯度脈沖序列優(yōu)選地由一個正的和一個負的擴散梯度脈沖組成，其各具有幅度G0以及-G0和相同的脈沖寬度δ。按照本發(fā)明，該兩個脈沖直接相互跟隨。這種梯度接入補償了出現(xiàn)的相移的影響。
最后，擴散加權MRT圖像的計算，通過擴散加權數(shù)據(jù)組和非擴散加權數(shù)據(jù)組組合的商的圖像，繼而對該商求對數(shù)以及用對應于擴散加權測量的b值進行加權而實現(xiàn)。
按照本發(fā)明，通過像素的方式建立ADC系數(shù)DADC實現(xiàn)擴散加權MRT圖像的成像，而ADC系數(shù)也是按像素的方式從所采集的數(shù)據(jù)組中根據(jù)下列公式確定的DADC=12*bbiplnSo-*SDiff+SDiff-*So+]]>其中，So+和So-表示按FISP回波信號和PSIF回波信號形式的非擴散加權測量的數(shù)據(jù)組，以及SDiff+和SDiff-表示按FISP回波信號和PSIF回波信號形式的擴散加權測量的數(shù)據(jù)組，而其中，bbip是表示擴散加權測量的特征的值，其按照下列公式通過雙極性擴散梯度的狀態(tài)和所考慮的核共振自旋形式的旋磁系數(shù)γ給出bbip=16γ2G02δ3]]>如果按照本發(fā)明將S+信號與S-信號相比，用更高的帶寬進行測量，則總的測量時間可以具有優(yōu)點地由此而明顯減少。
為了避免可能出現(xiàn)的偽影，優(yōu)選的是將兩個信號S+和S-用同樣大的帶寬進程測量，其中，對S-信號通過多梯度回波序列進行多次測量，并對測得的S-信號求平均。
優(yōu)選地在求平均中采用平方和方法。
按照本發(fā)明也可以通過投影-重構方法來采集數(shù)據(jù)組SDiff-，SDiff+，So-，So+。
此外，本發(fā)明要求保護一種用于實施按照本發(fā)明方法步驟的核自旋斷層造影設備。


下面，對本發(fā)明的優(yōu)點、特征和特性借助于參照附圖的優(yōu)選實施方式詳細說明。其中，圖1示意地示出了一臺核自旋斷層造影設備，圖2A示意地示出了一個自旋回波序列的梯度脈沖電流函數(shù)在時間上變化，圖2B示意地示出了在自旋回波序列中k矩陣的時間掃描，圖3示意地示出了在持久施加的擴散梯度的影響下在自旋回波實驗中橫向磁化的相位變化Φ以及信號的形成，圖4示意地示出了在自旋回波實驗中相移和以擴散為條件的相移中由磁化部分共同構成的橫向磁化的相位變化Φ，圖5示意地示出了Stejskal-Tanner擴散加權的自旋回波序列，圖6示意地示出了DESS序列的結構以及在FISP和PSIF下各磁化向量的相位變化，圖7示出了按照本發(fā)明的MRT測量序列的第一實施方式，該序列具有雙極性擴散梯度和FISP和PSIF測量，圖8示出了按照本發(fā)明的MRT測量序列的第二實施方式，該序列具有雙極性擴散梯度、FISP測量、以及PSIF測量的n次多梯度回波測量，圖9示出了按照本發(fā)明的MRT測量序列的第三實施方式，該序列具有雙極性擴散梯度和在應用投影-重構方法下的FISP和PSIF測量。
具體實施例方式
圖1示意地示出了一臺核自旋斷層造影設備，用于按照本發(fā)明產(chǎn)生梯度脈沖。這里，核自旋斷層造影設備的構造與常規(guī)斷層造影設備的構造相對應?；敬艌龃盆F1產(chǎn)生一個時間上恒定的強磁場，使例如一個人體待查部位的對象的檢查區(qū)域中的核自旋被極化或者校準。核自旋共振測量所要求的基本磁場的高均勻性例如在一個球型測量空間M中被定義，待檢查的人體部分被送入該空間。為了對均勻性要求提供支持以及特別是消除時間上不變的影響，在合適的位置加裝了由鐵氧磁性材料制成的填隙片。時間上變化的影響通過由補償供電15控制的補償線圈2消除。
在基本磁場磁鐵1中安裝了一個由三個分繞組組成的圓柱型梯度線圈系統(tǒng)3。每個分繞組通過一個放大器14被提供電流以便在笛卡兒坐標系中產(chǎn)生各自方向上的一個線性梯度磁場。其中，梯度線圈系統(tǒng)3的第一分繞組產(chǎn)生在x方向上的梯度Gx，第二分繞組產(chǎn)生在y方向上的梯度Gy，而第三分繞組產(chǎn)生在z方向上的梯度Gz。每個放大器14包括一個數(shù)模轉換器，該轉換器由一個序列控制18控制，用于準時地產(chǎn)生梯度脈沖。
在梯度線圈系統(tǒng)3內(nèi)有一個高頻天線4，它將由高頻功率放大器給出的高頻脈沖變換成交變磁場，該磁場用于對待檢查的對象或?qū)ο蟮拇龣z查部位的原子核進行激勵或者對核自旋進行校準。高頻天線4還將從上述核自旋出發(fā)的交變磁場，即通常由一個或多個高頻線圈和一個或多個梯度線圈的脈沖序列引起的核自旋回波信號，變換成一種電壓，該電壓經(jīng)放大器7送至高頻系統(tǒng)22的高頻接收信道8。該高頻系統(tǒng)22包括另外一個發(fā)送信道9，在該信道中產(chǎn)生用于激勵磁核共振的高頻脈沖。其中，各高頻脈沖根據(jù)由設備計算機20給定的脈沖序列在序列控制單元18中用復數(shù)數(shù)列數(shù)字地表示出。該數(shù)的序列作為實部和虛部通過各自的輸入12送至高頻系統(tǒng)22中的一個數(shù)模轉換器并從那送至發(fā)送信道9。在發(fā)送信道9中將該脈沖序列調(diào)制到一個高頻載波上，該載波的基本頻率對應于在測量空間中核自旋的諧振頻率。
通過發(fā)射接收轉換器6實現(xiàn)由發(fā)射操作到接收操作的轉換。高頻天線4向測量空間M中發(fā)射高頻脈沖來激勵核自旋，并對產(chǎn)生的回波信號進行掃描。相應獲得的核共振信號在高頻系統(tǒng)22的接收信道8中相位敏感地被解調(diào)制，并通過各自的模數(shù)轉換器變換成測量信號的實部和虛部。通過圖像計算機17從由此獲得的測量數(shù)據(jù)中重構出圖像。測量數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)和控制程序的管理通過設備計算機20進行。根據(jù)控制程序的預先規(guī)定，序列控制18控制各所需脈沖序列的產(chǎn)生和對應的k空間的掃描。其中，序列控制18尤其控制梯度在時間上正確的接通、以規(guī)定的相位和幅度發(fā)送高頻脈沖，以及接收核共振信號。高頻系統(tǒng)22和序列控制18的時間基準由合成器19提供。對產(chǎn)生核自旋圖像的相應控制程序的選擇以及對該產(chǎn)生的核自旋圖像的顯示通過終端21實現(xiàn)，該終端包括一個鍵盤以及一個或多個顯示器。
本發(fā)明在于對新的穩(wěn)態(tài)序列的開發(fā)以及設計，通過擴散加權的MRT成像顯著地改善了復雜的T2影響以及由于運動形成的偽影。按照本發(fā)明，序列存儲在合成器19中并由序列控制18執(zhí)行。
為了更好的理解，下面結合示意圖，特別是連同一個自旋回波實驗，解釋擴散加權成像的理論和步驟。
在MRT中數(shù)據(jù)的記錄在一個所謂的k空間(同義詞頻率空間)中進行。在所謂圖像空間中MRT圖像借助于傅立葉變換與在k空間的MRT數(shù)據(jù)相關聯(lián)。處于k空間的對象的位置編碼借助于在所有三個空間方向上的梯度進行。在此，對層的選擇(確定對象的一個拍攝層，通常是z軸)、頻率編碼(確定在該層中的一個方向，通常是x軸)和相位編碼(確定該層中的第二維，通常是y軸)進行區(qū)分。
即，首先例如在z方向上選擇性地激勵一個層。在該層中位置信息的編碼通過組合相位編碼和頻率編碼實現(xiàn)，借助于該編碼產(chǎn)生兩個已經(jīng)提到正交梯度場，其在一個在z方向上激勵的層的舉例中通過同樣已經(jīng)提到的梯度線圈在x和y方向上產(chǎn)生。
在圖2A和圖2B中示出了一個在MRT實驗中記錄數(shù)據(jù)的例子。所使用的序列是自旋回波序列。在該序列中通過一個90°激勵脈沖實現(xiàn)在x-y平面內(nèi)的自旋磁化。隨著時間的持續(xù)(1/2TE；TE是回波時間)出現(xiàn)磁化部分的相移ΔΦ，該磁化部分在x-y平面中構成了整個橫向磁化。經(jīng)過一定的時間(例如1/2TE)一個180°脈沖在x-y平面上這樣照射，即，在不改變單個磁化部分的進動方向和進動速度的情況下，使相移的磁化成分反射。在另一個時間長度1/2TE之后磁化成分又在同一個方向上，即出現(xiàn)了一個稱為“相移”的橫向磁化的再生成。橫向磁化的完整再生成被稱為自旋回波。
為了測量待測量對象的一個完整的層，將成像序列對于不同的相位編碼梯度例如Gy重復N次，其中，在每個序列通過時的核共振信號(自旋回波信號)的頻率通過按Δt定時的模擬數(shù)字轉換器(英語為Analog DigitalConverter)，在讀出梯度Gx存在的條件下按等距離的時間長度Δt進行探測、數(shù)字化和存儲。按照這種方式根據(jù)圖2得到逐行表示的、具有N×N數(shù)據(jù)點的數(shù)字矩陣(在k空間的矩陣或者k矩陣)。具有N×N數(shù)據(jù)點的對稱矩陣只是一個例子，也可以產(chǎn)生非對稱的矩陣或者位于k空間的矩陣。由這種在k空間的數(shù)據(jù)組，可以通過對直接MRT圖像的傅立葉變換，按N×N的分辨率重構所考慮的層。
讀出必須在一個相對于橫向磁化T2的蛻變小的時間內(nèi)結束。否則k矩陣的不同行將對應于其獲取的順序被不同地加權某些位置頻率被突出，而其它的則會被壓制。
在一個擴散加權的自旋回波實驗可能的舉例中，按照圖3施加一個恒定的強擴散梯度25。如果該自旋通過90°脈沖在x-y平面上被掃描，則其開始要精確地位于一個軸(例如x軸)上。在擴散梯度25的強附加場之下，自旋開始出現(xiàn)相移，即在一定時間之后其具有一定的角度Φ。按照圖3該時間上的角度變化Φ(也稱為相位Φ)取決于所加擴散梯度25的持續(xù)時間(在一個時間上有限的擴散梯度脈沖的情況下)和強度。在一定的時間(TE/2)之后180°脈沖開始照射。在該時間點上磁化達到相移Φ1。通過180°脈沖磁化在x-y平面上反轉(-Φ1)并開始相移，直到在時間TE之后到達最大可能的回波23。
在造成擴散的核自旋共振物質(zhì)(例如水分子)的位置改變中，在照射90°脈沖和180°脈沖之間的任意時刻τ特性不同。例如如果分子向擴散梯度強度較高的位置移動，則其與不移動的物質(zhì)(相位Φ1)相比在更高本地磁場中經(jīng)歷更強的相移。如果在簡單的情況下該移動的擴散(difffundierte)物質(zhì)保持在新的位置，則其磁化在更大的相位Φ2下經(jīng)歷由于180°脈沖的反轉。由于更高的本地磁場相位在反轉之后也具有一個時間上看更陡峭的變化，這造成擴散物質(zhì)的磁化在讀出時刻TE具有一個附加相位Δ。這造成擴散物質(zhì)的橫向磁化在整體上提供了比不移動的物質(zhì)更小的回波信號24。
這可以結合圖4進一步看出左側是不移動的核共振材料由磁化部分組合的橫向磁化在回波時刻(TE)的矢量表示。可以看出，該磁化再次到達其在90°脈沖時刻對應的起始值的最大值(∑↑＝Imax)。在右側可以看出，移動(擴散)的核共振物質(zhì)的磁化部分在回波時刻具有一個不同的相位ΔΦ，而因此矢量和給出一個比理論上更小的磁化(∑↑＜Imax)。
總之可以得出擴散越大即在梯度磁場中核共振物質(zhì)的位置變化越大，則在該區(qū)域中的核共振信號就越小。因此，強擴散區(qū)域在信號衰減中可以看出。
在MRT中的擴散加權成像要求高擴散梯度場強，因為上面描述的效果極小。在一個如圖3描述的、盡管強但為恒定的擴散梯度中有這樣的缺點，即回波的讀出也要在一個強梯度下進行，因此按照關系帶寬＝1/讀出時間由強梯度得到短的讀出時間，要按較高的帶寬測量信號。高帶寬意味著，將實際的核共振信號在一個非常寬的頻帶上進行測量，由此同時測量了非常多的噪聲。
由于這種原因，將擴散編碼和對編碼后的核共振信號的讀出分開。
具有脈沖擴散梯度的擴散加權自旋回波測量首先由Stejskal和Tanner公開(Stejskal and Tanner，Journal of Chemical Physics，42，288(1965))并在圖5中示意地表示出脈沖形式的擴散梯度DDiff具有相對于其它磁場梯度(GS，GP，GR)高數(shù)倍的幅度(DDiff≈10×GR)，具有一個確定的時間寬度δ，并具有也被稱為擴散時間的、確定的時間間隔Δ。
所示的序列一方面具有這樣的優(yōu)點，即可以通過使用非常小的讀出梯度，用非常小的帶寬讀出該回波。另一方面，定義的量DDiff，δ和Δ尤其這樣確定了擴散測量的時間特性，使得可以通過所謂的b值在數(shù)學上描述在擴散加權的MRT實驗中梯度脈沖的影響極其后果b=γ2GDiff2δ2(Δ-δ3)[smm2]]]>其中γ表示所考慮的自旋形式(通常是氫氣)的旋磁系數(shù)。用b加權的描述擴散的物理值通常被稱為“擴散系數(shù)D”，并按照關系D≈Tηa3[mm2s]]]>表示一個自然常數(shù)，其中，T是溫度，η和a是待測擴散材料的粘度和分子半徑。確切的單位由在考慮一個這里沒有給出的比例系數(shù)的條件下產(chǎn)生。在實際中擴散測量通過其它例如機器的穩(wěn)定性、流體運動偽影等流動效應的破壞，為了測量擴散系數(shù)D必須考慮這樣的效果。由于這種原因“表觀擴散系數(shù)”(英語為Apparent-diffusion-Coefficient，ADC)DADC的稱謂被普遍接受，為了包含一個擴散加權的MRT圖像要在擴散加權的MRT實驗中對該系數(shù)進行測量。
在所謂兩點方法中這樣得到一個層的擴散加權的MRT圖像，即，首先采用不同的b值(b1和b2)對同一層測量兩幅擴散加權的MRT圖像，由這兩幅圖像按像素的方式計算DADC值并將其表示在該層的圖像矩陣中。
一個擴散加權測量的核共振信號可以在數(shù)學上表示為SDiff=S0*e(-TET2)*e(-bD).]]>系數(shù)e(-bD)通常被稱為“擴散加權”，并以按擴散為條件的信號衰減為特征。通過第二衰減系數(shù) 考慮到了在回波時間TE期間通過T2描述的橫向磁化的蛻變。S0描述了測量和組織參數(shù)，例如自旋密度、重復時間、旋轉角度等等。
通過商的建立每個像素的DADC值可以僅僅通過每個像素的兩個測量值S1和S2以及通過兩個不同的b值b1和b2如下計算DADC=ln(S1S2)/(b2-b1)]]>如果將這樣計算出的DADC值填入到層矩陣，則得到該層的擴散加權圖像。不同的b值通常通過變動擴散梯度參數(shù)G、Δ和δ獲得。出于測量方法速度的原因值S1和S2優(yōu)選地通過單脈沖回波平面成像(英語為Single-Shot-Echo-Planar-Imaging，SSEPI)獲得。由此可以避免以運動為條件的圖像偽影。但是，正如本文開始提到的，SSEPI序列具有一種通過以相位編碼形式為條件的、強烈的T2敏感性或者相位敏感性，該敏感性造成極其強烈的圖像分辨?zhèn)斡盎蛘咦冃蝹斡?。由于目前缺少其它選擇這點必須將就。
1989年M.H.Cho和C.H.Cho在“Society of Magnetic Resonance inMedicine”的論文集p.911 Amsterdam(1989)中在理論上指出，在擴散加權的MRT成像中在采用雙極性擴散梯度脈沖和兩個擴散加權SSFP(英語為Steady-State-Free-Precession，穩(wěn)態(tài)自由進動)信號S+和S-(分別在有和沒有擴散梯度時測得)已知的條件下，可以給出一個用于計算擴散系數(shù)DADC的簡單公式DADC=12*bbiplnSo-*SDiff+SDiff-*So+]]>其中，So-是沒有擴散梯度條件下的PSIF序列的信號，So+是沒有擴散梯度條件下的FISP序列的信號，SDiff+是有雙極性擴散梯度GDiff條件下的PSIF序列的信號，SDiff-是有雙極性擴散梯度GDiff條件下的FISP序列的信號，而bbip是上述擴散加權的雙極性PSIF以及FISP測量的b值。
該商同樣形象地由所產(chǎn)生的不同圖像構成、對其求對數(shù)和用相應的b值bbip加權。
上述用于確定DADC系數(shù)的公式明顯地具有這樣的優(yōu)點，即，穩(wěn)態(tài)信號(這些信號是借助于常規(guī)的自旋彎曲相位編碼技術產(chǎn)生的)的使用對于偽影是不敏感的，而偽影在用EPI序列進行擴散加權的MRT測量中起到了破壞作用。
采用雙極性擴散梯度在技術上不成問題；對于雙極性擴散加權的MRT測量各設備配置對應的b值bbip可以容易地給出。
各SSFP值(So-，So+，SDiff-和SDiff+)的實驗確定在理論上是通過時間上相互跟隨的FISP序列和PSIF序列或者相反來實現(xiàn)的。這種結合兩個測量序列的措施基本上意味著一種測量時間的結合，其具有與此相關的嚴重缺點，即由此FISP和PSIF序列相對于流體和脈沖干擾的格外的敏感性，同時測量了極大地影響擴散加權圖像質(zhì)量的偽影。
在本發(fā)明中建議，為了測量對于上述公式所需的SSFP信號，同時獲取信號S+和S-。這種序列被稱為DESS(英語為Double Echo Steady State雙回波穩(wěn)態(tài))序列。DESS為FISP序列結合了附加的PSIF序列的信號獲取，并尤其為例如在液體積聚(例如在關節(jié)損傷中)的情況那樣的、具有較長弛豫時間T2的組織提供了一個良好的T2對比度。為此，通常在同一個序列中產(chǎn)生FISP和PSIF序列，然后進行相加。
在圖6中示出了一個DESS序列。根據(jù)各激勵脈沖α通過讀出梯度的第一再定相(rephasierenden)的脈沖產(chǎn)生FISP回波。就這點而言，F(xiàn)ISP表示了讀出梯度。FISP激勵橫向磁化矢量的、在相移和再定相的變化在圖6的下部用明的陰影線表示出。
PSIF是一個反向展開的FISP序列(因此縮寫為“PSIF”)。在PSIF技術中利用到了，每個HF脈沖不僅具有一個激勵成分而且也具有一個再聚焦(refokussieren)成分。如果觀察一個PSIF序列的多個激勵，則對一個測量的激勵再聚焦地影響到前面測量的橫向成分(橫向磁化)PSIF激勵橫向磁化矢量的、在相移和再定相的變化在圖6的下部用暗的陰影線表示出。產(chǎn)生的一種回波，其用讀出梯度的第二再定相脈沖讀出。因為用第一激勵產(chǎn)生的PSIF信號直到第二激勵周期的結束才讀出，所以回波時間等于雙倍的重復時間。因此，產(chǎn)生的PSIF回波具有一個特別高的T2權重。嚴格地講PSIF不屬于梯度回波的類別；這里更多的是自旋回波序列。由此PSIF相對于現(xiàn)存的磁化率不敏感。
本發(fā)明在于將DESS序列應用到擴散加權的MRT成像中。為此，按照本發(fā)明將DESS序列第一次使用雙極性擴散梯度進行測量，而第二次不使用雙極性擴散梯度進行測量，其中，按照本發(fā)明將該雙極性擴散梯度在FISP信號的讀出和PSIF信號的讀出之間直接接入。按照本發(fā)明，在各自序列中測得的FISP和PSIF信號(S+和S-)不是相加，而是分別存儲(例如在設備計算機20中)并用在上述公式。該公式中同樣需要的b值bbip通過雙極性擴散梯度的幅度和脈沖寬度給出。由此，可以為測量層的每個像素計算DADC值。最后，該層所有DADC值的矩陣表示給出了一幅沒有偽影的擴散加權圖像。
圖7示出了一個按照本發(fā)明序列的第一實施方式，該序列中在雙極性擴散梯度之前以及之后對一個FISP和一個PSIF信號進行測量。在HF脈沖α期間接通層選擇梯度GS。緊隨其后按照一個讀出梯度GA(在通過相位編碼梯度GP同時的相位編碼)的相移脈沖，接通一個產(chǎn)生FISP回波信號的、相移的讀出脈沖。在HF脈沖和FISP回波之間的時間稱為回波時間TE+。在獲得FISP回波之后雙極性地接通具有梯度幅度G0和脈沖寬度δ的擴散梯度，并隨后通過另一個讀出梯度的梯度脈沖讀出PSIF回波S-。還在下一個HF激勵脈沖之前將PSIF讀出梯度再定相地接通，而相位編碼梯度的相位編碼通過一個相應反轉的相位編碼脈沖撤消。在獲得PSIF回波和HF脈沖之間的時間記為TE-，使得可以通過TE-＝2*TR-te給出PSIF回波的回波時間。其中，TR是通常的重復時間，即相互跟隨的HF激勵脈沖之間的時間。
嚴格地講，一個PSIF回波由多個不是必須相互跟隨的HF脈沖的再聚焦組成，這導致了針對橫向及縱向磁化的相位變化的一種復雜的扇形化(英語為Splitting，分裂)。該扇形化可以簡單地通過所謂回波路徑表示，這些回波路徑各自具有不同的時間變化，特別是具有不同的擴散時間Δi，i指示直到形成一個確定回波路徑的各PSIF回波HF脈沖的數(shù)目。由于擴散梯度脈沖的雙極性以及由于由多少反轉的讀出梯度脈沖同時讀出兩個回波FISP和PSIF，抵消了特別是PSIF信號產(chǎn)生的復雜性。這種情況又反映在按照Cho的公式的簡單中。
將圖7中按照本發(fā)明的序列與圖6中常規(guī)的DESS序列進行比較，則看出，在圖7中沒有給定DESS序列的完全的對稱。其不必如此，但卻是本發(fā)明一個優(yōu)選的方面，并具有下列的理由FISP回波S+在本質(zhì)上具有比PSIF回波S-更高的信號噪聲比(英語為Signal-to-Noise-Ratio，SNR)，PSIF回波S-由于HF激勵脈沖的相對低的再聚焦部分信號噪聲比相對小。因此，PSIF回波S-要求一個時間上長的讀出脈沖(更長的ADC，其中這里ADC再次表示讀出的模擬數(shù)字轉換器)。FISP回波S+的讀出可以在一個短數(shù)倍的時間中實現(xiàn)，其中，為此讀出梯度必須具有一個相應更高的幅度。換言之，這意味著FISP回波可以用更寬的帶寬測量，而沒有SNR損失，由此，從測量的總的時間區(qū)間來看，合計起來極大地減少了測量時間。
如果用不同的帶寬按照本發(fā)明的第一實施方式對FISP回波和PSIF回波進行測量，則可能(例如由于化學移動)導致，F(xiàn)ISP圖像與所產(chǎn)生的PSIF圖像比較在位置上移動地獲得。在按照Cho的公式建立商時這會引起明顯的和因此起干擾作用的偽影。為了避免這點，本發(fā)明的第二實施方式在于，使用一個所謂的n重回波序列(n重梯度列)來讀出PSIF回波，如圖8中為n＝3所示。一個這種n重回波序列由多個(典型為2n)與FISP回波讀出脈沖同樣脈沖寬度的其它梯度脈沖組成。這提供了n個用與FISP回波相同的帶寬進行測量的PSIF回波信號。通過對單獨獲得的PSIF回波信號的相加和隨后的求平均(例如構成平方和)，仍然給出如按照圖7的較長時間的讀出(ADC)相同的靈敏度(SNR)。
另外，還可以將上面描述的、按照本發(fā)明同時的雙極性擴散加權獲取技術，按照圖9用于公知的MRT投影-重構方法中。該投影-重構方法(Lauterbur，New York 1973)是在磁共振斷層造影中最老的成像方法的一種，并由于不同原因目前正經(jīng)歷這一種復興。它是一個可以從一系列的投影中計算數(shù)字圖像的方法。為此，(如同在所有其它MRT的成像方法，特別是在2維或者3維傅立葉變換斷層造影那樣)按照圖9通過一個層選擇梯度GS對待檢查空間中的一個軸上的層進行激勵或者選擇。緊隨其后將一個保持相同的梯度GBild轉動一個小的角度增量ΔΦ，其中每次產(chǎn)生一個投影。這樣，一個由N×N像素組成的圖像的重構需要N個獨立的投影，這些投影本身通過N個點定義。這樣在平面坐標中獲得的投影可以按笛卡兒方式通過兩個正交的梯度Gx和Gy描述，其中不經(jīng)限制一般地成立Gy＝GBildsin(φ)，Gx＝GBildcos(φ)。
將按照本發(fā)明的序列與該投影-重構方法的結合起到了明顯地減少運動偽影的作用。
最后，要通過一個粗略的估算將雙極性擴散加權MRT與單極性的進行比較。具有單極性梯度脈沖的經(jīng)典的Stejskal-Tanner擴散加權序列(如圖5所示)，按照前面已經(jīng)說明的數(shù)學公式bmono=γ2GDiff2δ2(Δ-δ3)]]>計算。如果擴散時間Δ等于擴散梯度的脈沖寬度δ(Δ＝δ)，則成立bmono=23γ2GDiff2δ3.]]>如果在雙極性擴散梯度接通中采用相同的脈沖寬度，則還成立δbip=12δmono.]]>這意味著，對于按照本發(fā)明的雙極性序列的b值bbip=2mal18bmono=14bmono]]>據(jù)此在Cho的公式中所需的b值bbip可以如下計算bbip=16γ2G02δ3.]]>上述的估算表明，對于一個使用單極性技術可比較的組織擴散效果，在雙極性的方法中必須施加一個具有高出數(shù)倍幅度的擴散梯度。
此外，按照本發(fā)明的序列的擴散梯度脈沖GDiff的雙極性具有這樣的優(yōu)點，即，可以補償擴散梯度脈沖的非線性或者變形，其以通過梯度磁場的建立和去除而在金屬導電平面(冷卻電路、填隙片等等)上感應的渦流為條件。
權利要求
1.一種用于在擴散加權磁共振成像中確定擴散加權圖像的方法，該方法包括以下步驟a)借助于雙回波穩(wěn)態(tài)序列測量并存儲一個非擴散加權數(shù)據(jù)組和一個擴散加權數(shù)據(jù)組，其中，對于該非擴散加權數(shù)據(jù)組依次接通兩個讀出梯度，而對于該擴散加權數(shù)據(jù)組在兩個讀出梯度之間接通一個雙極性擴散梯度脈沖序列，b)在該非擴散加權數(shù)據(jù)組和擴散加權數(shù)據(jù)組的基礎上，以及在一個表征擴散加權測量特征的值的基礎上，計算擴散加權磁共振圖像。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述雙極性擴散梯度脈沖序列由一個正的和一個負的擴散梯度脈沖組成，它們分別具有幅度G0和-G0，并具有相同的脈沖寬度δ，其中，這兩個擴散梯度脈沖相互直接跟隨。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述擴散加權磁共振圖像的計算，是通過擴散加權數(shù)據(jù)組和非擴散加權數(shù)據(jù)組組合的商的圖像，繼而對該商求對數(shù)以及用對應于擴散加權測量的b值進行加權而實現(xiàn)的。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，通過逐像素顯示ADC系數(shù)DADC構成擴散加權磁共振圖像，該ADC系數(shù)DADC是按照以下公式逐像素地從所采集的數(shù)據(jù)組確定的DADC=12*bbiplnSo-*SDiff+SDiff-*So+]]>其中，So+和So-表示按FISP回波信號和PSIF回波信號形式的非擴散加權測量的數(shù)據(jù)組，以及SDiff+和SDiff-表示按FISP回波信號和PSIF回波信號形式的擴散加權測量的數(shù)據(jù)組，其中，bbip表示擴散加權測量特征值，其按照下列公式通過雙極性擴散梯度的狀態(tài)和所考慮的核共振自旋形式的旋磁系數(shù)γ給出bbip=16γ2Go2δ3.]]>
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，將所述S+信號與所述S-信號進行比較，用更高的帶寬進行測量。
6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，對所述兩個信號S+和S-用同樣大的帶寬進行測量，其中，對所述S-信號通過一個多梯度回波序列進行多次測量，并對測得的S-信號求平均。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述求平均通過平方和方法實現(xiàn)。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，通過投影-重構的方法實現(xiàn)所述數(shù)據(jù)組SDiff-，SDiff+，So-，So+的采集。
9.一種核自旋斷層造影設備，用于實施根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在擴散加權MRT成像中確定擴散加權圖像的方法，該方法包括以下步驟a)借助于DESS序列(Double Echo Steady State Sequenz，雙回波穩(wěn)態(tài)序列)測量并存儲一個非擴散加權數(shù)據(jù)組和一個擴散加權數(shù)據(jù)組，其中，對于該非擴散加權數(shù)據(jù)組依次接通兩個讀出梯度，而對于該擴散加權數(shù)據(jù)組在兩個讀出梯度之間接通一個雙極性擴散梯度脈沖序列，b)在該非擴散加權數(shù)據(jù)組和擴散加權數(shù)據(jù)組的基礎上，以及在一個表征擴散加權測量特征的值的基礎上，計算一個擴散加權MRT圖像。
文檔編號G01R33/563GK1499218SQ20031010299
公開日2004年5月26日 申請日期2003年10月31日 優(yōu)先權日2002年10月31日
發(fā)明者邁克爾·戴姆林, 邁克爾 戴姆林 申請人:西門子公司