專利名稱：磁共振成像設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁共振(MR)領(lǐng)域。本發(fā)明具體應(yīng)用于結(jié)合MR成像方法 及MR掃描器以用于醫(yī)學(xué)中的診斷目的。
背景技術(shù)：
在MR成像中，向?qū)ο?病人)施加由RF脈沖和切換磁場梯度組成的 脈沖序列以產(chǎn)生磁共振信號，掃描這些磁共振信號以便由此獲得信息并重 建該對象的圖像。從其初始發(fā)展以來，應(yīng)用MRI的臨床相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)量己 經(jīng)大大地增長了。 MRI幾乎可以應(yīng)用于身體的每一部分，而且它可以用于 獲得關(guān)于人體的很多重要功能的信息。在MRI掃描的過程中施加的脈沖序 列完全確定重建圖像的特征，諸如對象中圖像切片的定位和取向、尺度、 分辨率、信噪比、對比度、運(yùn)動的靈敏度等等。MRI設(shè)備的操作者必須選
擇適當(dāng)?shù)男蛄?，并且必須為各個應(yīng)用調(diào)整和優(yōu)化其參數(shù)。
在MR成像中存在若干應(yīng)用，這些應(yīng)用需要在一個單次激發(fā)中采集受 檢査體內(nèi)部的整個切片。在這種情況下，通常EPI (回波平面成像)是所選 擇的方法。EPI通常使用初始空間選擇性90。 RF脈沖來激發(fā)感興趣圖像切 片內(nèi)的核磁化。該初始脈沖產(chǎn)生回波信號，此后該回波信號由快速交替極 性的讀出磁場梯度反復(fù)地重聚焦以形成一串多個梯度回波。這些梯度回波 中的每一個通常由發(fā)生在所述回波之間的附加小梯度脈沖進(jìn)行不同的相位 編碼。雖然EPI序列可以在很短的時間(例如幾十毫秒)內(nèi)收集完整的MR 圖像數(shù)據(jù)集，但它需要所用的MR設(shè)備具有比較高性能的硬件。對于高場 強(qiáng)MR成像，EPI是特別有意思的，因為從在發(fā)射的RF功率上的接收信號 功率(SAR)方面來說它非常有效。不幸的是，EPI易于受到重大圖像失真 的影響，該圖像失真是由主磁場不均勻性、T2弛豫和在回波串的相對長的 持續(xù)時間內(nèi)發(fā)展的化學(xué)位移效應(yīng)引起的。在期望實現(xiàn)高圖像分辨率的情況 下，這是EPI的一個特別嚴(yán)重的缺點。原因在于圖像分辨率的增加總是意
5味著EPI回波串的持續(xù)時間的相應(yīng)增加。
眾所周知的是，EPI序列的前述問題和缺點可以通過將附加RF脈沖合 并到成像序列內(nèi)來解決。這些方法已知為多激發(fā)EPI或GRASE，如其在例 如文獻(xiàn)US 5,270,654中所進(jìn)行的描述。這些已知技術(shù)的主要缺點是它們高 得多的RF能量淀積(SAR)，這會很容易超過人體當(dāng)前可接受的安全極限。

發(fā)明內(nèi)容
因此，很容易意識到存在對改進(jìn)的MR設(shè)備和方法的需求。因此本發(fā) 明的主要目的是提供一種技術(shù)，其能夠?qū)崿F(xiàn)具有最小的發(fā)射RF功率的高分 辨率的MR成像。
根據(jù)本發(fā)明，公開了一種用于對置于檢查體積中的身體進(jìn)行MR成像 的設(shè)備，所述設(shè)備包括
用于在所述檢查體積中建立基本均勻的主磁場的裝置， 用于產(chǎn)生疊加在所述主磁場上的切換磁場梯度的裝置， 用于朝向所述身體輻射RF脈沖的裝置， 用于控制所述磁場梯度和所述RF脈沖的產(chǎn)生的控制裝置， 用于接收和采樣MR信號的裝置，以及
用于根據(jù)所述信號樣本形成MR圖像的重建裝置。本發(fā)明的所述設(shè)備 的特征在于其被布置為
a) 通過使所述身體的至少一部分承受單一 RF脈沖和多個切換磁場梯 度來產(chǎn)生MR回波信號的序列，所述切換磁場梯度受到控制以產(chǎn)生MR回 波信號的至少兩個子序列，其中每個子序列通過在相位編碼方向上進(jìn)行二 次采樣而橫過k空間內(nèi)的不同軌跡；
b) 采集并采樣所述MR回波信號；
c) 根據(jù)所述信號樣本和與MR回波信號的所述子序列相關(guān)聯(lián)的相位/ 振幅校正圖重建MR圖像。
本發(fā)明的要點在于將所施加的MR成像脈沖序列的k空間軌跡細(xì)分為 兩個或更多個k空間遍(pass)。由于在相位編碼方向上的二次采樣，在這 一方向上的k空間軌跡的行進(jìn)比在傳統(tǒng)EPI序列中更快。為了完全覆蓋k 空間，產(chǎn)生MR回波信號的兩個或更多個子序列。在每個k空間遍期間，橫過k空間中的不同軌跡。對于根據(jù)本發(fā)明的圖像重建，初始時將MR回 波信號的子序列的信號樣本視為不同的信號數(shù)據(jù)集。根據(jù)這些數(shù)據(jù)集重建 的獨立MR圖像包含很強(qiáng)的偽影，這些偽影是由在相位編碼方向上的二次 采樣以及丁2衰減、磁場不均勻性和化學(xué)位移效應(yīng)引起的。通過組合所述不 同的信號數(shù)據(jù)集并通過使用與MR回波信號的所述子序列相關(guān)聯(lián)的相位/振 幅校正圖來消除這些偽影。所述相位/振幅校正圖包含關(guān)于T2衰減、磁場不 均勻性和在信號采集時間段內(nèi)發(fā)展的化學(xué)位移效應(yīng)的先驗知識。根據(jù)本發(fā) 明對通過前述效應(yīng)實現(xiàn)的所采集的磁共振信號的編碼加以利用，以便顯著 加速在相位編碼方向上的k空間軌跡的行進(jìn)。以這種方式，能夠?qū)崿F(xiàn)高分 辨率的單次激發(fā)成像，其中有效地補(bǔ)償了由T2、場不均勻性、化學(xué)位移和 類似效應(yīng)引起的所有圖像失真。因為僅需要單一RF脈沖，本發(fā)明的成像程 序的SAR是最小的。
在已知的所謂"SENSE"技術(shù)(參見例如Pruessmann等人，Magnetic Resonance in Medicine, 42巻，952頁，1999年)中，以二次采樣方式同時 使用磁共振設(shè)備的多個接收線圈來采集磁共振信號。相對于幾何空間中完 整的預(yù)定視場實際需要的相位編碼步驟，增加了 k空間中的相位編碼步驟。 該二次采樣導(dǎo)致減小的視場。遵照SENSE技術(shù)，分別根據(jù)每個接收線圈的 二次采樣數(shù)據(jù)重建圖像。由于二次采樣，這些中間圖像包含折疊或所謂的 混疊現(xiàn)象。基于接收線圈的己知空間靈敏度分布，可以借助于矩陣計算將 對中間圖像的折疊圖像值的獨立貢獻(xiàn)分解(展開)為全視場內(nèi)空間位置處 的圖像值。以這種方式，利用通過接收線圈的空間靈敏度分布進(jìn)行的對所 采集的磁共振信號的空間編碼，以便加速圖像采集程序。當(dāng)采用已知的 SENSE技術(shù)來計算完整視場的最終圖像時，全視場相對于減小的場的尺度 比率也被稱為減小因子或簡單稱為SENSE因子。
本發(fā)明提議在圖像重建過程中以類似SENSE的方式組合與不同k空間 遍相關(guān)聯(lián)的采樣回波信號。根據(jù)本發(fā)明，使用關(guān)于T2、場不均勻性、化學(xué) 位移和類似效應(yīng)的先驗知識(而非關(guān)于線圈靈敏度分布的先驗知識)來消 除圖像偽影。
實際上，根據(jù)本發(fā)明對磁場梯度進(jìn)行控制，從而使得MR回波信號的 每個子序列的k空間軌跡與其他子序列的軌跡相交叉。這是在信號采集過程中在相位編碼方向上完全覆蓋k空間的最直接的方法。該交叉方案還有 助于改進(jìn)根據(jù)信號樣本和相位/振幅校正圖的圖像重建結(jié)果的數(shù)值穩(wěn)定性。
本發(fā)明的成像技術(shù)可以有利地與上述傳統(tǒng)SENSE方法相組合。為了這 一目的，本發(fā)明的MR設(shè)備可以包括用于接收來自所述身體的所述MR回 波信號的兩個或更多個接收天線，所述接收天線具有不同的靈敏度分布。 在這種情況下，將所述MR設(shè)備進(jìn)一步布置為根據(jù)所述信號樣本并根據(jù)與 MR回波信號的所述子序列相關(guān)聯(lián)的所述相位/振幅校正圖并且根據(jù)所述接 收天線的所述靈敏度分布來重建所述MR圖像。可以在相位編碼方向上施 加附加的二次采樣，以便進(jìn)一步增加成像速度。在這種情況下，在利用用 于采集信號的兩個或更多個接收天線的同時通過MR回波信號的全體子序 列來對k空間不完全采樣。
在本發(fā)明的實際實施方式中，借助于以減小的空間分辨率執(zhí)行的參考 測量來確定圖像重建所需的相位/振幅校正圖(以及接收天線的靈敏度分布 (如果可用))。參考掃描的RF脈沖及切換磁場梯度二者的成像序列應(yīng)該類 似于用于實際圖像采集的成像序列，以便確保由T2、場不均勻性和化學(xué)位 移引起的相位失真和振幅失真是相同的。但是必須在不進(jìn)行二次采樣的情 況下執(zhí)行參考掃描，即在k空間的相位編碼方向上具有減小的行進(jìn)速度。 在這種情況下，可以確保根據(jù)MR回波信號的獨立子序列重建的參考圖像 沒有二次采樣偽影(混疊)。參考測量的最終減小的分辨率滿足對依賴于位 置的相位和振幅校正值的確定。
本發(fā)明不僅涉及設(shè)備而且涉及方法，該方法用于對置于MR設(shè)備的檢 査體積中的身體的至少一部分進(jìn)行磁共振成像。所述方法包括以下步驟
a) 通過使所述身體的至少一部分承受單一 RP脈沖和多個切換磁場梯 度來產(chǎn)生MR回波信號的序列，所述切換磁場梯度受到控制以產(chǎn)生MR回 波信號的至少兩個子序列，其中每個子序列通過在相位編碼方向上進(jìn)行二 次采樣而橫過k空間內(nèi)的不同軌跡；
b) 采集并采樣所述MR回波信號；
c) 根據(jù)所述信號樣本和與MR回波信號的所述子序列相關(guān)聯(lián)的相位/ 振幅校正圖重建MR圖像。
具有用于執(zhí)行本發(fā)明的MR程序的計算機(jī)程序可以有利地在任何普通
8計算機(jī)硬件上實現(xiàn)，目前這種計算機(jī)程序在臨床應(yīng)用上用于控制磁共振掃
描器?？梢詫⒃撚嬎銠C(jī)程序提供在適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)載體上，諸如CD-ROM或磁 盤。作為替代，其也可以由用戶從互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器上下載。
以下附圖公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。然而，應(yīng)該理解的是，設(shè)計 這些附圖僅僅是為了舉例說明的目的而不是作為對本發(fā)明的界限的限定。


在附圖中，
圖la示出傳統(tǒng)EPI成像序列的k空間采樣方案的圖表；
圖lb示出根據(jù)本發(fā)明的k空間采樣方案的圖表；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的MRI掃描器的一種實施方式。
具體實施例方式
傳統(tǒng)上，EPI序列如圖la所示地橫過k空間。所產(chǎn)生和所采集的MR 回波信號的鋸齒形的k空間軌跡在相位編碼方向ky上比較緩慢地行進(jìn)。本 發(fā)明提議通過采用更大的ky步長而在k空間更快的行進(jìn)，這可以在圖lb中 看出。為了完全覆蓋k空間，根據(jù)所示的實施方式生成MR回波信號的4 個分離的子序列。它們的k空間軌跡在圖lb中分別由實線、虛線、點線和 點劃線示出。每個子序列橫過k空間中的不同軌跡。很明顯，沿著圖lb所 示的完整軌跡采集和采樣MR信號的全部掃描時間基本上等于根據(jù)圖la所 示的傳統(tǒng)方案所需的時間。然而，在圖lb的實施方式中，由MR回波的單 一子序列在相位編碼方向上以4倍的更快速度橫過k空間，由此使所有失 真(例如化學(xué)位移效應(yīng))減小到1/4。當(dāng)然，穿過k空間的一個單一的(二 次釆樣的)遍并不足以進(jìn)行圖像重建。為了完全覆蓋k空間，該軌跡在每 個遍之后在k空間中返回，另一個遍起始于k空間中的一個位置，該位置 相對于上一個起始位置稍微偏移。結(jié)果，MR回波信號的每個子序列的k 空間軌跡與其他子序列的軌跡相交叉，以便在所述相位編碼方向上對k空 間完全采樣。如果以圖lb所示的方式簡單地填充k空間，不同種類的圖像 偽影將完全惡化由這一數(shù)據(jù)集的Fourier變換重建的圖像。其原因在于存在 對所采集的信號的顯著(相位和振幅)調(diào)制，該調(diào)制是由丁2衰減、在采集時間內(nèi)發(fā)展的化學(xué)位移以及主磁場不均勻性引起的。根據(jù)本發(fā)明，需要特
定的圖像重建方案以便補(bǔ)償這些干擾效應(yīng)。從4個k空間遍采集和采樣的 MR信號數(shù)據(jù)最初被視為k空間內(nèi)的線的8個不同子集正向第一遍、反向 第二遍、正向第二遍，等等。這些子集的每一個均為8倍的二次采樣信號 數(shù)據(jù)集。存在8個這樣的二次采樣數(shù)據(jù)集，根據(jù)本發(fā)明以類似SENSE的方 式重建這些二次采樣數(shù)據(jù)集。不像傳統(tǒng)的SENSE,這些子集不以空間線圈 靈敏度進(jìn)行區(qū)分，而是以相位和振幅進(jìn)行區(qū)分，其中通過由化學(xué)位移效應(yīng) 導(dǎo)致的依賴于位置的相移、由磁場不均勻性導(dǎo)致的依賴于位置的相移、由 T2弛豫導(dǎo)致的依賴于位置的振幅變化以及由不同遍在ky方向上不一致的事 實引起的預(yù)期失相來確定該相位和振幅。與SENSE類似，重建程序需要關(guān) 于這些位置依賴性的知識。根據(jù)本發(fā)明，通過根據(jù)信號樣本子集和相位/振 幅校正圖重建最終的MR圖像來考慮相位失真和振幅失真，所述相位/振幅 校正圖包含相關(guān)效應(yīng)及其位置依賴性的相關(guān)先驗知識?？梢越柚谙鄳?yīng)的 參考測量容易地獲得這些相位/振幅圖。參考測量的k空間軌跡應(yīng)該類似于
實際圖像采集方案，但是在相位編碼方向上具有減小的行進(jìn)速度，以便避 免二次釆樣。參考測量的最終減小的分辨率滿足對相位/振幅校正圖的確定。 圖lb所示的方案的k空間線可以比理論上根據(jù)Nyquist法則所需的選 擇得稍微密一些。這將增加總的采集時間，但是將改進(jìn)圖像重建的數(shù)值穩(wěn) 定性。從圖lb可以看出，附加的改進(jìn)是采用后續(xù)遍之間的EPI序列的稍微 不同的回波延遲時間，以便避免已經(jīng)根據(jù)SENSE算法解出的線性方程組中 的奇點。
在圖2中以框圖顯示出根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像設(shè)備1。裝置1包括一 組主磁線圈2和三組梯度線圈3、 4和5，主磁線圈2用于產(chǎn)生靜態(tài)均勻主 磁場，梯度線圈3、 4和5用于疊加具有受控強(qiáng)度并在選擇方向上具有梯度 的附加磁場。按照慣例，將主磁場的方向標(biāo)示為z方向，將與其垂直的兩 個方向標(biāo)示為x方向和y方向。通過電源ll向梯度線圈供電。裝置l還包 括用于向身體7發(fā)射射頻(RF)脈沖的輻射發(fā)射器6，即天線或線圈，所 述輻射發(fā)射器6耦合到調(diào)制器8用于產(chǎn)生和調(diào)制RF脈沖。還提供了接收天 線10a、 10b、 10c用于接收MR信號，這些接收天線可以例如是具有不同 空間靈敏度分布的分離平面線圈。將所接收的MR信號輸入到解調(diào)器9中。用于梯度線圈3、 4和5的調(diào)制器8、發(fā)射器6和電源11由控制系統(tǒng)12控 制以產(chǎn)生根據(jù)上述發(fā)明用于MR成像的實際成像序列。該控制系統(tǒng)通常是 具有存儲器和程序控制的微型計算機(jī)。對于本發(fā)明的實際實現(xiàn)方式，其包 括用對如上所述的成像程序的描述進(jìn)行編程。解調(diào)器9耦合到例如計算機(jī) 的數(shù)據(jù)處理單元14用于根據(jù)本發(fā)明的方法與己知的SENSE展開算法的組 合將所接收的磁共振信號變換為圖像。在這種情況下，必須考慮天線10a、 10b、 10c的空間靈敏度分布以及與所采用的k空間采樣方案相關(guān)聯(lián)的相位/ 振幅校正圖。例如，可以使最終圖像在視覺顯示單元15上可見。
權(quán)利要求
1、一種用于對置于檢查體積中的身體(7)進(jìn)行MR成像的設(shè)備，所述設(shè)備(1)包括用于在所述檢查體積中建立基本均勻的主磁場的裝置(2)，用于產(chǎn)生疊加在所述主磁場上的切換磁場梯度的裝置(3、4、5)，用于朝向所述身體(7)輻射RF脈沖的裝置(6)，用于控制所述磁場梯度和所述RF脈沖的所述產(chǎn)生的控制裝置(12)，用于接收和采樣MR信號的裝置(10)，以及用于根據(jù)所述信號樣本形成MR圖像的重建裝置(14)，將所述設(shè)備(1)布置為a)通過使所述身體(7)的至少一部分承受單一RF脈沖和多個切換磁場梯度來產(chǎn)生MR回波信號的序列，所述切換磁場梯度受到控制以產(chǎn)生MR回波信號的至少兩個子序列，其中每個子序列通過在相位編碼方向(ky)上進(jìn)行二次采樣而橫過k空間中的不同軌跡；b)采集并采樣所述MR回波信號；c)根據(jù)所述信號樣本和與MR回波信號的所述子序列相關(guān)聯(lián)的相位/振幅校正圖重建MR圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，將所述設(shè)備進(jìn)一步布置為控制所述磁場梯度，從而使得MR回波信號的每個子序列的k空間軌跡與其他子序列的軌跡相交叉，以便在所述相位編碼方向(ky)上對k空間完全采樣。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中，借助于單次激發(fā)EPI (回波平面成像)序列來產(chǎn)生所述MR回波信號，所述單次激發(fā)EPI成像序列包括一個RF脈沖，緊隨著的是多個相位編碼和讀出切換磁場梯度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的設(shè)備，其中，所述相位/振幅校正圖包括依賴于位置的相位和振幅校正因子，這些因子由T2弛豫和/或所述主磁場的不均勻性和/或所成像的自旋核素的化學(xué)位移和/或由MR回波的所述獨立子序列的所述k空間采樣方案引起的相移而確定。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括用于接收來自所述身體(7)的所述MR回波信號的兩個或更多個接收天線(10a、10b、 10c)，所述接收天線(10a、 10b、 10c)具有靈敏度分布，將所述設(shè)備進(jìn)一步布置為根據(jù)所述信號樣本并根據(jù)與MR回波信號的所述子序列相關(guān)聯(lián)的所述相位/振幅校正圖并且根據(jù)所述接收天線(10a、 10b、 10c)的所述靈敏度分布來重建所述MR圖像。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，在所述相位編碼方向(ky)上施加附加的二次采樣，從而使得在利用用于采集信號的兩個或更多個接收天線(10a， 10b， 10c)的同時通過MR回波信號的全體子序列來對k空間不完全采樣。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的設(shè)備，將所述設(shè)備進(jìn)一步布置為借助于用減小的空間分辨率執(zhí)行的參考測量來確定所述相位/振幅校正圖。
8、 一種用于對置于MR設(shè)備的檢査體積中的身體(7)的至少一部分進(jìn)行MR成像的方法，所述方法包括以下步驟a) 通過使所述身體(7)的至少一部分承受單一RF脈沖和多個切換磁場梯度來產(chǎn)生MR回波信號的序列，所述切換磁場梯度受到控制以產(chǎn)生MR回波信號的至少兩個子序列，其中每個子序列通過在相位編碼方向上進(jìn)行二次采樣而橫過k空間中的不同軌跡；b) 采集并采樣所述MR回波信號；c) 根據(jù)所述信號樣本和與MR回波信號的所述子序列相關(guān)聯(lián)的相位/振幅校正圖重建MR圖像。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，控制所述磁場梯度，從而使得MR回波信號的每個子序列的k空間軌跡與其他子序列的軌跡相交叉，以便在所述相位編碼方向上對k空間完全采樣。
10、 一種用于MR設(shè)備的具有指令的計算機(jī)程序，所述指令用于a) 產(chǎn)生單一 RF脈沖和多個切換磁場梯度，所述切換磁場梯度受到控制以產(chǎn)生MR回波信號的至少兩個子序列，其中每個子序列通過在相位編碼方向上進(jìn)行二次采樣而橫過k空間中的不同軌跡；b) 采集并采樣所述MR回波信號；c) 根據(jù)所述信號樣本和與MR回波信號的所述子序列相關(guān)聯(lián)的相位/振幅校正圖重建MR圖像。
11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的計算機(jī)程序，其中，控制所述磁場梯度，從而使得MR回波信號的每個子序列的k空間軌跡與其他子序列的軌跡相交叉，以便在所述相位編碼方向上對k空間完全采樣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對置于檢查體積中的身體(7)進(jìn)行MR成像的設(shè)備，所述設(shè)備(1)包括用于在該檢查體積中建立基本均勻的主磁場的裝置(2)，用于產(chǎn)生疊加在該主磁場上的切換磁場梯度的裝置(3，4，5)，用于朝向該身體(7)輻射RF脈沖的裝置(6)，用于控制該磁場梯度和該RF脈沖的產(chǎn)生的控制裝置(12)，用于接收和采樣MR信號的裝置(10)，以及用于根據(jù)所述信號樣本形成MR圖像的重建裝置(14)。根據(jù)本發(fā)明，將所述設(shè)備布置為a)通過使所述身體(7)的至少一部分承受單一RF脈沖和多個切換磁場梯度來產(chǎn)生MR回波信號的序列，所述切換磁場梯度受到控制以產(chǎn)生MR回波信號的至少兩個子序列，其中每個子序列通過在相位編碼方向(k_y)上進(jìn)行二次采樣而橫過不同的軌跡；b)采集并采樣所述MR回波信號；c)根據(jù)所述信號樣本和與MR回波信號的所述子序列相關(guān)聯(lián)的相位/振幅校正圖重建MR圖像。
文檔編號G01R33/561GK101484823SQ200780025541
公開日2009年7月15日 申請日期2007年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月6日
發(fā)明者M·富德勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司