具有用于脂肪抑制的化學(xué)位移編碼的對(duì)比度增強(qiáng)磁共振血管造影的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種執(zhí)行對(duì)比度增強(qiáng)首次通過(guò)磁共振血管造影的方法，所述方法包括：使用單回波或多回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)來(lái)采集（302）感興趣區(qū)域的磁共振數(shù)據(jù)集，其中，一個(gè)或多個(gè)回波的回波時(shí)間是靈活的，其中，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，所述感興趣區(qū)域包括脂肪、水和造影劑，使用一般性Dixon水－脂肪分離技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理（304），以從背景中消除源自于所述脂肪的信號(hào)，以重建圖像數(shù)據(jù)集。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有用于脂肪抑制的化學(xué)位移編碼的對(duì)比度增強(qiáng)磁共振血管造影
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種執(zhí)行對(duì)比度增強(qiáng)首次通過(guò)磁共振血管造影的方法、一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，以及一種用于執(zhí)行對(duì)比度增強(qiáng)首次通過(guò)磁共振血管造影的磁共振成像設(shè)備。
[0002]由于針對(duì)軟組織成像，形成圖像的MR方法在很多方面優(yōu)于其他成像方法，并且不需要電離輻射，而且其通常是非侵入性的，因此，當(dāng)前尤其是在醫(yī)療診斷領(lǐng)域中廣泛使用形成圖像的MR方法，該方法利用磁場(chǎng)和核自旋之間的相互作用，以便形成二維或三維圖像。
【背景技術(shù)】
[0003]根據(jù)一般的MR方法，被檢查的患者身體或一般而言的對(duì)象被布置在強(qiáng)的均勻磁場(chǎng)Btl內(nèi)，該磁場(chǎng)的方向同時(shí)定義所述測(cè)量所基于的坐標(biāo)系的軸(一般為z軸)。磁場(chǎng)根據(jù)施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度為個(gè)體核自旋產(chǎn)生不同的能級(jí)，能夠通過(guò)施加具有定義頻率(所謂的拉莫爾頻率或MR頻率)的交變電磁場(chǎng)(RF場(chǎng))激勵(lì)個(gè)體核自旋(自旋共振)。從宏觀(guān)角度講，個(gè)體核自旋的分布產(chǎn)生總體磁化，通過(guò)施加適當(dāng)頻率的電磁脈沖(RF脈沖)能夠使總體磁化偏離平衡狀態(tài)，同時(shí)磁場(chǎng)垂直于z軸(也稱(chēng)為縱軸)延伸，使得磁化繞z軸執(zhí)行進(jìn)動(dòng)。
[0004]能夠通過(guò)接收RF天線(xiàn)探測(cè)磁化的變化，所述接收RF天線(xiàn)被布置并且被取向在MR裝置的檢查體積內(nèi)，以這種方式在垂直于z軸的方向上測(cè)量磁化的變化。
[0005]為了在身體中實(shí)現(xiàn)空間分辨率，在均勻磁場(chǎng)上疊加沿三個(gè)主軸延伸的線(xiàn)性磁場(chǎng)梯度，導(dǎo)致自旋共振頻率的線(xiàn)性空間相關(guān)性。在接收天線(xiàn)中拾取的信號(hào)則包含能夠與身體中不同位置相關(guān)聯(lián)的不同頻率的分量。經(jīng)由接收天線(xiàn)獲得的信號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于空間頻率域，并且被稱(chēng)為k空間數(shù)據(jù)。k空間數(shù)據(jù)通常包括利用不同相位編碼采集的多條線(xiàn)。通過(guò)收集大量樣本對(duì)每條線(xiàn)進(jìn)行數(shù)字化。例如，通過(guò)傅里葉變換將k空間數(shù)據(jù)樣本的集合轉(zhuǎn)換為MR圖像。
[0006]磁共振血管造影(MRA)已經(jīng)表明允許獲取患者的動(dòng)脈和血管的狀態(tài)。在本發(fā)明中，考慮對(duì)比度增強(qiáng)MRA (CE-MRA)，其中，在靜脈注射之后順磁造影劑首次通過(guò)動(dòng)脈期間采集MR圖像。然而，靜脈注射本身并不是本發(fā)明的部分。
[0007]在常規(guī)的對(duì)比度增強(qiáng)MR血管造影中，通過(guò)重復(fù)的RF脈沖獲得背景抑制。通過(guò)這種方式，有效地抑制了除脂肪信號(hào)以外的大部分背景信號(hào)。為了還能對(duì)可能使感興趣的血管結(jié)構(gòu)模糊不清的脂肪信號(hào)加以抑制，一般進(jìn)行兩次采集:一次是在注射造影劑之前，即，所謂的“掩?！眻D像，以及一次是在造影劑的存在期間。之后，從對(duì)比度圖像中減去掩模圖像，以消除脂肪信號(hào)。
[0008]盡管上文所述的使用減影的常規(guī)CE-MRA已經(jīng)被使用很多年，但是所述技術(shù)仍然存在若干缺陷。首先，這一技術(shù)需要2次采集，即，一次在造影劑注射前，以及一次在造影劑注射后，這增加了總的掃描時(shí)間。此外，假設(shè)在掩模和造影掃描之間發(fā)生移動(dòng)，則由于在一些圖像特征的錯(cuò)位，不可能實(shí)現(xiàn)得到的圖像的減影。在需要屏住呼吸的區(qū)域內(nèi)，這一問(wèn)題甚至?xí)兊酶訃?yán)重一在這種情況下，由于沒(méi)有兩次屏息是完全相同的，因此減影很困難。[0009]從圖像中減去脂肪信號(hào)的備選方案是在采集MRA圖像期間執(zhí)行脂肪抑制。針對(duì)脂肪抑制，已知各種類(lèi)型的方法。例如，能夠應(yīng)用化學(xué)位移選擇性預(yù)飽和(SPIR、SPAIR)或化學(xué)位移選擇性激勵(lì)策略來(lái)抑制或不激勵(lì)脂肪信號(hào)。然而，由于在首次通過(guò)成像中可用的掃描時(shí)間非常有限，因此這些脈沖過(guò)于耗時(shí)，以至于無(wú)法構(gòu)建CE-MRA掃描。
[0010]一種從圖像中消除脂肪信號(hào)的備選方法是通過(guò)狄克松(Dixon)方法使用水一脂肪分離。但是，因?yàn)槌Ｒ?guī)的Dixon方法需要采集水和脂肪信號(hào)在同相和反相的回波時(shí)間上的兩個(gè)回波，因此其不太適合對(duì)比度增強(qiáng)MR血管造影。這導(dǎo)致長(zhǎng)的回波時(shí)間(TE)，因而導(dǎo)致長(zhǎng)的重復(fù)時(shí)間(TR)，致使在造影劑到達(dá)感興趣區(qū)域中的情況下不可能把握采集的時(shí)機(jī)。因此，因?yàn)樗黾夹g(shù)太慢，一般常規(guī)的Dixon方法不能夠用于CE-MRA。
[0011]通過(guò)上述內(nèi)容，可以容易地認(rèn)識(shí)到需要一種改進(jìn)的MR成像方法。因此，本發(fā)明的目的在于通過(guò)提供針對(duì)首次通過(guò)成像具有脂肪抑制的CE-MRA圖像能夠以快速的方式實(shí)現(xiàn)MR成像。此外，由上文可以容易地認(rèn)識(shí)到，需要一種適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的所述方法的改進(jìn)的MR成像系統(tǒng)和改進(jìn)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]根據(jù)本發(fā)明，提供一種執(zhí)行對(duì)比度增強(qiáng)首次通過(guò)磁共振血管造影的方法，其中，所述方法包括使用單回波或多回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)來(lái)采集感興趣區(qū)域的磁共振數(shù)據(jù)集，其中，所述一個(gè)或多個(gè)回波的回波時(shí)間是靈活的，其中，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，感興趣區(qū)域包括脂肪、水和造影劑。此外，所述方法包括使用一般性Dixon水一脂肪分離技術(shù)對(duì)所述數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理，從而從背景中消除源自于脂肪的信號(hào)，以重建圖像數(shù)據(jù)集。
[0013]本發(fā)明的實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn):能夠以快速并且可靠的方式執(zhí)行具有脂肪抑制的CE-MRA。本發(fā)明能夠在無(wú)需單獨(dú)的基線(xiàn)掃描的情況下產(chǎn)生僅血管的血管造影圖像數(shù)據(jù)集。此外，高度有效地消除了脂肪信號(hào)。
[0014]對(duì)于本發(fā)明而言，很關(guān)鍵的一點(diǎn)是與常規(guī)的Dixon方法相比，能夠自由地選擇回波時(shí)間。由于一個(gè)或多個(gè)回波的回波時(shí)間是靈活的，即，未被固定到水和脂肪信號(hào)在同相或反相的時(shí)間上，因而能夠?qū)⑦@些回波時(shí)間選得短得多，從而得到顯著縮短的TR。因此，可能在造影劑到達(dá)感興趣區(qū)域的情況下容易地把握采集的準(zhǔn)確時(shí)機(jī)。因而，能夠在造影劑存在于感興趣區(qū)域內(nèi)，即，造影劑存在于被檢查的對(duì)象的動(dòng)脈內(nèi)的同時(shí)，開(kāi)始并完成數(shù)據(jù)采集。由于針對(duì)“首次通過(guò)”成像，即，在初始注射造影劑期間的僅動(dòng)脈成像，執(zhí)行所述方法，由于可用于對(duì)動(dòng)脈進(jìn)行選擇性描繪的時(shí)間僅為15秒左右，因而采集的時(shí)機(jī)至關(guān)重要。
[0015]因而，所應(yīng)用的首次通過(guò)成像具有鮮明的對(duì)比度，以進(jìn)行所謂的“穩(wěn)態(tài)”成像，在“穩(wěn)態(tài)”成像中采集的時(shí)機(jī)不再至關(guān)緊要。例如，Invest Radiol.2008S印;43(9):635-41,easibility of gadofosveset-enhanced steady-state magnetic resonance angiographyof the peripheral vessels at3Tesla with Dixon fat saturation，，，Michaely HJ、Attenberger U1、Dietrich 0、Schmitt Nael K、Kramer H、Reiser MF、Schoenberg SO、Walz M.公開(kāi)了一種對(duì)比度增強(qiáng)MRA和Dixon圖像重建的組合。然而,這一方案是在禮磷維塞(gadofosveset)注射之后的穩(wěn)態(tài)的50分鐘期間執(zhí)行的，而且并非旨在選擇性地描繪動(dòng)脈血管結(jié)構(gòu)。而是，其既描繪了動(dòng)脈，又描繪了靜脈。因此，在這種情況下，采集的時(shí)機(jī)不再重要。[0016]相反，如上文所述，由于上述方法是針對(duì)“首次通過(guò)”成像執(zhí)行的，因而采集時(shí)機(jī)至關(guān)重要，并且用于完成數(shù)據(jù)采集的臨界最大時(shí)間限制比穩(wěn)態(tài)成像的情況小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0017]由用于執(zhí)行MRA的梯度系統(tǒng)的最大可用功率給出對(duì)上文描述的技術(shù)的唯一限制。所述梯度系統(tǒng)的技術(shù)特征直接限制所述單回波或多回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)中使用的最小回波時(shí)間，并且由此限制可實(shí)現(xiàn)的圖像分辨率。因而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例允許在一個(gè)TR內(nèi)的不同相對(duì)相位上采集來(lái)自脂肪和水(即，具有造影劑的血液)的信號(hào)分量。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法還包括向感興趣區(qū)域施加針對(duì)短Tl化學(xué)物質(zhì)(例如，組織)的穩(wěn)態(tài)磁化脈沖序列，從而額外抑制來(lái)自組織的信號(hào)分量。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在多回波數(shù)據(jù)采集的情況中，所述多回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)是雙梯度回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)，所述的一般性Dixon水一脂肪分離技術(shù)是具有靈活的回波時(shí)間的兩點(diǎn)Dixon技術(shù)。此外，在單回波數(shù)據(jù)采集的情況中，所述單回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)是單梯度回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)，所述一般性Dixon水一脂肪分離是單點(diǎn)Dixon技術(shù)。[0020]在W02010/113048A1 和 Magn Reson Med.201IJan;65(I):96-107 ^Dual-echoDixon imaging with flexible choice of echo times”，Eggers H, Brendel B,DuijndamA, Herigault G中給出了具有靈活的回波時(shí)間的兩點(diǎn)Dixon技術(shù)的范例,通過(guò)引用將所述文獻(xiàn)并入本文。這些技術(shù)又被稱(chēng)為“mDixon重建技術(shù)”。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，磁共振數(shù)據(jù)集的采集包括在兩個(gè)不同的回波時(shí)間上采集第一回波數(shù)據(jù)和第二回波數(shù)據(jù)，從而得到第一信號(hào)數(shù)據(jù)集和第二信號(hào)數(shù)據(jù)集，其中，在一次重復(fù)內(nèi)采集所述第一回波數(shù)據(jù)和第二回波數(shù)據(jù)。通過(guò)將使用的回波時(shí)間選得短，能夠使TR保持短的值。因此，由于省略了在造影劑推注給藥之前和之后的數(shù)據(jù)采集以及基線(xiàn)剪影，甚至能夠執(zhí)行具有更高的時(shí)間嚴(yán)格性的CE-MRA。這包括來(lái)自具有因(例如)屏息技術(shù)導(dǎo)致的潛在移動(dòng)的感興趣區(qū)域的數(shù)據(jù)采集，以及來(lái)自具有由心臟運(yùn)動(dòng)而造成的連續(xù)移動(dòng)的感興趣區(qū)域的采集。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，對(duì)數(shù)據(jù)集的處理包括從所述第一信號(hào)數(shù)據(jù)集和第二信號(hào)數(shù)據(jù)集計(jì)算第一分量和第二分量或其比例或分?jǐn)?shù)，從所述第一分量和第二分量導(dǎo)出兩個(gè)差分相位誤差候選，基于干擾場(chǎng)的不均勻性具有平滑性的假設(shè)為每一像素選擇導(dǎo)出的差分相位誤差候選中的一個(gè)，以及使用選擇的差分相位誤差候選重建水圖像。
[0023]提供下述說(shuō)明，以針對(duì)接受MR掃描的治療對(duì)象體內(nèi)的脂肪(例如，脂質(zhì))和水(處于非脂肪組織內(nèi))的具體范例進(jìn)一步解釋使用經(jīng)修改的Dixon技術(shù)的分離算法的函數(shù)。這一描述依照了 W02010/113048A1 和 Magn Reson Med.2011Jan; 65 (I): 96-107。使用所述經(jīng)修改的Dixon技術(shù)，對(duì)在兩個(gè)不同回波時(shí)間上測(cè)得的兩個(gè)信號(hào)Il和12的數(shù)學(xué)描述如下:
[0024]
I1 = W廣 I(1)
[0025]
I2=(W + Fe^)e^(2)
[0026]其中，W和F分別是水和脂肪對(duì)整個(gè)/[目號(hào)的貢獻(xiàn)(因而，V? -ru r'是正實(shí)數(shù))，.I和.2是兩個(gè)回波時(shí)間上的已知水一脂肪角，并且.I和.2表示因系統(tǒng)缺陷(諸如，主磁場(chǎng)不均勻性等)導(dǎo)致的相位誤差(例如，針對(duì)相應(yīng)信號(hào))。由于相位誤差的值是未知的，因而從方程(I)和(2)直接確定W和F是不可能的。因而，在這一點(diǎn)上，處理器由方程(I)和(2)估算相應(yīng)信號(hào)的“大”分量B和“小”分量S。信號(hào)分量B和S可以被存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器16，作為中間數(shù)據(jù)40。分量B和S中的一個(gè)表不W,另一個(gè)表不F,但是在做進(jìn)一步處理之前,所述映射是未知的。因此，確定相位誤差，以解決這一映射問(wèn)題。
[0027]在對(duì)于兩點(diǎn)Dixon水一脂肪分離的常規(guī)方法中，相位誤差的估算是基于所述相位誤差是空間平滑函數(shù)(即，它們僅在視場(chǎng)上緩慢變化)這一假設(shè)。這一假設(shè)在何種程度上成立取決于相位誤差的大小。由于*2能夠被拆分為相位誤差*1和較小的差分相位誤差--，所述? ?能夠比? 2更好地滿(mǎn)足平滑性假設(shè)，因而通過(guò)選擇? 1=0簡(jiǎn)化估算，其使得方程(I)和(2)被修改如下:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種執(zhí)行對(duì)比度增強(qiáng)首次通過(guò)磁共振血管造影的方法，所述方法包括: 使用單回波或多回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)來(lái)采集(302)感興趣區(qū)域的磁共振數(shù)據(jù)集，其中，一個(gè)或多個(gè)回波的回波時(shí)間是靈活的，其中，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，所述感興趣區(qū)域包括脂肪、水和造影劑， 使用一般性Dixon水一脂肪分離技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理(304)，以從背景中消除源自于所述脂肪的信號(hào)，以重建圖像數(shù)據(jù)集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 在多回波數(shù)據(jù)采集的情況中，所述多回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)是雙梯度回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)，并且所述一般性Dixon水一脂肪分離技術(shù)是具有靈活的回波時(shí)間的兩點(diǎn)Dixon技術(shù)， 在單回波數(shù)據(jù)采集的情況中，所述單回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)是單梯度回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)，并且所述一般性Dixon水一脂肪分離是單點(diǎn)Dixon技術(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述磁共振數(shù)據(jù)集的所述采集包括在兩個(gè)不同的回波時(shí)間上采集第一回波數(shù)據(jù)和第二回波數(shù)據(jù)，從而得到第一信號(hào)數(shù)據(jù)集和第二信號(hào)數(shù)據(jù)集，其中，在一次重復(fù)內(nèi)采集所述第一回波數(shù)據(jù)和第二回波數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)集的所述處理包括: 從所述第一信號(hào)數(shù)據(jù)集和所述第二信號(hào)數(shù)據(jù)集計(jì)算第一分量和第二分量或其比率或分?jǐn)?shù)， 從所述第一分量和所述第二分量導(dǎo)出兩個(gè)差分相位誤差候選， 基于對(duì)干擾場(chǎng)不均勻性的平滑度的假設(shè)，為每個(gè)像素選擇導(dǎo)出的差分相位誤差候選中的一個(gè)； 使用選擇的差分相位誤差候選來(lái)重建水圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，第一回波信號(hào)數(shù)據(jù)集和第二回波數(shù)據(jù)集是第一采集到的復(fù)數(shù)據(jù)集和第二采集到的復(fù)數(shù)據(jù)集，其中，對(duì)采集到的磁共振數(shù)據(jù)集的所述處理包括: 通過(guò)采用脂肪的譜信號(hào)模型對(duì)所述第一采集到的復(fù)數(shù)據(jù)集和第二采集到的復(fù)數(shù)據(jù)集進(jìn)行建模，所述建模得到第一經(jīng)建模的復(fù)數(shù)據(jù)集和第二經(jīng)建模的復(fù)數(shù)據(jù)集，所述第一經(jīng)建模的復(fù)數(shù)據(jù)集和所述第二經(jīng)建模的復(fù)數(shù)據(jù)集包括第一相位誤差和第二相位誤差以及針對(duì)水和脂肪的單獨(dú)信號(hào)數(shù)據(jù)集， 從所述第一采集到的復(fù)數(shù)據(jù)集和所述第二采集到的復(fù)數(shù)據(jù)集以及所述第一經(jīng)建模的復(fù)數(shù)據(jù)集和所述第二經(jīng)建模的復(fù)數(shù)據(jù)集來(lái)確定針對(duì)水的所述單獨(dú)信號(hào)數(shù)據(jù)集。
6.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求1到5中的任何一項(xiàng)所述的方法步驟中的任何一個(gè)的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
7.一種用于執(zhí)行對(duì)比度增強(qiáng)首次通過(guò)磁共振血管造影的磁共振成像設(shè)備(1)，掃描器能夠操作用于: 使用單回波或多回波數(shù)據(jù)采集技術(shù)來(lái)采集(302)感興趣區(qū)域的磁共振數(shù)據(jù)集，其中，一個(gè)或多個(gè)回波的回波時(shí)間是靈活的，其中，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，所述感興趣區(qū)域包括脂肪、水和造影劑， 使用一般性Dixon水一脂肪分離技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理(304)，以從背景中消除源自于所述脂肪的信號(hào)，以重建圖像數(shù)據(jù)集。
【文檔編號(hào)】G01R33/54GK103608693SQ201280030184
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月21日
【發(fā)明者】L·海爾茨-奧塞伍爾特, H·科艾曼, E·阿爾貝茨, H·埃格斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司