本發(fā)明涉及磁共振(mr)成像領(lǐng)域。其涉及對(duì)象的mr成像的方法。本發(fā)明還涉及mr設(shè)備和要在mr設(shè)備上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序。

背景技術(shù)：

利用在磁場(chǎng)和核自旋之間的相互作用以便形成二維或三維圖像的圖像形成mr方法現(xiàn)在被廣泛使用，特別是在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域中，因?yàn)閷?duì)于軟組織的成像，它們?cè)谠S多方面中優(yōu)于其他成像方法，不需要電離輻射并且通常不是侵入性的。

根據(jù)一般的mr方法，要檢查的患者身體被布置在強(qiáng)的、均勻的磁場(chǎng)(b0場(chǎng))中，所述磁場(chǎng)的方向同時(shí)定義測(cè)量所基于的坐標(biāo)系的軸(通常為z軸)。磁場(chǎng)根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生針對(duì)個(gè)體核自旋的不同的能級(jí)?？梢酝ㄟ^(guò)施加定義的頻率(所謂的拉莫爾頻率或mr頻率)的電磁交變場(chǎng)(rf場(chǎng)，也稱為b1場(chǎng))來(lái)激勵(lì)在這些能級(jí)之間的躍遷(自旋共振)。從宏觀的角度來(lái)看，個(gè)體核自旋的分布產(chǎn)生總體磁化，其可以通過(guò)施加適當(dāng)頻率的電磁脈沖(rf脈沖)而偏離平衡狀態(tài)，使得磁化執(zhí)行關(guān)于z軸的進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。所述進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)描述了孔徑角被稱為翻轉(zhuǎn)角的錐體的表面。翻轉(zhuǎn)角的幅度取決于所施加的電磁脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。

在rf脈沖終止之后，磁化弛豫回到原始的平衡狀態(tài)，其中，z方向上的磁化以第一時(shí)間常數(shù)t1(自旋晶格或縱向弛豫時(shí)間)再次建立，并且在垂直于z方向的方向上的磁化以第二時(shí)間常數(shù)t2(自旋-自旋或橫向弛豫時(shí)間)弛豫?？梢越柚谝粋€(gè)或多個(gè)接收rf線圈來(lái)檢測(cè)磁化的變化，所述接收rf線圈被以在垂直于z軸的方向上測(cè)量磁化變化的方式布置并取向在mr設(shè)備的檢查體積內(nèi)。

為了實(shí)現(xiàn)身體內(nèi)的空間分辨率，沿著三個(gè)主軸延伸的線性磁場(chǎng)梯度被疊加在均勻磁場(chǎng)上，從而產(chǎn)生自旋共振頻率的線性空間依賴性。然后，在接收線圈中拾取的信號(hào)包含可以與身體中的不同位置相關(guān)聯(lián)的不同頻率的分量。經(jīng)由rf線圈獲得的mr信號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于空間頻域，并且被稱為k空間數(shù)據(jù)。借助于傅里葉變換或其他適當(dāng)?shù)闹亟ㄋ惴▽空間數(shù)據(jù)的集合轉(zhuǎn)換為mr圖像。

多年來(lái)，本領(lǐng)域已知用于加速mr采集的并行采集技術(shù)。該類別中的方法是sense(靈敏度編碼)、smash(空間諧波的同時(shí)采集)和grappa(全面自動(dòng)校準(zhǔn)部分并行采集)。sense、smash和grappa以及其他并行采集技術(shù)使用從多個(gè)rf接收線圈并行獲得的欠采樣k空間數(shù)據(jù)采集。在這些方法中，來(lái)自多個(gè)線圈的(復(fù))信號(hào)數(shù)據(jù)以關(guān)于抑制在最終重建的mr圖像中的欠采樣偽跡(混疊)的方式與復(fù)加權(quán)組合。這種類型的復(fù)陣列信號(hào)組合有時(shí)被稱為空間濾波，并且包括在k空間域中(如smash和grappa中)或在圖像域中(如sense中)執(zhí)行的組合以及混合方法。

larkman等人(journalofmagneticresonanceimaging，13,313-317，2001)提出了在多切片成像的情況下也在切片方向上應(yīng)用靈敏度編碼以增加掃描效率。breuer等人(magneticresonanceinmedicine，53,684-691，2005)改進(jìn)了這一基本思想，提出了一種稱為“以更高加速度在并行成像結(jié)果中的受控混疊”(caipirinha)的方法。該技術(shù)在多切片采集期間修改每個(gè)個(gè)體切片中的混疊偽跡的外觀，從而改進(jìn)隨后的并行圖像重建流程。因此，caipirinha是一種并行多切片成像技術(shù)，與僅使用純后處理方法的其他多切片并行成像概念相比效率更高。在caipirinha中，利用相位調(diào)制多切片rf脈沖同時(shí)激勵(lì)任意厚度和距離的多個(gè)切片。所采集的mr信號(hào)數(shù)據(jù)被同時(shí)采樣，從而產(chǎn)生表現(xiàn)為相對(duì)于彼此被移位的疊加的切片圖像。通過(guò)根據(jù)傅里葉變換定理的rf脈沖的相位調(diào)制方案來(lái)控制混疊切片圖像的移位。從相位編碼步驟到相位編碼步驟，多切片rf脈沖將個(gè)體相移應(yīng)用到每個(gè)切片的mr信號(hào)。通過(guò)使用該移位來(lái)改進(jìn)逆重建問(wèn)題的數(shù)值調(diào)節(jié)，從而分離所涉及的切片的個(gè)體信號(hào)貢獻(xiàn)。caipirinha在切片彼此相當(dāng)接近的情況下也有改進(jìn)疊加的切片圖像的分離的潛力，使得所使用的rf接收線圈的線圈靈敏度在要成像的個(gè)體切片中沒(méi)有顯著差異。

然而，常規(guī)的并行多切片成像方法具有限制。當(dāng)通過(guò)多切片(或多頻率)rf脈沖同時(shí)激勵(lì)在多個(gè)頻率處的mr信號(hào)時(shí)，在重建圖像中會(huì)出現(xiàn)所謂的邊帶偽跡。這些偽跡是由來(lái)自通過(guò)多切片rf脈沖的一個(gè)或多個(gè)邊帶無(wú)意激活的區(qū)域的mr信號(hào)引起的。邊帶頻率可以是相應(yīng)rf脈沖的基本(主帶)頻率的較高階諧波。由于所使用的mr裝置的硬件約束(例如，非線性或rf放大器)，實(shí)際上多切片rf脈沖的這樣的邊帶是不可避免的。邊帶偽跡的特性取決于rf線圈布置的個(gè)體負(fù)載、檢查體積內(nèi)的b1分布、以及在多帶激勵(lì)中涉及的基本頻率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)上文，容易意識(shí)到，需要一種改進(jìn)的并行多切片mr成像技術(shù)。本發(fā)明的一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)有效地抑制邊帶偽跡的多切片mr成像。

根據(jù)本發(fā)明，公開(kāi)了一種對(duì)被放置在mr設(shè)備的檢查體積中的對(duì)象進(jìn)行mr成像的方法，所述方法包括以下步驟：

-使所述對(duì)象經(jīng)受包括多切片rf脈沖的成像序列，所述多切片rf脈沖用于同時(shí)激勵(lì)兩個(gè)或更多個(gè)空間上分離的圖像切片，

-采集mr信號(hào)，其中，經(jīng)由在所述檢查體積內(nèi)具有不同空間靈敏度分布的rf線圈的集合來(lái)并行接收所述mr信號(hào)，并且

-根據(jù)所采集的mr信號(hào)來(lái)重建針對(duì)每個(gè)圖像切片的mr圖像，其中，基于所述rf線圈的所述空間靈敏度分布將來(lái)自不同圖像切片的mr信號(hào)貢獻(xiàn)分離，并且其中，基于所述rf線圈的所述空間靈敏度分布在重建的mr圖像中抑制邊帶偽跡，即來(lái)自由所述多切片rf脈沖的一個(gè)或多個(gè)邊帶激勵(lì)的區(qū)域的mr信號(hào)貢獻(xiàn)。

本發(fā)明的主旨是純粹通過(guò)使用并行圖像重建算法(例如已知的sense算法)來(lái)抑制在最終重建的切片圖像中的邊帶偽跡。為此，根據(jù)本發(fā)明將來(lái)自圖像切片的mr信號(hào)貢獻(xiàn)與邊帶偽跡分離，而不考慮關(guān)于多切片rf脈沖的激勵(lì)譜的任何先驗(yàn)信息。換句話說(shuō)，本發(fā)明不需要知道或做出關(guān)于所使用的rf脈沖的邊帶頻譜的細(xì)節(jié)的任何假設(shè)(例如，與主帶頻率相關(guān)的邊帶分量的幅度)，以便能夠重建基本上沒(méi)有邊帶偽跡的mr圖像。需要進(jìn)行的唯一假設(shè)與由多切片rf脈沖的邊帶激勵(lì)的區(qū)域的位置有關(guān)。這些是在存在分別施加的切片選擇磁場(chǎng)梯度的情況下邊帶頻率(通常是相應(yīng)的rf脈沖的基本頻率的較高階諧波)處于共振中的位置。通過(guò)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的抑制對(duì)于邊帶偽跡的精確的先驗(yàn)位置不是非常敏感。表現(xiàn)為在迭代方法中，僅需要幾次迭代來(lái)實(shí)現(xiàn)收斂。邊帶偽跡的展開(kāi)涉及得到迭代收斂的內(nèi)部一致性，以在其正確位置處分離實(shí)際邊帶貢獻(xiàn)。這種展開(kāi)利用圖像切片的mr信號(hào)貢獻(xiàn)優(yōu)于邊帶信號(hào)貢獻(xiàn)。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)使用所采集的mr信號(hào)的信號(hào)模型將來(lái)自所述圖像切片的所述mr信號(hào)貢獻(xiàn)與所述邊帶偽跡分離，所述信號(hào)模型包括來(lái)自(i)所述圖像切片和(ii)由所述多切片rf脈沖的所述一個(gè)或多個(gè)邊帶(潛在地)激勵(lì)的區(qū)域的信號(hào)貢獻(xiàn)。在可能的實(shí)施例中，信號(hào)模型的參數(shù)可以是這兩個(gè)信號(hào)貢獻(xiàn)的比率，其通常將顯著小于1，因?yàn)榭梢约僭O(shè)多切片rf脈沖的邊帶能量遠(yuǎn)小于其主帶能量?？梢酝ㄟ^(guò)(例如，在常規(guī)的sense重建方案中)求解線性方程組式來(lái)重建(并且由此在最終重建的mr圖像中抑制/減去)邊帶偽跡，即，來(lái)自圖像切片外部的區(qū)域的mr信號(hào)貢獻(xiàn)，其中，兩個(gè)信號(hào)貢獻(xiàn)的比率被迭代調(diào)節(jié)。在實(shí)際情況下，2-5次迭代將足以實(shí)現(xiàn)收斂。只需要頻譜的粗糙特性來(lái)對(duì)采集的磁共振信號(hào)進(jìn)行建模。該模型包括主帶和邊帶貢獻(xiàn)的比率，至少作為可以在迭代方法中自動(dòng)確定的初始參數(shù)。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，多切片rf脈沖是相位調(diào)制的，其中，相位調(diào)制方案包括變化的相移，使得相位周期被應(yīng)用到每個(gè)圖像切片的mr信號(hào)。以這種方式，本發(fā)明的技術(shù)與已知的caipirinha方案(見(jiàn)上文)組合。優(yōu)選地，相移從相位編碼步驟到相位編碼步驟被線性地遞增，其中個(gè)體相位增加被應(yīng)用到每個(gè)圖像切片。以這種方式，根據(jù)傅里葉變換定理，通過(guò)rf脈沖的相位調(diào)制方案來(lái)控制每個(gè)切片圖像的個(gè)體移位。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，在圖像切片的平面內(nèi)方向上利用欠采樣采集mr信號(hào)。在這種情況下，可以通過(guò)本身已知的并行圖像重建算法(如sense、smash或grappa)來(lái)重建圖像切片的mr圖像。

到目前為止描述的本發(fā)明的方法可以借助于一種mr設(shè)備來(lái)執(zhí)行，所述mr設(shè)備包括：至少一個(gè)主磁體線圈，其用于在檢查體積內(nèi)生成均勻的靜態(tài)磁場(chǎng)；多個(gè)梯度線圈，其用于在所述檢查體積內(nèi)生成不同空間方向上的切換的磁場(chǎng)梯度；rf線圈的集合，其用于并且接收來(lái)自身體的mr信號(hào)，所述rf線圈具有不同空間靈敏度分布；控制單元，其用于控制rf脈沖和切換的磁場(chǎng)梯度的時(shí)間演替；以及重建單元。本發(fā)明的方法例如可以由mr設(shè)備的重建單元和/或控制單元的對(duì)應(yīng)編程實(shí)施。

本發(fā)明的方法可以有利地在目前臨床使用中的大部分mr設(shè)備中執(zhí)行。為此，僅需要利用一種計(jì)算機(jī)程序，mr設(shè)備通過(guò)其被控制，使得其執(zhí)行本發(fā)明的上述方法步驟。計(jì)算機(jī)程序可以存在于數(shù)據(jù)載體上或存在于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，從而被下載以安裝在mr設(shè)備的控制單元中。

附圖說(shuō)明

附圖公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，附圖被設(shè)計(jì)為僅用于說(shuō)明的目的，而不是作為本發(fā)明的限制的定義。在圖中：

圖1示出了用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的mr設(shè)備；

圖2a示出了使用常規(guī)多切片采集方案采集的mr切片圖像；

圖2b示出了根據(jù)本發(fā)明的具有對(duì)邊帶偽跡的抑制的mr切片圖像；

圖2c示出了針對(duì)于圖2a的mr切片圖像的邊帶偽跡的貢獻(xiàn)。

具體實(shí)施方式

參考圖1，示出了mr設(shè)備1。所述設(shè)備包括超導(dǎo)或電阻式主磁體線圈2，使得沿z軸通過(guò)檢查體積創(chuàng)建基本上均勻的、臨時(shí)恒定的主磁場(chǎng)。

磁共振生成和操縱系統(tǒng)應(yīng)用一系列rf脈沖和切換的磁場(chǎng)梯度來(lái)反轉(zhuǎn)或激勵(lì)核磁自旋，誘導(dǎo)磁共振，重聚焦磁共振，操縱磁共振，空間地和以其他方式編碼磁共振，使自旋飽和等，以執(zhí)行mr成像。

更具體地，梯度脈沖放大器3沿著檢查體積的x、y和z軸向全身梯度線圈4、5和6中的選定的線圈施加電流脈沖。數(shù)字rf頻率發(fā)射器7經(jīng)由發(fā)送/接收開(kāi)關(guān)8將rf脈沖或脈沖包發(fā)送到全身體積rf線圈9，以將rf脈沖發(fā)送到檢查體積中。典型的mr成像序列包括彼此一起采取的短持續(xù)時(shí)間的rf脈沖分段的包，并且任何所施加的磁場(chǎng)梯度實(shí)現(xiàn)核磁共振的選定的操縱。rf脈沖用于進(jìn)行飽和，激勵(lì)共振，反轉(zhuǎn)磁化，重聚焦磁共振或操縱共振，并選擇被定位在檢查體積中的身體10的部分。

為了借助于并行成像生成身體10的限制的區(qū)域的mr圖像，將局部rf線圈11、12、13的集合放置成鄰近于被選擇用于成像的區(qū)域。

所得到的mr信號(hào)由rf線圈11、12、13拾取，并且由優(yōu)選地包括前置放大器(未示出)的接收器14解調(diào)。接收器14經(jīng)由發(fā)送/接收開(kāi)關(guān)8連接到rf線圈9、11、12和13。

主機(jī)計(jì)算機(jī)15控制梯度脈沖放大器3和發(fā)射器7，以生成多個(gè)mr成像序列中的任何，例如回波平面成像(epi)、回波體積成像、梯度和自旋回波成像、快速自旋回波成像等。對(duì)于選定的序列，接收器14在每個(gè)rf激勵(lì)脈沖之后快速連續(xù)地接收單條或多條mr數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16執(zhí)行對(duì)接收到的信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且將每條mr數(shù)據(jù)線轉(zhuǎn)換成適于進(jìn)一步處理的數(shù)字格式。在現(xiàn)代mr設(shè)備中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16是專用于原始圖像數(shù)據(jù)的采集的分離的計(jì)算機(jī)。

最終，數(shù)字原始圖像數(shù)據(jù)通過(guò)重建處理器17被重建成圖像表示，重建處理器17應(yīng)用傅里葉變換或其他適當(dāng)?shù)闹亟ㄋ惴ār圖像可以表示通過(guò)患者的平面切片、并行平面切片的陣列、三維體積等。然后將圖像存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器中，其中，其可以被訪問(wèn)以將切片、投影或圖像表示的其他部分轉(zhuǎn)換成用于例如經(jīng)由視頻監(jiān)測(cè)器18可視化的適當(dāng)格式，所述視頻監(jiān)測(cè)器提供得到的mr圖像的人類可讀顯示。

繼續(xù)參考圖1并且進(jìn)一步參考圖2，解釋了本發(fā)明的成像方法的實(shí)施例。

根據(jù)本發(fā)明，患者的身體10經(jīng)受包括多切片rf脈沖的成像序列，通過(guò)所述多切片rf脈沖，兩個(gè)或更多空間分離的圖像切片內(nèi)的核自旋同時(shí)被激勵(lì)。由具有不同空間靈敏度分布的rf線圈11、12、13并行采集由成像序列生成的mr信號(hào)。如在常規(guī)的多切片技術(shù)中，根據(jù)所采集的mr信號(hào)針對(duì)每個(gè)圖像切片重建mr圖像，其中，來(lái)自不同圖像切片的mr信號(hào)貢獻(xiàn)基于rf線圈11、12、13的(已知的)空間靈敏度分布被分離。下面更詳細(xì)地描述實(shí)際對(duì)應(yīng)于常規(guī)sense展開(kāi)算法的應(yīng)用于圖像切片的分離的算法：

首先，我們?cè)趎個(gè)不同圖像切片上，考慮對(duì)m個(gè)接收線圈中的每個(gè)的所采集的mr信號(hào)m中的一個(gè)位置x進(jìn)行貢獻(xiàn)的所有圖像位置xi。這可以以矩陣向量符號(hào)被寫出為：

sp＝m

其中，向量m指代作為n個(gè)不同圖像切片的靈敏度加權(quán)信號(hào)貢獻(xiàn)pi(xi)的線性組合的m個(gè)rf線圈11、12、13的每個(gè)中的采集的mr信號(hào)mj(x)，而矩陣s指代(nxm)靈敏度矩陣，其中，sij是線圈j和位置xi處的切片i的線圈靈敏度。求解包括編碼矩陣的逆的該方程組產(chǎn)生向量p，其包含對(duì)應(yīng)的n切片特異性mr信號(hào)：

(s^hs)^-1s^hm＝p

矩陣(s^hs)^-1s^h是s的偽逆，并且其范數(shù)描述了從mr信號(hào)采集到最終圖像中的誤差傳播。該范數(shù)在良好狀況的情況下很小。

根據(jù)本發(fā)明，基于rf線圈11、12、13的空間靈敏度分布，在重建的mr圖像中抑制邊帶偽跡，即來(lái)自由多切片rf脈沖的一個(gè)或多個(gè)邊帶激勵(lì)的區(qū)域的mr信號(hào)貢獻(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，采用信號(hào)模型，其包括：向量p，其包含在位置xi處的n切片特異性主帶mr信號(hào)貢獻(xiàn)；以及額外地向量p'，其包含l邊帶mr信號(hào)貢獻(xiàn)，即，來(lái)自由多切片rf脈沖的邊帶頻率分量潛在地激勵(lì)的圖像切片外部的區(qū)域的mr信號(hào)貢獻(xiàn)。利用該模型，經(jīng)由m個(gè)接收線圈中的每個(gè)采集的mr信號(hào)可以如下被寫為矩陣：

其中，矩陣s指代(n+l)xm靈敏度矩陣，其中，sij是針對(duì)線圈j和主帶貢獻(xiàn)(i＝1..n)和邊帶貢獻(xiàn)(i＝n+1…n+l)的線圈靈敏度。該方程組可以通過(guò)使用主要已知的正則化sense框架來(lái)求解：

其中，r/r'是正則化矩陣，并且σ表示主帶和邊帶貢獻(xiàn)的比率，其中，

參數(shù)σ可以作為用戶參數(shù)被獲得，或者其可以通過(guò)迭代地解以上等式來(lái)自動(dòng)確定，其中，σ被更新為：

其中，“平均”要被理解為在所有圖像體素或給定位置周圍的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的圖像體素上的平均。在小數(shù)量的2-5次迭代之后，實(shí)際上應(yīng)該實(shí)現(xiàn)收斂。在更一般的模型中，對(duì)于每個(gè)邊帶，參數(shù)σ可以不同，使得可以應(yīng)用參數(shù)集合σ1、σ2、…、σl。向量p的解表示沒(méi)有邊帶偽跡的nmr切片圖像。

這在圖2中被圖示。圖2a示出了以常規(guī)方式根據(jù)使用多切片激勵(lì)經(jīng)由rf線圈的集合從體模并行采集的mr信號(hào)數(shù)據(jù)重建的mr切片圖像。白色箭頭指示在mr圖像的中心中的強(qiáng)的邊帶偽跡。圖2b示出了使用根據(jù)本發(fā)明的用于抑制邊帶偽跡的上述經(jīng)修改的sense框架根據(jù)相同的mr信號(hào)數(shù)據(jù)重建的mr切片圖像。如可以看出的，在圖2b中，或多或少地完全消除邊帶偽跡。圖2c示出了使用上述框架從主帶信號(hào)(p)分離的邊帶偽跡(p')。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以使用合適的縮減因子將sense額外地應(yīng)用在平面內(nèi)相位編碼方向上。