CN101088023A - 具有多种对比度的磁共振成像 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁共振成像系统，该系统包括：RF激励模块，其用来生成几种RF激励的其中一种；梯度模块，其用来生成几种磁梯度脉冲的其中一种；以及控制单元，其用来控制所述RF激励模块和所述梯度模块并且执行采集序列，该采集序列包含一连串RF激励和梯度脉冲。所述采集序列包括几个采集段，在所述采集段中生成磁共振信号，在各个段中发生不同的对比度类型。各单独的采集段具有一个或几个重复采集单位，在一个单独的采集单位中的磁共振信号属于相同的对比度类型。这种对于每组采集段采集不同对比度类型的方法允许独立于其他各组采集段的对比度类型对每一种对比度类型的采集进行优化。

Description

具有多种对比度的磁共振成像

技术领域

本发明涉及一种磁共振成像系统，该系统能够生成具有几种对比度的磁共振信号。这种磁共振成像系统可以从美国专利US 6 075 362中获知。

背景技术

所述已知的磁共振成像系统适于在激励之后感应出磁共振回波链。所述激励涉及到在成像区域内的所选偶极子中激励磁共振。也就是说，该激励充当RF激励。对所述回波进行相位和频率编码，以便在不同的回波时间生成第一和第二图像的各数据线。所述回波对于各个图像被交织。相应地，由于回波时间的差异，在各个图像中具有不同的对比度类型。实际上，所述已知的磁共振成像系统以交织的方式生成磁共振信号，所述磁共振信号通常分别代表T₁对比度和T₂对比度。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种磁共振成像系统，该系统在生成代表多种对比度类型的磁共振信号方面具有改进的灵活性。

上述目的是通过本发明的磁共振成像系统实现的，该系统包括：

-RF激励模块，其用来生成几种RF激励的其中一种；

-梯度模块，其用来生成几种磁梯度脉冲的其中一种；

-控制单元，其用来控制所述RF激励模块和所述梯度模块，并且该控制单元设置用于：

-执行采集序列，该采集序列包含一连串RF激励和梯度脉冲；

-所述采集序列包括几个采集段，在所述采集段中生成磁共振信号，在各个段中，所述磁共振信号属于不同的对比度类型；

-各单独的采集段具有一个或几个重复采集单位，在一个单独的采集单位中的磁共振信号属于相同的对比度类型。

本发明基于这样的认识：对于磁共振信号的采集被划分成几个采集段。各单独的采集段涉及到对具有特定对比度类型的磁共振信号进行采集。因此，一般来说，在对应于特定对比度类型的一个或几个采集段中采集具有该对比度类型的磁共振信号，同时在一个或几个其他采集段中采集具有不同对比度类型的磁共振信号。每一个所述采集段涉及一个例如包含RF脉冲和临时磁梯度场的磁共振采集序列，在此期间生成并且采集磁共振信号。所述临时磁梯度场被叠加在所述磁共振成像系统的主磁场上，并且其用来生成对所述磁共振信号的空间编码。这些临时磁梯度场也被表示为梯度脉冲。常常采用读取梯度脉冲并且还有相位编码梯度脉冲，所述读取梯度脉冲在对磁共振信号的实际采集期间存在，所述相位编码梯度脉冲独立于对磁共振信号的采集而存在。这些磁共振信号采集序列是通过重复采集单位建立的。根据本发明，在各单独的采集单位中采集具有相同对比度类型的磁共振信号。在一个单独的采集段期间可以把所述采集单位重复几次，以便例如生成多个回波以及/或者建立稳态采集类型。在所述采集段当中应当区分两组或多组。在一组采集段内，在该段中采集的磁共振信号携带特定的对比度类型。然而，在不同的采集段组中涉及不同的对比度类型。几组采集段可以按照不同程度交替，也就是说，从一次采集到下一次采集可以在来自不同组的采集段之间进行交替，或者在来自一组的多个采集段之后可以跟随有来自另一组的(相同或不同数目的)多个采集段。这种对于每组采集段采集不同对比度类型的方法允许独立于其他各组采集段的对比度类型对每一种对比度类型的采集进行优化。在所述采集段序列中，相继的采集段可能受到不同类型的约束。例如，一个采集段可能受到不可超出最大SAR(特定吸收比率)的约束，而下一个采集段则受到由于所述梯度模块的性能极限所导致的约束。此外，在一个采集段内，可以独立于其他采集段的建立方式来设置采集单位的重复。这样，实现了独立于其他采集段对每一采集段进行进一步优化。此外，不需要采用采集段之间的轮廓共享(profilesharing)。也就是说，可以在没有所述采集段所共有的任一采集段的k空间轮廓的情况下实施所述采集段。例如，所述回波链长度(即具有每RF激励脉冲的回波的形式的磁共振信号的数量)可以独立于各种对比度类型而改变。

下面将参照在从属权利要求中所限定的实施例进一步阐述本发明的这些和其他方面。

根据本发明的一方面，基于所述采集段的内容来设置其持续时间。所述采集段的内容是根据发生在所述采集单位中的例如RF脉冲(激励脉冲、重新聚焦脉冲、倒置脉冲等等)和临时梯度(诸如读取梯度、相位编码梯度、扩散或流敏化梯度等等的梯度脉冲)形式的内容以及在该采集段中采用的采集单位的数量而导出的。在各个采集段中的采集单位的数量可以基于应当满足的所考虑的约束来设置。根据特定实例，特定采集段的持续时间可以基于其内容来设置，其中不超出相关的SAR极限或者不超出所述梯度模块的最大性能。在实践中，所述梯度模块的最大性能根据该梯度模块的性能(例如信号功率)在预设时间段内的最大平均值来表示。特别地，基于占空比限制来设置所述采集序列的持续时间，所述占空比限制是从所述采集段的内容导出的。对于所述采集段的持续时间的设置可以基于用户输入来进行。这种用户输入经由用户输入端而被输入到所述控制单元。基于用户输入来设置所述采集段的持续时间使得操作人员很容易根据所述操作人员的个人优选项来设置所述采集段。在一个替换实施例中，所述控制单元被设置成基于所述采集段的内容来计算其持续时间。于是在获得所述采集段的持续时间时需要较少的用户干预。应当注意到，所述采集段的持续时间涉及到其采集单位的重复次数。相应地，以时间单位计的所述采集段的持续时间由所考虑的采集单位的持续时间乘以其重复次数而给出。对于每种对比度类型的采集的分段常常可以根据对应于所考虑的对比度类型的采集的自然分段边界来进行。这些自然分段边界分离所述采集序列的其内容具有大量共同元素的各部分。

根据本发明的另一方面，基于所述约束来设置所述采集段的持续时间，同时把预先选择的安全余量纳入考虑。所述预先选择的安全余量例如是来自所述采集段的持续时间的所选部分或标称时间段，其中在所述所选部分或标称时间段下所述约束得到满足。所述所选部分或标称时间段可以由用户选择，可选地根据所考虑的对比度类型来选择。或者，所述所选部分或标称时间段可以由所述控制单元自动选择。这是通过软件来实现的，所述软件基于发生在所实施的采集序列中的对比度类型来计算所述安全余量。当采用这种安全余量时，降低了违反一个或几个所述约束的风险。

本发明使得所述磁共振采集序列仍然处在诸如所述SAR极限和最大梯度性能之类的特定约束内，同时避免或者大大减少了其中所述磁共振系统不进行信号采集的时间段。在磁共振成像中构成问题的其他约束实例包括B₀漂移、RF占空比、声学噪声级、患者能够屏住呼吸的持续时间。本发明能够在很大程度上解决满足这些约束的问题，而不需要求助于显著更长的采集时间。

举例来说，一组扩散采集段可以涉及到扩散加权对比度，而另一组TSE采集段则涉及到TES(快速自旋回波)采集。所述扩散组的采集段的持续时间是基于在所述扩散加权所需要的扩散梯度方面的最大梯度性能而设置的。所述TSE组的采集段是根据所述SAR极限设置的，所述SAR极限在相对较大数量的RF重新聚焦脉冲方面有其相关性。在所述TSE组的采集段受到所述SAR极限的阻碍时可以实施所述扩散组的采集段，另一方面，在所述扩散组的采集段受到所述最大梯度性能的阻碍时可以实施所述TSE组的采集。因此，所述SAR极限和所述最大梯度性能对于总体数据采集的效率的负面影响较小。

根据本发明的另一方面，所述采集段的持续时间可以由用户人工设置。为此目的，所述控制单元配备有用户输入端，以便用来接收所述采集段的所设持续时间。相应地，用户可以对所述采集段的持续时间进行个性化设置，以便考虑到相关的MR检查的特定情况。

根据本发明的另一方面，所述控制单元计算所述采集段的持续时间。所述计算是基于所述采集段的内容进行的，特别是RF脉冲、临时磁梯度场(梯度脉冲)及其在所述采集单位中的波形以及各种采集单位的重复次数。所述计算例如考虑到各种限制(比如SAR极限以及最大梯度性能)以便产生遵循所述限制的采集段持续时间，并且使得所述磁共振成像系统空闲的时间最小化，特别是最小化不发生磁共振信号采集的时间。所述采集段的持续时间(特别是在该采集段中的所述采集单位的重复次数方面)被设置成处于所述最大持续时间、略低于所述最大持续时间、比所述最大持续时间低预设的百分比或者比所速最大持续时间低预设的偏移量。术语“最大持续时间”表示该采集段的这样的持续时间：如果使得该持续时间更长，则会超出所述相关约束。

根据本发明的另一方面，所述控制单元还被设置成控制所述磁共振成像系统的接收机模块和重建模块。所述接收机模块被控制来收集重建具有特定对比度的磁共振图像所需要的采集段的磁共振信号。特别地，所述控制单元控制所述接收机单元把所收集的各种对比度类型的采集段的磁共振信号组装在不同的信号包中。这样避免了在所述磁共振信号之间的串扰。此外，所述重建模块被控制来从该对比度类型的采集段的磁共振信号执行重建。这可以在对应于每种对比度类型的组装包上进行。

本发明还涉及一种如权利要求7中所限定的磁共振成像方法。本发明的该磁共振成像方法实现了独立于其他各组采集段的对比度类型对每种对比度类型的采集进行优化。本发明还涉及一种如权利要求8中所限定的计算机程序。本发明的计算机程序可以被提供在诸如CD-rom盘的数据载体上，或者可以从诸如广域网之类的数据网络下载本发明的计算机程序。当把所述计算机程序安装在被包括在磁共振成像系统内的计算机中时，其使得所述磁共振成像系统能够根据本发明进行操作，并且实现了独立于其他各组采集段的对比度类型对每种对比度类型的采集进行优化。

附图说明

将参照下面描述的实施例并且参照附图来阐述本发明的这些和其他方面，其中：

图1示出了其中采用了本发明的磁共振成像系统的示意图。

图2示出了本发明的磁共振成像系统的操作模式的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出了其中采用了本发明的磁共振成像系统。该磁共振成像系统包括一组主线圈10，借此生成稳定的、均匀的磁场。所述主线圈例如被构造成使得它们围绕隧道状的检查空间。待检查的患者被放置在患者托架上，该患者托架被滑动到该隧道状检查空间中。该磁共振成像系统还包括多个梯度线圈11、12，借此生成展现出空间变化(特别是以各单独方向上的临时梯度的形式)的磁场，以便被叠加在所述均匀磁场上。所述梯度线圈11、12连接到可控电源单元21。通过利用该电源单元21施加一个电流来给所述梯度线圈11、12通电；为此目的，该电源单元装配有电子梯度放大电路，其把所述电流施加到所述梯度线圈，以便生成具有适当时间形状的梯度脉冲(也被称作“梯度波形”)。通过控制该电源单元来控制所述梯度的强度、方向和持续时间。所述磁共振成像系统还包括发射和接收线圈13、16，以分别用于生成所述RF激励脉冲和拾取所述磁共振信号。所述发射线圈13优选地被构造为体线圈13，借此可以围绕待检对象(的一部分)。所述体线圈通常被设置在所述磁共振成像系统中，使得当待检对象30被安置在该磁共振成像系统中时，他或她被所述体线圈13所围绕。所述体线圈13充当用于发射RF激励脉冲和RF重新聚焦脉冲的发射天线。优选地，所述体线圈13导致所发射的RF脉冲(RFS)的空间上均匀的强度分布。相同的线圈或天线通常被交替地用作发射线圈和接收线圈。此外，所述发射和接收线圈通常被定形为线圈，但是其他几何构造也是可行的，其中所述发射和接收线圈充当RF电磁信号的发射和接收天线。所述发射和接收线圈13连接到电子发射和接收电路15。

应当注意到，也有可能使用单独的接收和/或发射线圈16。例如，表面线圈16可以被用作接收和/或发射线圈。这种表面线圈在较小的体积内具有高灵敏度。诸如所述表面线圈的接收线圈连接到解调器24，并且通过该解调器24对所接收的磁共振信号(MS)进行解调。解调后的磁共振信号(DMS)被施加到重建单元。所述接收线圈连接到前置放大器23。该前置放大器23放大由所述接收线圈16接收的RF共振信号(MS)，并且放大后的RF共振信号被施加到解调器24。该解调器24对所述放大后的RF共振信号进行解调。解调后的共振信号包含关于所述对象的待成像部分中的局部自旋密度的实际信息。此外，所述发射和接收电路15连接到调制器22。该调制器22以及该发射和接收电路15激活所述发射线圈13，以便发射所述RF激励和重新聚焦脉冲。所述重建单元从所述解调后的磁共振信号(DMS)导出一个或多个图像信号，所述图像信号表示待检对象的所成像部分的图像信息。在实践中，所述重建单元25优选地被构造为数字图像处理单元25，其被编程为从所述解调后的磁共振信号导出所述图像信号，所述图像信号表示所述对象的待成像部分的图像信息。所述信号被输出到重建监视器26，从而该监视器可以显示所述磁共振图像。或者有可能把来自所述重建单元25的信号存储在缓冲器单元27中，同时等待进一步的处理。

根据本发明的磁共振成像系统还配备有控制单元20，其例如具有计算机的形式，该计算机包括(微)处理器。该控制单元20控制RF激励的执行以及施加所述临时梯度场。为此目的，例如把根据本发明的计算机程序加载到该控制单元20和所述重建单元25中。

图2示出了本发明的磁共振成像系统的操作模式的示意图。在图2的例子中有几组采集段，比如扩散组(Df)、T2-TSE组(T2TSE)、磁共振血管造影组(MRA)、T1-FFE组(T1 FFE)以及FLAIR组(FLAIR)。在时间串100中示出了各采集段，并且定性地示出了各采集段101的相对持续时间。在每个对应组中采集的磁共振信号被收集在相应的磁共振信号集合102中，比如Df集合、T2TSE集合、T1FFE集合、FLAIR集合以及MRA集合。所述重建单元从这些集合102重建对应的磁共振图像103。也就是说，从所述Df集合重建扩散加权的磁共振图像(DfIm)，从所述T2TSE集合重建T2加权的磁共振图像(T2Im)，从所述T1FFE集合重建T1加权的磁共振图像(T1Im)，从所述FLAIR集合重建倒置恢复磁共振图像(IRIm)，以及从所述MRA集合重建磁共振血管造影图像(AIm)。

在最简单的事例中，可以把所述扩散扫描分段成(例如)具有1.5分钟的持续时间的各部分。这一点可以非常容易地实现，这是由于所述扫描本质上由在自然边界处分开的段构成：(“扩散方向”，典型地6-30；“扩散权重”，典型地2-4；平均值，典型地2-6)。每个单独的段可以在时间上分开而没有多少惩罚。然而，从磁化稳态的角度来看，有利的是填满由所涉及的典型的占空比时间常数所允许的完整时间。在该简单的情形下，所述检查序列将从{T1-FFE；T2-TSE；FLAIR；扩散EPI；MRA}改变成{扩散段1；T1-FFE；扩散段2；T2-TSE；扩散段3；FLAIR；扩散段4；MRA}。在这一改组过程中不涉及到用户，所述改组由ExamCards软件中的“优化”功能控制。在更高级的情形下，还将分解所述T2-TSE和MRA序列。这通常也是很普通的，例如通过在“平均值”段处进行分解(典型地短于所述SAR限制时间常数)，或者对于MRA是在“组块(chunk)”段上进行分解。后一种情况应当如下理解：对于MRA，在各部分(“组块”)中采集完整3D体积的多个段，以便改进流入对比度。每个“组块”可以很容易作为可以与其他序列段交织的一段来对待。为了产生所需的磁化稳态需要某些开销，但是相关的开销(“启动周期”)远远小于占空比约束所需要的开销。

在一个经过优化的高级事例中，所述检查顺序看起来将是如下：{T2-TSE段1；扩散段1；T1-FFE；MRA组块1；T2-TSE段2；扩散段2；FLAIR；MRA组块2；T2-TSE段3；扩散段3；MRA组块3}等等。

由于几个序列被分成各“包”以防止切片串扰，因此其他混合方法也是可行的。所述包可以很容易地被用来分解所述序列，即使从占空比的角度看对于该特定扫描(比如FLAIR)无此必要时也是如此，但是这样做允许对受到占空比限制的序列进行进一步分离。

Claims (8)

1、一种磁共振成像系统，该系统包括：

-RF激励模块，其用来生成几种RF激励的其中一种；

-梯度模块，其用来生成几种磁梯度脉冲的其中一种；

-控制单元，其用来控制所述RF激励模块和所述梯度模块，并且该控制单元被设置用于：

-执行采集序列，该采集序列包含一连串RF激励和梯度脉冲；

-所述采集序列包括几个采集段，在所述采集段中生成磁共振信号，在各个段中，所述磁共振信号属于不同的对比度类型；

-各单独的采集段具有一个或几个重复采集单位，在一个单独的采集单位中的磁共振信号属于相同的对比度类型。

2、如权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述控制单元还被设置成基于由所述采集段的内容强加的一个或多个约束来设置各个采集段的持续时间和/或所述采集段的对比度类型的顺序。

3、如权利要求2所述的磁共振成像系统，其中，所述控制单元还被设置成基于预先选择的安全余量内的所述一个或多个约束来设置各个采集段的持续时间和/或所述采集段的对比度类型的顺序。

4、如权利要求2所述的磁共振成像系统，其中，所述控制单元被设置成接收用户输入以便设置各个采集段的持续时间。

5、如权利要求2所述的磁共振成像系统，其中，所述控制单元被设置成根据所述采集段的所述内容计算各个采集段的持续时间。

6、如权利要求1所述的磁共振成像系统，

-其包括接收机模块和重建模块，所述接收机模块用来采集所述磁共振信号，所述重建模块用来从所述磁共振信号重建一个或多个磁共振图像，其中

-所述控制单元还被设置成控制所述接收机模块从各个采集段收集磁共振信号，以便形成对应的磁共振信号集合；以及

-所述控制单元还被设置成控制所述重建模块从各单独的磁共振信号集合重建对应的磁共振图像。

7、一种磁共振成像方法，包括以下步骤：

-执行采集序列，该采集序列包含一连串RF激励和梯度脉冲；

-所述采集序列包括几个采集段，在所述采集段中生成磁共振信号，在各个段中，所述磁共振信号属于不同的对比度类型；

-各单独的采集段具有一个或几个重复采集单位，在一个单独的采集单位中的磁共振信号属于相同的对比度类型。

8、一种计算机程序，其包括用来执行以下操作的指令：

-执行采集序列，该采集序列包含一连串RF激励和梯度脉冲；

-所述采集序列包括几个采集段，在所述采集段中生成磁共振信号，在各个段中，所述磁共振信号属于不同的对比度类型；

-各单独的采集段具有一个或几个重复采集单位，在一个单独的采集单位中的磁共振信号属于相同的对比度类型。

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