CN101653360A - 用于产生不同加权的图像的磁共振方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在用于获取磁共振数据的方法和设备中，将对象的一个区域暴露到包括重新聚焦射频脉冲翻转角演变的自旋回波磁共振脉冲序列中，该重新聚焦射频脉冲翻转角演变导致具有信号演变的磁共振信号在每个激励射频脉冲之后从该区域中发出。取样所述信号演变，以便从中提取出两组或多组分别具有在所述区域中组织的不同对比度加权的被取样的数据。以可以从中产生分别具有所述不同对比度加权的、所述区域的多个不同图像的形式，可以使用所述多组被取样的数据作为各个输出。例如，因此可以通过对相同的可变翻转角回波串的取样，产生自旋密度加权图像和T2加权图像，或者T2加权图像和重T2加权图像。

Description

用于产生不同加权的图像的磁共振方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于获取具有不同类型加权的磁共振数据的方法，以及一种用来实现这种方法的磁共振数据获取系统。
背景技术
最近几年中磁共振技术已经越来越多地被用来产生人体的横截面的图像，因此，相对于诸如利用X射线的透视或者计算机断层成像的其它医学成像模态(modality)来说，其除了别的之外具有患者以及医学人员不被暴露至电离辐射的优点。
磁共振(MR)技术是一种可以用来产生检查对象的内部的图像的公知技术。为此目的，将检查对象在MR设备中定位在强的静态均匀基本磁场(磁场强度小于0.2特斯拉至7特斯拉以及更高)中，使得对象的核自旋变得沿着基本磁场优先地取向。将检查对象暴露在射频(RF)激励脉冲中，以便激励出核磁共振，所激励的核磁共振被测量(探测)出，并且在此基础上重建MR图像。为了对测量数据进行空间编码，将迅速切换的梯度磁场叠加到基本磁场上。所获取的测量数据被数字化并且作为复数的数值被存储在“k空间”矩阵中。借助于例如多维的傅里叶变换，可以从填充了这种值的k空间矩阵中重建相关联的MR图像。
与由RF脉冲迫使离开其平衡对准(即与静态磁场的对准)的全体自旋相关联的磁化矢量，在RF脉冲结束之后试图返回到其平衡对准。该磁化矢量的相对于静态磁场的方向的位置(例如按照度)，代表了自旋离开它们的平衡状态的程度。返回到平衡状态被称为“弛豫”，并且因此与基本磁场的方向平行的磁化矢量的分量返回到原始的纵向(平衡)被称为纵向弛豫。因为该弛豫是由自旋-晶格(T1)互相作用确定的，因为其也被称为自旋-晶格弛豫或者T1弛豫。
还存在自旋-自旋相互作用，叫做T2作用，其导致在磁化矢量之间失去相位一致性。这种相位一致性的失去表明了磁化矢量的横向(即垂直于纵轴的)分量的衰退，并且因此也被称为横向弛豫或者T2弛豫。
在选择性地调整被用在磁共振脉冲序列的不同参数时，可以调整T1弛豫和T2弛豫对于来自特定组织的信号的贡献。调整这些贡献的作用是，改变用来在结果磁共振图像中表示不同类型组织的对比度。为了突出感兴趣的特定组织类型，或者为了使得感兴趣的特征在结果磁共振图像中能够更容易地被识别，按照有目的的方式来调整T1弛豫和/或T2弛豫的贡献，从而“加权”图像以便设置或者选择需要的对比度。于是，当T1差异主导图像外观时这些图像被称为T1加权图像，而当T2差异主导图像外观时这些图像被称为T2加权图像。在T1加权图像中具有长的T1的组织是暗的，而在T2加权图像中具有长的T2的组织是亮的。
T1加权图像以及T2加权图像特别适合于用在大脑成像中，以便选择性地突出灰质和/或白质和/或脑病变。脑脊液(CSF)具有极其高的水浓度，从而其展现出非常长的T1弛豫时间以及非常长的T2弛豫时间。因此，在T1加权图像中CSF将仅仅产生小的信号贡献，并且因此将显得暗。然而，在T2加权图像中同样的CSF将产生非常高的信号，并且因此将显得亮。
也可以选择性地调整磁共振数据获取参数，使得结果图像既不是T1加权也不是T2加权，并且因此基本上仅仅受到每体素的产生信号的核的数目影响。如果氢原子被成像，则这种类型的加权被称为质子密度(PD)加权。对于成像其它原子，这种类型的加权被称为自旋密度加权。
一般地将如下的磁共振数据获取脉冲序列称为自旋回波脉冲序列：其由大约90°激励RF脉冲开始，后跟大约180°重新聚焦(refocusing)RF脉冲。已知多种类型的自旋回波脉冲序列，并且自旋回波脉冲序列代表了磁共振脉冲序列的一个基本系列或者类别。
非常先进的自旋回波脉冲序列包括单层块(single-slab)3D快速自旋回波脉冲序列，除了别的名称之外被公知为SPACE(Sampling Perfection withApplication optimized Contrasts using different flip angle Evolutions)。通过使用重新聚焦RF脉冲串(其呈现带有贯穿在回波串(train)的持续时间的不同的翻转角(＜180°)的脉冲)，这种类型的脉冲序列允许极其巨大数目的重新聚焦RF脉冲(例如，＞300)。由在图2中示出的曲线说明了在这种脉冲序列中的跟随在给定激励RF脉冲之后的翻转角的示例性变化。有目的地设计这种曲线的形状，以便实现对于不同类型组织的期望信号强度，并且被称为翻转角演变。这种演变被设计用于获得在所成像的组织之间的特殊对比度(例如，在质子密度加权图像或T1加权图像或T2加权图像中)。图3示出了分别对于CSF、灰质和白质的标准化的信号强度的例子，就时间而言，其是使用图2中示出的翻转角演变在T2加权图像中获得的。利用该回波串，通过将回波时间设置在该回波串的中间部分附近得到了组织之间的最佳T2加权对比度。
图2和3的例子示出了这样一种信号演变，其具有用于SPACE类型的脉冲序列的回波串持续时间的下端的回波串持续时间。一般地使用直到1秒钟的回波串持续时间，而对于一定的应用可以使用数秒的持续时间。然而，为了获得质子密度加权对比度，回波串典型地不大于大约数百毫秒。编码的重排序使得较早的回波进入到k空间的中心部分。因此，质子密度加权的演变本质上是对T2加权对比度发生的演变的第一部分。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种用于按照比常规所完成的更有效的方式来获取具有不同类型的对比度加权的磁共振成像数据的方法和设备。
根据本发明，上述技术问题是通过用于获取磁共振数据的一种方法和设备解决的，其中，将对象的一个区域暴露到展现了重新聚焦RF脉冲翻转角演变的磁共振脉冲序列中，该重新聚焦射频脉冲翻转角演变导致在该区域中的自旋在每个激励射频脉冲之后产生具有信号演变的回波串。取样每个信号演变，以便从中提取出两组或多组分别具有在所述区域中组织的不同对比度加权的被取样的数据。因此，在k空间中的所述多组被取样的数据可用来获得分别具有多个不同类型的对比度加权的多个不同磁共振图像。
按照本发明的方法和设备的基础是：使用所设计的信号演变，从相同的信号演变中同时地提取多个对比度。例如，在质子密度加权图像和T2加权图像的情况下，利用了上面提到的如下事实：被提取用于质子密度加权对比度的信号的部分，是被取样用于产生T2加权图像的相同信号演变的明显更早的部分。因此，为了从相同的回波串中获得具有不同对比度的各个图像，对相同信号演变的各个不同的部分进行取样。被取样以便获得分别两种不同类型加权的回波串的各自部分，可以是不重叠的，或者可以是部分局部重叠的，或者可以是一个包含在另一个中的。作为另一个例子，可以采样一种非常长(＞1秒)的信号演变，其中，第一部分被用于产生T2加权图像，而第二部分被用于产生重T2加权图像(heavily T2-weightedimage)，正如被一般地用于描述诸如胆管系统的包含流体的结构那样。
所采用的磁共振脉冲序列优选为快速自旋回波脉冲序列，并且特别优选是诸如SPACE序列的单层块三维脉冲序列。所采用的快速自旋回波脉冲序列优选具有大于300的快速系数(turbo factor)，并且所述信号演变(回波串)优选具有大于大约250ms的持续时间。
附图说明
图1示意性地说明了按照本发明构造和运行的磁共振系统的基本部件，
图2如上面提到的那样，是说明在SPACE类型脉冲序列中翻转角演变例子的图形，
图3如上面提到的那样，是说明与利用图2中示出的翻转角演变获得的T2加权图像对应的、对于CSF、灰质和白质的各自信号演变的图形，
图4是示意性地说明按照本发明的方法的图形。
具体实施方式
图1示意性地示出了带有其基本部件的磁共振设备1的设计。为了借助于磁共振成像检查身体，采用了多种磁场，这些磁场就它们的时间和空间特性尽可能精确地相互匹配。
一个被安排在屏蔽射频的测量室3中的强磁体(典型地是带有隧道形的开口的低温磁体5)产生静态强基本磁场7，该基本磁场典型地为0.2特斯拉至3特斯拉以及更高。待检查的身体或者身体部分(在此未示出)被支撑在患者卧榻9上并且被定位在基本磁场7的均匀区域中。
通过经由射频天线(在此作为身体线圈13示出)辐射的射频激励磁脉冲，使得对身体的核自旋的激励相继发生。射频激励脉冲由脉冲产生单元15所产生，后者由脉冲序列控制单元17所控制。在由射频放大器19放大之后，射频激励脉冲被传递至射频天线。此处示出的射频系统仅仅是示意性表示的。典型地，在磁共振设备1中使用了多个脉冲产生单元15、多个射频放大器19以及多个射频天线。
此外，磁共振设备1具有梯度线圈21，利用后者将用于选择性层激励以及用于对测量信号进行空间编码的梯度磁场辐射到测量中。梯度线圈21由梯度线圈控制单元23控制，将该控制单元和脉冲产生单元15一样与脉冲序列控制单元17连接。
通过身体线圈13和/或通过局部线圈25获取由被激励的核自旋所发射的信号，通过相关联的射频前置放大器27进行放大，并且通过获取单元29进行进一步的处理和数字化。
如果线圈(例如身体线圈13)可以既工作在发射模式又工作在获取模式，则通过上游的发射-接收双工器39调节正确的信号中继。
图像处理单元31从测量数据中产生一幅图像，该图像被经由操作面板33呈现给用户，或者被存储在存储单元35中。中央计算机37控制各个系统组成部分。在此，计算机37被构造成通过对计算机37的适当的编程可以实现根据本发明的方法。
将使用图4在下面的示例性实施例的基础上解释本发明的基本原理：在该实施例中采用在图2中示出类型的翻转角分布，以便获得在图3中示出类型的对于CSF、灰质和白质的T2加权信号。
如图4中所示出的，根据本发明，回波串的第一部分可以被用于产生对于密度加权图像组的k空间数据。同一回波串的较后部分可以被用于产生对于也在图2中示出类型的、T2加权图像数据组的k空间数据。数据的一些部分可以在这两个对比度之间共享，也就是说，该共享的数据可以被用在对于两个图像组的k空间中。
这样一种脉冲序列的实现以及对其的取样，使得可以同时(在该例子中是在相同的解剖位置上)获取两个对比度，即，质子密度加权和T2加权。当然，也可以获得其它类型的对比度加权、诸如T1加权对比度，或者多于两个对比度。
与用于仅仅收集T2加权数据组所需要的数目相比，为了完全地填充对于质子密度加权图像组的k空间，附加的激励可能是必须的。不过，总的测量时间仍然显著地小于用于分开地获取分别对于两个不同对比度的数据组所需要的测量时间。
总之，根据本发明的方法和设备使得产生专门的信号演变(按照可能的诸如SPACE的序列)，其允许从该信号演变的不同部分提取所选择的对比度。这些不同部分可以是重叠的，或者可以是完全相互分开的，或者一个可以包含在另一个中。翻转角演变以及所形成的信号演变取决于所希望的对比度。
尽管本领域技术人员可以建议出许多修改和改变，发明人的意图是在授权的本专利中体现所有它们对本领域贡献的范围内合理和适当的改变和修改。

Claims (16)

1.一种用于获取磁共振数据的方法，包括如下步骤：
将对象的一个区域暴露到包括激励RF脉冲和多个重新聚焦RF脉冲的自旋回波磁共振脉冲序列中，这些重新聚焦RF脉冲展现了翻转角演变，并且使得磁共振信号作为回波串从该区域中发出；
规定所述翻转角演变，使得在所述回波串中的信号演变产生在所述区域中组织之间的对比度；
取样所述信号演变的第一部分以便获得带有所述对比度的第一类型加权的第一组k空间数据，并且取样所述信号演变的第二部分以便获得带有所述对比度的第二类型加权的第二组k空间数据，直到期望数量的对比度加权被取样；以及
以可以产生具有所述对比度的第一类型加权的、所述区域的第一图像的形式，可以使用所述第一组k空间数据作为第一电子输出，并且以可以产生具有所述对比度的第二类型加权的、所述区域的第二图像的形式，可以使用所述第二组k空间数据作为第二电子输出，直到产生具有所述对比度加权的、所述区域的所有图像。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：所述部分不重叠地取样所述信号演变。
3.根据权利要求1所述的方法，包括：至少两个所述部分局部重叠地取样所述信号演变。
4.根据权利要求1所述的方法，包括：至少一个所述部分包含在另一个所述部分中地取样所述信号演变。
5.根据权利要求1所述的方法，包括：采用快速自旋回波序列作为所述自旋回波序列。
6.根据权利要求5所述的方法，包括：采用诸如SPACE序列的单层块三维脉冲序列作为所述快速自旋回波序列。
7.根据权利要求5所述的方法，包括：采用具有大于300的快速系数的快速自旋回波序列。
8.根据权利要求1所述的方法，包括：利用至少大约250ms的持续时间产生所述信号演变。
9.根据权利要求1所述的方法，包括取样两个对比度加权，并且包括：取样所述信号演变的第一部分以便获得带有质子密度加权作为所述对比度的第一类型加权的第一组k空间数据，以及取样所述信号演变的第二部分以便获得带有T2加权作为所述对比度的第二类型加权的第二组k空间数据。
10.根据权利要求1所述的方法，包括取样两个对比度加权，并且包括：取样所述信号演变的第一部分以便获得带有T2加权作为所述对比度的第一类型加权的第一组k空间数据，以及取样所述信号演变的第二部分以便获得带有重T2加权作为所述对比度的第二类型加权的第二组k空间数据。
11.一种用于获取磁共振数据的方法，包括如下步骤：
将对象的一个区域暴露到包括重新聚焦RF脉冲翻转角演变的自旋回波磁共振脉冲序列中，该重新聚焦RF脉冲翻转角演变导致展现了信号演变的磁共振信号从该区域中发出；
取样所述信号演变，以便从中提取出至少两组分别具有在所述区域中组织的不同对比度加权的被取样的数据；以及
以可以产生分别具有所述不同对比度加权的、所述区域的多个不同图像的形式，可以使用所述多组被取样的数据。
12.根据权利要求11所述的方法，包括：采用快速自旋回波序列作为所述自旋回波序列。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：采用诸如SPACE序列的单层块三维脉冲序列作为所述快速自旋回波序列。
14.根据权利要求11所述的方法，包括取样两个对比度加权，并且包括：取样所述信号演变，以便提取出带有质子密度加权的第一组所述被取样的数据，和提取出带有T2加权的第二组所述被取样的数据。
15.根据权利要求11所述的方法，包括取样两个对比度加权，并且包括：取样所述信号演变，以便提取出带有T2加权的第一组所述被取样的数据，和提取出带有重T2加权的第二组所述被取样的数据。
16.一种磁共振系统，包括：
磁共振扫描器，其被配置用来如下地从对象获取磁共振数据：将所述对象的一个区域暴露到包括激励RF脉冲和多个重新聚焦RF脉冲的自旋回波磁共振脉冲序列中，这些重新聚焦RF脉冲展现了翻转角演变，并且使得磁共振信号作为回波串从该区域中发出；
控制器，其规定所述翻转角演变，使得在所述回波串中的信号演变产生所述区域中组织之间的对比度；
计算机，其被配置用来：取样所述信号演变的第一部分以便获得带有所述对比度的第一类型加权的第一组k空间数据，取样所述信号演变的第二部分以便获得带有所述对比度的第二类型加权的第二组k空间数据，并且进行下去直到期望数量的对比度加权被取样；以及
所述计算机被配置用来：以可以产生所述对比度的第一类型加权的、所述区域的第一图像的形式，可以使用所述第一组k空间数据作为第一电子输出，以可以产生具有所述对比度的第二类型加权的、所述区域的第二图像的形式，可以使用所述第二组k空间数据作为第二电子输出，并且对于期望数量的对比度加权进行下去。
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