CN101680937B

CN101680937B - 磁共振设备和方法

Info

Publication number: CN101680937B
Application number: CN200880014432.0A
Authority: CN
Inventors: H·埃格斯; G·H·范艾佩伦
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-05-03
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2028-04-25
Also published as: CN101680937A; US20100117645A1; WO2008135885A1; US8314614B2

Abstract

本发明涉及一种用于对置于检查体积内的身体(7)进行MRI的设备。所述设备(1)包括：用于在检查体积内建立基本均匀的主磁场的装置(2)；用于生成叠加到主磁场之上的切换式磁场梯度的装置(3，4，5)；用于向身体(7)辐射RF脉冲的装置(6)；用于控制磁场梯度和RF脉冲的生成的控制装置(12)；用于接收MR信号并对其采样的装置(10)；以及用于根据所述信号样本形成MR图像的重建装置(14)。根据本发明，将所述设备(1)布置成通过使身体(7)的至少一部分受到MRI序列而生成一系列MR信号，根据PROPELLER方案，按照多个k空间叶片采集MR信号，根据具有不同旋转角度的k空间叶片对的相位差来计算相位误差，基于所计算的相位误差来执行所采集的k空间叶片的相位校正，以及根据所采集并且经相位校正的MR数据集重建MR图像。

Description

磁共振设备和方法

技术领域

本发明涉及用于一种对置于检查体积内的身体进行磁共振成像（MRI）的设备。

此外，本发明涉及一种MRI的方法和用于磁共振（MR）设备的计算机程序。

背景技术

在MRI中，对置于MR设备的检查体积内的均匀磁场中的物体（患者）施加包括了射频（RF）脉冲和切换式磁场梯度的脉冲序列。以这种方式，生成MR信号，其借助于RF接收天线进行扫描，以便获得有关所述对象的信息并对其图像进行重建。由于它最初的发展，MRI应用的临床相关领域的数量已经取得巨大的增长。MRI可应用到几乎身体的每个部分，并且它可用于获得重要的人体功能信息。脉冲序列（其在MRI扫描期间进行施加）在确定重建图像的特征（诸如，对象内部的位置和方向、尺寸、分辨率、信噪比、对比度、对移动的敏感度等）上扮演着重要的角色。MRI设备的操作者必须为各个应用选择合适的序列并且必须调整和优化它的参数。

在已知的所谓PROPELLER观念（具有增强的重建的周期旋转的重叠平行线，见James G.Pipe:“Motion Correction With PROPELLER MRI:Application to Head Motion and Free-Breathing Cardiac Imaging”,MagneticResonance in Medicine,vol.42,1999,963-969页）中，MR信号采集到k空间中的N个数据带（strip）上，每一个数据带包括L条平行线，其对应笛卡尔k空间采样方案中的L最低频率相位编码线。每个数据带（其也被称为k空间叶片）在k空间中旋转达

的角度，使得整个MR数据集在k空间中近似涵盖了圆。如果希望具有直径M的数据矩阵，则例如这样选择L和N，使得L·N＝M·π/2。PROPELLER的一个本质特征是针对每个k空间叶片采集具有直径为L的k空间的中心圆部分。这一中心部分可用于为每一个k空间叶片重建低分辨率图像。这些低分辨率图像或者他们的k空间表示彼此进行比较，从而去除由于患者运动造成的平面内的位移和相位误差。另外，应用适当的技术（诸如互相关）来确定所采集的哪一个k空间叶片具有明显贯通面位移。当在重建最终MR图像之前将k空间中的MR信号组合时，在k空间叶片重叠的区域中，优选使用来自k空间叶片的具有最小量贯通面运动的MR数据，从而减少由贯通面运动引起的伪影。PROPELLER技术利用k空间的中心部分中的过采样，以获得MR图像采集技术，其对于MR信号采集期间被检查患者的运动具有较好的鲁棒性。

在将来自各k空间叶片的MR信号进行组合之前的必要步骤是确保旋转点正好位于k空间的中点。由于切换式磁场梯度的不完美，这通常是不严格准确的。这些不完美主要导致图像空间中所采集的MR信号的相位误差。根据常规的PROPELLER方案，从每个k空间叶片中简单地完全去除图像空间中的所有低频空间变化相位，同时去除k空间平移并消除在MR图像上缓慢变化同时可能从一个叶片到另一个叶片发生变化的有关运动的相位转移。

常规PROPELLER概念的缺点在于所采集的MR信号的相位信息大部分在上述相位校正处理期间丧失。这使其不可能重建复数MR图像，因为需要或者至少期望大量的MR采集方法（诸如像反转恢复（IR））。而且，常规方法在使用某些MR采集方法（诸如，IR和平衡快速梯度回波（BFFE）序列）来量化MR图像中带来了若干伪影。

WO2007/013423A1公开了一种应用于PROPELLER成像中的相位校正方案，其中将所采集的MR信号数据的子集选定为参考数据集，从所述参考数据集中计算用于校正的相位角度。之后，将相应的相位校正用于所有所采集的MR信号数据。根据已知的方案，为各个k空间叶片计算相位校正。这可以通过从每一个k空间叶片选择参考数据以为相应的叶片导出相位校正而实现，或者通过仅从若干k空间叶片中选择参考数据集而实现，其中通过在不同k空间叶片之间插值而计算各个k空间叶片的相位校正。

Bernstein等（Handbook of MRI Pulse Sequence,Elsevier Academic Press,915-927页,2004）提出针对径向k空间采集方案计算相位校正，以便补偿磁场梯度的缺陷。相位转移的特征为以正极性读取梯度幅度采集的数据和以负极性读取梯度幅度采集的数据的比较。该方法需要在0<Φ<2π(Φ为径向采集的旋转角度)上的全数据采集，以便使每一个角度Φ具有正极性和负极性的读取梯度。从采集的角度而言，采集角度Φ和Φ+π处的视图是多余的。根据Bernstein等利用奇数次径向采集可减轻这一缺点。在这种情况下，当计算相位转移以用于校正时，在角度Φ+π+ΔΦ处的采集可由角度Φ+π处的采集的近似而替代。

本发明的目的是提供一种MR设备，其能够利用PROPELLER成像生成复数MR图像并改善尤其是IR和稳定态自由旋进（SSFP）PROPELLER成像中的图像质量。

发明内容

根据本发明，公开了一种对置于检查体积内的身体进行MRI的MR设备。所述设备包括：用于在检查体积内建立基本均匀的主磁场的装置；用于生成叠加到主磁场之上的切换式磁场梯度的装置；用于向身体辐射RF脉冲的装置；用于控制磁场梯度和RF脉冲生成的控制装置；用于接收MR信号并对其采样的装置以及用于根据信号样本形成MR图像的重建装置。本发明建议将MR设备布置成：

a)通过使身体的至少一部分受到至少一个RF脉冲和切换式磁场梯度的MRI序列，生成一系列MR信号，

b)根据PROPELLER方案，采集MR信号作为多个k空间叶片，所述k空间叶片围绕k空间中心进行旋转，

c)根据具有近似或正好相反的旋转角的k空间叶片对的相位差计算相位误差，

d)基于所计算的相位误差执行对所采集的k空间叶片的相位校正，以及

e)根据所采集并且经相位校正的MR数据集重建MR图像。

本发明的本质特征是根据具有不同旋转角的两个或更多个k空间叶片的相位差计算相位误差以及MR信号的相应的相位校正。相位误差可在图像空间中进行计算，可在k空间或在混合空间中进行等同的计算。以这种方式可去除由于MR设备的梯度系统而造成的相位误差，同时保存MR信号的完整相位信息。因此，本发明的技术能够根据使用PROPELLER采集的MR信号数据集重建复数MR图像（包括实部图像、虚部或相位图像），并避免像已知的PROPELLER概念那样由于去除大多数相位信息而引发的图像伪影。

还将本发明的MR设备布置成根据具有相反的旋转角的k空间叶片对的相位差计算相位误差。来自在180°旋转角度上具有差异的k空间叶片的MR数据的相位误差除了它们的符号外是相同的，因为读取的磁场梯度颠倒了它们的极性。这样直接进行计算以确定具有相反读取方向的k空间叶片对的相位误差。然而，本发明的技术无需额外的扫描时间，因为无需k空间叶片的旋转角度中准确的180°差异来提取具有足够精度的相位误差。对于实际运行本发明的技术而言，不必进行k空间样本的重采集。根据本发明，以相反的读取方向采集相邻的k空间叶片。

根据本发明另一优选实施例，可将MR设备布置成根据具有不同旋转角度的两个或更多个k空间叶片的幅值差计算幅值误差。这些计算可在图像空间中进行或在k空间或混合空间中的等同计算进行。以这种方式可进一步降低图像伪影。

在本发明的优选实施例中，用于接收MR信号的装置包括两个或更多个接收线圈，其中将MR设备布置成将并行地经不同的接收线圈采集的复数MR数据集进行组合。由于本发明的技术能够保存所采集的MR信号的完整相位信息，因此其可用于各并行的MR方法（诸如像CLEAR或SENSE），其中在图像重建期间将经由不同接收线圈采集的复数MR数据集进行组合。

根据本发明另一优选实施例，用于PROPELLER采集的MR成像序列是BFFE或IR序列。在BFFE和在IR两者的成像中，由于不同驰豫时间常数或场的不均匀性，会出现大量的局部相位变化。如果大量地去除相位信息（诸如通过常规PROPELLER相位校正），这些局部相位变化在量化图像中导致很多伪影。相反，本发明允许使用BFFE或IR序列进行PROPELLER采集，因为它保存了所采集的MR信号的相位信息，从而避免了这些伪影。由于相同的原因，本发明对于相位对比采集以及对于存在化学位移（诸如在普通的水和脂肪采集）中的梯度回波成像是有利的。

本发明不只是涉及对置于MR设备检查体积内的身体的至少一部分进行MRI的设备而且还涉及其方法，其中所述方法包括以下步骤：

a)通过使身体的至少一部分受到至少一个RF脉冲和切换式磁场梯度的MR成像序列，生成一系列MR信号，

d)基于所计算的相位误差执行所采集的k空间叶片的相位校正，以及

e)根据所采集的并且经相位校正的MR数据集重建MR图像。

适于执行本发明成像操作的计算机程序可有利地在任何普通计算机硬件（其目前在临床使用中用于进行MR扫描器的控制）上实现。在合适的数据载体（诸如CD-ROM或光盘）上可提供所述计算机程序。可选地，它也可由用户从互联网服务器上进行下载。

附图说明

所附各附图公开了本发明各优选的实施例。然而，应该理解，仅将各附图出于描述性的目的而设计，并非是定义本发明的界限。在各附图中

图1显示了根据本发明的MR扫描器；

图2阐述了具有相反读取方向的PROPELLER MRI的k空间采样方案；

图3显示了本发明方法的流程图。

具体实施方式

在图1中，将根据本发明的MRI设备1显示为方块图。装置1包括用于生成静态和均匀主磁场的一组主磁线圈2，以及对具有可控强度并在所选方向上具有梯度的附加磁场进行叠加的三组梯度线圈3、4和5。常规地，将主磁场方向标记为z方向，两个与之垂直的方向标记为x和y方向。梯度线圈3、4和5经电源11供能。成像设备1还包括向身体7发射RF脉冲的RF发射天线6。天线6耦合到调制器9，用于生成并调制RF的脉冲。还提供接收器用于接收MR信号，所述接收器可与发射天线6是同一个或者是分离的。如果发射天线6与接收器在物理上是同一个天线，如图1所示，则将发送接收开关8布置为将接收的信号与待发射的脉冲分离开。天线6或者是单个线圈（诸如体线圈），或者它可包括（相控）线圈阵列，用于经分离的各接收线圈，并行采集MR信号。向解调器10输入接收的MR信号。发送接收开关8、调制器9和用于梯度线圈3、4和5的电源11由控制系统12进行控制。控制系统12控制馈送给天线6的RF信号的相位和幅值。控制系统12通常是具有存储器和程序控制的微型计算机。将解调器10耦合到重建装置14（例如计算机），用于将接收的信号转变为能够在例如视觉显示单元15上进行观看的图像。对于本发明具体的实现方式而言，MR设备1的控制系统12包括用于按照根据PROPELLER方案的多个k空间叶片采集MR信号的程序。对重建装置14进行编程，以根据具有不同旋转角的各k空间叶片对的相位差计算相位误差，并在根据经相位校正的MR信号数据集重建最终MR图像之前，基于所计算的相位误差，执行所采集的k空间叶片的相位校正。

图2阐述了根据本发明的PROPELLER MRI的k空间采样。在图2所示的示例中，采集9个k空间PROPELLER叶片。各叶片围绕k空间中心进行旋转，使得总采集MR数据集在k空间中近似涵盖了一个圆。图2中所示的箭头指示针对各k空间叶片所生成的读取磁场梯度的方向。连续采集的k空间叶片的旋转角在描绘的示例中增加40°。例如k空间叶片1和6形成具有近似（160°）相反读取方向的一对。通过对来自图像空间中两个叶片的相应MR信号样本的相位差进行计算，可估计来自这些k空间叶片的MR数据的相位误差。本发明的相位校正方案依赖旋转角具有近似180°差异的叶片间的相位差而无需额外的扫描时间，因为在实际中无需正好是180°的差异来以足够精度估计相位误差。根据本发明使用所估计的相位误差，执行从k空间叶片采集的MR信号样本的相位校正，其中保存MR信号的相位信息。

在图3中，将本发明的方法显示为流程图。步骤20和21每一个代表单个k空间叶片的采集，其中两个k空间叶片具有近似相反的旋转角。将来自这两个k空间叶片的MR数据转换到图像空间中。得到的图像数据集在图3中由m₁(x,y)和m₂(x,y)。重复步骤20和21直到对k空间完全进行采样。信号m₁(x,y)和m₂(x,y)理想读取为：

m₁(x,y)=(m(x,y)*s(x,y))e^+ip(x,y)和

m₂(x,y)=(m(x,y)*s(x,y))e^-ip(x,y),

其中m(x,y)表示作为空间坐标x和y的函数的磁化，s(x,y)表示所谓的k空间快门函数，其基本上是由相位编码方向中的k空间叶片宽度决定的旋转sinc函数，而p(x,y)表示图像空间中的相位误差。对于近似相反的读取方向，s(x,y)对于两个k空间叶片基本相同。p(x,y)除了其符号外也相同，因为读取梯度颠倒了它们的极性。通过如下计算可实现从m(x,y)所含对象和线圈相位中分离出由梯度引起的p(x,y)

\sqrt{m_{1} (x, y) {m_{2}}^{*} (x, y)} = | m (x, y) * s (x, y) | e^{ip (x, y)}

从该公式（优选具有信号幅值加权）可直接降低梯度引发的线性相位偏移。然后在步骤22中执行k空间数据的对应相位校正。在该操作中可分别考虑读取和相位编码的方向。根据上面的公式，通过更加精细的非线性相位校正能够很好地解决除了延迟外的其他影响。被检患者的全局移动（诸如刚性身体移动和旋转）基本不影响步骤22中的相位校正。虽然平移造成k空间而非图像空间中的线性相位转移，而旋转只改变两个k空间叶片间的角度的有效差异。这稍微降低了p(x,y)估计的精度。如上所述，为了避免过度重复采集k空间样本以及总扫描时间的相应增加，在实践中无论如何不会选择旋转角度中正好是180°的差异。在步骤22中的相位校正之后，在步骤23中估计并去除每个k空间叶片之间的被检查对象的整体旋转。随后在步骤24中估计并校正整体平移。在步骤25中，经旋转和平移的MR信号数据彼此相关。假定K空间叶片间的较差的相关性对应于被检身体显著的贯穿平面的移动。所获得的相关性度量用于对来自单个k空间叶片的MR信号数据进行排序。根据排序，在k空间叶片的重叠区域中，对数据进行不均衡的加权，以使受运动损坏的信号的贡献最小化。在步骤26进行（复数）MR图像的最终重建。这涉及对数据的网格化和对结果的傅立叶变换。

Claims

1.一种用于对置于检查体积内的身体(7)进行MRI的设备，所述设备(1)包括

用于在所述检查体积内建立基本均匀的主磁场的装置(2)，

用于生成叠加到所述主磁场之上的切换式磁场梯度的装置(3,4,5)，

用于向所述身体(7)辐射RF脉冲的装置(6)，

用于控制所述磁场梯度和所述RF脉冲的生成的控制装置(12)，

用于接收MR信号并对其采样的装置(10)，以及

用于根据信号样本形成MR图像的重建装置(14)，

将所述设备(1)布置成

a)通过使所述身体(7)的至少一部分受到至少一个RF脉冲和切换式磁场梯度的MRI序列，生成一系列MR信号，

b)根据PROPELLER方案，采集所述MR信号作为多个k空间叶片，所述k空间叶片围绕k空间中心旋转，

e)根据所采集的并经相位校正的MR数据集重建MR图像。

2.如权利要求1所述的设备，其中，将所述设备(1)布置成根据所采集的并经相位校正的MR数据集重建复数MR图像。

3.如权利要求1或2所述的设备，其中，将所述设备(1)额外地布置成根据具有不同旋转角的两个或更多个k空间叶片的幅值差计算幅值误差。

4.如权利要求1所述的设备，其中，用于接收所述MR信号的装置（10）包括两个或更多个接收线圈，将所述设备（1）布置成对经由不同接收线圈采集的复数MR数据集进行组合。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述MR序列是平衡快速梯度回波序列、反转恢复序列或用于相位对比测量的序列。

6.如权利要求1所述的设备，其中，同时采集来自具有不同化学位移的核素的MR信号。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述核素是水和脂肪。

8.一种用于对置于MR设备的检查体积内的身体的至少一部分进行MRI的方法，所述方法包括下列步骤：

a)通过使所述身体(7)的至少一部分受到至少一个RF脉冲和切换式磁场梯度的MR成像序列，生成一系列MR信号，

e)根据所采集的并经相位校正的MR数据集重建MR图像。

9.如权利要求8所述的方法，其中，根据所采集的并经相位校正的MR数据集重建复数MR图像。

10.如权利要求8或9所述的方法，其中，所述方法包括将两个或更多个复数MR数据集进行组合以用于步骤e)中的图像重建的步骤，所述MR数据集并行地经由不同接收线圈进行采集。

11.一种用于对置于MR设备的检查体积内的身体的至少一部分进行MRI的装置，包括：

用于通过使所述身体(7)的至少一部分受到至少一个RF脉冲和切换式磁场梯度的MR成像序列，生成一系列MR信号的模块，

用于根据PROPELLER方案，采集MR信号作为多个k空间叶片的模块，所述k空间叶片围绕k空间中心旋转，

用于根据具有近似或正好相反的旋转角的k空间叶片对的相位差计算相位误差的模块，

用于基于所计算的相位误差执行对所采集的k空间叶片的相位校正的模块，以及

用于根据所采集的并经相位校正的MR数据集重建MR图像的模块。

12.根据权利要求11所述的装置，所述装置还包括用于将两个或更多个复数MR数据集进行组合以用于所述MR图像的重建的模块。