CN102177441A - 用于t2*对比的流动不敏感磁化准备脉冲 - Google Patents

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Abstract

一种磁共振系统包括磁共振扫描机(10)，其包括产生静态磁场的主磁体(12)，所述静态磁场为了沿所述静态磁场的方向对准而偏置核自旋；磁场梯度线圈(14)；射频线圈(16)；以及控制器(20，22)，其被配置成：(a)驱动所述射频线圈以选择性地将主要为短T2*的自旋倾斜到所述静态磁场的方向之外；(b)驱动所述磁场梯度线圈和所述射频线圈中的至少一个以使倾斜到所述静态磁场的方向之外的主要为短T2*的所述自旋失相；以及(c)驱动所述磁场梯度线圈和所述射频线圈以采集由于先前操作(a)和(b)而主要由T2*加权的磁共振数据。

Description

用于T2*对比的流动不敏感磁化准备脉冲
技术领域
下文涉及磁共振技术，例如磁共振成像、磁共振波谱分析等。
背景技术
采用T2*加权的磁共振(MR)成像被用于在诸如血氧水平依赖(BOLD)对比成像、铁过载(iron overload)成像、分子MR成像中超顺磁氧化铁(SPIO)的检测或成像等技术中提供增强的对比。在BOLD成像中，对比来自于红血细胞中脱氧血红蛋白的顺磁性质，这会扰动主磁场，从而导致主磁场均匀性局部减小并使T2*衰减增强(亦即，短的T2*)。另一方面，氧有效地屏蔽了顺磁性的血红蛋白，从而导致T2*增加。于是，能够通过T2*加权的成像获得带氧血和缺氧血之间的对比，这解释了局部组织的耗氧情况。
典型生物受检者体内的各种核素表现出一定范围的T2*时间。T2*时间长的核素是BOLD和一些其他T2*加权的成像技术所感兴趣的。现有的T2*加权图像通常依赖于利用长回波时间(TE)增强长T2*对比。例如，具有长回波时间的扰相梯度回波序列(SPGR)或回波平面成像(EPI)方法被用于T2*加权的成像。
不过，这些序列可能不会提供最佳的信噪比(SNR)，并且由于长TE的原因易受流动伪影的影响。对于大脑的BOLD成像，由于脑组织中通常流动速率低，这可能是可接受的。不过，对于血流更快的区域进行BOLD成像，例如心脏BOLD成像，流动伪影可能非常大，以致会妨碍成功的BOLD成像。
因此，提供反映长T2*核素的T2*加权而不依赖于长回波时间将是有用的，现有T2*加权方法依赖长回波时间。
下文提供了新的改进的设备和方法，其克服了上述问题和其他问题。
发明内容
根据一个公开的方面，公开了一种磁共振方法，包括：使主要为短T2*核素的自旋失相，而基本不使长T2*核素的自旋失相；在失相之后，执行磁共振采集以主要从长T2*核素采集磁共振数据；以及从所采集的磁共振数据产生T2*加权的图像。
根据另一公开的方面，一种存储介质存储指令，可以执行指令以执行根据前一段所述的磁共振方法。根据另一公开的方面，一种磁共振系统被配置成执行根据前一段所述的磁共振方法。
根据另一公开的方面，公开了一种磁共振系统，包括：磁共振扫描机，其包括产生静态主磁场的主磁体，所述主磁场为了沿所述静态主磁场的方向对准而偏置核自旋；磁场梯度线圈；射频线圈；以及控制器，其被配置成：(a)驱动所述射频线圈以选择性地将主要为短T2*的自旋倾斜到所述主磁场的方向之外；(b)驱动所述磁场梯度线圈和所述射频线圈中的至少一个以使倾斜到所述主磁场的方向之外的主要为短T2*的所述自旋失相；以及(c)驱动所述磁场梯度线圈和所述射频线圈以采集由于先前操作(a)和(b)而主要由T2*加权的磁共振数据。
一个优点在于能够进行T2*加权的成像而不依赖于具有长回波时间的成像序列。
另一个优点在于减小了T2*加权的成像中的流动伪影。
在阅读并理解以下详细说明之后，对于本领域技术人员而言，更多优点将是显而易见的。
附图说明
本发明可以实现为各种部件或部件布置，以及各种步骤或步骤安排。附图仅用于对优选实施例进行图示，不应认为其对本发明构成限制。
图1图解示出了用于T2*加权成像的例示性磁共振系统；
图2图解示出了用于执行T2*加权成像的脉冲序列；
图3绘示了针对短T2*核素和长T2*核素的激励谱；
图4给出了一些心脏成像结果。
在各幅图中采用的对应附图标记表示该附图中的对应元件。
具体实施方式
参考图1，例示性磁共振(MR)系统包括磁共振扫描机10，磁共振扫描机10包括主磁体12，主磁体12产生沿第一方向取向的静态(B0)磁场。对于膛型或水平磁体系统而言，第一方向在取向上为纵向。为了容易理解并为了举例，以下将把第一方向称为与图1中所示的水平磁体系统对应的纵向方向。不过，要理解的是，在主磁场B0沿任何其他方向取向，例如垂直取向时，那么，将用第一方向表示主磁场B0的方向。在图示的MR系统中，静态或主磁场B0为了沿纵向方向对准而偏置核自旋。图示的主磁体12是通过浸入液氦LH中保持在超导温度的超导磁体。MR扫描机10还包括磁场梯度线圈14，用于向静态B0磁场上选择性地叠加磁场梯度，以在对磁共振进行空间编码或以其他方式操控磁共振时使用。在激励相期间为射频(RF)线圈16加电以激励磁共振并在磁共振脉冲序列的读出相期间RF线圈16检测激励的磁共振。在图示的实施例中，图示的单个RF线圈16为鸟笼线圈；不过，可以使用其他类型的线圈或线圈阵列进行发射或接收。在一些实施例中，提供独立的发射和接收线圈或线圈阵列。例示性MR扫描机10是水平膛圆柱形扫描机；不过，可以利用开放式MR扫描机、垂直MR扫描机或基本任何其他类型的MR扫描机实践公开的T2*加权成像技术。
MR控制器20根据脉冲序列，例如图示的T2*加权脉冲序列22，控制MR扫描机10，以采集T2*加权的磁共振数据，该磁共振数据被存储在MR数据存储器24中。如果对所采集的T2*加权磁共振数据进行适当的空间编码，那么MR数据重建处理器26任选地处理所采集的T2*加权磁共振数据，以从所采集的磁共振产生T2*加权的图像。例如，可以使用磁共振激励相期间施加的切片选择性梯度、读出相期间施加的读出梯度以及激励相和读出相之间施加的相位编码梯度对所采集的T2*加权的磁共振数据进行空间编码，以便采集k空间数据形式的T2*加权的磁共振数据，由重建处理器26使用基于傅里叶变换的重建算法对该数据进行适当的重建。所产生的T2*加权的MR图像被适当存储在MR图像存储器28中，在显示器30上显示或以其他方式利用。
在图示的实施例中，将处理和存储器部件20、22、24、26、28适当实现为具有所述显示器30的计算机32，或者实现为诸如网络服务器等另一种数字处理装置。配置成实施T2*加权的脉冲序列22的MR控制器20适当地实现为计算机32或另一数字处理器，或者可以实现为存储介质，例如磁盘、光盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等，其存储可由计算机32或另一数字处理器执行的指令，以令MR扫描机10执行T2*加权的脉冲序列22以采集磁共振数据。此外，尽管描述了成像应用，但可以将公开的T2*准备序列用于其他MR数据采集，例如MR波谱分析。
参考图2，描述了T2*加权脉冲序列22的例示性实施例。一些现有T2*加权的脉冲序列基于使用长回波时间工作，目的是允许T1、T2和短T2*加权的自旋显著衰减，使得读出信号基于具有长T2*时间的核素受到T2*的强烈加权。T2*加权的脉冲序列22以基本不同的方式工作，即，采用使主要为短T2*核素的自旋失相而基本不使长T2*核素的自旋失相的磁化准备脉冲子序列40，然后是基本任何类型的MR成像序列42。由于短T2*核素被失相，因此MR成像序列42(不论是什么类型)都产生为了长T2*对比加权的T2*加权图像。如图2例示的实施例那样，磁化准备脉冲子序列任选地是空间非选择性的，并且成像序列42任选地采用短回波时间(亦即，短TE)，在这种情况下，得到的T2*加权的图像基本没有流动伪影。
继续参考图2并进一步参考图3，操作使主要为短T2*核素的自旋失相而基本不使长T2*核素的自旋失相的磁化准备脉冲子序列40基于以下发现：短T2*核素基本上比长T2*核素的激励谱宽，如图3所示。(标记为F的轴表示频率轴。)结果，具有等于或大于短T2*核素激励谱的带宽的宽带宽F1的激励脉冲将操纵全部核素，不论它们是具有短T2*衰减时间还是长T2*衰减时间。另一方面，具有可与长T2*核素谱的带宽相比或更小的窄带宽F2的激励脉冲将仅操纵长T2*核素。基于这种认识，可以组合窄带宽和宽带宽的RF脉冲以激励短T2*核素而不激励长T2*核素。因此能够将磁场梯度用于使被激励的T2*自旋失相而不影响长T2*自旋。之后，可以施加基本任何磁共振成像脉冲序列，这将使得成像受长T2*自旋支配而不受失相的短T2*自旋支配。
特别参考图2，磁化准备序列40包括窄带宽激励脉冲50。在本范例中，选择具有90°翻转角的激励脉冲；大于或小于90°的其他翻转角同样是可能的。例如，在一些实施例中，翻转角在60°-120°范围内，不过也考虑到了这个范围之外的翻转角。为了实现窄带宽，激励脉冲50适当地具有长的时域持续时间，例如，持续时间大约为或大于短T2*核素的T2*。窄带宽90°激励脉冲50的效果是将主要为长T2*核素的自旋倾斜到纵向方向之外，例如，对于图示的90°激励脉冲50而言，为90°翻转角。另一方面，短T2*核素基本不受窄带宽90°激励脉冲的影响。如图3所示，有一小部分短T2*核素的激励响应未落在窄带宽90°激励脉冲50的窄带宽之内；不过，经激励的自旋主要是长T2*核素的。
窄带宽90°激励脉冲50之后是宽带宽自旋重聚焦脉冲52。在本范例中，选择翻转角为180°的重聚焦脉冲；大于或小于180°的其他翻转角同样是可能的。例如，在一些实施例中，翻转角在150°-210°范围内，不过也考虑到了这个范围之外的翻转角。为了实现宽带宽，重聚焦脉冲52适当地具有长的时域持续时间，例如，持续时间短于短T2*核素的T2*。宽带宽180°自旋重聚焦脉冲52的效果是使被窄带宽90°激励脉冲50倾斜到纵向方向之外的主要为长T2*核素的自旋重聚焦。同时，短T2*核素还受到宽带宽180°重聚焦脉冲52的操纵。效果是将短T2*核素从纵向方向倾斜180°，进入反方向(亦即，与纵向方向反平行)。
如果宽带宽180°重聚焦脉冲52的中心位于窄带宽90°激励脉冲50中心之后时间间隔Δt，那么重聚焦效果的中心在宽带宽180°重聚焦脉冲52中心之后时间Δt处。换言之，被窄带宽90°激励脉冲50倾斜到纵向方向之外的主要为长T2*核素的自旋被最强地重聚焦在宽带宽180°重聚焦脉冲52中心之后时间Δt处。
在重聚焦时间(亦即，在宽带宽180°重聚焦脉冲52中心之后时间Δt)，宽带宽90°恢复脉冲54使经重聚焦的主要为长T2*核素的自旋返回到纵向方向。恰如前述激励脉冲50那样，具有不同于90°的翻转角的恢复脉冲是同样可能的。例如，在一些实施例中，翻转角在60°-120°范围内，不过也考虑到了这个范围之外的翻转角。同样，宽带宽恢复脉冲54适当地具有短的时域持续时间，例如，持续时间短于短T2*核素的T2*，从而具有充分宽的带宽以影响长短T2*两种核素。因此，宽带宽恢复脉冲54还操纵短T2*核素。这些短T2*核素被宽带宽180°重聚焦脉冲52反转(倾斜角度～180°)。因此90°恢复脉冲54为短T2*核素赋予90°的倾斜角度。
总之，窄带宽90°激励脉冲50、宽带宽180°重聚焦脉冲52和宽带宽恢复脉冲54的组合效应是长T2*核素主要在纵向方向上，而短T2*核素主要处于90°倾斜角，亦即，倾斜到与纵向方向垂直的横截平面中。脉冲50、52、54然后跟着挤压(crusher)磁场梯度56，其使激励自旋，即主要处于90°倾斜角的短T2*核素失相或挤压。另一方面，挤压磁场梯度56对纵向取向，因此不是激励自旋的长T2*核素基本没有作用。
作为总结，T2*对比准备脉冲子序列40包括具有窄带宽的长持续时间90°激励脉冲50，其将具有长T2*(窄谱，参见图3)的核素磁化倾斜到横截平面中。其次，具有宽带宽的短180°重聚焦脉冲52使这些主要为长T2*的核素磁化重聚焦，并将其他(主要为短T2*)核素反转。具有宽带宽的90°恢复RF脉冲54将经重聚焦的主要具有长T2*的核素的磁化恢复到纵向方向，而主要具有短T2*的核素的反转磁化被倾斜到横截平面中并被梯度扰相器(spoiler)56扰相。例示性脉冲序列50、52、54、56确保大部分具有长T2*的核素可用于成像，而有效抑制具有短T2*的核素。结果，后续的成像脉冲子序列42产生强的T2*对比。即使后续的成像脉冲子序列42没有长的回波时间(亦即，即使成像脉冲子序列42具有短TE)，这也是真实的。强的T2*对比不是使用长TE实现的，而是通过有效抑制具有短T2*的核素实现的。(不过，还想到使成像脉冲子序列42具有长的TE，在这种情况下，强的T2*对比是由准备子序列40和长TE两者提供的)。
有利地，磁化准备子序列40不是空间选择性的，亦即，未采用切片选择梯度。结果，在整个激励体积中，而不是仅在选定的切片中抑制了短T2*核素，这样即使在诸如心区的快速血流区域中也基本抑制或消除了流动伪影。因为准备子序列40提供了T2*对比，所以用于收集磁共振成像数据的以下成像序列42能够是基本任何类型的。例如，MR成像子序列42能够是可适于选定应用的，选定的具有最佳SNR并对流动伪影敏感度低的快速MR序列。
在一个范例中，成像子序列42可以具有短回波时间，以在没有准备序列40提供的短T2*失相的情况下主要提供质子密度加权的成像。在结合准备序列40使用时，同一成像序列提供T2*加权的图像，而不是质子密度加权的图像。这是磁化准备子序列40抑制短T2*核素的结果。
能够通过调节脉冲持续时间实现RF脉冲50、52、54的窄带宽或宽带宽。典型地，希望宽带宽与窄带宽之比最少为大约二，这反映了图3图解示出的短T2*谱的宽带宽和长T2*谱的窄带宽之间的典型比例。
图2所示的RF脉冲50、52、54的序列是有利的，因为其使用自旋重聚焦以在施加恢复RF脉冲54时保持主要为长T2*核素的激励自旋得到良好聚焦。不过，还想到使用其他磁化准备序列产生短T2*核素相对于长T2*核素更优的激励的期望最终结果。例如，想到的另一种准备序列是使用图示的窄带宽90°激励RF脉冲50将主要为长T2*核素倾斜到横截平面中，然后直接接着宽带宽270°RF脉冲，使位于横截平面中的主要为长T2*核素的自旋倾斜回到纵向方向上，同时使短T2*核素从纵向方向倾斜到横截平面中。这个序列之后再次可以跟着图示的挤压梯度56，以使主要为短T2*核素的激励自旋被扰相或失相。此外或备选地，可以用RF线圈16施加的射频(RF)扰相替代梯度线圈14施加的扰相梯度56。
参考图4，将空间非选择性磁化准备子序列40与后续的具有短TE的成像子序列42组合提供了良好的时间分辨率，并能够在这些技术未实用之前采用T2*加权的成像对比技术。例如，迄今为止，心脏的BOLD成像基本受到心区中快速血流导致的流动伪影限制。图4示出了人心脏(短轴视图)成像的体内范例。在图4中标记为“[a]”的最左侧图像中，将梯度回波序列与短回波时间(TE)一起实用，并且使用小的翻转角进行成像。这主要提供了质子密度加权。结果，在标记为“[a]”的图像中没有观察到右心室(图4中标记为“RV”)中的缺氧血和左心室(图4中标记为“LV”)中带氧血之间的对比。
在图4中标记为“[b]”的中间图像中，将回波时间增大到TE＝15ms，目的是提供T2*加权。不过，由于长TE的原因，存在心室中的信号空隙和沿着相位编码方向的流动伪影，这样获得的图像质量不能用于诊断。
在图4中标记为“[c]”的最右侧图像中，采用与用于最左侧具有短TE的图像“[a]”相同的序列，不过在这种情况下，在图像采集之前是图2的T2*准备脉冲序列40。右心室中的缺氧血(具有短的T2*)看起来几乎完全被抑制，而来自左心室中的带氧血的信号未衰减。没有观察到显著的流动伪影。
已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读并理解了前述详细说明的情况下，其他人可以想到修改和变化。这意味着，应当将本发明解释为包括所有此类落在权利要求书及其等同要件的范围内的修改和变化。在权利要求中，不应当任何放置在括号内的附图标记推断为限制所述权利要求。“包括”一词不排除存在权利要求列举的元件或步骤之外的元件或步骤。元件前的单数冠词不排除存在复数个这样的元件。可以借助于包括若干不同元件的硬件或借助于硬件和软件的组合来实现公开的实施例。在列举了几个模块的系统权利要求中，可以在同一个计算机可读软件或同一个硬件内体现这些模块中的几个。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。

Claims (15)

1.一种磁共振方法，包括：
使主要为短T2*核素的自旋失相(40)，而基本不使长T2*核素的自旋失相；
在所述失相之后，执行磁共振采集(42)以主要从长T2*核素采集磁共振数据；以及
从所采集的磁共振数据产生T2*加权的图像。
2.根据权利要求1所述的磁共振方法，其中，所述磁共振采集(42)与所述失相(40)合作提供血氧水平依赖(BOLD)对比。
3.根据权利要求1所述的磁共振方法，其中，所述磁共振采集(42)采用短回波时间，以在没有所述失相(40)的情况下主要提供质子密度加权的成像。
4.根据权利要求1所述的磁共振方法，其中，所述磁共振采集(42)采用与所述长T2*核素的T2*相比短的短回波时间。
5.根据权利要求1所述的磁共振方法，其中，所述失相(40)包括：
(a)施加窄带宽脉冲(50)，以将主要为长T2*核素的自旋倾斜到主磁场的方向之外；
(b)施加一个或多个宽带宽脉冲(52，54)，以(i)将主要为长T2*核素的自旋倾斜回到所述主磁场的所述方向，并(ii)将主要为短T2*核素的自旋倾斜到所述主磁场的所述方向之外；以及
在施加(a)和施加(b)之后，使倾斜到所述主磁场的所述方向之外的自旋失相。
6.根据权利要求5所述的磁共振方法，其中，(i)所述一个或多个宽带宽脉冲(52，54)的带宽和(ii)所述窄带宽脉冲(52)的带宽之比至少为大约二。
7.根据权利要求5所述的磁共振方法，其中：
所述一个或多个宽带宽脉冲(52，54)的持续时间短于所述短T2*核素的T2*，并且
所述窄带宽脉冲(50)的持续时间大约为或长于所述短T2*核素的T2*。
8.根据权利要求5所述的磁共振方法，其中，施加一个或多个宽带宽脉冲(52，54)包括：
施加宽带宽自旋重聚焦脉冲(52)，所述宽带宽自旋重聚焦脉冲使被所述窄带宽脉冲(50)倾斜到所述主磁场的所述方向之外的主要为长T2*核素的自旋重聚焦。
9.根据权利要求8所述的磁共振方法，其中，施加一个或多个宽带宽脉冲(52，54)还包括：
施加宽带宽恢复脉冲(54)，所述宽带宽恢复脉冲使经重聚焦的主要为长T2*核素的自旋返回到所述主磁场的所述方向。
10.根据权利要求9所述的磁共振方法，其中，所述窄带宽脉冲(50)具有90°翻转角，所述宽带宽自旋重聚焦脉冲(52)具有180°翻转角，并且所述宽带宽恢复脉冲(54)具有90°翻转角。
11.根据权利要求9所述的磁共振方法，其中，所述脉冲(50，52，54)具有除90°-180°-90°之外的翻转角，但分别在大约60°-120°、150°-210°和60°-120°的范围中。
12.根据权利要求1所述的磁共振方法，其中，所述失相是空间非选择性的。
13.一种存储指令的存储介质，可以执行所述指令以执行根据权利要求1所述的磁共振方法。
14.一种磁共振系统(10，32)，其被配置成执行根据权利要求1所述的磁共振方法。
15.一种磁共振系统，包括：
磁共振扫描机(10)，其包括产生静态主磁场的主磁体(12)，所述主磁场为了沿所述静态主磁场的方向对准而偏置核自旋；
磁场梯度线圈(14)；
射频线圈(16)；以及
控制器(20，22)，其被配置成：
(a)驱动所述射频线圈(16)以选择性地将主要为短T2*的自旋倾斜到所述主磁场的所述方向之外，
(b)驱动所述磁场梯度线圈(14)和所述射频线圈(16)中的至少一个以使倾斜到所述主磁场的所述方向之外的主要为短T2*的所述自旋失相，以及
(c)驱动所述磁场梯度线圈(14)和所述射频线圈(16)以采集由于先前操作(a)和(b)而主要由T2*加权的磁共振数据。
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