CN102920455A - 用于在磁共振成像中独立地操作脂肪和水分量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于在磁共振成像中独立地操作脂肪和水分量的方法。系统操作用于生成图像数据的MR信号的脂肪分量。一种独立地操作用于生成图像数据的MR信号的脂肪和水分量的MR成像系统。RF(射频)信号发生器和磁场梯度发生器提供了RF脉冲和磁场梯度序列，用于获取基于纵向弛豫时间(T1)在解剖对象之间进行区分的MR信号。该序列包括：用于选择性地反转该MR信号中的基本上排除脂肪的水分量的第一脉冲序列；可调整用来在不同的解剖单元之间进行区分的第一时间延迟；具有选择用来反转MR信号中的基本上排除水的脂肪分量的共振频率的第二脉冲序列；以及用于获取MR信号的数据获取磁场梯度。图像数据处理器处理获取的MR信号，以提供带有已区分的解剖单元的增强的可视化的显示图像。
Description
本申请是W.G.Rehwald等人在2011年1月27日提交的临时申请序列号是61/436,642的非临时申请。
技术领域
本发明涉及一种操作用于产生图像数据和基于纵向弛豫时间(T1)在解剖对象之间进行区分的MR信号的脂肪和水分量的系统。
背景技术
T1加权反转恢复(inversion recovery，IR)成像是在经常和脂肪信号的抑制结合执行的磁共振成像(MRI)中使用的一种常规方法。T1是描述纵向磁化恢复率的时间常数。T1加权IR用来对位于身体的不同区域(包括但不限于心脏、脑和脉管系统(vasculature))的不同的病理生理异常进行成像。这个方法可以配合施用或不配合施用T1缩短的造影剂来使用。脂肪抑制法用来使脂肪在MR图像中呈现暗色，这样其他明亮的结构可以被可视化，而不会被明亮的脂肪所混淆，例如心脏的对比度增强的延迟增强成像中的梗塞心肌。当和(例如对比度增强的MR血管造影术或延迟增强中的)T1加权IR相结合时，已知的不同脂肪抑制方法会工作很差或根本无法工作。
在MRI中使用已知的反转恢复脉冲来产生T1图像对比，因此在这样的图像中，具有短的T1值的图像元素(“短T1类”)呈现为明亮的，而长T1类呈现为暗的。由于脂肪的短的T1值以及脂肪在大多数病人体内的富集，脂肪呈现为明亮的。这在图像解译上会存在一个问题，因为很难将脂肪和图像中存在的其他短T1类区分开，并且这对于临床诊断很重要。另一个这种短T1类例如是在对比度增强的MR血管造影术中的含有造影剂的血液，或者在对比度增强的、延迟增强中的梗塞的(死的)心肌(心脏组织)。使用延迟增强作为一个特定的例子，明亮的脂肪信号可以使明亮的梗塞心肌的存在模糊，或者脂肪被错当作梗塞。在致心率失常性右室发育不良(ARVD)中，在脂肪和同样明亮的疤痕组织之间的区分很重要，并且采用已知系统也很难实现。
脂肪信号操作的一个常规应用是脂肪抑制。一种已知的脂肪抑制方法采用脂肪频率选择饱和恢复(SR)脉冲，施加发射完该脉冲后立即进行数据的读出。这一方法在仅需要一部分已知数据已知作为一个分段(segment)(典型的，每个分段21-29行)的临床分段反转恢复协议中不是最优的。在常规的线性重排序方案中，在获得了k空间中心时，由于其短的T1(脂肪的T1在1.5T下＝230ms，在3T下＝290ms)，脂肪的磁化已经显著地的恢复了，并且从而被很差地抑制。当在单次激发成像(其中k空间的中心典型地在脂肪抑制脉冲后100ms到120ms被获得)的情况下，脂肪信号被恢复地甚至更多。这个方法在1.5T下工作地很差，在3T场强下好点但还不熟练。中心重排序改善了这种脂肪抑制方法，但易于导致伪影。
STIR(短tau反转恢复)脉冲序列提供了另一种已知的脂肪抑制方法。这个方法和快速自旋回波(TSE)读出和暗血(dark blood，DB)准备相结合使用。一个非频率选择、但通常是空间选择IR(NFSIR)脉冲被定时为在TSE读出开始时而不是在k空间的中心被发射以清零(null)脂肪。由于TSE读出的性质，STIR抑制脂肪效果很好；第一TSE读出脉冲是一个“锁定(locks in)”为零(nulled)脂肪信号的90度脉冲(在这个脉冲之后，脂肪的纵向弛豫对于读出的剩余部分不相关)。梯度回波(GRE，西门子所有权中称为闪光(Flash)，快速小角度激发)和稳态自由进动(SSFP，西门子所有权中称为TrueFisp，即具有稳定进动的真实快速成像)读出不具有这个“锁定”特征，并且因此在NFSIR脉冲和读出的开始之间需要不同的定时。这种定时限制了每个分段的最大行数，经常处于临床有用的值之下。因此，STIR序列仅和TSE读出结合工作。
进一步地，STIR和用于清零脂肪的单个反转时间一同工作。基本上不可能施加额外的非频率选择IR脉冲来给予T1对比度，这是因为全部两个脉冲的施加不利于改变图像对比度并防止脂肪信号的抑制。此外，需要与STIR方法一起使用的暗血(DB)准备来避免伪影。由于定时限制，DB准备被限于非造影剂应用。因此，STIR仅可以在没有造影剂的情况下使用。
SPAIR(频谱选择衰减反转恢复)或SPIR(频谱预饱和反转恢复)序列提供了其他已知的脂肪抑制方法。这些方法和STIR以同样的方式工作，区别在于NFSIR脉冲被SPAIR或SPIR脉冲所取代。这两个脉冲均是脂肪频率选择的且空间非选择的。和STIR的问题类似的问题是，但是这两个脉冲能够作为脂肪频率选择性反转脉冲使用。
其他已知的在图像中使脂肪呈现暗色的方法是Dixon型方法、变量投影(VARPRO)、以及其他评估方法。这些方法抑制脂肪效果很好，但是需要耗时的后处理。一种和SSFP读出结合、使用不同的回波时间(TE)的已知方法无法和GRE读出一起工作。根据本发明的系统原理上解决了已知系统的不足和IR和脂肪饱和的结合。
发明内容
系统提供一种独立地操作MR信号的脂肪和水分量的稳健的方法。在使用定时的脂肪T1恢复曲线操作的临床设定下这个系统抑制了脂肪信号，该操作在IR脉冲存在的情况下允许基本上完全的脂肪抑制，且对于不同类型的读出都起作用。MR成像系统独立地操作用于生成图像数据的MR信号中的脂肪和水分量。RF(射频)信号发生器和磁场梯度发生器提供了RF脉冲和磁场梯度序列，用于获取基于纵向弛豫时间(T1)在解剖对象之间进行区分的MR信号。该序列包括：用于选择性地反转MR信号中基本上排除脂肪的水分量的第一脉冲序列；可调整用来在不同的解剖单元之间进行区分的第一时间延迟；具有共振频率的第二脉冲序列，其被选择用来反转MR信号中的基本上排除水的脂肪分量，以及用来获取MR信号的数据获取磁场梯度。图像数据处理器处理获取的MR信号，以提供带有已区分的解剖单元的增强的可视化的显示图像。
附图说明
图1示出了依据本发明原理的一个系统，该系统用于在MR成像系统中操作用于产生图像数据的MR信号的脂肪分量。
图2示出了依据本发明原理的一个脉冲序列，其用于独立地操作磁共振信号中的脂肪和水分量，所述磁共振信号包括水频率选择性反转恢复模块(WFSIRM)和脂肪频率选择性反转恢复模块(FFSIRM)。
图3示出了依据本发明原理的被用作水频率选择性反转恢复模块的频率非选择性反转恢复(NSIR)和脂肪频率选择性反转恢复(FFSIR_B)RF脉冲。
图4示出了依据本发明原理的、用作水频率选择性反转恢复模块的水频率选择性反转恢复(WFSIR)RF脉冲。
图5示出了依据本发明原理的、用于操作脂肪的纵向磁化以使得当图像数据获取时脂肪的纵向磁化基本上为零从而抑制脂肪信号分量的时间延迟选择。
图6示出了依据本发明原理的时间延迟的选择以同时将水的T1类(T1-specific)分量和脂肪的T1类分量减少至基本上为零，以便在抑制来自脂肪的信号的同时提供水的T1加权。
图7示出了依据本发明原理的、从数据读出的开始到获取数据的图像对比相关部分的时间延迟。
图8示出了依据本发明原理的、基本上和脂肪分量的反转时间相等的时间延迟。
图9示出了依据本发明原理的脂肪被抑制的延迟增强成像。
图10示出了依据本发明原理的、采用了一个非化学性选择性反转恢复脉冲和两个脂肪频率选择性反转恢复脉冲的脂肪被抑制的延迟增强成像。
图11示出了患者在1.5T(特斯拉)下获取的延迟增强MR图像，其中a)不带脂肪抑制；b)带有已知典型的脂肪饱和抑制；以及c)带有依据本发明原理的脂肪抑制。
图12示出了依据本发明原理的处理的流程图，该处理由用于在MR成像系统中操作用于产生图像数据的MR信号的脂肪分量的系统执行。
具体实施方式
系统采用了独立反转MR水信号和MR脂肪信号的磁化的稳健方法。在使用在用于反转MR水信号的RF脉冲存在的情况下能够基本上完全抑制脂肪的、且对于不同的读出类型都起作用的脂肪T1恢复曲线的操作的临床设置下，该系统可靠的抑制MR脂肪信号。该系统稳健地且基本上完全地抑制脂肪的磁化和相关信号以使脂肪在磁共振图像中呈现暗色(黑色到暗灰)。该脂肪抑制和T1加权IR成像结合工作。一个实施例中，该系统没有使用抑制脉冲(也被称为“饱和”脉冲)而是使用至少一个脂肪频率选择性反转脉冲来抑制脂肪信号。在一个实施例中，通过在带有频率非选择性反转脉冲的在先反转之后选择性地恢复脂肪磁化，以及随后施加第二脂肪频率选择性反转脉冲来达到“脂肪抑制”(脂肪清零)，其中第二脂肪频率选择性反转脉冲被定时为当该脂肪T1恢复曲线与零磁化线交叉时获取图像对比相关数据(k空间的中心)。
该系统即使是在和T1加权IR成像结合时都能有利地、稳健地清零脂肪信号，而且允许多于一次的反转时间，以及可以在有MR造影剂存在的情况下使用。该系统有利地允许临床优化的每分段的行数的使用，且可以和任何类型的读出结合使用，所述读出包括GRE，SSFP，而不仅仅是TSE。在公开的系统中，SPAIR或SPIR脉冲可以被用作脂肪频率选择性反转脉冲。
图1是用于独立操作用来产生图像数据的MR信号的脂肪分量的MR成像系统10的示意性框图，其包括磁共振X射线断层成像设备，用其可以依据本发明的原理获取MR图像。RF线圈4发出RF脉冲以便激励测量体积M中的核质子自旋，并且获取所得到的RF回波信号。对应获得的磁共振信号在RF系统22的接收器处理单元8中以相位敏感的方式被解调，并且经由相应的模拟-数字转换器11被转换成测量信号的实部和虚部，并且由成像计算机17进行处理。成像计算机17从经过处理的所获取的RF回波脉冲数据重构图像。对于RF数据、图像数据和控制程序的处理是在系统计算机20的控制下执行的。响应于预定的脉冲序列控制程序，序列控制器18控制生成所期望的脉冲序列和对应的k空间扫描。具体来说，序列控制器18控制在适当的时间切换磁梯度，以确定的相位和幅度发射RF脉冲，以及以RF回波数据的形式接收磁共振信号。合成器19确定RF系统22和序列控制器18的操作的定时。对用于生成MR图像和显示所生成的核自旋图像的适当控制程序的选择由用户经由终端(控制台)21执行，所述终端包含键盘以及一个或多个屏幕。
RF线圈4使用RF脉冲序列发射RF脉冲，并且响应于RF脉冲的发射获取MR信号。RF信号发生器包括RF线圈4，并用来产生RF脉冲序列以用于基于纵向弛豫时间(T1)在解剖对象之间进行区分。该RF脉冲序列包括：反转来自基本上排除脂肪的水的MR信号的水频率选择性反转恢复模块(WFSIRM)，以及反转MR信号中的基本上排除水的脂肪分量的脂肪频率选择性反转恢复模块(FFSIRM)。该FFSIRM在数据获取开始之后的时间延迟发生，这样在获取数据的对比度相关部分时，信号的脂肪分量基本上为零。图像数据处理器(成像计算机17)处理使用RF信号发生器和RF线圈4获取的MR信号，来提供带有增强的脂肪抑制的显示图像。
在一个实施例中，RF(射频)信号发生器(RF线圈4)和磁场梯度发生器(梯度场系统3)提供了用于MR信号获取的RF脉冲和磁场梯度序列，其基于纵向弛豫时间(T1)在解剖对象之间进行区分。该序列包括：用于选择性地反转MR信号中的基本上排除脂肪的水分量的第一脉冲序列；第一时间延迟；带有选择用来反转MR信号中的基本上排除水的脂肪分量的共振频率的第二脉冲序列；第二时间延迟；以及用于MR信号获取的数据获取磁场梯度。图像数据处理器(在计算器17中)处理获取的MR信号，以提供带有已区分的解剖单元的增强的可视化的显示图像。第一时间延迟是可调整的以在不同的解剖单元间进行区分，并被选择在MR信号的获取时将水的MR信号分量降低至基本上为零，以提供水的T1加权并同时抑制脂肪信号分量。第二时间延迟在第二脉冲序列之后并在数据获取之前，并且所述第二时间延迟被选择为使得在获取MR信号时脂肪的纵向磁化基本上为零，以抑制脂肪信号分量。
在一个实施例中，WFSIRM由非选择性反转恢复(NSIR)RF脉冲和脂肪频率选择性反转(FFSIR)RF脉冲组成，结合起来使用以便再反转脂肪信号，并且从而通过NSIR RF脉冲和FFSIR RF脉冲的结合使用来保持MR信号中的脂肪信号分量基本上不变。定时单元(序列控制器18)对WFSIRM之后的MR信号的获取进行定时，使之发生在当与水相关的MR信号数据的频率分量基本上为零的时候，以基本上清零信号的水分量并捕获脂肪分量。
图2示出了由系统10(图1)提供的脉冲序列207，其包括水频率选择性反转恢复模块(WFSIRM)220和脂肪频率选择性反转恢复模块(FFSIRM)230。曲线203描绘了MR导出脂肪信号分量，并且曲线205描绘了MR导出水信号分量。系统10有利地提供了通过模块WFSIRM 220对水MR信号分量的、以及通过模块FFSIRM 230对脂肪MR信号分量的独立操作，从而允许带有水和脂肪分量的可缩放的比例的T1加权MR图像。时间延迟TD1225被插入到WFSIRM 220和FFSIRM 230之间。时间延迟TD2235被插入到FFSIRM 230和数据读出(RO)214的开始之间。TD2被调整为使得在数据读出214的图像对比相关部分(即在读出214开始之后发生的TSRO2C 243)，脂肪203的T1类分量基本上为零，从而有利地提供了脂肪饱和。对于给定的TD2235和给定的模块FFSIRM 230的持续时间，TD1225被调整为使得在数据读出214的图像对比相关部分，水205的T1类分量基本上为零。因此由系统10提供的脉冲序列207有利地包含脂肪被抑制发和/或水被抑制的T1加权成像序列。
图3示出包括由系统10(图1)提供的水频率选择性反转模块WFSIRM 320的脉冲序列307，该WFSIRM 320包括非选择性反转(NSIR)脉冲310和脂肪频率选择性反转恢复(FFSIR_B)脉冲312。NSIR脉冲310反转水和脂肪的MR信号分量二者，而脂肪频率选择性RF脉冲FFSIR_B 312只再反转脂肪分量。NSIR和FFSIR RF脉冲的结合使用，有利地使得当通过NSIR脉冲提供T1加权反转恢复成像时，MR信号的脂肪信号分量基本上保持不变。包括在脂肪频率选择性反转恢复模块(FFSIRM)330中的第二脂肪频率选择性反转恢复RF脉冲WFSIR 316选择性地反转脂肪MR信号分量来独立于水地影响脂肪的磁化。
图4示出包括由系统10(图1)提供的脉冲序列407的水频率选择性反转模块WFSIRM 420的脉冲序列407，该WFSIRM 420包括水频率选择性反转脉冲WFSIR 422。当提供被成像对象的水分量的T1加权反转恢复成像时，该WFSIR 422脉冲有利地保持MR信号的脂肪信号分量基本上不变。使用WFSIR422脉冲，该WFSIRM 420有利地施加比WFSIRM 320(图3)更少的能量至被成像对象，这导致了较小的特定吸收率SAR。包括在脂肪频率选择性反转恢复模块(FFSIRM)430中的第二脂肪频率选择性反转恢复RF脉冲WFSIR 416选择性地反转脂肪MR信号分量来独立于水地影响脂肪的磁化。
图5示出包括由系统10(图1)提供的时间延迟TD2 535的脉冲序列507，其被选择以在数据读出514的图像对比相关部分511将脂肪503的T1类分量降低至基本上为零。TD2 535通过如下确定：将时间TTE 537(从FFSIR 516 RF脉冲结束至模块FFSIRM 530结束的时间)和时间TSRO2C 543(从读出RO开始到获取数据读出的图像对比相关部分的时间)相加，并且然后从脂肪的反转时间TI_fat 555中减去上述相加的和：
TD2＝TI_fat-TSRO2C-TTE (公式555)
该系统因此有利地抑制了MR信号的脂肪信号分量，并通过水频率选择性反转恢复模块(WFSIRM)520同时且独立地提供了水的T1加权。
图6示出了包括由系统10(图1)提供的时间延迟TD2 635的脉冲序列607，其被选择当在数据读出614的图像对比相关部分611将脂肪603的T1类分量降低至基本上为零，并同时选择TD1 625来使得在数据读出614的相同图像对比相关部分611使水605的T1类分量基本上为零。TD2 635通过如下确定：将时间TTE 637(从FFSIR 616RF脉冲结束至模块FFSIRM 630结束的时间)和时间TSRO2C 643(从读出RO开始到获取数据读出的图像对比相关部分的时间)相加，并且然后从脂肪的反转时间TI_fat 655中减去上述相加的和：
TD2＝TI_fat-TSRO2C-TTE (公式655)
TD1 625通过如下确定：将模块FFSIRM 630的持续时间DUR_FFSIR 677、时间延迟TD2 635、以及从读出RO的开始至获取数据读出的图像对比相关部分的时间TSRO2C 643相加，并且然后从水的反转时间TI_water 665中减去上述相加的和：
TD1＝TI_water-DUR_FFSIR-TD2-TSRO2C (公式675)
因此，该系统有利地抑制了MR信号的脂肪信号分量，而且同时且独立地清零给定T1类的水信号，从而通过水频率选择性反转恢复模块(WFSIRM)620提供了水的T1加权并同时抑制了脂肪信号。
图7示出脉冲序列707，其中TI_fat 755被设为等于脂肪的T1乘以2的自然对数：
TD2+TTE+TSRO2C＝TI_fat＝ln(2)*T1fat (公式755)
图8示出脉冲序列807，(其中TI_fat 855被设为等于脂肪的T1乘以2的自然对数：
TD2+TTE+TSRO2C＝TI_fat＝ln(2)*T1fat (公式855)，
并且TI_water 865设为等于水的T1乘以2的自然对数：
TD1+DUR_FFSIR+TD2+TSRO2C＝TI_water＝ln(2)*T1_water (公式855)。
图9示出了在延迟增强实施例中的脂肪抑制脉冲序列907，其包括水频率选择性反转恢复模块(WFSIRM)920和脂肪频率选择性反转恢复模块FFSIRM930。曲线903描绘了MR导出的脂肪信号分量，曲线905描绘了MR导出的正常心肌信号分量，而曲线909描绘了MR导出的梗塞心肌信号分量。水的非选择性反转通过水频率选择性反转恢复模块(WFSIRM)920来实现。组织的磁反转和数据读出(RO)914是T1加权反转恢复(IR)脉冲序列(例如IR TurboFlash序列)的分量。通过使用脂肪频率选择性反转恢复模块(FFSIRM)930来反转脂肪信号，以及通过使用时间延迟TD2 935来在数据读出的图像对比相关部分将MR导出的脂肪信号分量曲线905降低至零，系统10在存在T1加权反转恢复成像的情况下有利地提供了脂肪饱和。
图10示出在延迟增强实施例中的脂肪抑制脉冲序列1007，其包括一个非选择性反转(NSIR)脉冲1010和两个脂肪频率选择性反转恢复脉冲FFSIR_B 1012，FFSIR 1016。曲线1003描绘了MR导出的脂肪信号分量，曲线1005描绘了MR导出的正常心肌信号分量，并且曲线1009描绘了MR导出的梗塞心肌的信号分量。非选择性反转(NSIR)脉冲1010和数据读出(RO)1014是T1加权反转恢复(IR)脉冲序列(诸如IR TurboFlash序列)的分量。系统10在存在T1加权反转恢复成像的情况下有利地提供了脂肪饱和，并通过使用水频率选择性反转恢复模块(WFSIRM)1020(即：结合有NSIR脉冲1010的FFSIR_B脉冲1012，来保持脂肪磁化实际上未被触及)随后是脂肪频率选择性反转恢复模块FFSIRM 1030(即：FFSIR脉冲1016来反转脂肪磁化)，在非脂肪频率选择性反转恢复脉冲之前或之后反转脂肪信号。
系统10(图1)有利地结合了NSIR脉冲1010和连续的、顺序的FFSIR_B脉冲1012、1016来保持脂肪磁化1003实际上“未触及”，这是由于FFSIR_B脉冲1012再反转并因此恢复了由前导的NSIR脉冲1010反转过的脂肪磁化。第二FSSIR脉冲1016选择性地反转脂肪而不会影响正常心肌1005和梗塞心肌1009的恢复。从在FSSIR脉冲1016之前的完全放松的状态到清零脂肪信号1003的反转时间(即TIfat)分别为在1.5T下最大是160ms，以及在3T下最大是200ms。因此，即使是对于分别长达320ms和400ms的长读出脉冲序列，脂肪信号1003也可靠地由脉冲序列1007抑制。水的反转时间TIwater＝ln(T1water)，而脂肪的反转时间TIfat＝ln(T1fat)。该脉冲序列使健康的心肌1005呈深色(理想为深灰色，但是经常是黑色)，而梗塞的心肌1009呈明亮。呈黑色的脂肪1003由例如使用SPAIR脉冲序列所提供，且除了暗色的正常心肌和明亮的梗塞心肌的图像对比之外还示出所述呈黑色的脂肪1003，从而不是所有水均被清零，只有在正常的心肌1005中才会这样。
NSIR脉冲1010和FFSIR脉冲1012以及1016的组合有利地提供了可靠的脂肪信号的抑制，并且实现最长的、可能的有效脂肪反转时间(TIfat)的脂肪信号抑制，并且其使得脂肪的最优反转时间TIfat独立于可实施清零的心肌所需要的反转时间(TImyocardium)。该系统有利地实现更长的读出串和简化的定时计算。
在另一个实施例中，NSIR脉冲1010和FFSIR_B脉冲1012的组合被不影响脂肪的水选择性反转脉冲所替代。这降低了对患者进行辐照的RF能量。在又一个实施例中，自身发射NSIR脉冲1010和FFSIR_B脉冲1012的组合，而不带有第二个之后被发射的FFSIRM做为准备模块(脉冲序列)，这样不影响脂肪，但是反转来自剩余解剖的信号。该系统独立于脂肪频率选择性反转恢复脉冲的执行，且可以使用SPAIR或SPIR脉冲。进一步地，FFSIR_B 1012能够在NSIR脉冲之前而不是之后发射而不会影响系统的功能。该系统对于对比度增强延迟的图像增强提供了稳健的“脂肪抑制”方法，并且对于冠状MRA(磁共振血管造影术)不论使用或不使用造影剂均改进了脂肪抑制。该系统不仅仅在心脏MRI中来抑制脂肪，还可应用到多种不同的MRI方法中；且可以和GRE，SSFP以及TSE读出结合使用。在一个实施例中，该系统将WFSIRM模块和暗血准备方案结合了起来，并使用FFSIR_B脉冲1012来在血液被清零的同时来清零脂肪。这类似于STIR TSE或者带有SPAIR的TSE，并且可以递送基本上相同的图像对比度，但是在本系统中用于清零脂肪的反转时间是独立于心率或有效TR的，而在已知的STIR TSE方法中则不是这样的。这就有利地简化了TIfat的定时计算。该系统和诸如相位敏感反转恢复(PSIR)的相位敏感成像方法一起使用，而且和PSIR结合时，带有短的反转时间这样脂肪在读出期间就具有负的信号。于是脂肪就是最负的一类并且从而在PSIR图像中描绘为黑色。这导致了比使用不带PSIR的系统甚至更暗且更均匀的脂肪描绘。该系统可不与或与延迟增强相结合使用。
图11示出了患者在1.5T(特斯拉)下获取的MR图像。图像1103示出了不带脂肪抑制的图像，图像1105示出了使用已知典型脂肪饱和抑制时的对应的同一幅图像，并且图像1107示出了带有由系统10(图1)提供的脂肪抑制的对应的同一幅图像。感兴趣的白色虚线区画在心外膜和皮下脂肪上，并且表明相对于不具有脂肪抑制的图像1103，图像1105的脂肪信号通过已知的脂肪抑制方法几乎根本没有被抑制。而相反地，图像1107示出脂肪基本上被系统10完全抑制。
图12示出了由系统10执行的处理的流程图，用于在MR成像系统中操作用于产生图像数据的MR信号的脂肪分量。在开始步骤761之后的步骤762中，RF(射频)信号发生器和磁场梯度发生器提供了RF脉冲和磁场梯度序列，来获取MR信号以基于纵向弛豫时间(T1)在解剖对象之间进行区分。该RF(射频)信号发生器在感兴趣的解剖区域中生成RF激励脉冲并且实现相关RF回波数据的后续获取，并且磁场梯度发生器产生磁场梯度，用于相位编码和读出RF数据获取。该RF脉冲和磁场梯度序列提供了脂肪被抑制的、延迟的增强成像。在一个实施例中，该序列包括：用于选择性地反转MR信号中的基本上排除脂肪的水分量的第一脉冲序列，第一时间延迟，具有选择为反转MR信号中的基本上排除水的脂肪分量的共振频率的第二脉冲序列，第二时间延迟，以及用于获取MR信号的数据获取磁场梯度。使用以下至少一个来获取MR信号：(a)梯度回波，(b)自旋回波；(c)稳定态自由进动；(d)分段数据获取；以及(e)作为单次激发的MR信号的获取。
第一时间延迟是可调整的以在不同的解剖单元间进行区分，并被选择在MR信号获取时将水的MR信号分量降低至基本上为零，以提供水的T1加权并同时抑制脂肪信号分量。进一步地，在一个实施例中，第一时间延迟被选择为在PSIR图像中将脂肪描绘为暗色的同时并提供水的T1加权，且在数据获取时将水的纵向磁化降低至基本上为零，以在相位敏感图像重建(PSIR)图像中将脂肪描绘为暗色的同时提供水的T1加权。
第二时间延迟在第二脉冲序列之后并在数据获取之前，并且其被选择为使得在获取MR信号时脂肪的纵向磁化基本上为零或负值，以抑制脂肪信号分量并在PSIR图像中将脂肪描绘为暗色。第二时间延迟加上从数据获取开始的时间基本上等于脂肪分量的反转时间，而从水选择性反转结束到数据获取的时间基本上等于水分量的反转时间。水分量的反转时间是以下各项中的至少两项的函数：静磁场强度，注入的造影剂的剂量，注入后经过的时间，病人的生理状况，以及成像获取持续时间。
第一脉冲序列包括用于反转来自水和脂肪二者的MR信号的频率非选择性反转恢复RF脉冲，以及具有选择用来反转MR信号中的基本上排除水的脂肪分量的共振频率的脂肪选择性反转恢复RF脉冲。脂肪选择性反转恢复RF脉冲基本上紧接在非选择性反转恢复RF脉冲之前或紧接其之后，来使得MR信号的脂肪信号分量基本上未变化。在一个实施例中，第一脉冲序列包括了水选择性反转恢复RF脉冲。在一个实施例的步骤767中，图像数据处理器对获取的MR信号进行处理以提供相位敏感图像重建(PSIR)和带有已区分的解剖单元的增强的可视化的显示图像。该图像数据处理器使用一组参考数据来处理MR信号以提供PSIR图像。图12的处理在步骤781处终止。
该RF脉冲序列包括：用于反转来自水和脂肪二者的MR信号的非选择性反转恢复RF脉冲，以及具有选择用来反转MR信号中的基本上排除水的的脂肪分量的共振频率的脂肪选择性反转RF脉冲。该脂肪选择性反转RF脉冲在一段时间之内在非选择性反转恢复RF脉冲之后，该一段时间是脂肪分量的纵向弛豫时间的5倍。该非选择性反转恢复RF脉冲和该脂肪选择性反转RF脉冲被结合使用来再反转脂肪信号，并且从而通过非选择性反转恢复RF脉冲和脂肪选择性反转RF脉冲的结合使用来使得MR信号的脂肪信号分量基本上未变化。
该RF脉冲序列包括：诸如脂肪选择性反转RF脉冲之类的第二脂肪频率选择性反转模块，其具有选择用来反转MR信号中的基本上排除水的脂肪分量的共振频率。该第二脂肪选择性反转发生在数据获取的开始的后续时间延迟，这样在获取数据的对比度相关部分时，信号的脂肪分量基本上为零。基本上响应于脂肪分量的纵向恢复时间T1fat的自然对数来导出该后续的时间延迟，并且其被用于脂肪被抑制的延迟的增强成像。
在MR成像系统10中的RF信号发生器和RF线圈4使用以下中的至少一个来获取MR信号：梯度回波，自旋回波，以及稳态自由进动脉冲序列。在一个实施例中，MR成像系统10中的RF信号发生器和RF线圈4以单次激发的方式或采用分段数据获取来获取MR信号线圈。
在步骤617中，定时单元(序列控制器18)使脂肪选择性反转RF脉冲之后的MR信号的获取定时为发生在当与水相关的MR信号数据的频率分量基本上为零的时候，以此来基本上将信号的水分量清零并捕获脂肪分量。该定时单元响应于信号的水分量的反转时间TIwater，以及从非选择性反转恢复脉冲的结束到包括非选择性反转恢复RF脉冲的脉冲序列模块的结束的时间来对从脂肪选择性反转RF脉冲到MR信号的获取的持续时间进行定时。水分量的反转时间TIwater基本上包括水分量的纵向恢复时间T1water的自然对数，并且是以下各项中的至少两项的函数：静磁场强度，注入的造影剂的剂量，注入后经过的时间，病人的生理状况，以及成像获取持续时间。水分量的反转时间TIwater基本上还包括水分量的纵向恢复时间T1water的自然对数，而且是静磁场强度和成像获取持续时间的函数。该定时单元响应于信号的水分量的反转时间TI，将MR信号的获取定时为在脂肪选择性反转RF脉冲之后发生。该定时单元将MR信号的造影剂相关部分的获取定时为发生在基本上包括来自NSIR脉冲的水分量的持续时间TI的时间。在步骤619，处理系统(成像计算机17)处理使用RF信号发生器和RF线圈4获取的MR信号，来提供带有脂肪的增强可视化的显示图像。图6的处理在步骤631终止。
继续系统10(图1)的操作，基本场磁体1产生随时间恒定不变的强磁场，用于对象的被检查区域(诸如例如被检查的人体的一部分)中核自旋的极化或对齐。在球形测量体积M(诸如待检查的人体部分被放入其中的体积)内提供了用于磁共振测量所需的基本磁场的高度均匀性。为了满足均匀性的要求，并且特别为了消除时间不变量的影响，由铁磁材料制成的垫板(shim-plate)被装载在适当的位置。时间变量的影响通过匀场线圈2来消除，其由匀场电流源15来控制。
在基本磁场1中，使用了圆柱状梯度线圈系统3，其包括例如3个绕组。每一个绕组通过放大器14来供应电流，以此来在笛卡尔坐标系的各个方向产生线性梯度场。梯度场系统3的第一绕组在x方向产生梯度Gx，第二绕组圈在y方向产生梯度Gy，而第三绕组在z方向产生梯度Gz。每一个放大器14包括一个由序列控制器18控制以便在合适的时间产生梯度脉冲的数字-模拟转换器。
在梯度场系统3中，射频(RF)线圈4被安置，其通过多路复用器6将射频功率放大器16发射的射频脉冲转换为交变磁场，以便将待检对象或对象的待检区域的核激发并将其核自旋对齐。在一个实施例中，RF线圈4包括沿着对应于患者长度的体积M的长度分区布置的多个RF线圈的一个子集或基本上其全部。进一步地，这些线圈4的一个单独区RF线圈包含了多个RF线圈，从而提供用于并行产生单一MR图像的RF图像数据。RF脉冲信号被施加到RF线圈4，该RF线圈4作为响应产生磁场脉冲，该磁场脉冲使成像体中的质子的自旋旋转90度，或对于所谓的“自旋回波”成像旋转180度，或对于所谓的“梯度回波”成像旋转小于或等于90度。响应于施加的RF脉冲信号，RF线圈4接收MR信号，即：当被激发的质子返回由静磁场和梯度磁场建立的均衡位置时来自体内的激发质子的信号。包含由作为交变场的RF线圈4接收到的、由进动的核自旋导致的核自旋回波信号的该MR信号被转换为电压，该电压经由放大器7和多路复用器6被供应到射频系统22的射频接收器处理单元8。
射频系统22工作在RF信号发射模式下激发质子，并且在接收模式下处理结果产生的RF回波信号。在发射模式下，系统22通过发射通道9发射RF脉冲，来发起体积M中的核磁共振。特别地，系统22处理与被系统计算机20以及序列控制器18结合使用的脉冲序列相关联的各个RF回波脉冲，来提供复杂数字的、数字表示的数值序列。该数值序列通过高频系统22中的数字-模拟转换器12提供作为实数部分和虚数部分并且从该处提供至发射通道9。在发射通道9中，脉冲序列被使用射频载波信号进行了调制，该射频载波信号带有对应于测量体积M中的核自旋的共振频率的基频。从发射到接收操作的转换通过多路复用器6来完成。系统计算机20自动地(或响应于通过终端21输入的用户命令)确定用于带有脂肪信号抑制的MR成像的脉冲序列定时参数。
这里所使用的处理器是用于执行存储在计算机可读介质上的机器可读指令以便执行任务的设备，并且可以包括硬件和固件当中的任一项或其组合。处理器还可以包括存储器，其存储可被执行来实施任务的机器可读指令。处理器对信息采取动作，这是通过操纵、分析、修改、转换或传送信息以便由可执行程序或信息设备使用，以及/或者通过将信息路由到输出设备而实现的。处理器可以使用或者包括例如计算机、控制器或微处理器的能力，并且利用可执行指令来调节所述处理器以便执行并非由通用计算机执行的专用功能。处理器可以与任何其他处理器相耦合(通过电气方式以及/或者作为包括可执行组件)，从而允许其间的交互和/或通信。用户界面处理器或发生器是包括用于生成显示图像或其各部分的电子电路或软件或这二者的组合的已知元件。用户界面包括一个或多个显示图像，从而允许与处理器或其他设备进行用户交互。
如这里所使用的可执行应用包括用于例如响应于用户命令或输入调节处理器以便实施预定功能的代码或机器可读指令，诸如操作系统、背景数据获取系统或其他信息处理系统的预定功能。可执行规程是一段代码或机器可读指令、子例程、或者其他不同的代码区段或者用于执行一项或多项具体过程的可执行应用的一部分。这些过程可以包括接收输入数据和/或参数、对接收到的输入数据执行操作和/或响应于接收到的输入参数执行功能以及提供所得到的输出数据和/或参数。如这里所使用的用户界面(UI)包括一个或多个显示图像，其由用户界面处理器生成并且允许与处理器或其他设备的用户交互以及相关联的数据获取和处理功能。
所述UI还包括可执行规程或可执行应用。可执行规程或可执行应用对用户界面处理器进行调节，以便生成表示UI显示图像的信号。这些信号被提供到显示设备，所述显示设备显示图像以便由用户观看。可执行规程或可执行应用还接收来自用户输入设备的信号，所述用户输入设备诸如键盘、鼠标、光笔、触摸屏或者允许用户向处理器提供数据的任何其他装置。处理器在可执行规程或可执行应用的控制下响应于接收自输入设备的信号操纵UI显示图像。按照这种方式，用户利用输入设备与显示图像进行交互，从而允许用户与处理器或其他设备进行交互。这里的功能和过程步骤可以被自动执行或者完全或部分地响应于用户命令而执行。自动执行的活动(包括步骤)是在没有用户直接发起所述活动的情况下响应于可执行指令或设备操作而自动执行的。
定义：
反转恢复(IR)脉冲将纵向磁化从正z轴反转180度到负z轴。IR脉冲被用作主成像脉冲序列之前的准备脉冲以便实现不同种类的MR对比度(比如T1加权的、T2加权的)。
TI＝反转时间，即反转恢复脉冲与下一个RF激励脉冲之间的时间。TI确定图像对比度。
T1＝纵向(或自旋-晶格)弛豫时间T1衰减常数。
T2＝横向(或自旋-自旋)弛豫时间，T2是对于质子自旋分量的衰减常数。
TR＝重复时间，即连续的RF激励脉冲之间的时间。
FA＝翻转角度，即RF翻转角度。对于反转脉冲，FA＝180度。
水频率选择性反转恢复模块(WFSIRM)＝包括至少一个频率选择射频脉冲的脉冲序列，其被发射以提供与MR信号的水分量的频率相关联的反转的MR信号。
脂肪频率选择性反转恢复模块(WFSIRM)＝包括至少一个频率选择射频脉冲的脉冲序列，其被发射以提供与MR信号的脂肪分量的频率相关联的反转的MR信号。
分段数据获取以周期性方式记录未经处理的数据空间的不同部分(即分段)，这是通过反复放出包括反转脉冲序列和MR数据获取脉冲的脉冲序列并且在读出(获取)期间获取k空间线的不同集合而实现的。图1示出了这样一个分段序列(使用ECG触发器进行门控但并不是必需的)的一个示例性的定时图表，并且指示了数据如何放入原始数据空间。
图1-12的系统和处理并非排他性的。根据本发明的原理可以导出其他系统、过程和菜单以实现相同的目的。虽然已参照具体实施例描述了本发明，但是应当理解的是，此处所示出并描述的实施例和变型仅仅是用于说明的目的。在不背离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以对当前的设计实施修改。通过选择性地恢复并随后反转脂肪磁化，并在当脂肪T1恢复曲线通过零磁化线时获取图像对比相关数据(k空间的中心)，系统提供了脂肪信号抑制(脂肪清零)。此外，在替换实施例中，所述过程和应用可以位于链接图1的各单元的网络上的一个或多个(例如分布式)处理设备上。在图1-12中所提供的任何功能和步骤可以用硬件、软件或者二者的组合来实施。
Claims (21)
1.一种用于独立地操作用于生成图像数据的MR信号的脂肪和水分量的MR成像系统，其包括：
RF(射频)信号发生器和磁场梯度发生器，用于提供RF脉冲和磁场梯度序列来获取MR信号以基于纵向弛豫时间(T1)在解剖对象之间进行区分，所述序列包括：
第一脉冲序列，用于选择性地反转该MR信号中的基本上排除脂肪的水分量，
可调整用来在不同的解剖单元之间进行区分的第一时间延迟，
具有被选择用来反转该MR信号中的基本上排除水的脂肪分量的共振频率的第二脉冲序列，以及
数据获取磁场梯度，用于获取所述MR信号；以及
图像数据处理器，用于处理所获取的MR信号以提供带有已区分的解剖单元的增强的可视化的显示图像。
2.根据权利要求1的系统，其中所述第一脉冲序列包括：反转来自水和脂肪二者的MR信号的频率非选择性反转恢复RF脉冲，以及具有选择用来反转该MR信号中的基本上排除水的脂肪分量的共振频率的脂肪选择性反转恢复RF脉冲，所述脂肪选择性反转恢复RF脉冲基本上紧接在所述非选择性反转恢复RF脉冲之前或紧接其之后以使得该MR信号的脂肪信号分量基本上不变。
3.根据权利要求1的系统，其中所述第一脉冲序列包括水选择性反转恢复RF脉冲。
4.根据权利要求1的系统，包括在所述第二脉冲序列之后并在所述数据获取之前的第二时间延迟，所述第二时间延迟被选择为使得在获取所述MR信号时脂肪的纵向磁化基本上为零以抑制脂肪信号分量。
5.根据权利要求4的系统，其中所述第一时间延迟被选择为在获取所述MR信号时将水的MR信号分量降低至基本上为零，以此来提供水的T1加权并同时抑制脂肪信号分量。
6.根据权利要求4的系统，其中
所述第二时间延迟加上从所述数据获取开始的时间基本上等于脂肪分量的反转时间。
7.根据权利要求6的系统，其中
从水的选择性反转的结束到所述数据获取的时间基本上等于水分量的反转时间。
8.根据权利要求7的系统，其中
水分量的反转时间是以下各项中的至少两项的函数：静磁场强度，注入的造影剂的剂量，注入后经过的时间，病人的生理状况，以及成像获取持续时间。
9.根据权利要求1的系统，其中
所述MR信号是使用以下各项中的至少一项而获取的：(a)梯度回波，(b)自旋回波，(c)稳态自由进动，(d)分段数据获取，以及(e)作为单次激发的MR信号的获取。
10.根据权利要求1的系统，其中
所述RF(射频)信号发生器在感兴趣的解剖区域中生成RF激励脉冲并实现相关联的RF回波数据的后续获取；以及
所述磁场梯度发生器生成用于相位编码和读出RF数据获取的磁场梯度。
11.根据权利要求4的系统，其中
所述RF脉冲和磁场梯度序列提供脂肪被抑制的延迟的增强成像。
12.根据权利要求1的系统，其中
所述图像数据处理器使用参考数据组处理所述MR信号来提供相位敏感图像重建(PSIR)。
13.根据权利要求12的系统，包括在所述第二脉冲序列之后并在所述数据获取之前的第二时间延迟，所述第二时间延迟被选择为使得在获取所述MR信号时脂肪的纵向磁化基本上为负以在PSIR图像中将脂肪描绘为暗色。
14.根据权利要求12的系统，包括在所述第二脉冲序列之后并在所述数据获取之前的第二时间延迟，所述第二时间延迟被选择为使得在获取所述MR信号时脂肪的纵向磁化基本上为零以在PSIR图像中将脂肪描绘为暗色。
15.根据权利要求12的系统，其中
所述第一时间延迟被选择以在在PSIR图像中将脂肪描绘为暗色的同时提供水的T1加权。
16.根据权利要求12的系统，其中
所述第一时间延迟被选择为在所述数据获取时将水的纵向磁化降低至基本 上为零，以在在PSIR图像中将脂肪描绘为暗色的同时提供水的T1加权。
17.根据权利要求2的系统，其中
所述图像数据处理器处理所述MR信号来提供相位敏感图像重建(PSIR)。
18.一种用于独立地操作用于生成图像数据的MR信号的脂肪和水分量的MR成像系统，其包括：
RF(射频)信号发生器和磁场梯度发生器，用于提供RF脉冲和磁场梯度序列来获取MR信号以基于纵向弛豫时间(T1)在解剖对象之间进行区分，所述序列包括：
第一脉冲序列，用于选择性地反转该MR信号中的基本上排除脂肪的水分量，
具有被选择用来反转该MR信号中的基本上排除水的脂肪分量的共振频率的第二脉冲序列，
第一时间延迟，其被选择为使得在获取所述MR信号时脂肪的纵向磁化基本上为零以抑制脂肪信号分量，以及
数据获取磁场梯度，用于获取所述MR信号；以及
图像数据处理器，用于处理所获取的MR信号以提供带有已区分的解剖单元的增强可视化的显示图像。
19.根据权利要求18的系统，其中所述第一脉冲序列包括：反转来自水和脂肪二者的MR信号的频率非选择性反转恢复RF脉冲，以及具有选择用来反转该MR信号中的基本上排除水的脂肪分量的共振频率的脂肪选择性反转恢复RF脉冲，所述脂肪选择性反转恢复RF脉冲基本上紧接在所述非选择性反转恢复RF脉冲之前或紧接其之后来使得该MR信号的脂肪信号分量基本上不变。
20.根据权利要求18的系统，其中所述第一脉冲序列包括水选择性反转恢复RF脉冲。
21.根据权利要求1的系统，包括在所述第一脉冲序列之后并在所述第二脉冲序列之前的第二时间延迟，所述第二时间延迟被选择以在在图像中将脂肪描绘为暗色的同时提供水的T1加权。
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