CN103211596A - 用于运动修正mr扩散成像的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于运动修正MR扩散成像的系统。一种系统使用RF信号发生器和磁场梯度发生器来确定运动修正数据以供在扩散MR成像中使用，所述RF信号发生器和磁场梯度发生器在通过容量的单个第一方向上顺序地获取单独地包括多个单独扩散图像切片的第一和第二切片组。通过在获取第二切片组时提供低翻转角RF脉冲、连续地后面是用于获取表示被用于第一切片组的运动检测的二维（2D）非扩散图像的数据的非扩散图像数据读出磁场梯度、连续地后面是第一扩散成像RF脉冲、后面是用于获取表示第二切片组的扩散图像切片的数据的准备的第一扩散成像相位编码磁场梯度，第一组切片和第二组切片在容量内在空间上交织。

Description

用于运动修正MR扩散成像的系统

相关申请的交叉引用

本申请是2012年1月24日提交的H. Bhat等人的美国临时专利申请系列号61/589,969的非临时申请且要求其优先权，通过引用将该申请整体地到本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于确定运动修正数据以供在解剖容量（anatomical volume）的扩散MR成像中使用的系统。

背景技术

扩散MRI是一种磁共振成像（MRI）方法，其产生利用水扩散的局部显微结构特性加权的生物组织的活体内内图像，并且能够显示脑区域之间的连接。在存在磁场梯度的情况下，水分子的扩散导致MR图像中的信号损失。信号损失的程度取决于扩散的特性，扩散的特性又取决于比如结构、周围环境、物理状态和病状（pathology）的组织性质。使用MR来基于水扩散探测此类组织性质称为扩散成像。用来探测组织扩散的磁场梯度称为扩散梯度。扩散成像期间的信号损失的量取决于无量纲乘积（dimensionless product）：Db，其中，D是以mm²/sec为单位的扩散系数，并且b是以sec/mm²为单位的因数，其取决于扩散梯度的特性。存在改变扩散梯度的量值和方向以重构组织性质的全貌的不同方法。此类方法称为扩散编码方法。通常用基于2D多切片回波平面成像（EPI）的方法来执行扩散成像。用于人类成像的此类方法的总扫描时间可以基于所使用的扩散编码方法的类型而在1—30分钟范围内。针对此类长扫描，大块（bulk）对象运动是个问题。在扩散神经成像中，由于病人运动而出现的问题包括，i）用不同扩散方向获取的图像不对准，导致扩散参数的错误计算，以及ii）在运动发生时在扩散方向获取的图像易受MR信号失落（dropout）的影响。追溯性和预期性的多个已知系统尝试解决此问题，但取得有限的成功。根据本发明原理的系统全面地解决了此问题和相关问题。

发明内容

一种系统确定运动修正数据以供在解剖容量的扩散MR成像中使用。RF（射频）信号发生器在感兴趣的解剖区域中生成RF激励脉冲并实现关联的RF回波数据的后续获取。磁场梯度发生器产生用于相位编码和读出RF数据获取的解剖切片特定磁场梯度。在交织实施例中，RF信号发生器和梯度发生器在通过容量的单个第一方向顺序地获取单独地包括多个单独扩散图像切片的第一和第二切片组。通过在获取第二切片组时提供低翻转角RF脉冲、连续地后面是用于获取表示被用于第一切片组的运动检测的二维（2D）非扩散图像的数据的非扩散图像数据读出磁场梯度、连续地后面是第一扩散成像RF脉冲、后面是用于获取表示第二切片组的扩撒图像切片的数据的准备的第一扩散成像相位编码磁场梯度，第一组切片和第二组切片在容量内在空间上是交织的。

在综合实施例中，RF信号发生器和梯度发生器通过提供序列而在通过容量的单个第一方向获取单独扩散图像切片，所述序列包括第一扩散成像RF脉冲、用于获取表示被用于运动检测的二维（2D）非扩散图像的数据的非扩散图像数据读出磁场梯度和用于获取表示单独扩散图像切片的数据的磁性准备（magnetic preparation）的第一扩散成像相位编码磁场梯度。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的用于确定运动修正数据以供在解剖容量的扩散MR成像中使用的系统。

图2示出了根据本发明的实施例的被用于解剖容量的扩散MR成像中的交织预期性运动修正的基本MR脉冲序列分量。

图3示出了根据本发明的实施例的被用于解剖容量的扩散MR成像中的综合预期性运动修正的基本MR脉冲序列分量。

图4示出了根据本发明的实施例的被用于解剖容量的扩散MR成像中的综合预期性运动修正的基本MR脉冲序列分量。

图5示出了根据本发明的实施例的被用于解剖容量的扩散MR成像中的交织预期性运动修正的MR脉冲序列。

图6示出了根据本发明的实施例的利用用于综合方法（顶行）和交织方法（底行）的EPI导航器（navigator）方法检测的图像数据的以度为单位的旋转（Rot(deg)）和以mm为单位的平移（Trans(mm)），其中，对象病人在扫描期间被故意地移动。

图7示出了根据本发明的实施例的用于综合预期性运动修正方法（顶行）和用于交织预期性运动修正方法（底行）的样本EPI导航器图像和相应的单向扩散加权图像（DWI）。

图8A和8B示出了根据本发明的实施例的与非运动修正序列（底行图8A和8B）相比较的用于综合（顶行图8A）和交织（顶行图8B）预期性运动修正实施例的样本图像。

图9和10图示出根据本发明的实施例的用于解剖容量的扩散MR成像中的交织预期性运动修正的MR脉冲序列中的图像切片交织。

图11图示出根据本发明的实施例的用于扩散成像中的预期性运动修正的EPI导航器图像数据的使用。

图12示出了根据本发明的实施例的由系统执行以便确定运动修正数据以供在解剖容量的交织扩散MR成像中使用的过程的流程图。

图13示出了根据本发明的实施例的由系统执行以便确定运动修正数据以供在解剖容量的综合扩散MR成像中使用的过程的流程图。

具体实施方式

一个实施例中的系统提供了一种用于使用交织和综合非扩散编码低分辨率回波平面成像（EPI）图像作为导航器的扩散成像的刚体预期性运动修正方法。导航器图像例如在希望的感兴趣区域的图像数据获取之前确定解剖结构的位置，例如隔膜。导航器图像被用来识别用于使图像数据获取同步的病人的呼吸及其他运动，例如，使得运动诱发的图像模糊最小化。该系统提供了用于多切片单次激发（single shot）扩散加权EPI的预期性运动修正。通过在扩散扫描期间使用非扩散编码低分辨率单次激发EPI图像作为运动导航器（EPI导航器图像），该系统提供了用于2D多切片扩散成像的预期性运动修正。该系统提供了用于多切片单次激发扩散加权EPI的预期性运动修正方法。刚体导航是在扩散扫描期间使用没有扩散编码的低分辨率单次激发EPI图像作为运动导航器实现的。

图1示出了用于确定运动修正数据以供在解剖容量的扩散MR成像中使用的系统10。在基本场磁体1中，使用包括磁场梯度发生器3的圆柱状梯度线圈系统，其例如由三个绕组组成。每个绕组由放大器14提供电流，以便在笛卡尔坐标系的各方向生成线性梯度场。梯度场系统3的第一绕组在x方向生成梯度G_x，第二绕组在y方向生成梯度G_y，并且第三绕组在z方向生成梯度G_z。每个放大器14包含数模转换器，其被序列控制器18控制以便在适当的时间生成梯度脉冲。使用由匀磁线圈源（shim coil supply）15供电的匀磁线圈2来修正基本磁场B0的均匀性（Homogeneity）。

包括RF（射频）信号发生器4的射频（RF）线圈位于梯度场系统3内，RF（射频）信号发生器4经由复用器6将由射频功率放大器16发射的射频脉冲转换成交变磁场，以便激励核子（nuclei）并使要检查的对象或要检查的对象区域的核自旋对准。在交织实施例中，RF（射频）信号发生器在感兴趣解剖区域中生成RF激励脉冲并实现关联RF回波数据的后续获取。磁场梯度发生器产生用于相位编码和读出RF数据获取的解剖切片特定磁场梯度。RF信号发生器4和梯度发生器3在通过容量的单个第一方向顺序地获取单独地包括多个单独扩散图像切片的第一和第二切片组。通过在获取第二切片组时提供低翻转角RF脉冲、连续地后面是用于获取表示被用于第一切片组的运动检测的二维（2D）非扩散图像的数据的非扩散图像数据读出磁场梯度、连续地后面是第一扩散成像RF脉冲、后面是用于获取表示第二切片组的扩撒图像切片的数据的准备的第一扩散成像相位编码磁场梯度，第一组切片和第二组切片在容量内在空间上是交织的。

在综合实施例中，RF（射频）信号发生器4在感兴趣解剖区域中生成RF激励脉冲并实现关联RF回波数据的后续获取。磁场梯度发生器3产生用于相位编码和读出RF数据获取的解剖切片特定磁场梯度。RF信号发生器4和梯度发生器3通过提供序列来在通过容量的单个第一方向获取单独扩散图像切片，所述序列包括第一扩散成像RF脉冲、用于获取表示被用于运动检测的二维（2D）非扩散图像的数据的非扩散图像数据读出磁场梯度和用于获取表示单独扩散图像切片的数据的磁性准备的第一扩散成像相位编码磁场梯度。

图2示出了被用于解剖容量的扩散MR成像中的交织预期性运动修正的基本MR脉冲序列分量。用低翻转角RF激励脉冲203、连续地后面是用于获取表示被用于第一切片组的运动检测的低像素分辨率2D EPI导航器（EPI NAV）非扩散图像的数据的非扩散图像数据读出磁场梯度205来获取低像素分辨率2D EPI导航器（EPI NAV）非扩散图像。连续扩散获取块207包括RF及编码和读取梯度脉冲，其包括第一扩散成像RF脉冲，后面是用于获取表示第二切片组的扩散图像切片的数据的准备的扩散成像相位编码磁场梯度。扩散获取可以包括不同的扩散编码方法，比如Stejskal-Tanner (Stejskal EO, Tanner JE. Spin Diffusion Measurements: Spin Echoes in the Presence of a Time-Dependent Field Gradient. Journal of Chemical Physics 1965;42:288-292) and 两次重新聚集（twice refocused） (Reese TG, Heid O, Weisskoff RM, Wedeen VJ. Reduction of eddy-current-induced distortion in diffusion MRI using a twice-refocused spin echo. Magn Reson Med 2003;49(1):177-182)。

图5示出了被系统10（图1）用于解剖容量的扩散MR成像中的交织预期性运动修正的MR脉冲序列。用低翻转角（例如10度）RF激励脉冲503、连续地后面是非扩散图像数据读出磁场梯度505来获取低像素分辨率2D EPI导航器（EPI NAV）非扩散图像，非扩散图像数据读出磁场梯度505用于获取表示被用于第一切片组（包括切片N）的运动检测的低像素分辨率2D EPI导航器（EPI NAV）非扩散图像的数据。在梯度505之后，脉冲序列包括90度翻转角RF激励脉冲507和扩散成像相位编码磁场梯度509，连续地后面是180度翻转角成像RF脉冲511，后面是第二扩散成像相位编码磁场梯度513，后面是用于获取表示第二切片组（包括切片M）的扩散图像切片的数据的扩散图像数据读出磁场梯度515。扩散和EPI导航器获取在总重复时间（TR_ALL）期间获取规定切片，总重复时间（TR_ALL）包括用于使用特定扩散编码方法来在扩散成像方向获取预定总数的切片的多个单独TR重复时间（在连续RF激励脉冲之间）。用于获取切片的扩散和非扩散获取以独立顺序发生。

在扩散扫描期间使用非扩散编码低分辨率单次激发EPI图像作为运动导航器（EPI导航器）来实现刚体导航。在获取用于扩散的切片M之前，利用用于获取EPI导航器图像数据的低（10°）翻转角来获取切片N，并将EPI导航器和扩散获取解耦。以2个交织获取扩散图像系列，切片M和N在空间上是相邻的，但是TR/2在扩散扫描中在时间上分离。针对7—9秒的典型TR，此类低翻转角激励导致扩散获取中的可忽略的信号损失。针对交织方法，例如，在获取中以每切片10.5 ms获取EPI导航器获取。针对扩散获取，使用用以获取EPI导航器图像数据的优化方式。当扩散获取正在获取交织1时，EPI导航器获取交织2，并且当扩散获取正在获取交织2时，EPI导航器获取交织1，如在图9中所示。这样，EPI导航器和扩散切片在时间上是分离的TR_ALL/2。这使EPI导航器和扩散获取之间的交互最小化，并由于EPI导航器扫描而导致扩散扫描中的最小信号衰减。

图9和10示出了指示扩散和EPI导航器切片之间的交织的交织预期性运动修正成像。图10图示出指示与图9的脉冲序列的切片相对应的EPI导航器切片与扩散切片之间的交织的交织预期性运动修正成像的单个TR_ALL。通常分两个交织中来获取扩散图像获取。（脉冲序列903的）扩散交织1包括扩散切片1、3、5、...N-1且（脉冲序列905的）交织2包括扩散切片2、4、6...N。

图9图示出用于解剖容量的扩散MR成像中的交织预期性运动修正的MR脉冲序列中的图像切片交织。脉冲序列部分903包括扩散成像交织1和2D EPI导航器（EPI NAV）非扩散图像交织2，其包括扩散图像切片1、3、5...N-1和EPI导航器图像切片2、4、...N。脉冲序列部分905包括扩散成像交织2和2D EPI导航器（EPI NAV）非扩散图像交织1，其包括扩散图像切片2、4、…N和EPI导航器图像切片1、3、5…N-1。交织方法维持用于扩散图像的原始TE，并且不导致扩散图像的SNR改变。交织预期性运动修正扩散MR成像方法向序列中添加额外RF脉冲，这导致比吸收率（Specific Absorption Rate）（SAR）的轻微增加，并且使用交织过程，使得扩散和EPI导航器图像获取不相互干扰。交织方法提供了用于容量配准的运动估计。

图3示出了被用于解剖容量的扩散MR成像中的综合预期性运动修正的基本MR脉冲序列分量。在扩散扫描期间使用非扩散编码低分辨率单次激发EPI图像作为运动导航器（EPI导航器）来实现刚体导航。用90度RF激励脉冲303、连续地后面是用于获取表示被用于运动检测的低像素分辨率2D EPI导航器（EPI NAV）非扩散图像的数据的非扩散图像数据读出磁场梯度305来获取低像素分辨率2D EPI导航器（EPI NAV）非扩散图像数据。连续扩散成像相位编码磁场梯度307磁性地准备成像容量以便获取表示单独扩散图像切片的数据。扩散和EPI导航器获取获取相同的切片。扩散获取可以包括不同的扩散编码方法，比如先前所述的Stejskal-Tanner和两次重新聚焦方法。调整用于扩散成像相位编码磁场梯度307的回波时间（TE）以考虑附加的EPI导航器获取305。这是通过使用响应于所使用的扩散编码方法的类型所选择的适当填充时间而完成的。

图4示出了被用于解剖容量的扩散MR成像中的综合预期性运动修正的MR脉冲序列。用90度RF激励脉冲403、连续地后面是用于获取表示被用于运动检测的低像素分辨率2D EPI导航器（EPI NAV）非扩散图像的数据的非扩散图像数据读出磁场梯度405来获取低像素分辨率2D EPI导航器（EPI NAV）非扩散图像数据。连续扩散成像相位编码磁场梯度407磁性地准备成像容量以便获取表示单独扩散图像切片的数据。梯度407连续地后面是第二扩散成像180度RF脉冲409、第二扩散成像相位编码磁场梯度413和扩散图像数据读出磁场梯度415以用于表示单独扩散图像切片的数据的获取。此外，在第二扩散成像RF脉冲409之后和在第二扩散成像相位编码磁场梯度413之前，在脉冲序列中结合了时间延迟（填充时间）411以修正回波时间（TE）值。在180°RF脉冲409之后插入相应的填充时间411以保持用于自旋回波条件的TE对称性。在此研究中，将7.5 ms读出用于EPI导航器，这导致每个切片的TE的15 ms增加。使用图3和4的脉冲序列执行的综合预期性运动修正扩散MR成像在获取扩散图像时涉及TE的增加，其可以导致扩散图像的SNR损失。综合方法提供在切片至容量配准中使用的切片特定运动估计。

图11图示出用于扩散成像中的预期性运动修正的EPI导航器图像数据的使用。用于预期性运动修正的低分辨率非扩散编码EPI导航器图像的使用基本上与用于交织和综合方法两者的相同。来自连续RF激励脉冲之间的第一重复时间（TR）963的EPI导航器图像被用作参考图像。使用图像配准将来自后续TR（例如965、967、969）的EPI导航器图像与参考图像相比较并计算图像的相对位移。使用参考图像与特定TR的图像之间的所计算位移来更新用于下一个TR的图像的切片坐标，使得对象的运动被补偿。将用于TR1 963的参考图像与TR2 965的图像相比较以识别相对位移并使用任何相对位移来更新例如TR3 967的图像的坐标。

针对交织和综合运动修正扩散成像实施例，在TR的过程中，从EPI导航器切片产生非扩散编码低分辨率容量并且该非扩散编码低分辨率容量基于3DPACE（用于fMRI的3D预期性运动修正）方法用于预期性运动修正，该3DPACE方法使用3D刚体运动模型。第一容量被已知3DPACE方法用于确定参考位置。使用扫描仪上的实时反馈框架来重构EPI导航器图像，并在每个TR结束时引入附加的50 ms延迟以基于由3DPACE方法给出的运动估计来实现用于下一个TR的实时切片位置更新。在示例性测试中，使用第一和第二实施例运动修正方法并用标准非运动修正单次激发EPI序列来扫描5个健康的志愿者。为了评估系统运动修正的效力，故意地指示对象在三个扩散扫描期间遵循预定义的运动协议。在3T扫描仪（西门子MAGNETOM Skyra）上执行成像。用于扩散扫描的参数是：视场（FOV）：220×220 mm²、矩阵：128×128、b＝1000s/mm²、具有2 mm厚度的60个切片、TE 73 ms、TR 7600/60 ms、30个扩散方向、bw＝1396 Hz/像素、GRAPPA因数＝2。用于EPI导航器扫描的参数是：FOV：256×256 mm²、矩阵：32×32、部分傅立叶因数＝0.66、b/w＝4596 Hz/像素、具有2mm厚度的60个切片（与扩散获取相同）。针对综合方案：TE 88 ms、TR 8610/60 ms。为了举例说明与b值的无关性，在一个志愿者中收集具有b＝3000 s/mm²和60个方向的附加扩散扫描。

图6示出了用于综合方法（顶行）和交织方法（底行）的由于病人运动而引起的以度为单位的所检测图像对象旋转（Rot(deg)）603、607和用EPI导航器方法所检测的图像数据的以mm为单位的相应修正图像数据平移（Trnas(mm) 605、609），其中，病人在扫描期间故意地移动。图表示出了用于30个不同扩散方向（x轴）顶行和60个不同扩散方向底行的病人运动的3个情节。图7示出了样本EPI导航器图像707和用于综合预期性运动修正方法（顶行）的相应单向扩散加权图像（DWI）703和样本EPI导航器图像709、以及用于交织预期性运动修正方法（底行）的相应单向扩散加权图像（DWI）705。针对第一b值（1000）和30个扩散方向来执行综合预期性运动修正方法（顶行）并针对不同的第二b值（3000）和64个扩散方向来执行交织预期性运动修正方法（底行）。EPI导航器图像未被扩散编码，并且甚至针对3000的b值具有良好的SNR且给出可靠的运动估计。

图8A和8B示出了用于综合预期性运动修正实施例（顶行图8A）的样本图像803、805和用于交织预期性运动修正实施例（顶行，图8B）的样本图像823、825，与非运动修正序列（底行图8A和8B）相比较。两个运动修正序列中的跟踪加权（TW）805、825和各向异性分数（FA）803、823图像中的改进是显而易见的。另外，为了评估已修正和未修正方法之间的扩散图像中的信号水平的差异，在TW图像中测量白质（white matter）ROI中的信号比。综合运动修正方法具有17.7%的信号减小（由于增加的TE）；而交织运动修正技术具有0.57%的信号减小。预期性运动修正实施例有利地改进了扩散神经成像并独立于所使用的b值进行工作，并且不需要b矩阵的回溯性调整。在综合实施例中，TE和TR随相应的信号减小而增加，而交织实施例仅要求最小TR的小的（~10%）增加。

图12示出了由系统10（图1）执行以便确定运动修正数据以供在解剖容量的交织扩散MR成像中使用的过程的流程图。在步骤851的开始之后的步骤852中，RF（射频）信号发生器4在感兴趣解剖容量（区域）中生成RF激励脉冲并实现关联RF回波数据的后续获取。在步骤855中，磁场梯度发生器3生成用于相位编码和读出RF数据获取的解剖切片特定磁场梯度。RF信号发生器4和梯度发生器3在步骤857中通过提供用于获取第二切片组的第一脉冲序列来顺序地在通过容量的单个第一方向获取单独地包括多个单独扩散图像切片的第一和第二切片组。第一组切片和第二组切片在容量内在空间上是交织的。

第一脉冲序列包括低翻转角RF脉冲，连续地后面是用于数据获取的非扩散图像数据读出磁场梯度，该数据表示被用于第一切片组的运动检测的二维（2D）非扩散图像，连续地后面是第一扩散成像RF脉冲，后面是用于准备以便获取数据的第一扩散成像相位编码磁场梯度，所述数据表示第二切片组的扩散图像切片。第一扩散成像相位编码磁场梯度连续地后面是第二扩散成像RF脉冲，后面是第二扩散成像相位编码磁场梯度，后面是用于获取表示扩散图像切片的数据的扩散图像数据读出磁场梯度。低翻转角基本上包括5—30度角，第一扩散成像RF脉冲基本上是90度脉冲，并且第二扩散成像RF脉冲基本上是180度脉冲。在一个实施例中，扩散图像数据读出磁场梯度是回波平面成像扩散图像数据读出磁场梯度。

第一扩散成像相位编码磁场梯度基本上在获取第二切片组的扩散图像切片时所使用的回波时间（TE）的一半内发生，并且第二扩散成像相位编码磁场梯度和回波平面扩散图像数据读出磁场梯度基本上在获取第二切片组的扩散图像切片时所使用的回波时间（TE）的一半内发生。该系统使用多个不同扩散获取方法中的一个来获取表示第二切片组的扩散图像切片的数据，所述不同扩散获取方法包括例如（a）Stejskal-Tanner、（b）两次重新聚焦方法、（c）刺激回波（d）q空间（e）扩散光谱成像和（e）扩散张量成像方法。RF信号发生器和梯度发生器在获取第一切片组时提供低翻转角RF脉冲，连续地后面是用于数据获取的非扩散图像数据读出磁场梯度，所述数据表示被用于第二切片组的运动检测的二维（2D）非扩散图像，连续地后面是第一扩散成像RF脉冲，后面是用于获取数据的准备的第一扩散成像相位编码磁场梯度，所述数据表示第一切片组的扩散图像切片。在一个实施例中，低翻转角RF脉冲后面是没有中间脉冲的非扩散图像数据读出磁场梯度。此外，非扩散图像数据读出磁场梯度后面是没有中间脉冲的第一扩散成像RF脉冲，并且第一扩散成像RF脉冲后面是没有中间脉冲的第一扩散成像相位编码磁场梯度。

在步骤859中，系统10在与第一方向不同的单个第二方向获取二维（2D）非扩散图像。成像计算机17（图 1）中的图像数据处理器在步骤863中比较包括在单个第一和第二方向的一组图像的多个二维（2D）非扩散图像以检测所比较非扩散图像之间的对象的移动。图像数据处理器使用所检测的对象移动相对于在单个第一方向获取的扩散图像切片来修正在单个第二方向获取的扩散图像切片的三位空间坐标以补偿所检测的移动。图12的过程在步骤881处终止。

图13示出了由系统执行以便确定运动修正数据以供在解剖容量的综合扩散MR成像中使用的过程的流程图。在步骤951处的开始之后的步骤952中，RF（射频）信号发生器4在感兴趣的解剖容量（区域）中生成RF激励脉冲并实现关联RF回波数据的后续获取。在步骤955中，磁场梯度发生器3生成用于相位编码和读出RF数据获取的解剖切片特定磁场梯度。RF信号发生器4和梯度发生器3在步骤957中通过提供第二脉冲序列在通过容量的单个第一方向获取单独扩散图像切片。

第二脉冲序列包括第一扩散成像RF脉冲、用于获取数据的非扩散图像数据读出磁场梯度，该数据表示被用于运动检测的二维（2D）非扩散图像，以及用于获取数据的磁性准备的第一扩散成像相位编码磁场梯度，所述数据表示单独扩散图像切片。第二脉冲序列还包括后续第二扩散成像RF脉冲、第二扩散成像相位编码磁场梯度和用于获取数据的扩散图像数据读出磁场梯度，所述数据表示单独扩散图像切片。在一个实施例中，在第二扩散成像RF脉冲之后和第二扩散成像相位编码磁场梯度之前，第二脉冲序列结合了时间延迟以修正回波时间（TE）值。

在一个实施例中，第一扩散成像RF脉冲基本上是90度脉冲，并且第二扩散成像RF脉冲基本上是180度脉冲。此外，第一扩散成像相位编码磁场梯度基本上在获取单独扩散图像切片时所使用的回波时间（TE）的一半内发生，并且第二扩散成像相位编码磁场梯度和回波平面成像扩散图像数据读出磁场梯度基本上在获取单独扩散图像切片时所使用的回波时间（TE）的一半内发生。在一个实施例中，扩散图像数据读出磁场梯度是回波平面成像扩散图像数据读出磁场梯度。该系统使用多个不同扩散获取方法中的一个来获取表示扩散图像切片的数据，所述不同扩散获取方法包括例如（a）Stejskal-Tanner、（b）两次重新聚焦方法、（c）刺激回波（d）q空间（e）扩散光谱成像和（f）扩散张量成像方法。

在步骤959中，系统10在与第一方向不同的单个第二方向获取二维（2D）非扩散图像。成像计算机17（图 1）中的图像数据处理器在步骤963中比较包括在单个第一和第二方向的一组图像的多个二维（2D）非扩散图像以检测所比较非扩散图像之间的对象的移动。图像数据处理器使用所检测的对象移动相对于在单个第一方向获取的扩散图像切片来修正在单个第二方向获取的扩散图像切片的三位空间坐标以补偿所检测的移动。图13的过程在步骤981处终止。

返回图1，RF线圈4发射RF脉冲以在测量容量M中的支撑工作台5上的病人体内激励核质子自旋并获取作为结果的RF回波信号。相应地获得的磁共振信号在RF系统22的接收机处理单元8中被以相敏方式解调，并且经由各模数转换器11转换成测量信号的实部和虚部，并且由成像计算机17来处理。成像计算机17根据已处理的获取RF回波脉冲数据来重构图像。在系统计算机20的控制下执行RF数据、图像数据和控制程序的处理。响应于预定脉冲序列控制程序，序列控制器18控制所希望脉冲序列的生成和k空间的相应扫描。特别地，序列控制器18控制适当时间的磁梯度的开关、具有确定相位和幅度的RF脉冲的传输及RF回波数据形式的磁共振信号的接收。合成器19确定RF系统22和序列控制器18的操作的定时。用于生成MR图像和所生成的核自旋图像的显示的适当控制程序的选择由用户经由终端（控制台）21来执行，终端（控制台）21包含键盘和一个或多个屏幕。

在一个实施例中，RF线圈4包括在沿对应于病人长度的容量M的长度的分段中布置的多个RF线圈的子集或基本上全部。此外，线圈4的单独分段RF线圈包括多个RF线圈，其提供与生成单个MR图像并行地使用的RF图像数据。向RF线圈4施加RF脉冲信号，其作为响应产生磁场脉冲，该磁场脉冲使质子的自旋在被成像主体中旋转九十度或一百八十度，针对所谓的“自旋回波”成像，或小于或等于90度的角，针对所谓的“梯度回波”成像。响应于所施加的RF脉冲信号，RF线圈4随着来自主体内的被激励质子返回至由静态和梯度磁场建立的均衡位置时接收MR信号，即来自主体内的被激励质子的信号。包括由RF线圈4作为源自旋进（precessing）的核自旋的交变场接收到的核自旋回波信号的MR信号被转换成电压，该电压经由射频放大器7和复用器6被供应给射频系统22的射频接收机处理单元8。

射频系统22在RF信号传输模式下操作以激励质子且在接收模式下操作以处理所得RF回波信号。在传输模式下，系统22经由传输信道9来发射RF脉冲以在容量M中发起核磁共振。具体地，系统22处理与系统计算机20结合序列控制器18所使用的脉冲序列相关联的各RF回波脉冲以提供复数的数字表示的数字序列。此数字序列被作为实部和虚部经由高频系统22中的数模转换器12供应且从那里供应到传输信道9。在传输信道9中，用射频载波信号来调制脉冲序列，其具有与测量容量M中的核自旋的共振频率相对应的基频。从传输到接收操作的转换是经由复用器6完成的。RF线圈4发射RF脉冲以激励测量容量M内的核质子自旋并获取作为结果的RF回波信号。相应地获得的磁共振信号在RF系统22的接收机处理单元8中被以相敏方式解调，并且经由各模数转换器11转换成测量信号的实部和虚部，并且由成像计算机17来处理。

如在本文中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且可以包括硬件和固件中的任何一个或组合。处理器还可以包括存储可执行用于执行任务的机器可读指令的存储器。处理器通过操纵、分析、修改、转换或传输信息以供可执行程序或信息设备使用和/或通过将该信息路由到输出设备来作用于信息。处理器可以使用或包括例如计算机、控制器或微处理器的能力，并且使用可执行指令来调节以执行通用计算机不执行的专用功能。可以将处理器（在电学上和/或作为包括可执行部件）与任何其他处理器耦合，从而实现其间的交互和/或通信。用户界面处理器或生成器是已知元件，其包括电子电路或软件或两者的组合以便生成显示图像或其部分。用户界面包括实现与处理器或其他器件的用户交互的一个或多个显示图像。

在本文中所使用的可执行应用包括代码或机器可读指令用于调节处理器以响应于用户命令或输入而实现预定功能，例如，诸如操作系统、上下文数据获取系统或其他信息处理系统的那些。可执行过程是一段代码或机器可读指令、子例程或用于执行一个或多个特定过程的代码的其他不同部分或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而执行功能，并且提供所得输出数据和/或参数。在本文中所使用的图形用户界面（GUI）包括由显示处理器生成且实现与处理器或其他设备的用户交互及关联数据获取和处理功能的一个或多个显示图像。

UI还包括可执行过程或可执行应用。可执行过程或可执行应用调节显示处理器以生成表示UI显示图像的信号。这些信号被提供给显示设备，其显示用于由用户观看的图像。可执行过程或可执行应用还从用户输入设备接收信号，用户输入设备诸如键盘、鼠标、光笔、触摸屏或允许用户向处理器提供数据的任何其他装置。处理器在可执行过程或可执行应用的控制下响应于从输入设备接收到的信号而操纵UI显示图像。这样，用户使用输入设备与显示图像相交互，从而实现与处理器或其他设备的用户交互。本文中的功能和过程步骤可以自动地或完全或部分地响应于用户命令而执行。自动地执行的活动（包括步骤）是在没有活动的用户直接发起的情况下响应于可执行指令或设备操作而执行的。

定义

EPI包括回波平面成像，其涉及图像获取，由此，从梯度回波或自旋回波序列的单个数据样本（在一个重复时间中获取k空间线）形成完整图像。

反转恢复（IR）脉冲将纵向磁化从正z轴反转180度至负z轴。IR脉冲在主成像脉冲序列之前被用作准备脉冲以实现不同种类的MR对比度（诸如T1加权、T2加权）。使用绝热（adiabatic）IR脉冲来遍及成像容量给出比非绝热RF脉冲更均匀的对比度。

iPAT（综合并行获取技术）包括“并行成像”。其通过减少的相位编码和RF线圈信息的添加来实现更快的扫描。2的iPAT因数实现约两倍快的扫描，3的iPAT因数实现约三倍快的扫描，以此类推。

TI包括反转时间，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包括纵向（或自旋点阵）弛豫时间T₁衰减常数。

T₂包括横向（或自旋-自旋）弛豫时间T₂是用于质子自旋分量的衰减常数。

TR包括重复时间，连续RF激励脉冲之间的时间。

TR_ALL包括总重复时间，该总重复时间包括用于使用特定扩散编码方法在扩散成像方向获取预定总数的切片的连续RF激励脉冲之间的多个单独TR重复时间。

TE（回波时间）包括RF脉冲的开始与接收到的回波信号中的最大值之间的时间段。该序列每TR秒重复。

B0是主静态基本MRI磁场。

B1是RF发射线圈场。

b值包括扩散加权序列的因数，其概括了梯度对扩散加权图像的影响，值b越高，对扩散的扩散加权增加灵敏度越强。

图1—13的系统和过程不是排他性的。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。虽然已参考特定实施例描述了本发明，但应理解的是在本文中所示和所描述的实施例和变体仅仅是出于举例说明的目的。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可以实现对当前设计的修改。所述系统通过在不同交织和综合扩散成像实施例中的扩散扫描期间使用非扩散编码低分辨率单次激发EPI图像作为运动导航器（EPI导航器图像）来提供用于2D多切片扩散成像的预期性运动修正。此外，在替代实施例中，所述过程和应用位于将图1的各单元链接的网络上的一个或多个（例如分布式）处理设备上。在图1—13中提供的功能和步骤中的任何一个可以用硬件、软件或两者的组合来实现。

Claims (24)

1. 一种用于确定运动修正数据以供在解剖容量的扩散MR成像中使用的系统，包括：

RF（射频）信号发生器，其用于在感兴趣的解剖区域中生成RF激励脉冲并实现关联RF回波数据的后续获取；以及 

磁场梯度发生器，其用于生成用于相位编码和读出RF数据获取的解剖切片特定磁场梯度，所述RF信号发生器和所述梯度发生器在通过所述容量的单个第一方向顺序地获取第一和第二切片组，所述第一和第二切片组单独地包括多个单独扩散图像切片，通过在获取所述第二切片组时提供以下内容，第一组切片和第二组切片在所述容量内在空间上是交织的，

       低翻转角RF脉冲，连续地后面是用于获取数据的非扩散图像数据读出磁场梯度，所述数据表示被用于所述第一切片组的运动检测的二维（2D）非扩散图像，连续地后面是 

       第一扩散成像RF脉冲，后面是用于获取数据的准备的第一扩散成像相位编码磁场梯度，所述数据表示所述第二切片组的扩散图像切片。

2. 根据权利要求1所述的系统，其中 

所述RF信号发生器和所述梯度发生器在获取所述第一切片组时提供

       低翻转角RF脉冲，连续地后面是用于获取数据的非扩散图像数据读出磁场梯度，所述数据表示被用于所述第二切片组的运动检测的二维（2D）非扩散图像，连续地后面是 

       第一扩散成像RF脉冲，后面是用于获取数据的准备的第一扩散成像相位编码磁场梯度，所述数据表示所述第一切片组的扩散图像切片。

3. 根据权利要求2所述的系统，其中

所述第一扩散成像相位编码磁场梯度连续地后面是第二扩散成像RF脉冲，后面是第二扩散成像相位编码磁场梯度，后面是用于获取表示所述扩散图像切片的所述数据的扩散图像数据读出磁场梯度。

4. 根据权利要求3所述的系统，其中

所述低翻转角基本上包括5—30度角，

所述第一扩散成像RF脉冲基本上是90度脉冲，以及

所述第二扩散成像RF脉冲基本上是180度脉冲。

5. 根据权利要求4所述的系统，其中

所述第一扩散成像相位编码磁场梯度基本上在获取所述第二切片组的所述扩散图像切片时所使用的回波时间（TE）的一半内发生，以及

所述第二扩散成像相位编码磁场梯度和所述回波平面成像扩散图像数据读出磁场梯度基本上在获取所述第二切片组的所述扩散图像切片时所使用的回波时间（TE）的一半内发生。

6. 根据权利要求1所述的系统，其中

所述第一扩散成像相位编码磁场梯度基本上在获取所述第二切片组的所述扩散图像切片时所使用的回波时间（TE）的一半内发生。

7. 根据权利要求1所述的系统，其中

所述低翻转角RF脉冲后面是没有中间脉冲的所述非扩散图像数据读出磁场梯度，

所述非扩散图像数据读出磁场梯度后面是没有中间脉冲的所述第一扩散成像RF脉冲，以及

所述第一扩散成像RF脉冲后面是没有中间脉冲的所述第一扩散成像相位编码磁场梯度。

8. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统

在与所述第一方向不同的单个第二方向获取二维（2D）非扩散图像，并且包括

图像数据处理器，其用于比较包括在单个第一和第二方向的一组图像的多个二维（2D）非扩散图像，以检测在所比较非扩散图像之间的对象的移动。

9. 根据权利要求8所述的系统，其中

所述图像数据处理器使用所检测的所述对象的移动相对于在所述单个第一方向获取的扩散图像切片来修正在所述单个第二方向获取的扩散图像切片的三维空间坐标以补偿所述所检测移动。

10. 根据权利要求3所述的系统，其中

所述扩散图像数据读出磁场梯度是回波平面成像扩散图像数据读出磁场梯度。

11. 根据权利要求1所述的系统，其中

所述系统使用多个不同扩散获取方法中的一个来获取表示所述第二切片组的所述扩散图像切片的数据。

12. 根据权利要求11所述的系统，其中

所述多个扩散获取方法包括：（a）Stejskal-Tanner，（b）两次重新聚焦方法，（c）刺激回波（d）q空间（e）扩散光谱成像和（f）扩散张量成像方法。

13. 一种用于确定运动修正数据以供在解剖容量的扩散MR成像中使用的系统，包括：

RF（射频）信号发生器，其用于在感兴趣的解剖区域中生成RF激励脉冲并实现关联RF回波数据的后续获取；以及

磁场梯度发生器，其用于产生用于相位编码和读出RF数据获取的解剖切片特定磁场梯度，所述RF信号发生器和所述梯度发生器通过提供序列来在通过所述容量的单个第一方向获取单独扩散图像切片，所述序列包括，

       第一扩散成像RF脉冲，

       非扩散图像数据读出磁场梯度，其用于表示被用于运动检测的二维（2D）非扩散图像的数据的获取，以及

       第一扩散成像相位编码磁场梯度，其用于获取表示所述单独扩散图像切片的数据的磁性准备。

14. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述序列包括

第二扩散成像RF脉冲

第二扩散成像相位编码磁场梯度，以及

扩散图像数据读出磁场梯度，其用于获取表示所述单独扩散图像切片的数据。

15. 根据权利要求14所述的系统，包括步骤

在所述第二扩散成像RF脉冲之后和所述第二扩散成像相位编码磁场梯度之前，结合时间延迟以修正回波时间（TE）值。

16. 根据权利要求14所述的系统，其中

所述第一扩散成像RF脉冲基本上是90度脉冲，并且所述第二扩散成像RF脉冲基本上是180度脉冲。

17. 根据权利要求14所述的系统，其中

所述第一扩散成像相位编码磁场梯度基本上在获取所述单独扩散图像切片时所使用的回波时间（TE）的一半内发生，以及

所述第二扩散成像相位编码磁场梯度和所述回波平面成像扩散图像数据读出磁场梯度基本上在获取所述单独扩散图像切片时所使用的回波时间（TE）的一半内发生。

18. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述系统

在与所述第一方向不同的单个第二方向获取二维（2D）非扩散图像，并且包括

图像数据处理器，其用于比较包括在单个第一和第二方向的一组图像的多个二维（2D）非扩散图像，以检测所比较的非扩散图像之间的对象的移动。

19. 根据权利要求18所述的系统，其中

所述图像数据处理器使用所检测的所述对象的移动相对于在所述单个第一方向获取的扩散图像切片来修正在所述单个第二方向获取的扩散图像切片的三维空间坐标以补偿所述所检测移动。

20. 根据权利要求14所述的系统，其中

所述扩散图像数据读出磁场梯度是回波平面成像扩散图像数据读出磁场梯度。

21. 根据权利要求13所述的系统，其中

所述系统使用多个不同扩散获取方法中的一个来获取表示所述扩散图像切片的数据。

22. 根据权利要求21所述的系统，其中

所述多个扩散获取方法包括：（a）Stejskal-Tanner，（b）两次重新聚焦方法，（c）刺激回波（d）q空间（e）扩散光谱成像和（f）扩散张量成像方法。

23. 一种用于确定运动修正数据以供在解剖容量的扩散MR成像中使用的方法，包括步骤：

在感兴趣的解剖容量中生成RF激励脉冲；

在所述容量中生成用于相位编码和读出RF数据获取的解剖切片特定磁场梯度；以及

响应于RF激励脉冲和切片特定磁场梯度生成，在通过所述容量的单个第一方向顺序地获取第一和第二切片组，所述第一和第二切片组单独地包括多个单独扩散图像切片，通过在获取所述第二切片组时提供以下内容，第一组切片和第二组切片在所述容量内在空间上是交织的，

低翻转角RF脉冲，连续地后面是用于获取数据的非扩散图像数据读出磁场梯度，所述数据表示被用于所述第一切片组的运动检测的二维（2D）非扩散图像，连续地后面是

第一扩散成像RF脉冲，后面是用于获取数据的准备的第一扩散成像相位编码磁场梯度，所述数据表示所述第二切片组的扩散图像切片。

24. 一种用于确定运动修正数据以供在解剖容量的扩散MR成像中使用的方法，包括步骤：

在感兴趣的解剖区域中生成RF激励脉冲；

生成用于相位编码和读出RF数据获取的解剖切片特定磁场梯度；以及

响应于RF激励脉冲和切片特定磁场梯度生成，通过提供序列来在通过所述容量的单个第一方向获取单独扩散图像切片，所述序列包括，

第一扩散成像RF脉冲，

非扩散图像数据读出磁场梯度，其用于表示被用于运动检测的二维（2D）非扩散图像的数据的获取，以及

第一扩散成像相位编码磁场梯度，其用于获取表示所述单独扩散图像切片的数据的磁性准备。

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