CN103278786B - 一种快速磁共振成像方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种快速磁共振成像方法，包括：应用周期性射频脉冲使得成像区域的磁化矢量达到稳态；交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号；进行自由衰减信号成像和T2加权成像。本申请还公开了一种快速磁共振成像系统。在本申请的具体实施方式中，由于采用了交错采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号，可有效地增加采集信号的信噪比，并减低序列对运动的敏感性。

Description

一种快速磁共振成像方法和系统

技术领域

本申请涉及一种磁共振成像技术，尤其涉及一种快速磁共振成像方法和系统。

背景技术

在磁共振成像中，只要周期性地施加射频脉冲，且每个周期的散相角度相同，则可形成稳态进动序列。若周期时间小于T2衰减时间，横向磁化矢量在周期结束时没有完全消失，则会持续到下一个周期内，形成相干稳态序列。由于相干稳态序列能够在较短的采集时间内获得较高的信噪比，因此成为快速磁共振成像序列的一个重要分支。目前，主要的相干稳态序列有平衡稳态自由进动序列（Siemens:trueFISP,GE:FIESTA），双回波稳态序列（Siemens:DESS）等。

在相干稳态进动序列的重复时间（TR）内，横向磁化矢量会形成两个高信号，一个是在射频脉冲激发后由纵向磁化矢量翻转形成的横向磁化矢量，记为S⁺；另一个是残留的磁化矢量经射频脉冲激发后，积累的相位由分散到重聚，在下一个射频脉冲到达前形成的高信号，记为S^-。trueFISP序列采用完全对称的梯度波形，采集信号为S⁺和S^-信号完全叠加的结果，具有较高的信噪比，但其信号受主磁场均匀性的影响，随着TR增加，会产生条带状伪影（banding artifact），磁场不均匀性增加则伪影加剧，严重影响图像质量。在双回波稳态序列中，在单一的重复时间（TR）内分别对S⁺和S^-形成的梯度回波信号进行采集，可以得到自由衰减信号（FISP-FID：Fast Imaging with Steady Procession,Free InductionDecay）和回波信号（FISP-echo），但因在单一TR周期中需要采集两个信号，而且为了使两个信号完全分离，导致TR时间很长，成像耗时过多，且其信噪比也因TR的延长而降低，另外由于S⁺和S共存于同一TR时间内，这两个信号需要通过适当的破坏梯度分隔，否则，相互的干扰会令图像产生伪影。

发明内容

本申请要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种成像质量好、信噪比高的快速磁共振成像方法。

本申请要解决的另一技术问题是提供一种基于上述方法的快速磁共振成像系统。

本申请要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决：

一种快速磁共振成像方法，包括：

应用周期性射频脉冲使得成像区域的磁化矢量达到稳态；

交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号；

进行自由衰减信号成像和T2加权成像。

所述交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号是通过在平稳自由进动序列的基础上，去掉部分补偿梯度和/或加入破坏梯度来实现的。

所述在平稳自由进动序列的基础上，去掉部分补偿梯度包括：采集自由衰减信号时，去掉下一个射频脉冲前的补偿梯度；采集回波信号时，去掉射频脉冲后的补偿梯度。

所述在平稳自由进动序列的基础上，去掉部分补偿梯度包括：在平衡稳态自由进动序列中，去掉层选方向的补偿梯度和/或去掉频率编码方向的补偿梯度。

所述在平稳自由进动序列的基础上，加入破坏梯度包括：在相位编码方向加入破坏梯度。

一种快速磁共振成像系统，包括快速成像模块，用于应用周期性射频脉冲使得成像区域的磁化矢量达到稳态；交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号；进行自由衰减信号成像和T2加权成像。

所述快速成像模块还用于通过在平稳自由进动序列的基础上，去掉部分补偿梯度和/或加入破坏梯度，来实现交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号。

所述快速成像模块还用于采集自由衰减信号时，去掉下一个射频脉冲前的补偿梯度；采集回波信号时，去掉射频脉冲后的补偿梯度。

所述快速成像模块还用于在平衡稳态自由进动序列中，去掉层选方向的补偿梯度和/或去掉频率编码方向的补偿梯度。

所述快速成像模块还用于在相位编码方向加入破坏梯度。

由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：

⑴在本申请的具体实施方式中，由于采用了交错采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号，可有效地增加采集的衰减信号的信噪比。

⑵在本申请的具体实施方式中，采用交错采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号可获得全配准图像，后处理时无需配准。

⑶在本申请的具体实施方式中，采用交错采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号，类似于自由衰减和T2加权信号，消除了带状伪影。

附图说明

图1为本申请快速磁共振成像方法一个实施例的流程图；

图2为本申请方法一个实施例的交错稳态进动序列时序图；

图3为本申请方法一个实施例的FISP_FID和FISP_echo信号随TR时间变化的曲线图；

图4为本申请方法一个实施例的FISP_FID和FISP_echo信号随射频脉冲翻转角变化的曲线图；

图5为现有技术的平衡稳态自由进动序列时序图；

图6为本申请方法另一个实施例的去掉层选方向补偿梯度的时序图；

图7为本申请方法再一个实施例的去掉频率编码方向补偿梯度的时序图；

图8为本申请方法又一个实施例在相位编码方向加入破坏梯度的时序图；

图9为本申请快速磁共振成像系统的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1示出根据本申请快速磁共振成像方法一个实施例的流程图，包括：

步骤102：应用周期性射频脉冲使得成像区域的磁化矢量达到稳态；

步骤104：交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号（FISP-FID）和回波信号（FISP-echo）；

步骤106：进行自由衰减信号成像和T2加权成像。

本实施例应用周期性射频脉冲使得成像区域的磁化矢量达到稳态，交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号（FISP-FID）和回波信号（FISP-echo）实现自由衰减信号成像和T2加权像。在采用笛卡尔坐标采图方法的前提下，序列的基本波形如图2所示。

由时序图可知，射频脉冲的重复时间相等，每个周期内附加梯度产生的散相角度相同，满足产生稳态相干信号的条件。因此，磁化矢量在经历一定次数的激励周期后会达到稳态。在平衡稳态自由进动序列的基础上，去掉部分补偿梯度，实现交错采集自由衰减信号和回波信号的目的。如图2所示，采集自由衰减信号时，去掉了下一个射频脉冲前的补偿梯度，在采集回波信号时，去掉了射频脉冲后的补偿梯度，这类似于破坏梯度（crusher）的作用。破坏梯度也可加在频率编码方向（如图虚线所示）或相位编码方法，或三个方向的任意组合。破坏梯度的应用轴，会改变该方向的血流敏感性，但所加破坏梯度要保证每个像素内的相位散相角度大于2π，随着破坏梯度应用轴的改变，破坏梯度所需时间也会随之变化，影响TR的时间，具体实施时应根据实际情况来确定。

由仿真可知，如图3所示，TR和翻转角度是影响信号强度和对比度的一个关键因素。自由衰减信号强度随TR增加而增加，回波信号具有T2加权成分，信号强度则随TR增加而降低，T1和T2值不同的组织对比度随翻转角不同而改变。此成像技术可应用于T2参数估计，血流成像等方面，具体的参数应根据应用需要来设定。

此处公开的交错采集稳态进动序列适用于二维和三维成像，还使用于笛卡尔、螺旋、放射状或其他K空间采样方式。

FISP_FID(S⁺)和FISP_echo(S^-)信号可分别表示为

$S_0^{+}={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_1}^{{\mathrm{\θ}}_2}Q{E}_2^{\′}\sin \mathrm{\α}(1-E_2\exp (-\mathrm{i\β}))\mathrm{d\β}$

$S_0^{-}={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_1}^{{\mathrm{\θ}}_2}Q{E}_2^{\′}\sin \mathrm{\α}(\exp \left(\mathrm{i\β}\right)-E_2)\mathrm{d\β}$

其中，

$Q=\frac{1-E_1}{1-E_1\cos \mathrm{\α}-(E_1-\cos \mathrm{\α})E_2^2+E_2(E_1-1)(1+\cos \mathrm{\α})\cos \mathrm{\β}},$

E₁＝exp(-TR/T₁),E₂＝exp(-TR/T₂),E'₂＝exp(-TE/T₂)，

α为射频脉冲的翻转角，

β为TR时间内中的偏振角，

β的积分范围为[0,2π]，即θ₂=θ₁+2π

在仿真中，取T1=1000ms,T2=80ms，α＝50°，则FISP_FID和FISP_echo信号随TR时间变化的曲线如图3所示；取T1=1000ms，T2=80ms，TR=4ms，TE=2ms，FISP_FID和FISP_echo信号随射频脉冲翻转角变化的曲线如图4所示。

根据本申请快速磁共振成像方法的另一个实施例，其在图1所示实施例的基础上，其采用去掉层选来构成交错稳态自由进动序列。图5所示为平衡稳态自由进动序列时序图，其中所有梯度完全恢复，采集的信号是自由衰减信号和回波信号（FISP-echo）完全重叠在一起。图6所示是去掉层选（Slice）方向的补偿梯度时序图。

根据本申请快速磁共振成像方法的再一个实施例，其在图1所示实施例的基础上，其采用去掉频率编码（或叫做读出方向Read）方向的补偿梯度来构成交错稳态自由进动序列，如图7所示。

根据本申请快速磁共振成像方法的又一个实施例，其在图1所示实施例的基础上，其采用在相位编码（Phase）方向加入破坏梯度（Crusher）构成交错稳态自由进动序列，如图8所示。

采用上述去掉层选方向的补偿梯度、去掉频率编码方向的补偿梯度、在相位编码方向加入破坏梯度这些形式的任意两种或三种形式的组合也都可以构成交错稳态自由进动序列。

图9示出根据本申请快速磁共振成像系统的一个实施例的结构示意图，包括快速成像模块，用于应用周期性射频脉冲使得成像区域的磁化矢量达到稳态；交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号；进行自由衰减信号成像和T2加权成像。

一种实施方式，快速成像模块还用于通过在平稳自由进动序列的基础上，去掉部分补偿梯度和/或加入破坏梯度，来实现交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号。

一种实施方式，快速成像模块还用于采集自由衰减信号时，去掉下一个射频脉冲前的补偿梯度；采集回波信号时，去掉射频脉冲后的补偿梯度。

一种实施方式，快速成像模块还用于在平衡稳态自由进动序列中，去掉层选方向的补偿梯度和/或去掉频率编码方向的补偿梯度。

一种实施方式，快速成像模块还用于在相位编码方向加入破坏梯度。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (6)

1.一种快速磁共振成像方法，其特征在于，包括：

应用周期性射频脉冲使得成像区域的磁化矢量达到稳态，每个周期内附加梯度产生的散相角度相同；

交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号；

进行自由衰减信号成像和T2加权成像；

所述交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号是通过在平稳自由进动序列的基础上，去掉部分补偿梯度和/或加入破坏梯度来实现的；

所述在平稳自由进动序列的基础上，去掉部分补偿梯度包括：

采集自由衰减信号时，去掉下一个射频脉冲前的补偿梯度；

采集回波信号时，去掉射频脉冲后的补偿梯度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在平稳自由进动序列的基础上，去掉部分补偿梯度包括：

在平衡稳态自由进动序列中，去掉层选方向的补偿梯度和/或去掉频率编码方向的补偿梯度。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在平稳自由进动序列的基础上，加入破坏梯度包括：

在相位编码方向加入破坏梯度。

4.一种快速磁共振成像系统，其特征在于，包括快速成像模块，用于应用周期性射频脉冲使得成像区域的磁化矢量达到稳态；交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号；进行自由衰减信号成像和T2加权成像；

所述快速成像模块还用于通过在平稳自由进动序列的基础上，去掉部分补偿梯度和/或加入破坏梯度，来实现交错地采集稳态进动序列中的自由衰减信号和回波信号；

所述快速成像模块还用于采集自由衰减信号时，去掉下一个射频脉冲前的补偿梯度；采集回波信号时，去掉射频脉冲后的补偿梯度。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述快速成像模块还用于在平衡稳态自由进动序列中，去掉层选方向的补偿梯度和/或去掉频率编码方向的补偿梯度。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述快速成像模块还用于在相位编码方向加入破坏梯度。