CN103328999A

CN103328999A - 交错的自旋锁定成像

Info

Publication number: CN103328999A
Application number: CN2012800063067A
Authority: CN
Inventors: E·B·韦尔奇
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2013-09-25
Also published as: US20130300416A1; BR112013018672A2; EP2668518A1; JP2014502910A; RU2013139181A; WO2012101571A1

Abstract

一种磁共振（MR）系统10包括扫描控制器20，扫描控制器20生成多个相似的MR脉冲序列TR。每个脉冲序列包括选择性地激励核素的多（m）个RF激励脉冲EXC；在每个RF激励脉冲EXC之前的多个不同的自旋锁定脉冲SL₁、SL₂、SL_m；多个数据读出间隔RE₁、RE₂、……、RE_m。SAR单元42确定对应于所述脉冲序列的SAR值，并且基于所述SAR值确定针对所述脉冲序列的最短重复时间。施加多个脉冲序列TR，其每个对应于单一相位编码。所述脉冲序列除相位编码梯度以外是等同的，从而生成检查区域的多个T_1ρ加权图像。T_1ρ处理器40分析所述T_1ρ加权图像，并且根据该分析生成所述检查区域的T_1ρ图。

Description

交错的自旋锁定成像

技术领域

本申请涉及磁共振领域。其具体应用于针对磁共振成像和磁共振波谱学的自旋晶格弛豫脉冲序列。

背景技术

磁共振成像（MRI）和磁共振波谱（MRS）系统常被用于患者的检查和处置。通过这种系统，待检查的身体组织的核自旋由静态主磁场B₀对齐，并且受到在射频带中震荡的横向磁场B₁激励。在成像中，弛豫信号暴露于梯度磁场，以使得合成的共振局部化。接收弛豫信号，以便于以已知方式形成单一或多维图像。在波谱学中，有关组织构成的信息承载于共振信号的频率成分中。

MR组织对比依赖于T₁弛豫时间与T₂弛豫时间之间的差、扩散加权、磁化传递、质子密度等，以区分组织。另一种成像技术，T_1ρ，不同于常规技术，其利用旋转帧中的自旋晶格弛豫时间，以提供生成对比的额外手段。通过允许磁化以在处于共振的、连续波RF脉冲的影响下弛豫，而获得T_1ρ加权图像。换言之，通过施加这种低功率RF脉冲在横向平面中自旋锁定磁化，而获得弛豫。T_1ρ加权图像显示出对乳腺癌、早期急性脑缺血、膝关节软骨退化、创伤后软骨损伤、椎间盘、以及脑活动（brain activation）和氧消耗的敏感性。

由于暴露于患者的RF能量增加，因此使用自旋锁定RF脉冲进行成像采集的扫描时间通常很长，通常依赖于扫描分辨率和解剖覆盖范围，针对单一T_1ρ加权采集为大约数分钟。在成像程序期间，每单位时间每单位质量沉积于患者体内的RF能量的量被称作比吸收率（SAR）。美国食品和药品管理局已经针对成像程序的允许SAR的量设定了限制。由于自旋锁定RF脉冲给成像程序增加了大量的SAR，因此连续脉冲之间的重复间隔被显著延长以符合FDA指导准则，这反过来延长了总扫描时间。较长的扫描时间不仅使患者感到不舒服，而且还增加了运动伪影的概率。为了减少扫描时间，常常牺牲了扫描分辨率或解剖覆盖范围。

在典型的T_1ρ序列中，在每个重复时间（t_r）中施加自旋锁定脉冲，随后是激励脉冲。激励之后，施加适合于序列的共振操纵脉冲、相位编码脉冲等，并且读出数据。最终，在下个t_r之前存在为满足SAR需求所需要的最小持续时间的停顿。利用多个自旋锁定脉冲中的每个生成完整图像，并且分析图像中的对应体素，以生成针对该体素的T_1ρ值。为了针对所有图像维持相同的相位演变，针对所有图像使用相同的t_r。基于最大自旋锁定脉冲选择共用的t_r，从而使得每个t_r都符合SAR需求。

本申请提供了一种新型且改进的系统和方法，其克服了上述问题以及其他问题。

发明内容

根据一个方面，提出了一种磁共振（MR）系统。所述MR系统包括主磁体，所述主磁体在检查区域中生成静态磁场。射频（RF）线圈生成磁场，以诱导并操纵在所述检查区域中的受试者中的磁共振信号，和/或从所述受试者采集磁共振数据。扫描控制器控制至少一个RF发射器，以生成经由所述RF线圈发射的多个相似的MR脉冲序列。每个脉冲序列包括选择性地激励核素的多个RF激励脉冲；在每个RF激励脉冲之前的多个不同的自旋锁定脉冲；以及多个读出间隔。

根据另一方面，提出了用于磁共振成像的方法。所述方法包括在检查区域中生成静态磁场。利用RF线圈，生成磁场，以诱导并操纵在所述检查区域中的受试者中的磁共振信号，和/或从所述受试者采集磁共振数据。控制至少一个RF发射器以生成经由所述RF线圈发射的多个MR脉冲序列。每个脉冲序列包括选择性地激励核素的多个RF激励脉冲；在每个RF激励脉冲之前的多个不同的自旋锁定脉冲；以及多个读出间隔。

根据另一方面，提出了一种生成检查区域的T_1ρ图的方法。所述方法包括确定MR序列，所述MR序列包括第一自旋锁定脉冲、第一激励脉冲、相位编码梯度、第一读出间隔、第二自旋锁定脉冲、第二激励脉冲、相位编码梯度、以及第二读出间隔。分析所述脉冲序列，以确定符合SAR需求的最小重复时间。以所述最小重复时间、以不同的相位编码梯度，重复确定MR脉冲序列的步骤，以分别从在所述第一读出间隔和所述第二读出间隔中读出的数据，生成第一数据集和第二数据集。重建所述第一数据集和所述第二数据集，以生成第一T_1ρ加权图像和第二T_1ρ加权图像。分析所述第一T_1ρ加权图像和所述第二T_1ρ加权图像，以生成所述T_1ρ图。

一个优点在于减小了比吸收率（SAR）。

另一优点在于减小了针对成像序列的扫描时间。

另一优点在于更短的重复时间。

本领域技术人员在阅读并理解以下详细描述后，将认识到本发明进一步的优点。

附图说明

本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的排列的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，而不得解释为对本发明的限制。

图1是产生交错的自旋锁定脉冲序列的磁共振系统的示意性图示；

图2是针对交错的自旋锁定脉冲序列的脉冲序列示意图的图形表示；以及

图3是利用交错的自旋锁定脉冲序列进行磁共振成像的方法。

具体实施方式

参考图1，磁共振成像系统10包括主磁体12，主磁体12生成穿过检查区域14的时间均匀B₀场。所述主磁体能够是环状或膛型磁体、C形开放磁体、其他设计的开放磁体，等。邻近所述主磁体设置的梯度磁场线圈16作用为沿相对于B₀磁场的选定轴，生成磁场梯度。射频线圈，诸如全身射频线圈18，被设置为邻近所述检查区域。任选地，除所述全身RF线圈18以外或代替所述全身RF线圈18，提供了局部或表面RF线圈18′。

扫描控制器20控制梯度控制器22，梯度控制器22令所述梯度线圈跨过成像区域施加选定的相位编码梯度，如可以适合于选定的磁共振成像或波谱学序列。扫描控制器20还控制RF发射器24，RF发射器24令所述全身RF线圈或局部RF线圈生成磁共振激励和操纵B₁脉冲。所述扫描控制器还控制RF接收器26，RF接收器26连接到所述全身RF线圈或局部RF线圈，以从其接收磁共振信号。

从接收器26接收的数据暂时地存储在数据缓冲器28中，并且由磁共振数据处理器30处理。所述磁共振数据处理器能够执行本领域已知的各种功能，包括图像重建、磁共振波谱学、导管或介入仪器定位，等。重建的磁共振图像、波谱学读出、介入仪器位置信息、以及其他经处理的MR数据显示在图形用户接口32上。图形用户接口32还包括用户输入设备，临床医师能够使用所述用户输入设备控制扫描控制器20，以选择扫描序列和方案，等。

为了生成检查区域14的T_1ρ图，所述MR系统包括分析多个图像表示的T_1ρ处理器40，每个图像表示具有不同的T_1ρ权重。每个T_1ρ权重与对应的自旋锁定脉冲相关联。每个自旋锁定脉冲具有通过调节所述自旋锁定脉冲的脉冲长度和/或幅度来选择的RF功率。

在成像序列期间生成所述T_1ρ加权图像表示，在所述成像序列期间，向所述检查区域施加多个脉冲序列。在执行所述脉冲序列之前，基于包括选定的自旋锁定脉冲的所有RF脉冲以及施加它们的顺序，确定所述脉冲序列的比吸收率（SAR）。SAR处理器42确定与选定的脉冲序列相关联的SAR值，并且确定符合安全性需求的最小重复时间。

参考图2，成像序列包括多个超级（super）重复时间TR。每个TR包括m多个自旋锁定脉冲、激励脉冲，等。更具体地，每个TR包括m个重复时间tr，即tr₁、tr₂、……、tr_m，其每个都包括自旋锁定脉冲SL、激励脉冲EXC、相位编码脉冲PE、重新聚焦脉冲REFO（在所图示的自旋回波序列中）、以及读出间隔RE。其他序列可能没有重新聚焦脉冲。每个TR包括自旋锁定脉冲SL₁、SL₂、……、SL_m中的每个中的一个。在图示的实施例中，在每个TR中的所有tr中施加相同的PE，从而针对m幅图像中的每幅生成相同的相位编码线。SAR处理器42计算最小TR。下一TR之前SAR强加的延迟或死区时间能够被放置在TR的末端，或者分布在各tr之间。所述延迟或死区时间的分布在每个TR中应为一致的，以确保共振序列恒定地演变。通过计算不同SL上的SAR，基于SL的平均而非基于最大SL，有效地计算SAR。

如所提及的，使每个脉冲序列TR_i与单一相位编码，例如单一相位编码线PE_i，相关联。在脉冲序列TR_i完成之后，梯度控制器22调节相位编码梯度PE_i+1，从而使得后续脉冲序列TR_i+1采集检查区域14中的不同位置处的MR成像数据。一旦从整个检查区域14采集到针对所有自旋锁定脉冲SL₁、SL₂、……、SL_m的MR成像数据，分类单元44根据自旋锁定脉冲SL的RF功率，分类所采集的MR成像数据。

一旦由临床医师在GUI32处选择了自旋锁定序列S100，SAR处理器42基于与针对每个相似的TR的对应的自旋锁定脉冲SL、RF激励脉冲EXC以及任选的RF重新聚焦脉冲REFO相关联的RF功率，确定连续相似的TR的最小重复时间S102。扫描器控制器20控制RF发射器24，以根据在步骤S104中确定的最小TR，生成自旋锁定脉冲序列TR S106，并且经由RF线圈18、18′施加所述脉冲序列S108。在一个实施例中，诸如所图示的实施例中，针对每个相位梯度编码PE连续施加相同的脉冲序列TR。针对自旋锁定脉冲SL₁、SL₂、……、SL_m中的每个，采集整个检查区域14的k空间线的数据全集。

继续所图示的实施例，每个脉冲序列TR与相同的相位编码梯度PE相关联。换言之，针对第一脉冲序列TR₁，所有子序列tr₁、tr₂、……、tr_m以相同的相位编码梯度PE₁进行编码，相同的相位编码梯度PE₁由梯度控制器22生成并且由所述梯度线圈16施加。针对第二脉冲序列TR₂，所有子序列tr₁、tr₂、……、tr_m以相同的相位编码梯度PE₂进行编码，依此类推。在每个相位编码梯度PE和任选的RF重新聚焦脉冲REFO之后，RF接收器26在读出间隔RE期间接收所述MR成像数据S110。每个读出间隔RE₁、RE₂、……、RE_m与对应的唯一自旋锁定脉冲SL₁、SL₂、……、SL_m相关联。分类单元44之后根据各个读出间隔RE，分类所采集的成像数据S112，在所述各个读出间隔RE期间采集所述成像数据，因而根据对应的自旋锁定脉冲SL分类所述成像数据。MR数据处理器30使用所分类的MR成像数据，针对每个唯一的自旋锁定脉冲SL重建检查区域14的图像表示S114。每个图像表示为T_1ρ加权图像表示。T_1ρ处理器40分析所述T_1ρ加权图像表示S116，以生成所述检查区域的T_1ρ图S118，所述T_1ρ图之后显示在GUI32上，供临床医师解读。

已参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读并理解之前的详细描述后，可以做出修改和变型。本发明旨在被解释为包括所有这些修改和变化，只要它们落在权利要求书或其等要件的范围内。

Claims

1.一种磁共振（MR）系统（10），包括：

主磁体（12），其在检查区域（14）中生成静态磁场；

射频（RF）线圈（18、18′），其生成磁场，以诱导并操纵在所述检查区域（14）中的受试者中的磁共振信号，和/或从所述受试者采集磁共振数据；以及

扫描控制器（20），其控制至少一个RF发射器（24），以生成经由所述RF线圈（18、18′）发射的多个相似的MR脉冲序列（TR），每个脉冲序列包括：

多（m）个RF激励脉冲（EXC），其选择性地激励核素；

在每个RF激励脉冲（EXC）之前的多个不同的自旋锁定脉冲（SL₁、SL₂、……、SL_m）；以及

多个读出间隔（RE₁、RE₂、……、RE_m）。

2.根据权利要求1所述的MR系统（10），还包括：

比吸收率（SAR）单元（42），其确定对应于所述脉冲序列（TR）的SAR值。

3.根据权利要求2所述的MR系统（10），其中，所述SAR单元（42）根据所确定的对应于所述脉冲序列的SAR值，确定最短重复时间。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的MR系统（10），还包括：

梯度控制器（22），其控制梯度线圈（16），以在每个RF激励脉冲（EXC）之后施加相位编码梯度（PE），从而使得在每个读出间隔中读出的数据对应于单一相位编码。

5.根据权利要求4所述的MR系统（10），其中，所述扫描控制器（20）控制所述梯度控制器（22），以针对所述脉冲序列（TR）中的每个施加唯一的相位编码梯度（PE）。

6.根据权利要求5所述的MR系统（10），其中，所述脉冲序列（TR）中的每个除所述相位编码梯度以外是等同的。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的MR系统（10），还包括：

至少一个RF接收器（24），其在每个相位编码梯度（PE）之后从所述检查区域（14）采集MR成像数据。

8.根据权利要求7所述的MR系统（10），还包括：

分类单元（44），其根据先前的自旋锁定脉冲（SL）的RF功率，将所采集的MR成像数据分类到数据集中；以及

MR数据处理器（30），其重建针对每个数据集的T_1ρ加权图像表示。

9.根据权利要求8所述的MR系统（10），还包括：

T_1ρ处理器（40），其分析所重建的图像表示，并且根据该分析生成所述检查区域的T_1ρ图。

10.一种用于磁共振成像的方法，包括：

在检查区域（14）中生成静态磁场；

利用RF线圈（18、18′），生成磁场，以诱导并操纵在所述检查区域（14）中的受试者中的磁共振信号，和/或从所述受试者采集磁共振数据；并且

控制至少一个RF发射器（24），以生成经由所述RF线圈（18、18′）发射的多个MR脉冲序列（TR），每个脉冲序列包括：

多（m）个RF激励脉冲（EXC），其选择性地激励核素；

多个读出间隔（RE₁、RE₂、……、RE_m）。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

确定对应于所述脉冲序列（TR）的比吸收率（SAR）值。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

根据所确定的对应于所述脉冲序列的SAR值，确定所述脉冲序列（TR）的最小重复时间。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的MR系统（10），还包括：

在每个RF激励脉冲（EXC）之后，以自旋锁定加权中的每个施加相位编码梯度（PE），从而使得在每个脉冲序列（TR）中，读出数据对应于共用相位编码。

14.根据权利要求13所述的方法，

生成多个脉冲序列（TR）；

针对所述脉冲序列中的每个，施加唯一的相位编码梯度（PE）。

15.根据权利要求10-14中任一项所述的方法，其中，所述脉冲序列（TR）中的每个除所述相位编码梯度以外是等同的。

16.根据权利要求10-15中任一项所述的方法，还包括：

根据在对应的相位编码梯度（PE）之前的所述自旋锁定脉冲（SL）的RF功率，将在所述读出间隔（RE₁、RE₂、……、RE_m）中的每个中采集的数据分类到数据集中；并且

重建针对每个数据集的T_1ρ加权图像表示。

17.根据权利要求16所述的方法，其还包括：

分析所重建的T_1ρ加权图像表示的对应体素；并且

根据该分析，生成所述检查区域的T_1ρ图。

18.一种计算机可读介质，承载软件以控制一个或多个处理器执行根据权利要求10-17中任一项所述的方法。

19.一种生成检查区域（14）的T_1ρ图的方法，所述方法包括：

a）确定MR序列，所述MR序列包括：

第一自旋锁定脉冲（SL₁）；

第一激励脉冲（EXC）；

相位编码梯度（PE）；

第一读出间隔（RE₁）；

第二自旋锁定脉冲（SL₂）；

第二激励脉冲（EXC）；

相位编码梯度（PE）；

第二读出间隔（RE₁）；

b）分析步骤（a）中针对符合SAR需求的最小重复时间确定的所述MR序列；

c）以所述最小重复时间、以不同的相位编码梯度重复步骤（a），以分别从在所述第一读出间隔和所述第二读出间隔中读出的数据生成第一数据集和第二数据集；

d）重建所述第一数据集和所述第二数据集，以生成第一T_1ρ加权图像和第二T_1ρ加权图像；并且

e）分析所述第一T_1ρ加权图像和所述第二T_1ρ加权图像，以生成所述T_1ρ图。

20.一种用于生成T_1ρ图的系统，所述系统包括：被编程为执行根据权利要求19所述的方法的一个或多个处理器。