CN103513203B - 在厚片选择性space成像中减少流动伪影的磁共振系统和方法 - Google Patents
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Abstract
在SPACE（Sampling Perfection with Application optimized Contrasts using different flip angle Evolutions）或等效的磁共振成像脉冲序列中，将读出散相梯度生成（激活）为使得其紧靠在第二重聚脉冲之前出现，其中消除在常规SPACE或等效序列中出现在激发与读出之间的长持续时间。该长持续时间已被识别为在从根据常规SPACE或等效序列采集的数据而重建的图像中出现的流动相关的伪影的来源。通过消除该长持续时间，即使未消除这种流动相关的伪影，也再很大程度上将其降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁共振系统和一种用于这类磁共振系统的操作方法，其中，根据SPACE(Sampling Perfection with Application optimized Contrasts usingdifferent flip angle Evolutions，磁共振可变翻转角的三维快速自旋回波)或等效的脉冲序列、并且尤其根据在厚片选择性SPACE成像中减少流动伪影的系统和方法来采集磁共振数据。
背景技术
高度复杂的自旋回波脉冲序列包括单厚片三维快速自旋回波脉冲序列，其例如作为SPACE已知。这种类型的脉冲序列通过使用在回波链的整个持续时间中示出翻转角分别不同的脉冲的重聚RF脉冲而允许极大数目的重聚RF脉冲(例如大于300)。将表示翻转角变化的曲线设计用于对不同类型的组织(核自旋)实现期望的信号强度，并且称作翻转角演进。这种演进通常设计用于在图像中获得组织之间的特定对比度(例如在质子密度加权图像中，或者T1加权图像中，或者T2加权图像中)。这种成像序列可以在脑成像中有效使用，例如，其中颅内脑脊液(CSF)、灰质和白质在T2加权图像中全都示出明显不同的信号强度。在使用SPACE序列的情况下，可以通过围绕回波链的中部设定回波时间来获得各种组织之间最优的T2加权对比度。
对于单厚片SPACE成像的基本描述例如可以在美国专利No.7,705,597和文章“Fat-Signal Suppression in Single-Slab 3D TSE(SPACE)Using Water-SelectiveRefocusing”,Mugler,III et al.,Proc.Intl.Soc.Mag.Reson.Med.,Vol 19(2011),page2818中找到。
在厚片选择性SPACE成像中，在读出方向上经常出现流动相关的伪影，例如在脊柱成像中由于CSF流动而出现。这种流动相关的伪影可以在图1中的标出轮廓的区域中看到。与相位编码方向相比，该问题主要出现在读出方向上，因为该方向对于流动更敏感。
作为解决该问题的努力，成像序列协议被配置有与患者的首尾向或头至脚轴线对齐的相位编码方向。然而，这意味着需要大量相位编码步骤来覆盖兴趣视野(FOV)，并且需要大量相位编码步骤来过采样(通常大约50％至80％)，以便避免折叠伪影(infoldingartifacts)。这些因素导致在使用这种成像序列时很长的采集时间。该情况在图2中图解，其示出了常规单厚片SPACE成像序列的脉冲序列元素的一部分，其中，RF激发脉冲在左上方示出，跟随在后的是幅度变化的重聚RF脉冲(标记为“RF信号数据”)。X梯度的序列在下方示出，其带有在读出散相梯度(readout dephasing gradient)(ROD)与首次施加读出梯度之间比较长的持续时间，在该持续时间中可以发生梯度数据采集。为了完整性，在图2中在X梯度下方也示出了Z梯度。
发明内容
本发明的目的是提出一种磁共振成像系统和一种为此的操作方法，其中，显著减少前述在SPACE或等效成像中的流动相关的伪影。本发明的另一目的是提出一种非易失性、计算机可读的数据存储介质，其当加载到控制磁共振成像系统的操作的计算机化处理器中时使得这种方法在磁共振系统的操作中实施。
本发明提供一种用于生成磁共振图像的方法，包括：
根据磁共振可变翻转角的三维快速自旋回波(SPACE)或等效的成像脉冲序列来操作磁共振图像数据采集单元，所述SPACE或等效的成像脉冲序列包括激发射频(RF)脉冲和时间上跟随所述激发RF脉冲的多个重聚RF脉冲，所述多个重聚RF脉冲包括第一重聚RF脉冲和第二重聚RF脉冲；
在所述SPACE或等效的成像脉冲序列中，不在所述激发RF脉冲与所述第一重聚RF脉冲之间激活读出散相梯度，而是在所述第一重聚RF脉冲与所述第二重聚RF脉冲之间激活读出散相梯度，并且在所述第二重聚RF脉冲之后从在所述磁共振图像数据采集单元中暴露于所述SPACE或等效的成像脉冲序列的物体、动物对象或人类对象读出磁共振数据，所述物体、动物对象或人类对象具有示出流动的物质；以及
将所述磁共振数据提供给计算机化处理器，并且在所述计算机化处理器中从没有与流动相关的伪影的所述磁共振数据中重建磁共振图像，并且使得所述磁共振图像在所述计算机化处理器的输出端作为数据文件可用。
按照本发明的一种实施例的方法包括：在所述磁共振图像数据采集单元中将所述人类对象以该人类对象的与笛卡尔坐标系的Z轴线对齐的头至脚轴线来定向，并且沿着所述笛卡尔坐标系的所述Z轴线生成所述读出散相梯度。
按照本发明的一种实施例的方法包括：沿着笛卡尔坐标系的轴线激活所述读出散相梯度，并且沿着垂直轴线对所述磁共振数据进行相位编码。
按照本发明的一种实施例的方法包括：沿着笛卡尔坐标系的轴线生成所述读出散相梯度，并且沿着所述轴线围绕所述第一重聚RF脉冲激活扰相脉冲。
本发明提供一种磁共振成像系统，包括：
磁共振图像数据采集单元，配置为在其中容纳包含示出流动的物质的物体、动物对象或人类对象；
控制单元，配置为根据磁共振可变翻转角的三维快速自旋回波(SPACE)或等效的成像脉冲序列来操作所述磁共振图像数据采集单元，所述SPACE或等效的成像脉冲序列包括激发射频(RF)脉冲和在时间上跟随所述激发RF脉冲的多个重聚RF脉冲，所述多个重聚RF脉冲包括第一重聚RF脉冲和第二重聚RF脉冲；
所述控制单元配置为，在所述SPACE或等效的成像脉冲序列中，不在所述激发RF脉冲与所述第一重聚RF脉冲之间激活读出散相梯度，而是在所述第一重聚RF脉冲与所述第二重聚RF脉冲之间激活读出散相梯度，并且在所述第二重聚RF脉冲之后从在所述磁共振图像数据采集单元中暴露于所述SPACE或等效的成像脉冲序列的所述物体、动物对象或人类对象读出磁共振数据；以及
处理器，所述处理器被提供有所述磁共振数据，并且配置为从没有与所述流动相关的伪影的所述磁共振数据中重建磁共振图像，和使得所述磁共振图像在所述处理器的输出端作为数据文件可用。
按照本发明的一种实施例的磁共振系统，其中，所述控制单元配置为将所述磁共振图像数据采集单元操作为紧靠在所述第二重聚RF脉冲之前激活所述读出散相梯度。
按照本发明的一种实施例的磁共振系统，其中，所述人类对象以该人类对象的与笛卡尔坐标系的Z轴线对齐的头至脚轴线在所述磁共振图像数据采集单元中定向，并且其中，所述控制单元配置为将所述磁共振图像数据采集单元操作为沿着所述笛卡尔坐标系的所述Z轴线生成所述读出散相梯度。
按照本发明的一种实施例的磁共振系统，其中，所述控制单元配置为将所述磁共振图像数据采集单元操作为沿着笛卡尔坐标系的轴线激活所述读出散相梯度，并且激活沿着垂直轴线对所述磁共振数据进行相位编码的相位编码梯度。
按照本发明的一种实施例的磁共振系统，其中，所述控制单元配置为将所述磁共振图像数据采集单元操作为沿着笛卡尔坐标系的轴线生成所述读出散相梯度，并且沿着所述轴线围绕所述第一重聚RF脉冲激活扰相脉冲。
按照本发明的一种实施例的磁共振系统，其中，所述控制单元配置为将所述磁共振图像数据采集单元操作为还沿着所述笛卡尔坐标系的至少另一轴线激活扰相梯度。
根据本发明的磁共振系统和操作方法基于的观点是，前述在单厚片SPACE成像中的流动相关的伪影的形成是因为前述在ROD与直接在激发RF脉冲之后出现的读出梯度的首次施加之间的长持续时间。由于激发RF脉冲与后续RF脉冲相比的长持续时间，第一回波间隔(ESP)很长，导致前述在ROD与读出梯度的首次施加之间的长持续时间，其中使得序列对于在读出方向上的流动过于敏感。换言之，由于所述长持续时间，ROD和读出梯度的首次施加在运动核自旋的所激发的(横向)磁化上的净效果可以根据运动程度而很大程度上不同于对应于静态核自旋的净效果，其导致在所检测的、来自运动核自旋的磁共振信号中的运动所致相位差。这是图1中可以看到的信号空隙的来源，其由图2中示出的常规单厚片SPACE形成。因此，在根据本发明的方法中，通过以如下单厚片SPACE或等效成像序列操作磁共振成像系统来采集磁共振成像数据，在该单厚片SPACE或等效成像序列中，ROD在激发RF脉冲之后从其常规位置位移，以便改为紧靠在第二重聚RF脉冲之前激活，其替代在常规脉冲序列中在第二重聚RF脉冲之前不久激活的读出梯度的施加。因此，并不是在第二重聚RF脉冲之前不久测量数据。
在本发明的方法的另一实施例中，为了减少对于在基本磁场中的不均匀性(B0不均匀性)的敏感性，围绕Z轴线上的第一重聚脉冲激活扰相梯度。在另一实施例中，这种扰相梯度也可以沿着Y轴线和X轴线激活。后一实施例尤其在其它SPACE变型方案中有用，例如内部容积SPACE，或者具有水选择性第一重聚脉冲的SPACE。
附图说明
图1如上面描述那样，是以常规的单厚片选择性SPACE成像序列获得的图像，其中包含流动相关的伪影。
图2示意性示出了常规单厚片选择性SPACE成像序列的脉冲序列元素的一部分。
图3示意性示出了根据本发明的单厚片选择性SPACE成像序列的类似的脉冲序列元素。
图4示意性示出了根据本发明的单厚片选择性SPACE成像序列的另一实施例。
图5示出了用于在了常规单厚片选择性SPACE成像与根据本发明的单厚片选择性SPACE成像之间进行比较的两幅图像。
图6示出了用于在根据本发明的单厚片选择性SPACE成像与具有交换相位编码的单厚片选择性SPACE成像之间进行比较的两幅图像。
图7示出了用于在根据本发明的单厚片选择性SPACE成像与常规单厚片选择性SPACE成像之间进行比较的其它图像。
图8示意性示出了根据本发明构建和操作的磁共振成像系统。
具体实施方式
首先转到图8，图8是磁共振系统5和中央控制单元10的示意性表示，其既可以用于核磁共振成像也可以用于磁共振光谱学。图8仅意欲表示示例性的磁共振成像/光谱学系统，然而本发明适用于在本领域中使用的这类磁共振成像/光谱学系统的许多变型中的任一种。
基本场磁体1生成时间上稳定的强磁场B0，用于在对象O的受观察区域中，例如在人体的待检查的、在位于磁共振系统5中的桌台23上移动的部分中，将核自旋极化或对齐。在测量容积M中限定对于核自旋共振断层成像所需的基本磁场高均匀性。为了支持均匀性需求并且尤其为了消除时间不变的影响，将由铁磁性材料制成的匀场部安装在合适位置上。时间可变的影响由匀场线圈2根据来自匀场线圈放大器23的信号来消除。
圆柱形梯度线圈系统3插入到基本磁体1中，该梯度线圈系统由三个翼构成。这些翼由相应的放大器提供功率，以便在笛卡尔坐标系的相应方向上生成线性(也是时间可调的)梯度场。梯度场系统3的第一翼在x方向上生成梯度Gx，第二翼在y方向上生成梯度Gy，并且第三翼在z方向上生成梯度Gz。每个放大器都具有数模转换器，其由用于在正确时间生成梯度脉冲的序列控制器18控制。
在梯度场系统3内定位有一个(或多个)射频(RF)天线4，其将由射频功放24发射的高频脉冲转换为磁性AC场，用于对于待检查的对象O或对象O的待检查区域激发核自旋和对齐核自旋。每个高频天线4都具有以组件线圈的环形、优选线形或矩阵形布置为形状的一个或多个RF发射线圈和一个或多个RF接收线圈。从相应的高频天线4的RF接收线圈起，根据核自旋的进动而进行AC场，通常是根据一个或多个高频脉冲和一个或多个梯度脉冲的脉冲序列生成的核自旋回波信号，也被转换为电压(测量信号)，其经由放大器7馈送给高频系统22的高频接收通道8。高频系统22附加地具有发送通道9，在该发送通道中生成高频脉冲用于激发核磁共振。在该过程中，相应的高频脉冲在由系统计算机20规定的、序列控制器18中的脉冲序列的基础上数字地表示为复数的序列。该数字序列作为实部和作为虚部经由输入端12馈送给高频系统22中的数模转换器，并且从系统22馈送给发送通道9。在发送通道9中，脉冲序列调制为高频载波信号，其基频对应于测量容积中的核自旋共振频率。
发送-接收模式之间的切换经由双工器6进行。高频天线4的RF发射线圈辐射用于对于测量容积M激发核自旋的高频脉冲，并且引起经由RF接收线圈扫描的回波信号。所获得的核共振信号在高频系统22的接收通道8’(第一解调器)中相位敏感地解调为中频，并且在模数转换器(ADC)中数字化。该信号也解调为基频。在数字化之后，在第二解调器8的数字域中，至基频的解调和至实部和虚部的分离在输出端11处进行。图像处理器17从如此获得的测量数据中重建MR图像。测量数据、图像数据和控制程序的管理经由系统计算机20进行。通过以控制程序来规定，序列控制器18控制相应期望脉冲序列的生成和对应的k空间扫描。
序列控制器18控制在正确时间切换梯度、以限定的相位幅度发射高频脉冲、以及接收核共振信号。用于高频系统22和序列控制器18的时基由合成器19提供。为生成MR图像而对例如存储在DVD 21上的对应控制程序的选择，以及所生成的MR图像的表示经由包括键盘15、鼠标16和监控器14的终端13进行。
图3示意性示出了根据本发明的单厚片选择性SPACE成像序列，其中ROD跟随激发RF脉冲地从其常规位置位移到紧靠在第二重聚RF脉冲之前的位置。因此，ROD与读出之间的长持续时间不再发生，并且由该长持续时间导致的流动相关的伪影在从根据图3中所示成像序列采集的数据重建的磁共振图像中不再发生，或者显著减少。
图3还示出了本发明的另一实施例，其中在第一重聚脉冲周围添加了扰相梯度。扰相可以如图4中所示那样在多于一个轴线上围绕重聚RF脉冲添加。
图5、6和7出于对比目的示出了根据以常规单厚片选择性SPACE成像数列采集的数据和以根据本发明的单厚片选择性SPACE成像数列采集的数据所重建的磁共振图像。每幅图像标出轮廓的部分示出了目标区域，在该目标区域中，在常规地生成的图像中可以看到流动相关的伪影。在根据本发明获得的图像的标出轮廓的区域中，这种伪影在视觉上不再存在。
虽然可以由本领域技术人员提出修改和变化，但发明人试图，在于此授权的专利内将所有变化和修改在其对现有技术贡献的范围内合理并且合适地实现。
Claims (12)
1.一种用于生成磁共振图像的方法，包括：
根据磁共振可变翻转角的三维快速自旋回波或等效的成像脉冲序列来操作磁共振图像数据采集单元，所述磁共振可变翻转角的三维快速自旋回波或等效的成像脉冲序列包括激发RF脉冲和时间上跟随所述激发RF脉冲的多个重聚RF脉冲，所述多个重聚RF脉冲包括第一重聚RF脉冲和第二重聚RF脉冲；
在所述磁共振可变翻转角的三维快速自旋回波或等效的成像脉冲序列中，不在所述激发RF脉冲与所述第一重聚RF脉冲之间激活读出散相梯度，而是在所述第一重聚RF脉冲与所述第二重聚RF脉冲之间激活读出散相梯度，并且在所述第二重聚RF脉冲之后从在所述磁共振图像数据采集单元中暴露于所述磁共振可变翻转角的三维快速自旋回波或等效的成像脉冲序列的物体、动物对象或人类对象读出磁共振数据，所述物体、动物对象或人类对象具有示出流动的物质；以及
将所述磁共振数据提供给计算机化处理器，并且在所述计算机化处理器中从没有与流动相关的伪影的所述磁共振数据中重建磁共振图像，并且使得所述磁共振图像在所述计算机化处理器的输出端作为数据文件可用。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：紧靠在所述第二重聚RF脉冲之前激活所述读出散相梯度。
3.根据权利要求1所述的方法，包括：在所述磁共振图像数据采集单元中将所述人类对象以该人类对象的与笛卡尔坐标系的Z轴线对齐的头至脚轴线来定向，并且沿着所述笛卡尔坐标系的所述Z轴线生成所述读出散相梯度。
4.根据权利要求1所述的方法，包括：沿着笛卡尔坐标系的轴线激活所述读出散相梯度，并且沿着垂直轴线对所述磁共振数据进行相位编码。
5.根据权利要求1所述的方法，包括：沿着笛卡尔坐标系的轴线生成所述读出散相梯度，并且沿着所述轴线围绕所述第一重聚RF脉冲激活扰相脉冲。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：沿着所述笛卡尔坐标系的至少另一轴线激活扰相梯度。
7.一种磁共振成像系统，包括：
磁共振图像数据采集单元，配置为在其中容纳包含示出流动的物质的物体、动物对象或人类对象；
控制单元，配置为根据磁共振可变翻转角的三维快速自旋回波或等效的成像脉冲序列来操作所述磁共振图像数据采集单元，所述磁共振可变翻转角的三维快速自旋回波或等效的成像脉冲序列包括激发RF脉冲和在时间上跟随所述激发RF脉冲的多个重聚RF脉冲，所述多个重聚RF脉冲包括第一重聚RF脉冲和第二重聚RF脉冲；
所述控制单元配置为，在所述磁共振可变翻转角的三维快速自旋回波或等效的成像脉冲序列中，不在所述激发RF脉冲与所述第一重聚RF脉冲之间激活读出散相梯度，而是在所述第一重聚RF脉冲与所述第二重聚RF脉冲之间激活读出散相梯度，并且在所述第二重聚RF脉冲之后从在所述磁共振图像数据采集单元中暴露于所述磁共振可变翻转角的三维快速自旋回波或等效的成像脉冲序列的所述物体、动物对象或人类对象读出磁共振数据；以及
处理器，所述处理器被提供有所述磁共振数据，并且配置为从没有与所述流动相关的伪影的所述磁共振数据中重建磁共振图像，和使得所述磁共振图像在所述处理器的输出端作为数据文件可用。
8.根据权利要求7所述的磁共振系统，其中，所述控制单元配置为将所述磁共振图像数据采集单元操作为紧靠在所述第二重聚RF脉冲之前激活所述读出散相梯度。
9.根据权利要求7所述的磁共振系统，其中，所述人类对象以该人类对象的与笛卡尔坐标系的Z轴线对齐的头至脚轴线在所述磁共振图像数据采集单元中定向，并且其中，所述控制单元配置为将所述磁共振图像数据采集单元操作为沿着所述笛卡尔坐标系的所述Z轴线生成所述读出散相梯度。
10.根据权利要求7所述的磁共振系统，其中，所述控制单元配置为将所述磁共振图像数据采集单元操作为沿着笛卡尔坐标系的轴线激活所述读出散相梯度，并且激活沿着垂直轴线对所述磁共振数据进行相位编码的相位编码梯度。
11.根据权利要求7所述的磁共振系统，其中，所述控制单元配置为将所述磁共振图像数据采集单元操作为沿着笛卡尔坐标系的轴线生成所述读出散相梯度，并且沿着所述轴线围绕所述第一重聚RF脉冲激活扰相脉冲。
12.根据权利要求11所述的磁共振系统，其中，所述控制单元配置为将所述磁共振图像数据采集单元操作为还沿着所述笛卡尔坐标系的至少另一轴线激活扰相梯度。
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