CN103592609A

CN103592609A - 自动频谱抑脂

Info

Publication number: CN103592609A
Application number: CN201310350622.2A
Authority: CN
Inventors: D.保罗; B.施米特
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers AG
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: DE102012214660B4; CN103592609B; DE102012214660A1; US9632159B2; US20140049258A1

Abstract

本发明要求保护的方法基于在步骤S中借助HF线圈以及MRT设备采集MR频谱，其中在MRT设备的容纳体积中施加有静磁场B₀，本发明要求保护的方法还基于在步骤A中通过查找脂肪峰和水峰形式的两个谐振信号并且查找两个峰之间的最小值来自动分析该MR频谱。本发明基于的思想是，将这种自动分析用于与可预先给出的条件有关的自动决定E，该决定是，是否执行包括步骤J、S、A和E的系列，或者是否执行步骤P，其中步骤J包括借助MRT设备的至少一个匀场线圈调整静磁场B₀的均匀性，并且其中步骤P包括根据在步骤A中的查找结果计算用于抑脂的HF脉冲。

Description

自动频谱抑脂

技术领域

本发明涉及一种用于自动频谱抑脂的方法以及一种计算机程序产品和一种用于自动频谱抑脂的系统。

背景技术

磁共振成像（MRT）是一种成像方法，其尤其应用于医学诊断。对于MRT需要高且均匀的静磁场，其也称作B₀场。在MRT中，观察核自旋的作为对高频（HF）激励脉冲的响应的弛豫时间，尤其观察所谓的纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2。在此，由于氢原子核、即质子在人体中的出现频率，所以测量它的弛豫时间是最重要的。在MRT中的一个挑战是在脂肪组织和含水组织之间产生良好的对比度，以及尤其是将脂肪信号在含水组织中的干扰性影响最小化。由于不同的化学位移而可以进行脂肪分子和水分子的信号分离。化学位移理解为原子核与其电学环境和化学环境有关的谐振频率位移。一种基于氢原子核在脂肪组织以及在含水组织中不同的化学位移来抑制脂肪信号的方法已知为频谱抑脂。在磁共振（MR）频谱中，脂肪分子和水分子中的氢原子核的谐振表现为以脂肪峰和水峰形式的分离信号。于是，发出仅激励脂肪组织中的氢原子核的频谱选择性HF激励脉冲，使得脂肪中的纵向磁化转换为横向磁化。该横向磁化立即通过磁场梯度移相，使得脂肪组织可以不再通过直接跟随的成像序列示出。然而频谱抑脂易受B₀场的不均匀性和测量体积内各自的横向弛豫时间影响。因为它们确定MR频谱中脂肪峰的位置和宽度。由此，该相关性使得脂肪信号抑制的质量会在空间上不均匀分布。一种调整B₀场均匀性的可能性称作“匀场”。因此在大多数MRT系统中存在所谓的匀场线圈，其连更复杂的磁场空间分布也能够校正。

从DE102009018878B4中已知一种借助在待检查患者的待示出组织区域中进行频谱抑脂或者频谱水激励来以磁共振成像术成像的方法，该方法具有以下步骤：

S1：以MRT系统的所选第一部分线圈对患者的待示出区域进行频率调整测量，

S2：借助在步骤S1中获得的、具有脂肪和水的谐振频率的频谱来精确确定水的谐振频率，

S3：以MRT系统的至少一个另外选择的、与第一部分线圈相邻的第二部分线圈重复步骤S1和S2，

S4：以部分线圈或部分线圈组合测量k空间数据集，该测量在与该部分线圈关联的水谐振频率基础上进行，

S5：以另一部分线圈或另一部分线圈组合重复步骤S4，直至已测量整个待示出组织区域，

S6：将在步骤S4和S5中获得的测量结果组合，以及

S7：在以待示出组织区域的整个图像为形式的图像空间中示出在步骤S6中获得的结果。

发明内容

本发明的目的是改进用于成像的MRT采集方法的频谱抑脂，尤其使得其更不易受静态B₀磁场的不均匀性影响。

下面参考要求保护的系统以及参考要求保护的方法描述该目的的根据本发明的解决方案。在此提及的特征、优点或替选实施形式同样也可以转用到其它要求保护的主题上，并且反之亦然。换言之，也可以用结合方法描述或要求保护的特征来扩展（例如针对系统的）产品权利要求。在此通过相应的产品模块构建了方法相应的功能特征。

要求保护的方法基于在步骤S中借助HF线圈以及MRT设备采集MR频谱，其中在MRT设备的容纳体积中施加有静磁场B₀，该方法还基于在步骤A中通过查找以脂肪峰和水峰形式的两个谐振频率以及查找在这两个峰之间的最小值来自动分析该MR频谱。本发明基于的思想是，将这种自动分析用于与可预先给出的条件有关的自动决定E，该自动决定是，是否执行包括步骤J、S、A和E的系列，或者执行步骤P，其中步骤J包括借助MRT设备的至少一个匀场线圈调整静磁场B₀的均匀性，并且其中步骤P包括根据在步骤A中的查找结果计算用于抑脂的HF脉冲。自动决定E能够实现通过重新调整静磁场B₀的均匀性来改进脂肪峰和水峰的分离，并且由此也改进计算用于抑脂的HF脉冲的基础。因为静磁场B₀提高的均匀性引起在MR频谱中脂肪峰和水峰改进的分离。由方法步骤J、S、A和E构成的系列迭代地重复，直至满足条件并且开始用于抑脂的HF脉冲的计算。接下来对于成像的MRT采集方法而言，借助计算出的HF脉冲进行的抑脂因此更不易受静态B₀场原来的不均匀性的影响。

在一个实施形式中，条件在于描述MR频谱的特征值是否超过或低于阈值，由此可以特别简单地测试条件的满足。

此外，借助局部HF线圈采集MR频谱具有的优点是：与借助整体HF线圈采集相比改进信噪比。

出于自动分析MR频谱的目的，将数学函数匹配于MR频谱提供的优点是：可以特别简单地确定MR频谱的特征性质，例如谐振的位置和水平。因为在相应地选择数学函数的情况下，这种特征性质直接得自匹配过的数学函数的自由参数。

在另一实施形式中，步骤A包括子步骤AL：建立具有以下信息的列表：

-水峰和脂肪峰的频谱位置以及这两个峰之间的最小值，

-在MR频谱中水峰以及脂肪峰的特征宽度，

-在MR频谱中水峰和脂肪峰的幅度。

这种列表是分析结果特别经济的示出，并且能够实现以简单的方式和方法将多个MR频谱彼此比较。因为为了比较不同的MR频谱，仅需将不同列表中相应的条目彼此比较。

列表中的至少一个信息是否超过或低于至少一个阈值的条件可以特别简单地来检验，并且产生清楚的结果。此外，可以通过简单地改变阈值的方式特别容易地将这种条件匹配于具体要求。

在另一实施形式中实施n个系列，其中第n个系列中的步骤A包括以下子步骤：

-AV：通过计算至少一个比较值将第n个系列中的MR频谱与第（n-1）个系列中的MR频谱相比较，该比较值使第n个系列的列表中的至少一个信息与第（n-1）个系列的列表中的至少一个信息彼此相关联，由此简化并且易化在不同系列中采集的MR频谱的比较。

至少一个比较值是否超过或低于阈值的可预先给出的条件提供的优点是：该标准可以特别简单地检验，并且产生清楚的结果。此外，可以通过简单地改变阈值的方式特别容易地将这种条件匹配于具体要求。

根据在MR频谱中在脂肪峰和水峰之间的最小值计算用于抑脂的HF脉冲能够实现的是，即使由于小的空间均匀性而观察到脂肪峰和水峰的重叠增加时，HF脉冲在接下来成像的MRT采集方法中有效地使脂肪信号饱和，并且几乎仅使得其饱和。

此外，本发明包括可以在计算机的内部存储器中调用的计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于执行要求保护的方法的步骤的计算机程序，使得可以快速、可相同重复并且坚固地实施该方法的步骤。

本发明包括计算机可读媒介，在该计算机可读媒介上可实施地存储有计算机程序产品。

此外，本发明的所说明的方法步骤可以由一种系统来实施，该系统设计用于实施各个方法步骤并且基于以下系统：用于自动频谱抑脂的系统，包括以下单元：

-设计用于采集MR频谱的MRT设备以及HF线圈，其中MRT设备设计为在容纳体积中建立静磁场B₀，

-至少一个匀场线圈，其设计用于在MRT设备的容纳体积中调整静磁场B₀的均匀性，

-控制单元，其设计用于控制MRT设备、HF线圈以及至少一个匀场线圈，

-分析单元，其设计用于自动分析MR频谱，包括查找脂肪峰和水峰形式的至少两个可区分的谐振频率以及查找这两个峰之间的最小值，

-决定单元，其设计用于根据可预先给出的条件做出决定，

-计算单元，其设计用于计算HF脉冲，设计用于根据查找结果计算用于抑脂的HF脉冲。

附图说明

下面借助在附图中示出的实施例详细描述和阐述本发明。

其中：

图1示出了用于自动频谱抑脂的方法的流程图，

图2示出了用于自动频谱抑脂的系统，

图3示出了用于自动频谱抑脂的扩展的系统，以及

图4示出了MR频谱的输出。

附图说明

图1示出了用于自动频谱抑脂的方法的流程图。这种方法当在每次成像的MRT采集方法之前重新执行时是有效的。因为该方法用于计算频谱选择的HF激励脉冲，通过该HF激励脉冲应当减小结合在脂肪组织中的氢原子核对MRT图像信号的贡献。

频谱抑脂基于脂肪峰17与水峰16的差别。脂肪峰17或水峰16分别涉及MR频谱15中的、在脂肪组织或含水组织中的氢原子核的谐振频率情况下形成的信号。MR频谱15理解为通过HF线圈6接收的信号幅度相对于各自激励频率的标注（Auftrag），这些激励频率用于在HF范围或射频范围中的激励频率的频谱。在患者5或者患者5的待检查身体部分位于MRT设备1的容纳体积3中期间，在步骤S中出于确定脂肪峰17或水峰16的目的而采集这种MR频谱15。在此，在容纳体积3中施加静磁场B₀7。这种MR频谱15的采集通常不是空间分辨的，因此通常不使用梯度磁场。如果使用局部HF线圈6，则仅存在对患者5的确定身体区域的限制。此外，在采集MR频谱15时使用哪种采集模式原则上是无影响的，即例如执行T1还是T2加权测量。这种MR频谱15的测量基本上实现识别水峰16和脂肪峰17。

为了识别水峰16和脂肪峰17，通过首先在步骤AS中查找脂肪峰17和水峰16形式的至少两个谐振频率，以及查找在这两个峰之间的最小值，在步骤A中自动分析MR频谱。“自动”在此表示方法步骤机械地、典型地借助数据处理单元9以及相应的计算机程序产品来实施，并且更确切而言，紧接在步骤S之后地、在无需（MRT设备1的和/或数据处理单元9的）操作员的其它动作的情况下实施。

对谐振频率和最小值的查找借助普遍已知的算法来实现。通常在分析开始对MR频谱15的数据进行滤波，例如通过高斯窗或海明窗进行滤波。在这里描述的实施形式中，该查找包括将至少一个数学函数匹配于MR频谱15，也已知为“拟合”，其中尤其可以将高斯函数用作待匹配的拟合函数。于是，从拟合参数、即拟合函数的自由参数的（在给出的边界条件下）估计为最优的值中直接得出在接下来的步骤AL中需要的值：

-在MR频谱15中水峰16和脂肪峰17以及这两个峰之间的最小值的频谱位置，

-在MR频谱15中水峰16以及脂肪峰17的特征宽度，

-在水峰16与脂肪峰17之间的MR频谱15中水峰16和脂肪峰17的幅度，其中将这些值在步骤AL中存储在列表中。该步骤也自动实施。

如果步骤S、AS和AL作为对用于成像的MRT采集方法的频谱选择性HF激励脉冲的计算准备才执行了一次，则跟随步骤E。步骤E包括自动决定是否执行包括调整静磁场B₀7的均匀性的步骤J，还包括步骤S、A和E的系列，或者是否执行计算HF脉冲的步骤P，其中该决定与可预先给出的条件有关。可预先给出的条件在于，描述MR频谱15的特征值、尤其是在步骤AL中计算并且存储在列表中的值超过阈值。例如可以在步骤E中，因为脂肪峰17和水峰16的频谱位置之间的差超过阈值而自动决定直接执行步骤P。条件例如还可以是幅度和特征宽度之间的比例。此外，条件可以表达为使得低于特征值。条件E可以固定地预先给出，或者其可以由操作员在方法开始时选择，例如通过选择采集模式来间接选择。因为不同的采集模式与不同的期望的不均匀性关联。患者5的一定身体区域在磁化率方面具有比其他身体区域更大的差别，并且具有脂肪质子与水质子的不同浓度比。

步骤P涉及用于抑脂的HF脉冲的计算。该步骤与步骤E直接相关，因为在该步骤中决定是否应执行步骤P。此外步骤P与步骤A相关，因为MR频谱15的分析结果影响HF脉冲的计算。HF脉冲应计算为使得其覆盖MR频谱15的脂肪峰17，并且因此设计用于脂肪峰的饱和。然而HF脉冲应避免水峰16的所不希望的饱和。与在常见计算方法中不同，HF脉冲的计算不基于HF脉冲的发送频率相对于水峰16的位置的固定位移。具体地，例如可以将sinc脉冲用作HF脉冲，其相对于中央最大值朝更高频率位移的第一过零点与脂肪峰17和水峰16之间的最小值重合。该计算不必是全自动的。例如可以如在图4中所示那样将MR频谱15也显示在输出单元上，使得操作员可以借助滑动控制器通过围绕脂肪峰17的选择窗18选择待饱和区域。

在步骤E中替选的决定是继续步骤J，即借助MRT设备1的匀场线圈8调整静磁场B₀7的均匀性。步骤J也可以称作匀场程序。为了执行匀场程序而首先测量在容纳体积3中静磁场B₀7。然后计算，匀场线圈8必须具有何种匀场电流来使得静磁场B₀7均匀。然而，由于与计算匀场电流必须采用的边界条件的物理偏差，在执行匀场程序后通常也未实现完全均匀的静磁场B₀7。但是，静磁场B₀7的调整过并且由此改进的均匀性通常导致脂肪峰17和水峰16改进的可分离性，因为静磁场B₀7的不均匀性通常导致峰的较小的化学位移和/或散布以及增加的交叠，使得这些峰重叠。然而，不值得在采集MR频谱15之前执行多个匀场程序，因为这些匀场程序由于静磁场B₀7的测量而非常计算繁重并且因此需要很多时间。通过在此说明的方法能够实现的是，仅执行多至能够实现用于成像的MRT采集方法的有效频谱抑脂所需的匀场程序。

在调整J后又跟随有采集MR频谱15的步骤S以及分析MR频谱的、具有子步骤AS和AL的步骤A。如果步骤S、AS和AL作为用于成像的MRT采集方法的频谱选择性HF激励脉冲的计算准备已经执行了多于一次、即n次，其中n是大于1的自然数，则跟随步骤AV，即通过计算至少一个比较值将第n个系列中的MR频谱15与第（n-1）个系列中的MR频谱15相比较，该比较值使第n个系列的列表中的至少一个信息与第（n-1）个系列的列表中的至少一个信息彼此关联。比较值例如在于将MR频谱15的两个面积彼此相减。也可以计算两个比较值，例如脂肪峰17或水峰16的幅度和宽度的比例之间的各个差。现在，除了在步骤E中已经提及的、基于单个频谱的条件之外，还有基于比较两个直接相继采集的MR频谱15的第二条件。第二条件在于，至少一个比较值超过或者低于阈值。因此第二条件检查两个系列之间的变化。该方法于是可以实现为使得需要满足两个或者仅一个条件。也可以在方法开始之前定义中断条件，其针对既不满足第一条件又不满足第二条件的情况，例如，该方法应在n=10个系列后在步骤E之后中断，并且直接以步骤P继续。

图2示出了用于自动频谱抑脂的系统。该系统包括评估单元11：其包括分析单元20，设计用于按照步骤A自动分析MR频谱15；决定单元21，设计用于按照步骤E根据可预先给出的条件做决定；计算单元22，设计用于按照步骤P计算HF脉冲。此外，该系统包括控制单元19，设计用于控制MRT设备1、HF线圈6以及匀场线圈8。控制单元19对于执行调整静磁场B₀的均匀性的步骤J以及对于执行采集MR频谱的步骤S是必要的。这些单元可以用软件也可以用硬件形式构建。于是在这里描述的实施形式中，将分析单元20、决定单元21和计算单元22组合成评估单元11。该评估单元11以及控制单元19被集成到数据处理单元19中。此外，接口23对于使各个单元能够与MRT设备1、HF线圈6以及匀场线圈8的各个元件通信（并且反之亦然）是必要的。接口11涉及普遍已知的硬件或软件接口，例如硬件接口PCI总线、USB或者火线接口。

图3以横截面示出了用于自动频谱抑脂的扩展的系统，该系统包括MRT设备1、控制单元19、包括分析单元20、决定单元21以及计算单元22的评估单元11、和具有输入单元14以及输出单元13的数据处理单元9。

MRT设备1包括低温恒温器2，由超导材料制成的磁体位于在该低温恒温器中。典型地，这种低温恒温器2填充有液氦，以便将磁体冷却到转变温度以下并且转化到超导状态中。超导磁体是在大的容纳体积3中产生直至数特斯拉强度的高静磁场B₀7的前提。低温恒温器2以及磁体典型地基本上构建为空腔圆柱体，在该圆柱体的空心内部中可以产生静磁场B₀7。此外，MRT设备1在紧邻低温恒温器2处具有匀场线圈8，其围绕容纳体积3并且用于将静磁场B₀7均匀化。

患者5通过患者台4驶入容纳体积3，以便借助MRT设备1进行检查。为了以MRT设备1从患者5拍摄断层成像图像而需要至少一个HF线圈6。需要发送和接收线圈，并且典型地将唯一的HF线圈6用于发送和接收。在这里示出的实施形式中，HF线圈6是仅围绕待成像身体区域的局部线圈。存在不同的局部线圈，例如头部线圈、胸部线圈、足部线圈等。

此外，该系统具有计算机形式的数据处理单元9以及输出单元12和输入单元14。输出单元12涉及例如一个（或多个）LCD、等离子或OLED屏幕。输入单元14涉及例如键盘、鼠标、所谓的触摸屏、也或者用于语言输入的麦克风。

评估单元11以及控制单元19也可以构建为计算机程序，其可以借助计算机可读媒介10加载到数据处理单元9的存储器中。计算机可读媒介10涉及例如DVD、U盘、硬盘或磁盘。计算机程序产品包括用于实施下面描述的、用于自动频谱抑脂的方法的计算机程序。

图4示出了具有脂肪峰17、水峰16和选择窗18的MR频谱15的典型输出。这种选择窗18例如在计算HF脉冲的步骤P开始时在输出单元12上显示，并且能够使得操作员借助输入单元14以及图形用户界面选择应被待计算的HF脉冲饱和的区域。HF脉冲的频率轮廓应在理想情况下尽可能地塑造成矩形。

尽管通过优选实施例详细图解和描述了本发明的细节，然而本发明并不限于所公开的实施例，并且本领域技术人员可以从其中导出其他变型方案而不脱离本发明的保护范围。尤其可以按照与说明的顺序不同的顺序来执行方法步骤。

Claims

1.一种用于自动频谱抑脂的方法，包括以下步骤：

-S：借助高频线圈（6）以及磁共振成像设备（1）采集磁共振频谱（15），其中在所述磁共振成像设备（1）的容纳体积（3）中施加有静磁场B₀（7），

-A：自动分析所述磁共振频谱（15），包括以下子步骤：

-AS：查找以脂肪峰（17）和水峰（16）形式的至少两个谐振频率，以及查找这两个峰之间的最小值，

-E：自动决定是否执行包括步骤J、S、A和E的系列，或者是否执行步骤P，其中所述决定与可预先给出的条件有关，

-J：借助所述磁共振成像设备（1）的至少一个匀场线圈（8）调整所述静磁场B₀的均匀性，

-P：根据在步骤A中的查找结果计算用于抑脂的高频脉冲。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述可预先给出的条件在于，描述所述磁共振频谱（15）的特征值是否超过或者低于阈值。

3.根据权利要求1至2之一所述的方法，其中借助局部高频线圈（6）采集所述磁共振频谱（15）。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中步骤AS包括将数学函数匹配于所述磁共振频谱（15）。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中步骤A包括以下子步骤：

-AL：建立以下信息的列表：

-所述水峰（16）和所述脂肪峰（17）的频谱位置，以及在这两个峰之间的最小值，

-在所述磁共振频谱（15）中所述水峰（16）和所述脂肪峰（17）的特征宽度，

-在所述磁共振频谱（15）中所述水峰（16）和所述脂肪峰（17）的幅度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中可预先给出的条件在于，所述列表中的至少一个信息是否超过或者低于至少一个阈值。

7.根据权利要求5至6之一所述的方法，其中实施n个系列，并且其中在第n个系列中的所述步骤A包括以下子步骤：

-AV：通过计算至少一个比较值将所述第n个系列中的磁共振频谱（15）与第（n-1）个系列中的磁共振频谱（15）相比较，该比较值使所述第n个系列中的列表中的至少一个信息与所述第（n-1）个系列中的列表中的至少一个信息互相关联。

8.根据权利要求7所述的方法，其中可预先给出的条件在于，至少一个比较值是否超过或低于阈值。

9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其中根据在所述磁共振频谱（15）中在所述脂肪峰（17）与所述水峰（16）之间的最小值来计算用于抑脂的所述高频脉冲。

10.一种计算机程序产品，其能够在计算机（9）的内部存储器中调用，包括用于执行根据权利要求1至9中任一项所述方法的步骤的计算机程序。

11.一种计算机可读媒介（10），在所述计算机可读媒介上可执行地存储有根据权利要求10所述的计算机程序产品。

12.一种用于自动频谱抑脂的系统，包括以下单元：

-磁共振成像设备（1）以及高频线圈（6），设计用于采集磁共振频谱（15），其中所述磁共振成像设备（1）设计用于在容纳体积（3）中建立静磁场B₀（7），

-至少一个匀场线圈（8），设计用于调整在所述磁共振成像设备（1）的容纳体积（3）中的静磁场B₀（7）的均匀性，

-控制单元（19），设计用于控制所述磁共振成像设备（1）、所述高频线圈（6）以及所述匀场线圈（8），

-分析单元（20），设计用于自动分析所述磁共振频谱（15），包括查找以脂肪峰（17）和水峰（16）形式的至少两个可区分的谐振频率，以及查找这两个峰之间的最小值，

-决定单元（21），设计用于根据预先给出的条件做出决定，

-计算单元（22），设计用于根据所述查找的结果来计算用于抑脂的高频脉冲。

13.根据权利要求12所述的系统，所述系统被构造用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。