CN104545914A - 水脂分离成像方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水脂分离成像方法和系统，所述方法包括：利用时间反转稳态进动快速成像序列，设置多个回波时间，并通过周期性射频脉冲作用于位于主磁场中的成像区域，使所述成像区域产生磁共振信号；采集所述多个回波时间对应的磁共振信号；根据所述多个回波时间对应的磁共振信号，通过磁共振图像重建，得到所对应的磁共振图像；根据所述多个回波时间对应的磁共振图像，计算得到分离的水图像和脂肪图像。应用本发明技术方案，能够快速完成信号的采集、快速成像，并且得到分离的水图像和脂肪图像。

Description

水脂分离成像方法和系统

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术领域，特别是涉及一种腹部水脂分离成像方法和系统。

背景技术

磁共振腹部水脂分离成像在腹部成像中具有重要意义。水脂分离成像能够更好地显示出病灶与正常组织结构，避免脂肪信号对后续诊断产生干扰。在脂肪肝疾病等诊断中，水脂分离成像还能够定量分离水图像和脂肪图像，对组织脂肪含量进行定量评估。此外，水脂分离成像还能够改善图像质量，去除脂肪引起的伪影。

在现有的T2加权水脂分离成像（T2WI，T2-weighted imaging，横向弛豫时间加权成像）中，主要采用脂肪饱和成像技术和磁共振波谱成像技术。脂肪饱和成像技术通过使用饱和脉冲对脂肪内质子进行选择激发，再施加成像脉冲，脂肪内质子已经饱和，在成像时不再贡献信号，脂肪饱和成像技术的缺点在于需要的磁场均匀性较高，但人体腹部较大，很难保证磁场的均匀性，并且引入了脂肪饱和脉冲，选择性吸收率增加，限制了成像速度，而且脂肪饱和成像技术是抑制脂肪信号，不能获得分离的脂肪图像。磁共振波谱成像技术主要根据水与脂肪在共振频率上的差异，通过磁共振波谱技术获取每一频段上的信号强度，其缺点在于扫描时间长，不利于快速成像。

发明内容

基于此，有必要提供一种水脂分离成像方法和系统，应用本发明技术方案，能够快速完成信号的采集、快速成像，并且得到分离的水图像和脂肪图像。

一种水脂分离成像方法，包括：

利用时间反转稳态进动快速成像序列，设置多个回波时间，并通过周期性射频脉冲作用于位于主磁场中的成像区域，使所述成像区域产生磁共振信号；

采集所述多个回波时间对应的磁共振信号；

根据所述多个回波时间对应的磁共振信号，通过磁共振图像重建，得到所对应的磁共振图像；

根据所述多个回波时间对应的磁共振图像，计算得到分离的水图像和脂肪图像。

在其中一个实施例中，所述设置多个回波时间包括：

设置至少3个回波时间，并使任意两个回波时间的差不等于水脂同相时间。

在其中一个实施例中，所述采集所述多个回波时间对应的磁共振信号包括：

在不同脉冲周期间隔采集不同回波时间对应的磁共振信号；或

在同一脉冲周期采集所有回波时间对应的磁共振信号；或

对回波时间进行分组，在不同脉冲周期间隔采集不同分组的回波时间对应的磁共振信号。

在其中一个实施例中，所述根据所述多个回波时间对应的磁共振图像，计算得到分离的水图像和脂肪图像，包括：

对所述多个回波时间对应的磁共振图像中每个图像点建立计算模型，所述计算模型为：S(t)＝[w+f·exp(i·2π·γ·δ_wfB₀t)]exp(i·2π·Φ·t)，其中，t为回波时间，S(t)为回波时间t对应的磁共振复数信号，w为水信号值，f为脂肪信号值，δ_wf为水脂共振频率差，γ为氢质子旋磁比，B₀为主磁场强度，Φ为磁场位移值；

根据所述计算模型，求解每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f；

依据所述水信号值w和所述脂肪信号值f得到分离的水图像和脂肪图像。

在其中一个实施例中，所述根据所述计算模型，求解每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f，包括：

通过IDEAL算法或VARPRO算法或三点Dixon算法，计算每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f。

一种水脂分离成像系统，包括：

序列设置模块，用于设置系统的采集时序为时间反转稳态进动快速成像序列，并设置多个回波时间；

磁场模块，用于产生磁共振所需的主磁场；

射频脉冲模块，用于通过周期性射频脉冲作用于位于主磁场中的成像区域，使所述成像区域产生磁共振信号；

采集模块，用于根据所述时间反转稳态进动快速成像序列，采集所述多个回波时间对应的磁共振信号；

图像生成模块，用于根据所述多个回波时间对应的磁共振信号，通过磁共振图像重建，得到所对应的磁共振图像；

图像分离模块，根据所述多个回波时间对应的磁共振图像，计算得到分离的水图像和脂肪图像。

在其中一个实施例中，所述序列设置模块用于设置至少3个回波时间，并使任意两个回波时间的差不等于水脂同相时间。

在其中一个实施例中，所述采集模块用于在不同脉冲周期间隔采集不同回波时间对应的磁共振信号；或

在同一脉冲周期采集所有回波时间对应的磁共振信号；或

对回波时间进行分组，在不同脉冲周期间隔采集不同分组的回波时间对应的磁共振信号。

在其中一个实施例中，所述图像分离模块包括：

模型建立单元，用于对所述多个回波时间对应的磁共振图像中每个图像点建立计算模型，所述计算模型为：S(t)＝[w+f·exp(i·2π·γ·δ_wfB₀t)]exp(i·2π·Φ·t)，其中，t为回波时间，S(t)为回波时间t对应的磁共振复数信号，w为水信号值，f为脂肪信号值，δ_wf为水脂共振频率差，γ为氢质子旋磁比，B₀为主磁场强度，Φ为磁场位移值；

计算单元，用于根据所述计算模型，求解每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f；

图像建立单元，用于依据所述水信号值w和所述脂肪信号值f得到分离的水图像和脂肪图像。

在其中一个实施例中，所述计算单元通过IDEAL算法或VARPRO算法或三点Dixon算法，计算每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f。

上述水脂分离成像方法和系统，利用时间反转稳态进动快速成像序列来进行，通过设置多个回波时间，通过周期性射频脉冲作用于人体的成像区域，使成像区域达到稳态产生磁共振信号，并依据时间反转稳态进动快速成像序列设置的时序，采集多个回波时间对应的磁共振信号，通过磁共振图像重建得到对应的磁共振图像，再进一步进行计算得到分离的水图像和脂肪图像，相比于现有技术能够在患者一次屏气内完成采集，并快速成像，以及计算得到分离的水图像和脂肪图像。

附图说明

图1为一个实施例中的水脂分离成像方法的流程示意图；

图2为时间反转稳态进动快速成像序列的一种时序图；

图3为时间反转稳态进动快速成像序列的另一种时序图；

图4为一个实施例中通过磁共振图像计算得到分离的水图像和脂肪图像的结果示意图；

图5为一个实施例中的水脂分离成像系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，在一个实施例中，提供了一种水脂分离成像方法。该方法尤其适用于磁共振腹部成像中。该方法的流程包括：

步骤102，利用时间反转稳态进动快速成像序列，设置多个回波时间，并通过周期性射频脉冲作用于位于主磁场中的成像区域，使成像区域产生磁共振信号。

本实施例中采用的序列为时间反转稳态进动快速成像序列（time reversedfast imaging with steady-state precession，PSIF或者CE-FAST），该序列的时序图可以参见图2或图3。设置多个回波时间TE_i（i=1,2,3,…N，N≥3），并使任意两个回波时间的差不等于水脂同相时间T，其中回波时间定义为回波形成时间到下一个脉冲中心的时间间隔。水脂同相时间式中水脂的共振频率差为δ_wf，氢质子旋磁比为γ，主磁场强度为B₀，任意两个回波时间差不等于水脂同相时间，避免了后续采集过程中采集多余的磁共振信号，提高了采集速度。参见图2或图3，对位于主磁场中的人体的成像区域，如腹部的成像区域，施加周期性的射频脉冲作用于成像区域，使成像区域的磁化矢量达到共振稳态。脉冲之间的重复时间的设置取决于成像区域大小、层厚、信号采集带宽和选择性吸收率等其它因素，为了提高图像的信噪比，应该尽可能取到最小值。层选梯度用于选择性激发成像中的特定区域，相位编码和频率编码用于对磁共振信号进行空间编码，标识成像区域中不同位置处采集的磁共振信号，以产生磁共振图像。

步骤104，采集多个回波时间对应的磁共振信号。

根据预先设置的时间反转稳态进动快速成像序列，根据不同的回波时间采集对应的磁共振信号。采集的时序图可以参照图2，在不同脉冲周期间隔采集不同回波时间对应的磁共振信号。采集的时序图也可以参照图3，在同一脉冲周期采集所有回波时间对应的磁共振信号，采用图3的时序图，一个射频脉冲周期即采集完所有回波时间对应的磁共振信号，提高采集效率。此外，也可以采用结合了图2和图3两种方式的采集模式，即在采集的时候，对回波时间进行分组，在不同脉冲周期间隔采集不同分组的回波时间对应的磁共振信号，例如以3个回波时间为例，可以在第一个脉冲周期采集前两个回波时间对应的磁共振信号，在第二个脉冲周期采集第三个回波时间对应的磁共振信号。

步骤106，根据多个回波时间对应的磁共振信号，通过磁共振图像重建，得到所对应的磁共振图像。

根据采集不同回波时间对应的磁共振信号，通过磁共振图像重建，得到对应的磁共振图像，其中，磁共振图像重建中包含了部分傅里叶重建、傅里叶变换等关键性步骤。参见图4，在一个实施例中，设置了3个回波时间，TE分别为2.49ms、3.69ms、3.08ms，在图4的左半部分，（a）至（c）图分别为3个回波时间对应的人体横断位腹部图像。

步骤108，根据多个回波时间对应的磁共振图像，计算得到分离的水图像和脂肪图像。

在本实施例中，得到各个回波时间对应的磁共振图像后，通过分离算法计算得到分离的水图像和脂肪图像。计算的过程为：（1）对多个回波时间对应的磁共振图像中每个图像点建立计算模型，计算模型为：S(t)＝[w+f·exp(i·2π·γ·δ_wfB₀t)]exp(i·2π·Φ·t)，其中，t为回波时间，S(t)为回波时间t对应的磁共振复数信号，w为水信号值，f为脂肪信号值，δ_wf为水脂共振频率差，γ为氢质子旋磁比，B₀为主磁场强度，Φ为磁场位移值；（2）根据计算模型，通过采集到的S（t），求解每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f和磁场位移值Φ，求解的算法可以是IDEAL算法、VAPPRO算法、三点Dixon算法中的一种；（3）依据水信号值w和脂肪信号值f得到分离的水图像和脂肪图像，参见图4中的右半部分，即（d）图和（e）图，即得到分离的水图像和脂肪图像，在本实施例中并没有使用求解到的磁场位移值Φ，该变量可以作为建立磁场图像的依据，用以反映磁场的均匀性。

参见图5，提供了一种实现上述水脂分离成像方法的系统。该系统包括：

序列设置模块502，用于设置系统的采集时序为时间反转稳态进动快速成像序列，并设置多个回波时间。

磁场模块506，用于产生磁共振所需的主磁场。

射频脉冲模块504，用于通过周期性射频脉冲作用于位于主磁场中的成像区域，使成像区域产生磁共振信号。

采集模块508，用于根据时间反转稳态进动快速成像序列，采集多个回波时间对应的磁共振信号。

图像生成模块510，用于根据多个回波时间对应的磁共振信号，通过磁共振图像重建，得到所对应的磁共振图像。

图像分离模块512，根据多个回波时间对应的磁共振图像，计算得到分离的水图像和脂肪图像。

具体的，在本实施例中，设置多个回波时间TEi（i=1,2,3,…N，N≥3），并使任意两个回波时间的差不等于水脂同相时间T，水脂同相时间式中水脂的共振频率差为δ_wf，氢质子旋磁比为γ，主磁场强度为B₀。在采集模块508采集磁共振信号时，可以在不同脉冲周期间隔采集不同回波时间对应的磁共振信号，也可以在同一脉冲周期采集所有回波时间对应的磁共振信号，也可以对回波时间进行分组，在不同脉冲周期间隔采集不同分组的回波时间对应的磁共振信号。

本实施例中，图像分离模块512包括：

模型建立单元（图中未示出），用于对多个回波时间对应的磁共振图像中每个图像点建立计算模型，计算模型为：S(t)＝[w+f·exp(i·2π·γ·δ_wfB₀t)]exp(i·2π·Φ·t)，其中，t为回波时间，S(t)为回波时间t对应的磁共振复数信号，w为水信号值，f为脂肪信号值，δ_wf为水脂共振频率差，γ为氢质子旋磁比，B₀为主磁场强度，Φ为磁场位移值。

计算单元，用于根据计算模型，求解每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f。求解的算法可以是IDEAL算法或VARPRO算法或三点Dixon算法。

图像建立单元，用于依据水信号值w和脂肪信号值f得到分离的水图像和脂肪图像。

上述水脂分离成像方法和系统，利用时间反转稳态进动快速成像序列来进行，通过设置多个回波时间，通过周期性射频脉冲作用于人体的成像区域，使成像区域达到稳态产生磁共振信号，并依据时间反转稳态进动快速成像序列设置的时序，采集多个回波时间对应的磁共振信号，通过磁共振图像重建得到对应的磁共振图像，再进一步进行计算得到分离的水图像和脂肪图像，相比于现有技术能够在患者一次屏气内完成采集，并快速成像，以及计算得到分离的水图像和脂肪图像。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水脂分离成像方法，其特征在于，包括：

利用时间反转稳态进动快速成像序列，设置多个回波时间，并通过周期性射频脉冲作用于位于主磁场中的成像区域，使所述成像区域产生磁共振信号；

采集所述多个回波时间对应的磁共振信号；

根据所述多个回波时间对应的磁共振信号，通过磁共振图像重建，得到所对应的磁共振图像；

根据所述多个回波时间对应的磁共振图像，计算得到分离的水图像和脂肪图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置多个回波时间包括：

设置至少3个回波时间，并使任意两个回波时间的差不等于水脂同相时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采集所述多个回波时间对应的磁共振信号包括：

在不同脉冲周期间隔采集不同回波时间对应的磁共振信号；或

在同一脉冲周期采集所有回波时间对应的磁共振信号；或

对回波时间进行分组，在不同脉冲周期间隔采集不同分组的回波时间对应的磁共振信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个回波时间对应的磁共振图像，计算得到分离的水图像和脂肪图像，包括：

对所述多个回波时间对应的磁共振图像中每个图像点建立计算模型，所述计算模型为：S(t)＝[w+f·exp(i·2π·γ·δ_wfB₀t)]exp(i·2π·Φ·t)，其中，t为回波时间，S(t)为回波时间t对应的磁共振复数信号，w为水信号值，f为脂肪信号值，δ_wf为水脂共振频率差，γ为氢质子旋磁比，B₀为主磁场强度，Φ为磁场位移值；

根据所述计算模型，求解每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f；

依据所述水信号值w和所述脂肪信号值f得到分离的水图像和脂肪图像。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述计算模型，求解每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f，包括：

通过IDEAL算法或VARPRO算法或三点Dixon算法，计算每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f。

6.一种水脂分离成像系统，其特征在于，所述系统包括：

序列设置模块，用于设置系统的采集时序为时间反转稳态进动快速成像序列，并设置多个回波时间；

磁场模块，用于产生磁共振所需的主磁场；

射频脉冲模块，用于通过周期性射频脉冲作用于位于主磁场中的成像区域，使所述成像区域产生磁共振信号；

采集模块，用于根据所述时间反转稳态进动快速成像序列，采集所述多个回波时间对应的磁共振信号；

图像生成模块，用于根据所述多个回波时间对应的磁共振信号，通过磁共振图像重建，得到所对应的磁共振图像；

图像分离模块，根据所述多个回波时间对应的磁共振图像，计算得到分离的水图像和脂肪图像。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述序列设置模块用于设置至少3个回波时间，并使任意两个回波时间的差不等于水脂同相时间。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述采集模块用于在不同脉冲周期间隔采集不同回波时间对应的磁共振信号；或

在同一脉冲周期采集所有回波时间对应的磁共振信号；或

对回波时间进行分组，在不同脉冲周期间隔采集不同分组的回波时间对应的磁共振信号。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述图像分离模块包括：

模型建立单元，用于对所述多个回波时间对应的磁共振图像中每个图像点建立计算模型，所述计算模型为：S(t)＝[w+f·exp(i·2π·γ·δ_wfB₀t)]exp(i·2π·Φ·t)，其中，t为回波时间，S(t)为回波时间t对应的磁共振复数信号，w为水信号值，f为脂肪信号值，δ_wf为水脂共振频率差，γ为氢质子旋磁比，B₀为主磁场强度，Φ为磁场位移值；

计算单元，用于根据所述计算模型，求解每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f；

图像建立单元，用于依据所述水信号值w和所述脂肪信号值f得到分离的水图像和脂肪图像。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述计算单元通过IDEAL算法或VARPRO算法或三点Dixon算法，计算每个图像点的水信号值w、脂肪信号值f。