CN105793721B

CN105793721B - 使用零回波时间脉冲序列的磁共振成像系统

Info

Publication number: CN105793721B
Application number: CN201480065885.1A
Authority: CN
Inventors: P·R·哈维
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2020-03-03
Anticipated expiration: 2034-10-27
Also published as: US10330758B2; JP6808492B2; US20170003364A1; RU2660401C1; EP3077836B1; EP3077836A1; WO2015082128A1; CN105793721A; JP2017500995A

Abstract

本发明提供了一种磁共振成像系统(100)，包括：磁体(104)，其用于生成具有成像区的主磁场，以及梯度线圈系统。梯度线圈系统包括一组未屏蔽梯度线圈(110)。磁共振成像系统还包括用于控制所述磁共振成像系统的处理器(130)。存储在存储器中的指令的执行使处理器：使用零回波时间脉冲序列采集(200、304)来自所述成像区之内的体积(109)的成像磁共振数据(152)；使用所述成像磁共振数据来重建(202、306)三维图像(156)；从所述三维图像减去校准图像，所述校准图像已经在成像区中没有对象的情况下被采集；并且通过将所述三维图像投影在二维平面中在显示器上绘制所述三维图像。

Description

使用零回波时间脉冲序列的磁共振成像系统

技术领域

本发明涉及磁共振成像，具体涉及零回波时间脉冲序列。

背景技术

通常，使用胸部X射线来诊断活动性肺结核。在诸如印度这样的发展中国家中，有患病风险的人每年可能用X射线检查他们的肺若干次。然而， X射线暴露增加了人罹患癌症的机会。

使用所谓零回波时间或超短回波时间脉冲序列对骨骼进行成像是已知的。Weiger等人的期刊文章“MRI with Zero Echo Time：Hard versus Sweep Pulse Excitation”(Magn Reson Med.2011年8月；66(2)：379-89，doi： 10.1002/mrm.22799)和Weiger等人的期刊文章“High-resolution ZTE imaging of human teeth”(NMR Biomed.2012，第25卷，第1144–1151页DOI： 10.1002/nbm.2783)公开了零回波时间脉冲技术的一些应用。

发明内容

本发明在各个实施例中提供了一种磁共振成像系统和一种用户接口。

如本领域技术人员将认识到的，可以将本发明的各方面具体化为装置、方法或者计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取全硬件实施例、全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或者组合软件和硬件各方面的实施例的形式，其在这里一般都可以称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面可以采取具体化在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，计算机可执行代码具体化在所述计算机可读介质上。

可以利用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者是计算机可读存储介质。如在这里所使用的“计算机可读存储介质”包含任意有形的存储介质，其可以存储由计算设备处理器可执行的指令。可以将计算机可读存储介质称为计算机可读非瞬态存储介质。还可以将计算机可读存储介质称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还可以存储能够通过计算设备的处理器存取的数据。计算机可读存储介质的范例包括，但不限于：软盘、硬磁盘驱动器、固态硬盘、闪存、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括紧致盘(CD)和数字多功能盘(DVD)，例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或者DVD-R光盘。术语计算机可读存储介质还指能够通过计算接设备经由网络或者通信链路存取的各种类型的存储介质。例如，可以通过调制解调器、因特网或者局域网来检索数据。可以使用任意适当的介质来发送具体化在计算机可读介质上的计算机可执行代码，包括，但不限于：无线、有线、光纤电缆、RF等，或者上述介质的任意适当组合。

计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波的一部分传播的数据信号，计算机可读代码被具体化在所述数据信号中。这样的传播信号可以采取多种形式，包括，但不限于：电磁、光或者其任意组合。计算机可读信号介质可以是除了计算机可读存储介质之外的任意计算机可读介质，并且可以通过或者结合指令执行系统、装置或设备来传送、传播或运输用于使用的程序。

“计算机存储器”或者“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是处理器可以直接存取的任意存储器。“计算机存储设备”或者“存储设备”是计算机可读存储介质的另一范例。计算机存储设备是任意非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储设备也可以是计算机存储器，反之亦然。

如在这里所使用的“处理器”包含能够执行程序或者机器可执行指令或者计算机可执行代码的电子部件。应该将对包含“处理器”的计算设备的引用理解为可能包含多于一个处理器或处理内核。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指在单个计算机系统内或者分布在多个计算机系统之间的处理器的集合。还应该将术语计算设备解释为可能指计算设备的集合或网络，其中，每个计算设备包含一个或多个处理器。可以通过多个处理器执行计算机可执行代码，所述多个处理器可以在同一计算设备内，或者甚至可以分布在多个计算设备上。

计算机可执行代码可以包含机器可执行指令或者令处理器执行本发明各方面的程序。可以以一种或多种编程语言的任意组合来编写执行针对本发明的各方面的操作的计算机可执行代码，并且将它们编译成机器可执行指令，这些编程语言包括诸如Java、Smalltalk、C++等面向对象的编程语言，以及诸如“C”编程语言或者类似编程语言的常规程序化编程语言。在一些实例中，计算机可执行代码可以以高级语言的形式或者预编译的形式出现，并且结合注释器使用，注释器生成联机机器可执行指令。

可以完全在用户计算机上、部分在用户计算机上作为独立的软件包执行计算机可执行代码，或者部分在用户计算机并且部分在远程计算机上或者完全在远程计算机或服务器上执行计算机可执行代码。在后一个方案中，可以通过任意类型的网络将远程计算机连接到用户计算机，该网络包括局域网(LAN)或者广域网(WAN)，或者可以(例如，使用因特网服务提供商经过因特网)连接到外部计算机。

参考本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图、插图和/或方框图描述本发明的各方面。应当理解，可以通过当可用时为计算机可读代码形式的计算机程序指令来实施流程图、插图和/或方框图的每个方框或者一部分方框。还应当理解，当互不排斥时，可以对不同流程图、插图和/或方框图中的多个模块进行组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或者其他可编程数据处理装置的处理器，使得当经由计算机或者其他可编程数据处理装置的处理器执行时，指令能够创建用于在流程图和/或方框图的一个或多个方框中所规定的功能/行为的模块。

还可以将这些计算机程序指令存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质可以指导计算机、其他可编程数据处理装置或者其他设备以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，该制品包括实施流程图和/或方框图的一个或多个方框中所规定的功能/行为的指令。

还可以将计算机程序指令加载到计算机、其他可编程数据处理装置或者其他设备上，以便在计算机、其他可编程装置或者其他设备上执行一系列操作步骤，产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在流程图和/或方框图的一个或多个方框中所规定的功能/行为的进程。

如在这里所使用的，“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统相互作用的接口。也可以将“用户接口”称为“人机接口设备”。用户接口可以将信息或数据提供给操作者并且/或者从操作者接收信息或数据。用户接口可以使来自操作者的输入被计算机接收，并且可以将输出从计算机提供给用户。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且该接口可以允许计算机指示操作者控制或操纵的效果。将数据或信息显示在显示器或图形化用户接口上是将信息提供给操作者的范例。通过键盘、鼠标、追踪球、触摸板、指示杆、绘图板、控制杆、游戏手柄、网络摄像头、耳机、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、跳舞毯、远程控制和加速器接收数据都是用户接口部件的范例，它们使得能够进行从操作者接收信息或数据。

如在这里所使用的“硬件接口”包含使计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置相互作用并且/或者控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器将控制信号或指令发送给外部计算设备和/或装置。硬件接口还可以令处理器与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括，但不限于：通用串行总线、IEEE 1394端口、并行端口、 IEEE 1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟数据接口以及数字输入接口。

如在这里所使用的“显示器”或者“显示设备”包含输出设备或者适合于显示图像或数据的用户接口。显示器可以输出视觉、音频和/或触觉数据。显示器的范例包括但不限于：计算机监视器、电视屏幕、触摸屏、电子触摸屏、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储显像管、双稳态显示器、电子纸、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED) 显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子显示板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪和头盔式显示器。

在这里将磁共振(MR)数据定义为在磁共振成像扫描期间对由原子自旋产生的、通过磁共振装置的天线发射的射频信号的记录测量。磁共振数据是医学图像数据的范例。在这里将磁共振成像(MRI)图像定义为磁共振成像数据内所包含解剖数据的二维或三维重建可视化。可以使用计算机进行这种可视化。

在一个方面中，本发明提供了如在各个实施例中所定义的磁共振成像系统。本发明旨在提供一种磁共振检查系统，其以与投影X射线成像器类似的、非常简单的方式来工作。本发明通过各种特征的组合技术效果来实现所述系统。亦即，无屏蔽梯度的使用允许廉价的构造。ZTE采集序列将针对硬组织类型的敏感度与磁共振信号的同步体积采集相结合。将重建的 3D图像投影到二维平面上包括平均化，即使使用未屏蔽梯度生成编码梯度磁场，所述平均化也实现良好的诊断图像质量。此外，为了激活对磁共振图像数据的采集，提供了单个控制元件。该单个控制元件与ZTE采集序列的使用协同操作，ZTE采集序列不要求在用户侧进行配置。磁共振成像系统包括用于生成具有成像区的主磁场的磁体。磁共振成像系统还包含用于生成在成像区之内的梯度磁场的梯度线圈系统。所述梯度线圈系统包括一组未屏蔽的梯度线圈，其能操作用于生成梯度磁场。一组未屏蔽的梯度线圈可以指用于在x、y和z方向中产生梯度的梯度线圈。也可以将其理解为用于生成三个正交梯度场的集合的梯度线圈。

屏蔽梯度线圈是具有附加绕组的梯度线圈，该附加绕组用于减小磁体或者磁体低温恒温器内的梯度散射场。例如，美国专利5296810描述了一种类型的屏蔽梯度线圈。

未屏蔽梯度线圈是没有减小磁体或者低温恒温器内的磁场的这些附加绕组的梯度线圈。磁共振成像系统还包含用于存储机器可执行指令和脉冲序列数据的存储器。脉冲序列数据描绘零回波时间磁共振成像方法。脉冲序列包含指令或者数据或信息，其可以被用于创建用于控制磁共振成像系统执行零回波时间磁共振成像方法的指令。磁共振成像系统还包含用于控制磁共振成像系统的处理器。指令的执行使处理器使用零回波时间脉冲序列数据采集来自从成像区之内的体积的成像磁共振数据。所述体积还可以将称为视场。指令的执行还使处理器使用所述成像磁共振数据来重建三维图像。指令的执行还使处理器在显示器上绘制三维图像的至少部分。

由于使用未屏蔽梯度线圈使得构造磁共振成像系统能够花费更少，所以该实施例可以是有益的。使用屏蔽梯度线圈是现代磁共振成像仪器的标准。使用屏蔽梯度线圈对于根据对象内的切片或者特定区域采集磁共振数据的范例也是很重要的。零回波时间脉冲序列同时采集针对全部体积的数据。

在一些范例中，显示器可以是磁共振成像系统的部分或部件，诸如监视器或其他显示器。在其他范例中，显示器是在分离的物体上的显示器。例如，平板电脑或者移动电话可以被用于显示。在一些范例中，可能存在安装在平板或者移动电话设备上的、用于显示和/或控制磁共振成像系统的 app或应用。因为在显示器上对三维图像的灰质可以被用于取代X射线，所以上述实施例也可以是有益的。对于本领域技术人员，因为未屏蔽的梯度线圈不适合用于现代磁共振成像协议，所以使用未屏蔽梯度线圈可能不是显而易见的。

在另一实施例中，通过将三维图像投影到至少一个二维平面上来绘制三维数据。因为可以以类似于X射线的方式使用三维图像的投影，所以该实施例可以是有益的。其具有减小个体被暴露的辐射量的益处。同样地，将三维图像投影到二维平面上具有良好的信噪比的益处。在图像中存在平均化效应，并且这使得即使使用未屏蔽梯度线圈也能够获得良好的图像质量。可以将三维图像投影到多于一个平面上。与常规X射线相比，因为可以使用单次数据采集在不同平面中进行投影，所以这是有益的。同时显示多于一个二维平面可能也是有益的。例如，可以显示彼此正交的平面。

在另一实施例中，磁共振成像系统包括具有单个控制元件的用户接口，其能操作用于激活对磁共振数据的采集。例如，该单一控制元件可以是按钮或者磁共振成像系统表面上的其他控制。所述单个控制元件也可以是显示器上所显示的图形用户接口中的控制元件或者控制器。因为使用零回波时间脉冲序列不要求在用户侧进行配置，所以该实施例是有益的。例如，相对不熟练的个体可能将对象放在成像区之内，并且随后简单地激活磁共振成像系统来采集成像磁共振数据。例如，在不总是可找到医生或者熟练技师的远程诊疗中，这可能是有用的。

在另一实施例中，用户接口还包括使用选择器调节梯度磁场以收缩或扩展视场的领域。通过简单剪切或图像处理技术，能够改变所显示的视场。通过调节由未屏蔽梯度线圈所生成的梯度，也能够调节视场。这可以通过改变由未屏蔽梯度线圈所生成的梯度场的持续时间或者通过改变由未屏蔽梯度线圈所生成的磁场的大小来实现。

视场选择器例如可以是在预定数目的梯度设置之间进行选择的机械选择器，或者在另一范例中，视场选择器可以是在图形用户接口上的选择器。

在另一实施例中，指令的执行还使处理器在显示器上绘制三维图像的至少部分之前从三维图像中减去校准图像或者能够进行卷积。当使用零回波时间脉冲序列时，在一些实例中，可以将用于构造磁共振成像系统的塑料或其他材料成像在磁共振成像系统上。在这里，校准图像包含利用磁共振成像系统采集的、磁共振成像系统内没有对象的图像。这可以是一种从三维图像中移除伪影的直接且简单的方式。在图像内存在折叠时尤其如此。

在另一实施例中，指令的执行还使处理器使用零回波时间脉冲序列采集来自成像区内的体积的校准磁共振数据。磁共振成像系统能操作用于在成像区内无对象的情况下来采集磁共振数据。指令的执行还使处理器使用所述校准磁共振数据来重建校准图像。例如，这可以通过与重建三维图像相同的方法来实现。

在另一实施例中，处理器能操作用于在采集成像磁共振数据之前或之后来采集校准磁共振数据。例如，在对对象已经被成像并且随后操作者注意到在图像中存在伪影的情况下，能够在已经对对象进行成像之后进行校准。因此，实际上，能够在采集成像磁共振数据之前或之后执行该校准。

在另一实施例中，磁体能操作用于将对象的胸腔支撑到成像区之内。因为磁共振成像系统可以用作拍摄对象肺的X射线照片的替代，所以该实施例可以是有益的。例如，在试图检测肺结核或者其他肺感染时，这可能是有用的。与常规X射线机器相比，对象暴露于更少的辐射。与常规磁共振成像系统相比，因为使用未屏蔽梯度线圈代替了屏蔽梯度线圈，所以该实施例的磁共振成像系统构造费用将更少。

在另一实施例中，磁体能操作用于在成像区内支撑肢端的部分。因为能够将例如臂、腿或者其他肢端放置在磁体内，并且可以使用在显示器上绘制的三维图像的至少部分来代替常规X射线照片，所以该实施例可以是有益的。

在另一实施例中，磁体是有孔的圆柱形磁体。成像区在所述孔之内。在一个范例中，所述孔的直径小于25cm。在另一范例中，所述孔的直径小于或等于15cm。因为可以将诸如水果或者制造的物体的其他物体放置在磁共振成像系统中并进行检查，所以该实施例可以是有用的。与常规磁共振成像系统相比，结合未屏蔽梯度线圈使用小孔径意味着可以非常廉价地构造磁共振成像系统。

在另一实施例中，梯度线圈系统包含用于给未屏蔽梯度线圈组供应电流的梯度线圈电源。在一个范例中，未屏蔽梯度线圈的压摆率小于10T m/s 或者小于1T m/s。当压摆率小于或等于10T m/s时的梯度线圈电源的功率需求小于或等于10kVA。在电源的摆动速率小于或等于1T m/s的另一范例中，电源需求是5kVA。因为与常规磁共振成像系统相比使用了较小功率的电源，这意味着它将会更便宜，所以该实施例可能是有益的。另外，可以在电源较差的区域中使用该磁共振成像系统。例如，在具有相对不可靠电网的发展中国家中使用。

在另一实施例中，磁体能操作用于生成成像区中的主磁场，其具有小于或等于如下任一项值的场强：0.5T、1T和1.5T。尽管图像中的信噪比随着场减小变差，但是将数据投影到二维屏幕上的技术意味着仍然有相对较大的信噪比，使得医师或其他操作者能够正确地解读图像，所以使用这些磁场可能是有益的。

在另一实施例中，用户接口能操作用于选择三维数据的切片以在显示器上进行绘制。

因为该实施例可以使提供医疗保健提供者能够更详细地观察对象的特定区域，所以该实施例可能是有益的。常规X射线机不可能实现这种操作。

在另一实施例中，零回波时间脉冲序列数据使处理器针对径向中心输出k空间编码而使用梯度线圈系统生成一系列连续梯度磁场。指令的执行还使处理器生成对应于一系列常梯度磁场的每个磁场的块(block)射频脉冲。在一些范例中，使射频脉冲对应于一系列常梯度磁场的每个磁场可能意味着在一系列常梯度磁场的每个磁场的一部分期间执行射频脉冲。指令的执行还使处理器在块射频脉冲之后测量成像磁共振数据的部分。

在另一方面中，本发明提供了用于磁共振成像系统的用户接口，所述用户接口包括能操作用于激活对磁共振数据的采集的单个控制元件。在该范例中，用户接口可以被连接到磁共振成像系统的上述特征，使得其能够正常运行。

应当理解，只要组合实施例不互相排斥，就可以对本发明的一个或多个上述实施例进行组合。

附图说明

在下文中，将仅通过范例的方式并且参考附图描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1图示了磁共振成像系统的范例；

图2示出了操作图1的磁共振成像系统的方法的范例的流程图；

图3示出了操作图1的磁共振成像系统的方法的另一范例的流程图；

图4图示了零回波时间脉冲序列的范例；并且

图5示出了对于最佳骨骼扫描和最佳肺扫描的全身SAR作为B0的函数的绘图。

附图标记列表

100 磁共振成像系统

104 磁体

106 磁体的孔

108 成像区

110 磁场梯度线圈

112 磁场梯度线圈电源

114 射频线圈

116 收发器

118 对象

120 对象支撑物

126 计算机系统

128 硬件接口

130 处理器

132 用户接口

136 计算机存储设备

138 计算机存储器

140 脉冲序列

142 磁共振数据

150 脉冲序列(零回波时间)

152 成像磁共振数据

154 校准磁共振数据

156 三维图像数据

158 校准图像

160 控制模块

162 图像重建模块

164 图像处理模块

170 显示设备

172 显示器

174 控制元件

176 选择器

178 选择器

180 三维图像的绘制

400 梯度值

402 采集时间

404 块RF脉冲

406 TR重复时间

408 编码时间

410 梯度调节时间

500 静磁场(B0)T

502 全身SAR W/kg

504 肺组织

506 骨骼组织

具体实施方式

在这些附图中相似编号的元件是等效元件或者执行相同的功能。如果功能是等效的，则在后图中将不必再对之前已经论述的元件进行论述。

图1图示了根据本发明的实施例的磁共振成像系统100的范例。磁共振成像系统100包括磁体104。磁体104是超导圆柱型磁体104，具有穿过其的孔106。也能够使用不同类型的磁体，例如，能够使用开裂式圆柱形磁体和所谓的开放式磁体。开裂式圆柱形磁体与标准圆柱形磁体类似，除了低温恒温器开裂成两部分以便允许进入磁体的等平面，这样的磁体例如可以与带电粒子射束治疗结合使用。开放式磁体有两个磁体部分，一部分在另一部分之上，二者之间的空间足够大以能够接收对象：两部分区域的布置与亥姆赫兹线圈类似。由于对象受限较少，所以开放式磁体更普及。在圆柱形磁体的低温恒温器内部，存在超导线圈的集合。在圆柱形磁体104 的孔106内，存在成像区108，在成像区108处，磁场足够强并且足够均匀以执行磁共振成像。

在成像区内是视场109，从视场109收集磁共振数据。在k空间中收集数据，并且随后使用傅里叶变换将所述数据变换到图像空间中。因此，所收集的k空间数据也描述了视场之外的区域。

在磁体的孔106之内，还存在一组磁场梯度线圈110，其用于磁共振数据的采集，以便对磁体104的成像区108之内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈是未屏蔽的磁梯度场线圈。磁场梯度线圈110被连接到磁场梯度线圈电源112。磁场梯度线圈110意在是代表性的。通常，磁场梯度线圈 110包含用于在三个正交空间方向中进行空间编码的三组分离的线圈。磁场梯度线圈电源为磁场梯度线圈供应电流。供应给磁场梯度线圈110的电流被控制作为时间的函数，并且可以是斜变的或者脉冲式的。

邻近成像区108的是用于在成像区108内操作磁自旋的取向并且用于接收来自成像区108内自旋的无线电发射的射频线圈114。射频天线可以包含多个线圈元件。射频天线也可以称为信道或天线。射频线圈114被连接到射频收发器116。可以由分离的发送和接收线圈以及分离的发射器和接收器来代替射频线圈114和射频收发器116。应当理解，射频线圈114和射频收发器116是代表性的。射频线圈114旨在也代表专用发射天线和专用接收天线。类似地，收发器116也可以代表分离的发射器和接收器。射频线圈114还可以具有多个接收/发射元件，并且射频收发器116可以具有多个接收/发送信道。

磁场梯度线圈电源112和收发器116被连接到计算机系统126的硬件接口128。计算机系统126还包括处理器130。处理器130被连接到硬件接口128、用户接口132、计算机存储设备134和计算机存储器136。

计算机存储设备134被示为包含脉冲序列150。脉冲序列150包含指令或数据，其可以被转换成使磁共振成像系统使用零回波时间磁共振成像方法来采集磁共振数据的指令。计算机存储设备134还被示为包含成像磁共振数据152。成像磁共振数据152是在对象至少部分处在成像区108内的情况下并且使用脉冲序列150来采集的。计算机存储设备134被示为包含可选的校准磁共振数据154。当对象118不在磁体106的孔内时，使用脉冲序列150采集校准磁共振数据154。计算机存储设备134还被示为包含使用成像磁共振数据152重建的三维图像数据或三维图像156。计算机存储设备 134还被示为包含从校准磁共振数据154重建的校准图像158。

计算机存储器136被示为包含控制模块160。控制模块160包含使处理器130能够控制磁共振成像系统100的操作和功能的代码。例如，控制模块160使得处理器130能够使用脉冲序列150采集磁共振数据152、154。计算机存储器136还被示为包含图像重建模块162，其使得处理器130能够从成像磁共振数据152重建三维图像数据156并且从校准磁共振数据154 重建校准图像158。

用户接口132被示为被连接到显示设备170。在一个范例中，显示设备可以是监视器和鼠标或者用于输入数据和显示数据的触摸屏。在另一范例中，显示设备170可以是诸如平板电脑或者所谓的智能手机的分离的计算设备。显示设备具有显示器172。在显示屏172上显示控制元件174。控制元件174例如是单个按钮或控制元件，其能操作用于激活对磁共振数据的采集。选择器176可以是可选的，并且例如可以用于选择所采集的磁共振数据的视场。例如，这可以通过图像处理完成，或者其还可以通过改变梯度持续时间或幅度来完成。选择器178也可以是可选的，并且例如可以被用于修改图像180。例如，可以旋转数据被投影在其上的平面。显示器172 还示出了显示三维图像数据的绘制180的区域。

计算机存储设备136被示为包含图像处理模块164。图像处理模块例如可以用于绘制三维图像数据156。例如，其可以被用于将其投影到特定平面上。图像处理模块164还可以被用于在对其进行绘制之前从三维图像数据 156中减去校准图像158。

图2示出了图示说明操作图1中所示的磁共振成像系统100的方法的流程图。首先，在步骤200中，使用零回波时间脉冲序列数据150从成像区108内的视场109采集成像磁共振数据152，以控制磁共振成像系统100。接下来，在步骤202中，从成像磁共振数据152重建三维图像156。最后，在步骤204中，在显示器172上绘制三维图像156的至少部分。

在显示器172上，可以通过各种方法来完成绘制180。例如，全部成像磁共振数据可以被投影到二维平面上。在其他实例中，可以使用诸如立体电视的三维显示器来三维地显示数据。

图3示出了图示说明用于控制图1中所示的磁共振成像系统100的另一方法的范例的流程图。首先，在步骤300中，使用零回波时间脉冲序列数据150从成像区108内的视场109采集校准磁共振数据154。磁共振成像系统能操作用于在成像区中无对象的情况下采集磁共振数据。当采集校准磁共振数据时，对象在孔106之外。接下来，在步骤302中，从校准磁共振数据154中重建校准图像158。随后，在步骤304中，使用零回波时间脉冲序列数据150从成像区108内的视场109采集成像磁共振数据152，以控制磁共振成像系统100。随后，在步骤306中，使用成像磁共振数据152重建三维图像156。在步骤308中，从三维图像156中减去或者卷积校准图像。随后，最后，在步骤310中，在显示器172上绘制三维图像的至少部分。应当注意，能够首先执行对成像磁共振数据或校准磁共振数据的采集。采集它们的次序无关紧要。

在图1中示出了专用MR成像技术与专用且大幅简化的MR系统硬件设计的组合。在这个意义上，其在当前使用X射线和CT执行的实例中实现了专用临床应用。另外，当与常规通用MRI系统相比时，指定成像方法与硬件设计的组合的特性可以实现了大体上无声的操作、明显的系统简化、引人注目的易用性以及实质上更低的成本。专门选择的成像方法有助于对骨骼和肺进行成像，这使得其作为传统X射线(骨骼)以及甚至CT(肺) 应用的非电离替代特别有吸引力。

范例可以提供简化的MRI系统，其通过利用单个专用并且大体上静音的MR成像方法来提供全身或专用肢体图像，所述方法能够以亚毫秒回波时间来生成质子密度和/或T1加权图像。通过设计，本发明的MRI系统仅仅利用单种成像技术，这避免了对于迅速切变的梯度场和复杂RF脉冲形状的需求。消除如在常规MRI中所使用的这些严格硬件需求允许大大简化梯度子系统和RF子系统以及数据采集子系统。作为缩减硬件需求的结果，本发明的MRI系统的优选实施例利用未屏蔽的3轴梯度线圈连同相对低功率的梯度放大器。这种梯度功率需求显著减小的结果之一是系统成本和复杂度大大降低。作为专用成像技术中所需RF脉冲的极度简化的结果，实现了成本和复杂度的进一步降低。

已知为零回波时间(ZTE)成像的合适的成像技术仅利用短RF块脉冲连同不间断的3D k空间轨迹，其由避免梯度幅度的高压摆率和大步长的梯度激活策略促进。ZTE扫描在操作中大体上是静音的，并且以极短回波时间产生高分辨率图像，这特别有利于对骨骼和肺组织成像。作为专用硬件和专一成像方法的结果，本发明的显著降低成本的MRI系统旨在用于主要对骨骼和断骨以及肺和肺部疾病进行成像。通常，使用X射线来执行这些应用。然而，X射线使用电离辐射，特别是在年轻患者和小孩中，这可能是有害并且是不期望的。作为独特的预期硬件化简及其专用的大体上静音的短回波时间成像技术的结果，本发明的MRI系统旨在代替X射线系统描绘断骨和骨骼疾病的能力和应用，并且在这里可以用首字母缩写PXMR指代。

大体上静音并且短TE的成像方法利用3D径向k空间轨迹，其消除了对切片选择或者离心切片激励的需求。事实上，通过将成像体积约束为总是围绕系统等中心采集的3D体积，其消除了对切片选择和频率偏置RF脉冲的需求。这大大简化了RF发射子系统的功能和架构，使其仅递送短RF 块脉冲。还消除了对执行侦查图像和切片位置规划的需求，从而显著简化了操作者的工作流程。

PXMR系统针对数据采集利用单个扫描序列类型。ZTE成像方法是这种方法的范例，并且其特征在于，使用了短块RF脉冲和3D径向k空间轨迹，这避免了大的梯度步长，从而大体上无声地绘制采集过程。

图4示出了零回波时间脉冲序列的略图。水平轴是时间。在该图中示出的是供应到梯度线圈之一的电流，并且被标记为400。区域402示出了当使能对数据的采集时的时间。时间线404示出了何时执行块RF脉冲。标记为406的持续时间是重复时间或TR。标记为408的持续时间是执行编码408 的时间。标记为410时间块是调节梯度400的时间。

下表示出了常规MRI系统和PXMR系统的一些可能特征之间的比较。

属性	常规MR	PXMR
			梯度线圈	屏蔽	未屏蔽
典型的峰值梯度幅度	40 mT/m	15 mT/m
			典型的峰值梯度压摆率	200 T/m/s	1 T/m/s
典型的梯度放大器功率	>1000 kVA	～5 kVA
			RF脉冲形状	成形包络	仅仅是块
信号定位	切片选择	无(整个体积)
			成像序列类型	许多	1
图像采集格式	2D和3D	仅3D
			k空间轨迹	主要是笛卡尔	3D径向静音

使用块RF脉冲大大简化了分光仪。不需要生成成形为正弦状的RF脉冲，从而消除了对必要硬件和软件的需求。由于总是将成像执行为围绕系统等中心的3D体积，所以不存在提供用于激励频率偏移量的功能的特别需求。对于PXMR，梯度压摆率需求是极低的，大约为1 mT/m，因此消除了对使用屏蔽梯度线圈的需求。低压摆率需求外加使用未屏蔽梯度线圈意味着与常规MRI系统相比，梯度放大器功率能够被减小若干数量级。对于 PXMR系统，优选B0场强能够在0.5 T一直到1.5 T之间。尽管该范围是优选的，但是本方法不排除更高或者更低的静态场强。ZTE方法特别适合于采用短T2部件对组织进行成像。

扫描参数&最佳B0

在如下范例中，为骨骼和肺成像假设固定的扫描参数：

视场(FOV)(x，y，z)：500mm

分辨率：1mm(各向同性)

·对于利用5μs持续时间块脉冲的类ZTE序列，得到的TR是1ms。

·所需的最大梯度幅度是14mT/m，并且压摆率是0.4T/m/s。

·对于骨骼和肺的恩斯特角度(产生最大信号幅度)分别是6.6度和2.3 度。

·在这些环境下的3D体积可以花费2到3分钟来采集。

·根据静态磁场强度比较预期全身SAR生成图3中的曲线图。

对于全身SAR，仅在第一级受控模式下操作是有利的，这是由于该模式不需要对患者的医嘱。对于全身SAR，第一级受控模式的极限是2W/kg。

图5示出了全身SAR作为静态场强的函数的曲线图，该静态场强来源于用于所定义的固定扫描参数的ZTE扫描参数。线504代表肺扫描情况下的关系，而线506代表对于骨骼扫描的关系。在2W/kg全身SAR极限内实现这两种扫描类型的最大场强是1.0T。如上所述，在图5中示出了全身 SAR作为用于最佳骨骼扫描和最佳肺扫描的B0的函数。

范例可能具有如下优点：

·专用于对骨骼和肺进行成像的MRI系统适合于代替典型的X射线应用，同时消除电离辐射。

·显著简化了MRI系统，并且随之带来MRI系统成本降低。

·静音操作

·单种扫描类型，无需执行任何规划，实现真正的单按钮。

范例可以具有如下特征中的一个或多个：

1)对骨骼和/或肺成像以及通常使用X射线执行的其他临床应用最佳的专用MRI系统。

2)所述MRI系统利用优选在1.0T静磁场强下操作的磁体。

3)所述磁体能够是全身或者专用肢体磁体。

4)所述系统利用未屏蔽梯度线圈以及至少一个发射和接收RF线圈。

5)所述梯度线圈受梯度放大器激发，该梯度放大器具有比在常规MRI系统中利用的梯度放大器低得多的功率。

6)所述系统任选利用局部发射/接收RF线圈阵列。

7)所述系统利用大体上静音的3D成像方法，所述方法对于利用短T2部件对像骨骼或肺组织这样的组织进行成像是最佳的。

8)对于全身SAR，所述系统优选总是在第一级受控模式下操作。

9)所述系统提供了单按钮操作。

10)所述系统不需要操作者对成像体积进行规划。

11)所述系统仅仅利用非切片选择块脉冲。

12)所述系统的特定配置可以利用屏蔽梯度线圈。

当使用超短回声时间(UTE)或零回波时间(ZTE)脉冲序列时，可能存在来自用于制造磁共振成像系统的材料的不希望的质子信号。如下范例和方法可以提供从磁共振图像中消除或移除该信号的方法。在利用超短或零回波时间采集MRI数据的方法中可以消除不希望的质子信号。通常，不希望的质子信号来源于患者支撑物和RF线圈外壳以及患者FOV周围的部件的材料。消除这种不希望的信号的简单方式是在无患者存在的情况下参考扫描。该参考扫描仅包括不希望的质子信号。随后，从患者图像中减去参考扫描数据，或者否则参考扫描数据将包含在患者图像中，结果得到最终没有不希望的质子信号的图像。UTE/ZTE方法的特征是它们本质是3D 采集，这使它们使用相似的3D参考扫描进行校正。

已经示范了人体ZTE成像。零回波时间(ZTE)成像仅将短RF块脉冲与不间断的3D k空间轨迹一起使用，其由避免梯度幅度的高压摆率和大步长两者的梯度激活策略促进。ZTE扫描在操作中大体上是静音的，并且以极短回波时间产生高分辨率图像，这特别有利于对骨骼和肺组织两者进行成像。大体上静音并且短的TE成像方法利用了3D径向k空间轨迹，其消除了对切片选择或离心切片激励的需求。事实上，总是通过围绕系统等中心采集将成像体积限制为3D体积，这消除了利用切片选择和频率偏移RF 脉冲的需要。这大大简化了RF发射子系统的功能和结构，仅递送短RF块脉冲即可。还消除了执行侦察图像和切片位置规划的需求，从而显著简化了操作者的工作流程。

对于ZTE和类似的超短回声时间成像方法，问题是它们能对组成患者支持物和RF线圈机构的塑料材料中的质子进行成像。通常，这些材料和机构是具有可预测且不变形状和尺度的刚性物体。对于患者支持物、系统体线圈和很多局部接收线圈尤其如此。

范例可以提供采集完整3D图像的手段，所述3D图像具有与预期临床扫描相同的分辨率、FOV和对比度，但是患者不在位置中。这能够在安装时以及在患者之间偶然进行。存储该质子校准扫描，并且在临床图像重建期间利用该质子校准扫描。在最简方法中，从临床扫描复杂图像数据减去复杂校准图像数据，得到没有不希望的质子信号的临床扫描。

其他重建方法是可能的，然而，本发明的本质是采集并使用关于不期望质子信号的分布和浓度的先验信息。

成像技术：

ZTE成像方法的特征是使用了短块RF脉冲和3D径向k空间轨迹，其避免了大梯度步长，从而在声学上大体静音地绘制采集过程(参见图4)。 ZTE方法最近已展示了利用数分钟数量级的扫描时间覆盖很大3D体积的全身成像能力。与所有超短回波时间成像技术类似，ZTE方法也生成并测量来自诸如RF线圈外壳和部件的任意周围材料的不希望的质子信号。

在无患者的情况下执行本发明的校准过程。除了来自患者的期望的质子信号之外，还存在额外的来自RF线圈和患者支撑物的部件和结构的不希望的信号。

在无患者的情况下采集质子参考校准数据。这可以在系统通常处于空闲时的患者之间执行，或者根据系统稳定性定期地执行。可以通过相减或者通过利用关于不希望的质子信号的位置和亮度的知识的任何其他技术来执行对实际临床图像数据的校正。

对校准过程的进一步细化是利用各种翻转角和TR来采集质子校准扫描，从而使得能够构造用于质子校准数据的对比模型，能够使用这些质子校准数据优化事件中的校正步骤，在该事件中，为临床采集使用不同的翻转角。

范例可以具有如下特征之的一个或多个：

1)用于ZTE/UTE成像方法的质子校准过程，其有助于消除来自周围结构的不希望的质子信号。

2)所述校准过程以等同于临床协议但是减除掉患者的方式来采集数据。

3)所述校准过程定期执行。

4)备选地，一种质子校准过程，其对患者周围材料的MR弛豫属性进行量化，并且使该属性适合对比度模型，随后使用该对比度模型生成合成校准数据，为了优化临床图像中来自不希望的质子源的伪影抑制，可以操作该合成校准数据。

5)一种能够在患者离开桌台之前或之后执行的校准过程。

6)一种也消除折叠到感兴趣FOV内的不希望的信号的校准过程。

尽管已经在附图及前述说明中详细说明并描述了本发明，但是这种说明和描述应当被视为是说明性或示例性而非限制性的，本发明并不限于所公开的实施例。

本领域的技术人员在实现所要求的本发明的过程中，可以通过研究附图、公开和随附的权利要求来理解并实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，术语“包括”不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他元件可以实现权利要求中所述的若干项的功能。事实上在互相不同的从属权利要求中所述的某些措施并不表示不可以使用这些措施的组合以获益。可以将计算机程序存储/发布在诸如光存储介质或者与其他硬件一起提供或作为其他硬件一部分提供的固态介质的合适介质上，但是计算机程序也可以以诸如经由互联网或者其他有线或无线电信系统的其他形式发布。不应当将权利要求中的任何参考标号理解为限制范围。

Claims

1.一种磁共振成像系统(100)，包括：

-磁体(104)，其用于生成具有成像区的主磁场；

-梯度线圈系统，其用于生成在所述成像区之内的梯度磁场，其中，所述梯度线圈系统包括能操作用于生成所述梯度磁场的一组未屏蔽梯度线圈(110)；

-存储器(134、136)，其用于存储机器可执行指令(160、162、164)和脉冲序列数据(150)，其中，所述脉冲序列数据描绘零回波时间磁共振成像方法；

-用户接口(172)，其具有能操作用于激活对所述磁共振数据的采集的单个控制元件(174)；

-处理器(130)，其用于控制所述磁共振成像系统，其中，所述指令的执行令所述处理器：

-使用所述零回波时间脉冲序列数据采集(200、304)来自所述成像区之内的体积(109)的成像磁共振数据(152)；

-使用所述成像磁共振数据来重建(202、306)三维图像(156)；并且

-在显示器上绘制(204、310)所述三维图像的至少部分；

-其中，通过将所述三维图像投影到至少一个二维平面(180)上来绘制所述三维图像的部分；并且

-其中，所述指令的执行还令所述处理器：

-使用所述零回波时间脉冲序列采集(300)来自所述成像区之内的所述体积的校准磁共振数据(154)，其中，所述磁共振成像系统能操作用于在所述成像区中无对象的情况下采集所述校准磁共振数据；

-使用所述校准磁共振数据来重建(302)校准图像；并且

-在所述显示器上绘制所述三维图像的所述至少部分之前，从所述三维图像减去或者卷积(308)所述校准图像(158)。

2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述用户接口还包括视场选择器(176)，所述视场选择器用于调节所述梯度磁场以收缩或扩展所述体积。

3.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述处理器能操作用于在采集所述成像磁共振数据之前或之后采集所述校准磁共振数据。

4.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，磁体能操作用于将所述对象的胸腔支撑到所述成像区中。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述磁体能操作用于支撑在所述成像区之内的肢端的部分。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述磁体是具有孔的圆柱形磁体，其中，所述孔具有小于或等于25cm的直径。

7.根据权利要求6所述的磁共振成像系统，其中，所述孔具有小于或等于15cm的直径。

8.根据权利要求1-4中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，梯度线圈系统包括用于向所述一组未屏蔽梯度线圈供应电流的梯度线圈电源，其中，所述未屏蔽梯度线圈的压摆率小于10Tm/s，并且其中，所述梯度线圈电源的功率要求小于10kVA。

9.根据权利要求8所述的磁共振成像系统，其中，所述未屏蔽梯度线圈的压摆率小于1T/m/s。

10.根据权利要求8所述的磁共振成像系统，其中，所述梯度线圈电源的功率要求小于5kVA。

11.根据权利要求1-4中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述磁体能操作用于生成在所述成像区中的具有小于或等于1.5特斯拉场强的所述主磁场。

12.根据权利要求11所述的磁共振成像系统，其中，所述磁体能操作用于生成在所述成像区中的具有小于或等于1特斯拉场强的所述主磁场。

13.根据权利要求12所述的磁共振成像系统，其中，所述磁体能操作用于生成在所述成像区中的具有小于或等于0.5特斯拉场强的所述主磁场。

14.根据权利要求1-4中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述用户接口能操作用于选择要在所述显示器上绘制的所述三维图像的切片。

15.根据权利要求1-4中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，零回波时间脉冲序列数据令所述处理器：

-针对径向中心输出k空间编码使用所述梯度线圈系统来生成一系列恒定梯度磁场；

-生成对应于所述一系列恒定梯度磁场中的每个恒定梯度磁场的块射频脉冲；并且

-在所述块射频脉冲之后测量所述成像磁共振数据的部分。