CN107209243A - 用于磁敏感加权磁共振成像的方法和系统 - Google Patents

用于磁敏感加权磁共振成像的方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种用于对脉管系统的磁敏感加权磁共振成像的方法。所述方法包括以下步骤：‑采集包含至少第一回波中的飞行时间信号的多回波数据(S1)；‑从所述数据中识别属于动脉的体素(S2)；并且‑生成关于动脉存在的对应信息(S3)。本发明还涉及一种用于对脉管系统的磁敏感加权磁共振成像的对应系统(10)。

Description

用于磁敏感加权磁共振成像的方法和系统
技术领域
本发明涉及磁敏感加权成像(SWI)的领域，更精确地涉及对静脉和/或动脉脉管系统的磁敏感加权成像的领域。本发明尤其涉及用于SW成像的对应方法和用于SW成像的对应MR系统。
背景技术
磁敏感加权成像(SWI)是使用“完全流量补偿”的、长回波、快速梯度回波(GRE)脉冲序列的磁共振成像(MRI)方法，以不同于使用自旋密度、T1成像或T2成像的传统磁共振成像的方式来采集图像。由申请人实现的磁敏感加权成像(SWIp)的优选版本基于4回波多回波梯度回波(mFFE)序列。针对第一回波实现3D流量补偿，而其他回波仅在读出方向上进行流量补偿。来自四个回波的幅值信息使用以下非线性组合进行组合：
其中，p＝2是例如在文献WO 2014/195454A1中描述的典型值。
然后使用PADRE算法(PADRE：相位差增强成像方法)将相位掩模应用于经组合的幅值图像，例如根据欧洲专利申请EP 2380492A1而知晓该方法。假设使用血管增强模式，PADRE掩模被定义为：
其中，α＝1.6，β＝1.2，并且σ＝0为典型值。
SWIp成像不是完全流量补偿的事实将导致组合的SWIp图像中来自动脉的飞行时间信号的模糊。然而，这能够通过使用多回波流量补偿方法来解决。额外地，由于流动效应和因非均匀磁场中的自旋位移造成的累积的相位，针对一些动脉可以观察到显著的失相。这使得难以区分动脉信号与静脉信号。
文献WO 2009/094304 A2描述了用于脉管系统的磁敏感加权磁共振成像的另一种系统和方法。所述系统包括磁共振设备和后处理器模块。所述磁共振设备包括被配置为生成激励信号的脉冲生成器模块。所述磁共振设备还包括数据采集器模块，所述数据采集器模块与所述脉冲生成器模块通信性地耦合，并且被配置为根据回波中的至少两个来采集数据。所述后处理器模块与所述磁共振设备通信性地耦合，并且被配置为对所述数据进行后处理，尤其是被配置为从至少第一回波采集MR血管造影(MRA)数据并且从至少第二回波采集MR静脉造影(MRV)数据。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于磁敏感加权磁共振成像的方法和系统，所述方法和系统使得能够实现更好的动脉描绘。
该目的是通过独立权利要求的特征来实现的。从属权利要求详述了本发明的有利实施例。
根据本发明的各种实施例，一种用于对脉管系统的磁敏感加权磁共振成像的方法包括以下步骤：
(a)采集包含至少第一回波中的飞行时间信号的多回波数据；
(b)从所述数据中识别属于动脉的体素；并且
(c)生成关于动脉存在的对应信息；
其中，所述方法还包括回波组合步骤或者与相位掩模步骤相组合的回波组合步骤(S6)(d)；并且其中，关于动脉存在的所述信息被用于引导所述回波组合步骤和/或所述相位掩模步骤。
引导所述回波组合步骤和/或所述相位掩模步骤应当被解读为关于动脉存在的所述信息在所述回波组合期间被用于强调动脉外观和/或防止在所述相位掩模步骤中包括属于动脉的体素。通过防止在所述相位掩模步骤中包括属于动脉的体素，防止了包括不可靠的相位信息。
在回波组合步骤中，来自回波的幅值信息被组合。优选地，多回波是4回波梯度回波。
本发明基于以下基本思想：将关于动脉的位置的信息包括在回波组合中和作为正常处理的部分的相位掩模步骤中，以生成多回波磁敏感加权图像。关于动脉的位置的信息能够从多回波采集本身来提取。
该方法确保了对多回波磁敏感加权成像的优化，以用于改进动脉与静脉之间的区别。
存在用于执行相位掩模步骤的不同的合适的掩模类型。各种类型的掩模的区别在于，用于从相位数据计算各种类型的掩模的数学表达式不同，并且任何数学表达式在理论上能够被修改以包括关于动脉存在的信息。关于动脉的位置的信息能够被包括在许多这些掩模类型中。最常用的掩模类型之一是根据科学论文E.Haacke等人的“SusceptibilityWeighted Imaging(SWI)”(Magnetic Resonance in Medicine，第52卷，第612–618页，2004年)已知的线性相位掩模，其然后被相乘数次。该类型的掩模能够容易地适于执行用于对脉管系统的磁敏加权磁共振成像的方法的相位掩模步骤。
在每个对应的多回波脉冲序列内，在重复时间期间发生激励信号、第一回波和至少一个另外的回波。数据采集是从第一回波和至少一个另外的回波(第二回波、……)的数据采集，并且还至少包括第一回波的飞行时间信号。优选地，在重复时间期间发生多于两个的回波。根据本发明的优选实施例，针对所有回波实现3D流量补偿。
根据本发明的另一优选实施例，基于早期回波数据，在图像中识别属于动脉的体素。由于其明亮的飞行时间信号，动脉在早期回波图像中能够被可靠地识别。鉴于动脉是相对薄的结构，能够使用以下方法来创建动脉图像(AI)：
AI(AI＜0)＝0，AI(AI＞1)＝1
其中，I回波1是来自第一回波的幅值信号或来自前几个回波的组合的幅值信号，并且|<I回波1>|是来自所述第一回波的所述幅值信号的低通滤波的版本或来自所述前几个回波的组合的所述幅值信号的低通滤波的版本。
备选地，也能够通过观看这样的体素来识别动脉：针对所述体素，作为TE(TE：回波时间)的函数的相位演变不是线性的。这指示这些体素中的相位不是由磁敏感效应主导的，而是由其他机制(主要是流动)主导的。
然后能够修改组合算法，以强调针对AI为高的体素的早期回波：
其中，
使用这种组合，当AI→0时，p→r，其对应于不太可能包含动脉的体素。相反，当AI→1时，p→-r，其对应于很可能包含动脉的体素。阈值t标记两种规定之间的界限。
根据本发明的又一优选实施例，修改PADRE相位掩模算法以避免对AI为高的体素进行掩模：
根据本发明的各种实施例，设想计算机程序产品执行上述方法的方法步骤。所述计算机程序产品能够是用于控制MRI设备的程序。所述计算机程序产品也能够被配置为独立的产品，其能够例如在计算机上执行。如果计算机程序产品被配置为独立的产品，则所述计算机程序产品被配置为使用包含至少第一回波中的飞行时间信号的多回波数据作为输入(而不是被配置为采集这些数据)。另外，所述计算机程序产品能够被配置为执行在本文中所公开的所有方法的步骤及其组合。
根据本发明的各种实施例，一种用于对脉管系统的磁敏感加权磁共振成像的对应系统包括以下部件：
-磁共振设备，其包括：
-脉冲生成器模块，其被配置为生成激励信号(激励脉冲)；以及
-数据采集器模块，其与所述脉冲生成器模块通信性地耦合，并且被配置为采集包含至少第一回波中的飞行时间信号的多回波数据；以及
-后处理器模块，其与所述磁共振设备通信性地耦合，并且被配置为：
-对所述数据进行后处理，包括回波组合步骤和/或相位掩模步骤，
-从所述数据中识别属于动脉的体素；并且
-生成关于动脉存在的对应信息；其中，关于动脉存在的所述信息被用于所述引导所述回波组合步骤和/或所述相位掩模步骤。
根据本发明的另一优选实施例，一种用于磁敏感加权磁共振成像的系统被配置为执行用于磁敏感加权磁共振成像的上述方法。
所述系统确保了对多回波磁敏感加权成像的优化，以用于改进动脉和静脉之间的区别。
根据本发明的优选实施例，基于第一回波数据或前几个回波的组合来在图像中识别属于动脉的体素。
根据本发明的另一优选实施例，所述后处理器模块被配置为根据经后处理的数据来生成脉管系统的图像。
根据本发明的又一优选实施例，所述系统还包括：显示生成器模块，其与所述后处理器模块通信性地耦合，并且被配置为显示根据经后处理的数据而生成的脉管系统的图像。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并且得到阐明。
在附图中：
图1示出了根据本发明的优选实施例的用于磁敏感加权磁共振成像的系统的示意性表示；
图2示出了根据本发明的优选实施例的用于磁敏感加权磁共振成像的过程的流程图；
图3a和图3b示出了用于识别属于动脉的体素的两幅动脉图像(AI)；
图4示出了描绘作为动脉图像AI的函数的变量p的图解；并且
图5a和图5b示出了通过使用不同的磁敏感加权磁共振成像过程处理的两幅磁敏感加权图像。
具体实施方式
在以下讨论中，参考了动脉组织作为要被成像的目标。然而，本发明也适用于其他组织。动脉组织仅被选择作为优选的范例。
图1示出了用于磁敏感加权磁共振成像的系统10的示意性表示。系统10包括两个主要部件，即，磁共振设备12和后处理器模块14。所述磁共振设备12包括：脉冲生成器模块16，其被配置为生成初始激励信号；以及数据采集器模块18，其与所述脉冲生成器模块通信性地耦合，并且被配置为采集包含至少所述第一回波中的飞行时间信号的多回波数据。后处理器模块14与磁共振设备12通信性地耦合，并且被配置为(i)对数据进行后处理，包括回波组合步骤和相位掩模步骤，(ii)从所述数据中识别属于动脉的体素；(iii)生成关于动脉存在的对应信息，其中，关于动脉存在的所述信息被用于引导回波组合步骤和/或相位掩模步骤，并且(iv)根据经后处理的数据而生成脉管系统的图像。系统10还包括显示生成器模块20，所述显示生成器模块20与后处理器模块14通信性地耦合，并且被配置为显示根据经后处理的数据而生成的脉管系统的图像。
图2示出了用于对脉管系统的磁敏感加权磁共振成像的过程的流程图。所述过程包括以下步骤：
-步骤1(S1)：采集包含至少第一回波中的飞行时间信号的多回波数据；
-步骤2(S2)：基于第一回波数据或前几个回波的组合来从图像中识别属于动脉的体素；并且
-步骤3(S3)：生成关于动脉存在的对应信息；
-步骤4(S4)：通过使用非线性组合来组合来自所述回波的幅值信息；并且
-步骤5(S5)：使用如例如PADRE算法的PADRE掩模的合适掩模将相位掩模应用于在步骤4中生成的经组合的幅值图像，其中，(在步骤3中生成的)关于动脉存在的所述信息被用于引导所述回波组合步骤S4和/或相位掩模步骤S5。在结束处的最终步骤中，根据从步骤4和步骤5得到的经后处理的数据生成脉管系统的图像。
图3a和图3b示出了用于识别属于动脉的体素的两幅图像(AI：动脉图像)。能够通过使用来自第一回波的信息或来自前几个回波的组合的信息来识别动脉以创建动脉图像(AI)(左侧的图3a)，或者通过计算作为回波时间的函数的相位的线性拟合的归一化残差来识别动脉以创建动脉图像(AI)(右侧的图3b)。
图4示出了根据以下公式描绘作为动脉图像AI的函数的变量p的图解。
对于r＝2和t＝0.5。参数p用于使用非线性组合来组合来自四个回波的幅值信息：
图5a和图5b示出了同一人类头部的两幅磁敏感加权图像。图5a中所示的SWIp图像通过使用根据现有技术已知的基于4回波多回波梯度回波(mFFE)序列的磁敏感加权磁共振成像过程进行处理。图5b中所示的图像通过使用如图2中所描述的磁敏感加权磁共振成像过程进行处理。如图5a和图5b所指示的：通过使用图2中所示的过程，能够更好地区分动脉与静脉。
使用所提出的组合和相位掩模算法即使在最大的动脉中也能有效地恢复明亮的飞行时间信号，从而提供动脉与静脉之间更加可靠的区分。对于AI信号低的所有体素，SWIp序列提供的非常好的磁敏感对比度被有效地保留。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (13)

1.一种用于对脉管系统的磁敏感加权磁共振成像的方法，包括以下步骤：
-采集包含至少第一回波中的飞行时间信号的多回波数据(S1)；
-从所述数据中识别属于动脉的体素(S2)；并且
-生成关于动脉存在的对应信息(S3)；
其中，所述方法还包括回波组合步骤(S4)或者与相位掩模步骤相组合的回波组合步骤(S6)；并且其中，关于动脉存在的所述信息被用于在所述回波组合期间强调动脉外观和/或防止在所述相位掩模步骤中包含属于动脉的体素。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，创建动脉图像AI并且在所述动脉图像中识别属于动脉的所述体素。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述动脉图像是基于第一回波数据或前几个回波的组合的图像，或者所述动脉图像是通过计算作为回波时间的函数的相位的线性拟合的归一化残差而得到的图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述动脉图像是使用以下方法来创建的：
AI(AI＜0)＝0，AI(AI＞1)＝1，
其中，I回波1是来自所述第一回波的幅值信号或来自所述前几个回波的组合的幅值信号，并且|<I回波1>|是来自所述第一回波的所述幅值信号的低通滤波的版本或来自所述前几个回波的组合的所述幅值信号的低通滤波的版本。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，其中，在所述回波组合步骤中，使用以下非线性组合来组合来自所述回波的所述幅值信息：
其中，
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，通过观看这样的体素来识别动脉：针对所述体素，作为回波时间的函数的相位演变不是线性的。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的方法，其中，使用PADRE算法将所述相位掩模应用于经组合的幅值图像。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述PADRE算法的Padre掩模被定义为：
9.一种用于执行包括以下步骤的方法的计算机程序产品：
-从包含至少第一回波中的飞行时间信号的多回波数据中识别属于动脉的体素(S2)；并且
-生成关于动脉存在的对应信息(S3)；
其中，所述方法还包括回波组合步骤(S4)或者与相位掩模步骤相组合的回波组合步骤(S6)；并且其中，关于动脉存在的所述信息被用于在所述回波组合期间强调动脉外观和/或防止在所述相位掩模步骤中包括属于动脉的体素。
10.一种用于对脉管系统的磁敏感加权磁共振成像的系统(10)，包括：
-磁共振设备(12)，其包括：
-脉冲生成器模块(16)，其被配置为生成激励信号；以及
-数据采集器模块(18)，其与所述脉冲生成器模块(16)通信性地耦合，并且被配置为采集包含至少第一回波中的飞行时间信号的多回波数据；以及
-后处理器模块(14)，其与所述磁共振设备通信性地耦合，并且被配置为：
-对所述数据进行后处理，包括回波组合步骤和/或相位掩模步骤，
-从所述数据中识别属于动脉的体素；并且
-生成关于动脉存在的对应信息，其中，关于动脉存在的所述信息被用于引导所述回波组合步骤和/或所述相位掩模步骤。
11.根据权利要求10所述的系统，其被配置为执行根据权利要求2至8中的任一项所述的方法。
12.根据权利要求10或11所述的系统，其中，所述后处理器模块(14)被配置为根据经后处理的数据来生成所述脉管系统的图像。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的系统，还包括：显示生成器模块(20)，其与所述后处理器模块(14)通信性地耦合，并且被配置为显示根据经后处理的数据而生成的所述脉管系统的图像。
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