CN107407714B - 用于根据b0图和b1图来计算导出值的mri方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于采集来自成像区(108)内的对象(118)的磁共振数据(110、1104)的磁共振成像系统(100、300、100)。所述磁共振成像系统包括：存储器(136)，其用于存储机器可执行指令(160、162、164、166、316)和脉冲序列数据(140、1102)。所述脉冲序列数据包括用于根据磁共振成像方法控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令。所述磁共振成像系统还包括：处理器(130)，其用于控制所述磁共振成像系统。所述机器可执行指令的执行使得所述处理器：通过利用所述脉冲序列数据控制所述磁共振成像系统来采集(1200)所述磁共振数据；通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算(1202)B0不均匀性图(148)，通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算(1204)B1相位图(150)和/或B1幅度图(1106)；并且在至少一个预定方向上计算(1206)所述B1相位图的二阶导数(1110)和/或所述B1幅值图1的二阶导数和/或所述B0不均匀性图的二阶导数。所述二阶导数是使用所述至少一个预定方向上的经校正的体素尺寸而计算出的，其中，所述经校正的体素尺寸是使用根据所述B0不均匀性图的导数计算出的校正因子而计算出的。

Description

用于根据B0图和B1图来计算导出值的MRI方法
技术领域
本发明涉及磁共振成像，尤其涉及磁共振图像的处理以考虑体素尺寸的几何失真。
背景技术
磁共振成像(MRI)扫描器使用大的静态磁场来对准原子的核自旋，作为用于产生患者的身体内的图像的流程的部分。这种大的静态磁场被称为B0场。在MRI扫描期间，由一个或多个发射器线圈生成的射频(RF)脉冲引起对局部磁场的扰动，并且由核自旋发出的RF信号由一个或多个接收器线圈检测到。这些RF信号用于构建MR图像。这些线圈也能够被称为天线。另外，发射器线圈和接收器线圈也能够被集成到执行这两者的功能的一个或多个收发器线圈中。应当理解，术语收发器线圈的使用也指使用单独的发射器线圈和接收器线圈的系统。所发射的RF场被称为B1场。
MRI扫描器能够构建切片或体积的图像。切片是一个薄的体积，只有一个体素的厚度。体素是MR信号被平均化的小体积，并且表示MR图像的分辨率。在本文中体素也可以被称为像素。
磁共振成像的Dixon方法包括一系列用于产生单独的水图像和脂质(脂肪)图像的技术。诸如但不限于两点Dixon方法、三点Dixon方法和多点Dixon方法的各种Dixon技术在本文中被统称为Dixon技术或方法。描述Dixon技术的术语是众所周知的，并且已经成为许多综述文章的主题，并且存在于磁共振成像的标准文本中。例如，由Elsevier AcademicPress于2004年出版的、Bernstein等人的“Handbook of MRI Pulse Sequences”在第857至887页包含对一些Dixon技术的综述。
美国专利申请US 20140184219A1公开了使用B0不均匀性图来计算B1相位图的零相位估计结果。
发明内容
本发明在独立权利要求中提供了磁共振成像系统，操作磁共振成像系统的方法和计算机程序产品。在从属权利要求中给出了实施例。
本领域的技术人员将意识到，本发明的各方面可以被实施为装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采用以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或在本文中全部被通称为“电路”、“模块”或“系统”的组合了软件方面和硬件方面的实施例。此外，本发明的各方面可以采用被实施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，所述一个或多个计算机可读介质具有被实施在其上的计算机可执行代码。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。如在本文中所使用的“计算机可读存储介质”涵盖可以存储能由计算设备的处理器执行的指令的任何有形存储介质。计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非瞬态存储介质。计算机可读存储介质还可以被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能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储媒介的范例包括但不限于：软盘、磁硬盘驱动器、固态硬盘、闪盘存储器、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。光盘的范例包括压缩盘(CD)和数字多用盘(DVD)，例如，CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还指能够由计算机设备经由网络或通信链路进行存取的各种类型的记录媒介。例如，可以在调制解调器上、在互联特网上或在局域网上检索数据。可以使用任何适当的介质来发射在计算机可读介质上实施的计算机可执行代码，所述任何适当的介质包括但不限于：无线、有线、光纤缆线、RF等，或前面的任何合适的组合。
计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的部分的、在其中实施计算机可执行代码的传播的数据信号。这样的经传播的信号可以采用各种形式中的任何形式，包括但不限于：电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是这样的任何计算机可读介质：所述计算机可读介质不是计算机可读存储介质并且能够传递、传播或传输用于由指令执行系统、装置或设备使用的程序或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。
“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是能由处理器直接访问的任何存储器。“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的另外的范例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储设备还可以是计算机存储器，或者反之亦然。
如在本文中所使用的“处理器”涵盖能够执行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应当被解读为可能包含多于一个处理器或处理核。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之内的或被分布在多个计算机系统之间的处理器的集合。术语计算设备也应当被解读为可能指多个计算设备的集合或网络，所述多个计算设备中的每个均包括一个或多个处理器。计算机可执行代码可以由可以在相同的计算设备之内或者甚至可以被分布在多个计算设备上的多个处理器来执行。
计算机可执行代码可以包括使得处理器执行本发明的一方面的机器可执行指令或程序。用于执行针对本发明的各方面的操作的计算机可执行代码可以被写成一种或多种编程语言的任何组合，包括面向对象的编程语言(例如，Java、Smalltalk、C++等)和常规程序编程语言(例如，“C”编程语言或类似的编程语言)，并且被编译成机器可执行指令。在一些实例中，计算机可执行代码可以是高级语言的形式或是预编译的形式，并且可以与解读器联合使用，所述解读器联机生成机器可执行指令。
计算机可执行代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立软件包、部分在用户的计算机上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。在后一种场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，所述网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)的连接。
参考根据本发明的实施例的流程图图示和/或方法、装置(系统)以及计算机程序产品的方框图描述了本发明的各方面。应当理解，在适当时能够由计算机可执行代码形式的计算机程序指令来实施流程图、图示和/或方框图的方框的每个方框或部分。还应当理解，当互不排斥时，可以对不同的流程图、图示和/或方框图中的方框进行组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实施流程图和/或方框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的单元。
这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质能够指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备来以特定方式起作用，使得被存储在计算机可读介质中的指令产生制品，所述制品包括实施在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的指令。
计算机程序指令可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以引起要在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的一系列操作步骤，以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施在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的过程。
如在本文中所使用的“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。“用户接口”还可以被称为“人类接口设备”。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使得来自操作者的输入能够被所述计算机接收，并且可以从计算机向用户提供输出。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。显示器或图形用户接口上对数据或信息的显示是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触控板、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏手柄、网络摄像头、头戴式设备、脚踏板、有线手套、遥控器以及加速度器来接收数据是使得能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的全部范例。
如在本文中所使用的“硬件接口”涵盖使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互和/或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向外部计算设备和/或装置发送控制信号或指令。硬件接口还可以使得处理器能够与外部计算设备和/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、模拟输入接口以及数字输入接口。
如在本文中所使用的“显示器”或“显示设备”涵盖适用于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、听觉和/或触觉的数据。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、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储管、双稳显示器、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)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪以及头戴式显示器。
磁共振(MR)数据在本文中被定义为是在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线所记录的对通过原子自旋发出的射频信号的测量结果。磁共振数据是医学图像数据的范例。磁共振成像(MRI)图像在本文中被定义为是对在磁共振成像数据之内包含的解剖数据所重建的二维可视化或三维可视化。能够使用计算机来执行该可视化。
在一个方面中，范例提供了一种用于采集来自成像区内的对象的磁共振数据的磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括用于存储机器可执行指令和Dixon脉冲序列数据的存储器。如在本文中所使用的脉冲序列数据涵盖包括用于控制所述磁共振成像系统的指令的数据或可以容易地转换成这样的指令的数据。例如，所述脉冲序列通常是说明所述磁共振成像系统的部件在特定时间点做什么的时序图。这种时序图或描述时序图的数据能够被转换成用于控制所述磁共振成像系统的指令。
所述Dixon脉冲序列数据包括用于根据n点Dixon方法控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令，n大于或等于2。可以在例如Bernstein等人的MRI脉冲序列手册(见857-887页)找到常见的Dixon技术的综述。
所述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。所述机器可执行指令的执行使得所述处理器通过使用所述Dixon脉冲序列数据控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据。所述机器可执行指令的执行使得所述处理器估计B0不均匀性图并且通过利用所述n点Dixon方法分析所述磁共振数据来估计估计的B1相位图。
n点Dixon方法将信号方程拟合到Dixon脉冲序列数据，所述信号方程描述MR信号随时间的演变。所述信号方程通常包括水和脂肪对作为未知量的MR信号的贡献以及水和脂肪共同的、随时间的相位偏移。相比之下，由于水与脂肪之间的化学位移差异，水与脂肪之间的、随时间的相位偏移通常被认为是已知的，因脂肪的谱成分的失相和重新定相导致的脂肪信号随时间的幅度变化也是如此。水和脂肪对MR信号的贡献可以被认为是实变量，在这种情况下，引入另外的未知量来表征在激发时(即，RF脉冲的中心)水和脂肪共同的相位偏移，水和脂肪对MR信号的贡献也可以被认为是复变量。在第一种情况下，另外的未知量在本文中被称为零回波时间B1相位图
Figure GDA0002284070380000061
在第二种情况下，对水对MR信号的贡献进行建模的复变量的相位(在本文中被指代为
Figure GDA0002284070380000062
)根据下式重新回到零回波时间：
Figure GDA0002284070380000063
其中，γΔB0是水和脂肪共同的每单位时间的相位偏移，t是Dixon脉冲序列采集数据的第一回波时间。后面的步骤例如从美国专利申请US2014/0184219A1获知。类似地，对脂肪对MR信号的贡献进行建模的复变量的相位可以重新回到零回波时间，考虑到由于水与脂肪之间的化学位移的差异而引起的水与脂肪之间的、随时间的额外相位偏移。可替代地，可以执行两者，并且可以适当地对结果取平均。更详细地，用于EPT的基本方程由下式给出(参见Katscher U等人的“IEEE Trans Med Imag”(第28卷，2009年，第1365页)：
Figure GDA0002284070380000064
其中，ε为介电常数，σ为电导率，μ0为真空磁导率，ω为所应用的MR系统的拉莫尔频率。通常，能够假设正圆极化RF场B1的恒定的B1幅度，将方程(1)缩减到仅基于B1相位
Figure GDA0002284070380000065
的导电率成像(参见Voigt T等人的MRM 66(2011年，第456页))：
Figure GDA0002284070380000066
Dixon方法的基本方程由下式给出：
Figure GDA0002284070380000067
其中，Sn是在回波时间TEn时测得的复合信号，W是未知水信号，F是未知脂肪信号，θn是由脂肪与水之间的化学位移的差异引起的在TEn时脂肪与水信号之间的已知相位偏移，
Figure GDA0002284070380000071
是通常主要由B0不均匀性引起的在TEn时的未知相位误差。Dixon扫描的相位演变被外推/解调为回波时间TE＝0。在零回波时间TE＝0时，相位图不受B0不均匀性的影响，即，它表示EPT计算组织的电导率所要求的方程2中的纯粹与RF有关的相位
Figure GDA0002284070380000072
从Dixon扫描中获得脂肪的相对浓度cF(r)和水的相对浓度cW(r)。在一些Dixon应用中，需要注意使这些数值真正定量(参见水/脂肪分数成像)，这是因为信号强度可能会被所使用的序列参数着色。这经由下式产生了总电导率σT(r)的估计结果：
σT(r)≈σFcF(r)+σWcW(r) (4)
相应地，对于介电常数：
εT(r)≈εFcF(r)+εWcW(r) (5)
由于能够对电导率和介电常数进行线性近似，因此可以直接使用这种粗略的电性质图，其中，粗略估计是足够的(例如，对于高温处置规划或SAR建模)。可替代地，它能够被用作迭代EPT算法的起始点，如从Lee JS等人的ISMRM 2013(第21卷，第4183页)和Balidemaj E等人的ISMRM 2013(第21卷，第4185页)所获知的。
所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器使用零回波时间B1相位图来计算至少一幅计算出的电导率图。该范例可以具有在执行n点Dixon方法的同时能够确定电导率图的益处。
在另一范例中，所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器在根据n点Dixon方法分析磁共振数据时计算脂肪图像和水图像。
在另一范例中，所述指令的执行还使得所述处理器通过分割所述脂肪图像来识别所述对象内的脂肪区域。所述指令的执行还使得所述处理器通过分割所述水图像来识别所述对象内的水区域。这种分割能够例如以不同的方式来完成。能够使用诸如可变形形状的身体模型或解剖图谱的模型来辅助对所述脂肪图像和所述水图像的体素的分割或原始分析。例如，能够对脂肪图像和水图像进行阈值化以产生关于脂肪区域和水区域在哪里的数据。在一些范例中，脂肪区域可以包括部分地被水填充的区域。同样地，水区域可以部分地包括脂肪组织。
在另一范例中，所述指令的执行还使得所述处理器使用所述脂肪区域和所述水区域将所述对象划分成多个差异核心区域。所述指令的执行还使得所述处理器确定多个不同核心区域之间的边界条件。使用所述多个差异核心区域之间的边界条件来计算至少一幅计算出的电导率图。该范例可以是尤其有益的，这是因为来自脂肪图像和水图像的数据被用于产生边界条件，这可以提高所计算的电导率图的计算结果的质量或准确度。脂肪区域和水区域可以具有不同的电性质。通过在这些区域之间明确地做出边界条件，能够更准确地计算出至少一幅计算出的电导率图。
在另一范例中，使用求解微分方程的核心来计算所述至少一幅计算出的电导率图。
在另一范例中，所述指令的执行还使得所述处理器使用所述脂肪区域和所述水区域来计算估计的电导率图和估计的介电常数图。仅使用对脂肪和水的性质的知识来计算所述估计的电导率图和所述估计的介电常数图。计算这两幅图可能是有用的，这是因为它们能够被用于直接计算其他性质，或者可以被用作用于求解微分方程或用于其他数值方法的起始条件。
在另一范例中，所述磁共振成像系统还包括电磁组织加热系统。在本文中所使用的电磁组织加热系统涵盖用于使用电磁辐射来加热对象的组织的系统。所述指令的执行还使得所述处理器使用所述估计的电导率图和所述估计的介电常数图来估计对所述对象的空间依赖的加热。使用所述估计的电导率图和所述估计的介电常数图以获得对所述对象的所述加热对于处置规划可以是有用的，并且还可以避免过度加热对象的部分。
在另一范例中，使用所述至少一幅计算出的电导率图和所述估计的介电常数图来估计对所述对象的所述空间依赖的加热。这可以是有益的，这是因为知晓零回波时间B1相位图只能计算电导率。
在另一范例中，所述组织加热系统是微波组织加热系统。
在另一范例中，所述组织加热系统是射频组织加热系统。
在另一范例中，所述指令的执行还使得所述处理器接收额外的脉冲序列数据。所述指令的执行还使得所述处理器使用估计的电导率图或至少一幅计算出的电导率图和估计的介电常数图来对对象针对额外的脉冲序列数据的特定吸收比进行建模。这可能是有益的，这是因为它可能有助于预测对对象的加热并避免对对象的伤害。
在另一范例中，所述指令的执行还使得所述处理器利用迭代求解器使用零回波时间Bl图来计算至少一个电导率图。所述迭代求解器可以用于对针对至少一幅电导率图的解和用于求解微分方程的迭代方法进行求解。所述迭代求解器被配置用于使用估计的电导率图和估计的介电常数图来至少部分地确定用于初始化所述迭代求解器的初始解。
在另一范例中，所述指令的执行使得所述处理器通过选择其中脂肪与水的比率在第一预定义范围内的区域来识别脂肪区域。例如，第一预定义范围可以定义阈值，其中高于特定值的体素被识别为脂肪区域。在其他范例中，区域在针对体素的特定的值范围内。
在另一范例中，所述指令的执行还使得所述处理器通过选择其中脂肪与水的比率在第二预定义范围内的区域来识别水区域。与脂肪区域一样，这能够通过阈值化或通过标绘在特定的值范围内的脂肪与水的比率来完成。第一预定义范围的值大于第二预定义范围的值。
在另一范例中，至少一个电导率图包括水电导率图和脂肪电导率图。所述指令的执行使得所述处理器使用针对水图像中具有高于第一预定义阈值的强度的体素的零回波时间B1相位图来计算水电导率图。所述指令的执行还使得所述处理器使用针对水脂肪图像中具有高于第二预定义阈值的强度的体素的零回波时间B1相位图来计算脂肪电导率图。在该范例中，单独计算两幅图。这可以有助于简化或稳定微分方程的计算结果或解。
在另一范例中，所述指令的执行还使得所述处理器通过将所述水电导率图与所述脂肪电导率图进行组合来计算组合电导率图。在该范例中，两幅图像被组合以创建组合电导率图。
在另一方面中，范例提供了一种操作磁共振成像系统的方法，所述磁共振成像系统用于采集来自成像区内的对象的磁共振数据。所述方法包括通过使用Dixon脉冲序列数据控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的步骤。所述Dixon脉冲序列数据包括用于根据n点Dixon方法控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令，n大于或等于2。所述方法还包括通过根据n点Dixon方法分析所述磁共振数据来估计B0不均匀性图和估计估计的B1相位图的步骤。所述方法还包括通过使用所述B0不均匀性图将所述估计的B1相位图内插到零回波时间来计算零回波时间B1相位图的步骤。所述方法还包括使用所述零回波时间B1相位图来计算至少一幅计算出的电导率图的步骤。
在另一方面中，范例提供了一种包括计算机可执行指令的计算机程序产品，所述计算机可执行指令用于由控制磁共振成像系统的处理器执行，所述磁共振成像系统用于采集来自成像区内的对象的磁共振数据。所述机器可执行指令的执行使得所述处理器通过使用Dixon脉冲序列数据控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据。所述Dixon脉冲序列数据包括用于根据n点Dixon方法控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令。n等于或大于2。
所述指令的执行还使得所述处理器通过根据n点Dixon方法分析所述磁共振数据来估计B0不均匀性图和估计估计的B1相位图。所述指令的执行还使得所述处理器通过使用所述B0不均匀性图将所述估计的B1相位图内插到零回波时间来计算零回波时间B1相位图。所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器使用所述零回波时间B1相位图来计算至少一幅计算出的电导率图。
金属物体的存在可能导致磁场不均匀性，从而导致被成像体素的几何失真。因此，体素的这种几何失真可能导致用微分方程计算的值的误差。例如，当执行电性质断层摄影时，使用微分方程来计算电导率和介电常数。然而，能够直接在导数的计算中校正或考虑磁场不均匀性。
在一个方面中，本发明提供了一种用于采集来自成像区内的对象的磁共振数据的磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括用于存储机器可执行指令和脉冲序列数据的存储器。所述脉冲序列数据包括用于根据磁共振成像方法控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令。所述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。
所述机器可执行指令的执行使得所述处理器通过利用所述脉冲序列数据控制所述磁共振成像系统来采集所述磁共振数据。在一些情况下，所述脉冲序列数据可以包括多于一个的脉冲序列。因此，所述磁共振数据可以由多于一个的数据集形成。所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算B0不均匀性图。所述指令的执行还使得所述处理器通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算B1相位图和/或B1幅值图。
所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器在至少一个预定方向上计算所述B1相位图的二阶导数和/或计算所述B1幅值图的二阶导数和/或计算所述B0不均匀性图的二阶导数。所述二阶导数是使用所述至少一个预定方向上的经校正的体素尺寸而计算出的。所述经校正的体素尺寸是使用根据所述B0不均匀性图的导数计算出的校正因子而计算出的。
该实施例可以是有益的，这是因为它可以提供更准确地计算B1相位图的二阶导数、B1幅值图的二阶导数或者甚至B0不均匀性图的二阶导数的手段。
在另一实施例中，所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器通过使用所述B0不均匀性图将所述B1相位图内插到零回波时间来计算零回波时间B1相位图。所述B1相位图的二阶导数是使用所述零回波时间B1相位图而计算出的。
在另一实施例中，所述脉冲序列数据是Dixon脉冲序列数据。所述磁共振成像方法是n点Dixon方法。n大于或等于2。所述B0不均匀性图和所述B1相位图是通过根据所述n点Dixon方法分析所述磁共振数据来估计的。
在另一实施例中，所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器在根据所述n点Dixon方法分析所述磁共振数据时计算脂肪图像和水图像。所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器通过分割所述脂肪图像来识别所述对象内的脂肪区域。所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器通过分割所述水图像来识别所述对象内的水区域。所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器使用所述脂肪区域和所述水区域来计算估计的电导率图和/或估计的介电常数图。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括电磁组织加热系统。所述指令的执行还使得所述处理器使用所述估计的介电常数图来估计对所述对象的空间依赖的加热。所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器使用所述估计的电导率图和/或至少一幅计算出的电导率图进一步估计对所述对象的所述加热。
在另一实施例中，所述脉冲序列数据包括用于测量所述B0图的多回波脉冲序列。所述脉冲序列数据包括B0测绘脉冲序列数据。在一些范例中，所述脉冲序列数据还包括用于测量B1幅值图的B1幅值测量脉冲序列。所述脉冲序列数据还包括B1幅值测绘脉冲序列数据。在另外的范例中，所述脉冲序列数据还包括用于测量B1相位图的B1相位测量脉冲序列。所述脉冲序列数据包括B1相位测绘脉冲序列数据。在又一范例中，所述脉冲序列数据还包括B1幅值测量脉冲序列和B1相位测量脉冲序列两者。
在这种组合范例中，测量在磁共振数据的单独扫描中采集的B1幅值和B1相位两者。
在另一实施例中，所述多回波脉冲序列包括用于根据以下磁共振成像方法中的任一种控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令：n点Dixon方法和多回波脉冲序列方法。
在另一实施例中，所述B1幅值测量脉冲序列包括用于根据以下磁共振成像方法中的任一种控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令：实际翻转角成像(AFI)磁共振成像方法、双重重新聚焦回波采集模式(DREAM)磁共振成像方法，以及Bloch-Siegert移位磁共振成像方法。
在另一实施例中，所述B1相位测量脉冲序列包括用于根据以下磁共振成像方法中的任一种控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令：基于自旋回波的磁共振成像方法和平衡梯度回波磁共振成像方法。
在另一实施例中，所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器使用所述至少一个预定方向上的所述B1相位图的所述二阶导数来计算至少一幅计算出的电导率图。
在另一实施例中，所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器根据定量磁化率成像方法使用所述至少一个预定方向上的所述B0不均匀性图的所述二阶导数来计算至少一幅磁化率图。
在另一实施例中，所述脉冲序列数据针对所述至少一个预定方向中的每个预定方向指定读出梯度。所述至少一个预定方向中的每个预定方向上的所述经校正的体素尺寸为
Figure GDA0002284070380000121
在该方程中，x是所述至少一个预定方向中的一个预定方向，
Figure GDA0002284070380000122
是体素的位置，dx标称是所述至少一个预定方向中的所述一个预定方向上的标称体素尺寸，
Figure GDA0002284070380000123
是所述至少一个预定方向中的所述一个预定方向上的所述B0不均匀性图的导数，γ是回磁比，GR是所述至少一个预定方向中的所述一个预定方向上的所述读出梯度的强度。
在另一实施例中，所述B1相位图的所述二阶导数为
Figure GDA0002284070380000131
在该方程中，Φ是以下中的任一个：所述B1相位图、所述B1幅值图，以及所述B0不均匀性图。
应当注意，尽管B0不均匀性图用于计算
Figure GDA0002284070380000132
但是使用上述方程计算针对B0不均匀性图的二阶导数会得到更准确的值。
在另一方面中，本发明提供了一种操作磁共振成像系统的方法，所述磁共振成像系统用于采集来自成像区内的对象的磁共振数据。所述方法包括通过利用脉冲序列数据控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的步骤。所述脉冲序列数据包括用于根据磁共振成像方法控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令。所述方法还包括通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算B0不均匀性图的步骤。
所述方法还包括通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算B1相位图和/或B1幅值图的步骤。所述方法还包括在至少一个预定方向上计算所述B1相位图的二阶导数和/或所述B1幅值图的二阶导数和/或所述B0不均匀性图的二阶导数的步骤。所述二阶导数是使用所述至少一个预定方向上的校经正的体素尺寸而计算出的。所述经校正的体素尺寸是使用根据所述至少一个预定方向上的所述B0不均匀性图的导数计算出的校正因子而计算出的。
在另一方面中，本发明提供了一种包括机器可执行指令的计算机程序产品，所述机器可执行指令用于由控制磁共振成像系统的处理器执行，所述磁共振成像系统用于采集来自成像区内的对象的磁共振数据。所述机器可执行指令的执行使得所述处理器通过利用脉冲序列数据控制所述磁共振成像系统来采集所述磁共振数据。所述脉冲序列数据包括用于根据磁共振成像方法控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令。所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算B0不均匀性图。
所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算B1相位图和/或B1幅值图。所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器在至少一个预定方向上计算所述B1相位图的二阶导数和/或所述B1幅值图的二阶导数和/或所述B0不均匀性图的二阶导数。所述二阶导数是使用所述至少一个预定方向上的校经正的体素尺寸而计算出的。所述经校正的体素尺寸是使用根据所述B0不均匀性图的导数计算出的校正因子而计算出的。
应当理解，只要组合的实施例和/或范例不是相互排斥的，就可以组合本发明的前述实施例中的一个或多个实施例和/或范例。
附图说明
下面将参考附图并仅通过范例的方式来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示出了根据本发明的一方面的操作磁共振成像系统的方法的流程图；
图3图示了磁共振成像系统的另外的范例；
图4示出了来自mDixon图像的幅值图像；
图5示出了图4的mDixon图像的水分离图像；
图6示出了图4的mDixon图像的脂肪分离图像；
图7示出了使用拉普拉斯算子对图4的分割结果；
图8示出了使用拉普拉斯算子对图6的分割结果；
图9示出了使用拉普拉斯算子对图5的分割结果；
图10示出了图像8与图像9的组合；
图11示出了磁共振成像系统的另外的范例；
图12示出了根据本发明的另一方面的操作磁共振成像系统的方法的流程图；
图13示出了四幅图像；并且
图14示出了沿着读出方向的相位的二阶导数的相对误差的标绘图，所述读出方向在针对实验的一个切片中沿着x方向在10个体素上进行平均化。
附图标记列表
100 磁共振系统
104 磁体
106 磁体的膛
108 测量区或成像区
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 对象支撑件
122 致动器
125 切片
126 计算机系统
128 硬件接口
130 处理器
132 用户接口
134 计算机存储设备
136 计算机存储器
140 Dixon脉冲序列数据
142 磁共振数据
144 脂肪图像
146 水图像
148 B0不均匀性图
150 估计的B1相位图
152 零回波时间B1相位图
154 至少一幅电导率图
156 脂肪区域位置数据
158 水区域位置数据
160 控制模块
162 图像重建模块
164 图像处理模块
166 微分方程核心模块
200 通过使用Dixon脉冲序列数据控制磁共振成像系统来采集磁共振
数据
202 通过根据n点Dixon方法分析磁共振数据来估计B0不均匀性图
并且估计估计的B1相位图
204 通过使用B0不均匀性图将估计的B1相位图内插到0的回波时间
来计算零回波时间B1相位图
206 使用零回波时间B1相位图来计算至少一幅计算出的电导率图
300 磁共振成像系统。
302 天线
304 射频发射器
306 靶区
310 估计介电常数图
312 处置计划
314 加热系统控制命令
316 加热系统控制生成模块
400 水区域
402 脂肪区域
1000 边界区域
1100 磁共振系统
1102 脉冲序列数据
1104 磁共振数据
1106 B1幅值图
1108 经校正的体素尺寸
1110 二阶导数
1200 通过利用脉冲序列数据控制磁共振成像系统来采集磁共振数据
1202 通过根据磁共振成像方法分析磁共振数据来计算B0不均匀性图
1204 通过根据磁共振成像方法分析磁共振数据来计算B1相位图和/或
B1幅值图
1206 在至少一个预定方向上计算B1相位图的二阶导数和/或B1幅值
图的二阶导数和/或B0不均匀性图的二阶导数
1300 体模的示出了示出场图的测量结果的体模的轴向切片的磁共振
图像
1302 体模的示出了针对图像1300中示出的体素的体素尺寸的相对误
差的磁共振图像。
1304 体模的示出了在19.4ms的回波时间时的图像1300的相位的磁共
振图像
1306 体模的示出了相位的二阶导数的相对误差的磁共振图像。在所有
四幅图像中，垂直轴处于读出方向
具体实施方式
在这些附图中，相同编号的元件要么是等效的元件要么执行相同的功能。如果先前讨论过的元件的功能是等效的，将不必在后面的附图中讨论这些元件。
图1示出了具有磁体104的磁共振成像系统100的范例。磁体104是超导圆柱形类型的磁体104，其具有通过其的膛106。使用不同类型的磁体也是可能的；例如也可以使用分体式圆柱形磁体和所谓的开放式磁体。分体式圆柱形磁体类似于标准圆柱形磁体，不同之处在于低温恒温器已经被分成两部分以允许进入磁体的等平面，这样的磁体可以例如与带电粒子射束治疗结合使用。开放式磁体具有两个磁体部分，一个在另一个之上，它们之间具有足够大的空间以容纳对象：两个部分区的布置类似于亥姆霍兹线圈的布置。开放式磁铁是常用的，这是因为对象受到较少的限制。在圆柱形磁体的低温恒温器内部，有一组超导线圈。在圆柱形磁体104的膛106内，存在成像区108，其中磁场强且足够均匀以执行磁共振成像。
在磁体的膛106内，还有一组磁场梯度线圈110，其被用于采集磁共振数据以对磁体104的成像区108内的磁自旋进行空间编码。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旨在是代表性的。典型地，磁场梯度线圈110包含三组单独的线圈，它们用于在三个正交的空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源向磁场梯度线圈提供电流。提供给磁场梯度线圈110的电流作为时间的函数被控制，并且可以被斜坡化或脉冲化。
邻近成像区108的是射频线圈114，其用于操纵成像区108内的磁自旋的取向，并用于从成像区108内的自旋接收无线电传输。射频天线可以包含多个线圈元件。射频天线也可以被称为通道或天线。射频线圈114连接到射频收发器116。射频线圈114和射频收发器116可以由单独的发射线圈和接收线圈以及单独的发射器和接收器来代替。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也旨在表示专用发射天线和专用接收天线。同样地，收发器116也可以表示单独的发射器和接收器。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/发射通道。
在磁体104的膛106内，存在对象支撑件120，其附接到任选的致动器122，所述任选的致动器122能够使对象支撑件和对象118移动穿过成像区108。收发器116、磁场梯度线圈电源112和致动器122都被视为连接到计算机系统126的硬件接口128。
计算机存储设备134和计算机存储器136的内容可以是可互换的。在一些范例中，计算机存储设备134的内容可以被复制在计算机存储器136中。
计算机存储设备134被示为包含Dixon脉冲序列数据。计算机存储设备134还被示为包含已经通过用Dixon脉冲序列数据140控制磁共振成像系统100而采集的磁共振数据142。计算机存储设备134还被示为包含已经依照Dixon方法根据磁共振数据142重建的脂肪图像144和水图像146。计算机存储设备134还被示为包含B0不均匀性图148和也是已经使用Dixon方法计算出的估计的B1相位图150。计算机存储设备134还被示为包含已经通过使用B0不均匀性图将估计的B1相位图内插到0的回波时间而计算出的零回波时间B1相位图152。计算机存储设备134被还被示为包含已经使用零回波时间B1相位图而计算出的电导率图154。计算机存储设备134还被示为包含已经分别根据脂肪图像144和水图像146确定出的脂肪区域位置数据156和水区域位置数据158。这些甚至可以例如通过对脂肪图像144和水图像146执行图像处理来确定。
计算机存储器136被示为包含控制模块160。控制模块160包含计算机可执行代码，其使得处理器130能够控制磁共振成像系统100。例如，控制模块160可以使得处理器130能够利用Dixon脉冲序列数据140控制磁共振成像系统100以采集磁共振数据142。计算机存储器136还被示为包含图像重建模块162。图像重建模块162使得处理器130能够将磁共振数据142处理成脂肪图像144、水图像146、B0不均匀性图148和估计的B1相位图150。图像重建模块实质上使得处理器130能够执行Dixon方法的数据分析方面。
计算机存储器136还被示为包含图像处理模块164。图像处理模块164使得处理器130能够对图像数据执行各种图像处理任务。例如，能够根据脂肪图像144和水图像146来确定脂肪区域位置数据156和水区域位置数据158。计算机存储器136还被示为包含微分方程核心模块166。微分方程核心模块166包含微分方程求解器，其使得处理器130能够根据在本文中描述的各种方法计算一个或多个电导率图154。
图2示出了图示操作图1的磁共振成像系统100的方法的流程图。首先在步骤200中，通过用Dixon脉冲序列数据140控制磁共振成像系统来采集磁共振数据142。接下来在步骤202中，通过根据n点Dixon方法分析磁共振数据来计算B0不均匀性图148和估计的B1相位图150。接下来在步骤204中，通过使用B0不均匀性图148将估计的B1相位图150内插到0的回波时间来计算零回波时间B1相位图152。最后在步骤206中，使用零回波时间B1相位图152来计算至少一个电导率图154。
图3示出了磁共振成像系统300的另外的范例。在该范例中，磁共振成像系统300还包括由邻近对象118的天线302以及射频发射器304形成的组织加热系统。天线302和射频发射器304的组合是示范性的。例如，这能够用生成用于加热对象118的微波或其他电磁辐射的系统来代替。对象118被示为具有期望在对象118内被加热的靶区306。
计算机存储设备134被示为包含处置计划312。处置计划312可以描述对象118的内部结构，并且包含使得能够识别或定位靶区306的数据。计算机存储设备134还包含已经使用处置计划312生成的一组加热系统控制命令314。加热系统控制命令314包含使得处理器130能够控制加热系统302、304的操作和功能的命令。计算机存储器136还被示为包含加热系统控制生成模块316。加热系统控制生成模块316包含计算机可执行代码，其使得处理器130能够根据处置计划312并且还可能根据由磁共振成像系统300采集的磁共振数据来生成加热系统控制命令314。
射频加热系统包括天线302和射频发射器304。天线302在靶区306的附近。由发射器304生成的并由天线302辐射的射频能量被用于选择性地加热靶区306。在该实施例中，射频发射器304被示为连接到硬件接口128。
计算机存储设备134被示为具有通过知晓脂肪和水的介电常数性质并然后使用脂肪区域位置数据156和水区域位置数据158来计算估计的介电常数而计算出的估计的介电常数图310。
加热系统控制生成模块316能够使用估计的介电常数图310和至少一个电导率图154来估计天线302对对象118的加热。这可以使得加热系统控制命令314能够进行更准确的计算或确定。
在本文中描述的范例可以将电性质断层摄影(EPT)与Dixon扫描相结合。EPT能够从诸如水/脂肪组织组成成分的先验知识中获益，从而重建变得容易并且使重建更加鲁棒。已经识别出三种可能的主要协同效应：
通过同时进行EPT和水/脂肪成像降低了扫描时间。这可能扩大序列EPT适用的范围。
使用脂肪/水图像信息作为针对迭代EPT的起始点改进了电导率估计。
通过分割脂肪/水图像而不是标准(T1/T2加权)图像优化了EPT重建中所要求的图像分割过程。
通过将亥姆霍兹方程应用于RF发射(和/或接收)场，能够在体内确定电组织性质(电导率和介电常数)。基本上，EPT需要一个逆问题的“直接”解。然而，高级研究显示出从适当的初始电性质猜测开始而迭代地求解前向问题的优点。
一般来说，人体大致由65％的水、10％的脂肪(有时甚至更多)和20％的蛋白质和矿物质组成，后两者通常难以直接用质子MR检测。富含水分的组织明显比脂肪具有显著更高的电导率，这通常被看作是一种电隔离器。基于使用所谓的Dixon方法的化学位移编码采集，能够分离脂肪和水对接收到的MR信号的贡献。化学位移编码通常通过在不同回波时间时的重复测量来实现，并且脂肪-水分离通常涉及对底层主场(B0)不均匀性的估计。
EPT受到一些物理/技术缺陷的阻碍。对于本发明，考虑了这些缺陷中的三个缺陷。
EPT需要纯粹与RF穿透有关的相位数据(即，没有来自B0不均匀性的贡献)，这通常仅对于基于自旋回波的序列才足以满足。因此，如果患者检查仅包含基于场回波的序列，则EPT需要使用专用MRI序列的额外的扫描时间。
迭代EPT重建算法需要一个合适的起始点。这通常通过应用标准EPT(求解逆问题)或通过将电性质的文献值应用于个体患者的隔室来实现。这两种方法都是耗时的。
EPT所需的数值微分核心不应该包含来自不同隔室的体素，需要合适的图像分割。图像分割有时受到组织隔室之间低对比度的阻碍。
范例可以具有以下特征中的一个或多个；
能够从Dixon扫描中提取纯粹与RF穿透有关的所需RF相位，而无需另外的扫描。此外，所获得的B0图能够被用于将EPT应用于其他基于场回波的序列。
由于(纯)脂肪和(纯)水具有典型的(固定的、已知的)电性质值，因此能够通过Dixon扫描给出的脂肪/水比率来粗略地估计总(重叠的脂肪/水)电性质。这种粗略的电性质图可以被直接使用(例如，用于SAR建模)，或作为迭代EPT算法的起始点。
对于一些隔室，水图像和脂肪图像显示出比解剖图像更高的对比度，从而得到对所研究的隔室的更可靠的分割。
EPT的基本方程是：
Figure GDA0002284070380000211
其中，ε为介电常数，σ为电导率，μ0为真空磁导率，ω为所应用的MR系统的拉莫尔频率。通常，能够假设恒定的B1幅度，将方程(1)缩减到仅基于B1相位
Figure GDA0002284070380000212
的导电率成像
Figure GDA0002284070380000213
Dixon方法的基本方程由下式给出：
Figure GDA0002284070380000214
其中，Sn是在回波时间TEn时测得的复合信号，W是未知水信号，F是未知脂肪信号，θn是由脂肪与水之间的化学位移的差异引起的在TEn时脂肪与水信号之间的已知相位偏移，
Figure GDA0002284070380000215
是通常主要由B0不均匀性引起的在TEn时的未知相位误差。
在下文中，讨论了将Dixon与EPT进行组合的三种不同的协同效应。
组合扫描
为了跳过用于EPT相位确定的单独的自旋回波扫描，Dixon扫描的相位演变被外推/解调为TE＝0。在TE＝0时，相位图不受B0不均匀性的影响，即，它表示EPT所需的纯粹与RF有关的相位。假设在采集链中没有延迟，这可能引起空间域中的线性相位变化。然而，使用适当的系统调谐，能够减轻这个问题。以这种方式，Dixon数据能够被重新用于电导率计算，而无需额外的扫描时间。
电性质估计
脂肪组织的相对介电常数约为εF＝10，导电率约为σF＝0.05S/m。血液(代表水)的相对介电常数约为εW＝70，电导率约为σW＝1S/m。从Dixon扫描中可以获得脂肪的相对浓度σF(r)和水的相对浓度σW(r)。在一些Dixon应用中，需要注意使这些数值真正定量(参见脂肪分数定量)，这是因为信号强度可能会被所使用的序列参数着色。这经由下式产生了总电导率σT(r)的估计结果：
σT(r)≈σFcF(r)+σWcW(r) (4)
相应地，对于介电常数：
εT(r)≈εFcF(r)+εWcW(r) (5)
由于能够对电导率和介电常数进行线性近似，因此可以直接使用这种粗略的电性质图，其中，粗略估计是足够的(例如，对于高温处置规划或SAR建模)。可替代地，它能够被用作迭代EPT算法的起始点。
图像分割
EPT需要图像分割，以确保数值微分核心不会跨越具有不同电性质的组织隔室的边界。这种情况未被方程(1、2)所覆盖，并且将导致沿着隔室边界的重建电性质中的强振荡伪影。
图像分割通常基于要被分割的隔室之间的MR信号幅值的差异。然而，这种差异并不总是得到保证，这是因为电性质对MR信号幅值没有直接影响。脂肪图像和水图像能够支持图像分割，这是因为它们提供与标准(复合)MR图像不同的对比度。还能够使得分割基于多幅图像，组合来自不同图像的局部最高对比度的区。
可替代地，能够通过应用两个单独的EPT重建来考虑图像分割：基于水图像的第一重建，基于脂肪图像的第二重建。所得到的两幅电导率图能够单独用于诊断，或者使用方程(4、5)将平均值替换为重建的空间分布，其中，εF＝εF(r)、σF＝σF(r)、εW＝εW(r)、σW＝σW(r)。该过程具有额外的优点，即，潜在的化学位移伪影不会劣化EPT重建。
实验说明
在下文中，通过体模实验说明了用于将Dixon与EPT进行组合的三种不同的协同效应。所述体模是具有盐水(在瓶子的下部)和油(在瓶子的上部)的瓶子。回波1的幅值图像如图4所示，水图像如图5所示，脂肪图像如图6所示。
组合扫描
表1中示出了从基于Dixon的重建获得的平均电导率。额外地，采集基于bFFE的电导率图像(已知具有类似自旋回波的性质)以用于比较。两种方法的脂肪电导率的平均值与水电导率的平均值非常相似(见表1)。
表1：对于基于Dixon的电导率和基于bFFE的电导率(已知具有类似自旋回波的性质)，脂肪电导率的平均值与水电导率的平均值非常相似。这突显了同时应用Dixon和EPT的可能性。第三行展示了从测得的脂肪分数粗略估计电导率的可能性。
水 脂肪
bFFE(重建的) 0.73±0.09S/m 0.01±0.16S/m
Dixon(重建的) 0.76±0.25S/m 0.01±0.40S/m
Dixon(估计的) 0.99S/m 0.09S/m
电性质估计
Dixon扫描产生了在盐水隔室中平均化的相对浓度cF＝1.3％和cW＝98.7％，以及在油隔室中平均化的相对浓度cF＝95.4％和cW＝4.6％。根据方程(4)，我们能够估计如表1给出的电导率值，使用方程(2)大致反映明确重建的电导率。
图像分割
图4至图6所示的三幅图像借助于拉普拉斯算子进行分割，结果如图7至图9所示。与回波1的图像(图4)相比，通过分割脂肪图像(图6)或水图像(图5)明显更好地描绘了油/盐水边界。通过组合来自不同图像的分割结果(图10，这里通过最大强度投影进行组合)来获得最优分割结果。
图4、图5和图6示出了在体模上执行两点Dixon方法的结果。所述体模具有由图4中标示为402的脂肪状体模制成的上部以及图4中标示为400的下方盐水部分。图4示出了来自mDixon图像的幅值图像。图5示出了水分离图像146。图6示出了对应的脂肪图像144。
图7示出了使用拉普拉斯算子对图4的分割结果。在图7中能够看出，图7中未示出对脂肪402区域和盐水400区域的清楚描画。
图8示出了使用拉普拉斯算子对图6的分割结果。由于图6是脂肪图像，因此图8中的分割结果指示脂肪区域156。
图9示出了使用拉普拉斯算子对图5的分割结果。由于图5是水图像146，因此图9中的分割结果指示水区域158。
图10示出了图8与图9的组合。图8与图9的组合示出了被识别为脂肪区域156和水区域158的区域。还存在两者之间明确识别的边界区域1000。这在图7中更不明显。图10图示了根据Dixon方法的图像的分割结果能够用于识别图像内的脂肪区域和水区域。这将在求解用于确定电导率的微分方程中特别有用。额外地，边界区域1000能够被馈送到微分方程求解器或核心，使得能够使用脂肪区域156与水区域158之间的适当边界条件。
图11示出了与图1和图3所示的类似的磁共振成像系统1100的范例。图1、图3和图11所示的磁共振成像系统可以组合它们的特征。
计算机存储设备134被示为包含用于控制磁共振成像系统1100的脉冲序列数据1102。在一些情况下，该脉冲序列数据1102可以与图1的脉冲序列数据140相同。计算机存储设备134被还被示为包含磁共振数据1104。在一些情况下，磁共振数据1104可以与图1的磁共振数据142相同。计算机存储设备134还被示为包含使用磁共振数据1104确定的B0不均匀性图148。计算机存储设备134还被示为包含估计的B1相位图150和B1幅值图1106。B1相位图150和B1幅值图1106两者也是根据磁共振数据1104来计算或导出的。在所有实施例中，所估计的B1相位图150和B1幅值图1106可以不存在。
计算机存储器136被示为包含控制模块160、图像重建模块162和图像处理模块164。这些模块如图1和/或图3所述。例如，图像处理模块164可以用于计算校正因子，所述校正因子用于计算二阶导数并且还用于计算二阶导数的值。计算机存储设备134还被示为包含经校正的体素尺寸1108和二阶导数1110。所述二阶导数可以代表B0不均匀性图二阶导数、B1相位图二阶导数和/或B1幅值图二阶导数。所述经校正的体素尺寸1108和二阶导数1110可以通过数字代码来计算，所述数字代码可以是单独的模块，或者例如可以是图像处理模块164的部分。
尽管这并未图示在图11中，但是计算机存储设备134或计算机存储器136可以包含用于执行诸如定量磁化率成像或电性质断层摄影之类的额外数据和/或数值算法。
图12示出了图示操作图11的磁共振系统1100的方法的范例的流程图。首先在步骤1200中，通过利用脉冲序列数据1102控制磁共振成像系统1100来采集磁共振数据1104。接下来在步骤1102中，通过根据磁共振成像方法分析磁共振数据1104来计算B0不均匀性图148。接下来在步骤1204中，通过根据磁共振成像方法分析磁共振数据142来计算B1相位图150和/或B1幅值图1106。最后在步骤1206中，以至少一个预定方向上计算B1相位图150的二阶导数1110和/或B1幅值图1106的二阶导数和/或B0不均匀性图148的二阶导数。所述二阶导数是使用所述至少一个预定方向上的经校正的体素尺寸1108而计算出的。所述经校正的体素尺寸是使用根据所述B0不均匀性图148的导数计算出的校正因子而计算出的。
由于磁场的静态不均匀性导致的几何失真不利地影响依赖于空间导数的任何图像处理过程，例如，定量磁化率成像(QSM)或电性质断层摄影(EPT)。在本发明中，提出了将针对几何失真的校正包括到对导数的计算中。在体模实验中显示二阶导数的相对误差范围在±4％之间，在更不利的条件下可以容易地达到50％。
由被放置在MR扫描器中的物体引起的磁场失真会导致额外的、空间变化的磁场梯度。这些额外的梯度导致重建图像的几何失真，其中靶向标称体素尺寸(如扫描器GUI中所示)不同于真实(物理)体素尺寸。能够通过使用合适的MR序列采集B0图(即，非共振图)来测量磁场的失真。
与许多新兴的定量MR截然不同，例如定量磁化率成像(QSM)或电性质断层摄影(EPT)依赖于被表达为微分方程的物理模型。为了提取(生物)身体组织量(例如，电导率或磁化率)，使用体素尺寸进入的有限差异来计算合适的MR图像的导数。因此，重要的是考虑几何失真以避免系统误差，所述系统误差可能超过50％。
不是对经几何校正的MR图像求微分(这可能引入伪影，例如由于应用于图像的内插步骤)，而是在此提出校正对导数本身的计算。这允许人们在一个单个步骤中获得在定量上正确的结果，而无需另外的假设。
给出非共振场图和读出梯度GR的强度，能够针对将标称体素尺寸与真实体素尺寸(在读出方向上仅由GR确定)进行相关的每个空间位置计算校正因子。在空间中的给定位置处的真实的体素尺寸
Figure GDA0002284070380000261
由下式给出：
Figure GDA0002284070380000262
这里，f′是B0图在读出方向上的导数，γ是回磁比。给定MR相位图像，例如，其在读出方向上的二阶导数(对于例如基于相位的EPT而言是重要的)然后将被计算为：
Figure GDA0002284070380000263
对于场图的不太大的梯度，体素尺寸的误差和导数的阶数两者都线性进入结果。导数的阶数越高，误差就越大。
使用多回波梯度回波序列在具有15个通道线圈的3T磁共振扫描器上对体模(圆柱形盆充满约2升的CuSO4溶液和具有不同浓度的Resovist和Gadovist的若干长气囊)的实验(FOV：(AP，FH，RL)240×145×210mm3，采集体素：0.6×0.6×2.0mm3，FA＝14°，TE＝3.5ms，ΔTE＝4ms，7个回波，TR＝31ms，双极读数，BW＝275.9Hz/vx，SENSE(P/S)1.8×1.2)。针对所有回波的图像在扫描器上被重建并被输出以便进一步处理。使用来自均匀回波的相位图像来计算B0图，假设相位作为非共振频率f的函数在时间上线性演变。相位偏移Φ0是t＝0时的相位偏移：Φ(t)＝Φ0+2πft。
使用最佳路径区域生长算法来展开相位图像和场图。为了评估几何失真的影响，如上所述沿着读出方向计算第三均匀回波的二阶导数(ΔTE＝19.4ms)。在所提出的范例中，得到的误差范围在±4％之间，并且在更不利条件下能够容易达到超过50％，例如使用回波平面成像或计算高阶导数。这些实验被总结在图13和图14中。
图13示出了四幅图像1300、1302、1304和1306。第一图像1300示出了示出场图的测量结果的体模的轴向切片。图像1302示出了针对图像1300中示出的体素的体素尺寸的相对误差。第三图像1304示出了在19.4ms的回波时间时的图像1300的相位。第四图像1306示出了相位的二阶导数的相对误差。在所有四幅图像中，垂直轴处于读出方向。
图14示出了沿着读取方向的相位的二阶导数的相对误差的标绘图，所述读出方向在一个切片中沿着x方向的10个体素上进行平均化。
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。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。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。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。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 (14)

1.一种用于采集来自成像区(108)内的对象(118)的磁共振数据(110、1104)的磁共振成像系统(100、300、1100)，其中，所述磁共振成像系统包括：
存储器(136)，其用于存储机器可执行指令(160、162、164、166、316)和脉冲序列数据(140、1102)，其中，所述脉冲序列数据包括用于根据磁共振成像方法控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令，其中，所述脉冲序列数据包括用于测量B0图的多回波脉冲序列，其中，所述脉冲序列数据包括B0测绘脉冲序列数据，并且其中，具有以下中的任一项：
所述脉冲序列数据还包括用于测量B1幅值图的B1幅值测量脉冲序列，并且其中，所述脉冲序列数据包括B1幅值测绘脉冲序列数据，
所述脉冲序列数据还包括用于测量B1相位图的B1相位测量脉冲序列，其中，所述脉冲序列数据包括B1相位测绘脉冲序列数据，以及
其组合；
处理器(130)，其用于控制所述磁共振成像系统，其中，所述机器可执行指令的执行使得所述处理器：
通过利用所述脉冲序列数据控制所述磁共振成像系统来采集(1200)所述磁共振数据；
通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算(1202)B0不均匀性图(148)，
通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算(1204)B1相位图(150)和/或B1幅值图(1106)；并且
在至少一个预定方向上计算(1206)所述B1相位图的二阶导数(1110)和/或所述B1幅值图的二阶导数和/或所述B0不均匀性图的二阶导数，其中，所述二阶导数是使用所述至少一个预定方向上的经校正的体素尺寸而计算出的，其中，所述经校正的体素尺寸是使用根据所述B0不均匀性图的导数计算出的校正因子而计算出的。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器通过使用所述B0不均匀性图将所述B1相位图内插到零回波时间来计算(204)零回波时间B1相位图(152)，并且其中，所述B1相位图的所述二阶导数是使用所述零回波时间B1相位图而计算出的。
3.根据权利要求1或2所述的磁共振成像系统，其中，所述脉冲序列数据是Dixon脉冲序列数据，其中，所述磁共振成像方法是n点Dixon方法，其中，n等于或大于2，其中，所述B0不均匀性图(148)和所述B1相位图(150)是通过根据所述n点Dixon方法分析所述磁共振数据来估计的。
4.根据权利要求3所述的磁共振成像系统，其中，所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器：
在根据所述n点Dixon方法分析所述磁共振数据时计算脂肪图像(144)和水图像(146)，
通过分割所述脂肪图像来识别所述对象内的脂肪区域(402)，
通过分割所述水图像来识别所述对象内的水区域(400)；并且
使用所述脂肪区域和所述水区域来计算估计的电导率图和/或估计的介电常数图(310)。
5.根据权利要求4所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括电磁组织加热系统(302、304)，其中，所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器使用所述估计的介电常数图来估计对所述对象的空间依赖的加热，其中，所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器使用所述估计的电导率图和/或至少一幅计算出的电导率图进一步估计对所述对象的所述加热。
6.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述多回波脉冲序列包括用于根据以下磁共振成像方法中的任一种控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令：n点Dixon方法和多回波脉冲序列方法。
7.根据权利要求1或6所述的磁共振成像系统，其中，所述B1幅值测量脉冲序列包括用于根据以下磁共振成像方法中的任一种控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令：实际翻转角成像(AFI)磁共振成像方法、双重重新聚焦回波采集模式(DREAM)磁共振成像方法，以及Bloch-Siegert移位磁共振成像方法。
8.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述B1相位测量脉冲序列包括用于根据以下磁共振成像方法中的任一种控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令：基于自旋回波的磁共振成像方法和平衡梯度回波磁共振成像方法。
9.根据权利要求1或2所述的磁共振成像系统，其中，所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器使用所述至少一个预定方向上的所述B1相位图的所述二阶导数来计算(206)至少一幅计算出的电导率图。
10.根据权利要求1或2所述的磁共振成像系统，其中，所述机器可执行指令的执行还使得所述处理器根据定量磁化率成像方法使用至少一个预定方向上的所述B0不均匀性图的所述二阶导数来计算至少一幅磁化率图。
11.根据权利要求1或2所述的磁共振成像系统，其中，所述脉冲序列数据针对所述至少一个预定方向中的每个预定方向指定读出梯度，其中，所述至少一个预定方向中的每个预定方向上的所述经校正的体素尺寸为：
Figure FDA0002331190160000031
其中，x是所述至少一个预定方向中的一个预定方向，其中，
Figure FDA0002331190160000032
是体素的位置，其中，dx标称是所述至少一个预定方向中的所述一个预定方向上的标称体素尺寸，其中，
Figure FDA0002331190160000033
是所述至少一个预定方向中的所述一个预定方向上的所述B0不均匀性图的导数，其中，γ是回磁比，并且其中，GR是所述至少一个预定方向中的所述一个预定方向上的所述读出梯度的强度。
12.根据权利要求11所述的磁共振成像系统，其中，根据所述磁共振数据重建的MR相位图像的二阶导数为：
Figure FDA0002331190160000041
13.一种操作磁共振成像系统(100、300、1100)的方法，所述磁共振成像系统用于采集来自成像区(108)内的对象(118)的磁共振数据(142、1104)，
其中，所述方法包括以下步骤：
通过利用脉冲序列数据控制所述磁共振成像系统来采集(1200)所述磁共振数据，其中，所述脉冲序列数据包括用于根据磁共振成像方法控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令，其中，所述脉冲序列数据包括用于测量B0图的多回波脉冲序列，其中，所述脉冲序列数据包括B0测绘脉冲序列数据，并且其中，具有以下中的任一项：
所述脉冲序列数据还包括用于测量B1幅值图的B1幅值测量脉冲序列，并且其中，所述脉冲序列数据包括B1幅值测绘脉冲序列数据，
所述脉冲序列数据还包括用于测量B1相位图的B1相位测量脉冲序列，其中，所述脉冲序列数据包括B1相位测绘脉冲序列数据，以及
其组合；
通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算(1202)B0不均匀性图(148)；
通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算(1204)B1相位图(150)和/或B1幅值图(1106)；并且
在至少一个预定方向上计算(1206)所述B1相位图的二阶导数(1110)和/或所述B1幅值图的二阶导数和/或所述B0不均匀性图的二阶导数，其中，所述二阶导数是使用所述至少一个预定方向上的经校正的体素尺寸而计算出的，其中，所述经校正的体素尺寸是使用根据所述B0不均匀性图的导数计算出的校正因子而计算出的。
14.一种存储有计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括机器可执行指令，所述机器可执行指令用于由控制磁共振成像系统(100、300、1100)的处理器执行，所述磁共振成像系统用于采集来自成像区(108)内的对象(118)的磁共振数据(142)，其中，所述机器可执行指令的执行使得所述处理器：
通过利用脉冲序列数据控制所述磁共振成像系统来采集(1200)所述磁共振数据，其中，所述脉冲序列数据包括用于根据磁共振成像方法控制所述磁共振成像系统来采集磁共振数据的指令，其中，所述脉冲序列数据包括用于测量B0图的多回波脉冲序列，其中，所述脉冲序列数据包括B0测绘脉冲序列数据，并且其中，具有以下中的任一项：
所述脉冲序列数据还包括用于测量B1幅值图的B1幅值测量脉冲序列，并且其中，所述脉冲序列数据包括B1幅值测绘脉冲序列数据，
所述脉冲序列数据还包括用于测量B1相位图的B1相位测量脉冲序列，其中，所述脉冲序列数据包括B1相位测绘脉冲序列数据，以及
其组合；
通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算(1202)B0不均匀性图(148)；
通过根据所述磁共振成像方法分析所述磁共振数据来计算(1204)B1相位图(150)和/或B1幅值图(1106)；并且
在至少一个预定方向上计算(1206)所述B1相位图的二阶导数(1110)和/或所述B1幅值图的二阶导数和/或所述B0不均匀性图的二阶导数，其中，所述二阶导数是使用所述至少一个预定方向上的经校正的体素尺寸而计算出的，其中，所述经校正的体素尺寸是使用根据所述B0不均匀性图的导数计算出的校正因子而计算出的。
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