磁共振成像设备及磁共振成像的扫描方法
技术领域
本发明主要涉及磁共振成像设备,尤其涉及一种磁共振成像的扫描方法。
背景技术
磁共振成像(MRI,Magnetic Resonance Imaging)是核磁共振的重要应用领域,如今磁共振成像设备已成为医学临床诊断和基础科学研究的主要工具之一。磁共振成像设备的基本原理是将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量。在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来,被体外的接收器收录,经计算机处理获得图像。
磁共振成像是相对其他医学成像技术出现“伪影”较多的一种影像技术。这里的伪影,也称假影或鬼影(ghost),是在磁共振扫描和信息处理过程中,由于种种原因出现的目标物不存在的信息。核磁共振的伪影种类较多,包括硬件相关的伪影、环境相关的伪影、患者相关的伪影和图像处理相关的伪影等等。每一类伪影又根据具体情况不同产生许多不同的表现。这些伪影会带来图像重叠、缺失、变形、模糊等情况。伪影的产生会造成图像质量的明显下降,掩盖病灶,进而有可能造成漏诊和误诊,因此,抑制伪影就成为磁共振成像中的一项很重要的任务。
搏动伪影是一种与患者相关的伪影。目前抑制搏动伪影的方法包括流动补偿和添加饱和带。流动补偿方法是在正常梯度波形的适当位置加入另一组梯度实现一阶矩置零,使血流内的氢质子位于回波中心的时候净相位为零。这种方法不仅能够处理与速度有关的相位移动,还能够补偿加速度或更高阶的相位移动,但是由于增加了梯度波形,会使信号的演化过程复杂化,并且使序列的最小TE(echo time,回波时间)增加。添加饱和带的方法是在成像区域外添加饱和带,其基本原理是在成像信号的射频脉冲发射前的数毫秒之内,向确定空间位置发射一个选择性的射频脉冲,使这个空间区域内的纵向磁化矢量提前翻转到横向,这个区域的血液流到成像层面时不会再产生信号,达到抑制伪影的目的。添加饱和带的方法通用性很强,可以与多种成像序列兼容,它不需要特别的病人准备过程,但其缺点是增加了信号产生的准备时间,减少了一个TR(repetition time,重复时间)时间内能够采集的最大层数。同时,饱和脉冲也会增加病人的射频沉积。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种磁共振成像设备及磁共振成像的扫描方法,能有效的降低成像序列因搏动带来的干扰。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种磁共振成像的扫描方法,包括以下步骤:提供磁共振脉冲序列,包括激发脉冲和回聚脉冲,且两种脉冲按照以下方式之一进行配置:该激发脉冲作用的扫描层厚度大于标准层厚,且该回聚脉冲作用的层厚等于该标准层厚,或者该激发脉冲作用的扫描层厚度等于标准层厚,且该回聚脉冲作用的层厚大于标准层厚;确定一个或数个扫描层;根据扫描层面内液体的流动方向,确定扫描层的先后扫描顺序;以及利用磁共振脉冲序列对该一个或数个扫描层进行磁共振扫描。
在本发明的一实施例中,所述扫描层的先后扫描顺序被调整到与血液或者脑脊液流动的方向一致。
在本发明的一实施例中,还包括为该激发脉冲和该回聚脉冲设置扫描层选择梯度,以确定该激发脉冲和该回聚脉冲作用的扫描层位置。
在本发明的一实施例中,在该磁共振脉冲序列的每个周期内包含一个该激发脉冲和一个该回聚脉冲。
在本发明的一实施例中,在该磁共振脉冲序列的每个周期内包含一个该激发脉冲和多个该回聚脉冲。
在本发明的一实施例中,使用该磁共振脉冲序列进行磁共振扫描是进行分节扫描,其中相邻的扫描层是交替进行扫描。
在本发明的一实施例中,该回聚脉冲配置为具有90°相位分量。
在本发明的一实施例中,该磁共振脉冲序列为快速自旋回波成像序列。
在本发明的一实施例中,上述方法还包括在该血管的流入方向上添加饱和带。
本发明还提出一种磁共振成像设备,包括控制器、射频驱动器和射频线圈单元。控制器确定一个或数个扫描层,且根据扫描层面内液体的流动方向,确定扫描层的先后扫描顺序。射频驱动器提供磁共振脉冲序列,包括激发脉冲和回聚脉冲,且两种脉冲按照以下方式之一进行配置:该激发脉冲作用的扫描层厚度大于标准层厚,且该回聚脉冲作用的层厚等于该标准层厚,或者该激发脉冲作用的扫描层厚度等于标准层厚,且该回聚脉冲作用的层厚大于标准层厚。射频线圈单元,使用该磁共振脉冲序列对该一个或数个扫描层进行磁共振扫描。
在本发明的一实施例中,上述的磁共振成像设备,还包括梯度驱动器,用于为该激发脉冲和该回聚脉冲设置扫描层选择梯度,以确定该激发脉冲和该回聚脉冲作用的扫描层位置。
在本发明的一实施例中,在该磁共振脉冲序列的每个周期内包含一个该激发脉冲和一个该回聚脉冲。
在本发明的一实施例中,在该磁共振脉冲序列的每个周期内包含一个该激发脉冲和多个该回聚脉冲。
在本发明的一实施例中,该回聚脉冲具有90°相位分量。
在本发明的一实施例中,该磁共振脉冲序列的快速自旋回波成像序列。
在本发明的一实施例中,该射频驱动器在该血管的流入方向上添加饱和带。
与现有技术相比,本发明上述技术方案,在对前面的扫描层成像时,就激发了这一扫描层内的血液,当这些被激发血液流入后面扫描层时产生的干扰信号会明显减弱。随后将这个过程交替传递下去,保证流入各个扫描层的血液或脑脊液不会对本扫描层成像产生干扰,而本扫描层又会对其中的血液和脑脊液再激发来保护后续扫描层的成像,因此本发明的上述技术方案可以抑制搏动伪影。
附图说明
图1是磁共振成像设备的总体结构图。
图2是磁共振成像设备的侧视结构及组成框图。
图3是本发明一实施例的磁共振成像的扫描方法流程图。
图4是本发明另一实施例的磁共振成像的扫描方法流程图。
图5是本发明的扫描顺序的一个实例。
图6是本发明的扫描顺序的另一个实例。
图7是快速自旋回波成像序列的示例图。
图8是图3所示实施例的磁共振扫描示意图。
图9是图4所示实施例的磁共振扫描示意图。
图10是磁共振的层厚控制示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
图1是磁共振成像设备的总体结构图。参考图1所示,磁共振成像设备具有机架100和床台200。机架100具有开孔101,内部设有扫描部分。患者身体躺在床台200上,被移入机架100的开孔101内进行检查。
图2是磁共振成像设备的侧视结构及组成框图。参考图2所示,机架100内的扫描部分110与外部的操作控制台300连接,且基于从操作控制台输出的控制信号,对患者102的成像区进行扫描。当扫描部分110进行扫描时,RF线圈单元113发射RF脉冲,以便激发在具有由静态磁场磁体单元111形成的静态磁场的成像空间B内置于床台200上的患者成像区的旋转,梯度线圈单元112发射梯度脉冲至已经RF脉冲已经发射到达的患者102的成像区。RF线圈单元113得到在患者的成像区产生的磁共振信号。
具体来说,扫描部分110具有静态磁场磁体单元111、梯度线圈单元112、射频(RF)线圈单元113、RF驱动器114、梯度驱动器115以及数据采集单元116。下面介绍各个部分。
静态磁场磁体单元111可包括磁体,例如永磁型磁体、常导型磁体或超导磁体,并在由机架开孔101构成的成像空间B内形成静态磁场,在成像空间B中可容纳患者102。在这里,静态磁场磁体单元12形成静态磁场,从而沿置于床台200的患者102的身体轴方向(z方向)延伸。
梯度线圈单元112在已形成有静态磁场的成像空间B内进一步形成梯度磁场,从而向RF线圈单元113接收的磁共振信号施加或增加空间位置信息。在此,梯度线圈单元112可包括三个系统设置,从而对应于彼此相互垂直的z方向、x方向和y方向这三个轴方向。
磁共振成像设备以这样一种方式发射梯度脉冲:即根据成像条件,在每个频率编码方向、相位编码方向和扫描层选择方向形成梯度磁场。更具体来说,梯度线圈单元112在患者的扫描层选择方向上施加梯度磁场,并选择由RF线圈单元113发射的RF脉冲激发的患者102的扫描层。梯度线圈单元112在患者102的相位编码方向上施加梯度磁场并相位编码来自受RF脉冲激发的扫描层的磁共振信号。梯度线圈单元112还在患者102的频率编码方向上施加梯度磁场,并且频率编码来自受RF脉冲激发的扫描层的磁共振信号。
RF线圈单元113将与电磁波相对应的RF脉冲发射到成像空间B内患者102的相对应的成像区以形成高频磁场,借此激发患者102的成像区内氢质子的旋转。RF线圈单元113接收从患者102的成像区内的激发氢质子产生的作为磁共振信号的电磁波。在本实施例中,RF线圈单元113具有发射线圈113a和接收线圈113b,如图1所示。在替代实施例中,可使用同时具有发射和接收功能的线圈来代替发射线圈113a和接收线圈113b。发射线圈113a为例如鸟笼型体线圈,并设置成围绕患者102的成像区。另一方面,接收线圈113b为表面线圈,并接收磁共振信号。
床台200具有放置平面或表面。患者102被置于放置表面上。床台200根据操作控制台300提供的控制信号,在成像空间B的内部和外部之间移动。
RF驱动器114驱动RF线圈单元113以便将RF脉冲发射到成像空间B内,借此在成像空间B内形成高频磁场。在操作控制台300输出的控制信号的基础上,RF驱动器114使用门调制器(未显示)将RF振荡器(未显示)发送的信号调制成具有预定定时和预定包络的信号。此后,RF驱动器114允许RF功率放大器(未显示)放大门调制器调制的信号,并将此信号输出到RF线圈单元113,并允许RF线圈单元113发射RF脉冲。
梯度驱动器115根据操作控制台300输出的控制信号向梯度线圈单元112施加梯度脉冲以驱动梯度线圈单元112,借此在形成有静态磁场的成像空间B内形成梯度磁场。梯度驱动器115具有与三系统梯度线圈单元112相关联的三系统驱动电路(未显示)。
数据采集单元116基于操作控制台300输出的控制信号获取RF线圈单元113接收的每个磁共振信号。数据采集单元116采用相位检测器(未显示)相位检测RF线圈单元113接收的磁共振信号,RF驱动器114的RF振荡器(未显示)的输出作为基准信号。因此,数据采集单元116采用A/D转换器(未显示)将与模拟信号相对应的磁共振信号转换成数字信号并将其输出。
如图2所示,操作控制台300具有控制器301、数据处理器302、操作单元303、显示单元304以及存储单元305。
控制器301具有计算机和存储器并控制各个部分,存储器存储允许计算机执行预定数据处理的程序。控制器301输入操作单元303发送的操作数据,并根据操作单元303输入的操作数据将控制信号分别输送给RF驱动器114、梯度驱动器115和数据采集单元116,借此进行预定扫描。同时,控制器301将控制信号输送到数据处理器302、显示单元304和存储单元305,从而对各部分进行控制。
数据处理器302具有计算机和存储程序的存储器,该程序使用计算机执行预定的数据处理。数据处理器302根据控制器301提供的控制信号执行数据处理。
数据处理器302将扫描部分110进行扫描得到的磁共振信号作为行数据,并形成患者102的成像区的图像。接着,数据处理器302将产生的图像输出到显示单元304。具体地描述为,为了与k空间相对应而获取的每个磁共振信号被进行傅立叶逆变换以重建图像。
操作单元303由操作装置例如键盘、指示装置等构成。操作单元303输入操作者的操作数据并将其输出给控制器301。
显示单元304由显示器装置构成,并根据控制器301输出的控制信号在其显示屏上显示每个图像。例如,显示单元304以多种形式在显示屏上显示与操作者输入到操作单元303的操作数据相对应的输入项的图像。此外,显示单元303接收关于根据来自数据处理器302的患者102的磁共振信号而生成的患者102的每个图像的数据,并在显示屏上显示该图像。
存储单元305包括存储器并在其中存储各种数据。在存储单元305中,如果需要,通过控制器301存取存储数据。
在磁共振成像中,氢质子在磁场中产生的频率信号和空间位置一一对应,这样才能重建出需要的图像。这里有一个重要的假设是磁共振信号采集的过程中目标物体在空间上是保持静止状态的。但是这个假设和人体许多固有的生理活动是冲突的,比如呼吸、动脉的搏动和脑脊液的搏动等,会导致人体的部分组织和器官产生周期性的位移。这些生理上周期性的搏动会导致磁共振图像中出现伪影。
例如在快速自旋回波成像序列(FSE)中,成像过程中空间位置编码的错位带来的伪影是比较明显的。任何在磁场梯度方向上的运动都会造成信号编码的错误。但是,在数据空间采集过程中,频率编码方向上的进行采集的时间明显短于一次相位编码的时间,这样,运动在相位编码方向上的积累就十分明显,搏动伪影也主要出现在相位编码方向。具体的临床表现上,当扫描层与血管走行方向平行时,在相位编码方向上会产生与血管形状类似的条状阴影;当血管方向与扫描层垂直时,将会产生于血管等间隔的搏动伪影,并随着与血管距离的增加而逐步减弱。
抑制搏动伪影的基本思路是对产生伪影的运动部分进行空间预饱和,传统的手段是在血管的流入方向上额外添加饱和带,但是饱和带的位置是固定的,并且随着距离增加作用在下降。
本发明下述实施例所描述的方法可以在血管流动方向上保持对运动伪影的抑制。
图3是本发明一实施例的磁共振成像的扫描方法流程图。参考图3所示,本实施例的磁共振成像的扫描方法,包括以下步骤:
在步骤31,提供磁共振脉冲序列,包括激发脉冲和回聚脉冲,且两种脉冲按照以下方式进行配置:激发脉冲作用的扫描层厚度大于标准层厚,且回聚脉冲作用的层厚等于标准层厚。
图8是图3所示实施例的磁共振扫描示意图。结合参考图8所示,激发脉冲作用的扫描层(后文称为激发脉冲层)81具有厚度d1,而回聚脉冲所作用的扫描层(后文称为回聚脉冲层)82具有厚度d2。在此,设扫描层的标准厚度为d0,则有d1>d0,且d2=d0。这样展宽的激发脉冲层81,可以充当后面的扫描层的饱和带的角色,降低各层间新鲜血液的搏动干扰。
激发脉冲层81的厚度d1和回聚脉冲层82的厚度d2是通过对磁共振脉冲序列的参数进行控制而实现的。磁共振中层厚取决于层面选择的梯度场和射频脉冲,简要来说:层厚与脉冲的带宽呈正相关,与梯度场的强度呈负相关,通过控制带宽和场强来控制层厚。图10是磁共振的层厚控制示意图。具体来说,层厚反映的是被激发的一定宽度的范围。增加带宽,则能够被激发的频段更广,在确定的梯度场下表现为激发的宽度增加;而另一面,梯度场增强,梯度爬升更快,则单位频段对应的范围更小,表现为确定带宽下的宽度减小。
在步骤32,确定一个或数个扫描层。
在步骤33,根据扫描层面内液体的流动方向,确定扫描层的先后扫描顺序。
举例来说,扫描层面内液体为血液时,血液沿着血管流动,可以根据血液流动方向确定扫描层的先后扫描顺序。图5是本发明的扫描顺序的一个实例。参考图5所示,血管50的血流方向为箭头A,可以据此确定扫描层的先后扫描顺序。例如,磁共振扫描的顺序也沿着这一方向,依次进行扫描层1、2、3、4、5、6的扫描。当磁共振扫描的顺序与血流方向一致时,可以在前面(对扫描顺序而言)的扫描层预先将血流激发饱和,使之不在流入后面的扫描层时被激发。
类似地,如果扫描层面内的液体是脑脊液,其流动也具有一定方向性。可以根据
在步骤34,使用磁共振脉冲序列对确定的扫描层进行磁共振扫描。
本实施例以快速自旋回波成像(FSE)序列作为磁共振脉冲序列的实例。图7是FSE序列的示例图,参考图7所示,FSE序列在一个TR内,一次激发脉冲后利用多个回聚脉冲产生自旋回波,每个回波的相位编码不同,填充在K空间的不同位置。将FSE序列作用到施加了静态电场和梯度电场的患者的成像区,每个TR内,一个激发脉冲和多个回聚脉冲作用在一个扫描层上。
在替代实施例中,可以使用其它磁共振脉冲序列,例如自旋回波成像(SE)序列,其在一个TR内,具有一个激发脉冲和一个回聚脉冲。
在本实施例中,还需要为磁共振脉冲序列的激发脉冲和回聚脉冲设置扫描层选择梯度,以确定激发脉冲和回聚脉冲作用的扫描层位置。
根据磁共振成像原理,一个位置的氢原子在受到激发后就进入弛豫过程,这在很短时间内在对同一组织再次激发时,便不会产生信号。这个情况对静止的组织不会产生,因为每经过一个TR才会再次激发同一个位置,而对于流动的血液或脑脊液情况就不同了。通过本实施例的方法,在最开始的扫描层成像时,就激发了这一扫描层内的液体,当这些被激发液体流入其他扫描层时产生的干扰信号会明显减弱(扫描层交替的时间在临床使用过程中,通常会明显小于TR)。随后将这个过程交替传递下去,保证流入各个扫描层的液体(血液或脑脊液)不会对本扫描层成像产生干扰,而本扫描层又会对其中的液体再激发来保护后续扫描层的成像,因此本实施例可以抑制搏动伪影。
图4是本发明另一实施例的磁共振成像的扫描方法流程图。参考图4所示,本实施例的抑制磁共振成像的搏动伪影的方法,包括以下步骤:
在步骤41,提供磁共振脉冲序列,包括激发脉冲和回聚脉冲,且两种脉冲按照以下方式进行配置:激发脉冲作用的扫描层厚度等于标准层厚,且回聚脉冲作用的层厚大于标准层厚。
图9是图4所示实施例的磁共振扫描示意图。结合参考图9所示,激发脉冲作用的扫描层(后文称为激发脉冲层)91具有厚度d3,而回聚脉冲所作用的扫描层(后文称为回聚脉冲层)92具有厚度d4。在此,设扫描层的标准厚度为d0,则有d3=d0,且d4>d0。在本实施例中,回聚脉冲本身也包含有激发的成分,扮演者预饱和的作用,利用回聚脉冲边缘的90°相位分量作用在扫描层之间的部分,达到预饱和各层间可能产生信号的血液处理的目的,使其不会在激发脉冲层产生信号。
激发脉冲层91的厚度d3和回聚脉冲层92的厚度d4是通过对磁共振脉冲序列的参数进行控制而实现的,其控制原理如上一实施例所述。
在步骤42,确定一个或数个扫描层。
在步骤43,根据扫描层面内液体的流动方向,确定扫描层的先后扫描顺序。
举例来说,扫描层面内液体为血液时,血液沿着血管流动,可以根据血液流动方向确定扫描层的先后扫描顺序。
图5是本发明的扫描顺序的一个实例。参考图5所示,血管50的血流方向为箭头A,可以据此确定扫描层的先后扫描顺序。例如,磁共振扫描的顺序也沿着这一方向,依次进行扫描层0、1、2、3、4、5、6、7、8的扫描。当磁共振扫描的顺序与血流方向一致时,可以在前面(对扫描顺序而言)的扫描层预先将血流激发饱和,使之不在流入后面的扫描层时被激发。
在步骤44,使用磁共振脉冲序列对确定的扫描层进行磁共振扫描。
在本实施例中,还需要为磁共振脉冲序列的激发脉冲和回聚脉冲设置扫描层选择梯度,以确定激发脉冲和回聚脉冲作用的扫描层位置。
在图5的实例中,扫描是单节进行的,在图6所示的另一实例中,扫描分为多节进行,参考图6所示,血管60的血流方向为箭头C,磁共振扫描的顺序也沿着这一方向,但是先依次进行扫描层0、2、4、6、8的扫描,再依次进行扫描层1、3、5、7(图未示)的扫描。由于层面扫描是交替进行的,这种抑制层面间的流动组织产生的搏动伪影的效果更明显。图6所示实例可以适用于图3和图4所示实施例。
本发明在图3和图4所示实施例的基础上,可以结合其它适合的抑制伪影的已知方法,例如在血管的流入方向上添加饱和带。
回到图2所示,本发明的磁共振成像设备可进行如何配置以实施图3、图4所示实施例的方法或者其变化例。控制器301用于确定一个或数个扫描层,且根据扫描层面内液体的流动方向,确定扫描层的先后扫描顺序。RF驱动器114用于提供磁共振脉冲序列,包括激发脉冲和回聚脉冲,且两种脉冲按照以下方式之一进行配置:激发脉冲作用的扫描层厚度大于标准层厚,且回聚脉冲作用的层厚等于标准层厚,或者激发脉冲作用的扫描层厚度等于标准层厚,且回聚脉冲作用的层厚大于标准层厚。RF线圈单元113使用该磁共振脉冲序列进行磁共振扫描。另外,梯度驱动器115激发脉冲和回聚脉冲设置扫描层选择梯度,以确定该激发脉冲和该回聚脉冲作用的扫描层位置。梯度线圈单元112按照梯度驱动器115的梯度来布置层面选择梯度。另外,RF驱动器114还能够在该血管的流入方向上添加饱和带。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述,但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换,因此,只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。