CN110068782B - 快速三维自旋回波序列中的伪影避免 - Google Patents

快速三维自旋回波序列中的伪影避免 Download PDF

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Abstract

本发明涉及快速三维自旋回波序列中的伪影避免。本发明涉及一种用于创建MR 3D图像数据组的方法，其中，利用自旋回波序列以欠采样的方式记录两个原始数据组40、50，其中，两个原始数据组中的激励脉冲或重聚焦脉冲具有相反的相位。将这两个原始数据组组合为非欠采样的组合的3D原始数据组60，并且计算权重矩阵，用于在计算在第一原始数据组和第二原始数据组中相应地没有记录的原始数据点时使用。由此计算第一和第二完全原始数据组，然后将其组合。

Description

快速三维自旋回波序列中的伪影避免
技术领域
本发明涉及一种用于创建检查对象的3D(三维)MR图像数据组的方法，并且涉及相关的MR设备。此外，提供一种具有程序部件的计算机程序产品和电子可读的数据载体。
背景技术
在MR成像中，已知快速3D自旋回波序列，其中，在HF激励脉冲之后，接通具有多达几百个的重聚焦脉冲的重聚焦脉冲队列，这些重聚焦脉冲部分地具有减小的重聚焦倾斜角度。最初设计了具有非选择性HF激励脉冲的这种成像序列，然而由此仅可以记录完整的体积。为了可以在检查区域、例如脊柱、臀部或骨盆中使用这种3D多自旋回波序列，引入了该序列的选择性运行模式，其中，使用具有一系列非选择性重聚焦脉冲的选择性HF激励脉冲。
然而，在激励脉冲之后使用非选择性重聚焦脉冲在来自选择性地激励的体积外部的区域的回波队列内产生FID(Free Induction Decay，自由感应衰减)信号。这可能导致干扰成像并且妨碍诊断的伪影。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是改进这些快速的基于3D自旋回波的成像序列，使得减少这些由于FID信号而产生的伪影。
上述技术问题通过本发明的特征来解决。在说明书中描述本发明的优选的实施方式。
根据本发明的第一方面，提供一种利用多个接收线圈创建检查对象的3D MR图像数据组的方法。所述方法具有以下步骤：将至少一个第一HF激励脉冲射入检查对象中，之后射入一个或多个非频率选择性的第一HF重聚焦脉冲，用于产生至少一个第一自旋回波。利用多个接收线圈在三维原始数据空间中的第一原始数据组中记录一个或多个第一自旋回波，其中在此，以根据Nyquist(奈奎斯特)定理用原始数据不完全地填充第一原始数据组的方式，仅部分地利用原始数据填充原始数据空间的第一原始数据组。此外，将至少一个第二HF激励脉冲射入检查对象中，之后射入一个或多个非选择性的第二HF重聚焦脉冲，用于产生一个或多个第二自旋回波。在此，第二HF重聚焦脉冲相应地具有与第一HF重聚焦脉冲相反的相位。替换地，第一和第二HF激励脉冲可以具有相反的相位。利用多个接收线圈在三维原始数据空间中的第二原始数据组中记录一个或多个第二自旋回波，其中在此，在第二原始数据组中，以根据Nyquist定理用原始数据不完全地填充第二子区域的方式，仅部分地用原始数据填充第二原始数据组，然而其中，根据Nyquist定理，原始数据空间通过第一原始数据组和第二原始数据组整体上完全地被原始数据填充。第一原始数据组和第二原始数据组合成为根据Nyquist定理完全地用原始数据填充的组合的三维原始数据组。随后，基于组合的3D原始数据组计算用于并行成像的权重矩阵，用于在计算在第一原始数据组和第二原始数据组中相应地没有记录的原始数据点时使用。此外，在考虑权重矩阵和在第一原始数据组中记录的原始数据的情况下重建在第一原始数据组中没有记录的原始数据点。针对这两个原始数据组的这些计算不仅可以在原始数据空间中、而且可以在图像空间中进行，于是在此例如利用SENSE技术进行。
然后，可以借助针对第一原始数据组重建的原始数据点和在第一原始数据组中记录的原始数据计算第一完全原始数据组。此外，在考虑权重矩阵和在第二原始数据组中记录的原始数据点的情况下重建在第二原始数据组中没有记录的原始数据点，并且借助针对第二原始数据组重建的原始数据点和在第二原始数据组中记录的原始数据点计算第二完全原始数据组。最后，将第一完全原始数据组和第二完全原始数据组相加，以创建3D MR图像数据组。
通过记录具有相反的相位的两个原始数据组，使得其一起填充整个原始数据空间，首先缩短了记录时间，因为不需要两次用原始数据完全地填充整个原始数据空间。其次，可以借助组合的3D原始数据组计算随后计算第一完全原始数据组和第二完全原始数据组所需的权重矩阵。随后，可以将这两个完全原始数据组组合，以创建于是由于FID信号而产生的伪影减少或者完全得到抑制的3D MR图像数据组。通过使用具有相反的相位、即具有旋转了180°的相位的第二原始数据组中的重聚焦脉冲，将所激励的检查对象外部的FID信号破坏性地相加并且抵消，从而自旋回波仅仍然提供重要的信号部分。此外，测量时间减少，因为分别对第一原始数据组和第二原始数据组进行欠采样。
可以在原始数据空间中或者在图像数据空间中将第一完全原始数据组和第二完全原始数据组复数(komplex)相加。
此外，可以以第一和第二原始数据组没有共同的原始数据点的方式，记录第一和第二原始数据组。3D原始数据空间优选一半以第一原始数据组记录，其中，另一半以第二原始数据组记录，从而整体上完整地、但是仅一次记录3D原始数据空间。
第一完全原始数据组和第二完全原始数据组可以借助并行成像的重建方法、例如GRAPPA方法或者借助CAIPIRINHA方法来重建。可以由此并且借助权重矩阵重建两个原始数据组中缺少的区域，其中，权重矩阵可以基于组合的3D原始数据组来计算。
第一HF激励脉冲和第二HF激励脉冲优选是频率选择性的激励脉冲，然而其中，所述方法也可以与非频率选择性的HF激励脉冲一起使用。
第一原始数据组和第二原始数据组的记录可以彼此分离地依次进行，或者以在第一原始数据组的记录完全结束之前记录第二原始数据组的一部分的所谓的“交错”模式进行。
优选第一原始数据组和第二原始数据组分别具有整个原始数据空间的一半并且填充整个原始数据空间的一半。
此外，相关的MR设备设置有多个接收线圈、HF单元和至少一个图像序列控制装置，图像序列控制装置也控制多个接收线圈和HF单元，使得如上面所述记录原始数据空间。附加地，MR设备具有计算单元，其如上面所述计算3D MR图像数据组。
此外，计算机程序产品设置有程序部件，并且其可直接加载到MR设备的存储单元中，以执行上面描述的步骤和下面还将描述的步骤。
此外，电子可读的数据载体设置有存储在其上的电子可读的控制信息，其中，电子可读的控制信息被设计为，在MR设备的控制单元中使用数据载体时，电子可读的控制信息执行上面描述的方法。
除非另外明确地指出，否则上面描述的特征和下面将描述的特征不仅可以在相应的明确地示出的组合中使用，而且也可以在其它组合中使用。
附图说明
参考附图详细说明本发明。
图1示意性地示出了MR设备，利用该MR设备，根据本发明可以在短的记录时间内并且在没有FID伪影的情况下产生3D自旋回波序列；
图2示意性地示出了在记录MR数据时使用的成像序列的序列图；
图3示意性地示出了可以用于创建第一原始数据组和第二原始数据组的记录模式；
图4示意性地示出了如何从图3的两个原始数据组的组合创建可以用于计算权重矩阵的组合的3D原始数据组；
图5示意性地示出了在创建FID伪影减少的3D MR数据组时记录的不同的数据组以及计算的另外的数据组；
图6示意性地示出了具有为了创建FID伪影减少的3D MR图像数据组而执行的步骤的流程图。
具体实施方式
下面，参考附图借助优选的实施方式详细说明本发明。在附图中，相同的附图标记描述相同或类似的元素。此外，附图是不同的实施方式的示意性图示，并且在附图中示出的元素不一定按比例示出。相反，再现在附图中示出的元素，使得其功能和其目的对于本领域技术人员来说变得可理解。在附图中示出的功能单元或其它元素之间的连接也可以作为间接的连接来实现，其中，连接可以是无线或有线的。功能单元可以作为硬件、软件或者作为硬件和软件的组合来实现。
参考图1说明MR设备9，利用MR设备9，如下面将说明的，可以产生FID伪影减少的基于3D自旋回波的MR图像。MR设备9具有用于产生极化场B0的磁体10，其中，将布置在床12上的检查人员移动到磁体中，以便借助多个接收线圈11记录来自检查人员13的在那里位置编码的磁共振信号。本发明在同时利用多个接收线圈11记录MR信号的所谓的并行成像中使用。通过射入高频脉冲并且接通磁场梯度，可以使通过极化场B0产生的磁化从平衡位置偏转并且对其进行位置编码，并且由接收线圈11检测到产生的磁化。如何通过以不同的组合和顺序射入HF脉冲并且接通磁场梯度来产生MR图像原则上对于本领域技术人员是已知的，因此在此不进行详细说明。
MR设备具有用于控制MR设备9的控制单元20。控制单元20具有HF控制单元14，用于控制和产生用于使磁化偏转的HF脉冲。设置梯度控制单元15，用于控制和接通所需的磁场梯度。图像序列控制装置16控制磁场梯度、信号检测和HF脉冲的顺序，因此间接地控制梯度控制单元15、接收线圈11和HF控制单元14。操作人员可以通过输入单元17控制MR设备，并且可以在显示单元18上显示MR图像和进行控制所需的其它信息。设置具有至少一个处理器单元的计算单元19，用于对控制单元20中的不同的单元进行控制。此外，设置存储单元21，在存储单元21中例如可以存储程序模块或程序部件，当由计算单元19或在其中构造的处理器单元执行程序部件时，程序部件可以控制MR设备的流程。如下面将说明的，尤其是图像序列控制装置16和计算单元19被构造为，使得以特殊的方式利用自旋回波填充3D原始数据空间，以产生相对于现有技术记录时间减少并且避免FID伪影的3D MR图像数据组。
在图2中示意性地示出了3D MR成像序列。在频率选择性的HF激励脉冲22之后是第一HF重聚焦脉冲23，之后是其它非选择性的HF重聚焦脉冲24-26，其可以具有小于180°的聚焦角度，以减少射入检查人员中的能量。与激励脉冲同时在层选择方向Gz上接通层选择梯度27，用于激励检查对象中的期望的区域。此外，进行相位编码所需的梯度接通28和29，同样在相位编码方向上进行梯度接通30和31。在信号读取32、33期间在读取方向上接通读取梯度34-36，其中，不能读取第一回波。
现在，附加地参考图3说明如何利用这种成像序列来记录原始数据空间。在第一步骤中，如在图3中左侧可以看到的，仅记录原始数据空间的前一半，其中，利用附图标记45示出了在kx方向上延伸到绘图平面内的未记录的原始数据线，因为涉及3D数据组。此外，示出了利用第一相位周期记录的原始数据46，这意味着，重聚焦脉冲23-26相对于激励脉冲具有第一相位。例如，当HF激励脉冲沿x方向射入时，所有重聚焦脉冲可以沿y方向射入。因此涉及与IPAT模式类似、但是不记录参考线的采样模式。这产生第一原始数据组40。
此外，在第二步骤中，记录第二原始数据组50，其在图3中右侧示出，其中，利用55又示出了未记录的原始数据线，同时利用56示出了在第二原始数据组50中记录的数据，其中，重聚焦脉冲的相位与在记录原始数据点46时的重聚焦脉冲的相位相差180°。参考图2，这意味着，重聚焦脉冲一次以第一相位记录，并且第二次针对第二原始数据组50以相反的第二相位、即移位了180°的相位记录。例如，如果重聚焦脉冲23-26针对第一原始数据组沿着+y方向射入，则在针对第二原始数据组射入时，重聚焦脉冲23-26可以沿着-y方向射入。替换地，对于激励脉冲可以具有相反的相位。
现在，记录了两个原始数据组40、50，使得最终完整地记录3D原始数据空间，虽然在对图3的两个原始数据组中的每一个进行欠采样期间仅记录一次。
如在图4中可以看到的，然后可以将两个原始数据组40和50组合，从而产生组合的3D原始数据组，如在图4中用附图标记60所示出的。在此，将所记录的两个原始数据组40和50的原始数据组合。在对于激励脉冲使用相反的相位的情况下，在组合时于是将两个原始数据组相减。然后，可以根据组合的3D原始数据组60，根据组合的原始数据组的中心区域61计算权重矩阵、例如所谓的GRAPPA核，然后可以利用其重建两个原始数据组40和50中缺少的区域，即具有附图标记45和55的原始数据点。由此，相应地借助权重矩阵或核计算第一完全原始数据组，并且借助权重矩阵计算第二完全原始数据组。然后，可以将这两个完全原始数据组相加，其中，涉及复数相加，以避免FID伪影。也可以首先将两个原始数据空间以复数方式相加，然后进行重建。
因为完整地记录原始数据空间通常需要多个回波队列，所以不需要在时间上依次记录两个原始数据组，其也可以以所谓的“交错”模式记录。
选项A(传统模式)：
R1,+,R2,+,...Rn/2,+,Rn/2+1,-,Rn/2+2,-...Rn,-
选项B(交错模式)：
R1,+,R2,-,R3,+,R4,-...Rn-1,+,Rn,-
在此，利用R表示回波队列的数量，并且+或-表示重聚焦脉冲的相位，其中，N是重复的次数。
图5再次示意性地示出了在不同的步骤中记录或计算的数据组。利用第一HF激励脉冲和非频率选择性的第一重聚焦脉冲记录第一原始数据组40，其中，利用第二自旋回波和相反的重聚焦脉冲记录第二原始数据组50。然后，可以将其组合为组合的3D原始数据组60，其中，可以借助中心区域61计算权重矩阵。然后，可以利用该权重矩阵借助所记录的原始数据组40的原始数据计算第一完全原始数据组70，其中，同样可以借助在第二原始数据组中测量的原始数据点和权重矩阵计算第二完全原始数据组80。通过将这两个完全原始数据组组合，可以产生3D原始数据组100，其中，相加是复数相加。
在图4中使用的模式中，在kz或ky方向上交替地记录和不记录原始数据点或原始数据线。然而，所述方法可以任意地在kz或ky方向上使用，即可以任意地形成两个原始数据空间40和50，只要其用原始数据不完全地填充并且两个原始数据组40和50的原始数据点不重叠即可。
对于第一完全原始数据组和第二完全原始数据组的计算，除了GRAPPA方法之外，还可以使用其它并行成像方法，例如CAIPIRINHA。
在图6中再次概括这些步骤。在步骤S61中，通过射入第一HF激励脉冲和非频率选择性的第一HF重聚焦脉冲记录第一原始数据组40。该第一原始数据组没有用原始数据完全填充，因此根据Nyquist定理被欠采样。同样在步骤S62中如结合图2和3所说明的记录第二原始数据组50。如上面所说明的，步骤S61和S62不一定依次执行，而是也可以以交替记录第一原始数据组40的一部分和第二原始数据组50的一部分的所谓的“交错”方法并行地执行。然后，在步骤S63中，将所记录的原始数据组合为组合的3D原始数据组60。随后，可以在步骤S64中基于组合的3D原始数据组计算权重矩阵或核。因此，最后可以在步骤S65中分别计算第一完全原始数据组70和第二完全原始数据组80，其中，通过将这两个完全原始数据组相加，最后可以在步骤S66中计算出3D MR图像数据组100。利用该3D MR图像数据组产生的MR图像没有FID伪影或仅具有在很大程度上得到抑制的FID伪影，其中，总体上测量时间相对于现有技术可以至少减少2倍。

Claims (18)

1.一种利用多个接收线圈(11)创建检查对象(13)的MR 3D图像数据组(100)的方法，其具有如下步骤：
-将至少一个第一HF激励脉冲射入检查对象中，
-射入至少一个非频率选择性的第一HF重聚焦脉冲，用于产生至少一个第一自旋回波，
-利用多个接收线圈(11)在三维原始数据空间中的第一原始数据组(40)中记录至少一个第一自旋回波，其中在此，以根据Nyquist定理用原始数据不完全地填充原始数据空间的第一原始数据组的方式，仅部分地用原始数据填充第一原始数据组，
-将至少一个第二HF激励脉冲射入检查对象中，
-射入至少一个非选择性的第二HF重聚焦脉冲，用于产生至少一个第二自旋回波，其中，至少一个第二HF重聚焦脉冲具有与至少一个第一HF重聚焦脉冲相反的相位，或者至少一个第二HF激励脉冲具有与至少一个第一HF激励脉冲相反的相位，
-利用多个接收线圈在三维原始数据空间中的第二原始数据组(50)中记录至少一个第二自旋回波，其中在此，以根据Nyquist定理用原始数据不完全地填充原始数据空间的第二原始数据组的方式，仅部分地用原始数据填充第二原始数据组(50)，并且原始数据空间通过第一原始数据组和第二原始数据组整体上根据Nyquist定理用原始数据完全填充，
-将第一原始数据组(40)和第二原始数据组(50)合成为根据Nyquist定理用原始数据完全填充的组合的3D原始数据组(60)，
-基于组合的3D原始数据组(60)计算权重矩阵，用于在计算在第一原始数据组和第二原始数据组中相应地没有记录的原始数据点时使用，
-在考虑权重矩阵和在第一原始数据组(40)中记录的原始数据的情况下重建在第一原始数据组(40)中没有记录的原始数据点，
-借助针对第一原始数据组重建的原始数据点和在第一原始数据组(40)中记录的原始数据计算第一完全原始数据组(70)，
-在考虑权重矩阵和在第二原始数据组中记录的原始数据的情况下重建在第二原始数据组(50)中没有记录的原始数据点，
-借助针对第二原始数据组重建的原始数据点和在第二原始数据组中记录的原始数据计算第二完全原始数据组(80)，
-将第一完全原始数据组和第二完全原始数据组相加，以创建MR 3D图像数据组(100)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在原始数据空间中，将第一完全原始数据组(70)和第二完全原始数据组(80)以复数方式相加。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在图像空间中，在考虑相位信息的情况下将第一完全原始数据组(70)和第二完全原始数据组(80)以复数方式相加。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以第一和第二原始数据组没有共同的原始数据点的方式记录第一和第二原始数据组(40、50)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助并行成像的重建方法计算第一完全原始数据组(70)和第二完全原始数据组(80)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个第一HF激励脉冲和至少一个第二HF激励脉冲是频率选择性的激励脉冲。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在完全记录第二原始数据组(50)之前，首先完全记录第一原始数据组(40)。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在第一原始数据组的记录完全结束之前，至少部分地记录第二原始数据组(50)。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，以第一原始数据组和第二原始数据组基本上具有相同的大小的方式记录第一原始数据组(40)和第二原始数据组(50)。
10.一种MR设备，其被构造为用于创建检查对象的MR 3D图像数据组，所述MR设备具有：
-多个接收线圈(11)，
-用于射入HF脉冲的HF单元(14)，
-图像序列控制装置(16)，所述图像序列控制装置被构造为用于至少控制多个接收线圈(11)和HF单元(14)，使得执行如下步骤：
-将至少一个第一HF激励脉冲射入检查对象中，
-射入至少一个非频率选择性的第一HF重聚焦脉冲，用于产生至少一个第一自旋回波，
-利用多个接收线圈(11)在三维原始数据空间中的第一原始数据组(40)中记录至少一个第一自旋回波，其中在此，以根据Nyquist定理用原始数据不完全地填充原始数据空间的第一原始数据组的方式，仅部分地用原始数据填充第一原始数据组(40)，
-将至少一个第二HF激励脉冲射入检查对象中，
-射入至少一个非频率选择性的第二HF重聚焦脉冲，用于产生至少一个第二自旋回波，其中，至少一个第二HF重聚焦脉冲具有与至少一个第一HF重聚焦脉冲相反的相位，或者至少一个第二HF激励脉冲具有与至少一个第一HF激励脉冲相反的相位，
-利用多个接收线圈(11)在三维原始数据空间中的第二原始数据组(50)中记录至少一个第二自旋回波，其中在此，以根据Nyquist定理用原始数据不完全地填充第二子区域的方式，仅部分地用原始数据填充原始数据空间的第二原始数据组，并且原始数据空间通过第一原始数据组(40)和第二原始数据组(50)整体上根据Nyquist定理用原始数据完全填充，
-计算单元(19)被构造为用于，
-将第一原始数据组(40)和第二原始数据组(50)合成为根据Nyquist定理用原始数据完全填充的组合的3D原始数据组(60)，
-基于组合的3D原始数据组(60)计算权重矩阵，用于在计算在第一原始数据组和第二原始数据组中相应地没有记录的原始数据点时使用，
-在考虑权重矩阵和在第一原始数据组中记录的原始数据的情况下重建在第一原始数据组中没有记录的原始数据点，
-借助针对第一原始数据组重建的原始数据点和在第一原始数据组(40)中记录的原始数据计算第一完全原始数据组(70)，
-在考虑权重矩阵和在第二原始数据组(50)中记录的原始数据的情况下重建在第二原始数据组中没有记录的原始数据点，
-借助针对第二原始数据组重建的原始数据点和在第二原始数据组中记录的原始数据计算第二完全原始数据组(80)，
-将第一完全原始数据组(70)和第二完全原始数据组(80)相加，以创建MR 3D图像数据组(100)。
11.根据权利要求10所述的MR设备，其特征在于，计算单元被构造为用于，在原始数据空间中将第一完全原始数据组(70)和第二完全原始数据组(80)以复数形式相加。
12.根据权利要求10所述的MR设备，其特征在于，计算单元(19)被构造为用于，在图像空间中在考虑相位信息的情况下将第一完全原始数据组(70)和第二完全原始数据组(80)以复数形式相加。
13.根据权利要求10所述的MR设备，其特征在于，图像序列控制装置(16)被构造为用于，相应地以第一和第二原始数据组没有共同的原始数据点的方式记录第一和第二原始数据组(40、50)。
14.根据权利要求10所述的MR设备，其特征在于，计算单元(19)被构造为用于，借助GRAPPA方法计算第一完全原始数据组(70)和第二完全原始数据组(80)。
15.根据权利要求10所述的MR设备，其特征在于，HF单元(14)被构造为用于，将至少一个第一HF激励脉冲和至少一个第二HF激励脉冲构造为频率选择性的激励脉冲。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的MR设备，其特征在于，图像序列控制装置(16)被构造为用于，在完全记录第二原始数据组(50)之前，首先完全记录第一原始数据组(40)。
17.根据权利要求10至15中任一项所述的MR设备，其特征在于，图像序列控制装置(16)被构造为用于，在第一原始数据组(40)的记录完全结束之前，至少部分地记录第二原始数据组(50)。
18.一种电子可读的数据载体，其上存储有电子可读的控制信息，所述控制信息被设计为，当在MR设备的控制单元中使用所述数据载体时，所述控制信息执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
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