CN111837047B - 用于在化学交换饱和转移磁共振成像中的脂肪-水分离的单点dixon方法 - Google Patents

用于在化学交换饱和转移磁共振成像中的脂肪-水分离的单点dixon方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种医学成像系统(100、300)。所述医学成像系统包括处理器(104)。机器可执行指令(120)的运行使得所述处理器：接收(200)包括针对一组饱和频率偏移(126)和至少一个参考饱和频率偏移(128)的Z‑频谱采集(124)的磁共振成像数据(122)；重建(202)饱和频率偏移复数图像数据(130)；根据Dixon型磁共振成像协议来重建(204)B0图(132)、水图像(134)和脂肪图像(136)；使用所述水图像和/或所述脂肪图像来计算(206)水相位角(138)；通过旋转所述饱和频率偏移复数图像数据的相位以使得复数水信号与针对每个体素的实轴对齐来计算(208)旋转的复数图像数据(140)；通过计算移位的复数图像数据(142)来执行(210)B0校正；使用包括至少两个脂肪种类的脂肪信号模型来计算(212)描述针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的复数水信号与复数脂肪信号之间的相位角的频率相关相位角(144)；通过针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移将所述复数脂肪信号投影到所述实轴上来计算(214)残余脂肪分量校正因子(150)；并且通过从所述移位的复数图像数据的实部减去针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的所述残余脂肪分量校正因子来计算(216)校正的水Z‑频谱图像数据(152)。

Description

用于在化学交换饱和转移磁共振成像中的脂肪-水分离的单 点DIXON方法
技术领域
本发明涉及磁共振成像，具体地其涉及CEST或者APT磁共振成像。
背景技术
磁共振成像(MRI)扫描器依赖于大的静磁场(B0)以便对齐原子的核自旋，作为用于在患者的身体内产生图像的过程的一部分。这些图像能够反映对象的各种量或者属性。例如，氢质子的密度可以在空间上被测量并且解析。然而，经常，化合物或者代谢物是如此稀释以至于实际上不可能对其直接进行成像。
因此，已经开发了诸如化学交换饱和转移(CEST)MRI的技术。在CEST成像中，具有可交换质子的稀释代谢物的存在得到测量。可以使用CEST研究的代谢物的质子能够与来自水的质子交换位置。饱和脉冲可以用于抑制来自代谢物的可交换质子的MRI信号。由于质子是可交换的，所以它们与水质子交换位置。由于来自代谢物的质子利用饱和脉冲被靶向，所以它们在一段时间内不会对测量到的MRI信号做出贡献。即使在来自代谢物的质子与水质子交换时也是如此。这于是具有降低来自水质子的测量到的MRI信号的效果。通过以不同的频率偏移执行饱和脉冲并且测量对测量到的MRI信号的影响，能够确定关于稀释代谢物或者其他物质的存在的信息。存在与CEST技术相关的各种技术。一个示例是酰胺质子转移(APT)MRI。
Zaiss等人的期刊文章“Chemical exchange saturation transfer(CEST)and MRZ-spectroscopy in vivo:a review of theoretical approaches and methods”(Phys.Med.Biol.58(2013)R221-R269)提供了CEST和Z-光谱学的专题综述。
发明内容
在一个方面，本发明在独立权利要求中提供一种医学成像系统、计算机程序产品和方法。在从属权利要求中给出了实施例。
在执行CEST时，通常在水的共振频率周围对称地以饱和频率偏移进行测量。这是由于饱和脉冲也可能对水信号具有影响。通过在水共振之上和之下对称地进行测量，可以对这两者进行比较，并且可以使用一个测量作为基线。脂肪的存在可以使这种情况中断。而且，正常的脂肪抑制技术也可以影响这些测量。
本发明的实施例可以在存在脂肪时通过使用具有至少两个脂肪种类的脂肪信号模型来校正脂肪的存在而提供改善的CEST成像。
在一个方面，本发明提供一种医学成像系统。所述医学成像系统包括用于存储机器可执行指令的存储器。所述医学成像系统还包括用于控制所述医学成像系统的处理器。所述医学成像系统可以在不同的示例中采取不同的形式。在一些示例中，所述医学成像系统是用于处理或修改图像或者与图像相关的数据的系统。在其他示例中，所述医学成像系统还可以包括用于采集医学成像数据的部件，所述医学成像数据然后被处理或者可以被处理为适合于绘制的数据。
所述机器可执行指令的运行使得所述处理器接收MRI数据。所述MRI数据包括针对一组饱和频率偏移和至少一个参考饱和频率偏移的Z-频谱采集。如本文使用的Z-频谱包含数据或者可以被绘制的显示针对饱和脉冲的频率偏移绘制的自由水信号的数据。这种技术经常被称为Z-光谱学。Z-频谱采集根据或者适合于CEST MRI协议。针对至少一个参考饱和频率偏移的Z-频谱采集包括来自多个回波偏移或者回波时间的数据。针对一组频率偏移中的每个频率偏移以及至少一个参考饱和频率偏移的Z-频谱采集描述了包括复数水信号和复数脂肪信号的复数图像数据。
机器可执行指令的运行还使得所述处理器重建针对一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的饱和频率偏移复数图像数据。频率偏移复数图像数据包括体素。所有不同的饱和频率偏移复数图像数据可以例如具有相同的或者等效的体素。
所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器根据Dixon MRI协议使用来自多个回波偏移或者回波时间的数据来重建B0图、水图像和/或脂肪图像。所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器使用所述水图像和/或所述脂肪图像来计算水相位角。所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器通过使用所述水相位角旋转针对所述体素中的每个体素的所述饱和频率偏移复数图像数据的相位使得所述复数水信号与针对每个体素的实轴对齐来计算旋转的复数图像数据。这使得所述水信号由针对每个体素的纯实数描述。
所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器使用所述B0图通过使用针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的所述旋转的复数图像数据来计算移位的复数图像数据而执行B0校正。
所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器使用包括至少两个脂肪种类的脂肪信号模型来计算描述在针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的复数水信号与复数脂肪信号之间的相位角的频率相关相位角。由于脂肪具有多个共振，因此这一步骤是有益的。通过使用具有多于一个共振的脂肪信号模型，所述频率相关相位角的值可以更准确。
所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器通过使用所述频率相关相位角针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素将所述复数脂肪信号投影到所述实轴上来计算残余脂肪分量校正因子。所述频率相关相位角的知识实现所述复数脂肪信号到所述实轴上的投影。所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器通过从所述移位的复数图像数据的实部减去针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的校正因子来计算校正的水Z-频谱图像数据。
由于这一实施例可以提供对水Z-频谱图像数据的更准确的测量，所以该实施例可以是有益的。由于Z-频谱采集包括水信号和脂肪信号二者，因此不存在对脂肪信号的抑制。这意味着对脂肪信号的任何抑制将不会干扰对水Z-频谱图像数据的适当计算。如本文使用的水Z-频率图像数据是可以为Z-频谱或Z-频谱图像的形式或者可以适合于生成Z-频谱或Z-频谱图像的数据。
在另一实施例中，脂肪信号模型的两个脂肪峰值例如是来自CH2和CH3中的氢原子的那些。
B0校正例如可以通过对Z-频谱数据进行插值来执行。这可以例如通过沿着饱和频率偏移的方向移位整个Z-频谱来实现。
在另一实施例中，所述医学成像系统还包括被配置用于从成像区内的对象采集MR数据的MRI系统。所述存储器还存储脉冲序列命令。所述脉冲序列命令被配置为根据CESTMRI协议来采集MR数据。所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器利用所述脉冲序列命令来控制所述MRI系统以采集所述MRI数据。
在另一实施例中，所述脉冲序列命令被配置为通过使用相同的回波移位或者相同的回波时间来采集具有所述水信号和所述脂肪信号的针对所述一组饱和频率偏移和所述至少一个参考饱和频率偏移的Z-频谱采集。所述脉冲序列命令还被配置为使用至少一个另外的回波移位或者至少一个另外的回波时间来采集针对所述至少一个参考饱和频率偏移的剩余部分的Z-频谱采集。所述另外的回波移位或者所述另外的回波时间的使用使得Dixon型MRI协议能够被执行以便确定所述B0图、所述水图像和/或所述脂肪图像。
在另一实施例中，所述脉冲序列命令根据以下中的任一个：自旋回波协议、快速或者增强自旋回波协议、回波平面成像协议、梯度回波成像协议和稳态自由游行成像协议。
在另一实施例中，所述脉冲序列命令被配置为在没有脂肪抑制脉冲序列命令的情况下采集MR数据。由于脂肪抑制脉冲序列命令可能导致Z-频谱图像中的失真或者误差，因此这一实施例可以是有益的。水信号和脂肪信号二者在MR数据中的存在意味着还不存在脂肪抑制脉冲序列命令。
在另一实施例中，脉冲序列命令被配置用于使用特定的回波移位或者特定的回波时间，使得当所述频率饱和偏移和所述至少一个参考频率饱和频率偏移使用相同的回波移位或者相同的回波时间时所述水信号和所述脂肪信号既不同相也不异相。在这一实施例中，脉冲序列命令被配置用于使用特定的回波移位或者特定的回波时间，使得当所述一组饱和频率偏移和所述至少一个参考饱和频率偏移使得相同的回波移位或者相同的回波时间时，所述水信号与所述脂肪信号之间的相位不等于0度并且不等于180度。
可以使用特定的回波移位或者特定的回波时间来配置所述脉冲序列命令。这可以进行，使得所述水信号与所述脂肪信号之间的相位以至少预定义的最小角度范围不同于0°并且也不同于180°。例如，这可以是加或减5°。
在另一实施例中，所述存储器还包括脂肪校准脉冲序列命令。所述脂肪校准脉冲序列命令被配置用于测量两个或者更多个脂肪种类的线宽和/或一个或多个弛豫速率。所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器通过利用脂肪校准脉冲序列命令控制MRI系统来采集脂肪校准MR数据并且还使用所述MR数据针对所述饱和频率偏移来校准脂肪信号模型。在一个示例中，脂肪校准MR数据可以是光谱学数据。在另一示例中，图像处理可以被处理以校准脂肪信号模型。
在另一实施例中，所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器识别包含比脂肪的预定分数更多的体素。脂肪图像可以例如用于这一目的。所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器使用来自选定体素的脂肪校准MR数据用于校准所述脂肪信号模型。例如，对脂肪校准MR数据的采集可以从仅包含选定体素的区域或者预定数量的选定体素的区域被采集。在其他示例中，脂肪校准MR数据被重建成图像或者被转换到图像空间，并且来自选定体素的图像数据然后用于对脂肪信号模型的校准。
脂肪校准脉冲序列命令也可以定位对象的身体内的不同位置中的脂肪，使得可以存在脂肪信号模型的局部或者空间相关校准。
这一实施例可以等同于用于改进共振频率偏移、共振区域并且特别是可能位于不同位置处的个体脂肪种类的线宽或弛豫速率的预备实验或者预备测量。这可以按照依赖于所述一组饱和频率偏移以及所述至少一个参考饱和频率偏移内的饱和频率偏移的方式进行。这可以例如借助于光谱学或者通过依赖于对感兴趣区域或者感兴趣区域内的位置内的纯脂肪信号的识别来实现。
在另一实施例中，当所述一组饱和频率偏移和所述至少一个参考饱和频率偏移使用相同的回波移位或者相同的时间移位时水信号与脂肪信号之间的相位在以下范围中的任一个内：5°到175°之间，以及185°到355°之间。在这一示例中，水信号和脂肪信号既不同相也不异相。
在另一实施例中，Dixon MRI协议是被配置用于使用至少两个不同的回波移位或者两个不同的回波时间用于利用所述水图像和/或所述脂肪图像来重建所述B0图的多点Dixon MRI协议。所述至少两个不同的回波移位可以包括用于针对所述一组饱和频率偏移的所有Z-频谱采集的相同的回波移位。所述至少两个不同的回波时间可以包括用于针对所述一组频率偏移的所有Z-频谱采集的相同的回波时间。
在另一实施例中，所述至少一个参考饱和频率偏移在频率偏移S0处被执行。
在另一实施例中，S0是以下中的任一个：少于-1000ppm或者-1560ppm的很大程度去谐的频率偏移，或者在没有任何饱和脉冲的情况下执行采集。由于这一实施例可以使用Dixon MRI协议提供对B0场、水图像和脂肪图像的准确测量，因此该实施例可以是有益的。
在另一实施例中，所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器使用针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的校正的水Z-频谱图像数据来计算脂肪校正的CEST MR图像。由于在不使用脂肪抑制的情况下构建Z-频谱，因此这一实施例可以是有益的。在这种情况下其可以更准确。
在另一实施例中，所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器通过计算磁化转移非对称性使用针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的校正的水Z-频谱图像数据来计算脂肪校正的CEST MR图像。由于使用脂肪饱和脉冲可以导致误差，特别是当使用磁化转移非对称性时，因此这一实施例可以是有益的。因此，脂肪校正的CEST MR图像可以更准确。
在另一实施例中，所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器通过将对称模型函数拟合到针对所述一组饱和频率偏移的每个饱和频率偏移的校正的水Z-频谱图像数据来计算脂肪校正的CEST MR图像。还通过使用在相应的饱和频率偏移处校正的水Z-频谱图像数据的实部与对称模型函数之间的差异来计算CEST MRI数据而计算脂肪校正的CEST MR图像。还通过使CEST MRI数据归一化到S0来计算脂肪校正的CEST MR图像。然后还通过使用归一化的CEST MRI数据来计算CEST MR图像而执行对脂肪校正的CEST MR图像的计算。
这可以提供计算脂肪校正的CEST MR图像的改善的方式。例如，在一个示例中，对称模型函数可以是洛伦兹-高斯函数。
在另一实施例中，CEST MRI协议是APT加权的MRI协议。由于APT加权的MRI协议尤其易于受到由脂肪的存在引起的误差的影响，因此这一实施例可以是有益的。
在另一方面，本发明提供一种医学图像处理或者用于操作医学成像系统的方法。所述方法包括接收MRI数据。所述MRI数据包括针对一组饱和频率偏移和至少一个参考饱和频率偏移的Z-频谱采集。所述Z-频谱采集根据CEST MRI协议。针对所述至少一个参考饱和频率偏移的所述Z-频谱采集包括来自多个回波移位或者针对多个回波时间的数据。针对所述一组频率偏移中的每个频率偏移和至少一个参考饱和频率偏移的Z-频谱采集描述了包括复数水信号和复数脂肪信号的复数图像数据。所述方法还包括根据所述Z-频谱采集来重建针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的饱和频率偏移复数图像数据。所述饱和频率偏移复数图像数据包括体素。
所述方法还包括根据Dixon型MRI协议使用来自多个回波移位或者多个回波时间的数据来重建B0图、水图像和脂肪图像。所述方法还包括使用所述水图像和/或所述脂肪图像来计算水相位角。所述方法还包括通过使用所述水相位角来旋转针对所述体素中的每个体素的饱和频率偏移复数图像数据的相位使得所述复数水信号与针对每个体素的复平面的实轴对齐来计算旋转的复数图像数据。
所述方法还包括使用B0图通过使用针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的旋转的复数图像数据来计算移位的复数图像数据而执行B0校正。所述B0图引入了移位，该移位然后被逐体素地使用以计算移位的复数图像数据。所述方法还包括使用包括至少两个脂肪种类的脂肪信号模型来计算描述针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的水信号与脂肪信号之间的相位角的频率相关相位角。所述方法还包括通过使用频率相关相位角针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素将复数脂肪信号投影到实轴上来计算残余脂肪分量校正因子。所述方法还包括通过从移位的复数图像数据的实部减去针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的校正因子来计算校正的水Z-频谱图像数据。
在另一方面，本发明包括包含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医学成像系统的处理器运行。所述机器可执行指令的运行使得所述处理器接收MRI数据。所述MRI数据包括针对一组饱和频率偏移和至少一个参考饱和频率偏移的Z-频谱采集。所述Z-频谱采集根据CEST MRI协议。所述至少一个参考饱和频率偏移的Z-频谱采集包括针对多个回波移位或者回波时间的数据。针对所述一组频率偏移中的每个频率偏移和所述至少一个参考饱和频率偏移的所述Z-频谱采集描述了包括复数水信号和复数脂肪信号的复数图像信号。
所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器使用所述Z-频谱来采集重建针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的饱和频率偏移复数图像数据。所述饱和频率偏移复数图像数据包括体素。
所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器根据Dixon型MRI协议使用针对多个回波移位或者回波时间的数据来重建B0图、水图像和脂肪图像。所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器使用所述水图像和/或所述脂肪图像来计算水相位角。所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器通过使用所述水相位角旋转针对所述体素中的每个体素的所述饱和频率偏移复数图像数据的相位使得所述复数水信号与针对每个体素的实轴对齐来计算旋转的复数图像数据。
所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器使用B0图通过使用针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的所述旋转的复数图像数据来计算移位的复数图像数据而执行B0校正。所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器使用包括至少两个脂肪种类的脂肪信号模型来计算描述针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的复数水信号与复数脂肪信号之间的相位角的频率相关相位角。
所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器通过使用所述频率相关相位角针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素将复数脂肪信号投影到实轴上来计算残余脂肪分量校正因子。所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器通过从移位的复数图像数据的实部减去针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的校正因子来计算校正的水Z-频谱图像数据。
应该理解，可以对本发明的前面提及的实施例中的一个或多个进行组合，只要组合的实施例不相互排斥。
如本领域普通技术人员将意识到的，本发明的方面可以被体现为装置、方法或者计算机程序产品。因此，本发明的方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或者组合软件方面和硬件方面的实施例的形式，所有这些通常在本文被称为“电路”、“模块”或者“系统”。而且，本发明的方法可以采取体现在具有体现在其上的计算机可执行代码的一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。如本文使用的“计算机可读存储介质”包含可以存储可由计算设备的处理器执行的指令的任何有形存储介质。所述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。所述计算机可读存储介质也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也可以能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的示例包括但不局限于：软盘、磁盘驱动器、固态硬盘、闪存、USB拇指驱动器、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的示例包括压缩盘(CD)和数字多用盘(DVD)，例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或者DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还指代能够由计算机设备经由网络或者通信链路访问的各种类型的记录介质。例如，数据可以通过调制解调器、通过互联网或者通过局域网被取回。体现在计算机可读介质上的计算机可执行代码可以使用任何合适的介质(包括但不局限于无线、有线、光纤线缆、RF等，或者前述的任何适当组合)进行传输。
计算机可读信号介质可以包括具有体现在其中的计算机可执行代码的传播数据信号，例如在基带中或者作为载波的一部分。这样的传播信号可以采取各种形式中的任一种，包括但不局限于电磁、光学或者其任何适当的组合。计算机可读信号介质可以是不是计算机可读存储介质并且能够通信、传播或者传输程序用于由指令执行系统、装置或设备使用或者结合指令执行系统、装置或设备的任何计算机可读介质。
“计算机存储器”或者“存储器”是计算机可读存储介质的示例。计算机存储器是处理器可直接访问的任何存储器。“计算机存储装置”或者“存储装置”是计算机可读存储介质的另外的示例。计算机存储装置是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储装置也可以是计算机存储器或者反之亦然。
如本文使用的“处理器”包含能够运行程序或者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该被解释为可能包含多于一个处理器或者处理核。处理器可以例如是多核处理器。处理器也可以指代在单个计算机系统内或者分布在多个计算机系统之中的处理器的集合。术语计算设备也应该被解释为可能指代计算设备的集合或者网络，每个计算设备包括一个或多个处理器。计算机可执行代码可以由可以位于相同计算设备内或者可以甚至跨多个计算设备分布的多个处理器运行。
计算机可执行代码可以包括机器可执行指令或者程序，其使得处理器执行本发明的方面。用于执行本发明的方面的操作的计算机可执行代码可以以一种或者多种编程语言的任何组合被编写并且被编译为机器可执行指令，所述编程语言包括面向对象的编程语言(例如Java、Smalltalk、C++等)和传统的过程编程语言(例如C或者类似的编程语言)。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者是预编译的形式并且结合解释器使用，该解释器在运行中生成机器可执行指令。
所述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运行。在后面的场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或者广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者可以(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)对外部计算机进行连接。
参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本发明的方面。应该理解，在适用的情况下，流程图、图示和/或框图的每个框或者框的部分可以由计算机可执行代码形式的计算机程序指令实现。还应该理解，在不相互排斥时，可以对不同流程图、图示和/或框图中的框的组合进行组合。这些计算机程序指令可以被提供到通用计算机、专用计算机或者其他可编程数据处理装置的处理器以产生一种机器，使得经由计算机或者其他可编程数据处理装置的处理器运行的指令创建用于实现在流程图/框图的一个或多个框中指定的功能/动作的单元。
所述计算机程序指令还可以被存储器在计算机可读介质中，其能够指示计算机、其他可编程数据处理装置或者其他设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生一款包括指令的制品，所述指令实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。
所述计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或者其他设备上以使得在所述计算机、其他可编程装置或者其他设备上执行一系列操作步骤来产生计算机实现的过程，使得在所述计算机或者其他可编程装置执行的指令提供用于实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的过程。
如本文使用的“用户接口”是允许用户或者操作者与计算机或者计算机系统交互的接口。“用户接口”也可以被称为“人机接口设备”。用户接口可以向操作者提供信号或者数据和/或从操作者接收信息或者数据。用户接口可以使得来自操作者的输入被计算机接收并且可以从计算机向用户提供输出。换句话说，用户接口可以允许操作者控制或者操纵计算机并且所述接口可以允许计算机指示操作者的控制或者操纵的效果。数据或者信息在显示器或者图形用户界面上的显示是向操作者提供信息的示例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触摸板、指向棒、图形板、操纵杆、手柄、网络摄像头、头戴式耳机、踏板、有线手套、远程控制和加速度计对数据的接收全部是能够从操作者接收信息或者数据的用户接口部件的示例。
如本文使用的“硬件接口”包含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/或控制外部计算机设备和/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。硬件接口也可以使得处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的示例包括但不限于：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、模拟输入接口和数字输入接口。
如本文使用的“显示器”或者“显示设备”包含适于显示图像或者数据的输出设备或者用户界面。显示器可以输出视觉、音频和或触觉数据。显示器的示例包括但不限于：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、双稳态显示器、电子纸、向量显示器、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)、等离子体显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪和头部安装显示器。
磁共振(MR)数据在本文被定义为在MRI扫描期间使用磁共振装置的天线对由原子自旋发射的射频信号进行的记录的测量结果。MR数据是医学图像数据的示例。MR图像在本文被定义为包含在MRI数据内的解剖数据的重建的二维或三维可视化。这一可视化可以使用计算机来执行。Z-频谱采集是适合于重建Z-频谱或者图像的磁共振数据。
水信号在本文可以被称为复数水信号并且当水信号是复数图像或复数图像数据的一部分或者包括复数图像或复数图像数据时与其可互换。脂肪信号在本文可以被称为复数脂肪信号并且当脂肪信号是复数图像或复数图像数据的一部分或者包括复数图像或复数图像数据时与其可互换。
术语“针对一组饱和频率偏移以及至少一个参考饱和频率偏移的Z-频谱采集”在本文指代适合于处理为Z-频谱的MR数据。针对所述一组饱和频率偏移的Z-频谱采集指代针对其执行了饱和脉冲的一组特定频率的Z-频谱数据的一部分。针对至少一个参考饱和频率偏移的Z-频谱采集包括也被采集并且可以用于使用Dixon或Dixon型MRI协议来重建B0图、水图像和脂肪图像的在一个或多个附加的饱和频率偏移处的数据。
本文中在饱和频率偏移复数图像数据中的术语“饱和频率偏移复数图像”是针对特定复数值图像数据的标签。“饱和频率偏移复数图像数据”可以由“第一图像数据”代替。
本文中在旋转的复数图像数据中的术语“旋转的复数图像”是针对特定复数值图像数据的标签。“旋转的复数图像数据”可以由“第二图像数据”代替。
本文中在移位的复数图像数据中的术语“移位的复数图像”是针对特定复数值图像数据的标签。“移位的复数图像数据”可以由“第三图像数据”代替。
在水相位角中的术语“水相位”意为标签并且“水相位角”在本文中可以由“第一角”代替。
在饱和频率偏移相关相位角中的术语“饱和频率偏移相关相位”是标签并且在本文中可以由“第二角”代替。
术语“残余脂肪分量校正因子”是针对实值数的标签。“残余脂肪分量校正因子”在本文中可以由“校正因子”代替。
附图说明
在下文中，将仅通过示例的方式并且参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1图示了医学成像系统的示例；
图2示出了图示操作图1的医学成像系统的方法的流程图；
图3图示了医学成像系统的另外的示例；
图4示出了图示操作图3的医学成像系统的方法的流程图；
图5示出了Z-频谱并且图示了示例APTw采集方案；
图6图示了脂肪频谱的多峰模型；
图7图示了个体脂肪种类的饱和以及推导的频率相关相位角的模型；
图8示出了在复平面中的水信号和脂肪信号的表示；
图9示出了在针对包含70％水和30％脂肪的体素的校正步骤之后获得的示例Z-频谱；
图10示出了针对具有针对包含大多数水的体素的脂肪校正的腹部APTw成像的示例Z-频谱；
图11示出了针对具有针对包含水和脂肪的大约等同贡献的体素的脂肪校正的腹部APTw成像的示例Z-频谱；以及
图12示出了针对具有针对包含大多数脂肪的体素的脂肪校正的腹部APTw成像的示例Z-频谱。
附图标记
100 医学成像系统
102 计算机
104 处理器
106 硬件接口
108 用户接口
110 存储器
120 机器可执行指令
122 磁共振成像数据
124 Z-频谱采集
126 一组饱和频率偏移
128 至少一个参考饱和频率偏移
130 饱和频率偏移复数图像数据
142 B0图
134 水图像
136 脂肪图像
138 水相位角
140 旋转的复数图像数据
142 移位的复数图像数据
144 频率相关相位角
146 脂肪信号模型
148 任选的测量到的脂肪信号模型校准数据
150 残余脂肪分量校正因子
152 校正的水Z-频谱图像数据
154 脂肪校正的CEST磁共振图像
156 脂肪校正的APTw磁共振图像
200 接收磁共振成像数据
202 根据Z-频谱采集来重建针对一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的饱和频率偏移复数图像数据
204 根据Dixon型磁共振成像协议根据在具有多个回波移位或者回波时间的至少一个参考饱和频率偏移处的Z-频谱采集来重建B0图、水图像和脂肪图像
206 使用水图像和/或脂肪图像来计算水相位角
208 通过使用水相位角旋转针对体素中的每个体素的饱和频率偏移复数图像数据的相位使得复数水信号与针对每个体素的实轴对齐来计算旋转的复数图像数据
210 使用B0图通过使用针对一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对体素中的每个体素的旋转的复数图像数据来计算移位的复数图像数据而执行B0校正
212 使用包括至少两个脂肪种类的脂肪信号模型来计算描述针对一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的复数水信号与复数脂肪信号之间的相位角的频率相关相位角
214 通过使用频率相关相位角针对一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对体素中的每个体素将复数脂肪信号投影到实轴上来计算残余脂肪分量校正因子
216 通过从移位的复数图像数据的实部减去针对一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对体素中的每个体素的残余脂肪分量校正因子来计算校正的水Z-频谱图像数据
300 医学成像系统
302 磁共振成像系统
304 磁体
306 磁体的膛
308 成像区
309 感兴趣区域
310 磁场梯度线圈
312 磁场梯度线圈电源
314 射频线圈
316 收发机
318 对象
320 对象支撑件
330 脉冲序列命令
332 脂肪信号模型校准脉冲序列命令
334 校准磁共振数据
400 利用脉冲序列命令来控制磁共振成像系统以采集磁共振成像数据
600 图示脂肪信号模型的曲线
602 图示脂肪信号模型的又一曲线
604 计算的脂肪信号
700 计算的脂肪信号对比饱和频率偏移
702 频率相关相位角对比饱和频率偏移
704 来自所有脂肪种类的信号的和
800 水信号
802 脂肪信号
804 幅值
806 实轴
900 幅值到实轴上的投影
902 移位的复数图像数据的实部
904 移位的复数图像数据的虚部
1000 对称模型函数
1002 与APTw成像相关的区域
1006 MTRasym,FC
1008 MTRasym(M)
具体实施方式
在这些图中类似编号的元件是等效的元件或者执行相同的功能。如果功能是等效的，则先前已经讨论的元件将不必在随后的图中进行讨论。
图1示出了医学成像系统100的示例。医学成像系统100包括计算机102。计算机包括被示出为任选地连接到硬件接口106的处理器104。处理器104还任选地被示出为连接到用户接口108。处理器104被示出为被连接到存储器110。存储器110可以是处理器104可访问的存储器的任何组合。这可以包括诸如主存储器、高速缓存存储器之类，并且还包括诸如闪速RAM、硬盘驱动器或者其他存储设备的非易失性存储器。在一些示例中，存储器110可以被认为是非瞬态计算机可读介质。
硬件接口106可以例如用于控制医学成像系统100的其他组件，例如磁共振成像系统，如果有一个可用。硬件接口106还可以包括网络部件以使得处理器104能够经由计算机网络发送和接收数据。
存储器110被示出为包含机器可执行指令120。机器可执行指令120使得处理器104能够控制医学成像系统100的其他部件和/或执行数学运算和/或图像处理功能。存储器110还被示出为包含从外部源或系统或者从诸如磁共振成像系统的部件接收的磁共振成像数据122。存储器110还被示出为包含作为磁共振成像数据122的一部分的Z-频谱采集。Z-频谱采集124可以被认为是磁共振数据。存储器110还被示出为包含一组饱和频率偏移126。这是饱和脉冲被生成为Z-频谱采集的一部分的频率列表。
存储器110还被示出为包含至少一个参考饱和频率偏移128。存储器110还被示出为包含饱和频率偏移复数图像数据130。饱和频率偏移复数图像数据130包括针对使用Z-频谱采集重建的饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的图像。存储器110还被示出为包含使用针对至少一个参考饱和频率偏移128的Z-频谱采集124重建的B0图132、水图像134和脂肪图像136。这根据Dixon磁共振成像协议来执行。
存储器110被示出为还包含水相位角138。水相位角138是能够用于通过旋转将饱和频率偏移复数图像数据130中的复数水信号与复平面中的实轴对齐使得所述复数水信号变为实数水信号的相位角。水相位角138使用水图像134和/或脂肪图像136来计算。存储器110还被示出为包含旋转的复数图像数据140。旋转的复数图像数据是其相位旋转了水相位角138的饱和频率偏移复数图像数据130。
存储器110还被示出为包含移位的复数图像数据142。移位的复数图像数据142通过使用B0图以对旋转的复数图像数据140执行B0校正来计算。这具有使一组饱和频率偏移126移位的效果。例如，旋转的复数图像数据140和移位的复数图像数据142可以是Z-频谱图像的形式。B0校正可以指示特定体素内的饱和频率偏移的位置的移位。
存储器110还被示出为包含频率相关相位角144。频率相关相位角144描述了使用脂肪信号模型来计算的针对一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的复数水信号与复数脂肪信号之间的相位角。脂肪信号模型146还被示出为被存储在存储器110中。脂肪信号模型包括使用至少两个脂肪种类或者峰值的模型。通过使用多个峰值，能够确定针对特定饱和频率偏移的脂肪信号的更准确的值。频率相关相位角144针对一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移来计算。
计算机存储器被示出为包含任选的测量的脂肪信号模型校准数据148，例如，其可以与磁共振成像数据122一起被接收。这例如可以包括使用不同的饱和频率偏移在包含脂肪的不同区域中对对象进行的测量。这例如可以包括使用成像或者光谱学对各种弛豫时间的测量。在一些示例中，测量到的脂肪信号模型校准数据是作为校准的数据。
存储器110还被示出为包含残余脂肪分量校正因子150。残余脂肪分量校正因子是复数脂肪信号到复平面中的实轴上的投影。这使用移位的频率相关相位角144来计算。这针对每个体素并且针对一组饱和频率偏移126中的每个饱和频率偏移进行。存储器110还被示出为包含通过取移位的复数图像数据142的实部并且从其减去残余脂肪分量校正因子150计算的校正的水Z-频率图像数据152。这也针对每个体素并且针对一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移来执行。存储器110还被示出为包含根据校正的水Z-频谱图像数据152计算的脂肪校正的CEST磁共振图像154。在一些实例中，CEST协议可以是APTw磁共振成像协议。在这一情况下，存储器110被示出为包含任选的脂肪校正的APTw磁共振图像156。
图2示出了图示操作图1的医学成像系统100的方法的流程图。首先在步骤200中，医学成像系统100接收磁共振成像数据122。接下来在步骤202中，针对一组饱和频率偏移126中的每个饱和频率偏移的饱和频率偏移复数图像数据130使用Z-频谱采集124来重建。然后在步骤204中，B0图132、水图像134和脂肪图像136针对至少一个参考饱和频率偏移128使用Z-频谱采集124进行重建。然后在步骤206中，水相位角138使用水图像134和/或脂肪图像136来计算。接下来在步骤208中，旋转的复数图像数据140通过使用水相位角138旋转饱和频率偏移复数图像数据130的相位来计算。
接下来在步骤210中，移位的复数图像数据142通过对旋转的复数图像数据140执行B0校正来计算。这针对一组饱和频率中的每个饱和频率并且针对体素中的每个体素被执行。接下来在步骤212中，频率相关相位角144使用脂肪信号模型146和一组饱和频率偏移126来计算。一组饱和频率偏移126的实际值可能已经通过B0校正被移位。
接下来在步骤214中，残余脂肪分量校正因子150通过使用频率相关相位角144针对一组饱和频率中的每个饱和频率和针对体素中的每个体素将复数脂肪信号投影到复平面中的实轴上来计算。最后在步骤216中，校正的水Z-频谱图像数据152通过从移位的复数图像数据142的实部减去针对一组饱和频率偏移126中的每个饱和频率偏移的残余脂肪分量校正因子150进行计算。
图3图示了医学成像系统300的另外的示例。图3中的医学成像系统300与图1中的医学成像系统100类似。图3中的医学成像系统300被示出为额外地包括磁共振成像系统302。
磁共振成像系统302包括磁体304。磁体304是具有穿过其的膛306的超导圆柱型磁体。不同类型磁体的使用也是可能的；例如也能够使用分裂式圆柱磁体和所谓的开放式磁体。分裂式圆柱磁体与标准圆柱磁体类似，除了低温恒温器被分成两个部分以允许访问磁体的等平面，这样的磁体可以例如结合带电粒子束治疗使用。开放式磁体具有两个磁体部分，一个位于另一个之上，其之间中的空间足够大以容纳对象：两个部分区域的布置与赫姆霍兹线圈的布置类似。开放式磁体是受欢迎的，因为对象不太受局限。在圆柱磁体的低温恒温器内部存在超导线圈的集合。在圆柱磁体304的膛306内存在成像区308，其中磁场足够强且均匀以执行磁共振成像。感兴趣区域309被示出在成像区308内。磁共振数据典型地针对感兴趣区域被采集。对象318被示出为由对象支撑件320支撑，使得对象318的至少一部分位于成像区308和感兴趣区域309内。
在磁体的膛306内还存在一组磁场梯度线圈310，其用于采集磁共振数据以在空间上编码在磁体304的成像区308内的磁自旋。磁场梯度线圈310连接到磁场梯度线圈电源312。磁场梯度线圈310旨在为代表性的。典型地，磁场梯度线圈310包含用于在三个正交空间方向上进行空间编码的三组分离的线圈。磁场梯度电源向磁场梯度线圈供应电流。供应到磁场梯度线圈310的电流根据时间被控制并且可以被斜变或者脉冲化。
与成像区308邻近的是用于在成像区308内操纵磁自旋的取向并且用于也在成像区308内从自旋接收射频传输的射频线圈314。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者天线。射频线圈314连接到射频收发机316。射频线圈314和射频收发机316可以由分离的发射线圈和接收线圈以及分离的发射机和接收机代替。应该理解，射频线圈314和射频收发机316是代表性的。射频线圈314意在也代表专用发射天线或者专用接收天线。同样，收发机316也可以代表分离的发射机和接收机。射频线圈314还可以具有多个接收/发射元件并且射频收发机316可以具有多个接收/发射通道。例如，如果执行诸如SENSE的并行成像技术，则射频线圈314将具有多个线圈元件。
收发机316和梯度控制器312被示出为被连接到计算机系统102的硬件接口106。计算机存储器110被示出为额外地包含脉冲序列命令330。处理器104可以使用脉冲序列命令330来控制磁共振成像系统302以采集磁共振数据122。存储器110被示出为任选地包含脂肪信号模型校准脉冲序列命令332。脂肪校准脉冲序列命令332例如被配置用于测量两个或者更多个脂肪种类的线宽和/或一个或多个弛豫速率。计算机存储器110还被示出为包含通过利用脂肪校准脉冲序列命令332控制磁共振成像系统302而采集的校准磁共振数据334。机器可执行指令120可以例如用于根据校准磁共振数据334来计算任选的测量到的脂肪信号模型校准数据148。
图4示出了图示操作图3的医学成像系统300的方法的流程图。图4中图示的方法与图2中图示的方法类似。图4中的方法开始于步骤400。在步骤400中，脉冲序列命令330用于采集磁共振成像数据122。在步骤400之后方法进行到图2的方法的步骤200并且该方法之后与图2中图示的方法相同。
图2和图4中图示的方法可以例如通过如在图1和图3中图示的机器可执行指令120实现。
示例可以提供MRI技术以获得磁转移非对称性(MTRasym)的准确估计，例如在存在脂肪时其被显示为酰胺质子转移加权(APTw)或者CEST图像。这一技术可以包括MR图像采集、频谱脂肪饱和模型和处理过程。图像采集涉及具有非零回波偏移的复数Z-频谱采集，导致在复数水信号与复数脂肪信号之间的适当的相位差。一个Z-频谱采集用作参考以经由标准Dixon方法确定水信号、脂肪信号和磁场不均匀性(B0)。水信号的MTRasym在以下多个步骤中根据复数Z-频谱的实部来推导：(a)基于水信号、脂肪信号和参考采集的幅值对所有Z-频谱图像的复数旋转，(b)沿着饱和频率偏移维度的插值用于B0校正，(c)使用用于水信号与脂肪信号之间的饱和频率偏移相关相位角的模型，从实部减去虚部(表示脂肪信号)的投影，(d)根据Z-频谱的脂肪校正的实部来计算MTRasym，其代表纯的部分饱和的水信号。
APT是用于对内源性胞质蛋白质或者肽进行基于MR的分子成像的技术。它基于CEST效果并且经由交换速率反映蛋白质浓度以及局部pH。在肿瘤学(肿瘤中的增强的蛋白质浓度，辐射坏死和活性或者复发的肿瘤的差异)和神经学(中风中的缺血性酸中毒)中设想了APT MRI的有前景的临床应用。酰胺质子的检测是基于在水共振周围使用对称射频饱和频率偏移ω(±3.5ppm)对水信号进行的分析的，同时MTRasym被发现作为在+3.5ppm周围的图像信号减少。根据饱和频率偏移来测量信号幅度的非对称性本质上在-3.5ppm周围对混杂信号贡献非常敏感，与脂肪信号的化学移位范围重叠。当体素被选择为接近水-脂肪界面时，脂肪信号在包含组织的脂肪中或者经由部分体积效应可以尤其影响APTw成像。典型地，在公共APTw或者CEST MRI序列中使用脂肪抑制脉冲(例如，SPIR)以解决这一问题。
在图5中示出了示例APTw图像采集方案。多幅图像S[ω]被记录有可变饱和频率偏移ω，即所谓的Z-频谱，其是MTRasym＝(S[-ω]-S[+ω])/S0的B0场均匀性校正的且归一化(S0)的评估所需要的。示例APTw图像采集方案使用在不同饱和频率偏移ω处的7个采集。位置1、2、3、4、5和6对应于一组饱和频率偏移126。位置7对应于至少一个参考饱和频率偏移128。
示例可以克服下列技术问题中的一个或多个：
在解剖的水和脂肪图像上很少可见的脂肪抑制中的小缺陷可以导致MTRasym分析的显著偏差，其被设计为准确地检测典型地在S0的0-10％范围内的小信号改变。尽管脂肪抑制对于大脑(没有脂肪含量)中的APT应用大多数是准确的，但是其对于身体应用经常失败，这是由于接近定位的水和脂肪间室(例如，胸部MRI)或者由于组织的部分脂肪含量(例如，肝MRI)。
脂肪抑制脉冲减少了与噪声的对比度(每单位扫描时间)，这是因为：
水信号被部分抑制。
脂肪抑制脉冲在RF饱和结束与图像采集序列之间花费一些时间，因而导致APT/CEST对比度(T1弛豫)的一些衰退。
在部分含有脂肪的体素中，脂肪抑制脉冲可以在MTRasym分析中引入误差，这是由于针对ω＝-3.5ppm周围的Z-频谱采集的饱和脉冲和脂肪抑制脉冲的相互作用，导致有缺陷的脂肪抑制或者修改的饱和水平。
任选地，Dixon型水-脂肪分离可以用于每个Z-频谱采集S[ω]。然而，这可能具有若干缺点：
多个回波移位(例如，2或者3)被需要以针对每个S[ω]分离水和脂肪。这可以极大地延长扫描时间，例如，在多采集Dixon快速或者增强自旋回波扫描中。
在S[ω＝-3.5ppm]周围，脂肪信号被饱和脉冲(部分地)饱和，其在标准Dixon型水-脂肪分离算法中没有被考虑在内。这典型地导致在饱和频率偏移的这一范围中的水-脂肪分离中的误差。
示例可以包含下面的采集和处理过程的全部或者部分以在每个体素中的任意水-脂肪信号贡献的情况下从水信号获得对MTRasym的准确评估。
图像采集/重建
在每个体素位置x中采集Z-频谱数据并且获得完整复数图像数据Re[ω,x]和Im[ω,x]。
每幅饱和频率偏移复数图像利用相同的回波移位ES(自旋回波)/回波时间TE(梯度回波)被采集一次，其中复数水信号和复数脂肪信号既不同相也不异相。
一个正的并且很大程度去谐的饱和频率偏移ωref被选择，被称为参考饱和频率偏移，其随着不同的ES或者TE被采集至少多于一次。
根据这一参考采集，计算B0图、水图像(Wr)和幅值图像(Sr)，例如使用任何(标准)多点Dixon技术。此外任选地计算脂肪图像(Fr)。
频谱脂肪饱和模型
描述共振频率偏移和一组脂肪种类中的每个脂肪种类的相对共振区域的谱脂肪模型用于计算脂肪饱和谱Fsat[ω]。
对于个体脂肪种类可以在其处被(部分)饱和的每个饱和频率偏移，执行取决于选定ES/TE的向量加和以推导位于复数水信号与复数脂肪信号之间的实际频率相关相位角α[ω]。
处理
在每个体素位置x中使用复数旋转ε[x]在每个ω处校正完整复数图像数据，使得复数水信号与复平面中的实轴对齐。ε[x]使用水信号根据参考采集进行推导并且同样地被应用于所有Z-频谱采集ω。所获得的校正的复数Z-频谱被称为Re’[ω,x]、Im’[ω,x]。
针对每个体素中的B0校正，使用来自参考采集的B0图来分别对Re’[ω,x]和Im’[ω,x]进行移位和插值。
在每个体素中，校正Z-频率的实部以便仅包含水信号，ReFC[ω,x]。这通过减去复数脂肪信号在复平面中的实轴上的投影来进行，该投影取决于来自(2.b)的相位角α[ω]。最终归一化到S0。
根据ReFC来计算脂肪信号校正的MTRasym,FC[ω,x]，例如用作脂肪信号校正的APTw图像＝MTRasym,FC[ω＝+3.5ppm,x]。
示例可以包含以下特征中的一个或多个：
图像采集/重建
采集Z-频谱数据并且获得完整复数图像数据Re[ω,x]和Im[ω,x]。
每幅饱和频率偏移图像利用相同的回波移位ES1(SE,FSE,SE-EPI,…)或者回波时间TE1(GRE,SSFP,…)被采集一次，导致复数水信号与复数脂肪信号之间的整体相位差优选地为大约α＝90°。通常，可以使用既不同相(0°)也不异相(180°)的任何相位差。
例如，使用在3T处ES1＝-0.52ms的回波移位(数据采集窗口关于自旋回波的时间移位)利用单击发FSE(快速自旋回波)读出来采集Z-频谱。FES读出以饱和脉冲重复，该饱和脉冲例如由具有2s的总持续时间和2μT的B1rms功率在43个不同的饱和频率偏移ω＝±0.44,±0.88,…,±9.2ppm(频率步长尺寸0.44ppm)和ωref＝-1560ppm(S0)处的50ms辛格高斯脉冲元素的准CW序列构成。
任选地，特别是对于APTw成像，以ω＝±2.72,±3.50,…,±4.28ppm(频率步长尺寸0.78ppm)和-1560ppm对七个不同的频率偏移进行测量。
一个饱和频率偏移ωref被选择，被称为参考饱和频率偏移，利用其参考采集以不同的ES或者TE被执行至少多于一次。这应该优选地为S0(没有饱和或者很大程度去谐的ω，例如ω＝-1560ppm)或者S[+3.5ppm](特别是对于APT)。可以选择任何其他S[ωref]，只要ω为正并且优选地ω>+2ppm(其中不存在任何脂肪信号的影响)。
例如，除了具有ES1＝-0.52ms的FSE采集，以ES2＝0ms和ES3＝+0.52ms进行两个另外的采集。
可能变型是跳过(1.c)并且仅使用ωref(来自1.b)处的一个采集且应用如在(1.d)中描述的单点Dixon重建。
根据参考采集(1.c)，计算B0图、水图像(Wr)和幅值图像(Sr)，例如使用任何(标准)多点Dixon技术。任选地计算脂肪图像(Fr)。
频谱脂肪饱和模型
描述一组脂肪种类中的每个的共振频率偏移和相对共振区域的频谱脂肪模型被用于计算脂肪饱和频谱Fsat[ω]。
对于个体脂肪种类可以在其处(部分)饱和的每个饱和频率偏移，执行取决于选择的ES/TE的向量加和以推导复数水信号与复数脂肪信号之间的实际频率相关相位角α[ω]。
图6给出了针对特定的回波移位ES＝-0.52ms的脂肪信号模型600和推导的频率相关相位角α[ω]602的示例。整个复数脂肪信号首先使用已知的脂肪信号频率ωFi、权重pi和回波移位ES/相位角αi根据下式在不具有饱和效应(2.a)的情况下进行计算：
αi＝2π·ES·ωF,i (1)
Figure BDA0002678387270000241
自变量F提供复数水信号与复数脂肪信号之间的总相位角α。频谱脂肪饱和模型通过引入劳伦斯型权重Li来完成，归一化到Li[ωF,i]＝1，根据饱和频率偏移ω具有适合的线宽Δ(例如，Δ＝1ppm)：
Figure BDA0002678387270000251
Figure BDA0002678387270000252
根据饱和频率偏移的相位角最后被计算为自变量Fsat[ω]：
α[ω]＝atan(Im[Fsat],Re[Fsat]) (5)
图7示出了两个曲线。曲线700示出了根据脂肪信号模型计算的脂肪信号对比以ppm为单位的饱和频率偏移。在曲线的底部示出了在这一示例中考虑的峰值中的每个峰值的分量。上面的曲线是分量704的和。曲线702示出了以ppm为单位的频率相关相位角α[ω]144的值。
处理
复数旋转
在这一处理步骤中使用在每个体素位置x中的复数旋转ε[x]来校正在每个ω处的完整复数图像数据，使得复数水信号W与复平面中的实轴对齐。
如果来自在ωref处的参考采集(1.c)的Wr基于Dixon重建被已知为复数，则可以通过相位角ε[x]＝atan(Im[Wr],Re[Wr])来立即获得ε[x]。否则，可以使用复数水信号(水图像)的幅值Wr和整体幅值Sr(水+脂肪)来推导ε[x]：
Figure BDA0002678387270000253
Figure BDA0002678387270000254
αr＝α[ωref] (8)
任选地(例如在由脂肪信号极大地占主导的区域中)，也可以根据脂肪信号来推导：
Figure BDA0002678387270000255
实际的复数旋转使用针对每个体素位置x的标准公式，使用在每个饱和频率偏移ω处的相同旋转角ε[x]来获得：
Re′[ω,x]＝cos(ε[x])·Re[ω,x]-sin(ε[x])·Im[ω,x]
Im′[ω,x]＝sin(ε[x])·Re[ω,x]+cos(ε[x])·Im[ω,x] (9)
使用正弦定理来推导针对ε的公式(6)：
Figure BDA0002678387270000261
δ＝π-αr (6b)
Figure BDA0002678387270000262
Figure BDA0002678387270000263
图8示出了两个曲线。标记为130的一个曲线图示了在饱和频率偏移复数图像数据130的一个体素中的复平面中的水信号Wr 800、脂肪信号Fr 802和整体幅值Sr 804。还示出了水相位角138和频率相关相位角144。
标记为140的另一曲线示出了旋转的复数图像数据140的示例，其中，水相位角138用于旋转复数图像数据130的相位。可以看出，水信号800现在与复平面中的实轴806对齐。曲线还图示了残余脂肪分量校正因子150是复数脂肪信号802到复平面中的实轴806上的投影。实数水信号800通过从幅值804到实轴806上的投影减去残余脂肪分量校正因子150获得。
以此类推，推导针对ε的公式(6’)：
Figure BDA0002678387270000264
Figure BDA0002678387270000265
由于ε不依赖于水或者脂肪饱和(其仅改变W和F的幅值但是不改变W与实轴之间的角度)，根据参考采集推导的校正可以同样应用于所有Z-频谱采集(只要它们以相同的ES/TE采集)，使得在该处理步骤之后，针对任何ω的所有复数W信号将与实轴对齐。
b1.对B0图的任选的进一步校正
关于在0.1ppm级别或者更好的磁场不均匀性的精确信息对于精确确定MTRasym是必不可少的。在一些情况下，B0图的准确度可能被降低，特别是在存在脂肪时。如果在观察到最大脂肪饱和的饱和频率偏移周围获得足够的Z-频谱信息，则与已知的水饱和移位参考(WASSR)技术类似，这里被称为FASSR的脂肪饱和偏移参考是适用的。然后，在每个体素中，可以通过最小化搜索或者经由脂肪饱和频率的拟合来确定在最大脂肪饱和处的频率值。如果这一饱和频率正在指示与B0图相比较不同的磁场不均匀性，则可以基于观察到的脂肪饱和移位来校正B0值(或者甚至完全由观察到的脂肪频率移位值替换)。
b.对复数Z-频谱数据Re’[ω,x]和Im’[ω,x]的B0校正
由于局部磁场不均匀性B0，复数Z-频谱Re’/Im需要针对每个体素中的实际目标饱和频率偏移进行重建。当Re和Tm指代真实的Z-频谱而没有B0移位效应时，下面的关系成立：
Re’[ω,x]＝Re[ω-B0(x),x] (10)
Im’[ω,x]＝Im[ω-B0(x),x] (11)
对于B0校正，对在相邻饱和移位频率处采集的信号的插值被应用于近似的Re/Im:
Re[ω,x]＝∑iλRe,i[ω,x]Re’[ωi,x] (12)
Im[ω,x]＝∑iλIm,i[ω,x]Im’[ωi,x] (13)
其中λRe,i/λIm,i是插值系数，其例如可以经由拉格朗日插值项进行定义：
Figure BDA0002678387270000271
Figure BDA0002678387270000272
其中
ui＝ωi-B0(x) (16)
为了简化记法，这里将Re和Im重新定义为Re＝Re”/Im＝Im”。
在B0校正之后，针对所有体素，复数Z-频谱(大致)在0ppm周围居中。这在图9中针对包含70％水和30％脂肪的体素进行了图示。标记为900以及还有mag的线代表标准幅值Z-频谱。标记为902和904的线分别是在处理之后校正的复数Z-频谱的实部和虚部。标记为152的线代表最终的脂肪校正的水Z-频谱。
针对复数Z-频谱的实部的脂肪校正
在每个体素中，使用存储在Im[ω,x]中的脂肪频谱以及脂肪饱和模型α[ω]来校正B0插值的Z-频谱的实部Re[ω,x]，使得获得纯水信号。校正的实部被称为ReFC[ω]。这通过减去复数脂肪信号在复平面中的实轴上的投影来进行，该投影取决于相位角α[ω]。最后，执行到S0的归一化：
Figure BDA0002678387270000273
该公式与用于提取水信号的单点Dixon方法类似，但是这里与频率相关相位角α[ω]组合用于全Z-频谱分析。
通过考虑图8中的曲线140来解释公式(17)，其中ReFC代表水信号幅度W并且ReF指代复数脂肪信号在复平面中的实轴上的投影：
W＝Re-ReF (17a)
＝Re-Im·tan(β)
(17b)
＝Re-Im·tan(π/2-α)
(17c)
最后，根据ReFC来计算脂肪校正的MTRasym,FC：
MTRasym,FC[ω,x]＝ReFC[-ω,x]-ReFC[+ω,x]
作为示例，在+3.5ppm处可以根据MTRasym,FC立即获得脂肪校正的APTw图像：
APTwFC[x]＝MTRasym,FC[+3.5ppm,x]。
图10图示了针对由水占主导的体素的Z-频谱的示例。因此不存在或者存在最小量的脂肪以损坏标准Z-频谱900。在这种情况下，对称模型函数1000被拟合到校正的水Z-频谱152。圆形1002示出了与APTw成像相关的频谱的区域。曲线1008示出了使用标准幅值曲线900计算的MTRasym值。曲线1006示出了使用曲线152计算的MTRasym值。
图11示出了与图10相同的曲线，除了体素包含混合的水和脂肪。可以看出，图10和图11中的曲线1006非常相似。然而，在图11中，曲线1008比图10中的曲线更差。
图12示出了与图10和图11相同的曲线，除了体素由脂肪占主导。信号1008可以被看作全部主导可应用于APTw的区域。
尽管在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述被认为是说明性或者示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
通过对附图、说明书和所附权利要求书的研究，本领域普通技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或者其他单元可以实现权利要求书中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载了某些措施的仅有事实并不指示不能有利地利用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起或者作为其他硬件的一部分供应的光学存储介质或者固态介质，但是也可以分布为其他形式，例如经由互联网或者其他有线或无线电信系统。权利要求书中的任何附图标记不应该被理解为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种医学成像系统(100、300)，其中，所述医学成像系统包括：
存储器(110)，其存储机器可执行指令(120)；
处理器(104)，其用于控制所述医学成像系统，其中，所述机器可执行指令的运行使得所述处理器：
接收(200)磁共振成像数据(122)，其中，所述磁共振成像数据包括针对一组饱和频率偏移(126)和至少一个参考饱和频率偏移(128)的Z-频谱采集(124)，其中，所述Z-频谱采集根据CEST磁共振成像协议，其中，针对所述至少一个参考饱和频率偏移的所述Z-频谱采集包括针对多个回波移位或者回波时间的数据，其中，针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和所述至少一个参考饱和频率偏移的所述Z-频谱采集描述包括复数水信号和复数脂肪信号的复数图像数据；
根据所述Z-频谱采集来重建(202)针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的饱和频率偏移复数图像数据(130)，其中，所述饱和频率偏移复数图像数据包括体素；
根据Dixon型磁共振成像协议使用针对多个回波移位或者回波时间的所述数据来重建(204)B0图(132)、水图像(134)和脂肪图像(136)；
使用所述水图像和/或所述脂肪图像来计算(206)水相位角(138)；
通过使用所述水相位角旋转针对所述体素中的每个体素的所述饱和频率偏移复数图像数据的相位来计算(208)旋转的复数图像数据(140)；
使用所述B0图通过使用针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的所述旋转的复数图像数据来计算移位的复数图像数据(142)而执行(210)B0校正；
使用包括至少两个脂肪种类的脂肪信号模型来计算(212)描述针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的所述复数水信号与所述复数脂肪信号之间的相位角的频率相关相位角(144)；
通过使用所述频率相关相位角针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素将所述复数脂肪信号投影到实轴上来计算(214)残余脂肪分量校正因子(150)；并且
通过从所述移位的复数图像数据的实部减去针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的所述残余脂肪分量校正因子来计算(216)校正的水Z-频谱图像数据(152)。
2.根据权利要求1所述的医学成像系统，其中，所述医学成像系统还包括被配置用于从成像区(308)内的对象(318)采集磁共振数据的磁共振成像系统(302)，其中，所述存储器还存储脉冲序列命令(330)，其中，所述脉冲序列命令被配置为根据所述CEST磁共振成像协议来采集所述磁共振数据，其中，所述机器可执行指令的运行使得所述处理器利用所述脉冲序列命令来控制(400)所述磁共振成像系统以采集所述磁共振成像数据。
3.根据权利要求2所述的医学成像系统，其中，所述脉冲序列命令被配置为在所述复数水信号和所述复数脂肪信号使用相同的回波移位或者相同的回波时间中的任一个的情况下采集针对所述一组饱和频率偏移和所述至少一个参考饱和频率偏移的所述Z-频谱采集；其中，所述脉冲序列命令被配置为使用至少一个另外的回波移位或者至少一个另外的回波时间来采集针对所述至少一个参考饱和频率偏移的所述Z-频谱采集。
4.根据权利要求2或3所述的医学成像系统，其中，所述脉冲序列命令被配置为在不具有脂肪抑制脉冲序列命令的情况下采集所述磁共振数据。
5.根据权利要求2、3或4所述的医学成像系统，其中，所述脉冲序列命令被配置用于使用特定的回波移位或者特定的回波时间，使得当所述一组饱和频率偏移和所述至少一个参考饱和频率偏移使用相同的回波移位或者相同的回波时间时所述复数水信号与所述复数脂肪信号之间的相位不等于0度并且不等于180度。
6.根据权利要求2到5中的任一项所述的医学成像系统，其中，所述存储器还包括脂肪校准脉冲序列命令，其中，所述脂肪校准脉冲序列命令被配置用于测量两个或者更多个脂肪种类的线宽和/或一个或多个弛豫速率，其中，所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器：
通过利用所述脂肪校准脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集脂肪校准磁共振数据(332)；并且
使用所述脂肪校准磁共振数据针对所述一组饱和频率偏移来校准所述脂肪信号模型。
7.根据权利要求2到5中的任一项所述的医学成像系统，其中，当所述一组饱和频率偏移和所述至少一个参考饱和频率偏移使用相同的回波移位或者相同的回波时间时，所述复数水信号与所述复数脂肪信号之间的相位在以下范围中的任一个内：
在5度与175度之间，以及
在185度与355度之间。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的医学成像系统，其中，所述Dixon磁共振成像协议是被配置用于使用至少两个不同的回波移位或者两个不同的回波时间用于重建所述B0图和所述水图像和/或所述脂肪图像的多点Dixon磁共振成像协议。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的医学成像系统，其中，所述至少一个参考饱和频率偏移是S0，并且其中，S0是以下中的任一个：去谐的频率偏移，小于-1000ppm，以及-1560ppm，或者其中，没有饱和被应用。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的医学成像系统，其中，所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器使用针对所述一组参考饱和频率偏移中的每个参考饱和频率偏移的所述校正的水Z-频谱图像数据来计算脂肪校正的CEST磁共振图像。
11.根据权利要求1到9中的任一项所述的医学成像系统，其中，所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器通过计算磁化转移非对称性使用针对所述一组参考饱和频率偏移中的每个参考饱和频率偏移的所述校正的水Z-频谱图像数据来计算脂肪校正的CEST磁共振图像。
12.根据权利要求1到9中的任一项所述的医学成像系统，其中，所述机器可执行指令的运行还使得所述处理器通过以下操作来计算脂肪校正的CEST磁共振图像：
将对称模型函数(1000)拟合到针对所述一组参考饱和频率偏移中的每个参考饱和频率偏移的所述校正的水Z-频谱图像数据；
通过使用在相应的饱和频率偏移处所述校正的水Z-频谱图像数据的实部与所述对称模型函数之间的差异来计算CEST MRI数据；
将所述CEST MRI数据归一化到S0；并且
使用归一化的CEST MRI数据来计算CEST MR。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的医学成像系统，其中，所述CEST磁共振成像协议是酰胺质子转移加权的磁共振成像协议。
14.一种操作医学成像系统(100、300)的方法，其中，所述方法包括：
接收(200)磁共振成像数据(122)，其中，所述磁共振成像数据包括针对一组饱和频率偏移(126)和至少一个参考饱和频率偏移的Z-频谱采集(124)，其中，所述Z-频谱采集根据CEST磁共振成像协议，其中，针对所述至少一个参考饱和频率偏移的所述Z-频谱采集包括针对多个回波移位或者多个回波时间的数据，其中，针对所述一组频率偏移中的每个频率偏移和所述至少一个参考饱和频率偏移的所述Z-频谱采集描述包括复数水信号和复数脂肪信号的复数图像数据；
根据所述Z-频谱采集来重建(202)针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的饱和频率偏移复数图像数据(130)，其中，所述饱和频率偏移复数图像数据包括体素；
根据Dixon型磁共振成像协议使用针对多个回波移位或者多个回波时间的所述数据来重建(204)B0图(132)、水图像(134)和脂肪图像(136)；
使用所述水图像和/或所述脂肪图像来计算(206)水相位角(138)；
通过使用所述水相位角旋转针对所述体素中的每个体素的饱和频率复数偏移图像数据的相位使得所述复数水信号与针对每个体素的实轴对齐来计算(208)旋转的复数图像数据(140)；
使用所述B0图通过使用针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的所述旋转的复数图像数据来计算移位的复数图像数据(142)而执行(210)B0校正；
使用包括至少两个脂肪种类的脂肪信号模型来计算(212)描述针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的所述复数水信号与所述复数脂肪信号之间的相位角的频率相关相位角(144)；
通过使用所述频率相关相位角针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素将所述复数脂肪信号投影到所述实轴上来计算(214)残余脂肪分量校正因子(150)；并且
通过从所述移位的复数图像数据的实部减去针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的所述残余脂肪分量校正因子来计算(216)校正的水Z-频谱图像数据(152)。
15.一种计算机程序产品，包括用于由控制医学成像系统(100、300)的处理器(104)运行的机器可执行指令(120)，其中，所述机器可执行指令的运行使得所述处理器：
接收(200)磁共振成像数据(122)，其中，所述磁共振成像数据包括针对一组饱和频率偏移(126)和至少一个参考饱和频率偏移(128)的Z-频谱采集(124)，其中，所述Z-频谱采集根据CEST磁共振成像协议，其中，针对所述至少一个参考饱和频率偏移的所述Z-频谱采集包括针对多个回波移位或者回波时间的数据，其中，针对所述一组频率偏移中的每个频率偏移和所述至少一个参考饱和频率偏移的所述Z-频谱采集描述包括复数水信号和复数脂肪信号的复数图像数据；
根据所述Z-频谱采集来重建(202)针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的饱和频率偏移复数图像数据(130)，其中，所述饱和频率偏移复数图像数据包括体素；
根据Dixon型磁共振成像协议使用针对多个回波移位或者回波时间的所述数据来重建(204)B0图(132)、水图像(134)和脂肪图像(136)；
使用所述水图像和/或所述脂肪图像来计算(206)水相位角(138)；
通过使用所述水相位角旋转针对所述体素中的每个体素的饱和频率复数偏移图像数据的相位使得所述复数水信号与针对每个体素的实轴对齐来计算(208)旋转的复数图像数据(140)；
使用所述B0图通过使用针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的所述旋转的复数图像数据来计算移位的复数图像数据(142)而执行(210)B0校正；
使用包括至少两个脂肪种类的脂肪信号模型来计算(212)描述针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移的所述复数水信号与所述复数脂肪信号之间的相位角的频率相关相位角(144)；
通过使用饱和频率偏移相关相位角针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素将所述复数脂肪信号投影到所述实轴上来计算(214)残余脂肪分量校正因子(150)；并且
通过从所述移位的复数图像数据的实部减去针对所述一组饱和频率偏移中的每个饱和频率偏移和针对所述体素中的每个体素的所述残余脂肪分量校正因子来计算(216)校正的水Z-频谱图像数据(152)。
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