CN111868543A - 利用螺旋采集的mr成像 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对定位于MR设备(1)的检查体积中的对象(10)进行MR成像的方法。本发明的目的是即使在强的B0不均匀性的情况下也能够进行有效的螺旋MR成像。本发明的方法包括：使所述对象(10)经受包括至少一个RF激励脉冲和正弦调制的磁场梯度的成像序列，沿两个或更多个螺旋形k空间轨迹(31、32、33)采集MR信号，所述轨迹由对所述磁场梯度的所述正弦调制确定，其中，所述螺旋k空间轨迹的原点彼此偏移，并且根据所采集的MR信号来重建MR图像。此外，本发明涉及MR设备(1)并且涉及针对MR设备(10)的计算机程序。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振(MR)成像的领域。其涉及一种对象的MR成像的方法。本发明还涉及MR设备并且涉及要在MR设备上运行的计算机程序。
背景技术
当今广泛地使用图像形成MR方法，其利用磁场与核自旋之间的相互作用以形成二维或三维图像，特别是在医学诊断的领域使用，因为对于对软组织的成像，它们相对于其他方法在许多方面是有优势的，不需要电离辐射并且通常是非侵入性的。
根据一般的MR方法，对象，例如要被检查的患者的身体，被布置于强的均匀的磁场中，所述磁场的方向同时定义的测量所基于的坐标系的轴(通常是z轴)。磁场产生取决于磁场强度的针对个体核自旋不同的能级，所述能级可以通过施加具有限定频率(所谓的拉莫尔频率，或MR频率)的电磁交变场(RF场)而被激发(自旋共振)。从宏观的视角，个体核自旋的分布产生总体磁化，其可以通过施加合适的频率的电磁脉冲(RF脉冲)而被偏离出平衡态，使得自旋执行关于z轴的进动。进动描绘锥形的表面，其孔径角被称为翻转角。翻转角的幅度依赖于所施加的电磁脉冲的强度和持续时间。在所谓的90°脉冲的情况下，自旋被从z轴偏转到横向平面(翻转角90°)。
在RF脉冲结束后，磁化弛豫回初始的平衡态，其中，z方向的磁化以第一时间常数T1(自旋晶格弛豫或纵向弛豫时间)再次建立，并且在垂直于z方向的磁化以第二时间常数T2(自旋-自旋或横向弛豫时间)弛豫。磁化的变化可以借助于接收RF线圈检测到，其以如下的方式在MR设备的检查体积内被布置和取向：使得磁化的变化在垂直于z轴的方向被测量。横向磁化的衰减伴随有，例如，在施加90°脉冲之后，核自旋(由磁场不均匀性引起的)从具有相同相位的有序状态到所有相位角均匀地分布的状态(失相)的转变。所述失相可以例如借助于重新聚焦脉冲(例如，180°脉冲)来补偿。这在接收线圈中产生回波信号(自旋回波)。
为实现身体中的空间分辨，沿着主轴延伸的恒定磁场梯度被叠加到均匀磁场上，造成自旋共振频率的线性空间依赖性。在所述接收天线中拾取的信号则包括不同频率的分量，所述分量可以与所述身体/对象中的不同位置相关联。经由所述接收线圈获得的信号数据对应于空间频率域，并且被称作k空间数据。k空间数据的集合借助于图像重建算法而被转换成MR图像。
螺旋成像是一种快速MR成像技术，其受益于有效的k空间覆盖和对流动伪影的低敏感性。然而，它容易受到主磁场B0的幅值的不均匀性的影响，其引起模糊并降低图像质量。B0不均匀的程度与主磁场强度成比例。
针对螺旋MR成像的去模糊方法在本领域中是已知的。众所周知，例如，通过使用具有不同回波时间的双回波螺旋输入/输出序列来采集一系列的B0映射(参见，例如，Ahunbay等人，“Rapid method for deblurring spiral MR images”,Magn.Reson.Med.2000,第44卷,第491–494页；Sutton等人，“Fast,iterative image reconstruction for MRI in thepresence of field inhomogeneities”,IEEE Trans.Med.Imaging.2003,v第22卷,第178–188页；Nayak等人，“Efficient off-resonance correction for spiral imaging”,Magn.Reson.Med.2001,第45卷,第521–524页)。
在强磁场不均匀的情况下，螺旋k空间轨迹的形状与理论螺旋形状有较大的偏差。这在图2的二维k空间图中进行了说明。图2a示出了“理想的”螺旋k空间轨迹，因为其将通过在存在完全均匀的主磁场B0的情况下在kx和ky方向上应用正弦磁场梯度来获得。在图2b中，B0是不均匀的，在x方向上具有强的梯度，使得成像对象“看到”一个明显偏离理想螺旋形状的k空间轨迹。这种影响的结果是，实际上没有从中央k空间中采样可用的信号数据。kx＝ky＝0甚至不包含在扭曲的采样轨迹中。k空间数据的完全缺失部分可能出现在B0不均匀性较大的区域中。在磁场梯度不完闰的情况下，可能发生类似的效应。
发明内容
根据上述内容容易理解，存在对改进的MR成像技术的需要。本发明的目的是解决上述限制并且即使在强的B0不均匀性的情况下也能够进行有效的螺旋MR成像。
根据本发明，公开了一种对定位在MR设备的检查体积中的对象进行MR成像方法。所述方法包括：
使对象经受包括至少一个RF激励脉冲和正弦调制的磁场梯度的成像序列，
沿两个或更多个螺旋形k空间轨迹采集MR信号，所述轨迹由对所述磁场梯度的所述正弦调制确定，其中，所述螺旋k空间轨迹的原点彼此偏移，并且
根据所采集的MR信号来重建MR图像。
为了防止在不均匀的B0场中的螺旋采样中丢失中心k空间的部分，本发明提出了应用两个或更多个螺旋k空间轨迹来采集MR信号。因为螺旋形k空间轨迹的原点彼此偏移，所以所述螺旋的中心点不一致，并且在螺旋形k空间轨迹交叠的中央k空间区域中可以实现改善的k空间覆盖，即使螺旋由B0不均匀性或磁场梯度缺陷而被严重扭曲也如此。优选地，所有螺旋k空间轨迹的原点都偏离k空间原点，围绕k空间原点相同地间隔开并且对称地布置。以这种方式，在实践中基本上可以满足的所有B0不均匀或梯度缺陷的情况下，实现围绕k空间中心的区域的最佳采样。
在本发明的意义内，螺旋k空间轨迹被定义为以连续增加或减小的距离绕原点旋转的曲线。该定义涵盖(尤其是)三维k空间中的螺旋，例如圆锥形螺旋，其围绕轴缠绕，以及平面中的曲线，其绕固定的中心点以距中心点连续递增或递减的距离缠绕，即二维k空间中的螺旋，其中，所述中心点构成了螺旋的原点。
在优选的实施例中，根据从中央k空间区域采集的MR信号导出B0图。然后可以通过基于导出的B0图校正B0不均匀性来重建MR图像。
根据另一个优选的实施方案，所述对象在成像序列之前经历准备序列，其中，根据准备序列期间采集的MR信号导出B0图。然后可以根据B0图来自动选择k空间中的螺旋k空间轨迹的数量和/或布置，以便实现对中心k空间的最佳覆盖。为了避免不必要的扫描时间，可以通过适当的算法自动评估B0的不均匀程度，所述算法决定是否应应用两个或更多个螺旋形轨迹，或者就像传统的螺旋成像一样仅使用单个螺旋k空间轨迹是否足够。
在又一优选实施例中，根据螺旋堆叠方案来采集MR信号。在已知的三维螺旋堆叠采集方案中，应用了若干空间非选择性或厚片选择性的RF激励，每个激励之后是一个或多个MR信号的采集。若干k空间螺旋被布置在沿着第kZ向不同位置处，在kZ方向执行标准笛卡尔相位编码。这得到由堆叠的圆盘(“螺旋堆叠”)组成的圆柱形k空间覆盖。从技术上讲，这是通过正弦调制梯度幅度在k空间螺旋的面内方向生成磁场梯度来实现的。根据本发明，获得彼此偏移的螺旋k空间轨迹。在该实施例中，螺旋的堆叠包括不围绕kz轴(kx＝ky＝0)居中的多个螺旋。从kz轴的偏移量可以在堆叠中从k空间螺旋到k空间螺旋而变化。
例如，在相应的RF激励脉冲的辐射之后，由于自由感应衰减(FID)，可以采集MR信号。MR信号也可以被采集为自旋回波或梯度回波信号。
根据本发明的优选实施例，在两个或更多个不同的回波时间采集MR信号，其中，在重建MR图像的步骤中，水质子和脂肪质子的信号贡献被分离。在该实施例中，本发明的方法与狄克逊水/脂肪分离法结合使用。借助于迪克逊MR成像或迪克逊水/脂肪MR成像，通过计算在不同回波时间获得的来自两个或更多个相应螺旋的水和脂肪的贡献来实现水/脂肪分离。通常，这种分离是可能的，因为在脂肪和水中存在氢的已知的进动频率差。在其最简单的形式中，通过添加或减少“同相”和“异相”数据集来生成水和脂肪图像。然而，近年来已经提出了几种迪克逊型MR成像方法。除了用于水/脂肪分离的不同策略之外，已知技术的主要特征在于它们获得的回波(或“点”)的特定数量以及它们对使用的回波时间施加的约束。传统的两点和三点方法需要同相和反相回波时间，其中，水和脂肪信号分别在复平面中平行和反平行。三点方法逐渐被推广以允许灵活的回波时间。还可以从迪克逊数据集中提取B0图，因为在存在B0不均匀性时，要正确进行水/脂肪分离，需要对场分布有准确的了解。根据本发明，在两个或更多个螺旋k空间轨迹交叠的区域中两次或更多次对k空间进行采样，其中，可以选择螺旋k空间采集的定时，以便两次或多次访问k空间中的给定位置，每次具有不同的(有效)回波时间。这使得可以应用上述狄克逊技术来将信号贡献与水质子和脂肪质子分开。
目前为止描述的本发明的方法可以借助于MR设备来执行，所述MR设备包括：至少一个主磁体线圈，其用于在检查体积内生成均匀的静态磁场B0；多个梯度线圈，其用于在检查体积内的不同空间方向上生成切换的磁场梯度；至少一个RF线圈，其用于在检查体积内生成RF脉冲和/或用于接收来自定位于检查体积内的患者的身体的MR信号；控制单元，其用于控制RF脉冲的时间序列和切换的磁场场梯度；以及重建单元，其用于根据接收到的MR信号来重建MR图像。本发明的方法例如可以通过对重建单元的对应的编程和/或MR设备的控制单元来实现。
本发明的方法可以有利地在临床中当前使用的多数MR设备中实施。为此，仅需要使用控制MR设备的计算机程序，使得其执行本发明的以上解释的方法。所述计算机程序可以存在于数据载体上或者可以存在于数据网络上，使得能够被下载以安装在MR设备的控制单元中。
附图说明
随附附图公开了本发明的优选的实施例。然而，要理解，附图仅被设计用于于图示和说明的目的，并且不作为对本公开的限度的限定。在附图中：
图1示出了用于执行本发明的方法的MR设备；
图2示出了图示在存在主磁场不均匀性的情况下的“理想”螺旋k空间轨迹(a)和扭曲的k空间螺旋(b)的k空间图；
图3示出了说明本发明方法的k空间图。
具体实施方式
参考图1，示意性地示出了MR设备1。所述设备包括超导的或常导的主磁体线圈2，使得沿着通过检查体积的z轴创建基本上均匀的、空间上恒定的主磁场。
磁共振生成和操纵系统应用一系列RF脉冲和切换的磁场梯度来反转或激发核磁自旋、诱发磁共振、重新聚焦磁共振、操纵磁共振、空间地或者以其他方式对磁共振进行编码、使自旋饱合，等等，以执行MR成像。
更具体地，梯度放大器3将电流脉冲应用到沿着检查体积的x、y和z轴的全身梯度线圈4、5和6中选定的全身梯度线圈。数字RF频率发射器7经由发送/接收开关8来将RF脉冲或脉冲包发送到全身体积RF线圈9以将RF脉冲发送到检查体积。典型的MR成像序列包括短持续时间的RF脉冲分段的包，其与任何所应用的磁场梯度一起来实现对核磁共振的选定操纵。该RF脉冲被用于饱和、激发共振、反转磁化、重新聚焦共振或者操纵共振并且选择定位在检查体积中的身体10的部分。MR信号也被全身体积RF线圈9拾取。
为了生成身体10的有限区域的MR图像，将一组局部阵列RF线圈11、12、13放置为与被选择用于成像的区域邻接。该阵列线圈11、12、13可以被用于接收由身体线圈RF发射所诱发的MR信号。
得到的MR信号由全身体体积RF线圈9和/或通过阵列RF线圈11、12、13来拾取并且通过优选地包括前置放大器(未示出)的接收器14来解调。接收器14经由发送/接收开关8连接到RF线圈9、11、12和13。
主机15控制梯度脉冲放大器3和发射器7以生成多个MR成像序列中的任何一个，例如回波平面成像(EPI)、回波体积成像、梯度和自旋回波成像、快速自旋回波(TSE)成像等，以沿着本发明的螺旋k空间轨迹采集MR信号。针对选定的序列，接收器14在每个RF激发脉冲之后沿着相应的k空间轨迹快速相继地接收单个或多个MR数据线。数据采集系统16执行对接收到信号的模数转换并且将每个MR信号转换为适于进一步处理的数字格式。在现代MR设备中，数据采集系统16是独立的计算机，其专用于采集原始图像数据。
最终，数字原始图像数据通过应用傅立叶变换或其他合适的重建算法的重建处理器17而被重建为图像表示。MR图像可以表示穿过患者的平面切片、平行平面切片的阵列、三维体积等等。图像然后被存储在图像存储器中，其中，它可以被访问以用于例如经由提供得到的MR图像的人类可读的显示的视频监视器18来将切片、投影或者图像表示的其它部分转换为用于可视化的适当格式。
MR设备1例如通过主计算机15和重建处理器17的适当编程来布置，以执行如上文和下文所述的本发明的成像方法。
继续参考图1并且进一步参考图3，解释了本发明的成像方法的实施例。
图3图示了本发明的螺旋采集策略。本发明提出应用多个螺旋k空间轨迹来采集MR信号，以防止在不均匀的B0场中螺旋采样中缺少中心k空间的部分(如图2b中)。在图3的实施例中，针对二维扫描使用三个k空间螺旋31、32、33具有不重合的中心点(原点)，其围绕k空间中心(kx＝ky＝0)对称布置。在三维等效中，必须使用四个三维螺旋，它们的轴以例如四面体的方式布置。在图3中所示的实施例中，保证了信号数据实际上是在由螺旋线31、32、33的三个中心点所跨越的三角形内采样的，从而允许对高B0不均匀性的区域进行至少低分辨率的重建。
Claims (13)
1.一种对定位在MR设备(1)的检查体积中的对象(10)进行MR成像的方法，所述方法包括：
使所述对象(10)经受包括至少一个RF激励脉冲和正弦调制的磁场梯度的成像序列，
沿着两个或更多个螺旋k空间轨迹(31、32、33)采集MR信号，其中，所述螺旋k空间轨迹(31、32、33)的原点彼此偏移，
偏移的螺旋k空间轨迹(31、32、33)在k空间原点周围的区域中交叠，并且
根据所采集的MR信号来重建MR图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述螺旋k空间轨迹(31、32、33)的原点从k空间原点偏移。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述螺旋k空间轨迹(31、32、33)的原点与k空间原点等距地间隔开。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述螺旋k空间轨迹(31、32、33)的原点围绕k空间原点对称地布置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述MR信号来导出B0图，所述MR信号是从k空间原点周围的所述区域采集的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过基于导出的B0图校正B0不均匀性来重建所述MR图像。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，所述对象(10)在所述成像序列之前经历准备序列，其中，根据在所述准备序列期间采集的MR信号来导出B0图。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，k空间中的所述螺旋k空间轨迹(31、32、33)的数量和/或布置是根据所述B0图自动地选择的。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其中，所述MR信号是根据螺旋堆叠方案从沿着与多个平行k空间切片垂直的方向布置在相邻位置的所述k空间切片采集的。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的方法，其中，所述MR信号是在两个或更多个不同的回波时间采集的，其中，在重建所述MR图像的步骤中，来自水质子和脂肪质子的信号贡献被分离。
11.根据权利要求1-10中的任一项所述的方法，其中，通过所述两个或更多个螺旋形k空间轨迹(31、32、33)在三个维度上对k空间进行采样。
12.一种MR设备，其包括：至少一个主磁体线圈(2)，其用于在检查体积内生成均匀的静态磁场B0；若干梯度线圈(4、5、6)，其用于在所述检查体积内在不同空间方向上生成切换的磁场梯度；至少一个RF线圈(9)，其用于在所述检查体积内生成RF脉冲和/或用于接收来自定位于所述检查体积中的对象(10)的MR信号；控制单元(15)，其用于控制RF脉冲和切换的磁场梯度的时间常规；以及重建单元(17)，其用于根据接收到的MR信号来重建MR图像，其中，所述MR设备(1)被布置为执行以下步骤：
使所述对象(10)经受包括至少一个RF激励脉冲和正弦调制的磁场梯度的成像序列，
沿着两个或更多个螺旋k空间轨迹(31、32、33)采集MR信号，其中，所述螺旋k空间轨迹的原点彼此偏移，
偏移的螺旋k空间轨迹(31、32、33)在k空间原点周围的区域中交叠，并且
根据所采集的MR信号来重建MR图像。
13.一种要在MR设备上运行的计算机程序，所述计算机程序包括用于以下的指令：
生成包括至少一个RF激励脉冲和正弦调制的磁场梯度的成像序列，
沿着两个或更多个螺旋k空间轨迹(31、32、33)采集MR信号，其中，所述螺旋k空间轨迹的原点彼此偏移，
偏移的螺旋k空间轨迹(31、32、33)在k空间原点周围的区域中交叠，并且
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