CN1711481A

CN1711481A - 磁共振方法和设备

Info

Publication number: CN1711481A
Application number: CNA2003801034556A
Authority: CN
Inventors: P·R·哈维; J·S·范登布林克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2023-10-27
Also published as: CN100451671C; US7057388B2; DE60317716D1; JP4460457B2; DE60317716T2; EP1585991A1; US20060001424A1; JP2006506154A; AU2003272024A1; WO2004046746A1; EP1585991B1

Abstract

本发明涉及一种用于物体的至少一部分磁共振成像(MRI)的方法，该物体被放置在静态的和基本上均匀的主磁场中。该方法包括步骤：将物体置于弥散加权序列(DW1)中，通过成像序列(EPI1)产生一序列MR回波(E1、E2、E3、E4、E5)，和测量该序列MR回波。这些步骤被重复直到具有足够数量的相位译码步骤的全部成像数据集被测量。此后，通过各个序列MR回波的单独相位校正，所述成像数据集被校正以用于宏观运动。最后，根据成像数据重构图像。为了提供用于弥散加权成像的方法，其需要用于确定成像信号的相位误差的一个最小额外测量时间，并且也保证对由被检查病人身体的宏观运动导致的图形伪影的稳定补偿，发明推荐选择成像序列的相位译码表，以使每个序列MR回波(E1、E2、E3、E4、E5)包括至少一个初始MR引导回波，其形成成像数据集的整数部分。

Description

磁共振方法和设备

本发明涉及一种用于对物体的至少一部分磁共振成像(MRI)的方法，该物体被放置在静态的和基本上均匀的主磁场中，该方法包括下面步骤：

a)将所述部分置于包括初始RF脉冲和至少一个弥散梯度脉冲的弥散加权序列(diffusion-weighting sequence)中；

b)通过将所述部分置于包括读出梯度脉冲和相位译码梯度脉冲的成像序列中，产生一序列MR回波；

c)测量所述序列MR回波；

d)重复步骤a)至c)直到具有足够数量的相位译码步骤的全部成像数据集被测量；

e)通过各个序列MR回波的单独相位校正，校正的所述成像数据集用于所述部分宏观运动；

f)根据所述成像数据集重构图像。

进一步，本发明涉及一种实现这个方法的用于磁共振成像的设备和用于磁共振成像设备的计算机程序。

在磁共振成像(MRI)中，由RF和磁场梯度脉冲组成的脉冲序列被应用至目标(病人)，以产生磁共振信号，该磁共振信号被扫描以从其中获得信息和重构目标图像。自从开始开发以来，MRI应用的临床相关领域的数量已增长的非常大。MRI可被应用至身体的几乎每一部分，并被用于获得关于人身体的大量重要功能的信息。在MRI扫描期间被应用的脉冲序列完整确定重构图象的特征，譬如在目标中的位置和方位、尺寸、分辨率、信噪比、对比度、运动的敏感度等等。MRI设备的操作者不得不选择适当序列和调整并优化用于各个应用的它的参数。

上面已详细说明类型的已知方法被应用在医疗诊断，用于获得在被检查目标的组织中弥散现象的MR图像。例如，这可是病人的大脑或脊髓的一部分。

例如，弥散加权MRI过程被说明在US6076006中。依据这个已知方法，初始薄片选择激励RF脉冲被产生，其后面有弥散梯度脉冲，为了获得被激励核磁的弥散加权。随后，引导梯度脉冲被产生用于测量MR引导信号。这个引导梯度脉冲后面有薄片选择激励RF脉冲，是为了避免由于局部磁场不均匀而导致的信号损失。此后，通过包括一序列交变读出梯度和相位译码梯度的类似EPI成像序列产生一序列MR回波。通过测量MR信号获得成像数据集，该MR信号是在已说明的过程的多重循环中产生的。通过相位校正来校正测得的MR信号，用于宏观运动。根据MR引导信号的相位确定这个相位校正，其在实际MR成像信号之外被单独测量。在这个校正后，重构病人身体的被检查部分的图像，例如通过计算成像数据集的二维傅立叶变换。

这个已知方法的主要缺陷是MR引导信号根据实际成像数据被单独测量。这导致相当长的测量时间，并且因上面提到的重新聚焦RF脉冲而使病人承受额外RF能量，该RF脉冲需要在实际成像序列之前被立即应用。又一个缺陷是因MR引导信号测量和成像数据测量之间的延迟，该已知方法还易受病人身体的被检查部分宏观运动的影响。

因此，容易理解，需要一种提高的MRI方法，其尤其是能快速并准确弥散加权成像。所以，本发明主要目的是提供一种用于弥散加权成像的方法，该方法要求用于确定成像信号相位误差的最少额外测量时间，该方法还保证给由被检查病人的身体宏观运动导致的图像伪影的强大补偿。

依据本发明，披露了用于上面已详细说明类型的磁共振成像方法，其中通过选择成像序列的相位译码表实现前述目的，以使每个序列MR回波包括至少一个形成成像数据集的整数部分的初始MR引导回波，其中从各自序列MR回波的MR引导回波中得到相位校正。

本发明使能实施具有弥散加权的快速断层扫描，缘于MR引导回波作为成像数据的整数部分被测量。不需要额外测量时间来确定由宏观运动引起的MR回波的相位误差。依据本发明，因为MR引导回波的测量体现在成像序列中，所以在引导信号的测量和成像信号的测量之间事实上没有时间延迟。因此，实现了特别的稳定运动补偿。依据该发明，MR引导回波是部分成像数据集，并且与剩余成像信号一起被用于在步骤f)中图像的重构。从而，该发明提供了一种用于具有自引导性能的弥散加权成像的MRI方法。

依据该发明的方法，优点在于可使用每个序列MR回波的仅一个、两个或更多MR引导回波，其全部形成成像数据的整数部分。通过更多于仅一个MR引导回波中的相位信息可获得更稳定且精确相位校正，也就是从被相位译码回波，还有从具有零相位译码的MR引导回波中。

使用本发明的方法，若产生一个没有相位译码的初始MR引导回波，其中每个MR引导回波后面有一系列被相位译码的MR回波是有用的。这样，每个序列MR回波开始于没有被相位译码的信号。这个信号被用作用于得到以已知形式的相位校正的引导，如例如在上面提到的US6076006中说明的。缘于MR引导回波是图像数据的整数，与分离的已知引导表相时，以及MR引导回波是回波序列的初始回波的事实，因此MR引导回波总是具有最大信号振幅的回波。所以，依据本发明的引导是特别稳定和准确的。

优点在于，假如产生具有不变地增加或减少相位译码的每个序列MR回波，依据本发明可获得短的回波时间。假如使用包括一个可变相位译码步骤和随后的系列固定相位译码步骤的成像序列，步骤a)至c)被重复，这是特别有效的，以获得隔行相位译码表。这样，用于每个隔行的数据采集开始于没有被相位译码的MR回波信号，并继续更多正的或更多负的相位译码值，直至达到最大或最小相位译码值。这意味着具有零相位译码的MR引导回波在每个重复期间被测量。这些引导信号之间的相位差异缘于宏观运动，并能容易地被用于校正各自隔行的剩余MR回波的相位。

每个序列MR回波的非线性相位校正可方便地被在步骤e)中执行，其根据各自序列MR回波的一个或多个MR引导回波被计算，并与参考MR引导回波相对应。这样，对于在由成像数据集覆盖空间中的各个单独点，执行相位校正，从而获得特别有效的宏观运动的补偿。实际上选择成像数据集的第一MR引导回波作为参考MR引导回波。

可容易地将本发明的方法结合进专用设备中，该专用设备用于被放置在静态的和基本上均匀的主磁场中物体的磁共振成像。这种MRI扫描器包括用于建立主磁场的装置，用于产生叠加在主磁场上的磁场梯度的装置，用于向物体辐射RF脉冲的装置，用于控制磁场梯度和RF脉冲产生的控制装置，用于接收和采样通过序列RF脉冲和开关磁场梯度产生的磁共振信号的装置，用于根据所述信号采样形成图像的重构装置。依据该发明，通常是具有存储器和程序控制的微计算机的控制装置包括使用依据上述该发明方法的成像过程说明的程序设计。

一种计算机程序，适用于实现该发明的成像过程，可方便地被在任何普通计算机硬件上执行，其目前在临床上被用于MRI扫描器的控制。该计算机程序可被提供在适当的数据载体，譬如CD-ROM或磁盘。可选择的，也可由用户从因特网(Internet)服务器上下载。

下面附图披露了本发明的优选具体实施例。可以理解，附图被设计仅仅用于说明目的，然而不作为该发明的限定的说明。

在附图中

图1显示MRI扫描装置的具体实施例；

图2显示依据本发明的方法的弥散加权EPI脉冲序列；

图3说明依据本发明的隔行相位译码图解的k空间轨迹；

图4说明每隔行使用两个MR引导回波的交变相位译码图解。

在图1中，图解显示磁共振成像装置1。装置1包括一套用于产生静态和均匀主磁场的主磁线圈2和三套梯度线圈3、4和5，该梯度线圈用于在选择的方向上叠加具有可控制强度并具有梯度的额外磁场。按照惯例，主磁场的方向被标示为z方向，与之垂直的两个方向为x和y方向。梯度线圈通过电源11提供能量。装置1进一步包括用于向物体7发射射频(RF)脉冲的辐射发射器6(天线和线圈)，该辐射发射器6连接调制器8，用于产生和调节RF脉冲。还提供用于接收MR信号的接收器，该接收器可与发射器6是相同的或单独的。假如发射器和接收器在物理上是如图1所示的同样的线圈或天线，则设置发送-接收开关9以分离接收的信号和被发射信号。接收的MR信号被输入给解调器10。调制器8、发射器6和用于梯度线圈的电源11被控制系统12控制以产生上述序列的RF脉冲和相应序列的磁场梯度脉冲。控制系统通常是使用存储器和程序控制的微计算机。为发明的实际实施，其包括使用依据上述已说明方法的成像过程说明的程序序设计。解调器10被连接至数据处理单元14，例如计算机，用于将已接收回波信号向可视图像的转换，例如在可视显示单元15上。输入装置16，例如适当的键盘，被连接至控制系统12，其使该设备的操作者能交互地调整成像过程的参数。

依据本发明方法的序列设计被图解说明在图2中。图表显示了时间连续(temporal succession)的射频脉冲RF和在三个正交方向上的时间连续的磁场梯度脉冲GX、GY、GZ。被放置在静态和基本上均匀的主磁场中的病人在该发明的MRI处理期间受到这些脉冲影响。显示过程开始于包括初始激励RF脉冲α_X和重新聚焦RF脉冲180°_Y的第一弥散加权序列DW1。在z方向的薄片选择梯度脉冲G_SEL与RF脉冲同时被产生。在核磁的薄片选择激励后和重新聚焦后，为了获得弥散加权，产生弥散梯度G_SEL。通过包括交变读出梯度G_READ和相位译码梯度脉冲G_PHASE的第一成像序列BPI1产生一序列MR回波E1、E2、E3、E4、E5。该成像序列EPI1后面有第二弥散加权序列DW2和随后的第二成像序列BPI2，以使实现“多次拍照(multi shot)”弥散加权EPI序列，其中产生交变序列弥散加权和成像序列。通过测量各个序列MR回波E1、E2、E3、E4、E5以及E6、E7、E8、E9、E10等等，重复这些步骤直至获得具有足够数量的相位译码步骤的全部成像数据集。相位译码梯度脉冲GPHASE被产生，以使各个序列MR回波包括没有相位译码并形成成像数据集的整数部分的初始引导回波E1或E6。依据该发明，根据MR引导回波E1或E6获得相位校正。通过每个序列的MR回波的各自相位校正，成像数据集被校正用于被检查病人的宏观运动。最后，根据相位已校正的成像数据集重构图像。如进一步在图2中看到的，初始引导回波E1或E6后面分别有一序列相位译码MR回波E2、E3、E4、E5或E7、E8、E9、E10。通过在正y方向上使用磁场梯度脉冲G_PHASE的成像序列EPI1，一序列具有不变地增加相位译码的MR回波被产生，同时通过在负y方向上使用磁场梯度脉冲G_PHASE的第二成像序列BPI2，一序列具有不变地减少相位译码的MR回波被产生。成像序列EPI1和EPI2两者包括具有可变梯度强度的初始相位译码梯度和随后系列具有固定梯度强度的梯度脉冲，以使通过图解说明的“多次拍照(multi shot)”成像表获得隔行相位译码表。

显示在图3中的图表说明上述的隔行相位译码表。依据该发明方法的k空间轨迹被图解说明在图表中。对于k空间的全部采样，应用8个弥散加权EPI扫描S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，每个包括一序列8个MR回波E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9、E10。每个序列回波包括在k_Y＝0处的初始回波E1，其用于取得相位校正数据。为了获得足够数量相位译码步骤，k_Y的“从中心出发(centre-out)”增量被交替向两个正、负实施，k_Y值分别从k_Y＝0起始，直至k_Y＝k_Ymax和k_Y＝k_Ymin。从而获得稳定且准确的引导和特别短的回波时间。每个回波S1、S2、...开始于可变相位译码步骤和随后的系列固定相位译码步骤，以使如图3所示实现在k_Y方向上隔行k空间采样。

图4显示图3的相位译码表的改进。每个序列MR回波包括9个回波信号E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8、E9，其中两个初始回波E1、E2被用作引导信号。因此，依据发明的方法，多于一个回波、甚至3个或更多回波可被从中心k空间获得用于引导目的。获得没有相位校正的回波信号E1，同时，获得的信号E2具有最小的相位译码值。在回波E1和E2之间的k空间距离与由成像过程覆盖的FOV(视场)相对应。可通过匹配各个扫描S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8的中心k空间回波E1和E2推导出相位校正，以记录全部FOV上方的相位误差。如图4所示，每个成像序列包括在FOV方面的标称k空间距离处的初始相位译码步骤。在大于标称k空间距离处，这个初始相位译码步骤后面有可变相位译码步骤和随后的系列的固定相位译码步骤。从而，获得隔行相位译码表，以通过组合单独扫描S1、S2、...的信号来成像全部FOV。

Claims

1、一种用于物体的至少一部分磁共振成像的方法，该物体被放置在静态的和基本上均匀的主磁场中，该方法包括下面步骤：

a)将所述部分置于包括初始RF脉冲和至少一个弥散梯度脉冲的弥散加权序列中；

c)测量所述序列MR回波；

e)通过各个序列MR回波的单独相位校正，校正所述成像数据集用于所述部分宏观运动；

f)根据所述成像数据集重构图像；

其特征在于所述成像序列的相位译码表被选择，以使每个序列MR回波包括至少一个初始MR引导回波，其形成成像数据集的整数部分，其中所述相位校正从各自序列MR回波的所述MR引导回波中得到。

2、依据权利要求1的方法，其特征在于一个没有相位译码的初始MR引导回波被产生。

3、依据权利要求2的方法，其特征在于具有不变地增加或减少相位译码的每个序列MR回波被产生。

4、依据权利要求3的方法，其特征在于具有包括一个可变相位译码步骤和随后的系列固定相位译码步骤的成像序列，步骤a)至c)被重复，以获得隔行相位译码表。

5、依据权利要求1的方法，其特征在于每个序列MR回波的非线性相位校正被在步骤e)实施，其被计算根据各自序列MR回波的所述至少一个MR引导回波和至少一个参考MR引导回波。

6、依据权利要求1的方法，其特征在于所述弥散加权序列包括RF重新聚焦脉冲。

7、依据权利要求6的方法，其特征在于所述成像序列是EPI(回波平面成像)序列，其不包括任何RF脉冲。

8、用于物体的磁共振成像的设备，该物体被放置在静态的和基本上均匀的主磁场中，该设备包括用于建立所述主磁场的装置、用于产生叠加在所述主磁场上的磁场梯度的装置、用于向所述物体辐射RF脉冲的装置、用于控制所述磁场梯度和所述RF脉冲产生的控制装置、用于接收和采样由序列RF脉冲和开关磁场梯度产生的磁共振信号的装置、以及用于根据所述信号采样形成图像的重构装置，其特征在于所述控制装置包括使用依据权利要求1方法的成像过程的说明的程序设计。

9、具有程序代码的计算机程序，其使成像过程能被在磁共振成像设备上被实施，其特征在于所述成像过程包括下列步骤：

c)测量所述序列MR回波；

f)依据所述成像数据集重构图像；

其中所述成像序列的相位译码表被选择，以使每个序列MR回波包括至少一个初始MR引导回波，其形成成像数据集的整数部分，其中所述相位校正根据各自序列MR回波的所述MR引导回波中得到。

10、依据权利要求9的计算机程序，其特征在于产生具有不变地增加或减少相位译码的每个序列MR回波，其中具有包括一个可变相位译码步骤和随后的系列固定相位译码步骤的成像序列，步骤a)至c)被重复，以获得隔行相位译码表。