CN1910470A - 用于并行成像的线圈灵敏度估计 - Google Patents
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Abstract
在MRI系统(40)中的并行或SENSE成像技术中,执行校准扫描以生成校准图像(86),该标准图像表示也在磁场失真的区域中的并行成像线圈(76a,…,76n)的灵敏度轮廓。这通过使用诸如自旋回波技术的相位再聚焦成像协议,或者通过使用回波时间很短的梯度回波技术来实现。另外,校准扫描和诊断成像扫描的相位编码方向应当匹配。使用诊断扫描协议执行诊断成像扫描以从每个并行成像线圈生成诊断图像表示。SENSE处理器(90)从诊断图像表示和线圈灵敏度轮廓重构最终诊断图像(92)。
Description
技术领域
以下涉及诊断成像领域。它特别应用于减小磁共振并行成像技术中的伪像。
背景技术
在用于人体医疗诊断的磁共振成像装置中,体轴线通常沿直角坐标系的水平x轴定向。待检查的身体区域位于磁体的极靴之间,所述极靴产生沿垂直或z轴延伸的时间恒定主磁场B0。提供共振器以用于发射激励信号和接收共振信号。当诸如身体组织这样的物质受到均匀磁场B0影响时,组织中的个体自旋磁矩优先与该极化场对准。如果物质或组织受到在x-y平面中并且接近特征拉莫尔频率的激发射频场B1影响,净组合矩Mz围绕z轴旋进以产生净横向磁矩Mt。当激发信号B1结束之后共振信号由受激自旋发出。该信号可以被接收和处理以形成图像。
当利用这些信号以产生图像时,磁场梯度Gx,Gy,和Gz分别用于提供沿x、y和z轴的共振信号的空间编码。典型地,待成像的区域由测量周期的序列扫描,其中这些梯度根据正在使用的特殊定位法改变。接收的NMR信号的结果集合被数字化并且被处理以使用许多公知重构技术中的一个重构图像。
采集可以重构图像的NMR数据集的一种方法在采集NMR自旋回波信号之前利用可变振幅相位编码磁场梯度脉冲以相位编码在梯度方向上的空间信息。在二维实现(2DFT),例如,在每个梯度回波信号之前通过应用相位编码梯度脉冲Gy在一个方向上编码空间信息,所述梯度回波信号在读出磁场梯度Gx存在的情况下在与相位编码方向正交的方向上被采集。在自旋回波采集期间存在的读出梯度也在与相位编码梯度正交的方向上编码空间信息。不是产生一系列相邻2D切片图像,而是可以通过沿期望轴线的相位编码产生3D图像。每个回波沿k空间中的轨迹或线产生数据。k空间中的数据集进行反傅立叶变换或以另外方式重构为图像空间。每条相位编码数据线的采集需要有限的时间,获得指定视场(FOV)和空间分辨率的图像所需的数据越多,总扫描时间越长。
MR成像领域中的许多技术发展旨在减小数据采集时间。一种这样的发展被称为并行成像,其中图像由子采样信号采集获得,导致重叠伪像。重叠伪像可以通过灵敏度编码(SENSE)技术去除。使用具有不同灵敏度特性的多个接收线圈的接收线圈灵敏度组合从每个线圈重构的重叠图像以展开重叠伪像。该技术由K.P.Pruessmann等人的“SENSE:Sensitivity Encoding for Fast MRI”,MagneticResonance in Medicie 42,952-962(1999)描述。从用全视场扫描的校准图像估计线圈灵敏度。
发生在均匀主磁场边缘的或当磁性材料被引入到成像体积之中或附近时的快速磁场变化导致在校准和实际采集时的图像失真。这些失真表现为陡幅度和取决于采集参数的相位变化。
在并行成像重构中,灵敏度校准的失真可以导致展开程序的失败,这表现为破坏最终图像质量的重叠状伪像。如果校准序列和实际序列的图像失真彼此偏离则更有可能看到伪像。例如,在梯度召回回波(gradient recalled echo)图像中可以存在卷曲形和条纹状伪像,而在快速自旋回波图像中可以看到明亮的弯曲条纹。
本发明设想了克服前述限制及其它的改进方法和装置。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于并行成像的线圈灵敏度估计的改进方法,以便s提供改进的图像质量,并减小可见伪像的数量和幅度。
根据一个方面,提供了一种改进的线圈灵敏度估计的方法,用于在利用并行成像的MRI装置中减小伪像。所述方法包括关于成像序列执行校准序列,和使用对于每个校准的自旋回波型序列或对于每个校准的具有短回波时间的梯度召回回波序列,并且匹配校准扫描和并行成像扫描的相位编码方向。
根据另一方面,提供了一种MRI装置,其包括用于在检查区中产生B0磁场的磁体系统。所述装置包括用于在检查区中激发和操纵磁共振的装置和用于空间编码磁共振的装置。也提供了具有用于并行接收共振信号的不同灵敏度轮廓的多个线圈,和用于将接收的共振信号重构为图像表示的装置。另一装置由校准扫描期间产生的图像表示产生线圈的灵敏度轮廓。又一装置由所述灵敏度轮廓和在诊断扫描期间产生的图像表示产生诊断图像。序列控制装置用于访问校准序列存储器装置以取回RF再聚焦自旋回波型序列或梯度召回回波型序列,并且根据取回的校准序列,控制共振激发装置和空间编码装置以便为重构装置产生共振信号用于重构为校准图像表示。它访问诊断成像序列存储器装置以取回诊断成像序列,并且控制共振激发装置和空间编码装置以便为重构装置产生共振信号用于重构为诊断图像表示。
一个优点在于在校准扫描中发生的幅度、相位和位置误差减小。
进一步的改进在于在并行成像中图像重叠伪像减小或被去除。
另一优点在于图像质量提高。
在阅读优选实施方式的以下具体描述之后,各种附加优点和益处对于本领域的普通技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
本发明可以采用各种部件和部件的布置、各种处理操作和处理操作的安排的形式。附图仅仅为了举例说明优选实施方式而不应当被理解成限制本发明。
图1示意性地显示了根据本发明的原理构建的磁共振成像系统;
图2显示了在没有SENSE的情况下使用梯度召回回波型序列获取的MRI图像的表示;
图3显示了对应于使用基于梯度召回回波校准获取的图2的图像的SENSE图像的表示,其中并行成像扫描和校准扫描的相位编码方向是正交的;
图4显示了对应于使用基于自旋回波校准获取的图2的图像的SENSE图像的表示,其中并行成像扫描和校准扫描的相位编码方向一致,并且这两种扫描的读出梯度在幅度和方向上基本相同;
图5显示了在没有SENSE的情况下使用快速自旋回波型序列获取的MRI图像的表示;
图6显示了对应于使用基于自旋回波校准获取的图5的图像的SENSE图像的表示,其中并行成像扫描和校准扫描的相位编码方向是正交的;和
图7显示了对应于使用基于自旋回波校准获取的图5的图像的SENSE图像的表示,其中并行成像扫描和校准扫描的相位编码方向一致,并且这两种扫描的读出梯度在幅度和方向上基本相同。这导致了在两种扫描中单位长度具有相同的信号带宽,并且B0误差产生以mm度量的相同位置误差。两种扫描的数据采样时间-和因此在读出方向上的分辨率-可以不同。
具体实施方式
参考图1,磁共振成像装置40包括用于产生时间上恒定的B0磁场的主磁体42系统,所述B0磁场在检查区中在如图所示的xyz坐标系的z方向上垂直延伸。患者44的所关注区域被置于由装置的FOV限定的检查区46中-通常为球形区域。磁体系统包括限定极靴48,50之间通量返回路径的铁轭。超导或电阻线圈绕组靠近极靴48,50或沿着通量返回路径布置。作为另一选择,所述轭可以是永磁体。
梯度线圈系统52,54产生在x方向、y方向或z方向上具有近似线性梯度的空间变化磁场脉冲。在选定偶极子,例如H1的拉莫尔频率下共振的各个共振器56,58布置在每个梯度线圈系统52,54和检查区之间。RF屏蔽屏障60布置在共振器和梯度线圈之间。共振器56,58和RF屏蔽物60,62相对于检查区以镜像方式布置。每个共振器56,58优选地充当发射线圈,但是也可以作为接收线圈工作。
序列控制处理器70控制与发射/接收体线圈56,58和梯度场控制器72b相关联的射频发射器72a,以诱发和操纵在本领域中已知的空间编码的共振。更具体而言,在产生校准图像期间,序列控制器访问校准序列存储器74以取回自旋回波、快速自旋回波或类似序列,其中受激共振的相位由RF脉冲再聚焦。具有非常短的回波时间,例如小于5毫秒的梯度召回回波也适合用于校准。
在校准扫描期间,产生的磁共振信号由多个SENSE线圈76a,76b,…,76n拾取,并且由相应的接收器78a,78b,…,78n解调。共振信号也可以由在接收模式下工作的共振器56,58接收,并且由接收器78o解调。来自每个SENSE线圈和共振器的共振数据被单独重构80a,80b,…,80n,80o为存储在SENSE图像存储器扇区82a,82b,…,82n中的多个SENSE图像和存储在参考图像存储器扇区82o中的参考图像。校准处理器84比较SENSE图像和参考图像以产生用于SENSE线圈的灵敏度轮廓,其存储在灵敏度图存储器86中。
为了最终的成像,序列控制器70访问诊断成像序列存储器88以选择成像序列。共振信号由SENSE线圈76a,…,76n接收,由接收器78a,…,78n解调,并且被重构80a,…,80n为一系列欠采样的折叠图像82a,…,82n。SENSE处理器90根据来自灵敏度图存储器86的灵敏度轮廓信息,组合并展开SENSE图像,以产生用于存储在最终图像存储器92中的最终3D图像。图像处理器94选择并格式化用于显示在监视器96上的图像数据部分。
在上述的SENSE成像中,为了产生每个SENSE线圈的灵敏度轮廓或图,执行校准序列。典型地使用场回波执行该校准扫描。然而,本发明人已发现,当校准序列用于开放式扫描器上时,会发生伪像和误差。具体而言,它们决定了在开放式系统中B0磁场在视场的边缘处相对逐渐地翻转(roll over)。在视场外部该强磁场变化的存在导致1校准扫描中的幅度、相位和位置误差。尤其应当注意的是,主场变化在读出方向上比在相位编码方向上更容易产生位置误差。
可以在其中出现上述失真的主磁场的区域中精确地估计线圈灵敏度信息。这通过用校准序列来执行线圈灵敏度估计而实现,所述校准序列将相位和幅度失真减小到等于或小于实际并行成像扫描中的水平。两种图像中的位置失真应当大约是相同的。
本发明人已发现,通过使用自旋回波型序列执行校准扫描,可以解决该问题。用于自旋回波的再聚焦脉冲也使相位误差再聚焦,有效地在自旋回波处消除了它们。作为另一选择,如果使回波时间非常小以便使积累的相位误差最小化,可以使用基于梯度回波的校准。由于误差在相位和读出方向上表现不同,当在校准和SENSE扫描中的相位编码方向都在相同的方向上时,校准和SENSE成像扫描之间的差异更小。如果读出梯度方向和幅度在校准和SENSE成像扫描两者中基本相同,则可以提供进一步的改进。
并不要求校准和诊断扫描的切片位置应当精确地相同。而是要求校准扫描应当至少覆盖与诊断扫描相同的成像体积。可以用内插法获得诊断扫描的每个切片位置的线圈灵敏度图。
参考图2,显示了在没有SENSE的情况下获取的第一图像10的表示,以在开放式MRI系统上使用梯度召回回波(GRE)型序列来实现。现在参考图3,显示了用于第一GRE图像10的相同对象的第二GRE图像12。然而,该图像通过使用现有技术中已知的具有基于梯度召回回波的校准的SENSE来获取。在第二GRE图像中,由于灵敏度校准中的误差而由不完全展开重构产生的卷曲形和条纹形重叠伪像14,16在与第一图像10比较时尤为明显。
现在参考图4,显示了根据本发明的一个实施方式获取的第三GRE图像18。在该实施方式中,用自旋回波型校准序列进行线圈灵敏度估计,其中并行成像扫描和校准扫描的相位编码方向一致,并且这两种扫描的读出方向上的单位长度采样带宽是相同的。当与第二图像12的伪像14,16比较时,第三图像18中的卷曲形和条纹状伪像20,22明显减小。图2-4的图像均以下列条件被获取的:重复时间(TR)为40ms,回波时间(TE)为10ms,切片厚度为10mm,激发数量(NEX)为2,FOV为550mm,256×256矩阵,在垂直方向上的相位编码,以及带宽(BW)为62.5Hz/像素。
图5-7显示了以类似于图2-4的图像10,12,18的方式获取的、但是使用快速自旋回波(FSE)型序列获取的图像序列。参考图5,显示了在没有SENSE的情况下获取的第一FSE图像24的表示。现在参考图6,显示了和用于第一FSE图像24相同的对象的第二FSE图像26。该图像通过使用具有基于梯度召回回波的校准的SENSE获取,并且当与第一图像24比较时显示了卷曲形和条纹状伪像28,30。
现在参考图7,以类似于第二FSE图像26的方式获取第三FSE图像32,然而基于自旋回波的校准被用于代替基于梯度召回回波的校准。同样,并行成像扫描和校准扫描的相位编码方向一致,并且这两种扫描在读出方向上的单位长度采样带宽是相同的。当与第二FSE图像的伪像28,30比较时,第三FSE图像中的卷曲形和条纹状伪像34,36明显减小。图5-7的图像均是以下列条件被获取的:TR为410ms,TE为20ms,切片厚度为3.0mm,NEX为3,FOV为550mm,288×288矩阵,在垂直方向上的相位编码,BW为71.4Hz/像素。
已经参考优选实施方式描述了本发明。也参考若干替换实施方式描述了本发明。例如,本发明并不限于开放式MR扫描器,而是适用于任何类型的磁体配置,包括腔孔型扫描器。不一定使用所述的发射/接收体线圈56,58生成参考图像,这是因为可以使用SENSE线圈76a,76b,…,76n由组合图像来计算参考图像。在阅读和理解该说明书后,他人将作出本发明的这些和其它变化和改进。这意味所有这样的变化、改变和改进都被包含在后附权利要求或其等同替换形式的范围内。
Claims (8)
1.一种改进的线圈灵敏度估计方法,用于减小利用并行成像的MRI装置中的伪像,所述方法包括:
对于并行成像序列,使用下述其中之一来执行相对于该并行成像序列的校准序列:
自旋回波型序列,其匹配校准的面内相位编码方向和对于每个校准的并行成像序列;和
梯度回波型序列,其匹配校准的面内相位编码方向和对于每个校准的并行成像序列。
2.如权利要求1所述的方法,其中为每个并行成像序列执行所述校准序列。
3.如权利要求2所述的方法,其中在每个所述并行成像序列之前执行所述校准序列。
4.如权利要求1所述的方法,其中用很短的回波时间(TE),例如小于5ms,执行所述梯度回波型校准序列。
5.如权利要求1所述的方法,进一步包括:
在所述校准序列和所述并行成像序列中使用基本相同的读出梯度。
6.如权利要求1所述的方法,其中所述校准序列的相位编码方向基本上被指引为沿着所述并行成像序列的相位编码方向。
7.一种MRI装置,其具有序列控制器(70),该序列控制器被编程用以执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
8.一种MRI装置,其包括用于在检查区(46)中产生B0磁场的磁体系统,所述装置包括:
用于在所述检查区中激发和操纵磁共振的装置(58,72a,76a,...,76n);
用于空间上编码磁共振的装置(52,74,72b);
具有用于并行接收共振信号的不同灵敏度轮廓的多个线圈(76a,...,76n);
用于将接收的共振信号重构为图像表示的装置(80a,...80o);
用于由校准扫描期间产生的图像表示(82a,...,82n)产生线圈(76a,...,76n)的灵敏度轮廓(86)的装置(84);
用于由所述灵敏度轮廓(86)和在诊断扫描期间产生的图像表示(82a,...,82n)产生诊断图像(92)的装置(90);
序列控制装置(70),其用于访问校准序列存储器装置(74)以取回RF再聚焦自旋回波型序列和梯度召回回波型序列中的一个,并且根据取回的校准序列来控制共振激发装置(58,72a,76a,...,76n)和空间编码装置(52,74,72b),以便为重构装置(80a,...80o)产生共振信号用于重构为校准图像表示(82a,...,82n),和用于访问诊断成像序列存储器装置(88)以取回诊断成像序列,并且控制共振激发装置(58,72a,76a,...,76n)和空间编码装置(52,74,72b),以便为重构装置(80a,...80o)产生共振信号用于重构为诊断图像表示(82a,...,82n)。
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