CN1939212A - Mri装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MRI装置，其带有选择性饱和而不影响1TR中梯度磁场的积分值。所述MRI装置包括：信号采集设备，用于将静场、梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于对象以从其采集磁共振信号；图像重建设备(170)，用于基于采集的磁共振信号重建图像；以及控制设备(160)，用于控制这两个设备。在应用梯度磁场脉冲和RF脉冲以用于信号采集之前，控制设备(160)指导信号采集设备将梯度磁场脉冲和RF脉冲多次应用于选择性饱和。

Description

MRI装置
技术领域
本发明涉及一种MRI(磁共振成像)装置，更具体而言，涉及一种与空间选择性饱和结合来采集磁共振信号的MRI装置。
背景技术
在MRI装置中，当执行血管成像时与空间选择性饱和结合来采集磁共振信号。更具体而言，在用于成像区域的信号收集之前，在成像区域外部血流的上游执行空间选择性饱和(例如专利参考文献1)。
[专利参考文献1]日本未经审查的专利公布No.Hei 10(1998)-33498(第4-5页，附图1-3)。
对于空间选择性饱和，用于自旋激励的RF脉冲和用于空间选择和抑制(killer)的梯度磁场脉冲分别被使用。当与用于磁共振信号收集的脉冲序列结合时，在1TR(重复时间)内梯度磁场的积分值不可能为0。
为此，如在稳态自由进动(SSFP)中的脉冲序列不可能执行空间选择性饱和持续1TR，在所述脉冲序列中梯度磁场积分值在1TR内必须为0。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种MRI装置，该MRI装置提供不影响1TR内梯度磁场的积分值的空间选择性饱和。
用于解决所述问题的本发明的第一方面提供一种MRI装置，其包括：信号采集装置，用于将静场、梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于对象以从其采集磁共振信号；图像重建装置，用于基于采集的磁共振信号重建图像；以及控制装置，用于控制信号采集装置和图像重建装置这二者，其中控制装置包括信号采集控制单元，用于在指导应用梯度场脉冲和RF脉冲以用于收集磁共振信号之前，指导信号采集装置将梯度磁场脉冲和RF脉冲多次应用于空间选择性饱和。
用于解决所述问题的本发明的第二方面提供一种MRI装置，其包括：信号采集装置，用于将静场、梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于对象以从其采集磁共振信号；图像重建装置，用于基于采集的磁共振信号重建图像；以及控制装置，用于控制信号采集装置和图像重建装置这二者，其中控制装置包括：第一信号采集控制单元，用于在指导应用梯度场脉冲和RF脉冲以用于收集磁共振信号之前，指导信号采集装置将梯度磁场脉冲和RF脉冲多次应用于空间选择性饱和；第二信号采集控制单元，用于指导信号采集装置应用梯度磁场脉冲和RF脉冲以用于收集磁共振信号，而不指导将梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于空间选择性饱和；以及图像重建控制单元，用于指导图像重建装置基于在第一信号采集控制单元的控制下收集的磁共振信号重建图像以及基于在第二信号采集控制单元的控制下收集的磁共振信号重建图像，然后生成这些图像之间的差别图像。
对于成像动脉来说优选的是，空间选择性饱和是在动脉上游的空间选择性饱和。
对于成像静脉来说优选的是，空间选择性饱和是在静脉上游的空间选择性饱和。
对于正确地执行血管成像来说优选的是，梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于空间选择性饱和至少重复两秒。
对于正确地执行血管成像来说还优选的是，梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于空间选择性饱和被多次执行以便逐渐改变翻转(flip)角。
对于正确地执行血管成像来说优选的是，翻转角逐渐从180度变化到90度。
对于正确地执行血管成像来说还优选的是，梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于空间选择性饱和被多次执行以便逐渐改变RF脉冲的相位。
对于提高成像质量来说优选的是，梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于空间选择性饱和、和/或梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于磁共振信号采集与心跳同步地被执行。
对于提高成像质量来说优选的是，梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于空间选择性饱和、和/或梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于磁共振信号采集与躯体运动同步地被执行。
对于短时间的信号采集时间来说优选的是，梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于磁共振信号采集按照稳态自由进动的顺序被执行。
对于正确地执行血管成像来说优选的是，在梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于磁共振信号收集之前，信号采集控制单元指导信号采集装置将RF脉冲应用于T2准备。
对于正确地执行血管成像来说优选的是，在梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于磁共振信号收集之前，信号采集控制单元指导信号采集装置将RF脉冲应用于脂肪信号抑制。
根据本发明的第一方面，所述MRI装置包括：信号采集装置，用于将静场、梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于对象以从其采集磁共振信号；图像重建装置，用于基于采集的磁共振信号重建图像；以及控制装置，用于控制信号采集装置和图像重建装置这二者，其中控制装置包括信号采集控制单元，用于在指导应用梯度场脉冲和RF脉冲以用于收集磁共振信号之前，指导信号采集装置将梯度磁场脉冲和RF脉冲多次应用于空间选择性饱和，以使可以执行空间选择性饱和而不影响1TR内梯度磁场的积分值。
根据本发明的第二方面，所述MRI装置包括：信号采集装置，用于将静场、梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于对象以从其采集磁共振信号；图像重建装置，用于基于采集的磁共振信号重建图像；以及控制装置，用于控制信号采集装置和图像重建装置这二者，其中控制装置包括：第一信号采集控制单元，用于在指导应用梯度场脉冲和RF脉冲以用于收集磁共振信号之前，指导信号采集装置将梯度磁场脉冲和RF脉冲多次应用于空间选择性饱和；第二信号采集控制单元，用于指导信号采集装置应用梯度磁场脉冲和RF脉冲以用于收集磁共振信号，而不指导将梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于空间选择性饱和；以及图像重建控制单元，用于指导图像重建装置基于在第一信号采集控制单元的控制下收集的磁共振信号重建图像以及基于在第二信号采集控制单元的控制下收集的磁共振信号重建图像，然后生成这些图像之间的差别图像，以使可以执行空间选择性饱和而不影响1TR内梯度磁场的积分值，并且可以仅仅执行血管的成像。
根据如在附图中说明的本发明优选实施例的以下描述，本发明的更多目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是表示用于实现本发明的最佳模式的典型MRI装置的示意性框图；
图2是用于磁共振信号采集的脉冲序列的例子；
图3是用于空间选择性饱和的脉冲序列的例子；
图4是用于磁共振信号采集以及空间选择性饱和的时序图的例子；
图5是在成像区域和选择性饱和之间的位置关系的例子；
图6是用于与心跳同步地执行选择性饱和与信号采集的时序图的例子；
图7是用于与心跳和与躯体运动同步地执行选择性饱和与信号采集的时序图的例子；
图8是用于T2准备的脉冲序列；
图9是用于脂肪抑制的脉冲序列；以及
图10是用于信号采集以及选择性饱和、T2准备和脂肪抑制的时序图。
具体实施方式
将更详细地参考附图来描述用于实现本发明的最佳模式。应当理解，本发明并不被视为限于所公开的用于实现本发明的最佳模式。图1示出了MRI装置的示意性框图。所述装置是用于实现本发明的最佳模式的例子。所述装置的布置指示了相对于MRI装置用于实现本发明的最佳模式的例子。
如图中所示，所述装置具有磁体系统100。磁体系统100包括主磁场线圈单元102、梯度线圈单元106、以及RF线圈单元108。这些线圈具有圆筒形状，并且同轴地布置。
在其上承载待成像对象1的磁体系统100的摇床500借助于未在图中示出的传送装置移入和移出以圆筒形式的内部空间(镗孔)。
主磁场线圈单元102在磁体系统100的内部空间内形成静场。静场的方向几乎平行于对象1的体轴方向。更具体而言，这形成所谓的水平磁场。可以通过例如使用超导线圈来布置主磁场线圈单元102。主磁场线圈单元102可以同样地由常规传导线圈而非超导线圈形成。
磁体系统自身也可以是垂直场类型，其中静场的方向垂直于对象1的体轴方向，而不是水平场类型。在垂直场类型中永磁体可以用于生成静场。
梯度线圈单元106生成三个梯度磁场以用于在三个轴上提供静场强度的倾斜，其中每个轴与其它轴垂直，更具体而言所述轴为切片轴、相位轴和频率轴。
当将x、y、z作为静场空间中的坐标轴给出时，其中每个坐标轴垂直于其它坐标轴，这些轴中的任何一个可以为切片轴。在该情况下剩余两个轴之一将为相位轴，以及另一个将为频率轴。切片轴、相位轴和频率轴可以相对于x、y和z轴任意地倾斜，同时保持它们之间的垂直关系。在该装置中，x轴被定义为对象1的体宽的方向，y轴被定义为体深的方向，以及z轴被定义为体轴的方向。
在切片轴的方向上的梯度磁场也被称为切片梯度磁场。在相位轴的方向上的梯度磁场也被称为编码梯度磁场。在频率轴的方向上的梯度磁场也被称为读出梯度磁场。读出梯度磁场与频率编码梯度磁场的定义相同。为了能够生成这些梯度磁场，梯度线圈单元106具有未在图中示出的三个梯度线圈系统。梯度磁场在下文中将简单地被称为梯度。
RF线圈单元108形成RF磁场以用于在静态磁场空间中激励对象1体内的自旋。RF磁场的形成将在下文中被称为RF激励信号的发射。RF激励信号也被称为RF脉冲。
由受激自旋生成的电磁波即磁共振信号由RF线圈单元108接收。由此接收的磁共振信号将是用于频域或傅里叶空间的采样信号。
对于在相位轴的方向上和在频率轴的方向上的梯度，当在这两个轴上编码磁共振信号时，可以作为二维傅里叶空间中的采样信号获得磁共振信号，并且当通过附加地使用切片梯度在三个轴上编码时，可以作为三维傅里叶空间信号获得所述信号。每个梯度确定在二维或三维傅里叶空间中的信号采样的位置。傅里叶空间在下文中也将被称为k空间。
梯度线圈单元106被连接到梯度驱动单元130。梯度驱动单元130通过向梯度线圈单元106提供驱动信号来生成梯度磁场。梯度驱动线圈130包括未在图中示出的驱动电路的三个系统，它们对应于梯度线圈单元106中的梯度线圈的三个系统。
RF线圈单元108被连接到RF驱动单元140。RF驱动单元140向RF线圈单元108提供驱动信号以发射RF脉冲，以便激励对象1体内的自旋。
RF线圈单元108也被连接到数据收集单元150。数据收集单元150收集作为数字数据由RF线圈单元108接收的接收信号。
梯度驱动单元130、RF驱动单元140和数据收集单元150被连接到序列控制单元160。序列控制单元160控制梯度驱动单元130或数据收集单元150以执行磁共振信号的采集。
例如通过使用计算机来构成序列控制单元160。序列控制单元160包括存储器。所述存储器用于存储程序和用于序列控制单元160的各种数据。可以通过由计算机执行存储在存储器中的程序来实现序列控制单元160的功能。由磁体系统100和序列控制单元160组成的部分是根据本发明的信号采集设备的例子。
数据收集单元150的输出被连接到数据处理单元170。由数据收集单元150收集的数据将被输入到数据处理单元170中。数据处理单元170例如由计算机构成。数据处理单元170具有存储器。所述存储器存储用于数据处理单元170的程序和各种数据。
数据处理单元170被连接到序列控制单元160。数据处理单元170处于序列控制单元160上面以管理它。可以通过由数据处理单元170执行存储在存储器中的程序来实现装置的功能。
数据处理单元170将由数据收集单元150收集的数据存储到存储器中。将在存储器中生成数据空间。数据空间对应于k空间。数据处理单元170通过在k空间内执行数据的傅里叶逆变换重建图像。数据处理单元170是根据本发明的图像重建装置的例子。数据处理单元170也是根据本发明的控制装置的例子。
心跳传感器112被附着到对象1，通过它由心跳检测单元110检测对象1的心跳，并且将心跳检测信号输入到数据处理单元170中。数据处理单元170再基于心跳检测信号与心跳同步地执行成像。
代替(或除了)心跳传感器112和心跳检测单元110，提供躯体运动传感器和躯体运动检测单元来检测躯体运动以及呼吸，以便与躯体运动同步地执行成像。也可以基于由磁共振成像检测的膈运动来执行躯体运动检测。
数据处理单元170被连接到显示单元180和操作控制台单元190。显示单元180由图形显示器构成。操作控制台单元190由带有定点设备的键盘构成。
显示单元180显示从数据处理单元170输出的重建图像和各种信息。操作控制台单元190由操作者操作以便将各种指令和信息输入到数据处理单元170。允许用户通过显示单元180和操作控制台单元190交互地操作该装置。
图2示出用于磁共振信号采集的脉冲序列的例子。脉冲序列是稳态自由进动脉冲序列。稳态自由进动将在下文中被缩写为SSFP。也可以用除了SSFP之外的任何其它技术来执行磁共振信号采集。磁共振信号采集也将在下文中被缩写为信号采集。
在图中，(1)示出了RF激励的序列。(2)至(4)分别示出了梯度磁场脉冲的序列。(5)示出了磁共振信号的序列。在梯度磁场(2)至(4)中，(2)是切片梯度，(3)是频率编码梯度，以及(4)是相位编码梯度。总是以恒定的磁场强度施加静态磁场。该条件适用于以下描述。
在1TR的距离上重复90度脉冲的RF激励。90度激励是在切片梯度下即切片下的选择性激励。在两个90度激励之间，按预定顺序施加频率编码梯度(读取)、相位编码梯度(弯曲)、以及切片编码梯度(切片)，以便读出磁共振信号，即回波或(回波)。1TR可以是3msec-5msec。切片梯度(切片)、频率编码梯度(读取)和相位编码梯度(弯曲)的脉冲具有有限的波形和幅度，从而使得1TR内的积分值为0。
如上所述的脉冲序列重复给定的次数，并且每次读出回波。在每次重复中改变回波的相位编码，并且通过重复给定的次数来执行整个二维k空间的回波信号采集，。当在切片的方向上进行相位编码时，采集三维k空间的回波信号。
通过对二维k空间的回波数据进行二维傅里叶逆变换，重建了2D图像。通过对三维k空间的回波数据进行三维傅里叶逆变换，重建了3D图像。
图3示出了用于空间选择性饱和的脉冲序列的例子。在图中，(1)表示RF激励，(2)表示切片梯度，(3)表示用于抑制梯度的脉冲序列。作为在切片梯度下即切片下的空间选择性激励来执行使用90度脉冲的RF激励，然后随后施加的抑制梯度即抑制将分散自旋的相位。由此，垂直磁化和横向磁化都无效，以便不对随后的RF激励起作用。空间选择性饱和也将被简单地称为选择性饱和。
在信号采集之前执行如上所述的选择性饱和。
图4示出了用于信号采集以及选择性饱和的时序图的例子。如图4中所示，在间期SAT进行选择性饱和，然后在间期ACQ采集信号。
信号采集以及选择性饱和将在数据处理单元10的控制下执行。数据处理单元10是根据本发明的信号采集控制单元的例子。数据处理单元10也是根据本发明的第一信号采集控制单元的例子。
在间期SAT中的选择性饱和间歇地重复多次。在该例子中每次重复的选择性饱和将由RF脉冲表示。间期SAT的持续时间例如可以为2秒，在此期间选择性饱和例如将重复40次。更具体而言，将在50msec的间期执行选择性饱和。将在多个连续TR执行间期ACQ中的信号采集。在该例子中每次信号采集由TR表示。间期ACQ的持续时间例如可以是0.5秒，在此期间将执行128TR的信号采集。更具体而言，在很短的时期内进行信号采集。
从前述可以看出，在间期SAT期间多次重复选择性饱和，然后在间期ACQ期间在多个连续TR采集信号，以使在信号采集时用于选择性饱和的梯度将不影响1TR内梯度磁场的积分值。在间期SAT期间的多次选择性饱和也可以通过逐渐改变翻转角而被执行。翻转角可以变化，以便逐渐从180度减小到90度。由此在较早的选择性饱和中的自旋具有较长的垂直磁化的恢复时间，以使可以延长可成像血管的延伸距离。在间期SAT期间的多次选择性饱和也可以通过逐渐改变RF激励的相位而被执行。
图5示出了在选择性饱和与成像区域之间的位置关系的例子。如图5中所示，当成像区域FOV被设置以便包括从腹动脉到两侧的股动脉的区域时，选择性饱和区域SST将被设置在成像区域FOV外部的动脉的上游。箭头示出了血流的方向。如果目标血管是静脉，则选择性饱和区域SST被设置在静脉的上游。换句话说，选择性饱和区域SST可以被设置在目标血管的上游。
选择性饱和区域SST的片层(slab)的厚度将被设置成例如10cm。当照这样设置时，100cm/sec的血流速度将在0.1秒通过选择性饱和区域SST。在此时间期间，选择性饱和将重复50msec，血流将饱和两次。由此在饱和点之间将没有间隙。
在选择性饱和的重复间期与选择性饱和区域SST的片层厚度之间的关系可以被适当地设置在不中断饱和的可接受的范围内。通常这被设置以便满足以下关系。
选择性饱和区域的厚度÷激励间期＞血流的最大速度
流入到选择性饱和区域SST中的血液将经历两秒的重复饱和。由此，假设血流速度为100cm/sec，根据简单的计算，最多200cm的血流将被饱和。该长度比腹动脉和股动脉中的血流长度大得多。因此在成像区域FOV中的腹动脉和股动脉内的整个血流可以完全被饱和。
饱和时间可以根据成像区域的大小适当地增加或减小并且不限于2秒。然而，血液的垂直弛豫时间T1最多大约为2000msec，如果设置成比2秒大得多是没有意义的。
通过基于在如上所述的选择性饱和之后采集的磁共振信号重建图像，可以获得用黑色描绘的腹动脉和股动脉的图像。该图像包括腹和股中的任何其它组织。
为了获得仅仅描绘血管的图像并且除去组织图像，可以生成与在旁边拍摄的组织图像的差别图像。在没有选择性饱和的情况下执行组织图像的成像。将在数据处理单元10的控制下执行没有选择性饱和的信号采集。数据处理单元10是根据本发明的第二信号采集控制单元的例子。
在没有选择性饱和的情况下，重建图像示出了未用黑色描绘的腹动脉和股动脉。由此，当获得与带有选择性饱和的图像的差别时，可以获得组织图像被抵消并且动脉被加亮的图像。
带有选择性饱和的图像的重建、没有选择性饱和的图像的重建、以及它们之间的差别的重建将在数据处理单元10的控制下执行。数据处理单元10是根据本发明的图像重建控制单元的例子。
图6示出了当与心跳同步地执行选择性饱和与信号采集时时序图的例子。如图6中所示，ECG的R波将被用作触发波以执行例如2秒的选择性饱和，然后接着的R波将被用作用于信号采集的触发波。没有选择性饱和的信号采集将与心跳同步地被执行。由此，可以获得没有重影的较高质量的血管图像。可以为选择性饱和与信号采集中的任何一个执行与心跳的同步。
心跳同步可以与躯体运动同步结合。图7中示出了一个例子。如图7中所示，在伴随着呼吸的周期性躯体运动小得多的时期，与心跳同步地执行选择性饱和与信号采集这二者。没有选择性饱和的信号采集也以类似的方式被执行。由此可以获得更高质量的血管图像。照这样的同步可以应用于选择性饱和或信号采集的任何一个。
为了通过差别成像完全抵消肌肉组织图像，执行T2准备。T2准备是基于横向弛豫时间T2的差别将肌肉信号减小到小于血液信号的过程。T2准备将在信号采集之前被执行。
如图8中所示的RF激励脉冲序列将被用于T2准备。如图8中所示，执行翻转角为90度并且相位为0度的RF激励，然后在时间T之后，执行翻转角为180度并且相位为90度的另一RF激励，然后在时间2T之后，执行翻转角为-180度并且相位为90度的另一RF激励，然后在时间2T之后，将执行翻转角为-180度并且相位为90度的另一RF激励，然后在时间T之后将执行翻转角为-90度并且相位为0度的另一RF激励。以上的RF激励是非选择性激励。在RF激励之后将施加抑制梯度。
为了通过差别图像完全抵消脂肪组织图像，将执行脂肪抑制。脂肪抑制是基于磁共振频率的化学位移将脂肪信号减小到小于血液信号的过程。脂肪抑制将在信号采集之前被执行。
如图9中所示的180度脉冲被用于脂肪抑制。在180度激励之后将施加抑制梯度。180度脉冲的频率被调谐到脂肪频率。由此在脂肪自旋的频率选择反向恢复的过程期间信号幅度将被抵消。
图10示出了指示选择性饱和、T2准备、脂肪抑制和信号采集的时序图的例子。如图10中所示，选择性饱和被重复多次，然后执行T2准备和脂肪抑制，随后是信号采集。当选择性饱和未被执行时，T2准备和脂肪抑制在信号采集之前。
可以配置本发明的许多大大不同的实施例而不脱离本发明的精神和范围。应当理解，除了如在所附权利要求中限定的之外，本发明不限于在说明书中所述的特定实施例。

Claims (10)

1.一种MRI装置，包括：信号采集设备，用于将静场、梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于对象以从其采集磁共振信号；图像重建设备(170)，用于基于采集的磁共振信号重建图像；以及控制设备(160)，用于控制信号采集设备和图像重建设备(170)这二者，
其中所述控制设备(160)包括：
信号采集控制单元，用于在指导应用梯度场脉冲和RF脉冲以用于收集磁共振信号之前，指导所述信号采集设备将梯度磁场脉冲和RF脉冲多次应用于空间选择性饱和。
2.一种MRI装置，包括：信号采集设备，用于将静场、梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于对象以从其采集磁共振信号；图像重建设备(170)，用于基于采集的磁共振信号重建图像；以及控制设备(160)，用于控制信号采集设备和图像重建设备(170)这二者，
其中所述控制设备(160)包括：
第一信号采集控制单元，用于在指导应用梯度场脉冲和RF脉冲以用于收集磁共振信号之前，指导所述信号采集设备将梯度磁场脉冲和RF脉冲多次应用于空间选择性饱和；
第二信号采集控制单元，用于指导所述信号采集设备应用梯度磁场脉冲和RF脉冲以用于收集磁共振信号，而不指导将梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于空间选择性饱和；以及
图像重建控制单元，用于指导所述图像重建设备(170)基于在所述第一信号采集控制单元的控制下收集的磁共振信号重建图像以及基于在所述第二信号采集控制单元的控制下收集的磁共振信号重建图像，然后生成这些图像之间的差别图像。
3.根据权利要求1或2所述的MRI装置，
其中所述空间选择性饱和是在动脉上游的空间选择性饱和。
4.根据权利要求1或2所述的MRI装置，
其中所述空间选择性饱和是在静脉上游的空间选择性饱和。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的MRI装置，
其中梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于所述空间选择性饱和至少重复两秒。
6.根据权利要求1-5中任何一项所述的MRI装置，
其中梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于所述空间选择性饱和被执行多次，以便逐渐改变翻转角。
7.根据权利要求6所述的MRI装置，
其中所述翻转角逐渐从180度变化到90度。
8.根据权利要求1-5中任何一项所述的MRI装置，
其中梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于所述空间选择性饱和被执行多次，以便逐渐改变RF脉冲的相位。
9.根据权利要求1-8中任何一项所述的MRI装置，
其中梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于所述空间选择性饱和、和/或梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于所述磁共振信号采集与心跳同步地被执行。
10.根据权利要求1-9中任何一项所述的MRI装置，
其中梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于所述空间选择性饱和、和/或梯度磁场脉冲和RF脉冲应用于所述磁共振信号采集与躯体运动同步地被执行。
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