CN1950712A - 若干rf频率上的磁共振成像 - Google Patents

Abstract

一种磁共振成像系统包括接收器系统来获取磁共振信号。控制系统控制接收器系统，以改善捕获序列，从而在若干获取段中获取磁共振信号。相应组的获取段涉及在不同RF接收器频带上磁共振信号的获取。在相应组的获取段中，从具有不同回转磁比率的不同核子中，获取磁共振信号。根据本发明，使之有可能重建由相应核子携带的不同类型的信息。例如，在质子磁共振成像的基础上，执行对待检查病人的解剖学的成像。在¹⁹F磁共振成像的基础上，实现被对准目标的造影剂的成像。也在例如¹⁹F磁共振成像的基础上，执行介入装置比如导管的定位。

Description

若干RF频率上的磁共振成像

技术领域

本发明涉及从不同的核子中获取磁共振信号的磁共振成像系统。

背景技术

从美国专利US 6 574 497中，获知这样的磁共振成像系统。

已知的磁共振成像系统根据一种磁共振成像方法来操作，其中包含¹⁹F材料的化合物被用作干涉的磁共振血管造影术中的造影(对比)剂。该已知方法相比于核子¹⁹F的质子在用于质子的RF-频率范围上利用合理的灵敏度。介入装置(interventional device)的腔被填充¹⁹F造影剂。根据在传统RF频率范围上获取的磁共振信号重建的磁共振图像在介入装置被引入病人的身体中时相对于病人的解剖学来显示介入装置。因此，介入装置的位置根据磁共振信号来查找，即，介入装置被定位在病人的身体内。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种磁共振成像系统，其相对于已知的磁共振成像系统，对于单个以上的核子，具有更好的磁共振成像的能力。本发明的另一个目的是对于多于单个的核子提供磁共振信号的有效获取。

这个目的利用根据本发明的磁共振成像系统来实现，该系统包括：

-接收器系统，用于获取磁共振信号，

-控制系统，用于控制接收器系统，以便：

-执行捕获序列，从而在若干获取段(segment)上获取磁共振信号，相应组的获取段涉及在不同的RF接收器频带上磁共振信号的获取。

在相应组的获取段中，从具有不同回转磁比率的不同核子中，获取磁共振信号。在分段的基础上为不同的核子获取磁共振信号是非常有效的。分段的方案允许从各自不同类型的核子中获取磁共振信号的单独优化和调整。即，根据具有不同回转磁比率的核子，这可以牵涉不同的原子数量以及不同的原子质量。显著地，可应用于一种类型核子的要求不妨碍在分段获取中另一类型核子的要求。明显地，来自不同组的段以交替或交织的方式被获取。即，在其适当RF接收器频带中一个组的段的获取之间，具有在适当不同的RF接收器频带中另一组的段的获取。这种方法也被称为“时间切片的获取”。从一个组的段的磁共振信号中，重建由所述类型的核子携带的信息。因此，根据本发明，由相应核子携带的不同类型的信息的重建成为有可能。例如，对于待检查病人的解剖学的成像基于质子磁共振成像来执行。被对准目标的造影剂的成像在¹⁹F磁共振成像的基础上来实现。对介入装置比如导(液)管的定位也基于例如¹⁹F磁共振成像来执行。为此，导管被提供一个或若干被填充了¹⁹F化合物的容器(reservoir)，或者¹⁹F化合物被引入导管的腔或导管的末梢端上的可膨胀气囊中。

基于质子之外的核子的磁共振成像对于获取有关待检查病人的新陈代谢的信息是有用的；明显地，在³¹P上的磁共振成像被用于新陈代谢过程的直接成像。

通过不同组的段的同时获取，即至少在时间上部分重叠，实现从若干组中段的磁共振信号的特别有效的获取。当不同组的段的RF接收器频带至少隔开最小间隔(距离)时，这种同时获取成功地操作。假定为一般使用设想的核子的回转磁比率，以及主磁场强度超过0.2T，频率间隔从来不是实际的问题，当前磁共振成像系统也能够分辨(解析)涉及相应核子的不同组的段的RF-接收器频带。明显地，快速成像序列利用在0.2kHz到1MHz范围中的读出带宽，以及典型地小于10kHz的片选带宽。在这些条件下，用于不同类型核子的RF接收器频带的最小间隔(远)超过用于RF接收器频带之一中、甚至用于低场(0.2T)(开放)磁共振成像系统的信号的MR信号带宽。此外，在第一核子的RF频率上的任何RF激励对于其它核子是透明的，只要两个核子之间的J耦合(J-coupling)是可忽略的。

本发明的这些和其它方面将参考在从属权利要求中定义的实施例进行进一步阐述。

根据本发明的另一方面，从若干激励组中应用RF激励和读出。从个别组中的RF-激励和读出涉及不同的RF频带。特别地，从不同组中的RF-激励和读出是交替的或交织的。通常，从相应激励组中的RF-激励和读出的交替或交织对应于获取段的交替或交织而被应用。特别地，在RF频带至少隔开最小间隔时，从不同组中的RF-激励和读出可以同时应用或在时间上至少部分重叠。在相应RF频带上从不同激励组中RF激励的交替、交织或同时应用增强了捕获序列的效率。当一个或多个获取段涉及在预定翻转角(flip-angle)上的相应RF-激励时，获取特别好的结果，以致于完成稳态成像获取。当相继RF-激励的翻转角具有交替符号时，那么用于磁场的不均匀性和用于磁梯度场的非线性的灵敏度被减低，以致于这些非均匀性和非线性仅仅在磁共振图像中导致低水平的扰动。实现好的结果，因为对于20°-60°范围的翻转角实现了足够的图像质量。在这个翻转角的范围内，也能够将SAR保持在可接受的安全限度内。

根据本发明的还一方面，采用步骤，以考虑：相应核子的回转磁比率值之间的差异导致在相应核子的磁共振信号的波矢量上的时间梯度场积分效果上的差异。明显地，一个重要的结果是：对于给定的MR激励或采样带宽，视场(field-of-view)与所述的核子的回转磁比率成反比。本发明的一种措施涉及在较低的RF-接收器频带中执行一定程度的磁共振信号的过采样，并且在磁共振图像的重建中导致(accountfor)这个过采样。当涉及一种类型以上的核子时，那么RF接收器频带越低，应用的过采样的程度越大。这允许使用一组时间磁梯度场、梯度脉冲，用于空间编码来自不同类型的核子的磁共振信号。优选地，本发明的磁共振成像系统被提供校正模块来设置各种类型的核子的视场并且根据所设置的视场来设置至少一种类型的核子的过采样的程度。

根据本发明的另一方面，RF激励和磁共振信号获取(部分地)同时执行。因此，在一个RF频带上的RF激励以及由于不同RF频带上的RF激励而例如作为回波引起的磁共振信号的获取在某种程度上平行完成。这提高了从各种类型的核子中磁共振信号的生成和获取的效率。当相应RF频带也被分隔开时，实现非常好的结果。特别地，能够选择包含不同类型核子的化学物质，其中在个别类型的核子上的单独共振例如由于低的或没有J耦合(同核，或非异核)而发生。例如，可选择全氟化碳(化合物)，其中所有的¹⁹F核子在化学上是等效的，从而观察到单个¹⁹F共振，并且避免了重像。这些全氟化碳非常适于被作为标志混合物来用于定位介入工具，比如导管。

根据本发明的下一方面，相应组的磁共振图像根据来自不同组的段的磁共振信号来重建。即，相应组的磁共振图像从来自相应类型的核子的磁共振信号中进行重建。个别组的磁共振图像涉及与相应类型图像有关的图像信息。这些相应组的信息可利用多种方式来表示。例如，用于不同类型核子的磁共振图像以高的帧速率连续地进行显示。这为图像的观看者创建了显示与不同类型核子有关的信息的印象。在实际中，在总共大约20fps的帧速率上获得好的结果，即，对于两种类型的核子，在时间切片获取中，好于每种类型核子的10fps。

在另一个实施例中，磁共振图像从来自相应段即涉及相应类型的核子的磁共振信号中进行重建。接着，从涉及不同类型核子的(部分)磁共振图像中形成合并的磁共振图像。在合并的磁共振图像中，当源自不同RF频带即涉及不同类型核子的信息以不同的色彩或以不同的图像纹理被呈现时，对于观看信息，似乎是方便的。

本发明也涉及如权利要求12中所定义的磁共振成像方法。本发明的这个磁共振成像方法对于多于单个核子实现了磁共振信号的有效获取。本发明还涉及如在权利要求13中所定义的计算机程序。当安装在包括在磁共振成像系统中的计算机中时，磁共振成像系统被启动，以便根据本发明操作并且对多于单个核子实现磁共振信号的有效获取。

附图说明

本发明的这些和其它方面将参考在下文中描述的实施例并参见附图来阐述。

图1示意性地示出了其中使用本发明的磁共振成像系统，以及

图2和3示出了本发明中采用的磁共振捕获序列的图形表示。

具体实施方式

图1示意性地示出了其中使用本发明的磁共振成像系统。该磁共振成像系统包括一组主线圈10，用于生成稳定的、均匀的磁场。例如，以这样的方式构造主线圈，使得这些主线圈封闭隧道形状的检查空间。待检查的病人被放置在病人托架(carrier)上，该托架被滑入这个隧道形状的检查空间。该磁共振成像系统还包括多个梯度线圈11，12，由此明显地在各个方向以时间梯度的形式生成呈现空间变化的磁场，以便被叠加到均匀磁场上。梯度线圈11，12被连接到可控电源单元21。梯度线圈11，12通过利用电源单元21施加电流来通电；为此，该电源单元装配有电子梯度放大电路，其施加电流到梯度线圈上，以生成具有合适时间形状的梯度脉冲(也称为“梯度波形”)。这些梯度的强度、方向和持续时间通过电源单元的控制来控制。磁共振成像系统还包括发送和接收线圈13，16，分别用于生成RF激励脉冲和用于拾取磁共振信号。发送线圈13优选地被构造为体线圈(body coil)13，由此能够封闭待检查的(部分)目标。体线圈通常以这样的方式被安排在磁共振成像系统中，使得在待检查的病人30被安排在磁共振成像系统中时，他或她被体线圈13封闭(包围)。体线圈13用作用于发送RF激励脉冲和RF重新聚焦脉冲的发送天线。优选地，体线圈13涉及发送RF脉冲(RFS)的空间均匀强度分布。相同的线圈或天线通常被交替用作发送线圈和接收线圈。本发明利用双/多调谐/可调谐发送线圈阵列，或者利用用于不同RF频带的多个独立的发送线圈来操作。还要注意，为了¹⁹F导管跟踪的目的，对于空间均匀性的需求是/可能更小。

此外，发送和接收线圈的形状通常为线圈，但是其中发送和接收线圈对于RF电磁信号用作发送和接收天线的其它几何结构也是可行的。发送和接收线圈13被连接到电子发送和接收电路15。

应当注意，替代地，使用单独的接收和/或发送线圈16是有可能的。例如，表面线圈16可被用作接收和/或发送线圈。这样的表面线圈在比较小的体积中具有高的灵敏度。接收线圈比如表面线圈被连接到解调器24，并且所接收的磁共振信号(MS)通过解调器24进行解调。解调的磁共振信号(DMS)被应用到重建单元。接收线圈被连接到前置放大器23。前置放大器23放大由接收线圈16接收的RF共振信号(MS)，并且放大的RF共振信号被应用到解调器24。解调器24解调放大的RF共振信号。解调的共振信号包含关于在待成像的目标的部分中的局部自旋密度的实际信息。此外，发送和接收电路15被连接到调制器22。调制器22以及发送与接收电路15激活发送线圈13，以发送RF激励和重新聚焦脉冲。重建单元从解调的磁共振信号(DMS)中导出一个或多个图像信号，其中图像信号表示待检查的目标的成像部分的图像信息。重建单元25实际上优选地被构造为数字图像处理单元25，其被编程，以便从解调的磁共振信号中导出代表待成像的目标的部分的图像信息的图像信号。该信号在重建监视器26的输出上，以致于监视器能够显示磁共振图像。替代地，在等待进一步处理的同时，有可能将来自重建单元25的信号存储在缓冲器单元27中。

例如，以包括(微型)处理器的计算机的形式，也给根据本发明的磁共振成像系统提供控制单元20。控制单元20控制RF激励的执行和时间梯度场的应用。控制单元20控制接收器系统，以获取在不同RF接收器频带中磁共振信号的获取段。控制单元20也控制RF激励系统，以便在不同的RF激励频带上生成RF激励。此外，控制单元被安排为控制图像信息显示在监视器26上的方式。提供视频控制单元28来控制重建单元和监视器。视频控制单元28控制由重建单元25产生的图像信号被监视器26处理的方式。有关图像如何被形成以及如何被显示的信息由控制单元21提供给视频控制单元28。为此，根据本发明的计算机程序例如被装载到控制单元20、视频控制单元28和重建单元25。

通常，对于每种核子类型(i)，接收器带宽(Δω)、施加的磁梯度场强(G)和视场(FOV)如下相关联：

${\mathrm{FOV}}^i=\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}^i}{{\mathrm{\γ}}^i{G}^i}$

接收器带宽与采样率(1/t_s)相关为 $\mathrm{\Δ\ω}=\frac{2\mathrm{\π}}{t_s}.$ 当完成从不同类型核子的磁共振信号的同时获取时，那么磁场强度是相等的，那么通过改变相应类型核子(j，k)的接收器带宽，使得 $\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}^j}{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}^k}=\frac{{\mathrm{\γ}}^j}{{\mathrm{\γ}}^k},$ 对于不同类型的核子能够实现相等大小的视场。在这种操作模式中，对于具有较大回转磁比率的核子类型，调用过采样。交替地，根据 $\frac{{\mathrm{FOV}}^j}{{\mathrm{FOV}}^k}=\frac{{\mathrm{\γ}}^j}{{\mathrm{\γ}}^k},$ 以视场的大小差异为代价，对于不同类型的核子，能够采用相等的采样率。因为专用(非质子)材料的MR信号的位置通常被限制到明确的结构或位置，所以对于低γ核子的结果图像的潜在混叠通常不成问题。有可能仅显示覆盖在解剖学路标上的图像的中心部分，或显示与用于较高γ核子的较大FOV相符的所有复制品。用户可以选择感兴趣的复制品，并且系统随后可选择性地显示该复制品。

图2和3示出了本发明中采用的磁共振捕获序列的图形表示。图2示出了两条时间轨迹(记录线)。一条时间轨迹在RF激励频带上开始于第一RF激励RF1，随后是时间读取梯度场G1。接下来的RF激励RF2被应用在不同的RF激励频带上，其后跟随着另一个时间读取梯度场G2。为了简明，实际上所应用的相位编码梯度场在图中没有示出。在相应读取梯度场G1和G2期间，具有获取的磁共振信号MR1和MR2的相应获取段。在图3所示的实施方式中，相应获取段被同时获取。为此，在相应RF激励带上的RF激励RF1，RF2被同时施加，或在短的时间间隔内被施加。磁共振信号MR1和MR2的获取段的获取在施加同一读取梯度场G的期间完成。

在序列优化中，RF激励RF1和RF2的相互影响可被忽略，因为RF频率被很好地分隔开，并且核子1对于RF1是透明的，而且反之亦然。需要说明的唯一因素是适当的回波形成和/或损坏，因为核子1的获取段中涉及的梯度区域影响核子2的相位展开，并且反之亦然。这对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (13)

1.一种磁共振成像系统，包括：

-接收器系统，用于获取磁共振信号；

-控制系统，用于控制接收器系统，以便：

-执行捕获序列，以获取在若干获取段中的磁共振信号，

-相应组的获取段涉及在不同的RF接收器频带中磁共振信号的获取。

2.如权利要求1所述的磁共振成像系统，其中捕获序列包括不同组的获取段的交替或交织获取段。

3.如权利要求1所述的磁共振成像系统，其中：

-捕获序列包括不同组的获取段的同时获取段，

-这些不同组的获取段的不同RF接收器频带与具有不同回转磁比率的不同类型核子相关。

4.如权利要求1所述的磁共振成像系统，包括：

-RF激励系统，和

-控制系统也被安排为控制RF激励系统，以及

其中

-捕获序列包括来自若干激励组的RF激励，

-相应激励组涉及在不同的RF激励频带中的RF激励。

5.如权利要求1所述的磁共振成像系统，其中至少一个获取段包括在交变符号上在预定翻转角上相继的RF激励。

6.如权利要求1所述的磁共振成像系统，包括：

-重建单元，用于从获取的磁共振信号中重建磁共振图像，

-控制系统被安排为在较低的RF接收器频带中在信号获取中执行过采样，以及

-重建单元被安排为导致过采样。

7.如权利要求1所述的磁共振成像系统，包括：

-梯度系统，用于施加编码磁梯度场，以及

-校正模块，用于校正在相应RF接收器频带上的视场之间的差异。

8.如权利要求4所述的磁共振成像系统，其中控制系统被安排为控制RF激励系统，以便分别在不同的RF激励频带和RF接收器频带上在磁共振回波信号的获取期间执行RF激励。

9.如权利要求6所述的磁共振成像系统，也包括显示系统来显示由重建单元重建的磁共振图像，

-重建单元被安排为根据来自相应获取组的段的磁共振信号重建相应的磁共振图像，以及

-显示系统，用于在至少阈值帧速率的帧速率上相继显示相应的磁共振图像。

10.如权利要求9所述的磁共振成像系统，其中重建单元被安排为根据来自若干获取组的段的磁共振信号或根据来自相应获取组的段的磁共振信号的相应磁共振图像来重建合并的磁共振图像。

11.如权利要求9所述的磁共振成像系统，其中显示系统被安排为以不同的方式，特别地以不同的彩色来显示来自相应RF接收器频带的图像信息。

12.一种磁共振成像方法，包括：执行捕获序列，以获取若干获取段中的磁共振信号，相应组的获取段涉及在不同的RF接收器频带中磁共振信号的获取。

13.一种计算机程序，包括指令，用于执行捕获序列，以获取在若干获取段中的磁共振信号，相应组的获取段涉及在不同的RF接收器频带中磁共振信号的获取。

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