RU2773486C2 - Magnetic resonance imaging with water/fat separation by dixon method - Google Patents

Magnetic resonance imaging with water/fat separation by dixon method Download PDF

Info

Publication number
RU2773486C2
RU2773486C2 RU2020111830A RU2020111830A RU2773486C2 RU 2773486 C2 RU2773486 C2 RU 2773486C2 RU 2020111830 A RU2020111830 A RU 2020111830A RU 2020111830 A RU2020111830 A RU 2020111830A RU 2773486 C2 RU2773486 C2 RU 2773486C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
space
water
fat
echo
echoes
Prior art date
Application number
RU2020111830A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020111830A3 (en
RU2020111830A (en
Inventor
Хольгер ЭГГЕРС
Original Assignee
Конинклейке Филипс Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP17187711.1A external-priority patent/EP3447517A1/en
Application filed by Конинклейке Филипс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Н.В.
Publication of RU2020111830A publication Critical patent/RU2020111830A/en
Publication of RU2020111830A3 publication Critical patent/RU2020111830A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2773486C2 publication Critical patent/RU2773486C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: magnetic resonance imaging.
SUBSTANCE: invention is used for magnetic resonance imaging (MRI) by the Dixon method. Following stages are performed: an object is subjected to an imaging sequence containing at least one RF excitation pulse and switchable magnetic field gradients, wherein two echo signals, the first echo signal and the second echo signal, generate echo with different times (TE1, TE2), echo signals are received from the object, an image of water and/or an image of fat is reconstructed from echo signals, while contributions from water and fat to echo signals are separated using the two-point Dixon method in the first area of k space and the single-point Dixon method in the second area of k space, wherein the first area differs from the second area. In other words, the invention proposes adaptive switching between the two-point Dixon method for the water/fat separation applied to both the first and the second echo signals, and the single-point Dixon method applied to one of two echo signals, i.e., data of the first echo signal or data of the second echo signal depending on the position in k space.
EFFECT: providing the reliable water/fat separation in their imaging.
18 cl, 5 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs

Изобретение относится к области магнитно-резонансной (МР) визуализации. Оно касается способа МР визуализации объекта, помещенного в исследуемый объем МР устройства. Изобретение также относится к МР устройству и компьютерной программе, выполненной с возможностью исполнения на МР устройстве.The invention relates to the field of magnetic resonance (MR) imaging. It concerns a method of MR imaging of an object placed in the examination volume of an MR device. The invention also relates to an MP device and a computer program executable on an MP device.

Уровень техникиState of the art

МР способы формирования изображений, использующие взаимодействие между магнитными полями и ядерными спинами для формирования двумерных или трехмерных изображений, широко применяются в настоящее время, в частности - в области медицинской диагностики, поскольку для визуализации мягких тканей они превосходят другие способы визуализации во многих отношениях, не требуют применения ионизирующего излучения и, как правило, неинвазивны.MR imaging techniques that use the interaction between magnetic fields and nuclear spins to generate 2D or 3D images are currently widely used, in particular in the field of medical diagnostics, since they are superior to other imaging techniques in many respects for soft tissue imaging, do not require applications of ionizing radiation and are generally non-invasive.

В общем, согласно МР способу, тело обследуемого пациента располагают в сильном однородном магнитном поле В0, направление которого одновременно определяет ось (обычно - ось z) системы координат, на которой основано измерение. Магнитное поле B0 создает различные уровни энергии для отдельных ядерных спинов в зависимости от напряженности магнитного поля, которое может быть возбуждено (спиновый резонанс) путем приложения электромагнитного переменного поля (радиочастотного (РЧ) поля) определенной частоты (так называемой ларморовой частоты, или МР частоты). С макроскопической точки зрения распределение отдельных ядерных спинов создает общую намагниченность, которая может отклоняться от состояния равновесия путем приложения электромагнитного импульса соответствующей частоты (РЧ импульса), перпендикулярного оси z, так что намагниченность совершает прецессионное движение вокруг оси z. Прецессионное движение описывает поверхность конуса, угол раскрытия которого называется углом отклонения вектора намагниченности. Величина угла отклонения вектора намагниченности зависит от силы и длительности приложенного электромагнитного импульса. В случае так называемого 90°-импульса, спины отклоняются от оси z к поперечной плоскости (угол отклонения вектора намагниченности (т.н. флип-угол, от англ. flip angle) 90°).In general, according to the MR method, the body of the examined patient is placed in a strong uniform magnetic field B 0 , the direction of which simultaneously determines the axis (usually the z-axis) of the coordinate system on which the measurement is based. The magnetic field B 0 creates different levels of energy for individual nuclear spins depending on the strength of the magnetic field, which can be excited (spin resonance) by applying an electromagnetic alternating field (radio frequency (RF) field) of a certain frequency (the so-called Larmor frequency, or MR frequency ). From a macroscopic point of view, the distribution of individual nuclear spins creates an overall magnetization that can deviate from equilibrium by applying an electromagnetic pulse of the appropriate frequency (RF pulse) perpendicular to the z-axis, so that the magnetization undergoes a precessional motion around the z-axis. The precessional motion describes the surface of a cone, the opening angle of which is called the angle of deflection of the magnetization vector. The magnitude of the angle of deviation of the magnetization vector depends on the strength and duration of the applied electromagnetic pulse. In the case of the so-called 90°-momentum, the spins deviate from the z-axis to the transverse plane (the angle of deviation of the magnetization vector (the so-called flip angle) is 90°).

После завершения РЧ импульса намагниченность возвращается в исходное состояние равновесия, в котором намагниченность в направлении z создается снова с первой временной постоянной T1 (время спин-решеточной или продольной релаксации), при этом намагниченность в направлении, перпендикулярном направлению z, релаксирует со второй временной постоянной T2 (время спин-спиновой или поперечной релаксации). Изменение намагниченности можно обнаружить с помощью приемных РЧ катушек, расположенных и ориентированных в исследуемом объеме МР устройства так, что изменение намагниченности измеряется в направлении, перпендикулярном оси z. Затухание поперечной намагниченности сопровождается, после приложения, например, 90°-импульса, переходом ядерных спинов (вызванным локальными неоднородностями магнитного поля) из упорядоченного состояния с одинаковой фазой в состояние, в котором все фазовые углы равномерно распределены (дефазировка). Дефазировку можно скомпенсировать посредством импульса перефокусировки (например, 180°- импульса). Это создает эхо-сигнал в приемных катушках.After the end of the RF pulse, the magnetization returns to its original equilibrium state, in which the magnetization in the z direction is created again with the first time constant T1 (spin-lattice or longitudinal relaxation time), while the magnetization in the direction perpendicular to the z direction relaxes with the second time constant T2 (time of spin-spin or transverse relaxation). The change in magnetization can be detected by using RF receiving coils positioned and oriented in the volume of interest of the MR device so that the change in magnetization is measured in the direction perpendicular to the z-axis. The damping of the transverse magnetization is accompanied, after the application of, for example, a 90° pulse, by the transition of nuclear spins (caused by local inhomogeneities of the magnetic field) from an ordered state with the same phase to a state in which all phase angles are uniformly distributed (dephasing). Dephasing can be compensated for with a refocusing pulse (eg 180° pulse). This creates an echo in the receiver coils.

Для осуществления пространственного разрешения в теле, постоянные градиенты магнитного поля, проходящие вдоль трех основных осей, накладывают на однородное магнитное поле B0, что приводит к линейной пространственной зависимости частоты спинового резонанса. В этом случае сигнал, принимаемый в приемных катушках, содержит компоненты различных частот, которые могут быть связаны с различными местоположениями в теле. Данные сигнала, полученные с помощью приемных катушек, соответствуют пространственной частотной области и называются данными k-пространства. Данные k-пространства обычно включают в себя множество строк, полученных с различным фазовым кодированием. Каждая строка в k-пространстве оцифровывается путем сбора ряда выборок. Набор данных k-пространства преобразуется в MР изображение, например, посредством преобразования Фурье.To implement spatial resolution in the body, constant magnetic field gradients along the three main axes are superimposed on a uniform magnetic field B 0 , which leads to a linear spatial dependence of the spin resonance frequency. In this case, the signal received at the receiver coils contains components of different frequencies, which may be associated with different locations in the body. The signal data received by the pickup coils corresponds to the spatial frequency domain and is referred to as k-space data. The k-space data typically includes multiple lines received with different phase encodings. Each row in k-space is digitized by collecting a number of samples. The k-space data set is converted into an MR image, for example by a Fourier transform.

При МР визуализации часто требуется получать информацию об относительном вкладе воды и жира в общий сигнал - либо для подавления вклада одного из них, либо для отдельного или совместного анализа вклада каждого из них. Эти вклады можно рассчитать, если объединить информацию из двух или более соответствующих эхо-сигналов, полученных с различными временами эхо (англ. echo times). Это можно рассматривать как кодирование с химическим сдвигом, при котором определяется и кодируется дополнительная величина - величина химического сдвига, путем получения двух или более МР изображений с немного отличающимися временами эхо. Для разделения вода/жир эксперименты такого типа часто называют измерениями методом Диксона. Путем МР визуализации по Диксону, или МР визуализации вода-жир по Диксону, достигается разделение вода/жир путем расчета вклада воды и жира на основании двух или более соответствующих эхо-сигналов, полученных c разными временами эхо. В общем, такое разделение возможно за счет наличия известной прецессионной разности частот водорода в жире и в воде. В простейшей форме изображения воды и жира создаются путем сложения или вычитания наборов данных «в фазе» и «не в фазе».MR imaging often requires information about the relative contributions of water and fat to the overall signal, either to suppress the contribution of one of them, or to separately or jointly analyze the contribution of each of them. These contributions can be calculated by combining information from two or more corresponding echoes obtained with different echo times. This can be thought of as chemical shift coding, in which an additional value, the chemical shift value, is determined and encoded by obtaining two or more MR images with slightly different echo times. For water/fat separation, these types of experiments are often referred to as Dixon measurements. Dixon MR imaging, or Dixon water-fat MR imaging, achieves a water/fat separation by calculating the contribution of water and fat based on two or more corresponding echoes obtained with different echo times. In general, such a separation is possible due to the presence of a known precessional difference in the frequencies of hydrogen in fat and in water. In its simplest form, water and fat images are created by adding or subtracting "in phase" and "out of phase" datasets.

В последние годы было предложено несколько способов МР визуализации методом Диксона. Помимо различных стратегий разделения вода/жир известные методы в основном характеризуются определенным числом получаемых эхо-сигналов (или «точек») и ограничениями, которые они накладывают на используемые времена эхо. Обычные так называемые двух- и трехточечные способы требуют синфазного и противофазного времен эхо, при которых сигналы воды и жира параллельны и антипараллельны в комплексной плоскости, соответственно. Трехточечные методы были постепенно обобщены, чтобы обеспечить гибкие времена эхо. Таким образом, они больше не ограничивают угол или фазу между сигналами воды и жира во временах эхо конкретными значениями. Таким образом, они предоставляют больше свободы при построении последовательности формирования изображений и позволяют, в частности, обеспечить компромисс между выигрышами отношения сигнал/шум (SNR, signal-to-noise ratio) от сбора данных и потерями SNR при разделении. С другой стороны, выборка только из двух вместо трех эхо-сигналов желательна для сокращения времени сканирования. Эггерс и др. (Eggers и др.,Magn. Reson. Med., 65: 96-107, 2011) предложили гибкий способ МР визуализации методом Диксона с двойным эхо-сигналом. При использовании таких способов МР визуализации методом Диксона с гибкими временами эхо, получение синфазных и противофазных изображений больше не обязательно, а при необходимости их синтезируют на основании изображений воды и жира.In recent years, several methods of MR imaging using the Dixon method have been proposed. In addition to various water/fat separation strategies, known methods are generally characterized by the number of echoes (or "points") obtained and the limitations they impose on the echo times used. Conventional so-called two- and three-point methods require in-phase and anti-phase echo times, in which the water and fat signals are parallel and anti-parallel in the complex plane, respectively. Three-point methods have been gradually generalized to provide flexible echo times. Thus, they no longer limit the angle or phase between the water and fat signals at echo times to specific values. Thus, they provide more freedom in the construction of the imaging sequence and allow, in particular, to provide a trade-off between signal-to-noise ratio gains (SNR, signal-to-noise ratio) from data acquisition and SNR losses during separation. On the other hand, sampling only two instead of three echoes is desirable to reduce scan time. Eggers et al. (Eggers et al., Magn. Reson. Med., 65: 96-107, 2011) have proposed a flexible double echo Dixon MR imaging technique. Using such Dixon MR imaging techniques with flexible echo times, in-phase and anti-phase images are no longer necessary, but are instead synthesized from water and fat images if necessary.

При визуализации по Диксону можно использовать различные стратегии для сбора эхо-сигналов с двумя разными временами эхо, включая: (i) двухпроходные стратегии, в которых каждый эхо-сигнал получают отдельно после РЧ импульса возбуждения с использованием считывающего градиента магнитного поля с положительной амплитудой, (ii) стратегии обратного хода, в которой оба эхо-сигнала получают после одного и того же РЧ импульса возбуждения с использованием считывающего градиента магнитного поля с положительной амплитудой в сочетании с очищающим градиентом магнитного поля с отрицательной амплитудой, и (iii) биполярные стратегии, в которых оба эхо-сигнала получают после одного и того же РЧ импульса возбуждения, при этом один эхо-сигнал получают с использованием считывающего градиента магнитного поля с положительной амплитудой, а другой эхо-сигнал с использованием считывающего градиента магнитного поля с отрицательной амплитудой.In Dixon imaging, various strategies can be used to collect echoes with two different echo times, including: (i) two-pass strategies in which each echo is obtained separately after an RF excitation pulse using a positive amplitude magnetic field gradient read, ( ii) flyback strategies in which both echoes are acquired after the same RF excitation pulse using a positive amplitude read magnetic field gradient in combination with a negative amplitude cleanup magnetic field gradient, and (iii) bipolar strategies in which both echoes are generated after the same RF excitation pulse, with one echo generated using a positive amplitude read magnetic field gradient and the other echo using a negative amplitude read magnetic field gradient.

Биполярные стратегии предлагают много привлекательных преимуществ, таких как более короткое время сканирования, более высокая эффективность отношения сигнал/шум (SNR), более надежная оценка карты поля, уменьшение вызванных движением артефактов и меньшая чувствительность к короткому T2*. Однако переменные считывающие градиенты магнитного поля создают ряд проблем, включая эффекты задержки и неточное совмещение изображений, что ограничивает прямое применение существующих методов разделения вода/жир по Диксону. Авторами Лу и др. (Lu et al., Water-fat separation with bipolar multi-echo sequences (Разделение вода-жир с помощью последовательностей с биполярным множественным эхо)), Magn. Reson. Med. 2008, 60, 198-209) предложено применение постобработки собранных эхо-сигналов до разделения вода/жир. Эта постобработка включает в себя сдвиг данных k-пространства для коррекции неточных совмещений эхо-сигналов k-пространства и деформации изображений на основании карты поля низкого разрешения для устранения неточного совмещения, вызванного неоднородностью поля. Затем в k-пространстве выполняют фактическое разделение вода/жир, благодаря чему на отдельных изображениях воды и жира устраняются артефакты, вызванные химическим сдвигом.Bipolar strategies offer many attractive advantages such as shorter scan times, higher signal-to-noise ratio (SNR) performance, more reliable field map estimation, reduction of motion-induced artifacts, and less sensitivity to short T 2 *. However, variable readout magnetic field gradients present a number of problems, including delay effects and image misregistration, which limit the direct applicability of existing Dixon water/fat separation methods. Lu et al. (Lu et al., Water-fat separation with bipolar multi-echo sequences), Magn. Reson. Med. 2008, 60, 198-209) proposed the use of post-processing of collected echoes prior to water/fat separation. This post-processing includes k-space data shifting to correct k-space echo misregistration and image warping based on a low resolution field map to eliminate misalignment caused by field non-uniformity. The actual water/fat separation is then performed in k-space, thereby removing chemical shift artifacts from the separate water and fat images.

В соответствии с выбранными временами эхо, обратная задача метода Диксона, применяемого для разделения вода/жир, обычно хорошо обусловлена в центральной части k-пространства. Однако из-за конечной частоты дискретизации обратная задача может быть плохо обусловлена на более периферийных участках k-пространства. С этой целью Лу и др. (Lu et al.) дополнительно предложили регуляризацию путем диагональной нагрузки для предотвращения чрезмерного усиления шума в этих областях k-пространства. Однако этот подход вносит искажения в оценку вклада сигналов от воды и жира.According to the chosen echo times, the inverse problem of the Dixon method used for water/fat separation is usually well conditioned in the central part of k-space. However, due to the finite sampling rate, the inverse problem can be ill-conditioned in more peripheral regions of the k-space. To this end, Lu et al. additionally proposed diagonal loading regularization to prevent excessive noise amplification in these regions of k-space. However, this approach introduces distortions in the assessment of the contribution of signals from water and fat.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Таким образом, целью изобретения является создание способа, обеспечивающего эффективное и надежное разделение вода/жир по Диксону с использованием методов сбора данных с множественным эхо, таких как сбор данных с двойным эхо TSE или с двойным эхо GRASE или биполярные стратегии сбора данных.Thus, it is an object of the invention to provide a method for efficient and reliable Dixon water/fat separation using multiple echo acquisition methods such as TSE double echo or GRASE double echo acquisition or bipolar acquisition strategies.

В соответствии с изобретением раскрыт способ МР визуализации объекта (например, тела пациента), помещенного в исследуемый объем МР устройства. Способ включает в себя следующие этапы:In accordance with the invention, a method for MR imaging of an object (eg, a patient's body) placed in an MR device's test volume is disclosed. The method includes the following steps:

подвергают объект визуализирующей последовательности, содержащей по меньшей мере один РЧ импульс возбуждения и переключаемые градиенты магнитного поля, причем два эхо-сигнала, первый эхо-сигнал и второй эхо-сигнал, генерируют с разными временами эхо,exposing the object to an imaging sequence comprising at least one RF excitation pulse and switchable magnetic field gradients, wherein two echoes, a first echo and a second echo, are generated with different echo times,

получают эхо-сигналы от объекта, иreceive echoes from the object, and

реконструируют изображение воды и/или изображение жира из эхо-сигналов, при этом вклады от воды и жира в эхо-сигналы разделяют с использованием двухточечного метода Диксона в первой области k-пространства и одноточечного метода Диксона во второй области k-пространства, причем первая область отличается от второй области.reconstructing the water image and/or the fat image from the echo signals, wherein the contributions from water and fat to the echo signals are separated using the two-point Dixon method in the first k-space region and the one-point Dixon method in the second k-space region, the first region different from the second area.

Изобретение предлагает адаптивное переключение между двухточечным методом Диксона для разделения вода/жир, применяемого и к первому, и ко второму эхо-сигналам, и одноточечному методу Диксона, применяемого к одному из двух эхо-сигналов, то есть к данным первого эхо-сигнала или данным второго эхо-сигнала, в зависимости от положения в k-пространстве. Альтернативно, одноточечный метод Диксона можно применять к обоим эхо-сигналам по отдельности, а результаты затем можно объединить для уменьшения шума.The invention provides adaptive switching between a two-point Dixon method for water/fat separation applied to both the first and second echoes, and a one-point Dixon method applied to one of the two echoes, i.e. the first echo data or data second echo, depending on the position in k-space. Alternatively, Dixon's single point method can be applied to both echoes separately, and the results can then be combined to reduce noise.

Предпочтительно, два эхо-сигнала получают с использованием биполярных считывающих градиентов магнитного поля согласно изобретению. Два эхо-сигнала получают с использованием пары смежных по времени считывающих градиентов магнитного поля, имеющих противоположные полярности. Первый эхо-сигнал получают с первым временем эхо с использованием считывающего градиента магнитного поля с положительной амплитудой, а второй эхо-сигнал получают со вторым временем эхо с использованием считывающего градиента магнитного поля с отрицательной амплитудой (или наоборот).Preferably, two echoes are obtained using the bipolar readout magnetic field gradients according to the invention. Two echoes are obtained using a pair of time-contiguous reading magnetic field gradients having opposite polarities. The first echo is obtained at a first echo time using a positive amplitude read magnetic field gradient, and the second echo is obtained at a second echo time using a negative amplitude read magnetic field gradient (or vice versa).

Из-за эффектов задержки и неточного совмещения изображений, возникающих при биполярном сборе данных, два эхо-сигнала предпочтительно корректируют с учетом неточностей совмещения в k-пространстве до реконструкции изображений воды и жира. Два эхо-сигнала нужно дополнительно скорректировать с учетом фазовых ошибок и неточностей совмещения в пространстве изображения из-за неоднородности основного поля до реконструкции изображений воды и жира. Что касается подробностей этих этапов коррекции и выполнения разделения вода/жир в k-пространстве, следует обратиться к вышеуказанной статье Лу и др (Lu et al.).Due to delay effects and image misalignment that occurs with bipolar data acquisition, the two echoes are preferably corrected for misalignment in k-space prior to reconstruction of the water and fat images. The two echoes need to be further corrected for phase errors and alignment inaccuracies in image space due to base field non-uniformity prior to reconstruction of water and fat images. For details of these correction steps and the performance of water/fat separation in k-space, refer to the above article by Lu et al.

Как упоминалось ранее, параметры визуализации обычно выбирают таким образом, чтобы обратная задача двухточечного метода Диксона, применяемого для разделения вода/жир, была хорошо обусловлена в центральной части k-пространства. Однако при тех же параметрах визуализации обратная задача двухточечного разделения по Диксону может быть плохо обусловлена в более периферийных частях k-пространства. Следовательно, первую область k-пространства, в которой применяется двухточечный метод Диксона, следует определить так, чтобы она охватывала центральную часть k-пространства (где соответствующая обратная задача хорошо обусловлена). Изобретение дает понимание того, что, хотя двухточечный метод Диксона становится плохо обусловленным, в этом примере - по направлению к периферии k-пространства, обратная задача одноточечного метода Диксона, применяемая к данным первого и/или второго эхо-сигнала, становится (или остается) достаточно хорошо обусловленной. Следовательно, вторая область k-пространства, где применяется одноточечный метод Диксона, предпочтительно определяется как охватывающая периферийную часть k-пространства согласно изобретению.As mentioned earlier, imaging parameters are usually chosen such that the inverse problem of the two-point Dixon method used for water/fat separation is well conditioned in the central part of k-space. However, under the same visualization parameters, the inverse Dixon two-point separation problem can be ill-conditioned in more peripheral parts of k-space. Therefore, the first region of k-space in which Dixon's two-point method is applied should be defined so that it covers the central part of k-space (where the corresponding inverse problem is well conditioned). The invention provides insight that although the two-point Dixon method becomes ill-conditioned, in this example towards the periphery of k-space, the inverse of the one-point Dixon method applied to the first and/or second echo data becomes (or remains) fairly well conditioned. Therefore, the second region of k-space where the one-point Dixon method is applied is preferably defined as covering the peripheral part of the k-space according to the invention.

В общем, изобретение предлагает определять первую и вторую области k-пространства в соответствии с прогнозируемым обусловливанием обратных задач двухточечного и одноточечного методов Диксона в соответствующих областях k-пространства. Прогнозируемое искажение вода/жир соответствующего разделения методом Диксона также может быть принято во внимание. Наконец, изображение воды и/или изображение жира реконструируют с использованием данных k-пространства после разделения вкладов воды и жира.In general, the invention proposes to define the first and second regions of k-space in accordance with the predictive conditioning of the inverse problems of the two-point and one-point Dixon methods in the respective regions of k-space. The predicted water/fat distortion of the corresponding Dixon separation can also be taken into account. Finally, the water image and/or the fat image is reconstructed using the k-space data after separating the water and fat contributions.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения предполагается, что вклады воды и жира в k-пространстве являются эрмитовскими в тех областях k-пространства, где обратная задача соответствующего двухточечного или одноточечного метода Диксона плохо обусловлена. Как отмечалось выше, обусловленность обратной задачи метода Диксона можно улучшить путем регуляризации. Однако эта регуляризация вносит искажения в оценку вклада сигналов воды и жира. Изобретение дает понимание того, что обусловливание обратной задачи можно улучшить (без искажения оценки вклада воды и жира за счет регуляризации), за счет ограничения, чтобы начальные фазы вкладов сигналов воды и жира в пространстве изображения были равны, всякий раз, когда (неограниченная) обратная задача плохо обусловлена. В этом случае предполагается, что вклады сигналов от воды и жира являются действительными в пространстве изображения и, следовательно, эрмитовскими в k-пространстве. Обусловленность обратной задачи может быть определена усилением шума соответствующего алгоритма разделения вода/жир. Обратную задачу можно рассматривать как плохо обусловленную, например, если уровень усиления шума выше заданного порогового значения.In accordance with a preferred embodiment of the invention, the contributions of water and fat in k-space are assumed to be Hermitian in those regions of k-space where the inverse problem of the corresponding two-point or one-point Dixon method is ill-conditioned. As noted above, the conditionality of the inverse problem of Dixon's method can be improved by regularization. However, this regularization introduces distortions into the assessment of the contribution of water and fat signals. The invention provides insight that inverse conditioning can be improved (without corrupting the estimate of water and fat contributions due to regularization) by limiting that the initial phases of the water and fat signal contributions in image space are equal whenever the (unrestricted) inverse the task is ill-conditioned. In this case, the water and fat contributions are assumed to be real in image space and hence Hermitian in k-space. The conditionality of the inverse problem can be determined by amplifying the noise of the corresponding water/fat separation algorithm. The inverse problem can be considered as ill-conditioned, for example, if the noise amplification level is above a given threshold value.

Подход изобретения, в котором алгоритм Диксона предполагает, что вклады сигнала от воды и жира являются эрмитовскими в k-пространстве, обеспечивает одноточечное и двухточечное разделение вода/жир в k-пространстве, которое работает по двум эхо-сигналам. Его можно использовать локально для выбранных областей k-пространства (согласно обусловливанию соответствующей обратной задачи) или даже глобально для всех областей k-пространства. В отличие от обычного сложного разделения вода/жир, оно часто остается хорошо обусловленным без регуляризации.The approach of the invention, in which Dixon's algorithm assumes that the signal contributions from water and fat are Hermitian in k-space, provides one-point and two-point water/fat separation in k-space, which operates on two echoes. It can be used locally for selected regions of k-space (according to the definition of the corresponding inverse problem) or even globally for all regions of k-space. Unlike the usual complex water/fat separation, it often remains well-conditioned without regularization.

Раскрытый выше способ согласно изобретению может быть реализован посредством МР устройства, включающего в себя по меньшей мере одну основную магнитную катушку для генерирования, по существу, однородного статического магнитного поля B0 в исследуемом объеме, ряд градиентных катушек для генерирования переключаемых градиентов магнитного поля в разных пространственных направлениях в исследуемом объеме, по меньшей мере одну РЧ катушку для тела для генерирования РЧ импульсов в исследуемом объеме и/или для приема МР сигналов от тела пациента, находящегося в исследуемом объеме, блок управления для управления временной последовательностью РЧ импульсов и переключаемых градиентов магнитного поля, а также блок реконструкции для реконструкции МР изображений из принятых МР сигналов. Способ согласно настоящему изобретению может быть реализован путем соответствующего программирования блока реконструкции и/или блока управления MР устройства.The method disclosed above according to the invention can be implemented by means of an MR device, including at least one main magnetic coil for generating a substantially uniform static magnetic field B 0 in the investigated volume, a number of gradient coils for generating switchable magnetic field gradients in different spatial directions in the test volume, at least one RF body coil for generating RF pulses in the test volume and/or for receiving MR signals from the patient's body located in the test volume, a control unit for controlling the time sequence of RF pulses and switchable magnetic field gradients, and a reconstruction unit for reconstructing the MR images from the received MR signals. The method according to the present invention can be implemented by appropriate programming of the reconstruction unit and/or the control unit of the MP device.

Способ согласно настоящему изобретению может быть успешно осуществлен на большинстве МР устройств при клиническом использовании в настоящее время. Для этого просто требуется использовать компьютерную программу, посредством которой управляют МР устройством, чтобы оно выполняло вышеописанные этапы способа согласно изобретению. Компьютерная программа может присутствовать либо на носителе данных, либо присутствовать в сети передачи данных, будучи загружаемой для установки в блоке управления МР устройства.The method according to the present invention can be successfully implemented on most MR devices in clinical use at the present time. This simply requires the use of a computer program by which the MP device is controlled to carry out the above-described steps of the method according to the invention. The computer program may either be present on a storage medium or be present on a data network by being downloaded for installation in the control unit of the MP device.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Прилагаемые чертежи раскрывают предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Однако, следует понимать, что чертежи предназначены только для иллюстрации, а не для определения границ изобретения. На чертежах:The accompanying drawings disclose preferred embodiments of the present invention. However, it should be understood that the drawings are for illustrative purposes only and not for delimiting the invention. On the drawings:

на фиг. 1 показано МР устройство для осуществления способа по настоящему изобретению;in fig. 1 shows an MP device for carrying out the method of the present invention;

на фиг. 2 показан схематический (упрощенный) график последовательности импульсов для визуализирующей последовательности по Диксону с использованием биполярных считывающих градиентов магнитного поля согласно изобретению;in fig. 2 shows a schematic (simplified) pulse train plot for a Dixon imaging sequence using bipolar readout magnetic field gradients according to the invention;

на фиг. 3 показан график, иллюстрирующий усиление шума путем разделения вода/жир по Диксону в k-пространстве в зависимости от положения в k-пространстве.in fig. 3 is a graph illustrating noise amplification by Dixon water/fat separation in k-space as a function of position in k-space.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Рассмотрим фиг. 1, где МР устройство 1 показано в виде блок-схемы. Устройство содержит сверхпроводящие или резистивные основные магнитные катушки 2, так что создается, по существу, однородное, постоянное во времени основное магнитное поле B0 вдоль оси z, проходящее через исследуемый объем. Устройство дополнительно содержит набор (1-го, 2-го и, где это применимо, 3-го порядка) шиммирующих катушек 2', причем ток, протекающий через отдельные шиммирующие катушки из набора 2', является управляемым с целью минимизации отклонений B0 в пределах исследуемого объема.Consider Fig. 1, where the MP device 1 is shown in block diagram form. The device contains superconducting or resistive main magnetic coils 2 so that a substantially uniform, time-constant main magnetic field B 0 along the z-axis is created, passing through the volume under study. The device further comprises a set of (1st, 2nd and, where applicable, 3rd order) shim coils 2', wherein the current flowing through the individual shim coils of the set 2' is controlled to minimize deviations B 0 in within the investigated volume.

Система генерирования магнитного резонанса и манипулирования применяет серии РЧ импульсов и переключаемых градиентов магнитного поля для инвертирования или возбуждения ядерных магнитных спинов, индуцирования магнитного резонанса, перефокусировки магнитного резонанса, манипулирования магнитным резонансом, пространственного и иного кодирования магнитного резонанса, насыщения спинов и т.п. для выполнения МР визуализации.The magnetic resonance generation and manipulation system applies a series of RF pulses and switchable magnetic field gradients to invert or excite nuclear magnetic spins, induce magnetic resonance, refocus magnetic resonance, manipulate magnetic resonance, spatially and otherwise encode magnetic resonance, saturate spins, and the like. to perform MR imaging.

В частности, градиентный импульсный усилитель 3 подает импульсы тока на выбранные катушки из градиентных катушек 4, 5 и 6 для всего тела вдоль осей x, y и z исследуемого объема. Цифровой РЧ передатчик 7 через переключатель 8 передачи/приема передает РЧ импульсы или пакеты импульсов на РЧ катушку 9 для тела для передачи РЧ импульсов в исследуемый объем. Типовая последовательность МР визуализации состоит из пакета сегментов РЧ импульсов малой длительности, которые, вместе с любыми применяемыми градиентами магнитного поля, обеспечивают избирательное манипулирование ядерным магнитным резонансом. РЧ импульсы используют для насыщения резонанса, возбуждения резонанса, инвертирования намагниченности, перефокусировки резонанса или манипулирования резонансом и выбора части тела 10, находящейся в исследуемом объеме. MR-сигналы также улавливаются радиочастотной катушкой 9 для тела.In particular, the gradient pulse amplifier 3 delivers current pulses to selected coils from the whole body gradient coils 4, 5 and 6 along the x, y and z axes of the volume to be examined. The digital RF transmitter 7, through the transmit/receive switch 8, transmits the RF pulses or pulse bursts to the RF body coil 9 for transmitting the RF pulses into the volume of interest. A typical MR imaging sequence consists of a burst of short duration RF pulse segments which, together with any applied magnetic field gradients, provide selective nuclear magnetic resonance manipulation. The RF pulses are used to saturate the resonance, excite the resonance, invert the magnetization, refocus the resonance, or manipulate the resonance and select the part of the body 10 located in the volume of interest. The MR signals are also picked up by the RF body coil 9.

Для генерирования МР изображений ограниченных областей тела 10 набор локальных матричных РЧ катушек 11, 12, 13 размещают смежно с областью, выбранной для визуализации. Матричные катушки 11, 12, 13 могут использоваться для приема MР сигналов, индуцированных РЧ передачами через РЧ катушку для тела.To generate MR images of limited areas of the body 10, a set of local array RF coils 11, 12, 13 are placed adjacent to the area selected for imaging. Matrix coils 11, 12, 13 can be used to receive MR signals induced by RF transmissions via the RF body coil.

Результирующие МР сигналы улавливают посредством РЧ катушки 9 для тела и/или матричных РЧ катушек 11, 12, 13 и демодулируют посредством приемника 14, предпочтительно включающего в себя предусилитель (не показан). Приемник 14 соединен с РЧ катушками 9, 11, 12 и 13 через переключатель 8 передачи/приема.The resulting MR signals are picked up by the RF body coil 9 and/or RF matrix coils 11, 12, 13 and demodulated by the receiver 14, preferably including a preamplifier (not shown). The receiver 14 is connected to the RF coils 9, 11, 12 and 13 via a transmit/receive switch 8.

Хост-компьютер 15 управляет шиммирующими катушками 2', а также градиентным импульсным усилителем 3 и передатчиком 7 для генерирования последовательностей визуализации согласно изобретению. Для выбранной последовательности приемник 14 принимает одну или множество строк МР данных в быстрой последовательности после каждого РЧ импульса возбуждения. Система 16 сбора данных выполняет аналого-цифровое преобразование принятых сигналов и преобразует каждую строку МР данных в цифровой формат, пригодный для дальнейшей обработки. В современных МР устройствах система 16 сбора данных представляет собой отдельный компьютер, специально предназначенный для сбора исходных данных изображения.The host computer 15 controls the shim coils 2' as well as the gradient switching amplifier 3 and transmitter 7 to generate imaging sequences according to the invention. For the selected sequence, receiver 14 receives one or more lines of MR data in quick succession after each RF excitation pulse. The acquisition system 16 performs A/D conversion of the received signals and converts each line of MP data into a digital format suitable for further processing. In modern MR devices, the data acquisition system 16 is a separate computer dedicated to collecting raw image data.

Наконец, цифровые исходные данные изображения реконструируют в представление изображения посредством процессора 17 реконструкции, применяющего преобразование Фурье или другие соответствующие алгоритмы реконструкции, такие как SENSE. МР изображение может представлять плоский срез тела пациента, массив параллельных плоских срезов, трехмерный объем и т. п. Затем изображение сохраняют в запоминающем устройстве для изображений, где оно может быть доступно для преобразования срезов, проекций или других участков представления изображения в соответствующий формат для визуализиции, например, с помощью видеомонитора 18, обеспечивающего считываемый человеком дисплей для полученного МР изображения.Finally, the original digital image data is reconstructed into an image representation by a reconstruction processor 17 applying a Fourier transform or other appropriate reconstruction algorithms such as SENSE. The MR image may represent a flat section of the patient's body, an array of parallel flat slices, a three-dimensional volume, and the like. The image is then stored in an image memory where it can be accessed to convert slices, projections, or other portions of the image representation into an appropriate format for imaging. , for example, with a video monitor 18 providing a human-readable display for the acquired MR image.

Хост-компьютер 15 и процессор 17 реконструкции запрограммированы для выполнения способа по изобретению, как раскрыто выше и ниже.Host computer 15 and reconstruction processor 17 are programmed to perform the method of the invention as discussed above and below.

На фиг. 2 изображен схематический график последовательности импульсов для последовательности визуализации по Диксону с использованием биполярных считываемых градиентов магнитного поля согласно изобретению. График показывает переключаемые градиенты магнитного поля в направлении (M) частотного кодирования, направлении (P) фазового кодирования и направлении (S) выбора среза. Кроме того, на графике показан РЧ импульс возбуждения, а также временные интервалы, обозначенные ACQ1 и ACQ2, в течение которых получают эхо-сигналы. График охватывает получение одной пары эхо-сигналов. Ряд таких пар эхо-сигналов получают путем многократного повторения изображенной последовательности с использованием разных фазовых кодировок (P), чтобы полностью покрыть требуемую область k-пространства. Каждую пару эхо-сигналов получают с использованием соответствующей пары считывающих градиентов (M) магнитного поля, имеющих противоположные полярности. Временные интервалы и амплитуды биполярных считывающих градиентов выбирают так, чтобы сдвигать окна ACQ1, ACQ2 получения эхо-сигналов таким образом, чтобы обеспечивать разные времена TE1 и TE2 эхо и соответственно разные сдвиги фаз вкладов сигналов от протонов воды и протонов жира. Разделение этих вкладов сигналов по Диксону основано на этих сдвигах фаз на заключительном этапе реконструкции изображения воды и/или жира.In FIG. 2 is a schematic diagram of a pulse train for a Dixon imaging sequence using bipolar readout magnetic field gradients according to the invention. The graph shows switchable magnetic field gradients in the frequency encoding direction (M), the phase encoding direction (P), and the slice selection direction (S). In addition, the graph shows the RF excitation pulse as well as the time intervals labeled ACQ1 and ACQ2 during which the echoes are received. The graph covers the acquisition of one pair of echoes. A number of such pairs of echoes is obtained by repeating the depicted sequence many times using different phase codes (P) to completely cover the required region of k-space. Each pair of echoes is obtained using a respective pair of magnetic field readout gradients (M) having opposite polarities. The time intervals and amplitudes of the bipolar reading gradients are chosen so as to shift the windows ACQ1, ACQ2 of receiving echo signals in such a way as to provide different echo times TE1 and TE2 and, accordingly, different phase shifts of the contributions of signals from water protons and fat protons. Dixon separation of these signal contributions is based on these phase shifts in the final stage of water and/or fat image reconstruction.

Перед реконструкцией для двух эхо-сигналов вводят поправку на неточности совмещения в k-пространстве и на фазовые ошибки, а также на неточности совмещения в пространстве изображения из-за неоднородности основного поля (см., например, Лу и др. (Lu et al., Water-fat separation with bipolar multi-echo sequences (Разделение вода-жир с помощью последовательностей с биполярным множественным эхо), Magn. Reson. Med. 2008, 60, 198-209).Prior to reconstruction, the two echoes are corrected for k-space misalignment and phase errors, as well as misalignment in image space due to main field non-uniformity (see, e.g., Lu et al. , Water-fat separation with bipolar multi-echo sequences, Magn Reson Med 2008, 60, 198-209).

Последующая реконструкция включает в себя разделение вкладов от воды и жира в эхо-сигналы в k-пространстве. С этой целью двухточечный метод Диксона (см., например, Эггерс и др. (Eggers et al., Dual-echo Dixon imaging with flexible choice of echo times (Визуализация с двойным эхо по Диксону с гибким выбором времен эхо), Magn. Reson. Med. 2011, 65, 96-107) применяют в первой области k-пространства, а одноточечный метод Диксона (см., например, Ма, A single-point Dixon technique for fat-suppressed fast 3D gradient-echo imaging with a flexible echo time (Одноточечный метод Диксона для визуализации с помощью быстрого трехмерного градиентного эхо в режиме жироподавления с гибким временем эхо, J. Magn. Reson. Imaging 2008, 27, 881-890) применяют во второй области k-пространства. Одноточечный метод Диксона может применяться к одному из двух эхо-сигналов, то есть к данным первого эхо-сигнала или к данным второго эхо-сигнала. Альтернативно, одноточечный метод Диксона может применяться к обоим эхо-сигналам по отдельности, а затем результаты можно объединить для уменьшения шума.The subsequent reconstruction involves separating the contributions from water and fat to the k-space echoes. For this purpose, the two-point Dixon method (see, for example, Eggers et al. (Eggers et al., Dual-echo Dixon imaging with flexible choice of echo times), Magn. Reson Med. 2011, 65, 96-107) is applied in the first region of k-space, and the single-point Dixon technique (see, for example, Ma, A single-point Dixon technique for fat-suppressed fast 3D gradient-echo imaging with a flexible echo time (Dixon's single-point method for imaging with fast 3D gradient echo in fat-suppression mode with flexible echo time, J. Magn. Reson. Imaging 2008, 27, 881-890) is applied in the second k-space region. to one of the two echoes, i.e. the data of the first echo or the data of the second echo Alternatively, the single point Dixon method can be applied to both echoes separately, and then the results can be combined to reduce noise.

В отличие от двухточечного метода Диксона, одноточечный метод Диксона моделирует сигналы воды и жира в пространстве изображения как действительные переменные. В k-пространстве это соответствует сопряженным симметричным сигналам воды и жира. Чтобы использовать это свойство, разделение вода/жир преимущественно выполняют в k-пространстве совместно для соответствующих отрицательных и положительных частот. Альтернативно, эхо-сигналы в k-пространстве, к которым нужно применить одноточечный метод Диксона, могут быть преобразованы в пространство изображения для разделения вода/жир, поскольку жировой сдвиг является однополярным в данных отдельного эхо-сигнала и может легко корректироваться после разделения вода/жир.Unlike Dixon's two-point method, Dixon's one-point method models water and fat signals in image space as real variables. In k-space, this corresponds to conjugate symmetric water and fat signals. To exploit this property, the water/fat separation is advantageously performed in k-space jointly for the respective negative and positive frequencies. Alternatively, k-space echoes to which one-point Dixon is to be applied can be converted to image space for water/fat separation since fat shift is unipolar in single echo data and can be easily corrected after water/fat separation. .

Изобретение предлагает определять первую и вторую области k-пространства в соответствии с прогнозируемым обусловливанием обратных задач двухточечных и одноточечных методов Диксона в соответствующих областях k-пространства. Это показано на рисунке 3. На графике показано усиление шума с помощью соответствующего алгоритма разделения вода/жир в k-пространстве в зависимости от положения в k-пространстве (объем выборки), в одном случае с использованием двухточечного метода Диксона при отсутствии (штриховой участок кривой 31) и при наличии (сплошной участок кривой 31) адаптивной регуляризации, как в вышеупомянутой статье Лу и др. (Lu et al.), и в одном случае с применением одноточечного метода Диксона к первому эхо-сигналу (сплошная кривая 32), второму эхо-сигналу (штриховая кривая 32), а также как к отдельным, так и к усредненным результатам (кривая 33). В этом примере предполагается последовательность турбо-спин-эхо (TSE, turbo spin echo) по Диксону со сдвигами эхо, составляющими -0,5 мс и 1,5 мс при 1,5 Т и частным эхо-коэффициентом, составляющим 0,75. Вблизи центра k-пространства (объем выборки 256) усиление шума в применяемом двухточечном методе Диксона близко к оптимальному, составляющему 0,5, что соответствует двукратному усреднению. Однако по направлению к периферии k-пространства усиление шума резко возрастает (если не применяется регуляризация). Как показано сплошной кривой 31, в этом примере усиление шума ограничено максимумом, составляющим 2,0. Однако эта регуляризация вносит искажения в оценку вкладов сигналов от воды и жира. В то время как усиление шума становится неблагоприятным в отношении периферии k-пространства для двухточечного метода Диксона (указывая на то, что обратная задача становится плохо обусловленной), оно становится более благоприятным для одноточечного метода Диксона, применяемой к первому или второму эхо-сигналу. Это видно по кривым 32, 33. Везде, где одна из двух кривых 32, 33 остается ниже кривой 31, предпочтительно опираться на одноточечный метод Диксона вместо двухточечного метода Диксона. Это характеризует вторую область k-пространства в понимании настоящего изобретения. Центральная область k-пространства, где усиление шума минимально вдоль кривой 31, образует первую область k-пространства в понимании настоящего изобретения. В определенных положениях k-пространства (также в пределах второй области) усреднение результатов одноточечного метода Диксона, применяемого отдельно к первым и вторым данным эхо-сигнала, обеспечивает дополнительное снижение усиления шума.The invention proposes to determine the first and second regions of k-space in accordance with the predictive conditioning of inverse problems of two-point and one-point Dixon methods in the respective regions of k-space. This is shown in Figure 3. The graph shows noise amplification with the appropriate k-space water/fat separation algorithm as a function of position in k-space (sample size), in one case using Dixon's two-point method in the absence (dashed portion of the curve). 31) and in the presence (solid curve 31) of adaptive regularization, as in the aforementioned article by Lu et al. echo signal (dashed curve 32), as well as both individual and averaged results (curve 33). This example assumes a Dixon turbo spin echo (TSE) sequence with echo offsets of -0.5 ms and 1.5 ms at 1.5 T and a partial echo coefficient of 0.75. Near the center of k-space (sample size 256), the noise amplification in the applied two-point Dixon method is close to the optimal value of 0.5, which corresponds to a two-fold averaging. However, towards the periphery of the k-space, the noise amplification sharply increases (unless regularization is applied). As shown by solid curve 31, in this example, the noise gain is capped at 2.0. However, this regularization introduces distortions into the estimation of the contributions of signals from water and fat. While noise enhancement becomes unfavorable in k-space periphery for the two-point Dixon method (indicating that the inverse problem becomes ill-conditioned), it becomes more favorable for the one-point Dixon method applied to the first or second echo. This can be seen from curves 32, 33. Wherever one of the two curves 32, 33 remains below curve 31, it is preferable to rely on the one-point Dixon method instead of the two-point Dixon method. This characterizes the second region of k-space in the sense of the present invention. The central k-space region where the noise amplification is minimal along curve 31 forms the first k-space region in the sense of the present invention. At certain positions in k-space (also within the second region), averaging the results of the one-point Dixon method applied separately to the first and second echo data provides further noise gain reduction.

Наконец, изображение воды и/или изображение жира реконструируют с использованием данных k-пространства после вышеописанного разделения вкладов воды и жира.Finally, the water image and/or the fat image is reconstructed using the k-space data after the above-described separation of the water and fat contributions.

Два совокупных эхо-сигнала S1 и S2 (после оценки и демодуляции фазы, вызванной неоднородностью основного поля) могут быть смоделированы какThe two combined echoes S 1 and S 2 (after phase estimation and demodulation caused by the main field non-uniformity) can be modeled as

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

при этомwherein

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где W и F обозначают сигналы воды и жира в k-пространстве, t - время получения, а w и Δf - относительную амплитуду и частоту пиков используемой спектральной модели жира. Решение для W и F имеет видwhere W and F denote the water and fat signals in k-space, t is the acquisition time, and w and Δf are the relative amplitude and peak frequency of the fat spectral model used. The solution for W and F has the form

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

при этомwherein

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где λ обозначает параметр регуляризации.where λ denotes the regularization parameter.

Как было объяснено выше при рассмотрении фиг. 1-3, подходящий выбор λ позволяет ограничить коэффициент усиления шума требуемым значением. Однако диагональная нагрузка матрицы CHC вносит отклонение в разделение вода/жир. Во избежание этого изобретение предлагает ввести ограничение, чтобы начальные фазы сигнала воды и жира в пространстве изображения были равны, если инверсия матрицы CHC плохо обусловлена. В этом случае подразумевается, что вклады воды и жира являются действительными в пространстве изображения и, следовательно, эрмитовскими в k-пространстве. При рассмотрении только одного эхо-сигнала, S описывается какAs explained above with reference to FIG. 1-3, a suitable choice of λ allows the noise gain to be limited to the desired value. However, the diagonal loading of the C H C matrix introduces a deviation in the water/fat separation. To avoid this, the invention proposes to introduce a constraint so that the initial phases of the water and fat signals in image space are equal if the C H C matrix inversion is ill-conditioned. In this case, the water and fat contributions are assumed to be real in image space and hence Hermitian in k-space. When considering only one echo, S is described as

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где индексы R и I обозначают действительную и мнимую части, а k 2 = - k 1. Включение второго эхо-сигнала также приводит кwhere indicesR andI denote the real and imaginary parts, andk 2 = - k one. Turning on the second echo also results in

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

что образует переопределенную линейную систему из восьми уравнений. W и F в обоих случаях получают так, как указано выше, но без регуляризации. Этот ограниченный метод Диксона обеспечивает разделение воды и жира в одной и двух точках в k-пространстве, что работает на парах образцов в k-пространстве. Он может использоваться локально для выбранных областей k-пространства или глобально для всех областей k-пространства. В качестве меры для обусловливания обратной задачи график на фиг. 4 показывает усиление шума с помощью соответствующего алгоритма разделения вода/жир в k-пространстве как функцию положения в k-пространстве (объем выборки), в одном случае с использованием обычного комплексного двухточечного метода Диксона при отсутствии (штриховой участок кривой 41) и при наличии (сплошной участок кривой 41) регуляризации, и с использованием предложенного ограниченного разделения вода/жира без регуляризации, с учетом только первого эхо (кривая 42) и обоих эхо (кривая 43). Как показано на фиг. 4, в отличие от обычного комплексного разделения (кривая 41), разделение, ограниченное реальными вкладами сигналов воды и жира (кривые 42, 43), остается хорошо обусловленным без регуляризации. Его усиление шума демонстрирует лишь незначительные изменения в k-пространстве и остается в разумных пределах.which forms an overdetermined linear system of eight equations. W and F in both cases are obtained as above, but without regularization. This limited Dixon method provides one-point and two-point k-space separation of water and fat, which works on sample pairs in k-space. It can be used locally for selected regions of k-space, or globally for all regions of k-space. As a measure for conditioning the inverse problem, the graph in FIG. 4 shows the noise amplification by the corresponding k-space water/fat separation algorithm as a function of position in k-space (sample size), in one case using the conventional complex two-point Dixon method in the absence (dashed portion of curve 41) and in the presence of ( the solid portion of regularization curve 41) and using the proposed limited water/fat separation without regularization, taking into account only the first echo (curve 42) and both echoes (curve 43). As shown in FIG. 4, in contrast to the conventional complex separation (curve 41), the separation limited by the real contributions of the water and fat signals (curves 42, 43) remains well-conditioned without regularization. Its noise gain exhibits only minor changes in k-space and remains within reasonable limits.

Наконец, предложенное ограниченное разделение вода/жир по Диксону в качестве примера показано на фиг. 5. Таз добровольца был визуализирован посредством трехмерной T1-взвешенной последовательности двойного градиентного эха с очищением на 3-тесловом МР устройстве. Были выбраны поле наблюдения 350 (AP) × 350 (RL) × 200 (FH) мм3, разрешение 0,7 × 0,7 × 2,5 мм3, TE1/TE2/TR 2,0/3,7/5,5 мс и угол отклонения вектора намагниченности 10°. Пиксельная ширина полосы пропускания пикселя составила 650 Гц, что соответствует сдвигу сигнала от доминантного пика спектра жира, составляющего 0,65 пикселя в изображениях одиночного эхо-сигнала. Фазу, вызванную неоднородностью основного поля, и начальную фазу сигналов воды и жира сначала определили и исключили из визуализации одиночного эхо-сигнала, игнорируя какую-либо неточность совмещения. Затем в k-пространстве применялось комплексное разделение в соответствии с обычным алгоритмом Диксона, при отсутствии и при наличии регуляризации, а также предложенное «гибридное комплексно-действительное» ограниченное разделение без регуляризации. Результаты для одного среза показаны на фиг. 5. На фиг. 5 показаны изображения воды, реконструированные с использованием обычного комплексного разделения вода/жир по Диксону (верхний ряд), при отсутствии (слева) и при наличии (справа) регуляризации, а также с использованием предложенного гибридного комплексно-действительного разделения (снизу) без регуляризации. Тогда как регуляризация обязательна в обычном комплексном разделении для предотвращения прорыва высокочастотного шума, очевидно, что в подходе, предложенном изобретением, она не является необходимой. Благодаря способу согласно настоящему изобретению можно избежать потери резкости изображения, обычно наблюдаемой как неблагоприятное следствие регуляризации, без ущерба от чрезмерного усиления шума.Finally, a proposed limited Dixon water/fat separation is shown as an example in FIG. 5. The pelvis of a volunteer was visualized by a 3D T 1 -weighted double gradient echo sequence with clearing on a 3 Tesla MR device. Field of observation 350 (AP) × 350 (RL) × 200 (FH) mm 3 , resolution 0.7 × 0.7 × 2.5 mm 3 , TE 1 /TE 2 /TR 2.0/3.7 were chosen /5.5 ms and the deflection angle of the magnetization vector is 10°. The pixel pixel bandwidth was 650 Hz, which corresponds to a signal shift from the dominant fat spectrum peak of 0.65 pixels in single echo images. The phase caused by the main field non-uniformity and the initial phase of the water and fat signals were first determined and excluded from the single echo imaging, ignoring any alignment inaccuracy. Then complex separation was applied in k-space according to the usual Dixon algorithm, with and without regularization, as well as the proposed "hybrid complex-real" restricted separation without regularization. The results for one slice are shown in Fig. 5. In FIG. Figure 5 shows water images reconstructed using the conventional Dixon complex water/fat separation (top row), with no (left) and with (right) regularization, and using the proposed hybrid complex-real separation (bottom) without regularization. While regularization is essential in conventional complex separation to prevent high frequency noise breakthrough, it is clear that it is not necessary in the approach of the invention. With the method of the present invention, the loss of image sharpness commonly seen as an adverse consequence of regularization can be avoided without being affected by excessive noise amplification.

Claims (24)

1. Способ магнитно-резонансной визуализации (МР) визуализации объекта (10), помещенного в исследуемый объем магнитно-резонансного устройства (1), включающий в себя следующие этапы:1. The method of magnetic resonance imaging (MR) of visualization of an object (10) placed in the investigated volume of a magnetic resonance device (1), which includes the following steps: подвергают объект (10) последовательности визуализации, содержащей по меньшей мере один радиочастотный (РЧ) импульс возбуждения и переключаемые градиенты магнитного поля, причем два эхо-сигнала, первый эхо-сигнал и второй эхо-сигнал, генерируют с разными временами (ТЕ1, ТЕ2) эхо,subjecting the object (10) to an imaging sequence comprising at least one radio frequency (RF) excitation pulse and switchable magnetic field gradients, wherein two echoes, a first echo and a second echo, are generated at different times (TE1, TE2) echo, получают эхо-сигналы от объекта (10),receive echoes from the object (10), реконструируют изображение воды и/или изображение жира из эхо-сигналов, при этом вклады от воды и жира в эхо-сигналы разделяют с использованием двухточечного метода Диксона в первой области k-пространства и одноточечного метода Диксона во второй области k-пространства, причем первая область отличается от второй области.reconstructing the water image and/or the fat image from the echo signals, wherein the contributions from water and fat to the echo signals are separated using the two-point Dixon method in the first k-space region and the one-point Dixon method in the second k-space region, the first region different from the second area. 2. Способ по п. 1, в котором два эхо-сигнала получают с использованием биполярных считывающих градиентов магнитного поля.2. The method of claim 1, wherein two echoes are obtained using bipolar readout magnetic field gradients. 3. Способ по п. 1 или 2, в котором одноточечный метод Диксона применяют к данным первого эхо-сигнала или к данным второго эхо-сигнала.3. The method of claim 1 or 2, wherein the single point Dixon method is applied to the first echo data or to the second echo data. 4. Способ по п. 1 или 2, в котором одноточечный метод Диксона применяют на двух отдельных этапах вычисления к данным первого эхо-сигнала и данным второго эхо-сигнала, соответственно, причем вклады от воды и жира вычисляют путем объединения результатов двух отдельных этапов вычисления.4. The method of claim 1 or 2, wherein the one-point Dixon method is applied in two separate calculation steps to the first echo data and the second echo data, respectively, wherein the water and fat contributions are calculated by combining the results of the two separate calculation steps. . 5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором два эхо-сигнала корректируют с учетом неточностей совмещения в k-пространстве до реконструкции изображений воды и жира.5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, in which the two echoes are corrected for k-space alignment inaccuracies prior to reconstruction of the water and fat images. 6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором два эхо-сигнала корректируют с учетом фазовых ошибок и неточностей совмещения в пространстве изображения из-за неоднородности основного поля до реконструкции изображений воды и жира.6. The method according to any one of paragraphs. 1-5, in which the two echoes are corrected for phase errors and alignment inaccuracies in image space due to base field non-uniformity prior to reconstruction of the water and fat images. 7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором первая область k-пространства охватывает центральную часть k-пространства, тогда как вторая область k-пространства охватывает периферийную часть k-пространства.7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, in which the first k-space region covers the central part of the k-space, while the second k-space region covers the peripheral part of the k-space. 8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором первую и вторую области k-пространства определяют в соответствии с обусловливанием обратных задач двухточечного и одноточечного методов Диксона в соответствующих областях k-пространства.8. The method according to any one of paragraphs. 1-7, in which the first and second regions of k-space are determined in accordance with the conditioning of the inverse problems of the two-point and one-point Dixon methods in the respective regions of k-space. 9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором предполагается, что вклады от воды и жира в k-пространстве являются эрмитовскими в тех областях k-пространства, в которых обратная задача соответствующего двухточечного или одноточечного метода Диксона плохо обусловлена.9. The method according to any one of paragraphs. 1-8, which assumes that the contributions from water and fat in k-space are Hermitian in those regions of k-space where the inverse problem of the corresponding two-point or one-point Dixon method is ill-conditioned. 10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором двухточечный метод Диксона и/или одноточечный метод Диксона применяют без регуляризации.10. The method according to any one of paragraphs. 1-9, in which the two-point Dixon method and/or the one-point Dixon method is applied without regularization. 11. Способ магнитно-резонансной (МР) визуализации объекта (10), помещенного в исследуемый объем магнитно-резонансного устройства (1), причем способ включает в себя следующие этапы:11. The method of magnetic resonance (MR) imaging of an object (10) placed in the investigated volume of the magnetic resonance device (1), and the method includes the following steps: подвергают объект (10) последовательности визуализации, содержащей по меньшей мере один радиочастотный (РЧ) импульс возбуждения и переключаемые градиенты магнитного поля, причем два эхо-сигнала, первый эхо-сигнал и второй эхо-сигнал, генерируют с разными временами (ТЕ1, ТЕ2) эхо,subjecting the object (10) to an imaging sequence comprising at least one radio frequency (RF) excitation pulse and switchable magnetic field gradients, wherein two echoes, a first echo and a second echo, are generated at different times (TE1, TE2) echo, получают эхо-сигналы от объекта (10),receive echoes from the object (10), реконструируют изображение воды и/или изображение жира из эхо-сигналов, при этом вклады от воды и жира в эхо-сигналы разделяют с использованием двухточечного метода Диксона и/или одноточечного метода Диксона, причем предполагается, что вклады от воды и жира в k-пространстве являются эрмитовскими в тех областях k-пространства, в которых обратная задача соответствующего двухточечного или одноточечного метода Диксона плохо обусловлена.reconstructing the water image and/or the fat image from the echoes, wherein the contributions from water and fat to the echoes are separated using the two-point Dixon method and/or the one-point Dixon method, it being assumed that the contributions from water and fat in k-space are Hermitian in those regions of k-space where the inverse problem of the corresponding two-point or one-point Dixon method is ill-conditioned. 12. Способ по п. 11, в котором два эхо-сигнала получают с использованием биполярных считывающих градиентов магнитного поля.12. The method of claim 11 wherein two echoes are obtained using bipolar readout magnetic field gradients. 13. Способ по п. 11 или 12, в котором в котором одноточечный метод Диксона применяют на двух отдельных этапах вычисления к данным первого эхо-сигнала и данным второго эхо-сигнала, соответственно, причем вклады от воды и жира вычисляют путем объединения результатов двух отдельных этапов вычисления.13. The method of claim 11 or 12, wherein the one-point Dixon method is applied in two separate calculation steps to the first echo data and the second echo data, respectively, wherein the contributions from water and fat are calculated by combining the results of the two separate calculation steps. 14. Способ по любому из пп. 11-13, в котором два эхо-сигнала корректируют с учетом неточностей совмещения в k-пространстве до реконструкции изображений воды и жира.14. The method according to any one of paragraphs. 11-13, in which the two echoes are corrected for k-space alignment inaccuracies prior to reconstruction of the water and fat images. 15. Способ по любому из пп. 11-14, в котором два эхо-сигнала корректируют с учетом фазовых ошибок и неточностей совмещения в пространстве изображения из-за неоднородности основного поля до реконструкции изображений воды и жира.15. The method according to any one of paragraphs. 11-14, in which the two echoes are corrected for phase errors and alignment inaccuracies in image space due to base field non-uniformity prior to reconstruction of the water and fat images. 16. Способ по любому из пп. 11-15, в котором двухточечный метод Диксона и/или одноточечный метод Диксона применяют без регуляризации.16. The method according to any one of paragraphs. 11-15, in which the two-point Dixon method and/or the one-point Dixon method is applied without regularization. 17. Магнитно-резонансное (МР) устройство, содержащее по меньшей мере одну основную магнитную катушку (2) для генерирования однородного статического магнитного поля B0 в исследуемом объеме, ряд градиентных катушек (4, 5, 6) для генерирования переключаемых градиентов магнитного поля в разных пространственных направлениях в исследуемом объеме, по меньшей мере одну радиочастотную (РЧ) катушку (9) для генерирования радиочастотных импульсов в исследуемом объеме и/или для приема магнитно-резонансных сигналов от объекта (10), расположенного в исследуемом объеме, блок (15) управления для управления временной последовательностью радиочастотных импульсов и переключаемых градиентов магнитного поля, и блок (17) реконструкции для реконструкции магнитно-резонансных изображений из принятых магнитно-резонансных сигналов, причем магнитно-резонансное устройство (1) выполнено с возможностью реализации этапов способа по любому из пп. 1-16.17. Magnetic resonance (MR) device containing at least one main magnetic coil (2) for generating a uniform static magnetic field B0 in the volume under study, a number of gradient coils (4, 5, 6) for generating switchable magnetic field gradients in different spatial directions in the test volume, at least one radio frequency (RF) coil (9) for generating radio frequency pulses in the test volume and/or for receiving magnetic resonance signals from an object (10) located in the test volume, control unit (15) for controlling the time sequence of radio frequency pulses and switchable magnetic field gradients, and a reconstruction unit (17) for reconstructing magnetic resonance images from the received magnetic resonance signals, moreover, the magnetic resonance device (1) is configured to implement the steps of the method according to any one of paragraphs. 1-16. 18. Машиночитаемый носитель, содержащий компьютерную программу, выполненную с возможностью исполнения на магнитно-резонансном устройстве и содержащую инструкции для исполнения способа по любому из пп. 1-16.18. A computer-readable medium containing a computer program executable on a magnetic resonance device and containing instructions for executing the method according to any one of paragraphs. 1-16.
RU2020111830A 2017-08-24 2018-08-17 Magnetic resonance imaging with water/fat separation by dixon method RU2773486C2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17187711.1A EP3447517A1 (en) 2017-08-24 2017-08-24 Dixon-type water/fat separation mr imaging
EP17187711.1 2017-08-24
US201862644714P 2018-03-19 2018-03-19
US62/644,714 2018-03-19
PCT/EP2018/072295 WO2019038192A1 (en) 2017-08-24 2018-08-17 Dixon-type water/fat separation mr imaging

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020111830A RU2020111830A (en) 2021-09-24
RU2020111830A3 RU2020111830A3 (en) 2021-10-25
RU2773486C2 true RU2773486C2 (en) 2022-06-06

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2270995C1 (en) * 2004-07-05 2006-02-27 Кубанский государственный технологический университет Method for determining of moisture content in farinaceous confectionery product
RU2308709C1 (en) * 2006-02-26 2007-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Method of determining content of fat in margarine
US20080157767A1 (en) * 2007-01-02 2008-07-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Mri data acquisition using propeller k-space data acquisition
US20110267054A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 Qiang He Magnetic resonance imaging water-fat separation method
US20110274331A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-10 De He Weng Magnetic resonance imaging method for achieving water-fat separation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2270995C1 (en) * 2004-07-05 2006-02-27 Кубанский государственный технологический университет Method for determining of moisture content in farinaceous confectionery product
RU2308709C1 (en) * 2006-02-26 2007-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Method of determining content of fat in margarine
US20080157767A1 (en) * 2007-01-02 2008-07-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Mri data acquisition using propeller k-space data acquisition
US20110267054A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 Qiang He Magnetic resonance imaging water-fat separation method
US20110274331A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-10 De He Weng Magnetic resonance imaging method for achieving water-fat separation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105829906B (en) Phase sensitive inversion recovery MRI with water/fat separation
US10591565B2 (en) Parallel MR imaging with RF coil sensitivity mapping
CN110720047B (en) Dual echo Dixon-type water/fat separation MR imaging
JP6814325B2 (en) Dixon type water / fat separation MR imaging
US10859652B2 (en) MR imaging with dixon-type water/fat separation
WO2018114554A1 (en) Dixon-type water/fat separation mr imaging
US20220057467A1 (en) Epi mr imaging with distortion correction
US11226385B2 (en) Dixon type water/fat separation MR imaging with improved fat shift correction
RU2773486C2 (en) Magnetic resonance imaging with water/fat separation by dixon method
US20230366962A1 (en) Dixon-type water/fat separation mr imaging
US20240094320A1 (en) Dixon-type water/fat separation mr imaging
CN115023622A (en) Mr imaging with suppression of flow-induced leakage and/or exchange artifacts using dickson-type water/fat separation
CN114402214A (en) Dixon-type water/fat separation MR imaging
JP2022521277A (en) Parallel MR imaging with wave coding