RU2785553C2 - Magnetic resonance imaging with spiral data collection - Google Patents
Magnetic resonance imaging with spiral data collection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785553C2 RU2785553C2 RU2020133466A RU2020133466A RU2785553C2 RU 2785553 C2 RU2785553 C2 RU 2785553C2 RU 2020133466 A RU2020133466 A RU 2020133466A RU 2020133466 A RU2020133466 A RU 2020133466A RU 2785553 C2 RU2785553 C2 RU 2785553C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- space
- magnetic resonance
- imaging
- resonance signals
- magnetic
- Prior art date
Links
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 6
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000003068 static Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007374 clinical diagnostic method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 2
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 description 2
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000001646 magnetic resonance method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к области магнитно-резонансной (МР) томографии. Изобретение, в частности, относится к способу магнитно-резонансной томографии объекта. Изобретение также относится к устройству магнитно-резонансной томографии (МРТ) и компьютерной программе, подлежащей исполнению на устройстве магнитно-резонансной томографии.The invention relates to the field of magnetic resonance (MR) tomography. The invention relates in particular to a method for magnetic resonance imaging of an object. The invention also relates to a magnetic resonance imaging (MRI) device and a computer program to be executed on the magnetic resonance imaging device.
Уровень техникиState of the art
Магнитно-резонансные способы формирования изображения, использующие взаимодействие между магнитными полями и ядерными спинами для формирования двумерных или трехмерных изображений, широко используют в настоящее время, в частности, в области медицинской диагностики, поскольку для визуализации мягких тканей они превосходят по многим показателям другие способы визуализации, не требуют ионизирующего излучения и, как правило, являются неинвазивными.Magnetic resonance imaging methods that use the interaction between magnetic fields and nuclear spins to form two-dimensional or three-dimensional images are currently widely used, in particular in the field of medical diagnostics, since they are superior in many respects to other imaging methods for soft tissue imaging, do not require ionizing radiation and are generally non-invasive.
В соответствии с магнитно-резонансным способом в целом, объект, например, тело обследуемого пациента, располагают в сильном, однородном магнитном поле, направление которого в то же время определяет ось (обычно ось z) системы координат, на которой основано измерение. Магнитное поле создает различные энергетические уровни для отдельных ядерных спинов в зависимости от напряженности магнитного поля, которое может быть возбуждено (спиновый резонанс) за счет приложения переменного электромагнитного поля (радиочастотное (РЧ) поле) заданной частоты (так называемая ларморовская частота или магнитно-резонансная частота). С макроскопической точки зрения распределение отдельных ядерных спинов создает общую намагниченность, которую можно вывести из состояния равновесия за счет приложения электромагнитного импульса соответствующей частоты (радиочастотного (РЧ) импульса), так что намагниченность выполняет прецессионное движение вокруг оси z. Прецессионное движение описывает поверхность конуса, угол апертуры которого называется углом переворота (или т.н. флип-углом, от англ. flip angle). Величина угла переворота зависит от силы и длительности приложенного электромагнитного импульса. В случае так называемого 90°-ного импульса спины отклоняются от оси z в поперечную плоскость (угол переворота 90°).In accordance with the magnetic resonance method in general, an object, such as the body of the patient being examined, is placed in a strong, uniform magnetic field, the direction of which at the same time determines the axis (usually the z-axis) of the coordinate system on which the measurement is based. The magnetic field creates different energy levels for individual nuclear spins depending on the strength of the magnetic field, which can be excited (spin resonance) by applying an alternating electromagnetic field (radio frequency (RF) field) of a given frequency (the so-called Larmor frequency or magnetic resonance frequency ). From a macroscopic point of view, the distribution of individual nuclear spins creates an overall magnetization that can be brought out of equilibrium by the application of an electromagnetic pulse of the appropriate frequency (radio frequency (RF) pulse), so that the magnetization performs a precessional motion around the z-axis. The precessional motion describes the surface of a cone, the aperture angle of which is called the flip angle (or the so-called flip angle, from the English flip angle). The value of the flip angle 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 into the transverse plane (the flip angle is 90°).
После окончания РЧ импульса намагниченность возвращается в исходное состояние равновесия, в котором намагниченность в направлении z снова нарастает с первой постоянной времени T1 (время спин-решеточной или продольной релаксации), а в направлении перпендикулярном направлению z намагниченность релаксирует со второй постоянной времени T2 (время спин-спиновой или поперечной релаксации). Изменение намагниченности может быть обнаружено с помощью приемных радиочастотных катушек, которые расположены и ориентированы внутри исследуемого объема устройства МРТ таким образом, что изменение намагниченности измеряется в направлении, перпендикулярном оси z. Спад поперечной намагниченности сопровождается, например, после приложения 90°-ного импульса, с помощью перехода ядерных спинов (индуцированных локальными неоднородностями магнитного поля) из упорядоченного состояния с одной и той же фазой в состояние, в котором все фазовые углы распределены равномерно (дефазирование). Дефазирование может быть компенсировано, например, с помощью импульса перефокусировки (например, 180°-ного импульса). При этом в приемных катушках создается эхо-сигнал (спин-эхо).After the end of the RF pulse, the magnetization returns to the initial state of equilibrium, in which the magnetization in the z direction increases again with the first time constant T 1 (spin-lattice or longitudinal relaxation time), and in the direction perpendicular to the z direction, the magnetization relaxes with the second time constant T 2 ( spin-spin or transverse relaxation time). The change in magnetization can be detected using RF receiving coils that are positioned and oriented within the volume of the MRI device to be examined in such a way that the change in magnetization is measured in the direction perpendicular to the z-axis. The drop in the transverse magnetization is accompanied, for example, after the application of a 90° pulse, by the transition of nuclear spins (induced 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). The dephasing can be compensated for, for example, with a refocusing pulse (eg a 180° pulse). In this case, an echo signal (spin echo) is created in the receiving coils.
Для реализации пространственного разрешения в теле, градиенты постоянного магнитного поля, проходящие вдоль трех основных осей, накладываются на однородное магнитное поле, что приводит к линейной пространственной зависимости частоты спинового резонанса. Сигнал, улавливаемый приемными катушками, таким образом содержит компоненты различных частот, которые могут быть связаны с различными местами в теле. Данные сигнала, полученные через приемные катушки, соответствуют пространственному частотному домену и называются данными k-пространства. Набор данных k-пространства преобразуется в МР изображение с помощью алгоритма восстановления изображения.To realize spatial resolution in the body, constant magnetic field gradients along three main axes are superimposed on a uniform magnetic field, which leads to a linear spatial dependence of the spin resonance frequency. The signal picked up by the pickup coils thus contains components of different frequencies that can be associated with different locations in the body. The signal data received through the pickup coils corresponds to the spatial frequency domain and is referred to as k-space data. The k-space dataset is converted into an MR image using an image reconstruction algorithm.
Спиральная визуализация представляет собой быструю магнитно-резонансную визуализацию (томографию), преимущества которой заключаются в эффективном покрытии k-пространства и низкой чувствительности к артефактам потока. Однако недостатком является уязвимость по отношению к неоднородностям амплитуды основного магнитного поля В0, что вызывает размытость и ухудшение качества изображения. Степень неоднородности поля В0 масштабируется с напряженностью основного магнитного поля.Spiral imaging is a fast magnetic resonance imaging (tomography) that has the advantages of efficient k-space coverage and low sensitivity to flow artifacts. However, the disadvantage is the vulnerability to inhomogeneities in the amplitude of the main magnetic field In 0 that causes blurring and degradation of image quality. The degree of inhomogeneity of the field B 0 is scaled with the strength of the main magnetic field.
Способы устранения размытости для спиральной магнитно-резонансной томографии известны в данной области техники. Известно, например, получение серии карт поля B0 с использованием спиральной последовательности двойного эхо по спирали внутрь/вовне с различными временами эхо (см., например, Ahunbay et al., "Rapid method for deblurring spiral MR images" ("Быстрый способ устранения размытости спиральных МР изображений"), Magn. Reson. Med. 2000, vol. 44, pp. 491-494; Sutton et al., "Fast, iterative image reconstruction for MRI in the presence of field inhomogeneties" ("Быстрая итеративная реконструкция изображений для МРТ в присутствии неоднородностей поля"), IEEE Trans. Med. Imaging 2003, vol. 22, pp. 178-188; Nayak et al., "Efficient off-resonance correction for spiral imaging" ("Эффективная внерезонансная коррекция для спиральной визуализации"), Magn. Reson. Med. 2001, vol. 45, pp. 521-524).Methods for blurring for spiral magnetic resonance imaging are known in the art. It is known, for example, to obtain a series of maps of the B 0 field using an inward/outward spiral double echo sequence with different echo times (see, e.g., Ahunbay et al., "Rapid method for deblurring spiral MR images" blurring of spiral MR images"), Magn. Reson. Med. 2000, vol. 44, pp. 491-494; Sutton et al., "Fast, iterative image reconstruction for MRI in the presence of field inhomogeneties" images for MRI in the presence of field inhomogeneities"), IEEE Trans. Med. Imaging 2003, vol. 22, pp. 178-188; Nayak et al., "Efficient off-resonance correction for spiral imaging"("Effective off-resonance correction for spiral imaging"). imaging"), Magn. Reson. Med. 2001, vol. 45, pp. 521-524).
В случае сильных неоднородностей магнитного поля форма спиральных траекторий k-пространства в значительной степени отклоняется от теоретической формы спирали. Это показано на двухмерных диаграммах k-пространства на фиг. 2. На фиг. 2а показана "идеальная" спиральная траектория k-пространства, которая была бы получена при использовании синусоидальных градиентов магнитного поля в kx- и ky-направлениях в присутствии идеально однородного основного магнитного поля В0. На фиг. 2b, поле B0 является неоднородным с сильным градиентом в направлении x так, что визуализируемый объект "видит" траекторию k-пространства, которая существенно отклоняется от идеальной формы спирали. Следствием этого эффекта является то, что из центрального k-пространства практически не производят выборку пригодных для использования данных сигнала; kx=ky=0 даже не включается в искаженную траекторию взятия выборки. Полностью отсутствующие части данных k-пространства могут возникать в областях с большой неоднородностью поля B0. Аналогичные эффекты могут возникнуть в случае несовершенства градиентов магнитного поля.In the case of strong inhomogeneities of the magnetic field, the shape of the helical trajectories of k-space deviates to a large extent from the theoretical shape of the helix. This is shown in the 2D k-space diagrams in FIG. 2. In FIG. 2a shows an "ideal" k-space helical trajectory that would be obtained using sinusoidal magnetic field gradients in the k x and k y directions in the presence of a perfectly uniform main magnetic field B 0 . In FIG. 2b, the B 0 field is non-uniform with a strong gradient in the x direction such that the rendered object "sees" a k-space trajectory that deviates substantially from the ideal helix shape. The consequence of this effect is that practically no usable signal data is sampled from the central k-space; k x =k y =0 is not even included in the distorted sampling trajectory. Completely missing parts of the k-space data may occur in areas with a large inhomogeneity of the field B 0 . Similar effects can arise in the case of imperfect magnetic field gradients.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
На основе вышеизложенного легко понять, что существует потребность в улучшенной методике МРТ. Целью изобретения является преодоление вышеуказанных ограничений и обеспечение эффективной спиральной магнитно-резонансной томографии даже в ситуациях сильной неоднородности поля B0.Based on the foregoing, it is easy to understand that there is a need for an improved MRI technique. The aim of the invention is to overcome the above limitations and to provide efficient spiral magnetic resonance imaging even in situations of strong inhomogeneity of the field B 0 .
В соответствии с изобретением раскрыт способ магнитно-резонансной томографии объекта, расположенного в исследуемом объеме устройства магнитно-резонансной томографии. Способ включает в себя:In accordance with the invention, a method is disclosed for magnetic resonance imaging of an object located in the investigated volume of a magnetic resonance imaging device. The method includes:
- подвергание объекта воздействию визуализирующей последовательности, содержащей по меньшей мере один РЧ импульс возбуждения и синусоидально модулированные градиенты магнитного поля,exposing the object to an imaging sequence comprising at least one RF excitation pulse and sinusoidally modulated magnetic field gradients,
- получение МР сигналов вдоль двух или более спиральных траекторий k-пространства, заданных синусоидальной модуляцией градиентов магнитного поля, причем начала спиральных траекторий k-пространства смещены друг относительно друга, иreceiving MR signals along two or more k-space helical trajectories defined by sinusoidal modulation of magnetic field gradients, wherein the beginnings of the k-space helical trajectories are displaced relative to each other, and
- восстановление МР изображения на основе полученных МР сигналов.- reconstruction of the MR image based on the received MR signals.
Чтобы предотвратить потерю частей центрального k-пространства из спиральной выборки в неоднородных полях В0, в изобретении предложено применять две или более спиральных траекторий k-пространства для получения МР сигналов. Поскольку начала спиральных траекторий k-пространства смещены друг относительно друга, центральные точки спиралей не совпадают, и может быть достигнуто лучшее покрытие k-пространства в центральной области k-пространства, в которой спиральные траектории k-пространства накладываются друг на друга, даже если спирали сильно искажены неоднородностью поля B0 или несовершенствами градиента магнитного поля. Предпочтительно, чтобы начала всех спиральных траекторий k-пространства были смещены от начала k-пространства, отстояли на одинаковые расстояния и были симметрично расположены вокруг начала k-пространства. Таким образом, может быть достигнуто оптимальное взятие выборки в области вокруг центра k-пространства, по существу, во всех ситуациях неравномерности или несовершенств градиента поля B0, встречающихся на практике.To prevent loss of parts of the central k-space from the helical sample in non-uniform B 0 fields, the invention proposes to use two or more helical k-space trajectories to obtain MR signals. Since the beginnings of the k-space spiral paths are offset from each other, the central points of the spirals do not coincide, and a better coverage of k-space can be achieved in the central region of k-space in which the k-space spiral paths overlap each other, even if the spirals strongly overlap. distorted by the inhomogeneity of the field B 0 or imperfections in the magnetic field gradient. Preferably, the origins of all k-space helical trajectories are offset from the origin of k-space, spaced at equal distances, and symmetrically located around the origin of k-space. Thus, optimal sampling in the region around the center of k-space can be achieved in essentially all situations of non-uniformity or imperfections in the B 0 field gradient encountered in practice.
Как определено в рамках изобретения спиральная траектория k-пространства задана как кривая, которая поворачивает вокруг начала с постоянным увеличением или уменьшением расстояния. Это определение охватывает (среди прочего) спираль в трехмерном k-пространстве, такую как коническая спираль, которая наматывается вокруг оси, а также кривую в плоскости, которая наматывается вокруг неподвижной центральной точки на постоянно увеличивающемся или уменьшающемся расстоянии от центральной точки, т.е. спираль в двухмерном k-пространстве, где центральная точка является началом спирали.As defined within the scope of the invention, the k-space helical trajectory is defined as a curve that turns around the origin with a constant increase or decrease in distance. This definition covers (among other things) a spiral in 3D k-space, such as a conical spiral that winds around an axis, as well as a curve in a plane that winds around a fixed center point at an ever increasing or decreasing distance from the center point, i.e. a spiral in 2D k-space, where the center point is the beginning of the spiral.
В предпочтительном варианте осуществления карту поля B0 выводят на основе МР сигналов, полученных из центральной области k-пространства. Затем МР изображение может быть восстановлено с коррекцией неоднородности поля B0 на основе выведенной карты поля B0.In a preferred embodiment, the B 0 field map is derived based on the MR signals received from the central region of k-space. The MR image can then be reconstructed with B 0 field non-uniformity correction based on the derived B 0 field map.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления объект подвергают воздействию подготовительной последовательности перед визуализирующей последовательностью, при этом на основе МР сигналов, полученных во время подготовительной последовательности, выводят карту поля B0. Количество и/или расположение спиральных траекторий k-пространства в k-пространстве может быть также выбрано автоматически в зависимости от карты поля B0 для достижения оптимального покрытия центрального k-пространства. Чтобы избежать ненужного времени сканирования, степень неравномерности поля B0 может быть оценена автоматически с помощью соответствующего алгоритма, который решает, следует ли применять две или более спиральных траекторий, или достаточно использовать только одну спиральную траекторию k-пространства, как при обычной спиральной визуализации.In accordance with another preferred embodiment, the subject is exposed to a preparation sequence prior to the rendering sequence, wherein the B 0 field map is derived from the MR signals obtained during the preparation sequence. The number and/or arrangement of k-space helical trajectories in k-space can also be automatically selected depending on the map of the B 0 field to achieve optimal coverage of the central k-space. To avoid unnecessary scan time, the degree of unevenness of the B 0 field can be estimated automatically using an appropriate algorithm that decides whether two or more helical trajectories should be applied, or it is sufficient to use only one k-space helical trajectory, as in conventional helical imaging.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления МР сигналы получают в соответствии со схемой "стопка спиралей" (англ. stack-of-spirals). В известной трехмерной схеме сбора данных "стопка спиралей", применяют несколько пространственно неселективных или селективных по блокам РЧ возбуждений, каждое из которых сопровождается получением одного или нескольких МР сигналов. Несколько спиралей k-пространства располагают в различных положениях вдоль направления kz, осуществляют стандартное декартовое фазовое кодирование в направлении kz. В результате получается цилиндрическое покрытие k-пространства, состоящее из стопки дисков ("стопки спиралей"). Технически это реализовано путем генерации градиентов магнитного поля в плоскостных направлениях спиралей k-пространства с помощью синусоидальной модуляции амплитуд градиентов. В соответствии с изобретением, получают спиральные траектории k-пространства, которые смещены друг относительно друга. В стопку спиралей входят несколько спиралей, которые не центрированы вокруг оси kz (kx=ky=0) в данном варианте осуществления. Смещение от оси kz может варьироваться от одной спирали k-пространства к другой спирали k-пространства в стопке.In another preferred embodiment, MR signals are obtained in accordance with the "stack of spirals" scheme (eng. stack-of-spirals). In the well-known 3D "stack of helix" data acquisition scheme, several spatially non-selective or block-selective RF excitations are used, each of which is accompanied by the acquisition of one or more MR signals. Several k-space helixes are placed in different positions along the k z direction, standard Cartesian phase encoding is carried out in the k z direction. The result is a cylindrical covering of k-space, consisting of a stack of disks ("a stack of spirals"). Technically, this is implemented by generating magnetic field gradients in the planar directions of the k-space spirals using sinusoidal modulation of the gradient amplitudes. According to the invention, k-space helical trajectories are obtained which are offset from each other. The spiral stack includes several spirals that are not centered around the k z axis (k x =k y =0) in this embodiment. The offset from the k z axis can vary from one k-space helix to another k-space helix in the stack.
МР сигналы могут быть получены, например, в виде сигналов спада свободной индукции (FID, от англ. free induction decay) сразу после излучения соответствующего РЧ импульса возбуждения. МР сигналы могут также быть получены в виде спиновых эхо-сигналов или в виде градиентных эхо-сигналов.MR signals can be obtained, for example, in the form of free induction decay signals (FID, from the English. free induction decay) immediately after the emission of the corresponding RF excitation pulse. MR signals may also be obtained as spin echoes or as gradient echoes.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, МР сигналы получают в два и более различных времени эхо, при этом на этапе восстановления МР изображения происходит разделение сигнальных вкладов протонов воды и протонов жира. В этом варианте осуществления способ в соответствии с изобретением применяют в комбинации с разделением воды и жира по Диксону. С помощью диксоновской магнитно-резонансной томографии или диксоновской водяно-жировой магнитно-резонансной томографии разделение воды и жира достигается путем расчета вкладов воды и жира из двух или более соответствующих спиралей, полученных в разные времена эхо. В целом, такое разделение возможно благодаря известной разнице частот прецессии водорода в жире и воде. В простейшем виде изображения воды и жира генерируются путем добавления или вычитания "синфазных" и "несинфазных" наборов данных. Однако в последние годы было предложено несколько способов МРТ диксоновского типа. Помимо различных стратегий для разделения воды и жира, известные методики в основном характеризуются определенным количеством получаемых эхо-сигналов (или "точек") и ограничениями, которые они накладывают на используемые времена эхо. Обычные двух- и трехточечные способы требуют синфазных и противофазных времен эхо, при которых сигналы от воды и жира параллельны и антипараллельны в комплексной плоскости, соответственно. Трехточечные способы были постепенно обобщены, чтобы обеспечить гибкие времена эхо. Из диксоновских наборов данных также может быть извлечена карта поля B0, так как для правильного разделения воды и жира при наличии неоднородности поля B0 требуется точное знание распределения поля. В соответствии с изобретением выборку в k-пространстве проводят два или более раз в областях, в которых две или более спиральных траекторий k-пространства накладываются друг на друга, при этом момент времени спирального сбора данных в k-пространстве может быть выбран таким образом, что заданное положение в k-пространстве проходят два или более раз, причем каждый раз с различным (эффективным) временем эхо. Это позволяет применять вышеупомянутую методику Диксона для разделения сигнальных вкладов от протонов воды и протонов жира.According to a preferred embodiment of the invention, MR signals are acquired at two or more different echo times, with the MR image reconstruction step separating the signal contributions of water protons and fat protons. In this embodiment, the method according to the invention is used in combination with Dixon water-fat separation. With Dixon magnetic resonance imaging or Dixon water-fat magnetic resonance imaging, the separation of water and fat is achieved by calculating the contributions of water and fat from two or more corresponding spirals obtained at different echo times. In general, such a separation is possible due to the well-known difference in hydrogen precession frequencies in fat and water. In its simplest form, water and fat images are generated by adding or subtracting "in-phase" and "out-of-phase" datasets. However, in recent years, several methods of Dixon-type MRI have been proposed. In addition to various strategies for separating water and fat, known techniques are generally characterized by the number of echoes (or "points") obtained and the limitations they place on the echo times used. Conventional 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 modes have been gradually generalized to provide flexible echo times. A map of the B 0 field can also be extracted from Dixon datasets, since accurate knowledge of the field distribution is required to properly separate water and fat in the presence of B 0 field heterogeneity. According to the invention, k-space sampling is carried out two or more times in regions where two or more k-space helical trajectories overlap, wherein the k-space helical acquisition time point can be chosen such that a given position in k-space is passed two or more times, each time with a different (effective) echo time. This allows the aforementioned Dixon technique to be applied to separate signal contributions from water protons and fat protons.
Раскрытый в настоящем документе способ в соответствии с изобретением может быть реализован с помощью устройства магнитно-резонансной томографии (МРТ), включающего в себя по меньшей мере одну основную магнитную катушку для генерирования однородного статического магнитного поля внутри исследуемого объема, несколько градиентных катушек для генерирования коммутируемых градиентов магнитного поля в различных пространственных направлениях внутри исследуемого объема, по меньшей мере одну РЧ катушку для генерирования РЧ импульсов внутри исследуемого объема и/или для приема МР сигналов от объекта, расположенного в исследуемом объеме, блок управления для управления временной последовательностью РЧ импульсов и коммутируемых градиентов магнитного поля, блок восстановления для восстановления МР изображения на основе полученных МР сигналов. Способ согласно изобретению может быть реализован, например, путем соответствующего программирования блока восстановления и/или блока управления устройства МРТ.The method disclosed herein in accordance with the invention can be implemented using a magnetic resonance imaging (MRI) device, including at least one main magnetic coil for generating a uniform static magnetic field inside the study volume, several gradient coils for generating switched gradients magnetic field in different spatial directions inside the test volume, at least one RF coil for generating RF pulses inside the test volume and / or for receiving MR signals from an object located in the test volume, a control unit for controlling the time sequence of RF pulses and switched magnetic gradients fields, a reconstruction unit for reconstructing an MR image based on the received MR signals. The method according to the invention can be implemented, for example, by appropriate programming of the recovery unit and/or the control unit of the MRI device.
Способ согласно изобретению может быть успешно реализован в большинстве устройств МРТ, используемых в настоящее время в клинической практике. Для этого просто необходимо использовать компьютерную программу, с помощью которой устройство МРТ управляется таким образом, чтобы оно выполняло описанные выше этапы способа согласно изобретению. Компьютерная программа может присутствовать либо на носителе данных, либо в сети передачи данных, с целью загрузки для установки в блок управления устройства МРТ.The method according to the invention can be successfully implemented in most MRI devices currently used in clinical practice. To do this, it is simply necessary to use a computer program with which the MRI device is controlled in such a way that it performs the above-described steps of the method according to the invention. The computer program may be present either on a storage medium or on a data network for the purpose of being downloaded for installation in the control unit of the MRI device.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Прилагаемые чертежи раскрывают предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Однако следует понимать, что чертежи предназначены только для целей иллюстрирования, но не для задания границ изобретения.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 to define the scope of the invention.
На фиг. 1 показано устройство МРТ для осуществления способа согласно изобретению;In FIG. 1 shows an MRI device for carrying out the method according to the invention;
На фиг. 2 показана схема k-пространства, иллюстрирующая "идеальную" спиральную траекторию (a) k-пространства и искаженную спираль (b) k-пространства в присутствии неоднородности основного магнитного поля;In FIG. 2 is a k-space diagram illustrating an "ideal" k-space helical trajectory (a) and a distorted k-space helix (b) in the presence of a main magnetic field inhomogeneity;
На фиг. 3 представлена схема k-пространства, иллюстрирующая подход согласно изобретению.In FIG. 3 is a k-space diagram illustrating the approach of the invention.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
На фиг. 1 схематически показано устройство 1 магнитно-резонансной томографии (МРТ). Устройство содержит сверхпроводящие или резистивные основные магнитные катушки 2, так что вдоль оси z через исследуемый объем создается по существу однородное, постоянное во времени основное магнитное поле.In FIG. 1 schematically shows a magnetic resonance imaging (MRI)
Система генерирования и управления магнитным резонансом подает серию РЧ импульсов и коммутируемых градиентов магнитного поля для инверсии или возбуждения ядерных магнитных спинов, индукции магнитного резонанса, перефокусировки магнитного резонанса, управления магнитным резонансом, пространственного и иного кодирования магнитного резонанса, насыщения спинов и тому подобное для выполнения МР визуализации (томографии).The magnetic resonance generation and control system supplies a series of RF pulses and switched magnetic field gradients to invert or excite nuclear magnetic spins, induce magnetic resonance, refocus magnetic resonance, control magnetic resonance, spatially and otherwise encode magnetic resonance, saturate spins, and the like to perform MR imaging (tomography).
Более конкретно, градиентный импульсный усилитель 3 прикладывает импульсы тока к выбранным градиентным катушкам 4, 5 и 6 для всего тела по осям x, y и z исследуемого объема. Цифровой РЧ передатчик 7 передает РЧ импульсы или пакеты импульсов через переключатель 8 передачи/приема на объемную РЧ катушку 9 для всего тела для передачи РЧ импульсов в исследуемый объем. Типичная МР визуализирующая последовательность состоит из пакета РЧ импульсных сегментов короткой продолжительности, которые вместе взятые друг с другом и любыми приложенными градиентами магнитного поля достигают выбранного управления ядерным магнитным резонансом. РЧ импульсы используются для насыщения, возбуждения резонанса, инверсии намагниченности, перефокусировки резонанса, или управления резонансом и выбора части тела 10, расположенной в исследуемом объеме. Объемная РЧ катушка 9 для всего тела также улавливает МР сигналы.More specifically, the
Для формирования МР изображений ограниченных областей тела 10 набор РЧ катушек 11, 12, 13 локального массива размещают смежно с областью, выбранной для визуализации. Катушки 11, 12, 13 массива могут быть использованы для приема МР сигналов, индуцированных РЧ передачами катушек для тела.To form MR images of limited areas of the
Полученные МР сигналы улавливают с помощью объемной РЧ катушки 9 для всего тела и/или с помощью РЧ катушек 11, 12, 13 массива и демодулируют с помощью приемника 14, предпочтительно включающим в себя предусилитель (не показан). Приемник 14 соединен с РЧ катушками 9, 11, 12 и 13 через переключатель 8 передачи/приема.The received MR signals are picked up by the whole body
Главный компьютер 15 управляет градиентным импульсным усилителем 3 и передатчиком 7 для генерирования любого из множества МР визуализирующих последовательностей, таких как эхо-планарная визуализация (EPI), объемная эхо визуализация, градиентная и спиновая эхо визуализация, быстрая спиновая эхо (TSE) визуализация и т.п. для получения МР сигналов по спиральным траекториям k-пространства в соответствии с изобретением. Для выбранной последовательности приемник 14 получает одно или множество МР данных вдоль соответствующих траекторий k-пространства в быстрой последовательности после каждого РЧ импульса возбуждения. Система 16 сбора данных выполняет аналого-цифровое преобразование полученных сигналов и преобразует каждый МР сигнал в цифровой формат, пригодный для дальнейшей обработки. В современных устройствах МРТ система 16 сбора данных представляет собой отдельный компьютер, который специализируется на сборе необработанных данных изображения.The
В конечном итоге, цифровые необработанные данные изображения восстанавливают в представление изображения с помощью процессора 17 восстановления, который применяет преобразование Фурье или другие соответствующие алгоритмы восстановления. МР изображение может представлять собой плоскостной срез пациента, массив параллельных плоскостных срезов, трехмерный объем и тому подобное. Изображение затем сохраняют в памяти изображения, в которой к нему можно получить доступ для преобразования срезов, проекций или других частей представления изображения в подходящий формат для визуализации, например, с помощью видеомонитора 18, который обеспечивает удобочитаемое отображение результирующего МР изображения.Ultimately, the digital raw image data is reconstructed into an image representation by a
Устройство 1 МРТ организовано, например, путем соответствующего программирования главного компьютера 15 и процессора 17 восстановления, для выполнения способа визуализации согласно изобретению, как раскрыто в настоящем документе выше и ниже.The
На фиг. 1 и также на фиг. 3 представлен вариант осуществления подхода визуализации в соответствии с изобретением.In FIG. 1 and also in FIG. 3 shows an embodiment of an imaging approach in accordance with the invention.
На фиг. 3 показана стратегия спирального сбора данных в соответствии с изобретением. В изобретении предложено применять несколько спиральных траекторий k-пространства для получения МР сигналов, чтобы предотвратить потерю частей центрального k-пространства из спиральной выборки в неоднородных полях В0 (как на фиг. 2b). В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, для двухмерного сканирования используют три спирали 31, 32, 33 k-пространства с несовпадающими центральными точками (началами) с симметричным расположением вокруг центра k-пространства (kx=ky=0). Для трехмерного сканирования необходимо использовать четыре трехмерные спирали, оси которых расположены, например, тетраэдрическим образом. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, гарантируется, что данные сигнала фактически получают (или что выборку производят) в треугольнике, образованном тремя центральными точками спиралей 31, 32, 33, что позволяет осуществить восстановление области с высокой неоднородностью поля B0 по меньшей мере с низким разрешением.In FIG. 3 shows a spiral data acquisition strategy in accordance with the invention. The invention proposes to use multiple helical k-space trajectories to obtain MR signals in order to prevent the loss of parts of the central k-space from the helical sample in non-uniform B 0 fields (as in Fig. 2b). In the embodiment shown in FIG. 3, three
Claims (25)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP18161385.2 | 2018-03-13 | ||
EP18161385.2A EP3540453A1 (en) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | Mr imaging with spiral acquisition |
PCT/EP2019/055371 WO2019174964A1 (en) | 2018-03-13 | 2019-03-05 | Mr imaging with spiral acquisition |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020133466A RU2020133466A (en) | 2022-04-13 |
RU2785553C2 true RU2785553C2 (en) | 2022-12-08 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6281681B1 (en) * | 1999-01-28 | 2001-08-28 | General Electric Company | Magnetic resonance imaging with interleaved Fibonacci spiral scanning |
RU2575135C2 (en) * | 2010-12-22 | 2016-02-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Rapid parallel reconstruction for arbitrary k-space trajectories |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6281681B1 (en) * | 1999-01-28 | 2001-08-28 | General Electric Company | Magnetic resonance imaging with interleaved Fibonacci spiral scanning |
RU2575135C2 (en) * | 2010-12-22 | 2016-02-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Rapid parallel reconstruction for arbitrary k-space trajectories |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Jiazheng Wang ET AL: "Single shot three-dimensional pulse sequence for hyperpolarized 13C MRI", MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE, vol. 77, no. 2, 24 February 2016 (2016-02-24), pages 740-752, XP055502244, US ISSN: 0740-3194. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2523687C2 (en) | Magnetic resonance tomography using parallel signal receipt | |
US10234522B2 (en) | MR imaging with dixon-type water/fat separation | |
EP3191862B1 (en) | Zero echo time mr imaging | |
CN107592912B (en) | Parallel MR imaging with RF coil sensitivity mapping | |
CN107810425B (en) | Eliminating non-T2Weighting the T of the signal contribution2Weighted MR imaging | |
JP7209007B2 (en) | MR imaging by spiral acquisition | |
EP3447517A1 (en) | Dixon-type water/fat separation mr imaging | |
WO2018114554A1 (en) | Dixon-type water/fat separation mr imaging | |
RU2785553C2 (en) | Magnetic resonance imaging with spiral data collection | |
US11360172B2 (en) | Zero echo time MR imaging with water-fat separation | |
EP3185029A1 (en) | Mr imaging using propeller acquisition with t2 decay correction | |
US11959986B2 (en) | MR imaging with spiral acquisition | |
US10379184B2 (en) | Quiet MR imaging | |
US11639980B2 (en) | Multi-echo MR imaging with spiral acquisition | |
EP3995847A1 (en) | Mr imaging with spiral acquisition | |
US20230400545A1 (en) | Spin echo mr imaging with spiral acquisition | |
EP4012434A1 (en) | Dixon-type water/fat separation mr imaging | |
CN114402214A (en) | Dixon-type water/fat separation MR imaging | |
CN113939748A (en) | Efficient self-refocusing zero-echo time MR imaging | |
WO2016124397A1 (en) | Mr imaging with b1 mapping |