波譜磁共振成像的製作方法

2023-06-24 10:06:21 1

專利名稱：波譜磁共振成像的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對放在檢査容積中的身體進行磁共振成像的設備。
此外，本發明涉及一種MR成像方法以及涉及一種用於MR設備的計 算機程序。
背景技術：
在磁共振成像(MRI)中，將包括RF脈衝的脈衝序列和經轉換的磁場梯 度施加於放置在MR設備的檢查容積中均勻磁場內的對象(病人)。通過這種 方式，產生了相位編碼的磁共振信號，藉助於RF接收天線對其進行掃描， 以便從對象獲得信息並且重建其圖像。自從其發展伊始，臨床相關領域的 MRI應用數目得以巨幅增長。可以將MRI應用到身體的幾乎每個部分，可 以將其用於獲得有關人體多個重要功能的信息。在MRI掃描期間採用的脈 衝序列在確定重建圖像的特徵方面起關鍵作用，這些特徵諸如對象中的定 位和定向、維度、解析度、信噪比、對比度、運動靈敏度等等。MRI設備 的操作員必須選擇適當的序列，並且必須針對相關應用調整並優化其參數。
最近幾年所謂分子成像及診斷(MID)快速發展。有些時候將MID定義 為採用特定分子進行圖像對比以及診斷。該定義指的是人體對象中細胞 的活體測量和表徵以及分子級的處理；分析生物分子以屏幕顯示、診斷以 及監視人體健康狀態；以及對潛在風險的評估。分子成像的重要前提條件 是對分子對象以及基因表達的成像能力。
此時，MR成像已被認為是分子成像方面最有希望的形式之一。因此， 在MID對於屏幕顯示、耙向給藥以及治療評價的臨床使用中，MR成像有 望扮演重要角色。最近，高敏感度造影劑的使用使對分子對象及基因表示 的MR成像成為可能。如上所述，MRI可以以不錯的空間解析度來顯現解 剖結構，可以將其用於所有的人體區域，並且將會實現可再生且定量的成 像。也可以將其用於血管內以及針孔圖像引導式給藥。MR可以部分地確定分子信息，例如通過波譜進行確定。
在該上下文中，主要是要注意到，特別是WFMRI在MID領域以及藥 物研究中具有很高潛力。19F MRI允許對納米粒子以及氟化(抗癌)藥物的直 接定量，其中可以將這些納米粒子用作MID中的造影劑。然而，由具有約 100 ppm位移範圍的19F核自旋的多線波譜所引起的強的化學位移失真常會 使19F MRI及造影劑定量變得複雜。該問題同樣也出現在類似31P或23Na 的其它核的MRI中。有很多本領域內已知的方法來對付這些問題，諸如線 飽和或線選擇方法、化學位移編碼技術或特定的去巻積和迭代重建方法。 但這些已知方法通常都會導致SNR(信噪比)顯著降低、成像時間顯著提高和 /或在圖像重建期間需要進行複雜且潛在不穩定的計算。
US 5,528,145公開了一種高速波譜MRI方法。在該已知方法中，藉助 於使用具有一系列等距離的回波時間值的時間編碼方案的成像序列，來產 生並獲取磁共振信號。結果，為重建圖像的每個像素或體素獲得化學位移 波譜。將已知方法的測量帶寬選為小於要成像的核素的波譜中兩條線之間 的最大頻率差。為了減少成像時間，利用了混疊效應。此外，通過已知技 術能夠獨立設定空間解析度和波譜帶寬。
涉及波譜的已知方法提供了每個體素或像素位置的全部波譜信息，但 沒有提供上述與具有強化學位移的核的MRI相關的MID特有問題的相關解 決方案。在MID中，通常需要一幅單獨的自旋密度圖像來確定局部造影劑 濃度。在使用MRI的一種典型MID應用中，不是預先已知了所用造影劑的 波譜並且該波譜在所有生物有關環境中都不變，就是預先已知了化學位移 變化的範圍(例如，在預定生理活動情況下一條線出現或消失)。與已知方法 相比，為了能定量地確定被檢查體內造影劑的分布，MID應用要求最優的 SNR。
因此，很容易就能認識到需要有一種用於磁共振成像的改進設備，其 提供了用於確定造影劑分布的最大SNR並且在時間上是高效的。因此，本 發明的一個目標是提供一種能以顯著減少由強化學位移失真造成的複雜度 進行成像的MR設備。本發明的另一個目標是提供一種MR設備，其能夠 有力克服可能的類似BQ不均勻的系統不完整性。

發明內容
根據本發明，公開了 一種用於對放在檢査容積中的身體進行磁共振成 像的MR設備，其包括用於在檢査容積中建立基本上均勻的主磁場的裝 置；用於產生疊加在主磁場上的經轉換的磁場梯度的裝置；用於向該身體 進行RF脈衝輻射的裝置;用於控制磁場梯度以及RF脈衝生成的控制裝置； 用於接收並對磁共振信號進行採樣的裝置；以及用於從信號採樣形成MR 圖像的重建裝置。根據本發明，該設備被設置為
a) 通過使用多個時間編碼回波時間值(time-encoding echo time value) 對該身體的至少一部分施加MR成像脈衝序列，從具有兩個或多個波譜線 的核自旋素(nuclear spin species)中產生一系列MR回波信號；
b) 獲取MR回波信號，以便從中重建一系列時間編碼的MR圖像，每 個時間編碼的MR圖像與一個時間編碼回波時間值相關聯，
c) 疊加MR圖像，以獲得最終圖像。
本發明的MR設備被設置為使用特定數量的時間編碼回波時間值獲取 一系列MR圖像。對於圖像獲取來說，可以在多次獨立掃描中記錄時間編 碼的MR信號，或者可以使用回波平面(EPI)序列的多個回波。本發明的一 個重要特點是例如通過計算每個像素或體素的複合總和(complex sum), 對來自該圖像序列的相應MR圖像進行疊加。通過這種方式，使得SNR最 大化，這是因為各核自旋素的所有波譜線都是同時成像的並對最終圖像產 生貢獻。最終MR圖像的圖像強度實現了對在所檢查身體內的造影劑分布 的可靠確定。
優選地，在步驟c)之前將時間編碼的圖像在每個像素或體素的時間編 碼方向上變換為波譜域中的一系列MR圖像(例如，藉助於常規的傅立葉變 換)。通過這種方式，可以實現所成像的核自旋素的不同波譜分量的分離。 這就有可能在在步驟a)中應用時間編碼方案，以使得核自旋素的每條波譜 線都被唯一性地映射到所述一系列波譜域MR圖像之中的一個MR圖像。 結果產生的圖像數據集包含用於所成像的核自旋素的所有相應波譜線的獨 立MR圖像。每個中間波譜域MR圖像都根據各自的化學位移值，在所應 用的成像脈衝序列的頻率編碼方向中呈現位置位移。通過在步驟c)的疊加 之前在相應的方向中進行每個波譜域MR圖像的平移，可以補償該位移。該平移距離與所成像的核自旋素的(已知)波譜的各個波譜線的頻率成正比。 結果，在對波譜域圖像進行疊加之後，在最終圖像中不存在位移失真。在
圖像的複合疊加之前，可以使用來自MR系統以前的頻率響應校準測量進 行相位校正。
在該上下文中，必須注意，本發明的另一個重要方面是對於MR設備 主磁場不均勻性的魯棒性。通過波譜分量的以像素或體素為單位的分離來 實現該魯棒性。即使在很強的局部不均勻性的情況下，在波譜域MR圖像 上的、所成像的核自旋素的已知波譜的波譜線的分布也允許確定局部偏共 振。通過在時間編碼方向中的相應移位，可以補償該偏共振。
在本發明的應用實施例中，使用多個等距離的時間編碼回波時間值， 來生成所述一系列時間編碼的MR圖像。優選地，應用快速傅立葉變換來 生成波譜域的中間圖像序列。優選的，可以選擇時間編碼增量，以使得該 獲取中的波譜寬度小於核自旋素的波譜線之間的最大頻率差。以這種方式， 通過利用混淆效應，最小化對於覆蓋全部化學位移範圍所必需的編碼步驟 的數目。根據本發明，通常被認為在光譜成像中有害的混淆現象有助於減 少掃描時間。結果，本發明在最小掃描時間上提供了最佳SNR，並且還提 供了對化學移位失真的有效移除。為了確保將核自旋素的波譜線無重疊地 映射到所述一系列中間波譜域MR圖像，時間編碼增量的數量應該大於或 者至少等於己知波譜中波譜線的數量。
還可以將本發明的設備進一步配置為從所獲取的MR回波信號中計算 核自旋素化學位移波譜中的變化。以這種方式，為了分子成像的目的，例 如，為了對如同波譜中已知在特定生理事件情況下出現或消失的線的化學 移位變化進行追蹤，可以從所成像的核自旋素獲得波譜信息。
本發明不僅涉及設備，還涉及用於對放置在MR設備檢査容積中的身 體的至少一部分進行磁共振成像的方法。該方法包括下列步驟
a) 通過使用多個時間編碼回波時間值對該身體的至少一部分施加MR 成像脈衝序列，從具有兩個或多個波譜線的核自旋素(nuclear spin species) 中產生一系列MR信號；
b) 獲取MR回波信號，以便從中重建一系列時間編碼的MR圖像，每 個時間編碼的MR圖像與一個時間編碼回波時間值相關聯，c)疊加MR圖像，以獲得最終圖像。
可以在當前磁共振掃描儀的控制的臨床應用中的任何公共計算機硬體 上有利地實現適合於執行本發明的成像過程的電腦程式。可以在諸如 CD-ROM或磁碟的合適的數據載體上提供該電腦程式。可替換地，用戶 還可以從網際網路伺服器下載該電腦程式。


附圖公開了本發明的優選實施例。然而，應該理解，附圖僅僅為了舉 例說明而不是作為定義本發明的限制而設計的。在附圖中 圖1示出了根據本發明的MR掃描儀； 圖2示出了本發明的方法的流程圖； 圖3示出了對本發明方法的編碼方案進行說明的圖。
具體實施例方式
在圖1中，將根據本發明的MR成像設備表示為方框圖。設備1包括 用於生成穩定和均勻的主磁場的一組主磁線圈2，以及用於添加具有可控制 強度並且在所選擇的方向中具有梯度的附加磁場的3組梯度線圈3、 4和5。 按照慣例，將主磁場的方向標記為z方向，與其垂直的兩個方向是x和y 方向。經由電源11給梯度線圈3、 4和5通電。成像設備1還包括用於將 射頻(RF)脈衝發射到身體7的RF發送天線6。為了生成並且對RF脈衝進 行調製，將天線6耦合到調製器9。同時提供的是用於接收MR信號的接收 機，該接收機可以與發射天線6是同一個或者是獨立的。如圖1中所示， 如果發射天線6和接收機在物理上是同一個天線，那麼就配置發送-接收開 關8，以便將所接收的信號與將要發射的脈衝分離。將所接收的MR信號輸 入解調器10。通過控制系統12對用於梯度線圈3、 4和5的發送-接收開關 8、調製器9和電源11進行控制。控制系統12對饋送到天線6的RF信號 的相位和幅度進行控制。控制系統12通常是具有存儲器和程序控制的微計 算機。為了將所接收的信號轉換成例如可以在視覺顯示單元15上可視的圖 像，將解調器IO耦合到諸如計算機的重建裝置14。對於本發明的實際實現， MR設備1包括用於執行上述方法的程序。圖2將本發明的方法說明為流程圖。在第一步驟16中，確定用於從核 自旋素獲取時間編碼的MR圖像的最佳波譜解析度和帶寬，該核自旋素具 有已知的多線波譜(例如，包含19F、 31P或23Na的造影劑的波譜)。以由回波 時間增量ATE所分離的N個等距離的回波時間值取得一系列N個時間編 碼的圖像。由BW-1/ATE給出波譜帶寬BW，而通過Af-l/(NATE)確定 波譜解析度Af。對於所成像的核自旋素的已知MR波譜，如在圖3中所說 明的，可以將波譜解析度Af和帶寬BW確定為使得每條共振線與該獲取中 的N個波譜窗之一相符合。根據本發明，可以選擇時間編碼增量ATE，以 使得該獲取中的波譜帶寬BW小于波譜線之間的最大頻率差。在該情況下， 出現混淆現象，並且在帶寬BW之外的化學移位分量& (i = 1, 2， 3， ...， 8)折 進(fold back)編碼的波譜區域內。在步驟16中對波譜解析度進行調整，以 使得將這些波譜線中的每一條投影到空的波譜窗Wj而不覆蓋其它波譜分量 5i。在掃描時間的理想情況下，回波時間增量的數量N等於共振線的數量。 因此，不獲取僅包含噪聲但不包含信號的波譜窗Wi，因此提供了最佳編碼 方案。必須注意，只要波譜窗Wi的寬度Af超過各個波譜分量的線寬，在 長時間編碼回波時間上的丁2或T,放鬆(relaxation)就是無害的。由1/(2兀 TV")給出了線寬(假定是Lorentz線型)。在步驟17中，使用在步驟16中確 定的時間編碼方案，進行一系列N個時間編碼的MR圖像的實際獲取和重 建。對於圖像獲取而言，在多次獨立掃描中記錄一系列時間編碼的MR回 波信號，或者使用回波平面(EPI)序列的多個等距離回波。同樣，在步驟17 中，在時間編碼方向上對圖像數據集執行以像素為單位的傅立葉變換。結 果所得的數據集包含了用於所成像的核素的波譜中每條線的單獨的MR圖 像。這些圖像中的每個都呈現出了沿著所採用的成像脈衝序列的頻率編碼 方向的、位置上的位移。在步驟18中，通過每個圖像在相應方向上的子像 素平移(例如，通過應用傅立葉移位理論)對該化學移位進行補償。由A[像 素]-Si/PBW給出該平移距離A，其中，PBW是該圖像獲取中的像素帶寬。 在用於對準的步驟18之後，由於由MR成像系統的頻率響應和成像脈衝序 列參數所給出的相位差異，所以必須在步驟19中對圖像進行重新定相。對 於給定的MR裝置和成像序列，在校準掃描中確定用於相位校正的參數。 最後，在步驟20中，通過為每個像素或體素計算複合總和，來插入中間的對準的MR圖像。在結果所得的最終圖像中，對來自所有波譜線的信號貢 獻求和，以使得SNR最大化。最終圖像中的強度分布使得能夠對所檢査身 體中所成像的核自旋素的分布進行定量評估，這是例如用於MID中相應造 影劑的定量的重要先決條件。
權利要求
1、一種用於對放置在檢查容積中的身體(7)進行磁共振成像的設備，所述設備(1)包括用於在所述檢查容積內建立基本均勻的主磁場的模塊(2)；用於生成疊加到所述主磁場上的經轉換的磁場梯度的模塊(3，4，5)；用於向所述身體(7)輻射RF脈衝的模塊(6)；用於對所述磁場梯度和所述RF脈衝的生成進行控制的控制模塊(12)；用於對磁共振信號進行接收和採樣的模塊(10)；以及用於從所述信號採樣中形成MR圖像的重建模塊(14)；所述設備(1)被配置為a)通過使用多個時間編碼回波時間值對所述身體(7)的至少一部分施加MR成像脈衝序列，從具有兩條或多條波譜線的核自旋素產生一系列MR回波信號；b)獲取所述MR回波信號，用於從中重建一系列時間編碼的MR圖像，每個時間編碼的MR圖像與一個所述時間編碼回波時間值相關聯；c)疊加所述MR圖像，以獲得最終圖像。
2、 如權利要求l所述的設備，其中，所述設備進一步被配置為在步 驟c)之前，將所述一系列時間編碼的MR圖像在逐個像素或者逐個體素的 基礎上變換成一系列波譜域MR圖像。
3、 如權利要求2所述的設備，其中，所述設備被配置為在步驟a)中 應用時間編碼方案，以使得所述核自旋素的每條波譜線都被唯一性地映射 到所述一系列波譜域MR圖像之中的一個MR圖像。
4、 如權利要求2或3所述的設備，其中，所述設備進一步被配置為， 在步驟c)中疊加之前，以與對應於各個所述波譜域MR圖像的所述波譜線 的頻率成正比的平移距離對每個波譜域MR圖像進行平移。
5、 如權利要求l-4中的任何一個所述的設備，其中，所述設備進一步 被配置為，使用多個等距離的時間編碼回波時間值生成所述一序列時間編 碼的MR圖像。
6、 如權利要求5所述的設備，其中，所述設備進一步被配置為，計算 時間編碼增量，以使得所述獲取中的波譜帶寬小於所述核自旋素的所述波 譜線之間的最大頻率差。
7、 如權利要求5或6所述的設備，其中，所述設備進一步被配置為應 用大於或者等於所述核自旋素的波譜線的數量的多個時間編碼增量。
8、 如權利要求1至7中的任何一個所述的設備，其中，所述設備被配 置為，根據所述所獲取的MR回波信號來計算所述核自旋素的化學平移波 譜中的變化。
9、 用於對放置在MR設備的檢査容積中的身體的至少一部分進行MR成像的方法，所述方法包括下列步驟a) 通過使用多個時間編碼回波時間值對所述身體(7)的至少一部分施 加MR成像脈衝序列，從具有兩條或多條波譜線的核自旋素產生一系列MR 信號；b) 獲取所述MR回波信號，用於從中重建一系列時間編碼的MR圖像， 每個時間編碼的MR圖像與一個所述時間編碼回波時間值相關聯；c) 疊加所述MR圖像，以獲得最終圖像。
10、 如權利要求9所述的方法，其中，在步驟c)之前，將所述一系列 時間編碼的MR圖像在逐個像素或者逐個體素的基礎上變換成一系列波譜 域MR圖像。
11、 如權利要求IO所述的方法，其中，在步驟a)中應用時間編碼方案， 以使得所述核自旋素的每條波譜線都被唯一性地映射到所述一系列波譜域MR圖像之中的一個MR圖像。
12、 如權利要求10或11所述的方法，其中，在步驟c)中疊加之前， 以與對應於各個所述波譜域MR圖像的所述波譜線的頻率成正比的平移距 離對每個波譜域MR圖像進行平移。
13、 如權利要求9-12中任一項所述的方法，其中，使用多個等距離的 時間編碼回波時間值生成所述一序列時間編碼的MR圖像，選擇時間編碼 增量，使得所述獲取中的帶寬小於所述核自旋素的所述波譜線之間的最大頻率 差；以及時間編碼增量的數量大於或者等於所述核自旋素的波譜線的數量。
14、 用於MR設備的電腦程式，包括用於下列操作的指令-a) 使用多個時間編碼回波時間值生成MR成像脈衝序列；b) 獲取時間編碼的.MR信號，用於從中重建一系列時間編碼的MR圖 像，每個時間編碼的MR圖像與一個所述時間編碼回波時間值相關聯；c) 疊加所述MR圖像，以獲得最終圖像。
15、 如權利要求14所述的電腦程式，還包括用於下列操作的指令 在步驟c)之前將所述一系列時間編碼的MR圖像在逐個像素或者逐個體素 的基礎上變換成一系列波譜域MR圖像。
16、 如權利要求15所述的電腦程式，還包括用於下列操作的指令 在步驟c)中疊加之前，以與對應於各個所述波譜域MR圖像的所述波譜線 的頻率成正比的平移距離對每個波譜域MR圖像進行平移。
全文摘要
MRI設備，其被配置為a)通過使用多個時間編碼回波時間值對身體(7)的至少一部分施加MR成像脈衝序列，從具有兩條或多條波譜線的核自旋素產生一系列MR回波信號；b)獲取MR回波信號，用於從中重建一系列時間編碼的MR圖像，每個時間編碼的MR圖像與一個時間編碼回波時間值相關聯；c)將所述一系列時間編碼後的MR圖像在逐個像素或者逐個體素的基礎上變換成一系列波譜域MR圖像；d)並且疊加所述MR圖像，以獲得最終圖像，該設備進一步被配置為在步驟a)中應用時間編碼方案，以使得所述核自旋素的每條波譜線都被唯一性地映射到所述一系列波譜域MR圖像之中的一個MR圖像。
文檔編號G01R33/48GK101416068SQ200780012195
公開日2009年4月22日 申請日期2007年3月30日 優先權日2006年4月6日
發明者J·庫普, R·M·J·N·拉默裡奇斯, T·舍夫特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司