用於並行成像的線圈靈敏度估計的製作方法
2024-03-02 18:53:15
專利名稱：用於並行成像的線圈靈敏度估計的製作方法
技術領域：
以下涉及診斷成像領域。它特別應用於減小磁共振並行成像技術中的偽像。
背景技術：
在用於人體醫療診斷的磁共振成像裝置中，體軸線通常沿直角坐標系的水平x軸定向。待檢查的身體區域位於磁體的極靴之間，所述極靴產生沿垂直或z軸延伸的時間恆定主磁場B0。提供共振器以用於發射激勵信號和接收共振信號。當諸如身體組織這樣的物質受到均勻磁場B0影響時，組織中的個體自旋磁矩優先與該極化場對準。如果物質或組織受到在x-y平面中並且接近特徵拉莫爾頻率的激發射頻場B1影響，淨組合矩Mz圍繞z軸旋進以產生淨橫向磁矩Mt。當激發信號B1結束之後共振信號由受激自旋發出。該信號可以被接收和處理以形成圖像。
當利用這些信號以產生圖像時，磁場梯度Gx，Gy，和Gz分別用於提供沿x、y和z軸的共振信號的空間編碼。典型地，待成像的區域由測量周期的序列掃描，其中這些梯度根據正在使用的特殊定位法改變。接收的NMR信號的結果集合被數位化並且被處理以使用許多公知重構技術中的一個重構圖像。
採集可以重構圖像的NMR數據集的一種方法在採集NMR自旋迴波信號之前利用可變振幅相位編碼磁場梯度脈衝以相位編碼在梯度方向上的空間信息。在二維實現(2DFT)，例如，在每個梯度回波信號之前通過應用相位編碼梯度脈衝Gy在一個方向上編碼空間信息，所述梯度回波信號在讀出磁場梯度Gx存在的情況下在與相位編碼方向正交的方向上被採集。在自旋迴波採集期間存在的讀出梯度也在與相位編碼梯度正交的方向上編碼空間信息。不是產生一系列相鄰2D切片圖像，而是可以通過沿期望軸線的相位編碼產生3D圖像。每個回波沿k空間中的軌跡或線產生數據。k空間中的數據集進行反傅立葉變換或以另外方式重構為圖像空間。每條相位編碼數據線的採集需要有限的時間，獲得指定視場(FOV)和空間解析度的圖像所需的數據越多，總掃描時間越長。
MR成像領域中的許多技術發展旨在減小數據採集時間。一種這樣的發展被稱為並行成像，其中圖像由子採樣信號採集獲得，導致重疊偽像。重疊偽像可以通過靈敏度編碼(SENSE)技術去除。使用具有不同靈敏度特性的多個接收線圈的接收線圈靈敏度組合從每個線圈重構的重疊圖像以展開重疊偽像。該技術由K.P.Pruessmann等人的「SENSESensitivity Encoding for Fast MRI」，MagneticResonance in Medicie 42，952-962(1999)描述。從用全視場掃描的校準圖像估計線圈靈敏度。
發生在均勻主磁場邊緣的或當磁性材料被引入到成像體積之中或附近時的快速磁場變化導致在校準和實際採集時的圖像失真。這些失真表現為陡幅度和取決於採集參數的相位變化。
在並行成像重構中，靈敏度校準的失真可以導致展開程序的失敗，這表現為破壞最終圖像質量的重疊狀偽像。如果校準序列和實際序列的圖像失真彼此偏離則更有可能看到偽像。例如，在梯度召回回波(gradient recalled echo)圖像中可以存在捲曲形和條紋狀偽像，而在快速自旋迴波圖像中可以看到明亮的彎曲條紋。
本發明設想了克服前述限制及其它的改進方法和裝置。
發明內容
本發明的目標是提供一種用於並行成像的線圈靈敏度估計的改進方法，以便s提供改進的圖像質量，並減小可見偽像的數量和幅度。
根據一個方面，提供了一種改進的線圈靈敏度估計的方法，用於在利用並行成像的MRI裝置中減小偽像。所述方法包括關於成像序列執行校準序列，和使用對於每個校準的自旋迴波型序列或對於每個校準的具有短回波時間的梯度召回回波序列，並且匹配校準掃描和並行成像掃描的相位編碼方向。
根據另一方面，提供了一種MRI裝置，其包括用於在檢查區中產生B0磁場的磁體系統。所述裝置包括用於在檢查區中激發和操縱磁共振的裝置和用於空間編碼磁共振的裝置。也提供了具有用於並行接收共振信號的不同靈敏度輪廓的多個線圈，和用於將接收的共振信號重構為圖像表示的裝置。另一裝置由校準掃描期間產生的圖像表示產生線圈的靈敏度輪廓。又一裝置由所述靈敏度輪廓和在診斷掃描期間產生的圖像表示產生診斷圖像。序列控制裝置用於訪問校準序列存儲器裝置以取回RF再聚焦自旋迴波型序列或梯度召回回波型序列，並且根據取回的校準序列，控制共振激發裝置和空間編碼裝置以便為重構裝置產生共振信號用於重構為校準圖像表示。它訪問診斷成像序列存儲器裝置以取回診斷成像序列，並且控制共振激發裝置和空間編碼裝置以便為重構裝置產生共振信號用於重構為診斷圖像表示。
一個優點在於在校準掃描中發生的幅度、相位和位置誤差減小。
進一步的改進在於在並行成像中圖像重疊偽像減小或被去除。
另一優點在於圖像質量提高。
在閱讀優選實施方式的以下具體描述之後，各種附加優點和益處對於本領域的普通技術人員來說將變得顯而易見。
本發明可以採用各種部件和部件的布置、各種處理操作和處理操作的安排的形式。附圖僅僅為了舉例說明優選實施方式而不應當被理解成限制本發明。
圖1示意性地顯示了根據本發明的原理構建的磁共振成像系統；圖2顯示了在沒有SENSE的情況下使用梯度召回回波型序列獲取的MRI圖像的表示；圖3顯示了對應於使用基於梯度召回回波校準獲取的圖2的圖像的SENSE圖像的表示，其中並行成像掃描和校準掃描的相位編碼方向是正交的；圖4顯示了對應於使用基於自旋迴波校準獲取的圖2的圖像的SENSE圖像的表示，其中並行成像掃描和校準掃描的相位編碼方向一致，並且這兩種掃描的讀出梯度在幅度和方向上基本相同；圖5顯示了在沒有SENSE的情況下使用快速自旋迴波型序列獲取的MRI圖像的表示；圖6顯示了對應於使用基於自旋迴波校準獲取的圖5的圖像的SENSE圖像的表示，其中並行成像掃描和校準掃描的相位編碼方向是正交的；和圖7顯示了對應於使用基於自旋迴波校準獲取的圖5的圖像的SENSE圖像的表示，其中並行成像掃描和校準掃描的相位編碼方向一致，並且這兩種掃描的讀出梯度在幅度和方向上基本相同。這導致了在兩種掃描中單位長度具有相同的信號帶寬，並且B0誤差產生以mm度量的相同位置誤差。兩種掃描的數據採樣時間-和因此在讀出方向上的解析度-可以不同。
具體實施例方式
參考圖1，磁共振成像裝置40包括用於產生時間上恆定的B0磁場的主磁體42系統，所述B0磁場在檢查區中在如圖所示的xyz坐標系的z方向上垂直延伸。患者44的所關注區域被置於由裝置的FOV限定的檢查區46中-通常為球形區域。磁體系統包括限定極靴48，50之間通量返迴路徑的鐵軛。超導或電阻線圈繞組靠近極靴48，50或沿著通量返迴路徑布置。作為另一選擇，所述軛可以是永磁體。
梯度線圈系統52，54產生在x方向、y方向或z方向上具有近似線性梯度的空間變化磁場脈衝。在選定偶極子，例如H1的拉莫爾頻率下共振的各個共振器56，58布置在每個梯度線圈系統52，54和檢查區之間。RF屏蔽屏障60布置在共振器和梯度線圈之間。共振器56，58和RF屏蔽物60，62相對於檢查區以鏡像方式布置。每個共振器56，58優選地充當發射線圈，但是也可以作為接收線圈工作。
序列控制處理器70控制與發射/接收體線圈56，58和梯度場控制器72b相關聯的射頻發射器72a，以誘發和操縱在本領域中已知的空間編碼的共振。更具體而言，在產生校準圖像期間，序列控制器訪問校準序列存儲器74以取回自旋迴波、快速自旋迴波或類似序列，其中受激共振的相位由RF脈衝再聚焦。具有非常短的回波時間，例如小於5毫秒的梯度召回回波也適合用於校準。
在校準掃描期間，產生的磁共振信號由多個SENSE線圈76a，76b，…，76n拾取，並且由相應的接收器78a，78b，…，78n解調。共振信號也可以由在接收模式下工作的共振器56，58接收，並且由接收器78o解調。來自每個SENSE線圈和共振器的共振數據被單獨重構80a，80b，…，80n，80o為存儲在SENSE圖像存儲器扇區82a，82b，…，82n中的多個SENSE圖像和存儲在參考圖像存儲器扇區82o中的參考圖像。校準處理器84比較SENSE圖像和參考圖像以產生用於SENSE線圈的靈敏度輪廓，其存儲在靈敏度圖存儲器86中。
為了最終的成像，序列控制器70訪問診斷成像序列存儲器88以選擇成像序列。共振信號由SENSE線圈76a，…，76n接收，由接收器78a，…，78n解調，並且被重構80a，…，80n為一系列欠採樣的摺疊圖像82a，…，82n。SENSE處理器90根據來自靈敏度圖存儲器86的靈敏度輪廓信息，組合併展開SENSE圖像，以產生用於存儲在最終圖像存儲器92中的最終3D圖像。圖像處理器94選擇並格式化用於顯示在監視器96上的圖像數據部分。
在上述的SENSE成像中，為了產生每個SENSE線圈的靈敏度輪廓或圖，執行校準序列。典型地使用場回波執行該校準掃描。然而，本發明人已發現，當校準序列用於開放式掃描器上時，會發生偽像和誤差。具體而言，它們決定了在開放式系統中B0磁場在視場的邊緣處相對逐漸地翻轉(roll over)。在視場外部該強磁場變化的存在導致1校準掃描中的幅度、相位和位置誤差。尤其應當注意的是，主場變化在讀出方向上比在相位編碼方向上更容易產生位置誤差。
可以在其中出現上述失真的主磁場的區域中精確地估計線圈靈敏度信息。這通過用校準序列來執行線圈靈敏度估計而實現，所述校準序列將相位和幅度失真減小到等於或小於實際並行成像掃描中的水平。兩種圖像中的位置失真應當大約是相同的。
本發明人已發現，通過使用自旋迴波型序列執行校準掃描，可以解決該問題。用於自旋迴波的再聚焦脈衝也使相位誤差再聚焦，有效地在自旋迴波處消除了它們。作為另一選擇，如果使回波時間非常小以便使積累的相位誤差最小化，可以使用基於梯度回波的校準。由於誤差在相位和讀出方向上表現不同，當在校準和SENSE掃描中的相位編碼方向都在相同的方向上時，校準和SENSE成像掃描之間的差異更小。如果讀出梯度方向和幅度在校準和SENSE成像掃描兩者中基本相同，則可以提供進一步的改進。
並不要求校準和診斷掃描的切片位置應當精確地相同。而是要求校準掃描應當至少覆蓋與診斷掃描相同的成像體積。可以用內插法獲得診斷掃描的每個切片位置的線圈靈敏度圖。
參考圖2，顯示了在沒有SENSE的情況下獲取的第一圖像10的表示，以在開放式MRI系統上使用梯度召回回波(GRE)型序列來實現。現在參考圖3，顯示了用於第一GRE圖像10的相同對象的第二GRE圖像12。然而，該圖像通過使用現有技術中已知的具有基於梯度召回回波的校準的SENSE來獲取。在第二GRE圖像中，由於靈敏度校準中的誤差而由不完全展開重構產生的捲曲形和條紋形重疊偽像14，16在與第一圖像10比較時尤為明顯。
現在參考圖4，顯示了根據本發明的一個實施方式獲取的第三GRE圖像18。在該實施方式中，用自旋迴波型校準序列進行線圈靈敏度估計，其中並行成像掃描和校準掃描的相位編碼方向一致，並且這兩種掃描的讀出方向上的單位長度採樣帶寬是相同的。當與第二圖像12的偽像14，16比較時，第三圖像18中的捲曲形和條紋狀偽像20，22明顯減小。圖2-4的圖像均以下列條件被獲取的重複時間(TR)為40ms，回波時間(TE)為10ms，切片厚度為10mm，激發數量(NEX)為2，FOV為550mm，256×256矩陣，在垂直方向上的相位編碼，以及帶寬(BW)為62.5Hz/像素。
圖5-7顯示了以類似於圖2-4的圖像10，12，18的方式獲取的、但是使用快速自旋迴波(FSE)型序列獲取的圖像序列。參考圖5，顯示了在沒有SENSE的情況下獲取的第一FSE圖像24的表示。現在參考圖6，顯示了和用於第一FSE圖像24相同的對象的第二FSE圖像26。該圖像通過使用具有基於梯度召回回波的校準的SENSE獲取，並且當與第一圖像24比較時顯示了捲曲形和條紋狀偽像28，30。
現在參考圖7，以類似於第二FSE圖像26的方式獲取第三FSE圖像32，然而基於自旋迴波的校準被用於代替基於梯度召回回波的校準。同樣，並行成像掃描和校準掃描的相位編碼方向一致，並且這兩種掃描在讀出方向上的單位長度採樣帶寬是相同的。當與第二FSE圖像的偽像28，30比較時，第三FSE圖像中的捲曲形和條紋狀偽像34，36明顯減小。圖5-7的圖像均是以下列條件被獲取的TR為410ms，TE為20ms，切片厚度為3.0mm，NEX為3，FOV為550mm，288×288矩陣，在垂直方向上的相位編碼，BW為71.4Hz/像素。
已經參考優選實施方式描述了本發明。也參考若干替換實施方式描述了本發明。例如，本發明並不限於開放式MR掃描器，而是適用於任何類型的磁體配置，包括腔孔型掃描器。不一定使用所述的發射/接收體線圈56，58生成參考圖像，這是因為可以使用SENSE線圈76a，76b，…，76n由組合圖像來計算參考圖像。在閱讀和理解該說明書後，他人將作出本發明的這些和其它變化和改進。這意味所有這樣的變化、改變和改進都被包含在後附權利要求或其等同替換形式的範圍內。
權利要求
1.一種改進的線圈靈敏度估計方法，用於減小利用並行成像的MRI裝置中的偽像，所述方法包括對於並行成像序列，使用下述其中之一來執行相對於該並行成像序列的校準序列自旋迴波型序列，其匹配校準的面內相位編碼方向和對於每個校準的並行成像序列；和梯度回波型序列，其匹配校準的面內相位編碼方向和對於每個校準的並行成像序列。
2.如權利要求1所述的方法，其中為每個並行成像序列執行所述校準序列。
3.如權利要求2所述的方法，其中在每個所述並行成像序列之前執行所述校準序列。
4.如權利要求1所述的方法，其中用很短的回波時間(TE)，例如小於5ms，執行所述梯度回波型校準序列。
5.如權利要求1所述的方法，進一步包括在所述校準序列和所述並行成像序列中使用基本相同的讀出梯度。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述校準序列的相位編碼方向基本上被指引為沿著所述並行成像序列的相位編碼方向。
7.一種MRI裝置，其具有序列控制器(70)，該序列控制器被編程用以執行如權利要求1-6中任一項所述的方法。
8.一種MRI裝置，其包括用於在檢查區(46)中產生B0磁場的磁體系統，所述裝置包括用於在所述檢查區中激發和操縱磁共振的裝置(58，72a，76a，...，76n)；用於空間上編碼磁共振的裝置(52，74，72b)；具有用於並行接收共振信號的不同靈敏度輪廓的多個線圈(76a，...，76n)；用於將接收的共振信號重構為圖像表示的裝置(80a，...80o)；用於由校準掃描期間產生的圖像表示(82a，...，82n)產生線圈(76a，...，76n)的靈敏度輪廓(86)的裝置(84)；用於由所述靈敏度輪廓(86)和在診斷掃描期間產生的圖像表示(82a，...，82n)產生診斷圖像(92)的裝置(90)；序列控制裝置(70)，其用於訪問校準序列存儲器裝置(74)以取回RF再聚焦自旋迴波型序列和梯度召回回波型序列中的一個，並且根據取回的校準序列來控制共振激發裝置(58，72a，76a，...，76n)和空間編碼裝置(52，74，72b)，以便為重構裝置(80a，...80o)產生共振信號用於重構為校準圖像表示(82a，...，82n)，和用於訪問診斷成像序列存儲器裝置(88)以取回診斷成像序列，並且控制共振激發裝置(58，72a，76a，...，76n)和空間編碼裝置(52，74，72b)，以便為重構裝置(80a，...80o)產生共振信號用於重構為診斷圖像表示(82a，...，82n)。
全文摘要
在MRI系統(40)中的並行或SENSE成像技術中，執行校準掃描以生成校準圖像(86)，該標準圖像表示也在磁場失真的區域中的並行成像線圈(76a，…，76n)的靈敏度輪廓。這通過使用諸如自旋迴波技術的相位再聚焦成像協議，或者通過使用回波時間很短的梯度回波技術來實現。另外，校準掃描和診斷成像掃描的相位編碼方向應當匹配。使用診斷掃描協議執行診斷成像掃描以從每個並行成像線圈生成診斷圖像表示。SENSE處理器(90)從診斷圖像表示和線圈靈敏度輪廓重構最終診斷圖像(92)。
文檔編號G01R33/561GK1910470SQ200580002497
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月6日 優先權日2004年1月15日
發明者A·尼米, J·坦圖, M·伊利豪塔拉 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司