專利名稱：波譜磁共振成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對放在檢査容積中的身體進(jìn)行磁共振成像的設(shè)備。
此外，本發(fā)明涉及一種MR成像方法以及涉及一種用于MR設(shè)備的計 算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
在磁共振成像(MRI)中，將包括RF脈沖的脈沖序列和經(jīng)轉(zhuǎn)換的磁場梯 度施加于放置在MR設(shè)備的檢查容積中均勻磁場內(nèi)的對象(病人)。通過這種 方式，產(chǎn)生了相位編碼的磁共振信號，借助于RF接收天線對其進(jìn)行掃描， 以便從對象獲得信息并且重建其圖像。自從其發(fā)展伊始，臨床相關(guān)領(lǐng)域的 MRI應(yīng)用數(shù)目得以巨幅增長?？梢詫RI應(yīng)用到身體的幾乎每個部分，可 以將其用于獲得有關(guān)人體多個重要功能的信息。在MRI掃描期間采用的脈 沖序列在確定重建圖像的特征方面起關(guān)鍵作用，這些特征諸如對象中的定 位和定向、維度、分辨率、信噪比、對比度、運動靈敏度等等。MRI設(shè)備 的操作員必須選擇適當(dāng)?shù)男蛄?，并且必須針對相關(guān)應(yīng)用調(diào)整并優(yōu)化其參數(shù)。
最近幾年所謂分子成像及診斷(MID)快速發(fā)展。有些時候?qū)ID定義 為采用特定分子進(jìn)行圖像對比以及診斷。該定義指的是人體對象中細(xì)胞 的活體測量和表征以及分子級的處理；分析生物分子以屏幕顯示、診斷以 及監(jiān)視人體健康狀態(tài)；以及對潛在風(fēng)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(dá)的成像能力。
此時，MR成像已被認(rèn)為是分子成像方面最有希望的形式之一。因此， 在MID對于屏幕顯示、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可以以不錯的空間分辨率來顯現(xiàn)解 剖結(jié)構(gòu)，可以將其用于所有的人體區(qū)域，并且將會實現(xiàn)可再生且定量的成 像。也可以將其用于血管內(nèi)以及針孔圖像引導(dǎo)式給藥。MR可以部分地確定分子信息，例如通過波譜進(jìn)行確定。
在該上下文中，主要是要注意到，特別是WFMRI在MID領(lǐng)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位移范圍的19F核自旋的多線波譜所引起的強(qiáng)的化學(xué)位移失真常會 使19F MRI及造影劑定量變得復(fù)雜。該問題同樣也出現(xiàn)在類似31P或23Na 的其它核的MRI中。有很多本領(lǐng)域內(nèi)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(xué)位移編碼技術(shù)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(dǎo)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(jìn)行復(fù)雜且潛在不穩(wěn)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，借助 于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(chǎn) 生并獲取磁共振信號。結(jié)果，為重建圖像的每個像素或體素獲得化學(xué)位移 波譜。將已知方法的測量帶寬選為小于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(yīng)。此外，通過已知技 術(shù)能夠獨立設(shè)定空間分辨率和波譜帶寬。
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(qiáng)化學(xué)位移的核的MRI相關(guān)的MID特有問題的相關(guān)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(yīng)用中，不是預(yù)先已知了所用造影劑的 波譜并且該波譜在所有生物有關(guān)環(huán)境中都不變，就是預(yù)先已知了化學(xué)位移 變化的范圍(例如，在預(yù)定生理活動情況下一條線出現(xiàn)或消失)。與已知方法 相比，為了能定量地確定被檢查體內(nèi)造影劑的分布，MID應(yīng)用要求最優(yōu)的 SNR。
因此，很容易就能認(rèn)識到需要有一種用于磁共振成像的改進(jìn)設(shè)備，其 提供了用于確定造影劑分布的最大SNR并且在時間上是高效的。因此，本 發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一種能以顯著減少由強(qiáng)化學(xué)位移失真造成的復(fù)雜度 進(jìn)行成像的MR設(shè)備。本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供一種MR設(shè)備，其能夠 有力克服可能的類似BQ不均勻的系統(tǒng)不完整性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，公開了 一種用于對放在檢査容積中的身體進(jìn)行磁共振成 像的MR設(shè)備，其包括用于在檢査容積中建立基本上均勻的主磁場的裝 置；用于產(chǎn)生疊加在主磁場上的經(jīng)轉(zhuǎn)換的磁場梯度的裝置；用于向該身體 進(jìn)行RF脈沖輻射的裝置;用于控制磁場梯度以及RF脈沖生成的控制裝置； 用于接收并對磁共振信號進(jìn)行采樣的裝置；以及用于從信號采樣形成MR 圖像的重建裝置。根據(jù)本發(fā)明，該設(shè)備被設(shè)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成像脈沖序列，從具有兩個或多個波譜線 的核自旋素(nuclear spin species)中產(chǎn)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(guān)聯(lián)，
c) 疊加MR圖像，以獲得最終圖像。
本發(fā)明的MR設(shè)備被設(shè)置為使用特定數(shù)量的時間編碼回波時間值獲取 一系列MR圖像。對于圖像獲取來說，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(fā)明的一 個重要特點是例如通過計算每個像素或體素的復(fù)合總和(complex sum), 對來自該圖像序列的相應(yīng)MR圖像進(jìn)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并對最終圖像產(chǎn) 生貢獻(xiàn)。最終MR圖像的圖像強(qiáng)度實現(xiàn)了對在所檢查身體內(nèi)的造影劑分布 的可靠確定。
優(yōu)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，借助于常規(guī)的傅立葉變 換)。通過這種方式，可以實現(xiàn)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(yīng)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(jié)果產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)集包含用于所成像的核自旋素的所有相應(yīng)波譜線的獨 立MR圖像。每個中間波譜域MR圖像都根據(jù)各自的化學(xué)位移值，在所應(yīng) 用的成像脈沖序列的頻率編碼方向中呈現(xiàn)位置位移。通過在步驟c)的疊加 之前在相應(yīng)的方向中進(jìn)行每個波譜域MR圖像的平移，可以補(bǔ)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(jié)果，在對波譜域圖像進(jìn)行疊加之后，在最終圖像中不存在位移失真。在
圖像的復(fù)合疊加之前，可以使用來自MR系統(tǒng)以前的頻率響應(yīng)校準(zhǔn)測量進(jìn) 行相位校正。
在該上下文中，必須注意，本發(fā)明的另一個重要方面是對于MR設(shè)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(xiàn)該魯棒性。即使在很強(qiáng)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(yīng)移位，可以補(bǔ)償該偏共振。
在本發(fā)明的應(yīng)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(yōu)選地，應(yīng)用快速傅立葉變換來 生成波譜域的中間圖像序列。優(yōu)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于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(yīng)，最小化對于覆蓋全部化學(xué)位移范圍所必需的編碼步驟 的數(shù)目。根據(jù)本發(fā)明，通常被認(rèn)為在光譜成像中有害的混淆現(xiàn)象有助于減 少掃描時間。結(jié)果，本發(fā)明在最小掃描時間上提供了最佳SNR，并且還提 供了對化學(xué)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(shù)量應(yīng)該大于或 者至少等于己知波譜中波譜線的數(shù)量。
還可以將本發(fā)明的設(shè)備進(jìn)一步配置為從所獲取的MR回波信號中計算 核自旋素化學(xué)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(xiàn)或消失的線的化學(xué) 移位變化進(jìn)行追蹤，可以從所成像的核自旋素獲得波譜信息。
本發(fā)明不僅涉及設(shè)備，還涉及用于對放置在MR設(shè)備檢査容積中的身 體的至少一部分進(jìn)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 成像脈沖序列，從具有兩個或多個波譜線的核自旋素(nuclear spin species) 中產(chǎn)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(guān)聯(lián)，c)疊加MR圖像，以獲得最終圖像。
可以在當(dāng)前磁共振掃描儀的控制的臨床應(yīng)用中的任何公共計算機(jī)硬件 上有利地實現(xiàn)適合于執(zhí)行本發(fā)明的成像過程的計算機(jī)程序?？梢栽谥T如 CD-ROM或磁盤的合適的數(shù)據(jù)載體上提供該計算機(jī)程序。可替換地，用戶 還可以從因特網(wǎng)服務(wù)器下載該計算機(jī)程序。


附圖公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，應(yīng)該理解，附圖僅僅為了舉 例說明而不是作為定義本發(fā)明的限制而設(shè)計的。在附圖中 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的MR掃描儀； 圖2示出了本發(fā)明的方法的流程圖； 圖3示出了對本發(fā)明方法的編碼方案進(jìn)行說明的圖。
具體實施例方式
在圖1中，將根據(jù)本發(fā)明的MR成像設(shè)備表示為方框圖。設(shè)備1包括 用于生成穩(wěn)定和均勻的主磁場的一組主磁線圈2，以及用于添加具有可控制 強(qiáng)度并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(biāo)記為z方向，與其垂直的兩個方向是x和y 方向。經(jīng)由電源11給梯度線圈3、 4和5通電。成像設(shè)備1還包括用于將 射頻(RF)脈沖發(fā)射到身體7的RF發(fā)送天線6。為了生成并且對RF脈沖進(jìn) 行調(diào)制，將天線6耦合到調(diào)制器9。同時提供的是用于接收MR信號的接收 機(jī)，該接收機(jī)可以與發(fā)射天線6是同一個或者是獨立的。如圖1中所示， 如果發(fā)射天線6和接收機(jī)在物理上是同一個天線，那么就配置發(fā)送-接收開 關(guān)8，以便將所接收的信號與將要發(fā)射的脈沖分離。將所接收的MR信號輸 入解調(diào)器10。通過控制系統(tǒng)12對用于梯度線圈3、 4和5的發(fā)送-接收開關(guān) 8、調(diào)制器9和電源11進(jìn)行控制?？刂葡到y(tǒng)12對饋送到天線6的RF信號 的相位和幅度進(jìn)行控制?？刂葡到y(tǒng)12通常是具有存儲器和程序控制的微計 算機(jī)。為了將所接收的信號轉(zhuǎn)換成例如可以在視覺顯示單元15上可視的圖 像，將解調(diào)器IO耦合到諸如計算機(jī)的重建裝置14。對于本發(fā)明的實際實現(xiàn)， MR設(shè)備1包括用于執(zhí)行上述方法的程序。圖2將本發(fā)明的方法說明為流程圖。在第一步驟16中，確定用于從核 自旋素獲取時間編碼的MR圖像的最佳波譜分辨率和帶寬，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 波譜分辨率Af。對于所成像的核自旋素的已知MR波譜，如在圖3中所說 明的，可以將波譜分辨率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(jù)本發(fā)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(xiàn)混淆現(xiàn)象，并且在帶寬BW之外的化學(xué)移位分量& (i = 1, 2， 3， ...， 8)折 進(jìn)(fold back)編碼的波譜區(qū)域內(nèi)。在步驟16中對波譜分辨率進(jìn)行調(diào)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(shù)量N等于共振線的數(shù)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,放松(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(jìn)行一系列N個時間編碼的MR圖像的實際獲取和重 建。對于圖像獲取而言，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(shù)據(jù)集執(zhí)行以像素為單位的傅立葉變換。結(jié) 果所得的數(shù)據(jù)集包含了用于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(xiàn)出了沿著所采用的成像脈沖序列的頻率編碼 方向的、位置上的位移。在步驟18中，通過每個圖像在相應(yīng)方向上的子像 素平移(例如，通過應(yīng)用傅立葉移位理論)對該化學(xué)移位進(jìn)行補(bǔ)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。 在用于對準(zhǔn)的步驟18之后，由于由MR成像系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和成像脈沖序 列參數(shù)所給出的相位差異，所以必須在步驟19中對圖像進(jìn)行重新定相。對 于給定的MR裝置和成像序列，在校準(zhǔn)掃描中確定用于相位校正的參數(shù)。 最后，在步驟20中，通過為每個像素或體素計算復(fù)合總和，來插入中間的對準(zhǔn)的MR圖像。在結(jié)果所得的最終圖像中，對來自所有波譜線的信號貢 獻(xiàn)求和，以使得SNR最大化。最終圖像中的強(qiáng)度分布使得能夠?qū)λ鶛z査身 體中所成像的核自旋素的分布進(jìn)行定量評估，這是例如用于MID中相應(yīng)造 影劑的定量的重要先決條件。
權(quán)利要求
1、一種用于對放置在檢查容積中的身體(7)進(jìn)行磁共振成像的設(shè)備，所述設(shè)備(1)包括用于在所述檢查容積內(nèi)建立基本均勻的主磁場的模塊(2)；用于生成疊加到所述主磁場上的經(jīng)轉(zhuǎn)換的磁場梯度的模塊(3，4，5)；用于向所述身體(7)輻射RF脈沖的模塊(6)；用于對所述磁場梯度和所述RF脈沖的生成進(jìn)行控制的控制模塊(12)；用于對磁共振信號進(jìn)行接收和采樣的模塊(10)；以及用于從所述信號采樣中形成MR圖像的重建模塊(14)；所述設(shè)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成像脈沖序列，從具有兩條或多條波譜線的核自旋素產(chǎn)生一系列MR回波信號；b)獲取所述MR回波信號，用于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(guān)聯(lián)；c)疊加所述MR圖像，以獲得最終圖像。
2、 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備進(jìn)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(chǔ)上變換成一系列波譜域MR圖像。
3、 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備被配置為在步驟a)中 應(yīng)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(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備進(jìn)一步被配置為， 在步驟c)中疊加之前，以與對應(yīng)于各個所述波譜域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(jìn)行平移。
5、 如權(quán)利要求l-4中的任何一個所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備進(jìn)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(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備進(jìn)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于所述核自旋素的所述波 譜線之間的最大頻率差。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備進(jìn)一步被配置為應(yīng) 用大于或者等于所述核自旋素的波譜線的數(shù)量的多個時間編碼增量。
8、 如權(quán)利要求1至7中的任何一個所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備被配 置為，根據(jù)所述所獲取的MR回波信號來計算所述核自旋素的化學(xué)平移波 譜中的變化。
9、 用于對放置在MR設(shè)備的檢査容積中的身體的至少一部分進(jìn)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成像脈沖序列，從具有兩條或多條波譜線的核自旋素產(chǎn)生一系列MR 信號；b) 獲取所述MR回波信號，用于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(guān)聯(lián)；c) 疊加所述MR圖像，以獲得最終圖像。
10、 如權(quán)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(chǔ)上變換成一系列波譜 域MR圖像。
11、 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，在步驟a)中應(yīng)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(quán)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(yīng)于各個所述波譜域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(jìn)行平移。
13、 如權(quán)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于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(shù)量大于或者等于所述核自旋素的波譜線的數(shù)量。
14、 用于MR設(shè)備的計算機(jī)程序，包括用于下列操作的指令-a) 使用多個時間編碼回波時間值生成MR成像脈沖序列；b) 獲取時間編碼的.MR信號，用于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(guān)聯(lián)；c) 疊加所述MR圖像，以獲得最終圖像。
15、 如權(quán)利要求14所述的計算機(jī)程序，還包括用于下列操作的指令 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(chǔ)上變換成一系列波譜域MR圖像。
16、 如權(quán)利要求15所述的計算機(jī)程序，還包括用于下列操作的指令 在步驟c)中疊加之前，以與對應(yīng)于各個所述波譜域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(jìn)行平移。
全文摘要
MRI設(shè)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成像脈沖序列，從具有兩條或多條波譜線的核自旋素產(chǎn)生一系列MR回波信號；b)獲取MR回波信號，用于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(guān)聯(lián)；c)將所述一系列時間編碼后的MR圖像在逐個像素或者逐個體素的基礎(chǔ)上變換成一系列波譜域MR圖像；d)并且疊加所述MR圖像，以獲得最終圖像，該設(shè)備進(jìn)一步被配置為在步驟a)中應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者J·庫普, R·M·J·N·拉默里奇斯, T·舍夫特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司