專利名稱：具有靈活的回波時間選擇的兩點dixon技術(shù)的制作方法
具有靈活的回波時間選擇的兩點DIXON技術(shù)本發(fā)明可應(yīng)用于磁共振成像(MRI)系統(tǒng)，尤其是關(guān)于脂肪抑制MRI和利用MRI的脂肪量化。然而，應(yīng)認(rèn)識到所描述的技術(shù)也可應(yīng)用于其他成像系統(tǒng)、其他磁共振情形、其他圖像數(shù)據(jù)收集技術(shù)等。當(dāng)測量“回波”時，生成了平行于穿過MR掃描器的檢查區(qū)域的縱軸的Bl場，這導(dǎo)致檢查區(qū)域中的細(xì)胞核即刻對準(zhǔn)Bl場。不同材料(例如脂肪和水)的核以不同的旋轉(zhuǎn)速度共振或“自旋”回到它們的原始位置?；夭ū划a(chǎn)生并且被MR掃描器探測到，例如通過反轉(zhuǎn)Bl場。不同材料的核由于它們不同的旋轉(zhuǎn)速度而在生成回波的時間(例如“回波時間”) 處于它們各自的旋轉(zhuǎn)中的不同位置，并且因此能夠在圖像重建過程中被區(qū)分開。其他技術(shù)采用例如梯度回波來代替上述自旋回波采集。在MRI的很多應(yīng)用中抑制油脂信號是普遍要求。此外，近來水信號和脂肪信號的同時量化受到日益增長的關(guān)注，例如在肥胖和新陳代謝紊亂疾病的背景下。滿足這兩個需求的一種方案是Dixon成像，其基于水和油脂質(zhì)子的不同化學(xué)位移以及在不同回波時間由它們得到的信號間相位差，這允許圖像重建中的回顧性分離。尤其是在快速成像中，Dixon成像通常僅利用兩個不同的回波時間執(zhí)行，以保持掃描時間盡可能短?？捎玫膬牲cDixon方法對用于數(shù)據(jù)采集的不同回波時間處的水-脂肪角施加約束。這些導(dǎo)致序列設(shè)計中降低的靈活性并因此經(jīng)常導(dǎo)致增加的掃描時間。例如，一個或兩個回波時間具有固定的相位，這導(dǎo)致增加的掃描時間。亦即，常規(guī) Dixon成像技術(shù)采用最多僅一個可變的或任意的相位回波時間，而需要至少一個固定的相位回波時間。本申請?zhí)峁┬碌母倪M(jìn)的系統(tǒng)和方法，其利用用于MRI的增強(qiáng)Dixon技術(shù)區(qū)分具有不同共振特性的材料(例如脂肪和水)，這克服了上述及其他問題。根據(jù)一個方面，一種區(qū)分MRI數(shù)據(jù)中的水和脂肪組織的方法包括在對象的磁共振 (MR)掃描過程中的不同的任意回波時間測量第一信號(I1)和第二信號(I2)，以及根據(jù)所述第一和第二信號計算第一和第二分量。該方法還包括從所述第一和第二分量推導(dǎo)出兩個差分相位誤差候選項，以及基于干擾場不均勻性的平滑性假設(shè)針對每個像素選擇所推導(dǎo)出的差分相位誤差候選項中的一個。此外，該方法包括利用所選擇的差分相位誤差候選項重建水圖像和脂肪圖像。根據(jù)另一個方面，一種使用修正的Dixon技術(shù)來區(qū)分MRI數(shù)據(jù)中的水和脂肪組織的系統(tǒng)包括處理器，該處理器被編程以在對象的磁共振(MR)掃描過程中的不同的任意回波時間測量第一信號(I1)和第二信號(I2)，并且根據(jù)所述第一和第二信號計算第一和第二分量。該處理器還被編程以從所述第一和第二分量推導(dǎo)出兩個差分相位誤差候選項，并且基于干擾場不均勻性的平滑性假設(shè)針對每個像素選擇一個差分相位誤差候選項。該系統(tǒng)還包括利用所選擇的差分相位誤差候選項重建水圖像和脂肪圖像的重建處理器以及存儲所重建的圖像的存儲器。一個優(yōu)點是減少了掃描時間。另一個優(yōu)點是改善了圖像質(zhì)量。
再一個優(yōu)點是增加了協(xié)議參數(shù)選擇的靈活性。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解以下詳細(xì)描述之后將認(rèn)識到本發(fā)明的更多優(yōu)點。附圖僅用于圖示說明各個方面而不應(yīng)被解釋為是限制性的。

圖1根據(jù)本文描述的一個或多個方面圖示說明一種系統(tǒng)，其便于放松對在MR掃描過程中執(zhí)行兩點Dixon技術(shù)時使用的回波時間的約束，以改善掃描效率并且增大時空分辨率和覆蓋區(qū)域；圖2圖示說明利用本文描述的系統(tǒng)和方法根據(jù)在3T磁場下采集的雙回波數(shù)據(jù)計算出的水圖像(亮對比度)的示例，其中回波時間為1. Hms和2. Urns，對應(yīng)于179°和 333°的水-脂肪角(Θ)；圖3圖示說明利用本文描述的系統(tǒng)和方法根據(jù)在3T磁場下采集的雙回波數(shù)據(jù)計算出的脂肪圖像(亮對比度)的示例，其中回波時間為1. Hms和2. Urns，對應(yīng)于179°和 333°的水-脂肪角(Θ)；圖4圖示說明根據(jù)本文描述的一個或多個方面利用MR掃描過程中采集的任意雙回波數(shù)據(jù)來區(qū)分對象中的脂肪和水分子的方法；圖5圖示說明根據(jù)本文描述的一個或多個方面利用MR掃描過程中采集的任意雙回波數(shù)據(jù)來區(qū)分對象中的脂肪和水分子的方法，其中采用估計的差分相位誤差Δφ來確定所測得的信號的大分量B和小分量S中的哪一個對應(yīng)于水以及哪一個對應(yīng)于脂肪；圖6圖示說明包括MRI設(shè)備的示例性醫(yī)院系統(tǒng)，該MRI設(shè)備生成成像數(shù)據(jù)，該成像數(shù)據(jù)被重建處理器重建以生成3D圖像表示；圖7是利用方程(12)-(14)生成的穿過患者的橫截面視圖的圖像的示例，其中圖像的一區(qū)域被放大以示出偽影；圖8是患者的截面的圖像的示例，其利用方程(15)-(17)生成以減少偽影并使圖像中的邊緣線平滑；圖9圖示說明根據(jù)本文描述的一個或多個方面利用MR掃描過程中采集的任意雙回波數(shù)據(jù)來區(qū)分對象中的脂肪和水分子的方法，其中采用估計的差分相位誤差Δφ來確定所測得的信號的大分量B和小分量S中的哪一個對應(yīng)于水以及哪一個對應(yīng)于脂肪，且其中水分量和脂肪分量被假設(shè)為復(fù)數(shù)值。圖1根據(jù)本文描述的一個或多個方面圖示說明一種系統(tǒng)10，其便于放松對在MR掃描過程中執(zhí)行兩點Dixon技術(shù)時使用的回波時間的約束，以改善掃描效率并且增大時空分辨率和覆蓋區(qū)域。該系統(tǒng)包括MRI設(shè)備12，該MRI設(shè)備耦合到處理器14和存儲器16，該處理器執(zhí)行用于執(zhí)行本文描述的MR采集掃描的一組或多組計算機(jī)可執(zhí)行指令或算法，并且該存儲器存儲所述指令或算法。另外，該MRI設(shè)備、處理器和存儲器耦合到顯示器18和一個或多個重建處理器20，所述重建處理器將所采集和/或處理的MR掃描數(shù)據(jù)重建成MR圖像以便輸出到所述顯示器18上。MR采集軟件被存儲在存儲器16上并且被一個或多個處理器14執(zhí)行以在對對象進(jìn)行掃描的過程中采集MR數(shù)據(jù)沈，該對象在MR掃描過程中位于MRI設(shè)備12的檢查區(qū)域中。 根據(jù)本文描述的各個方面，修正的Dixon回波采樣軟件觀被存儲在存儲器中以便被處理器執(zhí)行，并且其便于在靈活的任意回波時間采集兩點回波數(shù)據(jù)沈，而不需要任一回波時間具有固定的相位。
一旦通過利用修正的Dixon軟件觀執(zhí)行MR采集軟件22采集了 MR數(shù)據(jù)沈，則執(zhí)行信號分離30。在一個示例中，MR采集是回波采集(例如自旋回波、梯度回波等)。該信號分離是通過求解多個數(shù)學(xué)方程實現(xiàn)的，這些數(shù)學(xué)方程使用數(shù)據(jù)沈作為輸入并且提供來自要分離的每種核素的信號的強(qiáng)度作為輸出。這一信號強(qiáng)度輸出32被存儲到存儲器16中并且在執(zhí)行重建算法36的過程中被一個或多個重建處理器20使用以生成具有不同組織類型的重建MR圖像。該分離是重建的一種形式，其中每個像素的信號被劃分(或分離)成源自諸如水和脂肪的不同核素的分量。提供以下描述相對于受到MR掃描的對象中的脂肪(如油脂)和水(如在非脂肪組織中)的具體示例來進(jìn)一步解釋利用修正的Dixon技術(shù)的一個或多個分離算法36的功能。利用修正的Dixon技術(shù)，在兩個不同的回波時間測得的兩個信號“和I2被數(shù)學(xué)描述如下
權(quán)利要求
1.一種區(qū)分磁共振圖像(MRI)數(shù)據(jù)中的水和脂肪組織的方法，其包括在對象的磁共振(MR)掃描過程中的不同的任意回波時間測量第一信號(I1)和第二信號(I2)；根據(jù)所述第一和第二信號計算第一和第二分量(B、S)； 從所述第一和第二分量(B、Q推導(dǎo)出兩個差分相位誤差候選項(Δφι、Δφ2); 基于干擾場不均勻性的平滑性假設(shè)針對每個像素選擇所推導(dǎo)出的差分相位誤差候選項中的一個(Δφ);利用所選擇的差分相位誤差候選項(Δφ)重建水圖像(70)和脂肪圖像(80)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一分量(B)大于或等于所述第二分量(S)， 且其中，利用以下方程推導(dǎo)出所述兩個差分相位誤差候選項
3.如權(quán)利要求1-2中任一項所述的方法，其還包括確定所述第一和第二分量中的哪一個表示來自脂肪組織的信號貢獻(xiàn)以及所述第一和第二分量中的哪一個表示來自水組織的信號貢獻(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其還包括針對每個像素同時求解三個方程以根據(jù)所述MRI數(shù)據(jù)計算脂肪和水信號，所述三個方程為
5.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其還包括針對每個像素同時求解兩個方程以根據(jù)所述MRI數(shù)據(jù)計算脂肪和水信號，所述兩個方程為
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其還包括將所述MR數(shù)據(jù)重建成MR圖像(38)；以及將所述MR圖像輸出到顯示器(18)和存儲器(16)中的一個。
7.一種計算機(jī)可讀介質(zhì)(16)，其承載有用于控制處理器(14)來執(zhí)行如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法的軟件。
8.一種使用修正的Dixon技術(shù)來區(qū)分磁共振圖像(MRI)數(shù)據(jù)中的水和脂肪組織的系統(tǒng)，其包括處理器(14)，其被編程以在對象的磁共振(MR)掃描過程中的不同的任意回波時間測量第一信號(I1)和第二信號(I2)，根據(jù)所述第一和第二信號計算第一和第二分量(B、S)，從所述第一和第二分量(Bd)推導(dǎo)出兩個差分相位誤差候選項(Δφι、Δφ2)，以及基于干擾場不均勻性的平滑性假設(shè)針對每個像素選擇一個差分相位誤差候選項 (Δφ)；重建處理器(20)，其利用所選擇的差分相位誤差候選項重建水圖像(70)和脂肪圖像 (80)；以及存儲器(16)，其存儲所重建的圖像(38)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一分量大于或等于所述第二分量，且其中， 所述處理器(14)利用以下方程推導(dǎo)出所述兩個差分相位誤差候選項=_LlII__( ο)(B + Se-mi)(B + Se'02)=_iih_ (H )(S + Be-mi)(S + Bem')其中，B是所述第一分量，S是所述第二分量，Q1是所述第一信號I1的水-脂肪角，Θ2 是所述第二信號I2的水-脂肪角，且Δφ^πΔφ2是所述差分相位誤差候選項；并且其中，所述處理器應(yīng)用約束條件Q1興士 θ2。
10.如權(quán)利要求8-9中任一項所述的系統(tǒng)，其還包括確定所述第一和第二分量(B、Q中的哪一個表示來自脂肪組織的信號貢獻(xiàn)以及所述第一和第二分量中的哪一個表示來自水組織的信號貢獻(xiàn)。
11.如權(quán)利要求8-10中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(14)同時求解三個方程以計算脂肪和水信號，所述三個方程為ItlIl =(W + FemI χψ + Fe-賊)(12)It2I2 =(W + Fe^ )(W + Fe-剛)(13)Ι*Ι2β-'Αφ =(W + Fe^ )(W + Fe—mi)(14)其中，W表示來自水的信號貢獻(xiàn)，而F表示來自脂肪的信號貢獻(xiàn)；并且其中，所述處理器(14)利用預(yù)期弛豫時間常數(shù)的現(xiàn)有知識在求解所述三個方程之前對所述信號I2進(jìn)行加權(quán)以補(bǔ)償所述兩個回波時間之間的信號衰減。
12.如權(quán)利要求8-10中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(14)同時求解兩個方程以計算脂肪和水信號，所述兩個方程為
13.如權(quán)利要求8-12中任一項所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(14)將兩點Dixon技術(shù)應(yīng)用于來自三點或更多點Dixon采集的數(shù)據(jù)的子集，以開發(fā)冗余、確保一致性并且改善三點或更多點Dixon技術(shù)的穩(wěn)健性和精確性。
14.如權(quán)利要求8-13中任一項所述的系統(tǒng)，其還包括顯示器(18)，在其上顯示所述水圖像(70)和所述脂肪圖像(80)中的至少一個或這二者的組合。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其還包括在所述顯示器(18)上的第一和第二視口(IlS1Ull),在其上分別顯示所述水圖像 (70)和所述脂肪圖像(80)；以及在所述顯示器(18)上的第三視口(11 )，在其上所述水圖像(70)和所述脂肪圖像 (80)被可調(diào)整地彼此重疊或彼此組合。
全文摘要
當(dāng)區(qū)分所采集的MR數(shù)據(jù)中的脂肪和水時，修正的Dixon技術(shù)包括采集第一和第二信號Ii和I2；計算信號Ix和I2的第一和第二分量B和S，其中該第一和第二分量中的一個對應(yīng)于脂肪且另一個對應(yīng)于水；根據(jù)這些分量推導(dǎo)出兩個差分相位誤差候選項；以及基于干擾場不均勻性的平滑性假設(shè)選擇相位誤差候選項。然后通過求解針對分別對應(yīng)于水和脂肪的兩個變量的三個信號方程來做出水和脂肪分量的絕對值的精確確定，并且該精確確定是利用例如最小二乘最小化和Newton方法執(zhí)行的。
文檔編號G01R33/54GK102369454SQ201080015528
公開日2012年3月7日 申請日期2010年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者A·J·杜杰達(dá)姆, B·布倫德爾, H·埃格斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司