專利名稱：涉及脂肪抑制和/或黑血預備的mri掃描儀的磁場調整的制作方法
下面的內容涉及診斷成像領域。其特別適用于磁共振成像，并將在此具體參考磁共振成像來說明。然而，它在譬如磁共振波譜的核磁共振描繪技術中有更普遍的應用。
磁共振成像掃描儀中磁場不均勻性引起成像和波譜偽影是已知的。這些偽影在較高磁場下以及對于特定技術尤其嚴重，譬如在穩態自由進動(SSFP)成像中磁場不均勻性產生條帶缺陷，在化學位移成像中差的場均勻性產生譜線增寬和漂移。
磁場的不均勻性在主磁體的設計中首先被提出，主磁體通常是超導線圈，盡管也使用電阻性主磁體線圈。磁場均勻性還可通過使用選擇性地放置的鋼片來提高。通過使用有源磁場調整實現進一步提高。在這種技術中，薄片線圈產生附加磁場梯度，該附加磁場梯度與由主磁體產生的磁場結合在一起以產生更均勻的整體磁場。可選擇地或另外地，可向主磁體線圈施加補償電流以提供有源磁場調整。有利地，有源磁場調整允許放射科醫師通過對受檢者的成像區域實施預備的預掃描磁場測量以及基于這些受檢者的測量調整磁場調整電流來優化特定成像期間的場均勻性。
以前的方法和用于進行磁場測量并從中提取磁場調整信息的脈沖序列具有某些缺點。磁場的精確測量被偽影所干擾，所述偽影由脂肪組織的共振頻率漂移、流動血液中的磁共振的移相和心動循環活動偽影引起。低磁共振信號的空間區域(例如肺內空氣)的相位模糊進一步干擾定量信息的提取。因此，實際中有源磁場調整采用過定的數據集的集合，以確保合理的磁場調整精確度。雖然如此，在過去，有源磁場調整通常限于對一階磁場不均勻性的校正。
本發明提出一種改進的設備和方法，其克服前面提及的限制和其它問題。
依據一方面，提供一種調整磁共振成像掃描儀的磁場的方法。至少進行脂肪抑制和流動血液抑制中一個，以抑制脂肪和流動血液的至少一個區域中的磁共振。測量從常規柱狀體積發出的第一和第二磁共振回波。第一和第二磁共振回波的測量被重建為相應的第一和第二常規柱狀投影圖像。第一和第二常規柱狀投影圖像被組合以產生常規柱狀體積的磁場分布。從該磁場分布中提取選擇的磁場參數。根據選擇的磁場參數計算磁場調整電流。將該磁場調整電流施加到磁場線圈。
依據另一方面，公開了一種調整磁共振掃描儀的磁場的設備。提供選擇性的共振抑制裝置，用于執行脂肪中磁共振的抑制和血液中磁共振的抑制中的至少一個。提供用于測量從常規柱狀體積中發出的第一和第二磁共振回波的裝置。提供用于將第一和第二磁共振回波的測量重建為對應的第一和第二常規柱狀投影圖像的裝置。提供用于組合第一和第二常規柱狀投影圖像以產生常規柱狀體積的磁場分布的裝置。提供用于從磁場分布中提取所選磁場參數的裝置。提供根據選擇的磁場參數計算磁場調整電流的裝置。提供用于將磁場調整電流施加到磁場梯度線圈的裝置。
一個優點在于改進了對基于相位的磁場測量中的相位模糊的處理。
另一個優點在于在磁場映射期間對抑止了來自脂肪和血液區域的磁共振。
還有另一個優點在于，通過減少場投影測量的數量和避免在磁場調整調整計算中過定的線性方程組，獲得更有效的有源磁場調整。
基于閱讀下面的優選實施例的詳細說明，多個的其它優點和益處對本領域普通技術人員來說是顯而易見的。
本發明可采用各種元件和元件的布置，以及各種處理操作和處理操作的安排。附圖僅僅用于說明優選實施例的目的，而不構成對本發明的限制。
圖1圖解性示出包含有源磁場調整的磁共振成像系統。
圖2示出用于執行磁場測量的優選磁共振序列。
圖3圖解性示出圖1的磁場調整處理器的細節。
參考圖1，磁共振成像掃描儀10包含主磁體線圈12，其優選是超導線圈，當然也可使用電阻性主磁體線圈或永磁體材料。主磁體線圈12被激勵以在檢查區域14中產生基本均勻的主(B0)磁場。磁場梯度線圈16在選定空間方向上產生梯度，以空間編碼通過激勵射頻線圈18產生的磁共振。在圖1中，示出了整體的射頻線圈18；然而，可以使用譬如頭部線圈的局部線圈、定相射頻線圈陣列、SENSE線圈等代替整體射頻線圈18或與其相結合以激發磁共振或檢測磁共振回波。
磁共振序列控制器30調整和控制耦接至梯度線圈16的磁場梯度磁場調整控制器32和耦接至整體射頻線圈18或另一射頻線圈的射頻發射器34，以激勵和空間編碼磁共振回波。耦接至整體射頻線圈18或另一射頻線圈的一個或更多射頻接收器36檢測、解調和數字化磁共振回波，并將數字化磁共振采樣存儲在k空間存儲器40中。重建處理器44實施基于傅立葉變換的圖像重建或其它類型的圖像重建，以根據存儲的k空間磁共振采樣產生一個或多個重建圖像。
重建圖像被存儲在圖像存儲器46中，通過視頻處理器50處理且顯示在用戶界面52上，通過局域計算機網絡或因特網傳輸，或以其它方式被處理。優選地，用戶界面52包含顯示器、打印機、或者允許放射科醫師或其它操作者瀏覽、再現或以其它方式操縱重建圖像的其他輸出設備。此外，用戶界面52優選使放射科醫師或其它操作者能夠與磁共振序列控制器30通信以產生磁共振成像序列、修改成像序列、執行成像序列或以其它方式控制磁共振成像掃描儀10。
本領域技術人員認識到，主(B0)磁場的均勻性是控制重建圖像精確度的重要因素。B0場的不均勻性可引入偽影，譬如穩態自由進動(SSFP)成像中的條帶缺陷。為了減少這種場不均勻性，選擇性地激勵有源勻場線圈60以產生補償主B0場不均勻性的附加磁場梯度。另外地或可替換地，向主磁場梯度線圈16施加補償電流，來提供有源磁場調整。
為了確定合適的磁場調整或補償電流，優選在掃描儀10中定位成像受檢者之后，使用預備的預掃描磁共振序列測量主B0場的不均勻性。為了調整N階的磁場不均勻62，經用戶界面52從磁場調整預備序列存儲器64中調用適當的預備磁共振序列。在優選實施例中，至少對二階(N＝2)磁場不均勻進行校正。序列控制器30執行所調用的預備序列，以產生和測量所選的磁共振回波，測量采樣被存儲在磁場調整k空間存儲器70中。磁場調整處理器72分析測得的回波餅計算適當的磁場調整或補償電流，以將其施加到有源磁場調整線圈60或主磁場梯度線圈16，來補償測得的磁場不均勻。優選地，在被成像區域中且成像受檢者位于檢查區域14內的情況下執行測量。
參考圖2，說明優選的預備磁場調整磁共振序列80。序列80使用限定投影方向的常規柱狀體積的相敏成像。此外，磁場調整磁共振序列80利用脂肪飽和度預備(fat saturation preparation)提供脂肪組織的磁共振的抑制。這個抑制是有益的，因為脂肪和水之間的波譜共振偏移引起干擾基于相位的磁場調整測量的明顯的移相。類似地，序列80利用黑血預備(black blood preparation)提供血液的磁共振的抑制。這個抑制是有益的，因為快速血液流動引起也干擾相位測量的共振移相。
在該預備磁共振序列80中，黑血預備包括反轉受檢者內自旋的非選擇性的180°射頻脈沖82。與切片選擇梯度脈沖86結合在一起的第二180°射頻脈沖84重新反轉感興趣切片的靜態自旋。緊隨在這兩個反轉脈沖82、84后面的延遲為血液流出感興趣切片提供時間并為血液的磁共振信號向零狀態的弛豫提供時間。在血液完全為零之前，與第二切片選擇梯度脈沖92結合在一起的第三180°射頻脈沖90反轉切片中的自旋。選擇緊隨在反轉脈沖90后面的延遲，使得流入切片的反轉血液和脂肪的磁共振信號在以下時刻達到零狀態，此時由與切片選擇梯度脈沖102結合在一起的90°射頻脈沖100激勵該切片。使用與兩個空間橫向梯度脈沖114、116結合在一起的一對180°射頻脈沖110、112重聚焦被激勵切片的磁共振，以定義感興趣的常規柱狀體積。
使用短回波平面序列120測量來自感興趣的常規柱狀體積的磁共振回波，短回波平面序列120讀取自旋回波122和場或梯度回波124。序列80是對稱序列；重聚焦180°射頻脈沖110、112分別與90°射頻激勵脈沖100相隔間隔T和3T，并在與90°射頻激勵脈沖100相隔大約4T的間隔處讀取自旋回波。在與90°射頻激勵脈沖100相隔大約4T+S的間隔處讀取場回波，其中子間隔S被選擇成對應于脂肪-水周期的多倍。脂肪-水周期是脂肪和水磁共振信號的頻率間距的倒數。子間隔S優選是脂肪-水周期的少數倍，且更優選的是該倍率是一。在白旋回波和場回波暫時地隔開多個脂肪-水周期的情況下，分別根據自旋回波和場回波重建的一維投影圖像之間的相位差有利地基本對應于受局部磁場影響的自旋演化。由脂肪-水化學位移引起的貢獻有利地通過將子間隔S設定為脂肪-水周期的少數倍以及利用脂肪飽和度預備被抑制。
序列80優選是對稱序列，被選擇成補償因較長持續時間渦流導致的慢變化場項和對因無源磁場調整線圈(passive shim)、升壓器鐵(booster iron)等引起的場漂移。由具有線性變化的場項引起的相位漂移在第二自旋回波消去。然而，可選地，該優選的雙回波序列80可被單個90°-180°脈沖對所代替。此外，盡管在序列80中，第四個回波由短回波平面序列120讀取，但是本領域技術人員可容易地改變序列80以讀取被流補償(flow-compensated)的第三、第五、第六或其它指數的自旋回波。更進一步，可以用受激回波代替預備序列80中的自旋回波。
對于感興趣的常規柱狀體積的多個空間方向，重復序列80。為了提取N階磁場參數，沿至少沿2N+1個方向測量P投影。因此，為了提取二階磁場參數(其中N＝2)，至少測量五個方向。對于N＝3，至少測量七個方向。對感興趣的常規柱狀體積的適當選擇的2N+1個方向的測量允許計算N(N+2)個磁場調整線圈的直到并包括N階的磁場校正的校正值。可選擇測量超過2N+1個方向；然而，這產生了過定的線性方程系統，進而顯著降低了效率。因此，在優選實施例中，測量最少數量的方向，也就是所選擇的2N+1個方向。
使用常規的球面坐標表示法(θ，φ)依據θk=π2(1+Nθ)(1+2k),k=0,1,...(Nθ-1)---(1),]]>和φj=πNφ(1+2j),j=0,1,...(Nφ-1)---(2),]]>選擇感興趣的常規柱狀體積的最小數量2N+1個合適的方向，其中Nθ是θ坐標值的數量，N是φ坐標值的數量。乘積Nθ·N等于收集的投影P的總數，以及選擇Nφ的值使得Nφ≥2N+1。
作為方程(1)和(2)的使用的例子，對于其中N＝2的二階磁場調整，最少數量的方向是2N+1＝5。選擇Nθ＝1和Nφ＝5，由方程(1)和(2)給出的方向的適當集合為(45°，36°)、(45°，108°)、(45°，180°)、(45°，252°)和(45°，324°)。方程(1)和(2)可容易地計算用于一階、三階或更高階的磁場調整的方向的適當集合。
參考圖3，磁場調整k空間存儲器70存儲感興趣的常規柱狀體積的各個擇定方向所需的自旋回波和場回波的k空間數據。磁場調整處理器72處理該數據以計算磁場調整電流或補償電流來實施磁場調整。迭代循環過程140重復預備序列80以獲得各個方向的數據，并處理各個方向的k空間數據，以計算沿那些方向的磁場參數，這些磁場參數存儲在磁場參數存儲器142中。在優選實施例中，條重建處理器150應用濾波一維傅立葉變換以根據自旋回波數據重建自旋回波柱狀投影圖像152。條重建處理器150還應用濾波傅立葉變換以根據場回波數據重建場回波柱狀投影圖像154。
差值處理器160將自旋回波投影圖像152和場回波投影圖像154結合以產生磁場調整條投影162，投影162具有基本由受局部磁場影響的自旋演化引起的相位。復數Z1和Z2表示兩個投影152、154的值，以及磁場調整條投影162的值為復數Z3，磁場調整條投影162被適當計算為Z3＝Z2·Z1*，其中Z1*是Z1的復共軛。磁場調整條投影162是一個相位限制的(phase-wrapped)磁場調整條投影。也就是，磁場調整條投影162的相位值位于0和2π之間。相位展開處理器166展開該相位以去除相位中斷。通過適當地向相位值增加2π的適當倍數，去除相位中斷，實現相位展開。
典型的相位展開算法可在低磁共振信號區域中產生模糊或錯誤結果。為了解決這個難題，面探測器170優選分析磁場調整條投影162，以識別具有大的磁共振信號的最大可用區域。在一個適當的方法中，計算相位限制的磁場調整條投影162的幅度值的全局平均值。貫穿數據循環，計算通常三個到七個數據點的短窗口上的局部平均值。將這些局部平均值與全局平均值相比較。局部平均值增加至全局平均值之上的轉換點指示不可用區域和可用區域之間的轉換。類似地，局部平均值減少至全局平均值之下的轉換點指示可用區域和不可用區域之間的轉換。最大可用區域優選由展開處理器166展開，且這個展開磁場調整條部分被用于隨后的處理中。
展開的磁場調整條投影或投影部分通過N階多項式擬合處理器174被擬和成N 62階多項式，以提取被存儲在磁場參數存儲器142中的N 62階磁場參數。在優選方法中，擬合處理中使用正交多項式方法；當然，可以使用其它多項式擬合方法。迭代循環過程140調用了條重建處理器150、差值處理器160、相位展開處理166、170和多項式擬合處理器174，用于利用方程(1)和(2)選擇的各個方向，并且所得到的用于各種選擇的方向的磁場參數被存儲在磁場參數存儲器142中。
磁場調整項計算處理器180基于各種測量的磁場調整條方位的磁場參數計算磁場調整項。如果使用由方程(1)和(2)給出的磁場調整方向，那么最少數量的方向被測量，并且準確確定將磁場調整電流與最高階磁場參數相關聯的線性方程。有利地，依據方程(1)和(2)的方向選擇確保了線性方程被完全去耦并確保了方程(4)的[W]矩陣是使[W][W]T是對角矩陣的矩陣，即使作出了過定的測量時。在這種情況中，磁場調整電流的計算簡化為代數計算。磁場調整項Lshim由Lshim=ΣWshim(θk,φk)·Aorder,kΣWshim(θk,φk)·Wshim(θk,φk)---(3),]]>給出，其中Wshim(θ，φ)表示球諧函數的角度部分，以及Aorder，k表示所標階數的擬合多項式系數。在另一方面，如果測量不同于由方程(1)和(2)給出的那些方向的方向，那么可能得到使磁場參數和磁場調整電流相關的線性方程的不一致集合。即使測量了導致耦合線性方程的一致集合的方向，這些可能在最高磁場調整級或至少對于較低磁場調整級是過定的。在這種情況中，磁場調整項計算處理器180可直接根據矩陣方程[A]＝[W][L] (4)計算磁場調整項，其中[A]是多項式系數矩陣，[L]是磁場調整項矩陣，以及[W]是球諧函數矩陣。矩陣方程(4)的求解使用適用于求解線性方程的過定系統的效率較低的算法。對于過定的系統，[W]矩陣的奇異值分解優選用于提供使最小二乘意義上的測量誤差的影響最小化的解。
參考優選實施例說明了本發明。顯而易見地是，通過閱讀和理解前面詳細的說明書，對于其它將會出現改變和替換。目的在于，本發明被構造為包括所有這些改變和替換，只要它們落在附屬的權利要求和其等效物的范圍中。
權利要求
1.一種用于調整磁共振成像掃描儀(10)的磁場的方法，該方法包括執行脂肪抑制和移動血液抑制中的至少一個以抑制來自脂肪和移動的血液中的至少一個區域中的磁共振；測量從常規柱狀體積中發出的第一和第二磁共振回波；將第一和第二磁共振回波的測量重建為相應的第一和第二常規柱狀投影圖像；組合第一和第二常規柱狀投影圖像以產生常規柱狀體積的磁場分布；從該磁場分布中提取所選擇的磁場參數；根據所選擇的磁場參數計算磁場調整電流；和將該磁場調整電流施加到磁場線圈(16，60)。
2.如權利要求1中所述的方法，其中第一和第二磁共振回波包括自旋回波和場回波。
3.如權利要求1中所述的方法，進一步包括在第一磁共振回波的測量和第二磁共振回波的測量之間插入對應于多個脂肪-水周期的延遲。
4.如權利要求1中所述的方法，其中第一和第二磁共振回波的測量使用對稱回波序列，該序列中回波隔開選定的時間間隔。
5.如權利要求1中所述的方法，其中組合第一和第二常規柱狀投影圖像以產生磁場分布包括計算第一和第二常規柱狀投影圖像之間的相位差，以產生相位限制的磁場分布；和相位展開該相位限制的磁場分布。
6.如權利要求5中所述的方法，進一步包括識別由具有低磁共振信號的不可用區域劃界的至少一個可用區域；和相位展開該至少一個可用區域。
7.如權利要求6中所述的方法，其中識別由具有低磁共振信號的區域劃界的至少一個可用區域包括計算相位限制的磁場分布的平均值；和識別對應于平均交叉的區域邊界。
8.如權利要求1中所述的方法，其中執行脂肪抑制和移動血液抑制中的至少一個包括在第一和第二磁共振回波的測量之前執行黑血預備。
9.如權利要求1中所述的方法，其中執行脂肪抑制和移動血液抑制中的至少一個包括執行脂肪飽和度預備。
10.如權利要求1中所述的方法，進一步包括重復脂肪抑制和移動血液抑制中的至少一個的執行以及多個空間方向上常規柱狀體積的測量、重建、組合和提取，基于在多個空間方向上獲得的選定磁場參數計算磁場調整電流。
11.如權利要求10中所述的方法，其中該多個空間方向包括至少五個空間方向，并且對于每個空間方向，提取所選擇的磁場參數包括對磁場分布執行大于或等于兩階的高階多項式擬合，以獲得二階或更高階的磁場項。
12.如權利要求11中所述的方法，其中該多個空間方向恰好包括五個空間方向。
13.如權利要求12中所述的方法，其中該五個空間方向選自下述方向集合之一方向(45°，36°)、(45°，108°)、(45°，180°)、(45°，252°)、(45°，324°)的集合，和方向(15°，180°)、(45°，180°)、(75°，180°)、(105°，180°)和(135°，180°)的集合，其中每個集合中的每個方向由球坐標(θ，φ)表示。
14.如權利要求10中所述的方法，其中多個空間方向包括2N+1個空間方位，其中N是待執行的選定磁場參數的最高階磁場調整校正，球θ坐標被計算為θk=π2(1+Nθ)(1+2k),]]>k＝0，1，...(Nθ-1)以及球φ坐標被計算為θj=πNφ(1+2j),]]>j＝0，1，...(Nφ-1)其中Nθ是θ坐標值的數量，Nφ是φ坐標值的數量，乘積Nθ·Nφ是待測量的空間方向的數量，且Nψ≥2N+1。
15.如權利要求14中所述的方法，其中Nθ等于一。
16.如權利要求1中所述的方法，其中測量從常規柱狀體積中發出的第一和第二磁共振回波包括使用兩個橫向切片選擇脈沖選擇常規柱狀體積。
17.一種用于調整磁共振成像掃描儀(10)的磁場的設備，該設備包括選擇性共振抑制裝置(82、84、86、90、92)，用于執行脂肪中磁共振的抑制和移動血液中磁共振的抑制中的至少一個；測量裝置(120)，用于測量從常規柱狀體積中發出的第一和第二磁共振回波；重建裝置(150)，用于將第一和第二磁共振回波的測量重建成對應的第一和第二常規柱狀投影圖像；組合裝置(160、166、170)，用于組合第一和第二常規柱狀投影圖像以產生常規柱狀體積的磁場分布；提取裝置(174)，用于從該磁場分布中提取選擇的磁場參數；計算裝置(180)，用于根據所選擇的磁場參數計算磁場調整電流；和電流施加裝置(32)，用于將該磁場調整電流施加到磁場線圈(16、60)。
18.如權利要求17中所述的設備，其中第一和第二磁共振回波包括自旋回波和場回波，并且用于測量的裝置(120)在第一磁共振回波的測量和第二磁共振回波的測量之間插入延遲，該延遲對應于脂肪—水共振頻率差的倒數的倍數。
19.如權利要求17中所述的設備，其中用于測量的裝置(120)執行對稱回波序列，在該對稱回波序列中回波隔開選定的時間間隔。
20.如權利要求17中所述的設備，其中用于組合的裝置(160、166、170)包括計算裝置(160)，用于計算第一和第二常規柱狀投影圖像之間的相位差，以產生相位限制的磁場分布；識別裝置(170)，用于識別由具有低磁共振信號的不可用區域劃界的至少一個可用區域；和相位展開裝置(166)，用于相位展開至少一個可用區域。
21.如權利要求17中所述的設備，其中選擇性共振抑制裝置(82、84、86、90、92)包括下面中的至少一個用于在測量第一和第二磁共振回波之前執行黑血預備的裝置(82、84、86)，和用于執行脂肪飽和度預備的裝置(90、92)。
22.如權利要求17中所述的設備，其中用于計算磁場調整電流的裝置(180)包括調用裝置(140)，其用于為多個常規柱狀體積方向循環調用選擇性共振抑制裝置(82、84、86、90、92)、用于測量的裝置(120)、用于重建的裝置(150)、用于組合的裝置(160、166、170)和用于提取的裝置(174)；和求解裝置(180)，其用于求解線性方程以基于多個常規柱狀體積方向上的所選磁場參數計算磁場調整電流。
23.如權利要求22中所述的設備，其中該多個常規柱狀體積方向中的每個被選通至循環生理運動。
24.如權利要求23中所述的設備，其中選定的磁場參數具有兩階或更低階數，方向數等于五，且每個方向具有如下之一共同等于45°的球θ坐標，和共同等于180°的球φ坐標。
全文摘要
在一種用于調整磁共振成像掃描儀(10)的磁場的方法中，實施脂肪抑制和血液抑制中的至少一個，以抑制相應脂肪和血液中至少一個中的磁共振。測量從常規柱狀體積發出的第一和第二磁共振回波。第一和第二磁共振回波(122、124)的測量被重建(150)為相應的第一和第二常規柱狀投影圖像(152、154)。第一和第二常規柱狀投影圖像被組合(160)以產生常規柱狀體積的磁場分布(174)。從該磁場分布中提取所選擇的磁場參數(142)。根據選擇的磁場參數計算磁場調整電流(180)。磁場調整電流被施加至磁場線圈(16，60)。
文檔編號G01R33/3875GK1820208SQ200480019705
公開日2006年8月16日 申請日期2004年7月7日 優先權日2003年7月11日
發明者D·L·福克薩爾, W·M·普林斯, M·克瑞斯坎普, P·R·哈維 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司