通過MR指紋進行擴散映射的制作方法

本發明涉及磁共振(mr)成像領域。其關注于對物體進行mr成像的方法。本發明還涉及一種mr系統以及一種在mr系統上運行的計算機程序。

背景技術：

1、利用磁場與核自旋之間的相互作用來形成二維或三維圖像的圖像形成mr方法如今已被廣泛應用，特別是在醫學診斷領域，這是因為對于軟組織的成像而言，它們在許多方面都優于其他成像方法，不需要電離輻射，并且通常是無創的。

2、mr指紋(mrf)通過在所使用的成像序列過程期間連續改變采集參數(如翻轉角、射頻(rf)相位、重復時間(tr)以及k空間采樣模式)針對不同的材料(組織)類型生成時間上不相干的mr信號演化(形成“指紋”)(參見：nature?495:187-192,2013)。為此，成像序列包括一連串序列塊，每個序列塊包括至少一個rf脈沖以及定義k空間采樣模式的至少一個切換讀出磁場。單獨一組采集參數與每個序列塊相關聯。模式匹配算法將指紋匹配到預測的mr信號演化模式的預定義詞典。如此獲得的mr參數圖(如t1、t2、頻移和質子密度圖以及其他可想到的參數圖)是根據最佳信號匹配來估計的。由于不相干的采樣以及基于先驗知識的匹配過程的性質，mrf已經顯示對于誤差較不敏感，即使與高度欠采樣的k空間采集組合，導致嚴重的混疊偽影。

3、在所謂的mr?stat技術中(magnetic?resonance?spin?tomography?in?time-domain,see:magnetic?resonance?imaging?46:56-62,2018)，將被檢查物體中的磁自旋整體當作大規模非線性動態系統，其通過將一連串成像序列塊與(如mrf中)不相干變化的采集參數進行疊加來探測。在此基礎上作為一個步驟的過程來執行定量mr成像；通過大規模非線性反演問題的求解來同時獲得信號定位和參數定量。通過采用非線性優化算法和不依賴于傅立葉變換的并行計算基礎架構來重建定量參數圖。mr?stat的優點在于，可以放寬對測量過程的限制，并且可以采用節省時間并在臨床mr成像掃描器中廣泛使用的采集方案。缺點在于，重建程序(涉及求解通常具有約105個未知數的反演問題)在計算上非常復雜且難以滿足。

4、擴散加權成像(dwi)是重要的mri技術，例如用于檢測急性缺血性中風或用于表征和鑒別大腦創傷。在dwi中，可以通過改變切換磁場梯度的幅度和/或持續時間和/或改變tr來定量評估表觀擴散系數(adc)，作為對組織內(水分子的)擴散程度的度量。

5、然而，已知的定量技術(如mrf和mr?stat)并不十分適合將擴散作為重要的mr對比參數進行處理。這尤其是由于用于計算預測的mr信號演化模式的所需詞典的擴展相位圖形式體系(epg，例如參見journal?of?magnetic?resonance?imaging?41:266-295,2015,orm.t.vlaardingerbroek?and?j.a.den?boer:magnetic?resonance?imaging,theory?andpractice,3rd,springer,2002)在處理擴散時表現出一些問題的事實導致的。epg方法的主要缺陷在于，必須在整個脈沖串中使用成像序列固定值中包含的破壞磁場梯度的tr和零階梯度矩k0，以實現切換和靜態(場不均勻性、易感性或t2*感生)磁場梯度的同步相位演化，這確保了由切換和靜態磁場梯度兩者生成的mr回波信號同時被重新聚焦(后文稱作純相干性)。非同步相位演化會將由切換和靜態磁場梯度導致的mr回波信號在不同的時間點重新聚焦，引起mr信號數據中因不同回波時間的疊加導致的偽影(后文稱作不純相干性)。另一方面，整個序列中使用固定k0使得難以將不相干mr信號演化中的擴散與t2衰減進行區分，因為二者都會引起橫向磁化的性質相似的衰減。對于擴散映射，需要k0的顯著改變，用于對所采集的mr信號數據演化中的擴散進行適當編碼。

技術實現思路

1、在此背景下，不難認識到，存在對于改進的定量mr成像技術的需要。本發明的目的是基于通過改變(如mrf或mr?stat中的)采集參數來生成時間上不相干的mr信號演化，從而實現定量擴散mr成像。

2、根據本發明，公開一種對被放置在mr系統的檢查體積中的物體進行mr成像的方法。所述方法包括以下步驟：

3、-使所述物體經歷包括一連串序列塊的成像序列，每個序列塊包括至少一個rf脈沖、至少一個切換破壞磁場梯度以及定義k空間采樣模式的至少一個切換讀出磁場梯度，并且每個序列塊具有與其相關聯的一組采集參數，所述一組采集參數包括所述破壞磁場梯度的零階矩，

4、-在所述成像序列的過程期間，在至少改變所述破壞磁場梯度的所述零階矩以及可選地改變一個或多個另外的采集參數的同時，采集所述mr信號，以及

5、-重建至少一幅mr圖像，其中，至少擴散系數以及可選地一個或多個另外的mr參數是根據由所述至少一個采集參數的所述改變導致的所采集的mr信號的不相干時間演化針對若干圖像位置來計算的。

6、本發明的技術總體上對應于上文提及的mr成像技術(mrf或mr?stat)。mr信號由一連串序列塊生成，其中，變化的采集參數生成特征性不相干mr信號演化(指紋)，根據特征性不相干mr信號演化(指紋)針對每幅圖像位置定量地導出mr參數。不同于在破壞梯度回波成像序列中常用的固定破壞磁場梯度，本發明提出一種具有可變破壞磁場梯度以及可選地另外的可變采集參數的梯度回波序列方案。本發明的方法實現了擴散映射，因為破壞磁場梯度的零階矩(k0)的改變提供了在所生成的所采集的mr信號的不相干時間演化中的擴散編碼，即，以這樣的方式將擴散與其他mr參數(如橫向弛豫時間)很好地區分開。

7、本發明的觀點在于，有可能(通過適當選擇k0的變化模式)抑制上文提及的不純相干性，在不純相干性中由靜態磁場不均勻性導致的mr回波信號未被完全重新聚焦。因此，本發明可以避免因不同回波時間的疊加導致所采集的mr信號數據中不期望的偽影。

8、在可能的實施例中，所述成像序列包括兩個或更多個類型的序列塊，如類型a和類型b，其中，將固定的k0值(k0a和k0b)分配給每個類型。還可以將固定的重復時間tra和trb分配給每個類型。兩個(或更多個)類型的序列塊可以任意交錯。

9、在本發明的實施例中，不同序列塊類型的固定k0值是單位破壞梯度值的逐對互質整數倍。例如，k0a和k0b可以根據以下關系來選擇：

10、k0a＝na·k0,k0b＝nb·k0

11、其中，na和nb是互質正整數(即，除了1以外沒有公約數)，并且k0是單位破壞梯度矩，其大到足以使mr信號去相位(即，k0應當大到足以導致橫向磁化相移2π或更多)。后一條件保證了相鄰磁化狀態不會泄漏到所采集的mr信號中。結果表明，利用k0a和k0b的以上選擇，在不純相干的重新聚焦發生之前，至少需要重復nb次類型a序列塊并重復na次類型b序列塊。實際次數還取決于不同序列塊類型的交錯方案。因此，可以通過針對互質數na和nb中的至少一個選擇足夠大的值來抑制不期望的不純相干。優選地，兩個互質數的比率至少是5，優選至少是10，最優選至少是20。以此方式，通過使該相干在有機會被重新聚焦之前經歷長串序列塊，實現對不純相干的抑制。包括不同翻轉角的許多rf脈沖的該串序列塊減小了從rf脈沖到rf脈沖的該相干的絕對強度。因此，不純相干被弛豫稀釋并減弱，并因此太弱以至于不能顯著劣化所采集的mr信號數據。對互質數na和nb以及對不同序列塊類型的交錯模式兩者的選擇可以用于優化對不純相干的抑制。需要注意的是，可以任意選擇針對兩個或更多個序列塊類型的tr。可以設想使用多于兩個不同的序列塊類型。

12、在可能的實施例中，在所述成像序列的過程期間改變的另外的采集參數是以下中的一個或多個：重復時間、回波時間、翻轉角、rf脈沖相位和/或頻率、k空間采樣模式、讀出磁場梯度和/或縱向磁化準備。如同在常規mrf技術中，應用mr信號采集方案，其通過在整個數據采集過程中不斷改變采集參數，使得來自不同材料的mr信號在空間和時間上不相干。除了前文描述的破壞磁場梯度的零階矩的改變之外，所提及的采集參數也可以用于該目的。可以以隨機方式、偽隨機方式或是其他方式改變所述采集參數，產生來自不同材料的mr信號在空間上不相干、時間上不相干或在兩者上均不相干。

13、如前文所提及，通過從一個序列塊到下一個序列塊改變采集參數(包括k0)，采集參數的改變實現在空間上不相干、時間上不相干或在兩者上均不相干。這創建了具有變化的對比度的一系列時間mr圖像。mrf重建過程被設計為映射各種mr參數中的任何參數，如上文所討論的擴散系數，以及可選的縱向弛豫時間t1、橫向弛豫時間t2、主磁場或靜態磁場b0、rf磁場b1以及自旋(質子)密度。為實現該目的，將所采集的mr信號數據的時間演化與mr信號演化模式的詞典進行比較，mr信號演化模式的詞典是基于mr信號模型(如為基于布洛赫方程的物理模擬)或優選為在計算上更為簡單并因此更高效的擴展相位圖(epg)形式體系(參見上文)針對不同采集參數而提前生成的。該比較允許評估感興趣的mr參數。通常，將給定圖像位置處的mr參數評估為提供在所采集的mr信號演化與預測的mr信號演化模式之間的最佳匹配的參數。常規的模式匹配算法可以用于該目的。

14、在本發明的實施例中，至少一些序列塊的rf脈沖是化學位移選擇性的。例如，這可以用于實現脂肪抑制。

15、目前所描述的本發明的方法可以借助于一種mr系統來執行，所述mr系統包括：至少一個主磁體線圈，其用于在檢查體積內生成主磁場；若干梯度線圈，其用于在所述檢查體積內的不同空間方向上生成切換磁場梯度；至少一個rf線圈，其用于在所述檢查體積內生成rf脈沖和/或用于接收來自位于所述檢查體積中的物體的mr信號；控制計算機，其用于基于檢查協議來控制rf脈沖與切換磁場梯度的時序；以及，重建單元，其用于根據接收到的mr信號來重建mr圖像。

16、例如，本發明的方法可以通過對所述mr系統的重建單元和/或控制單元進行相應編程來實施。

17、本發明的方法可以有利地在目前臨床使用的大多數mr系統中執行。為此，僅需要利用計算機程序，所述mr系統由所述計算機程序來控制，使得其執行本發明的上述方法步驟。所述計算機程序可以存在于數據載體上，或存在于數據網絡上，以便下載安裝在所述mr系統的所述控制單元中。