具有dixon類型的水/脂肪分離的mr成像的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及磁共振(MR)成像的領域。本發明關注于對被放置在MR設備的檢查體積 中的身體的部分進行MR成像的方法。本發明還涉及MR設備和要在MR設備上運行的計算機程 序。
[0002] 利用磁場與核自旋之間的交互以便形成二維圖像或三維圖像的圖像形成MR方法 如今被廣泛使用，尤其是在醫學診斷的領域中，這是因為對于軟組織的成像，它們在許多方 面優于其他成像方法，不要求電離輻射且一般為無創的。
[0003] 根據通常的MR方法，將要被檢查的患者的身體布置在強的、均勻磁場B〇中，所述磁 場Bo的方向同時定義測量所基于的坐標系的軸(通常為z軸）。取決于通過施加定義的頻率 (所謂的拉莫爾頻率或MR頻率)的電磁交變場(RF場)能夠激勵（自旋共振)的磁場強度，磁場 B〇針對個體核自旋產生不同的能量水平。從宏觀的觀點來看，個體核自旋的分布產生總體 磁化，能夠通過施加適當射頻的電磁脈沖(RF脈沖)來將所述總體磁化從平衡狀態偏轉，而 磁場B〇平行于z軸延伸，使得磁化執行關于z軸的進動運動。所述進動運動描述孔角被稱為 翻轉角的錐的表面。翻轉角的幅度取決于所施加的電磁脈沖的強度和持續時間。在所謂的 90°的脈沖的情況中，自旋從z軸偏轉至橫向平面(翻轉角90°)。
[0004] 在RF脈沖結束之后，磁化弛豫回到原始的平衡狀態，在所述原始的平衡狀態中，以 第一時間常數h (自旋晶格或縱向弛豫時間）再次構建在z方向上的磁化，并且，以第二時間 常數T2 (自旋-自旋或橫向弛豫時間）弛豫在垂直于Z方向的方向上的磁化。能夠借助于接收 RF線圈來檢測磁化的變化，所述接收RF線圈以這樣的方式被布置并定位在MR設備的檢查體 積內：所述方式使得在垂直于z軸的方向上測量磁化的變化。在施加例如90°的脈沖之后，橫 向磁化的衰減伴隨有核自旋從具有相同相位的有序狀態到所有相位角均勻地分布的狀態 (失相）的（由局部磁場非均質性引發的）轉變。能夠借助于重新聚焦脈沖（例如，180°的脈 沖)來補償失相。這產生接收線圈中的回波信號（自旋回波）。
[0005] 為了實現身體中的空間分辨率，將沿著三個主軸延伸的切變的磁場梯度(也被稱 為"梯度脈沖"）疊加在均勻磁場Bo上，引起自旋共振頻率的線性空間依賴性。然后在接收線 圈中拾取的信號包含能夠與身體中的不同位置相關聯的不同頻率的分量。經由接收線圈獲 得的信號數據與空間頻域相對應，并且被稱為k空間數據。k空間數據一般包括利用不同相 位編碼采集的多條線。每條線通過收集若干樣本來數字化。k空間數據的集合借助于傅里葉 變換被轉換為MR圖像。
【背景技術】
[0006] 在MR成像中，常常期望獲得關于諸如水和脂肪的不同化學物質種類對總體信號的 相對貢獻的信息，或者期望抑制它們中的一些的貢獻或分離地或聯合地分析它們中的所有 的貢獻。如果組合在不同回波時間處采集的來自兩個或更多個對應回波的信息，則能夠計 算這些貢獻。這可以被認為是化學位移編碼，其中，通過在不同回波時間處采集兩個或更多 個回波，對額外的維度、化學位移維度進行定義和編碼。具體地，當應用于水和脂肪對總體 信號的貢獻的分離時，這些類型的實驗常常被稱為Dixon類型的測量。總體上，這樣的分離 是可能的，這是因為在水和脂肪中的氫存在已知的進動頻率差異。在其最簡單的形式中，通 過"同相位"數據集或"反相位"數據集的相加或相減，Dixon成像或Dixon水/脂肪成像生成 水圖像和脂肪圖像。然而，當Bo場非均質性變得更大時，這種所謂的2點Dixon計算失效。這 是因為，在高Bo場的許多臨床應用中，全局勻場不能夠完全補償局部場變化。開發了3點或4 點Dixon技術以針對這些場非均質性進行校正。除了水圖像和脂肪圖像之外，這些技術還提 供Bo場非均質性的圖，即，所謂的Bo圖。
[0007] 在已知的Dixon類型的水/脂肪成像方法中，在不同回波時間處采集多幅MR圖像， 其中，常規地在分離的序列重復中收集每個回波信號。這使最小掃描時間增加了對應于不 同回波時間值的數量的因子。在近來的實施方案中，通過使用適當的多梯度回波成像序列， 在單個激勵之后的單個序列重復中采集所有回波信號，從而顯著降低所要求的掃描時間。 所謂的"單極"成像序列可以應用于使用相同的磁場梯度極性來采集所有回波信號。這最大 程度確保了在回波信號之間的相位一致性。備選地，可以應用所謂的"雙極"成像序列，其 中，在正磁場梯度極性和負磁場梯度極性兩者期間收集回波信號。這具有若干優點。一方 面，能夠摒棄在回波信號采集之間的所謂的"飛行-返回（fly-back)"磁場梯度，這改進信噪 比（SNR)效能。另一方面，能夠顯著縮短成像序列的最小要求的重復時間，并且因此能夠顯 著縮短掃描時間。此外，能夠減小最小回波間隔（回波時間增量），藉此增加能夠明確地確定 水/脂肪的譜帶寬。這引起更為魯棒的水/脂肪分離。然而，雙極成像序列必須解決源自渦流 或其他系統非理想性的相位誤差。在單極采集中，相位誤差有效地將恒定相位添加到所有 回波信號上，由于在回波信號之間的相對相位未改變，因此能夠容易地補償所述相位誤差。 在雙極采集中，相位誤差有效地將不同的恒定相位添加到利用正磁場梯度極性和負磁場梯 度極性采集的所有回波上，從而擾亂了在個體回波信號之間的相位一致性，而所述相位一 致性對于水/脂肪分離是關鍵的。另外，即使在單極采集中，第一回波信號或者第一少數回 波信號常常受另外的相位誤差的影響。
[0008] 已經提出了各種策略來使相位誤差在雙極采集中的影響最小化。一種方案是基于 另外的校準測量來執行對所采集的回波信號的校正（參見Yu等人的"S，Journal of Magnetic Resonance Imaging 31"（第1264-1271 頁，2010年）。然而，執行另外的校準測量 來估計和校正相位誤差要求額外的掃描時間，特別是因為相位誤差是空間變化的。另外， P. Peterson和S.'M4liS.S.0ll 的文南犬的 "Fat quantification using multi-echo sequences with bilopar gradients: investigation of accuracy and noise performance"（MRM 71，2014年，第219-229頁）中提及了將非共振效應、<弛豫效應或渦流效應考慮在內以針對 脂肪定量中的相位誤差進行校正。
【發明內容】
[0009] 根據上述內容，容易認識到，存在對改進的MR成像技術的需要。因此，本發明的目 標是提供使得能夠使用對回波信號的雙極采集來進行高效的Dixon類型的水/脂肪分離的 方法。
[0010] 根據本發明，公開了一種對至少兩種化學物質種類進行MR成像的方法。本發明的 方法包括以下步驟：
[0011] a)通過使被放置在MR設備的檢查體積中的身體經受RF脈沖和切變的磁場梯度的 成像序列來在不同回波時間處生成兩個或更多個回波信號；
[0012] b)采集所述兩個或更多個回波信號；
[0013] c)基于包括所述化學物質種類中的每種的MR譜、所述檢查體積中的主磁場的空間 變化、有效橫向弛豫率以及渦流感生的相位誤差的信號模型來對所述至少兩種化學物質種 類對所采集的回波信號的信號貢獻進行分離，其中，所述渦流感生的相位誤差是通過根據 所述兩個或更多個回波信號的匹配流程來估計的。該流程根據本發明被應用于低分辨率水 平，以初始校正相位誤差，并且然后以忽略相位誤差的高分辨率來執行常規的水/脂肪分離 流程。以此方式，所述方法受益于以低分辨率的更高SNR。較低空間分辨率的回波信號是根 據對k空間的中心部分進行掃描(采樣)來采集的。較高分辨率的回波信號是根據對k空間的 中心區域和更外圍的區域兩者進行掃描(采樣)來采集的。當然，對k空間的中心區域的設定 是由期望水平的較低分辨率來確定的。基于當前準確估計結果的相位誤差，能夠校正以較 高空間分辨率采集的回波信號中的相位誤差。然后，針對Dixon類型的水-脂肪分離，能夠采 用這些經校正的較高空間分辨率的回波信號，其不要求對相位誤差的任何另外的校正。本 發明提出了匹配方法來處理在基于化學位移編碼的水/脂肪分離中的相位誤差。采用信號 模型，所述信號模型根據各自的回波時間來理論地描述所采集的回波信號。信號模型包括： 化學物質種類中的每種的（先驗已知的)譜、檢查體積中的主磁場的（未知的）空間變化、（未 知的）有效橫向弛豫率以及(未知的）渦流感生的相位