本發(fā)明涉及磁共振(mr)成像領(lǐng)域。其關(guān)注于對(duì)物體進(jìn)行mr成像的方法。本發(fā)明還涉及一種mr系統(tǒng)以及一種在mr系統(tǒng)上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序。

背景技術(shù)：

1、利用磁場(chǎng)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(yīng)用，特別是在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域，這是因?yàn)閷?duì)于軟組織的成像而言，它們?cè)谠S多方面都優(yōu)于其他成像方法，不需要電離輻射，并且通常是無創(chuàng)的。

2、mr指紋(mrf)通過在所使用的成像序列過程期間連續(xù)改變采集參數(shù)(如翻轉(zhuǎn)角、射頻(rf)相位、重復(fù)時(shí)間(tr)以及k空間采樣模式)針對(duì)不同的材料(組織)類型生成時(shí)間上不相干的mr信號(hào)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(gè)序列塊包括至少一個(gè)rf脈沖以及定義k空間采樣模式的至少一個(gè)切換讀出磁場(chǎng)。單獨(dú)一組采集參數(shù)與每個(gè)序列塊相關(guān)聯(lián)。模式匹配算法將指紋匹配到預(yù)測(cè)的mr信號(hào)演化模式的預(yù)定義詞典。如此獲得的mr參數(shù)圖(如t1、t2、頻移和質(zhì)子密度圖以及其他可想到的參數(shù)圖)是根據(jù)最佳信號(hào)匹配來估計(jì)的。由于不相干的采樣以及基于先驗(yàn)知識(shí)的匹配過程的性質(zhì)，mrf已經(jīng)顯示對(duì)于誤差較不敏感，即使與高度欠采樣的k空間采集組合，導(dǎo)致嚴(yán)重的混疊偽影。

3、在所謂的mr?stat技術(shù)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(dāng)作大規(guī)模非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，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(shù)進(jìn)行疊加來探測(cè)。在此基礎(chǔ)上作為一個(gè)步驟的過程來執(zhí)行定量mr成像；通過大規(guī)模非線性反演問題的求解來同時(shí)獲得信號(hào)定位和參數(shù)定量。通過采用非線性優(yōu)化算法和不依賴于傅立葉變換的并行計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)來重建定量參數(shù)圖。mr?stat的優(yōu)點(diǎn)在于，可以放寬對(duì)測(cè)量過程的限制，并且可以采用節(jié)省時(shí)間并在臨床mr成像掃描器中廣泛使用的采集方案。缺點(diǎn)在于，重建程序(涉及求解通常具有約105個(gè)未知數(shù)的反演問題)在計(jì)算上非常復(fù)雜且難以滿足。

4、擴(kuò)散加權(quán)成像(dwi)是重要的mri技術(shù)，例如用于檢測(cè)急性缺血性中風(fēng)或用于表征和鑒別大腦創(chuàng)傷。在dwi中，可以通過改變切換磁場(chǎng)梯度的幅度和/或持續(xù)時(shí)間和/或改變tr來定量評(píng)估表觀擴(kuò)散系數(shù)(adc)，作為對(duì)組織內(nèi)(水分子的)擴(kuò)散程度的度量。

5、然而，已知的定量技術(shù)(如mrf和mr?stat)并不十分適合將擴(kuò)散作為重要的mr對(duì)比參數(shù)進(jìn)行處理。這尤其是由于用于計(jì)算預(yù)測(cè)的mr信號(hào)演化模式的所需詞典的擴(kuò)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(kuò)散時(shí)表現(xiàn)出一些問題的事實(shí)導(dǎo)致的。epg方法的主要缺陷在于，必須在整個(gè)脈沖串中使用成像序列固定值中包含的破壞磁場(chǎng)梯度的tr和零階梯度矩k0，以實(shí)現(xiàn)切換和靜態(tài)(場(chǎng)不均勻性、易感性或t2*感生)磁場(chǎng)梯度的同步相位演化，這確保了由切換和靜態(tài)磁場(chǎng)梯度兩者生成的mr回波信號(hào)同時(shí)被重新聚焦(后文稱作純相干性)。非同步相位演化會(huì)將由切換和靜態(tài)磁場(chǎng)梯度導(dǎo)致的mr回波信號(hào)在不同的時(shí)間點(diǎn)重新聚焦，引起mr信號(hào)數(shù)據(jù)中因不同回波時(shí)間的疊加導(dǎo)致的偽影(后文稱作不純相干性)。另一方面，整個(gè)序列中使用固定k0使得難以將不相干mr信號(hào)演化中的擴(kuò)散與t2衰減進(jìn)行區(qū)分，因?yàn)槎叨紩?huì)引起橫向磁化的性質(zhì)相似的衰減。對(duì)于擴(kuò)散映射，需要k0的顯著改變，用于對(duì)所采集的mr信號(hào)數(shù)據(jù)演化中的擴(kuò)散進(jìn)行適當(dāng)編碼。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在此背景下，不難認(rèn)識(shí)到，存在對(duì)于改進(jìn)的定量mr成像技術(shù)的需要。本發(fā)明的目的是基于通過改變(如mrf或mr?stat中的)采集參數(shù)來生成時(shí)間上不相干的mr信號(hào)演化，從而實(shí)現(xiàn)定量擴(kuò)散mr成像。

2、根據(jù)本發(fā)明，公開一種對(duì)被放置在mr系統(tǒng)的檢查體積中的物體進(jìn)行mr成像的方法。所述方法包括以下步驟：

3、-使所述物體經(jīng)歷包括一連串序列塊的成像序列，每個(gè)序列塊包括至少一個(gè)rf脈沖、至少一個(gè)切換破壞磁場(chǎng)梯度以及定義k空間采樣模式的至少一個(gè)切換讀出磁場(chǎng)梯度，并且每個(gè)序列塊具有與其相關(guān)聯(lián)的一組采集參數(shù)，所述一組采集參數(shù)包括所述破壞磁場(chǎng)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(chǎng)梯度的所述零階矩以及可選地改變一個(gè)或多個(gè)另外的采集參數(shù)的同時(shí)，采集所述mr信號(hào)，以及

5、-重建至少一幅mr圖像，其中，至少擴(kuò)散系數(shù)以及可選地一個(gè)或多個(gè)另外的mr參數(shù)是根據(jù)由所述至少一個(gè)采集參數(shù)的所述改變導(dǎo)致的所采集的mr信號(hào)的不相干時(shí)間演化針對(duì)若干圖像位置來計(jì)算的。

6、本發(fā)明的技術(shù)總體上對(duì)應(yīng)于上文提及的mr成像技術(shù)(mrf或mr?stat)。mr信號(hào)由一連串序列塊生成，其中，變化的采集參數(shù)生成特征性不相干mr信號(hào)演化(指紋)，根據(jù)特征性不相干mr信號(hào)演化(指紋)針對(duì)每幅圖像位置定量地導(dǎo)出mr參數(shù)。不同于在破壞梯度回波成像序列中常用的固定破壞磁場(chǎng)梯度，本發(fā)明提出一種具有可變破壞磁場(chǎng)梯度以及可選地另外的可變采集參數(shù)的梯度回波序列方案。本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)散映射，因?yàn)槠茐拇艌?chǎng)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(hào)的不相干時(shí)間演化中的擴(kuò)散編碼，即，以這樣的方式將擴(kuò)散與其他mr參數(shù)(如橫向弛豫時(shí)間)很好地區(qū)分開。

7、本發(fā)明的觀點(diǎn)在于，有可能(通過適當(dāng)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(tài)磁場(chǎng)不均勻性導(dǎo)致的mr回波信號(hào)未被完全重新聚焦。因此，本發(fā)明可以避免因不同回波時(shí)間的疊加導(dǎo)致所采集的mr信號(hào)數(shù)據(jù)中不期望的偽影。

8、在可能的實(shí)施例中，所述成像序列包括兩個(gè)或更多個(gè)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(gè)類型。還可以將固定的重復(fù)時(shí)間tra和trb分配給每個(gè)類型。兩個(gè)(或更多個(gè))類型的序列塊可以任意交錯(cuò)。

9、在本發(fā)明的實(shí)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(duì)互質(zhì)整數(shù)倍。例如，k0a和k0b可以根據(jù)以下關(guān)系來選擇：

10、k0a＝na·k0,k0b＝nb·k0

11、其中，na和nb是互質(zhì)正整數(shù)(即，除了1以外沒有公約數(shù))，并且k0是單位破壞梯度矩，其大到足以使mr信號(hào)去相位(即，k0應(yīng)當(dāng)大到足以導(dǎo)致橫向磁化相移2π或更多)。后一條件保證了相鄰磁化狀態(tài)不會(huì)泄漏到所采集的mr信號(hào)中。結(jié)果表明，利用k0a和k0b的以上選擇，在不純相干的重新聚焦發(fā)生之前，至少需要重復(fù)nb次類型a序列塊并重復(fù)na次類型b序列塊。實(shí)際次數(shù)還取決于不同序列塊類型的交錯(cuò)方案。因此，可以通過針對(duì)互質(zhì)數(shù)na和nb中的至少一個(gè)選擇足夠大的值來抑制不期望的不純相干。優(yōu)選地，兩個(gè)互質(zhì)數(shù)的比率至少是5，優(yōu)選至少是10，最優(yōu)選至少是20。以此方式，通過使該相干在有機(jī)會(huì)被重新聚焦之前經(jīng)歷長串序列塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)不純相干的抑制。包括不同翻轉(zhuǎn)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(duì)強(qiáng)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(hào)數(shù)據(jù)。對(duì)互質(zhì)數(shù)na和nb以及對(duì)不同序列塊類型的交錯(cuò)模式兩者的選擇可以用于優(yōu)化對(duì)不純相干的抑制。需要注意的是，可以任意選擇針對(duì)兩個(gè)或更多個(gè)序列塊類型的tr?？梢栽O(shè)想使用多于兩個(gè)不同的序列塊類型。

12、在可能的實(shí)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(shù)是以下中的一個(gè)或多個(gè)：重復(fù)時(shí)間、回波時(shí)間、翻轉(zhuǎn)角、rf脈沖相位和/或頻率、k空間采樣模式、讀出磁場(chǎng)梯度和/或縱向磁化準(zhǔn)備。如同在常規(guī)mrf技術(shù)中，應(yīng)用mr信號(hào)采集方案，其通過在整個(gè)數(shù)據(jù)采集過程中不斷改變采集參數(shù)，使得來自不同材料的mr信號(hào)在空間和時(shí)間上不相干。除了前文描述的破壞磁場(chǎng)梯度的零階矩的改變之外，所提及的采集參數(shù)也可以用于該目的。可以以隨機(jī)方式、偽隨機(jī)方式或是其他方式改變所述采集參數(shù)，產(chǎn)生來自不同材料的mr信號(hào)在空間上不相干、時(shí)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(gè)序列塊到下一個(gè)序列塊改變采集參數(shù)(包括k0)，采集參數(shù)的改變實(shí)現(xiàn)在空間上不相干、時(shí)間上不相干或在兩者上均不相干。這創(chuàng)建了具有變化的對(duì)比度的一系列時(shí)間mr圖像。mrf重建過程被設(shè)計(jì)為映射各種mr參數(shù)中的任何參數(shù)，如上文所討論的擴(kuò)散系數(shù)，以及可選的縱向弛豫時(shí)間t1、橫向弛豫時(shí)間t2、主磁場(chǎng)或靜態(tài)磁場(chǎng)b0、rf磁場(chǎng)b1以及自旋(質(zhì)子)密度。為實(shí)現(xiàn)該目的，將所采集的mr信號(hào)數(shù)據(jù)的時(shí)間演化與mr信號(hào)演化模式的詞典進(jìn)行比較，mr信號(hào)演化模式的詞典是基于mr信號(hào)模型(如為基于布洛赫方程的物理模擬)或優(yōu)選為在計(jì)算上更為簡(jiǎn)單并因此更高效的擴(kuò)展相位圖(epg)形式體系(參見上文)針對(duì)不同采集參數(shù)而提前生成的。該比較允許評(píng)估感興趣的mr參數(shù)。通常，將給定圖像位置處的mr參數(shù)評(píng)估為提供在所采集的mr信號(hào)演化與預(yù)測(cè)的mr信號(hào)演化模式之間的最佳匹配的參數(shù)。常規(guī)的模式匹配算法可以用于該目的。

14、在本發(fā)明的實(shí)施例中，至少一些序列塊的rf脈沖是化學(xué)位移選擇性的。例如，這可以用于實(shí)現(xiàn)脂肪抑制。

15、目前所描述的本發(fā)明的方法可以借助于一種mr系統(tǒng)來執(zhí)行，所述mr系統(tǒng)包括：至少一個(gè)主磁體線圈，其用于在檢查體積內(nèi)生成主磁場(chǎng)；若干梯度線圈，其用于在所述檢查體積內(nèi)的不同空間方向上生成切換磁場(chǎng)梯度；至少一個(gè)rf線圈，其用于在所述檢查體積內(nèi)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(hào)；控制計(jì)算機(jī)，其用于基于檢查協(xié)議來控制rf脈沖與切換磁場(chǎng)梯度的時(shí)序；以及，重建單元，其用于根據(jù)接收到的mr信號(hào)來重建mr圖像。

16、例如，本發(fā)明的方法可以通過對(duì)所述mr系統(tǒng)的重建單元和/或控制單元進(jìn)行相應(yīng)編程來實(shí)施。

17、本發(fā)明的方法可以有利地在目前臨床使用的大多數(shù)mr系統(tǒng)中執(zhí)行。為此，僅需要利用計(jì)算機(jī)程序，所述mr系統(tǒng)由所述計(jì)算機(jī)程序來控制，使得其執(zhí)行本發(fā)明的上述方法步驟。所述計(jì)算機(jī)程序可以存在于數(shù)據(jù)載體上，或存在于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上，以便下載安裝在所述mr系統(tǒng)的所述控制單元中。