Mr电学性质断层摄影的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种对置于MR设备（1）的检查体积中的对象（10）进行MR成像的方法。本发明的目的是实现改进的电学性质断层摄影。本发明提出该方法包括如下步骤：-使所述对象（10）经受两个或更多个成像序列以采集MR信号，其中，所述成像序列每个都包括至少一个RF脉冲和至少一个切换的磁场梯度；从借助于包括相反的极性的切换的磁场梯度的成像序列采集的MR信号重建两个或更多个MR相位图像；从所述MR相位图像导出对象（10）的电学性质的空间分布。
【专利说明】MR电学性质断层摄影
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁共振(MR)成像领域。它涉及对置于MR设备检查体积中的对象进行MR成像的方法。本发明还涉及一种MR设备和一种用于在MR设备上运行的计算机程序。
【背景技术】
[0002]当前，尤其是在医学诊断领域中，广泛使用了 MR成像方法，MR成像方法利用磁场和核自旋之间的相互作用来便形成二维或三维图像，因为对于软组织成像，它们在很多方面优于其他成像方法，不需要电离辐射，通常不是侵入性的。
【发明内容】
[0003]根据一般的MR方法，要被检查的对象(例如患者的身体)被布置在强的均匀磁场中，磁场的方向同时定义测量所基于的坐标系的轴(通常为z轴)。磁场根据磁场强度针对个体核自旋产生不同的能级，可以通过施加定义频率(所谓的拉莫尔频率或MR频率)的交变电磁场(RF场)来激励个体核自旋(自旋共振)。从宏观角度讲，个体核自旋的分布产生总体磁化，通过施加适当频率的电磁脉冲(RF脉冲)可以使总体磁化偏离平衡状态，同时磁场垂直于z轴(也称为纵轴)延伸，使得磁化绕z轴进行进动。进动运动描绘出锥形表面，锥形的孔径角称为翻转角。翻转角的大小依赖于所施加电磁脉冲的强度和持续时间。对于所谓的90°脉冲，自旋从z轴偏转到横平面(翻转角90° )。
[0004]在终止RF脉冲之后，磁化弛豫回初始平衡状态，其中，z方向的磁化以第一时间常数Tl (自旋点阵或纵向弛豫时间)再次建立，垂直于z方向的方向上的磁化以第二时间常数T2 (自旋-自旋或横向弛豫时间)弛豫。可以借助于接收RF天线检测到磁化的变化，接收RF线圈在MR设备的检查体积之内被布置并取向为使得在垂直于z轴的方向上测量磁化变化。在施加例如90°脉冲之后，横向磁化的衰减伴随有(局部磁场不均匀性诱发的)核自旋从具有相同相位的有序状态到所有相角均匀分布的状态(失相)的过渡。可以借助于重新聚焦脉冲(例如180°脉冲)来补偿移相。这在接收线圈中产生回波(自旋回波)信号。.[0005]为了在对象中实现空间分辨率，在均匀磁场上叠加沿三个主轴延伸的线性磁场梯度，这造成自旋共振频率的线性空间相关性。那么接收线圈拾取的信号包含可能与对象中不同位置相关联的不同频率分量。经由接收线圈获得的信号数据对应于频率域并且被称为k空间数据。k空间数据通常包括利用不同相位编码采集的多条线。每条线都是通过收集若干样本而被数字化的。利用傅里叶变换或其他适当的重建算法将一组k空间数据变换成MR图像。
[0006]确定生物学组织电学性质的空间分布是主要感兴趣问题，因为生物学组织的复介电常数受到其组成的影响。由于肿瘤与健康组织的细胞构成不同，因而，例如己发现胶质瘤的电导率与周围健康组织的电导率不同(参见Lu等人，Int.J.Hyperthermia, 8:第755-60页(1992 年))。
[0007] 近来发展起来基于MR成像的方法使得能够对生物组织的(复)介电常数或(仅)电导率进行检查。在所谓的MR电流密度成像(MR CDI)中，将外部电流源连接到要被检查的患者皮肤，以便向组织中注入电流。组织中的电流局部改变主磁场强度。这种效应被用来借助于采集MR相位图像来对组织之内的电流密度分布成像(Scott等人,IEEE Trans.Med.1mag., 10:第362-74页(1991年))。使用适当的后处理步骤，可以从所获得的电流密度图导出电导率的空间分布。这种方法被称为MR电阻抗映射(MR EIT，参见Seo等人，IEEE Trans.Biomed.Eng.，50:第 1121-1124 页(2003 年))。这些MR CDI 和 MR EIT 技术一般是通过施加几毫秒的DC电流来执行的。因此，获得的电导率与“低”频率范围(低于~IkHz)相关联。
[0008] 前述MR⑶I和MR EIT技术都具有的缺点是，它们需要外部电流源，这在标准MR成像环境中这是没有的。必须要将电流源连接到要被检查患者的皮肤表面，以便注入电流。主要问题在于，需要相对较大电流以获得足够高的信噪比。这样高的电流可能让被检查患者感到疼痛。
[0009]此外，最近发展出了一种方法，其能够确定电学性质的空间分布且不再需要外部电流源。这种方法被称为ME EPT (MR电学性质断层摄影，参见W02007/017779A2)，其基于这样的认识，即:在MR成像中激励核自旋所需的射频场受到组织复介电常数的改变。通过确定激励场，能够直接重建电导率。不过，所确定的复介电常数的频率范围限于所使用的MR装置的MR频率。MR频率的范围一般为从64到300MHz。这个频率范围远远偏离β色散频带(大约IMHz),由于其与细胞膜信息的关系,对其特别感兴趣(参见Martinsen等人，Encyclopedia of Surface and Colloid Science,第 2643-52 页(2002 年))。此外，可以利用给定的MR装置仅执行单频率检查。
[0010]从上文容易认识到，需要一种改进的MR EPT技术。
[0011]根据本发明，公开了一种对置于MR设备检查体积中的对象进行MR成像的方法。该方法包括如下步骤:
[0012]-使所述对象经受两个或更多个成像序列以采集MR信号，其中，所述成像序列每个都包括至少一个RF脉冲和至少一个切换的磁场梯度；
[0013]-从借助于包括极性相反的切换的磁场梯度的成像序列采集的MR信号重建两个或更多个MR相位图像；
[0014]-从所述MR相位图像导出对象的电学性质的空间分布。
[0015]本发明可以被称为“梯度-EPT”，其发明点在于使用了为在MR成像中进行空间编码而施加的切换的磁场梯度诱发的电磁场。通过这种方式,本发明组合了 MR EIT/MR⑶I(在生物学上特别感兴趣的频率范围中确定电学性质)和“RF-EPT”(无需注入电流来确定电学性质)两者的优点。此外，使用切换的磁场梯度直接能够确定不同频率的复介电常数。因此，可以确定电学性质的谱。
[0016]本发明基于如下认识，即在MR成像中切换的磁场梯度导致时变的磁场，其(通过感应)产生被检查对象之内的涡流。涡流分布依赖于组织的电导率。由于涡流局部干扰主磁场，因而可以从采集的MR信号直接导出对象的电学性质的空间分布。
[0017]根据本发明，在极性相反的切换的磁场梯度下测量因诱发的涡流而造成的所采集MR信号中的相位差。通过这种方式，能够直接导出涡流电流密度的空间分布。一旦重建了电流密度分布，就可以导出其背后的电导率。
[0018]于是本发明的关键特征是，从仅在其涡流诱发的相位方面不同的所采集MR信号重建两个(或更多)MR图像。例如，将这两幅MR图像相减得到仅包含涡流诱发的相位的MR图像，根据本发明可以将其用于导出对象的电学性质的空间分布。
[0019]在本发明的优选实施例中，所述MR信号是在磁场梯度切换的瞬变阶段期间采集的。“瞬变阶段”表示在磁场在时间上不是常数的时段期间采集MR信号。例如，根据本发明，可以在磁场梯度切换的斜升和/或斜降阶段采集MR信号。
[0020]由于磁场梯度切换诱发的涡流的频率依赖于切换的磁场梯度的斜变过程，即时间特性(波形)。通过改变磁场梯度波形，可以探测显著低于MR频率的频率范围，并且可以从采集的MR信号导出被检查对象的电学性质的对应谱分布。
[0021]可以借助于一种MR设备执行到此为止所描述的本发明方法，该MR设备包括:至少一个主磁体线圈，其用于在检查体积之内生成均匀稳定磁场；若干梯度线圈，其用于在检查体积之内沿不同空间方向生成切换的磁场梯度；至少一个RF线圈，其用于在检查体积之内生成RF脉冲和/或用于从定位于检查体积中的对象接收MR信号；控制单元，其用于控制时间相继的RF脉冲和切换的磁场梯度；以及重建单元。例如,可以通过对MR设备的重建单元和/或控制单元进行相应的编程来实现本发明的方法。
[0022]可以在当前临床使用的大多数MR设备中有利地执行本发明的方法。为此，仅需要使用控制MR设备的计算机程序，使得其执行本发明的上述方法的步骤。计算机程序可以存在于数据载体上或存在于数据网络中，以供下载被安装在MR设备的控制单元中。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]附图公开了本发明的优选实施例。不过要理解，附图仅仅是为了例示的目的，并且不作为对本发明的 限度的限制。在附图中:
[0024]图1示出了用于执行本发明方法的MR设备；
[0025]图2示出的示意图图示了本发明方法。
【具体实施方式】
[0026]参考图1，示出了 MR设备I。该设备包括超导型或电阻型主磁体线圈2，使得沿着通过检查体积的z轴生成基本均匀、时间上恒定的主磁场。
[0027]磁共振生成和操纵系统施加一系列RF脉冲和切换的磁场梯度，以反转或激励核磁自旋、诱发磁共振、重新聚焦磁共振、操纵磁共振、对磁共振进行空间编码和其他方式的编码、使自旋饱和等，以执行MR成像。
[0028]更具体而言，梯度脉冲放大器3施加电流脉冲以沿着检查体积的X、y和z轴选择全身梯度线圈4、5和6中的一些。数字RF频率发射器7经由发送/接收开关8向全身体积RF天线9发射RF脉冲或脉冲组，以向检查体积中发射RF脉冲。典型的MR成像序列由一组短时间的RF脉冲片断构成，它们彼此一起和任何施加的磁场梯度实现核磁共振的选定操纵。RF脉冲用于饱和、激励共振、反转磁化、重新聚焦共振或操纵共振并选择定位于检查体积中的身体10的一部分。MR信号还由全身体积RF线圈9拾取。
[0029]为了借助于例如并行成像来生成身体10有限区域的MR图像，邻接选定成像的区域放置一组本地阵列RF线圈11、12和13。阵列线圈11、12、13可用于接收身体线圈RF发射诱发的MR信号。[0030]所得的MR信号被全身体积RF天线9和/或RF线圈11、12和13的阵列拾取并被接收器14解调，接收器14优选包括前置放大器(未示出)。接收器14经由发送/接收开关8连接到RF线圈9、11、12和13。
[0031]主计算机15控制梯度脉冲放大器3和发射器7以生成多个MR成像序列的任意一个，例如回波平面成像(EPI)、回波体积成像、梯度和自旋回波成像、快速自旋回波成像等。对于选定的序列，接收器14在每个RF激励脉冲之后快速连续地单个或多个MR数据线。数据采集系统16执行接收信号的模数转换，并将每个MR数据线转换成适于进一步处理的数字格式。在现代MR设备中，数据采集系统16是专用于采集原始图像数据的独立计算机。
[0032]最后，通过重建处理器17将数字原始图像数据重建成图像表示，重建处理器采用傅里叶变换或其他适当的重建算法。MR图像可以表示通过患者的平面切片、平行平面切片的阵列、三维体积等。然后在图像存储器中存储图像，可以经由例如视频监视器18来访问图像存储器，以将图 像表示的切片、投影或其他部分转换成用于可视化的适当格式，视频监视器18提供了所得MR图像的人类可读显示。
[0033]继续参考图1并进一步参考图2，解释本发明成像方法的实施例。
[0034]根据本发明，应用的成像序列包括RF脉冲和切换的磁场梯度，其中，优选在磁场梯度切换的瞬变阶段期间采集MR信号。从通过这种方式采集的MR信号导出身体电学性质的空间分布。
[0035]电学性质的导出基于如下的安培定律:
[0036]
【权利要求】
1.一种对置于MR设备(I)的检查体积中的对象(10)进行MR成像的方法，所述方法包括如下步骤: -使所述对象(10)经受两个或更多个成像序列以采集MR信号，其中，所述成像序列每个都包括至少一个RF脉冲和至少一个切换的磁场梯度； -从借助于包括极性相反的切换的磁场梯度的成像序列采集的MR信号重建两个或更多个MR相位图像； -从所述MR相位图像导出所述对象(10)的电学性质的空间分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述MR信号是在磁场梯度切换的瞬变阶段期间米集的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述MR信号是在磁场梯度切换的斜升和/或斜降阶段期间采集的。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述成像序列包括具有变化的时间特性的切换的磁场梯度，并且其中，所述对象的电学性质的谱分布是从所采集的MR信号导出的。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，包括如下步骤: -使所述对象(10)经受第一成像序列，以采集第一 MR信号； -使所述对象(10)经受第二成像序列，以采集第二 MR信号，其中，所述第一成像序列和第二成像序列的切换的磁场梯度具有相反的极性； -使所述对象(10)经受第三成像序列，以采集第三MR信号； -使所述对象(10 )经受第四成像序列，以采集第四MR信号，其中，所述第三成像序列和第四成像序列的切换的磁场梯度具有相反的极性； -从所述第一 MR信号、第二 MR信号、第三MR信号和第四MR信号导出所述对象的电学性质的空间分布。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在采集所述第一MR信号和第二MR信号之后并且在米集所述第三MR信号和第四MR信号之前,关于与所述MR设备(I)的主磁场轴垂直的轴将所述对象旋转90°。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一成像序列和第二成像序列的所述切换的磁场梯度的空间方向与所述第三成像序列和第四成像序列的所述切换的磁场梯度的空间方向不同。
8.根据权利要求5-7中的任一项所述的方法，其中，分别从所述第一MR信号、第二 MR信号、第三MR信号和第四MR信号重建三维MR相位图像。
9.一种用于执行根据权利要求1-8所述的方法的MR设备，所述MR设备(I)包括:至少一个主磁体线圈(2)，其用于在检查体积之内生成均匀稳定的磁场；若干梯度线圈(4，5，6)，其用于在所述检查体积之内沿不同空间方向生成切换的磁场梯度；至少一个RF线圈(9)，其用于在所述检查体积之内生成RF脉冲和/或用于从定位于所述检查体积中的对象(10)接收MR信号；控制单元(15)，其用于控制时间相继的RF脉冲和切换的磁场梯度；以及重建单元(17)，其中，所述MR设备(I)被布置为执行如下步骤: -使所述对象(10)经受两个或更多个成像序列以采集MR信号，其中，所述成像序列每个都包括至少一个RF脉冲和至少一个切换的磁场梯度；-从借助于包括极性相反的切换的磁场梯度的成像序列采集的MR信号重建两个或更多个MR相位图像； -从所述MR相位图像导出所述对象(10)的电学性质的空间分布。
10.一种运行于MR设备上的计算机程序，所述计算机程序包括用于如下操作的指令:-生成两个或更多个成像序列以采集MR信号，其中，所述成像序列每个都包括至少一个RF脉冲和至少一个切换的磁场梯度； -从借助于包括极性相反的切换的磁场梯度的成像序列采集的MR信号重建两个或更多个MR相位图像； -从所述MR相位图像导出对象(10)的电学性质的空间分布。
【文档编号】G01R33/44GK103957785SQ201280051057
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年10月16日 优先权日:2011年10月18日
【发明者】A·L·H·M·W·范利尔, C·A·T·范登贝尔赫, U·卡切尔 申请人:皇家飞利浦有限公司