具有dixon类型的水/脂肪分离的mr成像的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁共振(MR)成像的领域。本发明关注于对被放置在MR设备的检查体积 中的身体的部分进行MR成像的方法。本发明还涉及MR设备和要在MR设备上运行的计算机程 序。
[0002] 利用磁场与核自旋之间的交互以便形成二维图像或三维图像的图像形成MR方法 如今被广泛使用，尤其是在医学诊断的领域中，这是因为对于软组织的成像，它们在许多方 面优于其他成像方法，不要求电离辐射且一般为无创的。
[0003] 根据通常的MR方法，将要被检查的患者的身体布置在强的、均匀磁场B〇中，所述磁 场Bo的方向同时定义测量所基于的坐标系的轴(通常为z轴）。取决于通过施加定义的频率 (所谓的拉莫尔频率或MR频率)的电磁交变场(RF场)能够激励（自旋共振)的磁场强度，磁场 B〇针对个体核自旋产生不同的能量水平。从宏观的观点来看，个体核自旋的分布产生总体 磁化，能够通过施加适当射频的电磁脉冲(RF脉冲)来将所述总体磁化从平衡状态偏转，而 磁场B〇平行于z轴延伸，使得磁化执行关于z轴的进动运动。所述进动运动描述孔角被称为 翻转角的锥的表面。翻转角的幅度取决于所施加的电磁脉冲的强度和持续时间。在所谓的 90°的脉冲的情况中，自旋从z轴偏转至横向平面(翻转角90°)。
[0004] 在RF脉冲结束之后，磁化弛豫回到原始的平衡状态，在所述原始的平衡状态中，以 第一时间常数h (自旋晶格或纵向弛豫时间）再次构建在z方向上的磁化，并且，以第二时间 常数T2 (自旋-自旋或横向弛豫时间）弛豫在垂直于Z方向的方向上的磁化。能够借助于接收 RF线圈来检测磁化的变化，所述接收RF线圈以这样的方式被布置并定位在MR设备的检查体 积内：所述方式使得在垂直于z轴的方向上测量磁化的变化。在施加例如90°的脉冲之后，横 向磁化的衰减伴随有核自旋从具有相同相位的有序状态到所有相位角均匀地分布的状态 (失相）的（由局部磁场非均质性引发的）转变。能够借助于重新聚焦脉冲（例如，180°的脉 冲)来补偿失相。这产生接收线圈中的回波信号（自旋回波）。
[0005] 为了实现身体中的空间分辨率，将沿着三个主轴延伸的切变的磁场梯度(也被称 为"梯度脉冲"）叠加在均匀磁场Bo上，引起自旋共振频率的线性空间依赖性。然后在接收线 圈中拾取的信号包含能够与身体中的不同位置相关联的不同频率的分量。经由接收线圈获 得的信号数据与空间频域相对应，并且被称为k空间数据。k空间数据一般包括利用不同相 位编码采集的多条线。每条线通过收集若干样本来数字化。k空间数据的集合借助于傅里叶 变换被转换为MR图像。
【背景技术】
[0006] 在MR成像中，常常期望获得关于诸如水和脂肪的不同化学物质种类对总体信号的 相对贡献的信息，或者期望抑制它们中的一些的贡献或分离地或联合地分析它们中的所有 的贡献。如果组合在不同回波时间处采集的来自两个或更多个对应回波的信息，则能够计 算这些贡献。这可以被认为是化学位移编码，其中，通过在不同回波时间处采集两个或更多 个回波，对额外的维度、化学位移维度进行定义和编码。具体地，当应用于水和脂肪对总体 信号的贡献的分离时，这些类型的实验常常被称为Dixon类型的测量。总体上，这样的分离 是可能的，这是因为在水和脂肪中的氢存在已知的进动频率差异。在其最简单的形式中，通 过"同相位"数据集或"反相位"数据集的相加或相减，Dixon成像或Dixon水/脂肪成像生成 水图像和脂肪图像。然而，当Bo场非均质性变得更大时，这种所谓的2点Dixon计算失效。这 是因为，在高Bo场的许多临床应用中，全局匀场不能够完全补偿局部场变化。开发了3点或4 点Dixon技术以针对这些场非均质性进行校正。除了水图像和脂肪图像之外，这些技术还提 供Bo场非均质性的图，即，所谓的Bo图。
[0007] 在已知的Dixon类型的水/脂肪成像方法中，在不同回波时间处采集多幅MR图像， 其中，常规地在分离的序列重复中收集每个回波信号。这使最小扫描时间增加了对应于不 同回波时间值的数量的因子。在近来的实施方案中，通过使用适当的多梯度回波成像序列， 在单个激励之后的单个序列重复中采集所有回波信号，从而显著降低所要求的扫描时间。 所谓的"单极"成像序列可以应用于使用相同的磁场梯度极性来采集所有回波信号。这最大 程度确保了在回波信号之间的相位一致性。备选地，可以应用所谓的"双极"成像序列，其 中，在正磁场梯度极性和负磁场梯度极性两者期间收集回波信号。这具有若干优点。一方 面，能够摒弃在回波信号采集之间的所谓的"飞行-返回（fly-back)"磁场梯度，这改进信噪 比（SNR)效能。另一方面，能够显著缩短成像序列的最小要求的重复时间，并且因此能够显 著缩短扫描时间。此外，能够减小最小回波间隔（回波时间增量），藉此增加能够明确地确定 水/脂肪的谱带宽。这引起更为鲁棒的水/脂肪分离。然而，双极成像序列必须解决源自涡流 或其他系统非理想性的相位误差。在单极采集中，相位误差有效地将恒定相位添加到所有 回波信号上，由于在回波信号之间的相对相位未改变，因此能够容易地补偿所述相位误差。 在双极采集中，相位误差有效地将不同的恒定相位添加到利用正磁场梯度极性和负磁场梯 度极性采集的所有回波上，从而扰乱了在个体回波信号之间的相位一致性，而所述相位一 致性对于水/脂肪分离是关键的。另外，即使在单极采集中，第一回波信号或者第一少数回 波信号常常受另外的相位误差的影响。
[0008] 已经提出了各种策略来使相位误差在双极采集中的影响最小化。一种方案是基于 另外的校准测量来执行对所采集的回波信号的校正（参见Yu等人的"S，Journal of Magnetic Resonance Imaging 31"（第1264-1271 页，2010年）。然而，执行另外的校准测量 来估计和校正相位误差要求额外的扫描时间，特别是因为相位误差是空间变化的。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页）中提及了将非共振效应、<弛豫效应或涡流效应考虑在内以针对 脂肪定量中的相位误差进行校正。
【发明内容】
[0009] 根据上述内容，容易认识到，存在对改进的MR成像技术的需要。因此，本发明的目 标是提供使得能够使用对回波信号的双极采集来进行高效的Dixon类型的水/脂肪分离的 方法。
[0010] 根据本发明，公开了一种对至少两种化学物质种类进行MR成像的方法。本发明的 方法包括以下步骤：
[0011] a)通过使被放置在MR设备的检查体积中的身体经受RF脉冲和切变的磁场梯度的 成像序列来在不同回波时间处生成两个或更多个回波信号；
[0012] b)采集所述两个或更多个回波信号；
[0013] c)基于包括所述化学物质种类中的每种的MR谱、所述检查体积中的主磁场的空间 变化、有效横向弛豫率以及涡流感生的相位误差的信号模型来对所述至少两种化学物质种 类对所采集的回波信号的信号贡献进行分离，其中，所述涡流感生的相位误差是通过根据 所述两个或更多个回波信号的匹配流程来估计的。该流程根据本发明被应用于低分辨率水 平，以初始校正相位误差，并且然后以忽略相位误差的高分辨率来执行常规的水/脂肪分离 流程。以此方式，所述方法受益于以低分辨率的更高SNR。较低空间分辨率的回波信号是根 据对k空间的中心部分进行扫描(采样)来采集的。较高分辨率的回波信号是根据对k空间的 中心区域和更外围的区域两者进行扫描(采样)来采集的。当然，对k空间的中心区域的设定 是由期望水平的较低分辨率来确定的。基于当前准确估计结果的相位误差，能够校正以较 高空间分辨率采集的回波信号中的相位误差。然后，针对Dixon类型的水-脂肪分离，能够采 用这些经校正的较高空间分辨率的回波信号，其不要求对相位误差的任何另外的校正。本 发明提出了匹配方法来处理在基于化学位移编码的水/脂肪分离中的相位误差。采用信号 模型，所述信号模型根据各自的回波时间来理论地描述所采集的回波信号。信号模型包括： 化学物质种类中的每种的（先验已知的)谱、检查体积中的主磁场的（未知的）空间变化、（未 知的）有效横向弛豫率以及(未知的）涡流感生的相位