具有水/脂肪/B0映射的MR成像的制作方法

本发明涉及磁共振(mr)成像领域。它涉及一种对被放置在mr系统的检查体积内的主磁场中的对象进行mr成像的方法。本发明还涉及一种mr系统和一种在mr系统上运行的计算机程序。

背景技术：

1、利用磁场与核自旋之间的相互作用以形成二维或三维图像的形成图像mr方法如今被广泛使用，特别是在医学诊断领域中，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，不需要电离辐射并且通常是非侵入性的。

2、确保mr图像的几何精度对于许多应用至关重要。如果有必要，需要评估和校正临床mr图像的几何失真。在现有技术的mr系统中，充分校正了系统级失真，但是仍然需要考虑和校正由于敏感性和化学位移效应导致的对象引起的失真。

3、用于量化和校正对象引起的几何失真的常见方法是在单独的预扫描中(即，在采集实际mr图像之前)采集主磁场的图(例如，b0图)。b0图用于根据在不同回波时间处采集的两幅梯度回波图像的相位差来评估主磁场的不均匀性。

4、b0图可以用于在所采集的mr信号的处理期间校正主场不均匀性，以便减少或消除重建mr图像中的几何失真。这尤其适用于诸如epi(回波平面成像)的成像技术以及使用非笛卡尔k空间轨迹(诸如螺旋k空间扫描)的技术。

5、备选地(或额外地)，可以在被称为b0匀场的过程中实现b0不均匀性的最小化。匀场使用被施加到专用线圈的电流，所述专用线圈生成对mr系统的检查体积中的主磁场的校正，从而使该体积内的场尽可能均匀。这些校正以不同几何形状的场梯度的形式生成。调整通过匀场线圈的电流的过程被称为匀场，并且可以在任何时间执行。特别地，所确定的b0图可以用于导出适当的匀场电流，以补偿任何检测到的主场不均匀性。j.p.stockmann等人(neuroimage,168:71-87,2018)讨论了使用高阶球面谐波匀场线圈或多线圈匀场阵列的针对静态和动态b0匀场的几种硬件方法，自适应电流网络用于有源匀场。这种匀场技术还可以实现信噪比(snr)的显著改进。然而，匀场具有固有的限制，并且不能校正所有b0不均匀性。因此，所确定的b0图可以有助于评估匀场之后的任何剩余的不均匀性。这种残差b0图对于重建期间的失真和模糊校正仍然有用。

6、对b0图的估计面临若干挑战，其中一些挑战对于所有身体部位是共同的，诸如在具有大磁化率效应的位置处的不良信噪比和相位扭结，而其他挑战与特异性身体部分更相关，诸如化学位移。由于来自脂肪和水质子的信号贡献，b0图会受到化学位移伪影破坏，特别是对于具有大量脂肪含量的身体部位。

7、用于b0确定的更先进的方法估计b0图以及脂肪和水贡献，从而减少或基本上消除化学位移伪影。如果将来自在不同回波时间处采集的两个或更多个对应回波的信息进行组合，则可以计算脂肪和水对mr信号的相对贡献。这可以被认为是化学位移编码，其中，通过在稍微不同的回波时间处采集两幅或更多幅mr图像来定义和编码额外维度(化学位移维度)。对于水/脂肪分离，这些类型的实验通常被称为dixon类型的测量。借助于dixon mr成像或dixon水/脂肪mr成像，通过根据在不同回波时间处采集的两个或更多个对应回波计算水和脂肪的贡献来实现水/脂肪分离。通常，这种分离是可能的，因为存在脂肪与水中的已知的氢的进动频率差。

8、近年来已经提出了若干种dixon-型mr成像方法。除了用于水/脂肪分离的不同策略之外，已知技术主要由它们采集的特异性数量的回波(或“点”)以及它们对所使用的回波时间施加的约束来表征。常规方法需要同相和反相回波时间，在该回波时间处，水和脂肪信号分别在复平面中平行和反平行。三点和两点方法已经逐渐推广以允许灵活的回波时间。因此，它们不再将回波时间处的水与脂肪信号之间的角度或相位限制为某些值。以这种方式，它们在成像序列设计中提供了更大的自由度，并且特别地实现了来自采集的信噪比(snr)增益与分离中的snr损失之间的权衡。另一方面，期望仅采样两个而不是三个回波以减少扫描时间(参见eggers等人,magn.reson.med.,65:96-107,2011)。

9、这些已知的方法主要成功地校正/抑制了与主场不均匀性和化学位移相关的伪影。然而，在预扫描中(即，在主扫描之前执行的单独扫描中)采集b0图需要额外的扫描时间，并且如果在预扫描与主扫描之间发生运动，则无法校正/抑制不均匀性引起的伪影。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种改进的mr成像技术，其中，在没有或仅有最小额外扫描时间的情况下执行b0映射。

2、根据本发明，提出了一种对被放置在mr系统的检查体积内的主磁场中的对象进行mr成像的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

3、-使所述对象经受第一成像序列，以在第一回波时间处生成第一组mr信号，

4、-从所述对象采集所述第一组mr信号，

5、-使所述对象经受第二成像序列，以在不同于所述第一回波时间的第二回波时间处生成第二组mr信号，其中，所述第一成像序列和所述第二成像序列关于以下中的至少一项还存在差异：视场、图像分辨率、重复时间、k空间采样模式、弛豫时间加权，

6、-从所述对象采集所述第二组mr信号，以及

7、-根据所述第一组mr信号和所述第二组mr信号导出水图、脂肪图和b0图。

8、如上所述，已知的dixon方法基于至少在两个不同的回波时间处采集mr信号数据，并且使用计算来分离水和脂肪信号贡献并确定b0图。本发明在没有额外采集步骤的情况下概括该概念，即通过利用在两个或更多个不同回波时间处采集的mr信号数据，而且还使用两个(或更多个)不同(第一和第二)成像序列。第一成像序列和第二成像序列对应于不同的(梯度回波)采集。它们可以关于视场、图像分辨率、重复时间、k空间采样模式、弛豫时间加权等存在差异。因此，本发明能够将不同的梯度回波扫描用于水/脂肪分离和b0映射。以这种方式，本发明的方法通过消除需要在单独的预扫描中的明确b0采集来节省扫描时间。根据本发明，该概念的实现在于，mr成像的方法涉及准备阶段和诊断阶段。准备阶段包括：空间低分辨率调查扫描，其用于生成几何规划；以及，空间低分辨率校准扫描，以确定rf接收器阵列的多个线圈元件的线圈灵敏度分布。所述诊断阶段包括诊断成像扫描，其中，使用几何规划以空间高分辨率编码来采集k空间数据。因此，空间低分辨率调查扫描和空间低分辨率校准扫描在相应的不同回波时间处形成第一成像扫描和第二成像扫描，从中可以使用dixon方法，可以导出水图、脂肪图和b0图。b0图可以在诊断阶段期间用于准确的b0匀场并且补偿b0不均匀性。水和/或脂肪图像可以在诊断阶段期间用于水-脂肪分离或脂肪抑制。

9、第一成像序列和第二成像序列分别与调查序列和校准序列相关联，其中，所述调查序列用于提供对象的概览图像，并且其中，所述校准序列用于确定用于采集mr信号(例如，用于并行成像)的多个接收天线(线圈)元件的rf接收器阵列的空间灵敏度分布。这样的调查扫描和校准扫描通常无论如何都在每个成像会话开始时执行，因此它们不涉及任何额外的扫描时间。它们使用不同的成像序列(在视场和图像分辨率方面)。本发明提出使用在这些预扫描中采集的mr信号数据来导出b0图(以及水图和脂肪图，以便避免化学位移伪影)。由于b0图在空间上平滑地变化，因此调查扫描和校准扫描的粗略分辨率没有障碍。

10、在脑部成像的情况下，由于在脑部区域内不存在固有的水/脂肪混淆，因此b0映射可以简化为单纯的相减法技术。尽管这通常使用专用的采集((b0预扫描)来完成，但是本发明消除了该需要，而是使用已经采集的数据(来自调查扫描和校准扫描)来计算b0图。此外，由于用于调查扫描和校准扫描的成像序列通常是工厂设置的协议，因此它们可以被定制以改进b0映射。

11、根据本发明，b0映射所涉及的计算基本上对应于常规(两点)dixon方法(参见eggers等人，j.magn.reson.imaging2014；40:251-268)。使用信号模型，其包括来自每个体素位置处的水和脂肪的信号贡献、由化学位移的差异引起的水与脂肪之间的(由脂肪的所选光谱模型以及第一成像序列和第二成像序列的两个不同回波时间值产生的)相位偏移以及(主场不均匀性引起的)相位误差。从与两个回波时间相关联的mr信号数据导出信号模型的三个未知数(水贡献、脂肪贡献、相位误差)的本质模糊性可以通过假设主场不均匀性的空间平滑来解决。因此，代替直接计算水信号贡献和脂肪信号贡献，两点dixon方法通常在三个步骤中执行分离：首先，计算针对相位误差的潜在解。这针对每个体素独立地完成。然后，通过使相位误差的空间平滑最大化针对每个体素选择一个解，并且最终在给定相位误差的情况下，估计水信号贡献和脂肪信号贡献。

12、在第一成像序列和第二成像序列在视场方面不同的可能实施例中，针对第一成像序列和第二成像序列的视场的重叠区域导出水图、脂肪图和b0图。

13、在另一实施例中，对象经受第三成像序列以生成第三组mr信号，其中，第三成像序列的图像分辨率高于第一成像序列和/或第二成像序列的图像分辨率，其中，第三组mr信号被采集并重建为mr图像，重建涉及基于根据第一组mr信号和第二组mr信号导出的b0图来补偿b0不均匀性。在该实施例中，第一成像序列和第二成像序列可以表示预扫描，诸如以较低图像分辨率运行的所提及的调查扫描和校准扫描，其中，第三成像序列表示针对以较高图像分辨率的实际图像采集运行的主扫描。根据使用第一成像序列和第二成像序列采集的mr信号数据导出的b0图可以用于校正或抑制与根据使用第三成像序列采集的mr信号数据重建的mr图像中的主要场不均匀性和化学位移相关的伪影。在可能的实施例中，可以在应用第三成像序列期间通过基于根据本发明导出的b0图使主磁场匀场来补偿b0不均匀性。如果第一成像序列和第二成像序列在视场方面彼此不同，则第三成像序列的视场(或至少视场中需要b0不均匀性补偿的那部分)应当被包含在第一成像序列和第二成像序列的视场的重叠区域中，以便在第三成像序列的整个相关视场中具有可用的可靠b0数据。

14、到目前为止描述的本发明的方法可以借助于mr系统来执行，所述mr系统包括：至少一个主磁体线圈，其用于在检查体积内生成基本上均匀的静态主磁场b0；多个梯度线圈，其用于在检查体积内在不同空间方向上生成经切换的磁场梯度；至少一个体rf线圈，其用于在检查体积内生成rf脉冲和/或用于从位于检查体积中的患者的身体接收mr信号；控制单元，其用于控制rf脉冲和经切换的磁场梯度在时间上的连续性；以及，重建单元，其用于根据接收到的mr信号重建mr图像。本发明的所述方法可以通过mr系统的重建单元和/或控制单元的对应编程来实现。

15、本发明的所述方法可以有利地在目前临床使用的大多数mr系统上进行。为此，仅需要利用计算机程序，通过所述计算机程序来控制mr系统，使得其执行本发明的上述方法步骤。所述计算机程序可以存在于数据载体上或者存在于数据网络中，以便被下载以安装在mr系统的控制单元中。