CN103380384B - 使用交错的水参考扫描的具有自动相位和b0校正的磁共振波谱成像方法和装置 - Google Patents
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Abstract
执行磁共振（MR）序列（14），包括：应用提供水信号抑制的预备MR子序列（S预备）；在应用所述预备MR子序列之后，执行磁共振波谱学（MRS）子序列（SMRS），以采集具有水信号抑制的H？MRS数据；以及执行MR参考子序列（S参考）以采集MR参考数据。所述MR参考子序列在所述MRS子序列之后执行。使用所述MR参考数据执行对所述具有水信号抑制的HMRS数据的相位和B0校正，以生成经校正的MRS数据。所述MR参考子序列的激励脉冲（g）具有小于或等于5°的翻转角，并且更优选地具有小于或等于3°的翻转角。在一些实施例中，所述MR序列具有2000ms或更小的总重复时间（TR）。
Description
技术领域
以下涉及磁共振技术、磁共振波谱学技术、磁共振成像技术、医学成像技术，以及相关技术。
背景技术
磁共振(MR)是在医学诊断、兽医工作、法医学、考古学等中有用的已知技术。最常见通过激励、空间编码以及读出1H磁共振信号来生成MR图像。可以由磁共振波谱学(MRS)获得更多信息，在所述磁共振波谱学中采集并分析所述MR响应的波谱。例如，可以由MRS解析所述1HMR信号，以区别源自不同化学环境——例如，水(H2O)、脂肪、组织，或其他碳氢化合物，等等——中的氢发出的多种不同的成分信号。MRS可以在单一位置(术语称作“单体素波谱学”或SV)执行，或者可以针对体素网格采集，以(用合适的数据处理)产生图像(术语称作“磁共振波谱成像”或MRSI)。如本文中所使用，术语“磁共振波谱学”或MRS涵盖MRSI和SV两者。
在多数常见MR对象中，例如人或动物对象，水信号是1H波谱的主要分量。为了准确测量1H波谱中除去水峰以外的其他部分，已知要在数据采集之前，使用合适的水抑制脉冲或脉冲序列来抑制水信号。得到的水抑制的1H波谱较弱，并且可能被伪影扭曲，如相位畸变和/或B0场漂移。为了执行相位和B0校正并且因此获得更准确的MRS波谱，已知要采集额外的、水信号未被抑制的1H信号。该额外的无水抑制的信号包括未被抑制的水分量，并且因此比所述水抑制的信号强得多。因此，所述无水抑制的信号适合充当用于执行相位和B0校正的参考扫描。
该方法的问题在于，额外的无水抑制的扫描实质上增加了总扫描时间。此外，由于所述水参考信号和所述MRS信号是由不同的扫描生成的，所述参考(无水抑制的)信号可能因系统不稳定性，而具有与所述MRS信号相比不同的相位畸变和/或B0漂移，这可能会降低所述相位和/或B0校正的有效性。针对所述MRS扫描与所述参考扫描的组合的总重复时间(TR)典型地为至少3000msec(其中“msec”指代“毫秒”)，这针对会引起问题的系统不稳定性提供了足够时间。
发明内容
以下提供如本文所公开的新的和改进的装置和方法。
根据一个公开的方面，执行磁共振(MR)序列，包括应用提供水信号抑制的预备MR子序列；在应用所述预备MR子序列之后，执行磁共振波谱学(MRS)子序列，以采集具有水信号抑制的1HMRS数据；以及在所述MRS子序列之后，执行MR参考子序列以采集MR参考数据，其中，针对所述MR参考子序列的激励脉冲具有5°或更小的翻转角。使用所述MR参考数据来对具有水信号抑制的所述1HMRS数据，执行相位和B0校正，以生成经校正的MRS数据。在一些实施例中，所述MRS子序列与所述MR参考子序列的组合在小于或等于1000ms的时间间隔期间执行。在一些实施例中，在所述MRS子序列的结束与所述MR参考子序列的所述激励脉冲(γ)之间，不插入时间延迟。
根据另一公开的方面，一种装置，包括磁共振(MR)控制器，所述磁共振控制器被配置为令MR扫描器执行MR序列，所述执行包括：应用提供水信号抑制的预备MR子序列，在应用所述预备MR子序列之后执行磁共振波谱学(MRS)子序列，以采集具有水信号抑制的MRS数据；以及在所述MRS子序列之后，执行MR参考子序列，以采集MR参考数据。所述MR序列具有2000ms或更小的重复时间(TR)。在一些实施例中，所述MR参考子序列的激励脉冲具有5°或更小的翻转角。在一些实施例中，所述MR参考子序列的所述激励脉冲具有3°或更小的翻转角。在一些实施例中，所述装置还包括MRS数据处理模块，所述MRS数据处理模块被配置为使用所述MR参考数据，对具有水信号抑制的MRS数据执行相位和B0校正，以生成经校正的MRS数据。
根据另一公开的方面，一种存储介质，其存储可以由数字处理器运行以令磁共振(MR)扫描器执行MR序列的指令，包括：应用预备MR子序列，提供对来自主要信号源的MR信号的抑制；在应用所述预备MR子序列之后，执行磁共振波谱学(MRS)子序列，以采集具有对来自所述主要信号源的MR信号的抑制的MRS数据；以及执行MR参考子序列，以采集MR参考数据。所述MR参考子序列在所述MRS子序列之后执行，并且同时所述预备MR子序列继续提供对来自所述主要信号源的MR信号的某种抑制。所述MR参考子序列的激励脉冲具有5°或更小的翻转角，并且更优选地具有3°或更小的翻转角。在本文中所阐述的例示性实施例中，所述主要信号源为水。
一个优点在于更快的MRS采集，其中1HMRS采集具有可容易地达到的1500-2000ms的总重复时间(TR)。
另一个优点在于使用无水抑制的水信号，对MRS波谱更准确的相位和B0校正。
在阅读和理解以下详细描述之后，另外的优点对于本领域普通技术人员将是显而易见的。
附图说明
图1图解地示出了如本文所公开的被配置为执行磁共振波谱学(MRS)的磁共振(MR)系统。
图2图解地示出了针对由图1的MR系统采用的MRS采集序列的脉冲序列图。
图3图解地示出了具有叠加的4×5体素MRSI网格的脑图像。
图4示出了针对图3的4×5体素MRSI网格的二十个体素的MRS的具有手动相位校正的波谱。
图5示出了针对图3的所述4×5体素MRSI网格的二十个体素的具有如本文中所公开的自动相位和B0校正的MRS波谱。
具体实施方式
参考图1，磁共振系统包括磁共振(MR)扫描器10，例如图示的AchievaTMMR扫描器(可以从荷兰埃因霍温的皇家飞利浦电子股份有限公司获得)，或InteraTM或PanoramaTMMR扫描器(两者均可从皇家飞利浦电子股份有限公司获得)，或市场上可买到的另一MR扫描器，或非商业MR扫描器等。在典型的实施例中，所述MR扫描器包括内部部件(未图示)，例如生成静(B0)磁场的超导型或电阻型主磁体，用于将所选的磁场梯度叠加在所述静磁场上的多套磁场梯度线圈绕组，用于以被选择为激励磁共振(典型地为1H磁共振，尽管也预期对另一种磁共振核素或多种磁共振核素的激励)的频率生成射频(B1)场的射频激励系统，以及射频接收系统，所述射频接收系统包括射频接收线圈阵列或多个接收线圈，用于探测从所述对象发射的磁共振信号。
继续参考图1并进一步参考图2，MR扫描器10在磁共振(MR)控制模块12的控制下运行，以使用MRS脉冲序列14执行磁共振波谱学(MRS)，MRS脉冲序列14包括预备部分S预备、MRS子序列SMRS，以及交错的导航器，所述导航器包括参考子序列S参考。适当地将MRS脉冲序列14用于MR波谱成像(MRSI)或用于单体素(SV)采集。MR数据存储器16将由所述MRS采集子序列SMRS采集的数据积累为MRS数据集20，并且将由所述参考子序列S参考采集的数据积累为参考数据集22。MRS数据处理模块26处理所述数据集20、22，以产生有用的信息。MRS数据处理模块26使用参考数据集22，实施校正MRS数据集20的相位和B0校正算法30，并且通过由MRS数据处理模块26实施的MRS数据分析和呈现算法32，分析和/或呈现经校正的MRS数据。所述数据呈现可以采取各种形式，例如将针对体素的所述MRS波谱绘制为频率(或波长或另一种波谱度量)的函数；显示图像，所述图像的像素或体素强度对应于感兴趣MRS波谱峰的峰值；针对单个体素，绘制感兴趣的MRS波谱峰的随时间的峰值，从而提取功能信息，等等。
各种计算和存储部件12、16、26由例示性计算机40或其他数字处理设备适当地实施，以令MR扫描器10执行所述MRS数据采集，所述计算机40或其他数字处理设备采用多核处理器或其他并行处理器、单核处理器、图形处理单元(即GPU)等等，并且具有通信总线或与所述MR扫描器10的操作性连接。尽管所述数字处理设备采用数字处理器，但是也预期所述数字处理设备包括或可以使用某种模拟电路，例如模拟或混合数字/模拟专用集成电路(ASIC)。所公开的MRS技术也可以被实施为存储指令的存储介质，所述指令在被数字处理设备40的处理器运行时，执行所公开的操作。例如，所述存储机制可以包括硬盘驱动器、光驱、随机存取存储器(RAM)、闪存，或其他静电存储器，它们的各种组合，或另一种合适的存储介质。这些类型的存储介质也可以被用作MR数据存储器16。事实上，在一些实施例中，常见存储介质(例如，所述计算机的硬盘驱动器)可以既包括所述MR数据存储器16并且还存储所述指令，所述指令在被所述数字处理设备40的处理器运行时执行所公开的操作。
所述MR系统典型地还包括作为例示的键盘42，或其他用户输入设备(例如，鼠标、轨迹球，或其他定点设备)，用户经由所述用户输入设备输入命令、参数，等等，用于启动和控制所述MRS采集、数据处理，和/或数据呈现。由所述MRS数据处理模块26输出的MRS波谱、MRSI图像，或其他MRS数据呈现被适当地显示在显示设备上，所述显示设备例如作为例示的计算机40。尽管将所述各种处理部件12、26，数据存储器16，以及用户接口部件42、44图示为集成或组合到单个作为例示的计算机40中，但是应该理解，可以替代地由不同的计算机、网络服务器、基于互联网的处理器、云计算网络的部件，等等，以各种方式实施这些各种部件和/或存储器。
MRS脉冲序列14被示为与所述MR控制器12集成。例如，MRS脉冲序列14可以被存储在MR控制器12的存储器或存储介质中。在备选的方案中，MRS脉冲序列14可以被存储在区别于所述MR控制器12，但与所述MR控制器13有效通信的存储介质中。MRS脉冲序列14可以被存储为由MR控制器12运行的指令，或者被存储为由MR控制器12操作的数据。作为后者的范例，每个脉冲可以在所述MRS脉冲序列14中由源(例如，射频线圈、磁场梯度线圈，或其他发生器)和诸如脉冲幅度、持续时间、频率等等的脉冲参数表示。
返回参考图2，额外详细地描述了例示性MRS脉冲序列14。应该理解，图2示出了包括本文描述的显著特征的MRS脉冲序列14的图解表示。MRS脉冲序列14可以包括图2中未图示的额外的或其他脉冲。例如，当被用于MRSI采集中时，MRS脉冲序列14典型地包括图2中未示出的合适的空间编码的磁场梯度脉冲。
所述预备MR子序列S预备提供水信号抑制以及任选的其他功能。例如，作为例示的MR子序列S预备包括水抑制脉冲和/或体积外抑制(OVS)脉冲。所述MRS子序列SMRS基本上可以采用任何磁共振波谱学采集序列，并且可以具有PRESS或STEAM技术的体积或切片选择性。作为例示的MRS子序列SMRS包括激励脉冲(α)和两个重新聚焦脉冲(β)随后是所述激发MR信号的自由感应衰减(FID)期间的数据采集。所述MRS子序列SMRS的持续时间在本文中以TMRS表示。所述MR参考子序列S参考适当地是所述MRS子序列的重复但具有低翻转角激励脉冲(本文中以γ指代)。在一些实施例中γ小于或等于5°。在一些实施例中γ小于或等于3°。所述MR参考子序列S参考的持续时间在本文中以T参考表示。可以使该时间间隔很短，例如T参考≤500ms。
所公开的针对MRS数据采集的MR序列利用了本文中所进行的某些观察结果。一个观察结果为，所述MRS(子)序列SMRS在采集方面具有短的持续时间，但为了所述水抑制恢复，而具有长的重复时间(TR)。例如，在一些实施例中，所述MRS子序列SMRS具有500ms或更少的持续时间(TMRS)，并且更优选低具有300msec或更少的持续时间。另一方面，TR典型地为约2000msec，并且在一些实施例中为1500msec或更短。这意味着在所述MRS采集的有用结束与其下一次重复之间存在长的“停滞(dead)”时间。在所述MRS序列14中，该“停滞”时间的部分被用于采集所述MR参考子序列S参考。
本文中进行的另一观察结果在于，用于对MRS数据的相位和B0校正的所述参考信号不采集全强度水信号。因此，在所述MRS子序列SMRS之后，以所述子序列SMRS与S参考之间的最小延迟，适当地执行所述MR参考子序列S参考。因此，在一些实施例中，在所述MRS子序列SMRS的所述结束与所述MR参考子序列S参考的所述激励脉冲γ之间，不插入时间延迟。由于(如本文中所认识到地)在所述子序列SMRS期间，所述水信号恢复到已足够强到充当参考信号的水平，因此，优选地使所述MRS子序列SMRS的所述结束与所述MR参考子序列S参考的开始之间的延迟最小化。还是为此，在一些实施例中，在所述MRS子序列SMRS的结束与所述MR参考子序列S参考的开始之间不插入扰流梯度(spoilergradient)。
在一些实施例中，所述MR参考子序列S参考具有与SMRS相同的周期，并且被构建为在有用MRS采集的结束与下一重复时间(TR)之间限制其对MRS信号在Z方向中的恢复的影响。为此，使针对所述MR参考子序列S参考的所述激励脉冲(在本文中以γ指代)为小的。在一些实施例中，针对所述MR参考子序列S参考的所述激励脉冲具有5°或更小的翻转角。在一些实施例中，所述激励脉冲具有3°或更小的翻转角。在本文中公开了：使用这些设计原则，对于参考扫描MR序列14可以具有采用大翻转角的方法的大约90％的信噪比(SNR)，同时将针对完整MR序列14(包括所述MR参考子序列S参考)保持在短至2000ms的TR，所述TR比针对所述参考扫描使用较大翻转角的方法短50％。通过针对所述激励脉冲γ的所述低翻转角(例如小于或等于5°，并且更优选小于或等于3°)的使用，实现了采集速度增益。
以下两者的组合有利地提供了更准确的相位和B0校正：(1)所述MRS子序列SMRS的结束与所述MR参考子序列S参考的开始之间的最小延迟与(2)针对所述MR参考子序列S参考的激励脉冲γ的低翻转角。所述B0在其期间可以漂移的时间得以最小化。
针对SV扫描，计算所述水参考信号的零阶和线性相位畸变，并将其用于进行对来自针对每个TR周期的第二部分的数据的相位校正。针对化学位移成像(CSI)扫描，所述处理适当地在扫描结束之后开始，此时通过快速傅立叶变换(FFT)在空间维度处理所述参考数据，并且针对每个体素计算所述相位畸变和B0漂移信息，并将其用于进行对来自相同体素的第二部分的数据的相位和B0校正。数据处理是自动的，并且将结果适当地保存到系统DICOM(医学数字影像和通信)图像数据库，用于以后使用。
参考图3至图5，在实际脑MRSI中实施所公开的快速MRS序列。使用以下扫描参数采集人类志愿者的PRESSCSI数据：TR＝2000msec，TE＝38msec，使用八通道相控阵列头部线圈和3.0T飞利浦AchievaTM系统。图3示出了所述VOI的位置以及所采集的4×5体素CSI矩阵。图4示出了手动定相之后的、没有参考扫描的CSI数据。保留了某种程度的相位畸变，其未针对一些体素得到校正。图5示出了针对具有交错导航器扫描(即，图2的所述MRS扫描14)的PRESS序列的扫描的结果。针对该数据未使用进一步的处理。在图4和图5中，在每个谱图的右上标记CSI矩阵体素标识。在图3中，仅标记左上(7，8)、右上(10，8)、左下(7，12)和右下(10，12)的体素。
例示性实施例涉及1HMRS，其中主要水信号被抑制，以提供更准确的非水波谱。更一般地，所公开的方法可以被用于主要信号源被抑制的其他类型的MRS。
本申请己描述了一个或多个优选的实施例。他人在阅读和理解前文的详细描述时，可以想到多种修改和变型。应该将本申请理解为包括所有这样的修改和变型，只要它们落入所附权利要求书或其等价方式的范围之内。
Claims (15)
1.一种成像方法，包括：
执行磁共振(MR)序列(14)，包括：
应用提供水信号抑制的预备MR子序列(S预备)，
在应用所述预备MR子序列之后，执行磁共振波谱学(MRS)子序列(SMRS)，以采集具有水信号抑制的1HMRS数据，以及
在所述MRS子序列之后，执行MR参考子序列(S参考)以采集MR参考数据，其中，针对所述MR参考子序列的激励脉冲(γ)具有5°或更小的翻转角；以及
使用所述MR参考数据来对具有水信号抑制的所述1HMRS数据执行相位和B0校正，以生成经校正的MRS数据。
2.如权利要求1所述的成像方法，其中，以小于或等于2000msec的重复时间(TR)，执行所述MR序列(14)。
3.如权利要求1所述的成像方法，其中，以小于或等于1500msec的重复时间(TR)，执行所述MR序列(14)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的成像方法，其中，在小于或等于1000msec的时间间隔期间，执行所述MRS子序列(SMRS)与所述MR参考子序列(S参考)的组合。
5.如权利要求1至3中任一项所述的成像方法，其中，在小于或等于500msec的时间间隔期间，执行所述MR参考子序列(S参考)。
6.如权利要求1至3中任一项所述的成像方法，其中，在小于或等于500msec的时间间隔期间，执行所述MRS子序列(SMRS)。
7.如权利要求1至3中任一项所述的成像方法，其中，针对所述MR参考子序列(S参考)的所述激励脉冲(γ)具有3°或更小的翻转角。
8.如权利要求1至3中任一项所述的成像方法，其中，在所述MRS子序列(SMRS)的结束与所述MR参考子序列(S参考)的所述激励脉冲(γ)之间，不插入时间延迟。
9.如权利要求1至3中任一项所述的成像方法，其中，所述MR序列(14)包括空间编码的磁场梯度脉冲，以将所述MRS数据生成为磁共振波谱成像(MRSI)数据，并且所述的成像方法还包括将所述经校正的MRS数据在显示设备(44)上显示为MRSI图像。
10.如权利要求1至3中任一项所述的成像方法，还包括将所述经校正的MRS数据在显示设备(44)上显示为MRS谱。
11.一种成像装置，包括：
磁共振(MR)控制器(12)，其被配置为令MR扫描器(10)执行MR序列(14)，包括：
应用提供水信号抑制的预备MR子序列(S预备)，
在应用所述预备MR子序列之后，执行磁共振波谱学(MRS)子序列(SMRS)，以采集具有水信号抑制的MRS数据，以及
在所述MRS子序列之后，执行MR参考子序列(S参考)，以采集MR参考数据；
其中，所述MR序列(14)具有2000msec或更小的重复时间(TR)。
12.如权利要求11所述的成像装置，其中，所述MR参考子序列(S参考)的激励脉冲(γ)具有5度或更小的翻转角。
13.如权利要求11所述的成像装置，其中，所述MR参考子序列(S参考)的激励脉冲(γ)具有3度或更小的翻转角。
14.如权利要求11至13中任一项所述的成像装置，还包括：
MRS数据处理模块(26)，其被配置为使用所述MR参考数据来对具有水信号抑制的所述MRS数据执行相位和B0校正，以生成经校正的MRS数据。
15.一种用于令磁共振(MR)扫描器(10)执行MR序列(14)的设备，包括：
用于应用预备MR子序列(S预备)，提供对来自主要信号源的MR信号的抑制的单元，
用于在应用所述预备MR子序列之后，执行磁共振波谱学(MRS)子序列(SMRS)，以采集具有对来自所述主要信号源的MR信号的抑制的MRS数据的单元，以及
用于执行MR参考子序列(S参考)，以采集MR参考数据的单元，所述MR参考子序列在所述MRS子序列之后执行，并且同时所述预备MR子序列继续提供对来自所述主要信号源的MR信号的某种抑制，所述MR参考子序列的激励脉冲(γ)具有5°或更小的翻转角。
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