具有二项射频脉冲的多对比度同时多层磁共振成像制造技术

在磁共振设备和操作MR设备以用不同对比度在单个扫描中采集MR数据的方法中，检查对象的多个层中的核自旋在单个扫描中以同时多层采集序列被同时激励，在该序列中，辐射射频多带二项脉冲。

Multi contrast multicontrast MRI with two radiofrequency pulses

In a magnetic resonance apparatus and operation method of MR equipment with different contrast in a single scan data acquisition MR, nuclear spin multiple layers of a study object in a single scan at the same time acquisition sequence is also multi excitation in the sequence, with more than two pulse RF radiation.

【技术实现步骤摘要】
具有二项射频脉冲的多对比度同时多层磁共振成像
本专利技术涉及磁共振(MR)成像，更特别地涉及同时多层(SMS)磁共振成像。
技术介绍
MR成像是用于医疗诊断以及材料检测的广泛使用的显像模式。在磁共振设备中，检查对象(在医疗磁共振成像的情况下是病人)通过MR扫描器的基场磁体的操作暴露于强大的且恒定的基本磁场，检查对象安置在基本磁场中。MR扫描器还具有梯度线圈布置，其操作成激活空间上编码磁共振信号的梯度场。磁共振信号由来自MR扫描器中的RF辐射器(比如一个或多个天线)的射频(RF)脉冲的辐射产生。这些RF脉冲在检查对象中激励核自旋，并因此通常称为激励脉冲。核自旋在恰当频率下的激励给激励的自旋提供了磁化，这导致核自旋偏离由基本磁场产生的核自旋的对准一称为倾倒角的量。当核自旋放松，同时返回基本磁场中的对准时，它们发射MR信号(也是RF信号)，MR信号由MR扫描器中合适的RF接受天线接收，可以与用于发射激励脉冲的RF辐射器相同或不同。发射的MR信号具有取决于核自旋的磁化时间上的指数式衰减的信号强度。所需信号数字化以形成原始数据，原始数据作为k空间数据被输入存储器中，存储器被组织为k空间。已知许多技术来从k空间数据重构检查对象的图像。通过恰当地选择使用的MR数据采集序列的不同特性，所需信号可以不同地加权，使得检测的MR信号的不同源(即在医疗MR成像的情况下是不同组织)在重构图像中以不同对比度显现。在医疗MR成像的情况下，加权被选择成导致对于进行预期医疗诊断重要的组织在重构图像中具有最佳对比度(亮度)。一种加权已知为T1加权，因为其取决于核自旋的所谓的T1弛豫时间。已知许多不同技术来采集原始MR数据。一种技术已知为同时多层(SMS)采集，其是用于加速从检查对象的给定体积采集数据，其中，多层中的核自旋同时激励，得到的MR信号从每一层同时采集。这在k空间中导致数据集，该数据集由来自多层的数据构成，该多层倒坍(collapse)在彼此的顶部上。已知在图像重构期间分离或解倒坍(uncollapsing)这些相应层的数据的技术，比如层GRAPPA(一般性自动校准部分并行采集)技术，其在图1中示意性示出。在图1所示示例中，多层S1、S2和S3同时激励，导致每个层产生磁共振信号的回声列，其根据已知的翻转CAIPIRINHA(更高加速中的并行成像结果中的受控假信号(ControlledAliasinginParallelImagingResultsinHigherAcceleration))技术所需要。这种技术的细节例如在Setsompop等人的“Blipped-ControlledAliasinginParallelImagingforSimultaneousMultisliceEchoPlanarImagingWithReducedg-FactorPenalty”，MagneticResonanceinMedicine,Vol.67,pp.1210-1224(2012)和Setsompop等人的“ImprovingDiffusionMRIUsingSimultaneousMulti-SliceEchoPlanarImaging”，NeuroImage,Vol.63,pp.569-580(2012)以及Cauley等人的“IntersliceLeakageArtifactReductionTechniqueforSimultaneousMultisliceAcquisitions”，MagneticResonanceinMedicine,Vol.72,pp.93-102(2014)中描述。核自旋在同时采集的层中的激励利用多带(MB)RF脉冲实施。MBRF脉冲由许多单独单带(SB)RF脉冲的重叠产生，其类型通常用于在常规磁共振成像中在单个选定的层中激励核自旋。快速自旋回波(TSE)序列是用于MR成像的“临床主力(clinicalworkhorse)”序列，通过是对于所有类型身体区域成像的最经常利用序列。TSE序列具有若干回声列，在每个回声列中，整个k空间的多个相位编码线在一个激励脉冲之后被扫描(用数据填充)。这通过在每个读出线之后重新聚焦自旋来获得，利用重新聚焦的RF脉冲。与常规自旋回波(SE)序列相比，TSE序列的采集时间减少了一个回声列中的重叠聚焦的回波数量。该减少已知为快速因子。已知组合SMS和TSE，以从两个或更多个层同时采集数据。这减少了由连续执行的所有层的所有回声列的长度给出的最小重复时间(TR)。该减少发生的原因是更少的层必须用这样的组合来采集。减少的层的总数量已知为层加速因子。然而，对于许多检查，最小TR不由所有回声列的总时间限制，而是由期望图像对比度限制。例如，对于T2加权成像，长TR是有必要的，以允许T1弛豫提供期望T2对比度。这意味着如果TR是不具有SMS的五秒，则SMS因子2会允许TR减少至2.5秒，但是该减少不能在不改变图像对比度至临床上不可接受的程度的情况下获得。为了提供恰当的诊断，通常有必要采集具有两个不同TSE对比度的目标的相同层堆叠。一个示例是T2加权TSE和具有针对脑的CSF衰减的T2加权TSE(已知为FLAIR序列)。另一示例是T1质子密度(PD)或T2加权TSE，具有和不具有用于关节显像的脂肪预饱和(fs)，已知为T1/T2fs，PD/PDfs或T2/T2fs。在这些类型的已知序列组合中，每个序列(T1和T1fsTSE)必须由数据采集扫描器分离地执行。由于前述限制，在这种组合中的SMS的情况下，不会获得数据采集的明显加速。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种SMSMR成像序列以及一种根据这样的序列操作的MR成像设备，其中，在单次扫描中获得具有两个对比度的MR数据。该目的根据本专利技术在SMS序列中获得，在SMS序列中，核自旋由二项RF脉冲激励，二项RF脉冲由分别用于两层的不同子脉冲构成，核自旋在两个层中同时激励。二项RF脉冲的不同子脉冲分别在两个层中产生不同对比度(即在层之一中的第一对比度和在另一层中的第二不同对比度)。为了获得具有用于两个层的对比度的图像，那么激励可以在相应子脉冲针对两层互换的情况下重复，所以图像可以针对每个层以每个对比度重构。在根据本专利技术的方法和设备的实施例中，二项脉冲的第一子脉冲系列导致脂肪饱和，二项脉冲的第二子脉冲序列导致脂肪和水的饱和。该实施例特别用于与关节的TSE成像组合，对于关节的TSE成像，通常需要具有和不具有脂肪饱和度的相同的对比度。通过水激励的该脂肪饱和度的临床值已针对单带TSE成像表明(Hauger等人的“WaterExcitationasanAlternativetoFatSaturationinMRImaging:PreliminaryResultsinMusculoskeletalImaging”，Radiology,Vol.224,pp.657-663(2002))。然而，其它身体区域和序列类型也是可行的，比如在1.5T下在脑中的同时SE/fs-SE成像，或者梯度回波序列的所有版本。根据本专利技术的方法和设备的基础是两层的同时激励和采集。该原理可延展至多于两个同时采集的层，如于2015年10月15日提交的临时申请62/241,849中所述，该临时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在单个扫描中采集具有两个对比度的磁共振(MR)原始数据的方法，所述方法包括：操作MR数据采集扫描器，同时检查对象在其中位于具有基场方向的基础磁场中，以实施同时多层(SMS)数据采集序列，在该序列中，检查对象的多个层中相应的核自旋在检查对象的单个扫描中通过从所述MR数据采集扫描器的射频(RF)辐射器辐射所述SMS数据采集序列中的多带(MB)二项RF脉冲而被同时激励；通过辐射第一子集脉冲和第二子集脉冲而在所述SMS数据采集序列中产生所述MB二项RF脉冲，第一子集脉冲激励所述多个层中的第一层中的不同核自旋类，以相对于所述基场方向给所述第一层中的不同核自旋类分别提供不同磁化，这在所述第一层的图像被重构时产生第一对比度，第二子集脉冲激励所述多个层中的第二层中的不同核自旋类，以相对于所述基场方向给所述第二层中的不同核自旋类分别提供不同磁化，这在所述第二层的图像被重构时产生第二对比度，所述第一对比度和所述第二对比度彼此不同；在所述SMS数据采集序列中，在利用所述MB二项RF脉冲同时激励核自旋之后，至少从所述第一层和第二层中采集原始MR数据，并将来自至少第一层和第二层的采集的原始MR数据作为k空间数据输入到组织为k空间的电子存储器中；以及经由可访问所述电子存储器的计算机，使所述电子存储器中的k空间数据作为数据文件以电子形式使用。...

【技术特征摘要】
2016.07.25 US 15/218,3881.一种在单个扫描中采集具有两个对比度的磁共振(MR)原始数据的方法，所述方法包括：操作MR数据采集扫描器，同时检查对象在其中位于具有基场方向的基础磁场中，以实施同时多层(SMS)数据采集序列，在该序列中，检查对象的多个层中相应的核自旋在检查对象的单个扫描中通过从所述MR数据采集扫描器的射频(RF)辐射器辐射所述SMS数据采集序列中的多带(MB)二项RF脉冲而被同时激励；通过辐射第一子集脉冲和第二子集脉冲而在所述SMS数据采集序列中产生所述MB二项RF脉冲，第一子集脉冲激励所述多个层中的第一层中的不同核自旋类，以相对于所述基场方向给所述第一层中的不同核自旋类分别提供不同磁化，这在所述第一层的图像被重构时产生第一对比度，第二子集脉冲激励所述多个层中的第二层中的不同核自旋类，以相对于所述基场方向给所述第二层中的不同核自旋类分别提供不同磁化，这在所述第二层的图像被重构时产生第二对比度，所述第一对比度和所述第二对比度彼此不同；在所述SMS数据采集序列中，在利用所述MB二项RF脉冲同时激励核自旋之后，至少从所述第一层和第二层中采集原始MR数据，并将来自至少第一层和第二层的采集的原始MR数据作为k空间数据输入到组织为k空间的电子存储器中；以及经由可访问所述电子存储器的计算机，使所述电子存储器中的k空间数据作为数据文件以电子形式使用。2.如权利要求1所述的方法，包括在具有所述数据文件的图像重构计算机中以第一对比度重构第一层的图像以及以与第一对比度不同的第二对比度重构第二层的图像。3.如权利要求2所述的方法，其中，不同自旋类是水和脂肪，并且其中，所述第一对比度显示出在所述第一层的重构图像中的水和脂肪贡献，所述第二对比度仅显示出在所述第二层的重构图像中的水贡献。4.如权利要求2所述的方法，包括通过在所述计算机中执行并行重构算法来分离k空间中的用于所述多个层的k空间数据，以用于所述第一层和第二层的图像的重构。5.如权利要求4所述的方法，包括使用层一般性自动校准部分并行采集(层GRAPPA)重构算法作为所述并行采集重构算法。6.如权利要求1所述的方法，包括在具有第一子集脉冲和第二子集脉冲的SMS数据采集序列中产生所述MB二项RF脉冲，第一子集脉冲接连包括第一脉冲、第二和第三脉冲，第二子集脉冲包括与第一子集的第一脉冲一致的第一脉冲和与第一子集的第三脉冲一致的最后脉冲，第二子集在其第一脉冲和最后脉冲之间没有脉冲。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述不同自旋类是水和脂肪，所述MB二项RF脉冲给水自旋类提供了水磁化向量，并给脂肪自旋类提供了脂肪磁化向量，其中，第一子集的第一脉冲使脂肪和水磁化向量从基场方向倾斜相同的相位，并且其中，在水和脂肪磁化向量异相的等待时间之后辐射第一子集的第二脉冲，第一子集中的第二脉冲也使脂肪和水磁化向量倾斜，第一子集中的第三脉冲使脂肪磁化向量移动返回到基场方向，并使水磁化向量移动为完全在横向于基场方向的平面中，并且其中，第二子集的第一脉冲维持脂肪和水磁化向量同相，并且其中，第二子集的最后脉冲使脂肪和水磁化向量移动到横向于基本磁场的平面中。8.如权利要求1所述的方法，其中，第一子集脉冲包括相继的第一脉冲、第二脉冲和第三脉冲，并且其中，第二子集脉冲包括与第一子集的第二脉冲一致的脉冲，并且不包括与第一子集的第一和第三脉冲一致的脉冲。9.如权利要求8所述的方法，其中，不同核自旋类是水和脂肪，所述MB二项RF脉冲给水自旋类提供水磁化向量，并给脂肪自旋类提供脂肪磁化向量，并且其中，第一子集中的第一RF脉冲使脂肪和水磁化向量相对于基场方向倾斜，脂肪和水磁化向量之后变得异相，第一子集中的第二脉冲进一步使脂肪和水磁化向量相对于基场方向倾斜，第一子集中的第三脉冲使脂肪磁化向量移动返回到基场方向，并将水磁化向量放置在横向于基场方向的平面中，并且其中，第二子集中的脉冲使水和脂肪磁化向量从基场方向倾斜到横向于基场方向的平面。10.如权利要求9所述的方法，其中，第二子集中的脉冲具有与第一子集中的脉冲、第二脉冲和第三脉冲之和不同的倾倒角。11.如权利要求1所述的方法，包括在第一和第二子集脉冲互换的情况下重复对SMS数据采集序列中的MB二项RF脉冲的辐射，使得第一子集脉冲激励第二层中的不同核自旋类，第二子集脉冲激励第一层中的不同核自旋类。12.如权利要求11所述的方法，包括在具有数据文件的图像重构计算机中，以第一对比度重构第一层的第一图像，并以第二对比度重构第一层的第二图像，以第一对比度重构第二层的第一图像，并以第二对比度重构第二层的第二图像。13.一种磁共振(MR)设备，包括：MR数据采集扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：H巴特，M泽勒，
申请(专利权)人：西门子保健有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE