在磁共振成像中使用單個連續(xù)脈沖操縱水和脂肪信號的制作方法
【專利摘要】在磁共振成像中使用單個連續(xù)脈沖操縱水和脂肪信號。一種用于操縱第一化學物種和第二化學物種的磁共振信號的方法，該方法包括確定使第一化學物種所對應的質子自旋相對于第二化學物種所對應的質子自旋獲得90度的相移所需的時間。限定具有脈沖振幅和第一恒定相位的第一脈沖部分。還限定具有該脈沖振幅和第二恒定相位的第二脈沖部分，第二恒定相位同所述第一恒定相位相差90度的倍數。接下來，通過串聯第一脈沖部分和第二脈沖部分產生單個連續(xù)復合脈沖，其中該單個連續(xù)復合脈沖具有一持續(xù)時間使得第一脈沖部分的中心和第二脈沖部分的中心之間的時間差對應確定的時間。然后，將該單個連續(xù)復合脈沖施加到多個射頻線圈。
【專利說明】在磁共振成像中使用單個連續(xù)脈沖操縱水和脂肪信號
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年10月11日提交的美國臨時申請序列號N0.61 / 712，384的優(yōu)先權，其全部內容通過引用被并入這里。
【技術領域】
[0003]本公開通常涉及采用單個連續(xù)脈沖的方法、系統(tǒng)及設備，該單個連續(xù)脈沖例如可以用在獨立操縱水和脂肪的磁化中。該公開的方法、系統(tǒng)及設備非常適合、但不局限于用在脂肪選擇性翻轉、水選擇性翻轉或脂肪抑制T2預備(T2-preparation)模塊中。
【背景技術】[0004]磁共振成像“MRI”)是用來使身體的組織和其他內部結構顯現的醫(yī)學成像技術。組織的成分諸如水、脂肪以及血液均對磁化做出不同的反應，從而這些成分能夠在MRI圖像中在它們的亮度和強度方面變化。通常，臨床醫(yī)生將尋求使用這些變化來突出感興趣區(qū)域。一種常見的技術是限制MRI圖像中脂肪的強度使得脂肪顯得暗，而非脂肪結構表現為黑與白之間的灰色陰影。
[0005]一種用于脂肪抑制的最常用技術是復合RF脈沖技術。該技術使用一系列的由小延遲分離的脈沖來產生脂肪和水之間的180相移。該復合RF脈沖技術提供超越其他常規(guī)脂肪抑制技術的幾個益處。例如，該復合RF脈沖技術不依靠脂肪和水之間的頻率分離。因此，該技術可以有效地用于低場MR設置，其中脂肪-水分離是最小的。此外，復合RF脈沖技術還對BI場中的不均勻性相對不敏感。因此，該技術還可用在高場設置中。
[0006]復合RF脈沖技術的一個缺陷在于它涉及大的相移，其又要求在該序列的每個脈沖之間相對大的時間延遲。這在存在BO不均一的情況下導致大的相位誤差。此外，由于BO不均一隨BO場強度增加，相位誤差也隨該場強度增加。從而，復合RF脈沖技術在BO場強度高的臨床設置中將或者執(zhí)行不佳或者執(zhí)行失敗。例如，該技術可能錯誤地將水識別為脂肪，并且反之亦然。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的實施例通過提供用于采用單個連續(xù)脈沖獨立操縱水和脂肪磁化的方法、系統(tǒng)和設備解決并克服了一個或多個上述的缺點和缺陷。更具體地，在此描述的單個連續(xù)脈沖獨立地調節(jié)患者或成像樣品中的水和脂肪磁化。
[0008]依照本發(fā)明的一個方面，如在一些實施例中所述的，操縱第一化學物種和第二化學物種的磁共振信號的方法包括確定使第一化學物種所對應的質子自旋相對于第二化學物種所對應的質子自旋獲得90度的相移所需的時間。限定具有脈沖振幅和第一恒定相位的第一脈沖部分。還限定具有該脈沖振幅和第二恒定相位的第二脈沖部分，第二恒定相位同第一恒定相位相差90度的倍數。接著，通過串聯第一脈沖部分和第二脈沖部分產生單個連續(xù)復合脈沖，其中該單個連續(xù)復合脈沖具有一持續(xù)時間使得第一脈沖部分的中心和第二脈沖部分的中心之間的時間差對應確定的時間。然后，將該單個連續(xù)復合脈沖施加到多個射頻線圈。在一個實施例中，第一化學物種是脂肪且第二化學物種是水。
[0009]單個連續(xù)復合脈沖在第一和第二物種的磁化上可提供幾個不同的旋轉。例如，在一個實施例中，該單個連續(xù)復合脈沖將第一化學物種的磁化旋轉90度而將第二化學物種的磁化保持在它的原始取向上。在另一實施例中，該單個連續(xù)復合脈沖將第一化學物種的磁化從縱向方向旋轉到橫向平面而沿著縱向方向保持第二化學物種的磁化。在另一實施例中，該單個連續(xù)復合脈沖將第一化學物種的磁化旋轉90度而將第二化學物種的磁化倒轉。在另一實施例中，該單個連續(xù)復合脈沖將第一化學物種的磁化從橫向平面旋轉到縱向方向而將第二化學物種的磁化沿著縱向方向倒轉。
[0010]在一些實施例中，單個復合脈沖可包括額外的部分。例如，在一些實施例中，上述方法還進一步包括限定具有脈沖振幅和領先恒定相位的領先脈沖部分以及限定具有脈沖振幅和拖尾恒定相位的拖尾脈沖部分，該領先恒定相位同所述第一恒定相位相差90度的倍數。于是生成的單個連續(xù)復合脈沖進一步包括先于第一脈沖部分和第二脈沖部分的串聯的領先脈沖部分以及跟隨第一脈沖部分和第二脈沖部分的串聯的拖尾脈沖部分。在一個實施例中，領先脈沖部分和拖尾脈沖部分在生成的單個連續(xù)復合脈沖中均具有等于確定的時間的倍數的持續(xù)時間。在一個實施例中，領先脈沖部分和拖尾脈沖部分在生成的單個連續(xù)復合脈沖中均具有等于確定的時間的持續(xù)時間。
[0011]依照本發(fā)明的另一方面，如在一些實施例中所述的，操縱與第一諧振頻率相關的第一化學物種和與不同的第二諧振頻率相關的第二化學物種的磁共振信號的成像系統(tǒng)包括至少一個RF(射頻)線圈。該線圈提供恒定振幅的單個連續(xù)RF脈沖并且該單個連續(xù)RF脈沖包括:(a)在第一部分中的第一恒定相位以及(b)在第二部分期間的第二恒定相位，第二恒定相位同所述第一恒定相位相差90度的倍數。在該系統(tǒng)中，單個連續(xù)RF脈沖具有一持續(xù)時間使得第一部分的中心和第二部分的中心之間的時間差對應于使第一化學物種的第一自旋相對于第二化學物種的第二自旋獲得90度的相移所需的時間。在一些實施例中，該系統(tǒng)進一步包括磁場梯度產生器，其產生用于相位編碼的解剖學體積選擇磁場梯度，并且用于與在二維或三維(2D或3D)解剖學體積中用于讀出RF數據采集的RF線圈一同使用。在一個實施例中，單個連續(xù)RF脈沖具有兩倍于使第一化學物種所對應的第一自旋相對于第二化學物種所對應的第二自旋獲得90度的相移所需的時間的整個持續(xù)時間。
[0012]單個連續(xù)復合脈沖在第一和第二物種的磁化上可提供幾個不同的旋轉。例如，在一個實施例中，該單個連續(xù)RF脈沖執(zhí)行兩個連續(xù)的正交自旋旋轉。在一個實施例中，該單個連續(xù)RF脈沖將第一化學物種的磁化旋轉90度而將第二化學物種的磁化保持在它的原始取向上。在另一實施例中，該單個連續(xù)RF脈沖將第一化學物種的磁化從縱向方向旋轉到橫向平面而沿著縱向方向保持第二化學物種的磁化。在另一實施例中，該單個連續(xù)RF脈沖將第一化學物種的磁化旋轉90度而將第二化學物種的磁化倒轉。在另一實施例中，該單個連續(xù)RF脈沖將第一化學物種的磁化從橫向平面旋轉到縱向方向而將第二化學物種的磁化沿著縱向方向倒轉。
[0013]依照本發(fā)明的另一方面，如在一些實施例中所述的，在成像數據中確定造影劑濃度的制品包括非瞬時的、有形的計算機可讀介質，其保存用于執(zhí)行一方法的計算機可執(zhí)行指令。該方法包括確定使第一化學物種所對應的質子自旋相對于第二化學物種所對應的質子自旋獲得90度的相移所需的時間。限定具有脈沖振幅和第一恒定相位的第一脈沖部分。還限定具有該脈沖振幅和第二恒定相位的第二脈沖部分，第二恒定相位同第一恒定相位相差90度的倍數。接著，通過串聯第一脈沖部分和第二脈沖部分產生單個連續(xù)復合脈沖，其中該單個連續(xù)復合脈沖具有一持續(xù)時間使得第一脈沖部分的中心和第二脈沖部分的中心之間的時間差對應確定的時間。然后，將該單個連續(xù)復合脈沖施加到多個射頻線圈。在一些實施例中，該方法進一步包括限定具有該脈沖振幅和領先恒定相位的領先脈沖部分以及限定具有該脈沖振幅和拖尾恒定相位的拖尾脈沖部分，該領先恒定相位同所述第一恒定相位相差90度的倍數。于是產生的單個連續(xù)復合脈沖可進一步包括先于第一脈沖部分和第二脈沖部分的串聯的領先脈沖部分以及跟隨第一脈沖部分和第二脈沖部分的串聯的拖尾脈沖部分。在一個實施例中，領先脈沖部分和拖尾脈沖部分在生成的單個連續(xù)復合脈沖中均具有等于確定的時間的倍數的持續(xù)時間。在一個實施例中，領先脈沖部分和拖尾脈沖部分在生成的單個連續(xù)復合脈沖中均具有等于確定的時間的持續(xù)時間。
[0014]本發(fā)明的額外的特征和優(yōu)點將由下面參考附圖繼續(xù)進行的示例性實施例的詳細說明而變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]當結合附圖進行閱讀時從下面的詳細描述可最佳地理解本發(fā)明的前述和其它的方面。出于說明本發(fā)明的目的，在附圖中示出了目前優(yōu)選的實施例，然而應當理解本發(fā)明并非局限于公開的特定手段。附圖中所包括的是以下圖:
[0016]圖1示出了如在本發(fā)明的一些實施例中使用的，使用單個連續(xù)脈沖在患者或成像樣品中獨立調節(jié)水和脂肪磁化的系統(tǒng)；
[0017]圖2A、2B和2C提供了可用在傳統(tǒng)RF復合脈沖技術中的復合脈沖的圖示，以及它們的實際局限性；
[0018]圖3A和3B示出了如在本發(fā)明的一些實施例中使用的連續(xù)復合脈沖的實例，在這里稱之為脈沖“I型”；
[0019]圖4A和4B示出了如在本發(fā)明的一些實施例中使用的連續(xù)復合脈沖的實例，在這里稱之為脈沖“II型”；
[0020]圖5A示出了分別使用I型和II型脈沖作為向下傾斜(tip-down)脈沖和往回翻轉(flip-back)脈沖的T2預備模塊；
[0021]圖5B示出了依照本發(fā)明的一些實施例使用T2預備模塊作為MRI脈沖序列的一部分及其對水和脂肪磁化的影響；
[0022]圖6A和6B示出了如在本發(fā)明的一些實施例中使用的連續(xù)復合脈沖的第三個實例，在這里稱之為脈沖“III型”；
[0023]圖7A和7B示出了如在本發(fā)明的一些實施例中使用的連續(xù)復合脈沖的第四個實例，在這里稱之為脈沖“IV型”；
[0024]圖8A和SB示出了連續(xù)復合脈沖的第四個實例，在這里稱之為脈沖“ IB型”；
[0025]圖9A和9B示出了如在本發(fā)明的一些實施例中使用的連續(xù)復合脈沖的第五個實例，在這里稱之為脈 沖“1C型”；
[0026]圖1OA示出了脈沖“IIB型”的旋轉方案，它的時序、振幅以及相位調制功能；[0027]圖1OB示出了脈沖“IIC型”的旋轉方案，它的時序、振幅以及相位調制功能；
[0028]圖1lA示出了脈沖“IIIB型”的旋轉方案，它的時序、振幅以及相位調制功能；
[0029]圖1lB示出了脈沖“IIIC型”的旋轉方案，它的時序、振幅以及相位調制功能；
[0030]圖12A示出了脈沖“IVB型”的旋轉方案，它的時序、振幅以及相位調制功能；
[0031]圖12B示出了脈沖“IVC型”的旋轉方案，它的時序、振幅以及相位調制功能；
[0032]圖13A和13B描繪了在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在此被稱為“V型”脈沖的連續(xù)復合脈沖；
[0033]圖14A和14B描繪了在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在此被稱為“VI型”脈沖的連續(xù)復合脈沖；
[0034]圖15A和15B描繪了在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在此被稱為“VB型”脈沖的脈沖V型的變化；
[0035]圖16A和16B描繪了在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在此被稱為“VIB型”脈沖的脈沖VI型的變化；
[0036]圖17示出了演示脈沖I型和II型的實例的體模圖像；
[0037]圖18示出了使用與圖17中相同的T2準備模塊的另一實例；
[0038]圖19示出了心臟病人圖像并演示脈沖I型和II型的實例作為依照圖5A和5B的組合的T2預備和脂肪倒轉模塊的部件；以及
[0039]圖20示出了本發(fā)明的實施例可以在其中實施的計算環(huán)境的實例。
【具體實施方式】
[0040]以下公開依照幾個針對采用單個連續(xù)脈沖獨立地操縱水和脂肪磁化的方法、系統(tǒng)和設備的實施例描述了本發(fā)明。更具體地，使用在此描述的技術，單個連續(xù)脈沖獨立地調節(jié)患者或成像樣品內的水和脂肪磁化。例如，在一個實施例中，對于單個MR圖像，該系統(tǒng)通過同時使用不同的技術對水和脂肪產生不同的圖像對比度來確定水和脂肪磁化。該特性可以例如通過T2預備模塊用于依照它的局部T2值來加權水磁化而同時倒轉脂肪磁化以抑制脂肪信號。在此描述的方法、系統(tǒng)和設備非常適合于、但不限于用在脂肪-選擇性倒轉、水-選擇性倒轉或脂肪抑制飽和度模塊中。
[0041]圖1示出了如在本發(fā)明的一些實施例中使用的、使用單個連續(xù)脈沖在患者或成像樣本中獨立調節(jié)水和脂肪磁化的系統(tǒng)10。在系統(tǒng)10中，磁體12在要被成像且放置在桌上的患者11的體內產生靜態(tài)基礎磁場。在該磁體系統(tǒng)中是梯度線圈14，其用于產生疊加在該靜態(tài)磁場上的位置依賴的磁場梯度。梯度線圈14響應由梯度和勻場和脈沖序列控制模塊16在那提供的梯度信號,在三個正交方向上產生位置依賴和勻場的磁場梯度,并生成磁場脈沖序列。該勻場梯度補償由患者解剖變異和其他來源造成的MR成像設備磁場中的不均勻性和變異性。該磁場梯度包括施加給患者11的切片選擇梯度磁場、相位編碼梯度磁場和讀出梯度磁場。
[0042]另一 RF(射頻)模塊20提供RF脈沖信號到RF線圈18，其響應地產生磁場脈沖，所述磁場脈沖將成像體11中的質子自旋旋轉九十度或一百八十度，用于所謂的“自旋回波”成像，或者旋轉小于或等于90度的角度，用于所謂的“梯度回波”成像。如由中央控制單元26指導的脈沖序列控制模塊16連同RF模塊20控制切片選擇、相位編碼、讀出梯度磁場，射頻傳送以及磁共振信號探測以獲得代表患者11的平面切片的磁共振信號。
[0043]響應施加的RF脈沖信號，RF線圈18接收MR信號，即來自體內的激發(fā)質子的信號，當它們返回到由靜態(tài)和梯度磁場建立的平衡位置時。MR信號由RF模塊20內的探測器和k-空間成分處理器單元34探測和處理以提供圖像代表數據到中央控制單元26中的圖像數據處理器。ECG同步化信號產生器30提供用于脈沖序列和成像同步化的ECG信號。單元34中的獨立數據元素的二維或三維k-空間存儲陣列存儲包括MR數據集的對應的獨立頻率成分。獨立數據元素的k-空間陣列具有指定的中心并且獨立數據元素單獨地具有到指定的中心的半徑。
[0044]磁場產生器(包括磁線圈12、14和18)產生磁場用于獲取對應于存儲陣列中的獨立數據元素的多個獨立頻率成分。所述獨立頻率成分以以下的順序被連續(xù)地獲取:當在獲取代表MR圖像的MR數據集期間連續(xù)地獲取多個獨立頻率成分時各自對應的獨立數據元素的半徑沿著大致螺旋的路徑增加和減少。單元34中的存儲處理器在陣列中的對應獨立數據元素中存儲使用磁場獲取的獨立頻率成分。當獲取多個連續(xù)的獨立頻率成分時各自對應的獨立數據元素的半徑交替地增加和減少。磁場以對應于在陣列中大致臨近的獨立數據元素的次序的順序獲取獨立頻率成分并且在連續(xù)獲取的頻率成分之間的磁場梯度變化被大大最小化。[0045]中央控制單元26使用存儲在內部數據庫中的信息以協調的方式處理探測到的MR信號以產生身體的所選切片(或多個切片)的高質量圖像并且調整系統(tǒng)10的其他參數。存儲的信息包括預定的脈沖序列和磁場梯度和強度數據以及表示在成像中的待施加的梯度磁場的時序、取向和空間體積的數據。產生的圖像呈現在顯示器40上。計算機28包括能夠使用戶與中央控制器26交互的圖形用戶界面(GUI)并且能夠使用戶基本上實時地修改磁共振成像信號。例如，顯示處理器37處理磁共振信號以提供圖像代表數據用于顯示在顯示器40上。
[0046]圖2A、213和2C提供了可以用在傳統(tǒng)的RF復合脈沖技術中的復合脈沖的圖示。如上文指出的，復合RF脈沖技術的缺點在于它涉及大的相移，其又要求在該系列的每個脈沖之間相對大的時間延遲。這些延遲在存在BO非均勻性的情況下導致大的相位誤差。在理論上，參考圖2A，通過縮短脈沖202和204之間的時間延遲201能夠減少這些相位誤差。該較短的延遲能夠通過僅以90°水/脂肪相移為目標而不是180°來實現。反過來，這能將相位誤差減少一半。然而，如下文參考圖2A和2B所述的，為何在臨床實踐中、特別是在使用大的BO場強度時不能夠減少相位誤差有幾個實際的原因。
[0047]圖2B示出了實現90°水/脂肪相移所需的脈沖序列。特別地，90°相移需要615 μ S的時間延遲(3Τ掃描儀具有比3Τ稍微低的場強度，導致615 μ s的時間延遲)，其是在脈沖的中心之間測量的。不幸地是，在臨床MRI掃描儀上對于3特斯拉或更大的場強度來說這樣短的時間延遲不能夠實現，因為當遵守RF放大器的功率限制時，每個脈沖203和205的典型持續(xù)時間將太長以至于不能播放(play out)延遲207。結果，如所示脈沖在204疊加。從而由于掃描儀硬件的技術限制如圖2B所示的序列在實踐中不能夠被播放。注意到800μ s的脈沖持續(xù)時間是典型值，但準確的值依靠掃描儀的發(fā)射器線圈的負載，其是患者重量和電導率的函數。
[0048]圖2C提供了消除圖213中所示的重疊204的脈沖序列。然而，圖2C所示的序列也不能夠在臨床實踐中使用，因為脈沖(211，213)的振幅超過了臨床MRI掃描儀的功率限制。此外，對于許多MRI掃描儀來說，由于在連續(xù)的激勵脈沖之間需要最小的暫停215，該序列可能還呈現顯著的相位誤差。
[0049]在本發(fā)明的實施例中，使用具有一個連續(xù)波形的單個脈沖，在這里稱為“連續(xù)復合脈沖”，來處理前面提到的關于脂肪分離的傳統(tǒng)RF復合脈沖技術的缺點和不足中的一些。例如，由一些實施例所描述的連續(xù)復合脈沖能夠實現較短時間延遲而不超出最大的脈沖振幅。連續(xù)復合脈沖的長度可以是表達成τ (tau)的水和脂肪之間的頻率差、水和脂肪得到180° (π弧度)異相的時間的函數。[0050]圖3Α和3Β示出了在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在這里被稱為脈沖“I型”的連續(xù)復合脈沖319的實例。該脈沖包括繞Χ321Α的90°旋轉，1/2 τ 323的內置時間延遲，以及繞_y325A的90°旋轉。水和脂肪磁化301 (分別標記為“W”和“F”)在對齊z軸331開始。由第一個半脈沖319 (即脈沖部分321B)實現的旋轉321，翻轉W和F到-y軸302上。在相對于第一旋轉321A的中心351的時間延遲1/2 τ 323之后，脂肪305已經獲得相對于水303的90°相移304。由第二個半脈沖319 (即脈沖部分325Β)實現的關于-y的旋轉325翻轉F到正z軸上至位置307。水不受旋轉的影響并保持在位置309。盡管脈沖319是連續(xù)脈沖，它可以被概念化為兩個單獨的、連續(xù)播放的90°旋轉321和325A。從旋轉中心351到旋轉中心353的距離選擇為大致1/2 τ。整個的脈沖持續(xù)時間為τ。在一個實施例中，每個半脈沖具有不同的振幅，而旋轉中心之間的差保持為1/2 τ，脈沖長度為τ。脈沖“ I型”可用在例如水選擇性激勵、向下傾斜脈沖或飽和度應用中。
[0051]圖4Α和4Β示出了如在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在這里被稱為脈沖“II型”的連續(xù)復合脈沖419的實例。該連續(xù)復合脈沖在這里稱為脈沖“II型”。該脈沖用于在橫向平面中在—I軸上的最初的水磁化402 (標記為“W”)以及在+ζ軸上最初的脂肪磁化401 (標記為“F”)。該磁化狀態(tài)例如可發(fā)生在應用脈沖I型之后并具有操縱的橫向磁化，如同針對Τ2預備或飽和度的情況。II型脈沖包括圍繞y421A的90°旋轉、1/2 τ 423的內置時間延遲(例如，在3Τ為615ys)及圍繞-χ425Α的90°旋轉。由第一半個脈沖419 (即脈沖部分421Β)實現的旋轉421Α將水繞它自己的軸從402旋轉到403，并且將脂肪從ζ軸401上它的位置翻轉進入橫向平面到X軸404上。在第一旋轉421Α的中心451和第二旋轉425Β的中心453之間的時間延遲1/2 τ 423之后，脂肪406已經獲得相對于水405的180°相移410。注意到由時間延遲產生的脂肪/水偏移是對應1/2 τ僅90°，并且180°相移是水和脂肪之間的最初的90°角度和由于1/2 τ的額外的90°的總和。由第二半個脈沖419(即脈沖部分425Β)實現的關于-X的旋轉425Α將水翻轉到正ζ軸上至位置407并且將脂肪翻轉到負ζ軸上至位置409。整個脈沖的作用是往回翻轉水到ζ方向并且沿著ζ軸倒轉脂肪。
[0052]圖5Α示出了分別使用如向下傾斜503和往回翻轉脈沖505的I型和II型脈沖的Τ2預備模塊501。圖5Β示出了使用該模塊501作為MRI脈沖序列521的一部分以及它對水531和脂肪533磁化的作用。在脂肪Tl復原曲線534越過零磁化線時通過讀取數據的對比度相關部分545，可以抑制脂肪信號。水磁化通過它的Τ2時間加權允許區(qū)分具有長Τ2值的區(qū)域555和具有短Τ2值的區(qū)域567。
[0053]圖6Α和6Β示出了如在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在這里稱為脈沖“III型”的連續(xù)復合脈沖的第三個實例619。該脈沖與最初的縱向脂肪和水磁化601—起使用。該脈沖619提供水磁化向下傾斜進入橫向平面而同時沿著z軸倒轉脂肪磁化。這可用于例如組合T2預備/脂肪倒轉模塊，其目的是在該模塊之后盡可能快地使脂肪為零。III型脈沖可與脈沖II型對比，該脈沖II型在組合T2預備/脂肪倒轉模塊的末端被播放為往回翻轉脈沖，目的是在該模塊之后盡可能遲地使脂肪為零。
[0054]繼續(xù)參考圖6A和6B，由脈沖619的第一半621B實現的旋轉621A翻轉水和脂肪到-y軸602上。在第一旋轉621A的中心651和第二旋轉625B的中心653之間的時間延遲1/2 τ 623之后，脂肪603已經獲得相對于水605的90°相移604。由脈沖619的第二半625Β實現的關于y軸的旋轉625A翻轉脂肪到_z軸上至位置605。水不受該旋轉的影響并保持在位置607。脈沖619是連續(xù)脈沖，但可以將它理解為兩個連續(xù)播放的90°旋轉621和625。在整個脈沖持續(xù)時間τ，從旋轉中心651到旋轉中心653的距離選擇為1/2 τ。
[0055]圖7Α和7Β示出了在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在這里稱為脈沖“IV型”的連續(xù)復合脈沖的第四個實例。該脈沖類似于II型。它的功能是將水磁化從橫向平面翻轉到負Z軸上同時保持脂肪未被觸及。該脈沖可以例如用作Τ2預備的“往回翻轉”成分以有效地產生組合Τ2預備和倒轉模塊，其給予混合的Τ2和Tl對比度。旋轉軸、時序和延遲的細節(jié)類似于脈沖1、II和III型。
[0056]圖8Α和SB示出了在這里稱為“IB型”脈沖的連續(xù)復合脈沖的第四個實例。IB型脈沖是具有改進的BI性能的脈沖I型的型式。領先的180x-90_x對821A、823A代替I型中的90x脈沖321A，拖尾的90y-180_y對827A、827B代替I型中的90_y脈沖325A。這些復合脈沖對的目的是減少單個90°脈沖可能具有的翻轉角誤差。通過應用具有相反符號的翻轉角的兩個脈沖，第一個脈沖的任何恒定誤差將被第二個的相同誤差所補償，因為它的誤差在振幅上相等但符號相反。IB型中的這對具有與I型中的單個脈沖相同的凈翻轉角。
[0057]注意到圖8A和8B示 出的脈沖是單個連續(xù)脈沖，但為了更好的理解它的功能，在本描述中它被分解成獨立的部分。旋轉821A(對應于脈沖部分821B)將水和脂肪磁化從位置831帶到位置832。連續(xù)的旋轉823A (對應于脈沖部分823B)將水和脂肪磁化帶到_y軸上的位置833。在接下來的延遲時間1/2 τ 825期間脂肪835獲得相對于水834的90°相移840。旋轉827Α (對應于脈沖部分827Β)繞它自己的軸旋轉水并且從而它保持在位置834。然而旋轉827Α旋轉脂肪到位置837。旋轉829Α (對應于脈沖部分829Β)在位置838不影響水，但移動脂肪到正ζ軸上55位置839。旋轉823Α的中心871和旋轉827的中心873之間的時間延遲是1/2 τ，同時整個脈沖持續(xù)時間是3 τ。
[0058]圖9Α和9Β示出了在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在這里稱為“1C型”脈沖的連續(xù)復合脈沖的第五個實例。IC型脈沖相對于I型和IB型脈沖可提供改進的BI性能。領先的270χ-180_χ對921Α和923Α代替I型中的90χ脈沖321Α，拖尾的180y_270_y對927A和929A代替I型中的90_y脈沖325A。這些復合脈沖對的目的是雙重的。對于IB型來說，這些脈沖可減少單個90°脈沖可能產生的恒定誤差翻轉角誤差。另外，它們可減少作為翻轉角的非線性函數的誤差。這對的兩個脈沖之間的相對翻轉角差隨增加翻轉角而變得更小，并且兩個脈沖的非線性誤差變得更類似并為彼此提供更好的補償。
[0059]脈沖IC型是類似I型和IB型的單個連續(xù)脈沖，但為了理解它的功能，在本描述中它被分解成獨立的部分。繼續(xù)參考圖9A和9B，旋轉921A(對應于脈沖部分921B)將水和脂肪磁化從位置931帶到位置932。連續(xù)的旋轉923A (對應于脈沖部分923B)將水和脂肪磁化帶到_y軸上的位置933。在接下來的延遲時間1/2 τ 925期間脂肪935獲得相對于水934的90°相移940。旋轉927Α(對應于脈沖部分927Β)繞它自己的軸旋轉水并且因此不具有作用。然而該旋轉927Α旋轉脂肪到-X軸上的位置937。旋轉929Α(對應于脈沖部分929Β)也不影響水，但移動脂肪到+ζ軸上至位置939。旋轉923Α的中心971和旋轉927Α的中心973之間的時間延遲是1/2 τ，同時整個脈沖持續(xù)時間是21/2 τ。兩個270°旋轉的持續(xù)時間應當針對脈沖設計被考慮，因為在應用這些旋轉期間還獲得脂肪/水偏移。幸運地，這些偏移由相關的180°脈沖來補償。通過270χ921Α獲得的偏移由180-Χ923Α補償，并且270_y929A的偏移由180y旋轉927A補償。整個脈沖的有效脂肪/水偏移940是僅90°，允許脂肪和水的分開治療。注意到脈沖IC型比IB需要更多的功率。因此，IB型可適合于其中場強度為3T的設置，而IC型可以用在場強度為1.5T的地方。
[0060]在一些實施例中，通過用于從I型產生IB和IC型的相同設計原則改進脈沖I1、II和/或IV型中的一個或多個。圖10-12示出了用這些原則能夠產生的各種脈沖。因為上面參考IB和IC型討論了這些原則，從這些圖省略了矢量旋轉圖并只給出了振幅和相位圖。圖1OA示出了脈沖“IIB型”1011的旋轉方案，它的時序、振幅1013和相位1015調制功能。圖1OB示出了脈沖“IIC型” 1022的旋轉方案，它的時序、振幅1023和相位1025調制功能。圖1lA示出了脈沖“IIIB型”1111的旋轉方案，它的時序、振幅1113和相位1115調制功能。圖1lB示出了脈沖“IIIC型”1122的旋轉方案，它的時序、振幅1123和相位1125調制功能。圖12A示出了脈沖“IVB型”1211的旋轉方案，它的時序、振幅1213和相位1215調制功能。圖12B示出了脈沖1222“ IVC型”的旋轉方案，它的時序、振幅1223和相位1225調制功能。
[0061]圖13A和13B描述了在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在此稱為“V型”脈沖的連續(xù)復合脈沖。V型脈沖可以用來例如翻轉水而保持脂肪在它的原始取向上。注意到這個脈沖包括時間延遲τ以產生180°脂肪/水相移。它具有成為單個脈沖而非兩個由時間延遲分離的獨立脈沖的優(yōu)點。這可以用于例如使用高場強度的系統(tǒng)，其中獨立脈沖不能間隔足夠近。
[0062]圖14Α和14Β描述了在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在此稱為“VI型”脈沖的連續(xù)復合脈沖。V型脈沖可以用來例如翻轉脂肪而保持水在它的原始取向上。
[0063]圖15Α和15Β描述了在本發(fā)明的一些實施例方式使用的、在此稱為“VB型”脈沖的V型脈沖的變型。脈沖VB型相比于V型具有改進的BI魯棒性。示出了振幅1513和相位調制1515。改進的BI魯棒性的基本原理與用于脈沖IB型的相同。
[0064]圖16Α和16Β描述了在本發(fā)明的一些實施例中使用的、在此稱為“VIB型”脈沖的脈沖VI型的變型。VIB型脈沖相比于V型具有改進的BI魯棒性。示出了振幅1613和相位調制1615。改進的BI魯棒性的基本原理同用于脈沖IB型的相同。
[0065]圖17示出了演示脈沖I和II型的實例的體模圖像。脈沖I型用作Τ2預備模塊的水選擇性向下傾斜脈沖，脈沖II型用作整合的脂肪翻轉的往回翻轉脈沖。在圖5Α和5Β中能夠看到模塊的示意圖和其對水和脂肪的操縱。如圖像1700中所示，用標準的Τ2預備，脂肪室1700D顯現為淺灰色，而水室1700Α、1700Β、1700C顯現為白色。如圖像1705中所示，用結合了脈沖的Τ2預備，脂肪室170?顯現為完全暗的，而水室1705A、1705B、1705C再次顯現為白色。即，相比于傳統(tǒng)的T2預備，水信號不被產生的脈沖改變。[0066]圖18示出了使用與在圖17中相同的T2預備模塊的另一實例。如圖像1800中所示，沒有T2預備，脂肪室1800C顯現為淺灰色而水室1800A和1800B顯現為白色。如圖像1805中所示，用標準的T2準備，脂肪室1805C顯現為更暗但仍是灰色，而水室1805A和1805B再次顯現為白色。如圖像1810中所示，用結合了有利脈沖的整合了脂肪翻轉的T2預備，脂肪室1810C顯現為完全暗的，而水室1810A和1810B保持白色。即水信號對于傳統(tǒng)的和新的T2預備來說是相同的。
[0067]圖19示出了心臟病人圖像1900和1905，其演示了作為依照圖5A和5B的組合T2準備和脂肪翻轉模塊的成分的脈沖I和II型的實例。這是與用于圖17的體模圖像相同的模塊。圖像1900示出了用標準T2預備獲得的圖像，圖像1905示出了用組合T2預備和脂肪翻轉獲得的相同患者中的相同切片。在圖像1900中，心包脂肪1900A和心外膜脂肪(1900B、1900C)的區(qū)域顯現為亮的，但在使用連續(xù)復合脈沖的圖像1905中，如在此所述的，相同的區(qū)域1905AU905B和1905C顯現為暗的。在兩個圖像上心肌都具有相同的信號強度。
[0068]圖20示出了本發(fā)明的實施例可以在其中實施的計算環(huán)境2000的實例。計算環(huán)境2000可包括計算機系統(tǒng)2010，其是本發(fā)明的實施例可以在其上實施的通用計算系統(tǒng)的一個實例。計算機和計算環(huán)境，諸如計算機2010和計算環(huán)境2000，是本領域技術人員已知的，因此在這里被簡要地描述。
[0069]如圖20所示，計算機系統(tǒng)2010可包括通信機構，諸如總線2021，或用于在計算機系統(tǒng)2010中傳遞信息的其他通信機構。系統(tǒng)2010進一步包括一個或多個與總線2021耦合用于處理信息的處理器2020。處理器2020可包括一個或多個CPU、GPU或本領域已知的任何其他處理器。
[0070]計算機系統(tǒng)202 0還包括耦合到總線2021用于存儲信息和由處理器2020執(zhí)行的指令的系統(tǒng)存儲器2030。系統(tǒng)存儲器2030可包括易失性存儲器和/或非易失性存儲器形式的計算機可讀存儲介質，諸如只讀存儲器(ROM) 2031和/或隨機存取存儲器(RAM) 2032。系統(tǒng)存儲器RAM3032可包括其他的動態(tài)存儲裝置(例如，動態(tài)RAM，靜態(tài)RAM和同步DRAM)。系統(tǒng)存儲器R0M2031可包括其他的靜態(tài)存儲裝置(例如，可編程ROM、可擦除PROM和電可擦除PR0M)。此外，系統(tǒng)存儲器2030可用于在由處理器2020執(zhí)行指令期間存儲臨時變量或其他中間信息。包含幫助在計算機系統(tǒng)2010中的元件之間傳遞信息(例如在啟動期間)的基本例行程序的基本輸入/輸出系統(tǒng)2033 (BIOS)可以被存儲在R0M2031中。RAM2032可包含可以由處理器2020立即訪問和/或目前正被處理器2020操作的數據和/或程序模塊。系統(tǒng)存儲器2030可額外地包括例如操作系統(tǒng)2034、應用程序2035、其他的程序模塊2036和程序數據2036。
[0071]計算機系統(tǒng)2010還包括耦合到總線2021的盤控制器2040以控制一個或多個存儲信息和指令的存儲裝置，諸如磁性硬盤2041和可移除的媒體驅動器2042 (例如，軟盤驅動器、致密盤驅動器、帶驅動器和/或固態(tài)驅動器)。這些存儲裝置可以使用合適的裝置接口(例如，小型計算機系統(tǒng)接口(SCSI)、集成電路設備(IDE)、通用串行總線(USB)或法爾接口(FireWire))被添加到計算機系統(tǒng)2010。
[0072]計算機系統(tǒng)2010還可以包括耦合到總線2021的顯示器控制器2065，以控制用于顯示信息給計算機用戶的顯示器或監(jiān)視器2065，諸如陰極射線管(CRT)或液晶顯示器(IXD)。計算機系統(tǒng)包括輸入界面2060和一個或多個輸入裝置，諸如鍵盤2062和指針設備2061，用于和計算機用戶交互并提供信息給處理器2020。指針設備2061，例如可以是傳遞方向信息和命令選擇給處理器2020并控制在顯不器2066上的光標移動的鼠標、軌跡球或指點棒。顯示器2066可提供觸摸屏界面，其允許輸入以補充或代替通過指針設備2061的方向信息和命令選擇的傳遞。
[0073]計算機系統(tǒng)2010可響應于處理器2020執(zhí)行包含在諸如系統(tǒng)存儲器2030的存儲器中的一個或多個指令的一個或多個序列來執(zhí)行本發(fā)明實施例的部分或全部處理步驟。這種指令可以從諸如硬盤2041或可移除的媒體驅動器2042的另一計算機可讀介質讀入到系統(tǒng)存儲器2030中。硬盤2041可包含一個或多個由本發(fā)明的實施例使用的數據存儲和數據文件。數據存儲內容和數據文件可以加密以改善安全性。處理器2020還可以多處理布置用以執(zhí)行包含在系統(tǒng)存儲器2030中的指令的一個或多個序列。在替換實施例中，可以使用硬連線電路代替軟件指令或者硬連線電路可以與軟件指令組合使用。由此，實施例不局限于硬件電路和軟件的任何具體組合。
[0074]如上所述，計算機系統(tǒng)2010可包括至少一個計算機可讀介質或存儲器，用于保存依照本發(fā)明的實施例編程的指令以及用于包含在此描述的數據結構、表、記錄或其他數據。如在此使用的術語“計算機可讀介質”涉及任何參與提供指令給處理器2020用于執(zhí)行的非暫時性的有形介質。計算機可讀介質可以采用許多的形式，包括但不限于非易失性介質、易失性介質和傳輸介質。非易失性介質的非限制性實例包括光盤、固態(tài)驅動器、磁盤和磁光盤，諸如硬盤2041或可移除的介質驅動器2042。易失性介質的非限制性實例包括動態(tài)存儲器，諸如系統(tǒng)存儲器2030。傳輸介質的非限制性實例包括包含構成總線2021的線的同軸電纜、銅線和光纖。傳輸介質還可采用聲波或光波的形式，諸如在無線電波和紅外數據通信期間產生的那些。[0075]計算環(huán)境2000可進一步包括使用到一個或多個遠程計算機(諸如遠程計算機2080)的邏輯連接在聯網環(huán)境中運行的計算機系統(tǒng)2020。遠程計算機2080可以是個人計算機(膝上型計算機或臺式計算機)、移動設備、服務器、路由器、網絡PC、對等設備或其它普通的網絡節(jié)點，并且通常包括許多或全部的上面相對于計算機2010描述的部件。當在聯網環(huán)境中使用時，計算機2010可包括調制解調器2062，用來在諸如因特網的網絡2061上建立通信。調制解調器2062可通過用戶網絡接口 2070或通過另一合適的機構連接到系統(tǒng)總線 2021。
[0076]網絡2071可以是本領域中通常已知的任何網絡或系統(tǒng)，包括因特網、內部網、局域網(LAN)、廣域網(WAN)、城域網(MAN)、直接連接或串行連接、蜂窩電話網絡或任何其它的能夠便于在計算機系統(tǒng)2010和其它計算機(例如，遠程計算系統(tǒng)2080)之間通信的網絡或介質。網絡2071可以是有線的、無線的或者它們的組合。有線連接可以使用以太網、通用串行總線(USB)、RJ-11或任何其它本領域中通常已知的有線連接來實現。無線連接可以使用WiF1、WiMAX、藍牙、紅外、蜂窩網絡、衛(wèi)星或任何其它本領域中通常已知的無線連接方法來實現。另外，幾個網絡可以單獨工作或者彼此通信以便于網絡2071中的通信。
[0077]在此呈現的附圖的系統(tǒng)和過程并非排它性的。依照本發(fā)明的原則可以獲得其它系統(tǒng)、過程和菜單以實現相同的目的。盡管本發(fā)明已經參考特定實施例被描述，應當理解在此示出和描述的實施例和變型僅僅是出于說明的目的。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以由本領域技術人員實施對當前設計的修改。此外，在替換實施例中的過程和應用可以設置在鏈接圖1的各單元的網絡上的一個或多個(例如，分布式的)處理設備上。圖中提供的任何功能和步驟可以在硬件、軟件或者它們的組合中實施。在此未要求的元件是在35U.S.C.112的條款、第六段下解釋的，除非該元件是使用措辭“用于......的裝置”來明確闡述的。
[0078]本公開的實施例可以利用硬件和軟件的任何組合實施。此外，本公開的實施例可被包括在具有例如計算機可讀的非暫時性介質的制品(例如，一個或多個計算機程序產品)中。該介質在其中具體實施了例如用于提供和有助于本公開的實施例的機制的計算機可讀程序代碼。該制品能夠被包括作為計算機系統(tǒng)的一部分或者被單獨地出售。
[0079]盡管在這里已經公開了各個方面和實施例，對于本領域技術人員來說其他的方面和實施例將是明 顯的 。在此公開的各個方面和實施例是為了說明的目的并且不旨在是限制性的，同時真正的范圍和精神由以下權利要求來表示。
【權利要求】
1.一種用于操縱第一化學物種和第二化學物種的磁共振信號的方法，該方法包括: 確定使第一化學物種所對應的質子自旋相對于第二化學物種所對應的質子自旋獲得90度的相移所需的時間； 限定具有脈沖振幅和第一恒定相位的第一脈沖部分； 限定具有該脈沖振幅和第二恒定相位的第二脈沖部分，第二恒定相位同所述第一恒定相位相差90度的倍數； 產生包括第一脈沖部分和第二脈沖部分的串聯的單個連續(xù)復合脈沖，其中該單個連續(xù)復合脈沖具有一持續(xù)時間使得第一脈沖部分的中心和第二脈沖部分的中心之間的時間差對應確定的時間；以及 將該單個連續(xù)復合脈沖施加到多個射頻線圈。
2.權利要求1的方法，其中第一化學物種是脂肪并且第二化學物種是水。
3.權利要求1的方法，進一步包括: 通過該單個連續(xù)復合脈沖將第一化學物種的磁化旋轉90度而將第二化學物種的磁化保持在它的原始取向上。
4.權利要求1的方法,進一步包括: 通過該單個連續(xù)復合脈沖將該第一化學物種的磁化從縱向方向旋轉到橫向平面而沿著縱向方向保持第二化學物種的磁化。
5.權利要求1的方法，進一步包括: 通過該單個連續(xù)復合脈沖將第一化學物種的磁化旋轉90度而將第二化學物種的磁化倒轉。
6.權利要求1的方法,進一步包括: 通過該單個連續(xù)復合脈沖將第一化學物種的磁化從橫向平面旋轉到縱向方向而將第二化學物種的磁化沿著縱向方向倒轉。
7.權利要求1的方法，進一步包括: 限定具有脈沖振幅和領先恒定相位的領先脈沖部分；以及 限定具有脈沖振幅和拖尾恒定相位的拖尾脈沖部分，該領先恒定相位同所述第一恒定相位相差90度的倍數， 其中生成的單個連續(xù)復合脈沖進一步包括先于第一脈沖部分和第二脈沖部分的串聯的領先脈沖部分以及跟隨第一脈沖部分和第二脈沖部分的串聯的拖尾脈沖部分。
8.權利要求7的方法，其中領先脈沖部分和拖尾脈沖部分在生成的單個連續(xù)復合脈沖中均具有等于該確定的時間的倍數的持續(xù)時間。
9.權利要求7的方法，其中領先脈沖部分和拖尾脈沖部分在生成的單個連續(xù)復合脈沖中均具有等于該確定的時間的持續(xù)時間。
10.一種用于操縱與第一諧振頻率相關的第一化學物種和與不同的第二諧振頻率相關的第二化學物種的磁共振信號的成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 至少一個RF (射頻)線圈，該線圈提供恒定振幅的單個連續(xù)RF脈沖并且該單個連續(xù)RF脈沖包括: (a)在第一部分中的第一恒定相位，以及 (b)在第二部分期間的第二恒定相位，并且第二恒定相位同所述第一恒定相位相差90度的倍數， 其中單個連續(xù)RF脈沖具有一持續(xù)時間使得第一部分的中心和第二部分的中心之間的時間差對應于使第一化學物種的第一自旋相對于第二化學物種的第二自旋獲得90度的相移所需的時間。
11.權利要求10的系統(tǒng)，其中單個連續(xù)RF脈沖執(zhí)行兩個連續(xù)的正交自旋旋轉。
12.權利要求10的系統(tǒng)，其中單個連續(xù)RF脈沖具有兩倍于使第一化學物種所對應的第一自旋相對于第二化學物種所對應的第二自旋獲得90度的相移所需的時間的整個持續(xù)時間。
13.權利要求10的系統(tǒng)，其中該單個連續(xù)RF脈沖將第一化學物種的磁化旋轉90度而將第二化學物種的磁化保持在它的原始取向上。
14.權利要求10的系統(tǒng)，其中該單個連續(xù)RF脈沖將第一化學物種的磁化從縱向方向旋轉到橫向平面而沿著縱向方向保持第二化學物種的磁化。
15.權利要求10的系統(tǒng)，其中該單個連續(xù)RF脈沖將第一化學物種的磁化旋轉90度而將第二化學物種的磁化倒轉。
16.權利要求10的系統(tǒng)，其中該單個連續(xù)RF脈沖將第一化學物種的磁化從橫向平面旋轉到縱向方向而將第二化學物種的磁化沿著縱向方向倒轉。
17.一種用于操縱第一化學物種和第二化學物種的磁共振信號的制品，該制品包括非瞬時的有形的計算機可讀介質，其保存用于執(zhí)行一方法的計算機可執(zhí)行指令，該方法包括: 確定使第一化學物種所對應的質子自旋相對于第二化學物種所對應的質子自旋獲得90度的相移所需的時間； 限定具有脈沖振幅和第一恒定相位的第一脈沖部分； 限定具有該脈沖振幅和第二恒定相位的第二脈沖部分，該第二恒定相位同第一恒定相位相差90度的倍數； 產生包括第一脈沖部分和第二脈沖部分的串聯的單個連續(xù)復合脈沖，其中該單個連續(xù)復合脈沖具有一持續(xù)時間使得第一脈沖部分的中心和第二脈沖部分的中心之間的時間差對應確定的時間；并且 將該單個連續(xù)復合脈沖施加到多個射頻線圈。
18.權利要求17的制品，其中該方法進一步包括: 限定具有該脈沖振幅和領先恒定相位的領先脈沖部分；以及 限定具有該脈沖振幅和拖尾恒定相位的拖尾脈沖部分，該領先恒定相位同所述第一恒定相位相差90度的倍數； 其中產生的單個連續(xù)復合脈沖進一步包括先于第一脈沖部分和第二脈沖部分的串聯的領先脈沖部分以及跟隨第一脈沖部分和第二脈沖部分的串聯的拖尾脈沖部分。
19.權利要求17的制品，其中領先脈沖部分和拖尾脈沖部分在生成的單個連續(xù)復合脈沖中均具有等于該確定的時間的倍數的持續(xù)時間。
20.權利要求17的制品，其中領先脈沖部分和拖尾脈沖部分在生成的單個連續(xù)復合脈沖中均具有等于該確定的時間的持續(xù)時間。
【文檔編號】A61B5/055GK103892833SQ201310757001
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權日:2012年10月11日
【發(fā)明者】W·G·勒瓦爾德 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司