專利名稱：磁共振成像設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁共振成像設備，特別涉及一種用于用處于穩(wěn)態(tài)自由進動(SSFP)狀態(tài)的對象內(nèi)的自旋來實施磁共振成像的設備。
背景技術：
用于實施磁共振成像的一種傳統(tǒng)技術是用處于SSFP狀態(tài)的對象內(nèi)的自旋來實施磁共振成像的方法。該方法基于由具有不變相位的射頻(RF)脈沖獲得的回波數(shù)據(jù)(echo data)和由具有在0與π之間變化的相位的RF脈沖獲得的回波數(shù)據(jù)之和或兩者之差來產(chǎn)生圖像(例如，見專利文獻1)。
用于抑制磁共振成像中的油脂信號(fat signal)的傳統(tǒng)技術包括采用油脂抑制脈沖的方法(例如，見非專利文獻1)和采用波動平衡磁共振(FEMR)的方法(例如，見非專利文獻2)。
專利文獻1日本專利第2398329號(第1至9頁，圖1至5)。
非專利文獻1Klaus Scheffler，et al，“Magnetization Preparation During the Steady StateFat-saturated 3D TrueFISP(穩(wěn)態(tài)期間的磁化準備油脂飽和3D TrueFISP)”，Magnetic Resonance in Medicine，451075-1080(2001)。
非專利文獻2Shreyas S.Vasanawala，et al，“Fluctuating Equilibrium MRI(波動平衡MRI)”，Magnetic Resonance in Medicine，421075-1080(1999)。
通過傳統(tǒng)技術和通過FEMR獲取的圖像在靜態(tài)磁場強度分布不均時顯示出條帶假象。
由于穩(wěn)態(tài)被擾動，通過前述油脂抑制脈沖的油脂抑制不適于SSFP態(tài)中的成像。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種磁共振成像設備，用于獲取SSFP狀態(tài)下的無條帶假象的圖像。另外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種磁共振成像設備，用于在SSFP狀態(tài)下分別對水和油脂進行成像。
根據(jù)用于解決前述問題的一個方面，本發(fā)明是一種磁共振成像設備，特征在于包括獲取裝置，用于用處于SSFP態(tài)的對象內(nèi)的自旋獲取多個視圖的回波數(shù)據(jù)，并對于k＝0至M-1(M為不小于2的整數(shù)；k＝0、1、...、M-1)以RF脈沖的相位中2π·k/M的步差重復進行獲??；變換裝置，用于基于所述相位在回波數(shù)據(jù)上進行傅立葉變換；加法裝置，用于獲得傅立葉變換的數(shù)據(jù)的F(0)項和F(1)項的絕對值之和；以及，圖像產(chǎn)生裝置，用于基于總和數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖像。
在此方面的發(fā)明中，用處于SSFP態(tài)的對象內(nèi)的自旋獲取多個視圖的回波數(shù)據(jù)，并且對于k＝0至M-1以RF脈沖的相位中2π·k/M的步差利用獲取裝置重復進行獲?。煌ㄟ^傅立葉變換裝置基于相位對回波數(shù)據(jù)進行傅立葉變換；已傅立葉變換的數(shù)據(jù)的F(0)項和F(1)項的絕對值之和通過加法裝置獲得；并且，通過圖像產(chǎn)生裝置在總和數(shù)據(jù)的基礎上產(chǎn)生圖像；于是，無論磁場不均勻與否，均獲得了無條帶假象的圖像。
根據(jù)用于解決前述問題的另一個方面，本發(fā)明為一種磁共振成像設備，特征在于包括獲取裝置，用于用處于SSFP態(tài)的對象內(nèi)的自旋獲取多個其中水與油脂之間的相位差為2π/m(m≥2)的視圖的回波數(shù)據(jù)，并對于k＝0至M-1(M為不小于2的整數(shù)；k＝0、1、...、M-1)以RF脈沖的相位中2π·k/M的步差重復進行獲?。蛔儞Q裝置，用于基于所述相位在回波數(shù)據(jù)上進行傅立葉變換；分離裝置，用于使用水與油脂之間的相位差分別在傅立葉變換的數(shù)據(jù)的F(0)項和F(1)項中分離水數(shù)據(jù)和油脂數(shù)據(jù)；加法裝置，用于獲得F(0)項和F(1)項中至少水數(shù)據(jù)或油脂數(shù)據(jù)的絕對值之和；以及，圖像產(chǎn)生裝置，用于基于總和數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖像。
在此方面的發(fā)明中，用處于SSFP態(tài)的對象內(nèi)的自旋獲取多個其中水與油脂之間的相位差為2π/m(m≥2)的視圖的回波數(shù)據(jù)，并且對于k＝0至M-1以RF脈沖的相位中2π·k/M的步差利用獲取裝置重復進行獲?。煌ㄟ^傅立葉變換裝置基于相位對回波數(shù)據(jù)進行傅立葉變換；通過分離裝置，使用水與油脂之間相位差在已傅立葉變換的數(shù)據(jù)的F(0)項和F(1)項中分別將水數(shù)據(jù)和油脂數(shù)據(jù)分離；至少F(0)項和F(1)項中的水數(shù)據(jù)或油脂數(shù)據(jù)的絕對值之和通過加法裝置獲得；并且，通過圖像產(chǎn)生裝置在總和數(shù)據(jù)的基礎上產(chǎn)生圖像；于是，可以獲得其中水與油脂分離的圖像。另外，無論磁場不均勻與否，均獲得了無條帶假象的圖像。
優(yōu)選，獲取裝置獲取了具有水與油脂之間的相位差達到2π時的時間的1/m1(m1≥2)的回波時間TE的回波數(shù)據(jù)，使得F(0)項中水與油脂之間的相位差可設置為2π/m1。
優(yōu)選，獲取裝置獲取了具有脈沖重復時間TR與回波時間TE之差為水與油脂之間的相位差達到2π時的時間的1/m2(m2≥2)的回波數(shù)據(jù)，使得F(1)項中水與油脂之間的相位差可設置為-2π/m2。
優(yōu)選，m1＝m2＝4，使得水與油脂之間的相位差可設置為π/2。。
優(yōu)選，回波時間TE等于脈沖重復時間TR乘以α(α＝m2/(m1+m2))，使得油脂的相位相對于水的相位在F(0)項中超前2π/m1，在F(1)項中滯后2π/m2。
優(yōu)選，回波時間TE為脈沖重復時間TR的1/2(m1＝m2＝m)，使得油脂的相位相對于水的相位在F(0)項中超前2π/m1，在F(1)項中滯后2π/m2。
優(yōu)選，分離裝置在修正了由于磁場不均勻導致的傅立葉變換數(shù)據(jù)中的相位誤差后，分離水數(shù)據(jù)與油脂數(shù)據(jù)，使得可以合適地實現(xiàn)向水和油脂的分離。
優(yōu)選，分離裝置在將傅立葉變換數(shù)據(jù)的相位乘以m以使水和油脂同相，并修正超過±π范圍的部分的回繞后，以乘以1/m的相位分布來修正相位誤差，使得可以合適地實現(xiàn)相位誤差修正。
優(yōu)選，加法裝置獲得F(0)項和F(1)項中的水數(shù)據(jù)的絕對值之和，使得可以獲得水的圖像。
優(yōu)選，加法裝置獲得F(0)項和F(1)項中的油脂數(shù)據(jù)的絕對值之和，使得可以獲得油脂的圖像。
優(yōu)選，加法裝置分別獲得F(0)項和F(1)項中的水數(shù)據(jù)和油脂數(shù)據(jù)的絕對值之和，并且圖像產(chǎn)生裝置基于各自的總和數(shù)據(jù)產(chǎn)生各自的圖像，使得可以獲得水和油脂的圖像。
優(yōu)選，M＝4，使得可以獲得RF脈沖的相位中的四種步差。
優(yōu)選，變換裝置從F(0)項至F(1)項進行傅立葉變換，使得可以減少用于變換的時間。
優(yōu)選，設備還包括修正裝置，用于修正梯度回波與自旋回波之間的相位偏移和時間偏移，使得可以適當?shù)貙崿F(xiàn)SSFP狀態(tài)下的成像。
優(yōu)選，修正裝置通過從在由沖擊復位自旋回波的相位時梯度回波的相位和回波時間、以及在由沖擊復位梯度回波的相位時自旋回波的相位和回波時間中，發(fā)現(xiàn)相位偏移和時間偏移，來修正相位偏移和時間偏移，使得可以適當?shù)貙崿F(xiàn)修正。
優(yōu)選，修正裝置通過RF脈沖的相位修正相位偏移，并通過梯度磁場修正時間偏移，使得可以適當?shù)貙崿F(xiàn)修正。
因此，本發(fā)明提供了一種磁共振成像設備，用于獲取SSFP狀態(tài)下無條帶假象的圖像。另外，提供了一種磁共振成像設備，用于在SSFP狀態(tài)下分別對水和油脂進行成像。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將通過以下對于在附圖中示出的實施例的描述而清晰易懂。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的設備的結構圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的設備的結構圖；圖3示出了由根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的設備執(zhí)行的示范脈沖序列；圖4示出了k空間；圖5為以矢量示出數(shù)據(jù)的圖表；圖6為以矢量示出數(shù)據(jù)的圖表；圖7示出了水/油分離的概念；圖8示出了用于測量FID的脈沖序列；圖9示出了用于測量SE/STE的脈沖序列；圖10示出了用于修正FID與SE/STE之差的信號；圖11為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的設備的功能方框圖；圖12為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的設備的功能方框圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的設備的功能方框圖；以及圖14為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的設備的功能方框圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細介紹本發(fā)明的實施例。圖1示出了作為本發(fā)明實施例的磁共振成像設備的方框圖。該設備的構造表示了根據(jù)本發(fā)明的設備的實施例。
如圖1所示，本設備具有磁鐵系統(tǒng)100。磁鐵系統(tǒng)100具有主磁場線圈部分102、梯度線圈部分106、以及射頻線圈部分108。這些線圈部分具有一般圓筒形狀，并且同心地設置。將被成像的對象1支撐在支架500上，并由載運裝置(未示出)載入和載出磁鐵系統(tǒng)100的一般圓筒形狀的內(nèi)部空間(孔)。
主磁場線圈部分102在磁鐵系統(tǒng)100的內(nèi)部空間中產(chǎn)生靜磁場。靜磁場的方向一般平行于對象1體軸的方向。即，產(chǎn)生了一般稱為水平磁場的磁場。主磁場線圈部分102使用例如超導線圈制成。然而，主磁場線圈部分102不限于超導線圈，而是可以使用普通的導體線圈等制成。
梯度線圈部分106產(chǎn)生三個梯度磁場，三個梯度磁場用于沿著三個相互垂直的軸(即切片軸(slice axis)、相位軸(phase axis)和頻率軸(frequencyaxis))的方向為靜磁場強度引入梯度。
當靜磁場空間中相互垂直的坐標軸表示為X、Y和Z時，這些軸中的任何一個都可以是切片軸。在此情況下，余下的兩個軸中的一個為相位軸，另一個為頻率軸。另外，切片、相位和頻率軸可以相對于X、Y和Z軸給定任意的傾斜，同時保持它們相互垂直。在本設備中，對象1的體軸方向定義為Z軸方向。
沿切片軸方向的梯度磁場有時稱作切片梯度磁場。沿相位軸方向的梯度磁場有時稱作相位編碼梯度磁場。沿頻率軸方向的梯度磁場有時稱作讀出梯度磁場。讀出梯度磁場與頻率編碼梯度磁場同義。為了能夠產(chǎn)生這些梯度磁場，梯度線圈部分106具有三個梯度線圈(未示出)。下面，梯度磁場有時被簡稱作梯度。
RF線圈部分108在靜磁場空間中產(chǎn)生用于激發(fā)對象1內(nèi)的自旋的射頻磁場。以下，射頻磁場的產(chǎn)生有時稱作RF激勵信號的傳送。另外，RF激勵信號有時將被稱作RF脈沖。由RF線圈部分108接收由受激自旋產(chǎn)生的電磁波(即，磁共振信號)。
磁共振信號在頻率域中(即傅立葉空間中)。由于通過沿相位軸和頻率軸方向的梯度沿兩個軸對磁共振信號編碼，因此作為二維傅立葉空間中的信號獲得磁共振信號。相位編碼梯度和讀出梯度用于確定在二維傅立葉空間中采樣信號的位置。以下，二維傅立葉空間有時將被稱作k空間。
梯度線圈部分106與梯度驅動部分130相連接。梯度驅動部分130為梯度線圈部分106提供驅動信號，以產(chǎn)生梯度磁場。梯度驅動部分130具有與梯度線圈部分106中的三個梯度線圈相對應的三個驅動電路(未示出)。
RF線圈部分108與RF驅動部分140相連接。RF驅動部分140為RF線圈部分108提供驅動信號，以傳送RF脈沖，從而激發(fā)對象1中的自旋。
RF線圈部分108與數(shù)據(jù)收集部分150相連接。數(shù)據(jù)收集部分150收集了由RF線圈部分108接收的作為數(shù)字數(shù)據(jù)的信號。
梯度驅動部分130、RF驅動部分140和數(shù)據(jù)收集部分150與序列控制部分160相連接。序列控制部分160控制梯度驅動部分130、RF驅動部分140和數(shù)據(jù)收集部分150，以執(zhí)行磁共振信號的收集。
例如，序列控制部分160使用計算機組成。序列控制部分160具有存儲器(未示出)。存儲器存儲了用于序列控制部分160的程序和幾種數(shù)據(jù)。序列控制部分160的功能通過計算機執(zhí)行存儲在存儲器中的程序而實現(xiàn)。
數(shù)據(jù)收集部分150的輸出連接至數(shù)據(jù)處理部分170。由數(shù)據(jù)收集部分150收集的數(shù)據(jù)輸入至數(shù)據(jù)處理部分170。例如，數(shù)據(jù)處理部分170使用計算機構成。數(shù)據(jù)處理部分170具有存儲器(未示出)。存儲器存儲了用于數(shù)據(jù)處理部分170的程序和幾種數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理部分170連接至序列控制部分160。數(shù)據(jù)處理部分170在序列控制部分160之上，并控制著它。本設備的功能通過數(shù)據(jù)處理部分170執(zhí)行存儲在存儲器中的程序而實現(xiàn)。
數(shù)據(jù)處理部分170將由數(shù)據(jù)收集部分150收集的數(shù)據(jù)存儲到存儲器中。在存儲器中建立了數(shù)據(jù)空間。數(shù)據(jù)空間與k空間相對應。數(shù)據(jù)處理部分170在k空間內(nèi)對數(shù)據(jù)進行二維逆傅立葉變換，從而重建圖像。
數(shù)據(jù)處理部分170與顯示部分180和操作部分190相連接。顯示部分180包括圖像顯示器等。操作部分190包括設置有定點設備的鍵盤等。
顯示部分180顯示了從數(shù)據(jù)處理部分170輸出的重建圖像，以及幾種信息。操作部分190由使用者操作，且操作部分190向數(shù)據(jù)處理部分170輸入幾條指令、信息等。使用者通過顯示部分180和操作部分190交互式地操作本設備。
圖2示出了作為本發(fā)明一個實施例的另一種類型的磁共振成像設備的結構圖。該設備的構造表示了根據(jù)本發(fā)明的設備的實施例。
本設備具有與圖1設備不同類型的磁鐵系統(tǒng)100’。由于除磁鐵系統(tǒng)100’外，該設備具有與圖1所示設備類似的構造，因此類似的部分將用類似的附圖標記表示，并且其說明將被省略。
磁鐵系統(tǒng)100’具有主磁場磁鐵部分102’、梯度線圈部分106’、以及射頻線圈部分108’。主磁場磁鐵部分102’和線圈部分每一個都由一對跨越空間彼此面對的部件構成。這些部分具有一般的盤狀形狀，并且設置為具有共同的中心軸。對象1支撐在支架500上，并由載運裝置(未示出)載入和載出磁鐵系統(tǒng)100’的內(nèi)部空間(孔)。
主磁場磁鐵部分102’在磁鐵系統(tǒng)100’的內(nèi)部空間中產(chǎn)生靜磁場。靜磁場的方向一般與對象1體軸的方向正交。即，產(chǎn)生了一般稱為垂直磁場的磁場。主磁場磁鐵部分102’使用例如永磁鐵制成。然而，主磁場磁鐵部分102’不限于永磁鐵，而是可以使用超導或普通導電電磁鐵等制成。
梯度線圈部分106’產(chǎn)生三個梯度磁場，三個梯度磁場用于沿著三個相互垂直軸(即切片軸(slice axis)、相位軸(phase axis)和頻率軸(frequency axis))的方向為靜磁場強度引入梯度。
當靜磁場空間中相互垂直的坐標軸表示為X、Y和Z時，這些軸中的任何一個都可以是切片軸。在此情況下，余下的兩個軸中的一個為相位軸，另一個為頻率軸。另外，切片、相位和頻率軸可以相對于X、Y和Z軸給定任意的傾斜，同時保持它們相互垂直。在本設備中，對象1的體軸方向再次定義為Z軸方向。
沿切片軸方向的梯度磁場有時稱作切片梯度磁場。沿相位軸方向的梯度磁場有時稱作相位編碼梯度磁場。沿頻率軸方向的梯度磁場有時稱作讀出梯度磁場。讀出梯度磁場與頻率編碼梯度磁場同義。為了能夠產(chǎn)生這些梯度磁場，梯度線圈部分106’具有三個梯度線圈(未示出)。
RF線圈部分108’向靜磁場空間傳送了用于激發(fā)對象1內(nèi)的自旋的RF脈沖。由RF線圈部分108’接收由受激自旋產(chǎn)生的電磁波(即，磁共振信號)。將由RF線圈部分108’接收的信號輸入至數(shù)據(jù)收集部分150。
圖3示出了用于在SSFP中進行掃描的脈沖序列。該脈沖序列由左至右行進。圖3中，(1)示出了RF脈沖的脈沖序列。(2)至(4)示出了梯度磁場的脈沖序列。(2)為切片梯度，(3)為頻率編碼梯度，而(4)為相位編碼梯度。在固定的磁場強度下施加不變的靜磁場。
如圖所示，α°脈沖引起自旋激發(fā)。自旋激發(fā)是切片梯度Gslice下的選擇激發(fā)。自旋激發(fā)以TR的周期重復。周期TR也稱作脈沖重復時間。以下，脈沖重復時間有時簡稱為TR。1TR對應于一個視圖(view)。
通過在1TR期間施加的頻率編碼梯度Gfreq讀取回波?；夭ㄓ善渲行男盘柋硎?。從α°脈沖中心至回波中心的時期為回波時間TE。以下，回波時間有時將簡稱為TE。
通常，頻率編碼梯度Gfreq設計為使得TE＝TR/2成立。當要分別對水和油脂進行成像時，TE進一步設置為水與油脂之間的相位差達到2π時的時間的1/m。這通過設置TR來實現(xiàn)。例如，m的值為4。在此情況下，水與油脂之間的相位差是π/2。然而，m不限于4。
在1TR期間緊接著自旋激發(fā)后并緊接著下一自旋激發(fā)之前施加相位編碼梯度Gphase。這兩個相位編碼梯度Gphase具有彼此對稱的幅度和極性。于是，在先的相位編碼梯度Gphase卷起(wind up)相位編碼，而后面的相位編碼梯度Gphase倒回(rewind)相位編碼。相位編碼的量對于每個1TR是變化的。
通過利用相位編碼和頻率編碼讀出回波，采樣k空間中的數(shù)據(jù)。圖4示出了k空間的概念圖。如圖所示，k空間的水平軸kx為頻率軸，垂直軸ky為相位軸。
圖4中，多個橫向延伸的矩形中的每一個表示相位軸上的數(shù)據(jù)采樣位置。每個矩形中示出的數(shù)字表示相位編碼的量。相位編碼的量由π/N歸一化。N為沿相位軸方向的采樣點的數(shù)量。沿軸方向的采樣點的數(shù)量也稱作視圖數(shù)。
相位編碼的量在相位軸ky的中心為零。相位編碼的量從中心向兩端增大。增大的極性彼此相反。采樣間隔(即，相位編碼的量之間的步差)為π/N。
在本設備中，以每1TR變化2π·k/M的α°脈沖的相位進行該數(shù)據(jù)收集。2π·k/M表示每1TR中α°脈沖的相位的步差。M為不小于2的整數(shù)。另外，k＝0，1，......，M-1。
當k＝0時，步差為零。因此，α°脈沖的相位中沒有產(chǎn)生變化，并且每次在相同的相位下進行自旋激發(fā)。在此激發(fā)下，收集了一組k空間的數(shù)據(jù)。這組中的數(shù)據(jù)以下將表示為f(0)。
當k＝1時，步差為2π/M。因此，在α°脈沖的相位每個1TR變化2π/M的情況下進行自旋激發(fā)。在此激發(fā)下，收集了另一組k空間的數(shù)據(jù)。這組中的數(shù)據(jù)以下將表示為f(1)。
當k＝2時，步差為4π/M。因此，在α°脈沖的相位每個1TR變化4π/M的情況下進行自旋激發(fā)。在此激發(fā)下，收集了另一組k空間的數(shù)據(jù)。這組中的數(shù)據(jù)以下將表示為f(2)。
其后，按此方式收集k空間的多組數(shù)據(jù)，直至k到達k＝M-1。于是，收集了M組數(shù)據(jù)f(0)、f(1)、f(2)......f(M-1)。以下，該數(shù)據(jù)收集將稱作相位循環(huán)過程。
在相位循環(huán)過程中，每組數(shù)據(jù)表示為f(k)。例如，若M等于4，則收集了4組數(shù)據(jù)f(0)、f(1)、f(2)和f(3)。然而，M不限于4。
通過相位循環(huán)過程獲取的數(shù)據(jù)f(k)由下面的等式給出[等式1]f(k)=A(1-E2expiξ)B(1-E2cosξ)-C(E2-cosξ)E3exp(iθchem+θ2)---(1)]]>ξ＝φ-θ-θchemA＝M0(1-E1)sinαB＝1-E1cosαC＝E2(E1-cosα)E1＝exp(-TR/T1)E2＝exp(-TR/T2)E3＝exp(-TR/2/T2*)φ＝2πk/M其中，ξ表示自旋的相位。ξ包括α°脈沖的相位φ、由于磁場不均導致的相位誤差θ、磁化系數(shù)等、以及由于化學位移導致的相位θchem。M0表示初始磁化強度。
假定E1≈1，等式(1)分母中的cosξ(-BE2+C＝E2(1+cosα)(E1-1))的系數(shù)約等于零，因此，等式(1)可以簡化為[等式2]f(k)=constant(1-E2expiξ)exp(i+θchem+θ2)---(2)]]>
在產(chǎn)生圖像中，對M組數(shù)據(jù)進行傅立葉變換?；谙辔徊?π·k/M進行傅立葉變換。具體地，[等式3]F(n)=Σk=0M-1f(k)exp(-i2πMn·k)---(3)]]>通過根據(jù)等式(3)的傅立葉變換，獲得了對應于n＝0、1、2、3......的f(0)、f(1)、f(2)、f(3)......
圖5示出了由矢量表示的f(k)以及其傅立葉變換F(n)。圖5中，以M＝4為示例。因此，k＝0、1、2、3。對于n，示出了0至3。為簡化，此處假定θ＝0。
實心矢量表示等式(2)的常數(shù)項(常數(shù)×exp(i(0chem+θ)/2))，而空心矢量表示exp iξ項(常數(shù)×(E2 exp iξ)×exp(i(θchem+θ)/2))。應注意，此處f(k)假定為水數(shù)據(jù)。
如圖所示，f(0)至f(3)中的常數(shù)項為都具有相同相位的矢量。另一方面，exp iξ項對于f(0)至f(3)是不同的。具體的，對于f(0)項，該項的相位與常數(shù)項相反；對于f(1)項，相位為-π/2；對于f(2)項，相位相同；而對于f(3)項，相位為π/2。
通過對該f(0)至f(3)進行傅立葉變換，獲得具有與正常的梯度回波(GRE)信號數(shù)據(jù)相同相位的數(shù)據(jù)作為F(0)項。矢量的相位為零。另外，獲得具有與正常的反GRE信號數(shù)據(jù)相同相位的數(shù)據(jù)作為F(1)項。矢量的相位為π。該F(0)和F(1)項具有相當?shù)奈词芟辔徽`差θ影響的性質。
在向其加上多次相位誤差θ后，從F(2)項起的高階項是對應于類加的GRE和反向的GRE信號的數(shù)據(jù)，并且因此，高階項具有很受相位誤差θ影響的性質。
于是，在本設備中，只累加了F(0)和F(1)的絕對值。由于F(0)和F(1)項具有相當?shù)奈词芟辔徽`差θ影響的性質，累加的絕對值幾乎不受相位誤差θ的影響。
通過上述過程，可獲得幾乎未受相位誤差θ影響的數(shù)據(jù)。通過對該數(shù)據(jù)進行二維逆傅立葉變換，重建了斷層分析圖像。由于相位誤差θ對數(shù)據(jù)的影響輕微，因此無論磁場不均勻與否，圖像不包括條帶假象。
可僅使用F(0)和F(1)項中的一個進行圖像重建。然而，優(yōu)選采用其絕對值之和，因為增強了信號強度。
可通過對f(0)至f(3)的每一個進行二維逆傅立葉變換，然后進行如上所述的傅立葉變換，并累加其F(0)和F(1)項的絕對值來獲得相同的結果。另外，易知可僅產(chǎn)生F(0)和F(1)項的圖像。
另外，可從F(0)項至F(1)項進行傅立葉變換，因為從F(2)起的高階項不采用。這樣可以明顯降低計算時間。
圖6示出了當水和油脂一同用矢量表示時，f(0)至f(3)以及其傅立葉變換F(0)和F(1)。從F(2)起的項從圖中略去。此處，θchem＝π/2。這對應于M＝8。注意，θchem/2＝2π/m。
如圖所示，對于水，矢量與圖5中所示的矢量相同。對于油脂，f(0)至f(3)中的常數(shù)項為所有都具有相同相位的矢量。然而，由于化學位移，它們相對于水具有相位差。
對于f(0)至f(3)的每一個exp iξ項是不同的。具體地說，其相對于常數(shù)項，對于f(0)，相位為π/2；對于f(1)項，相位相反；對于f(2)，相位為-π/2；而對于f(3)，相位相同。
通過對該f(0)至f(3)進行傅立葉變換，F(xiàn)(0)項變?yōu)榫哂邢鄬τ贔(0)中水的相位提前θchem/2的相位的矢量。另外，F(xiàn)(1)項變?yōu)榫哂邢鄬τ贔(1)中水的相位滯后θchem/2的相位的矢量。該油脂的F(0)和F(1)也具有相當?shù)奈词芟辔徽`差θ影響的性質。
因此，對于F(0)，用水與油脂之間的相位差+θchem/2將水和油脂分開。另外，對于F(1)，用水與油脂之間的相位差-θchem/2將其分開。
在日本專利待審查公開第2001-414中介紹了用于使用相位差使水與油脂分開的技術，這為本領域所公知。該技術有時稱作單獨積分油脂水成像(SQFWI，single quadrature fat water imaging)。
在SQFWI中，在用m乘以回波的相位以使水和油脂同相并且修正了超出±π范圍以外的部分的繞回以后，通過乘以1/m的相位分布來修正回波數(shù)據(jù)中的相位誤差，而后基于水與油脂之間的相位差使水和油脂分開，從而實現(xiàn)了精確的水和油脂的分離。
圖7示出了通過SQFWI從傅立葉變換到水/油脂分離的數(shù)據(jù)處理的概念圖。圖7示出了具有外同心圓的水和內(nèi)同心圓的油脂的視圖的情況。
如圖所示，f(0)為僅有油脂而幾乎無水的數(shù)據(jù)。然而，油脂數(shù)據(jù)具有降低的信號強度。這由陰影線表現(xiàn)。發(fā)生這一現(xiàn)象的原因在于水和油脂的矢量為如圖6中所示。
f(1)為僅有水而幾乎無油脂的數(shù)據(jù)。然而，水數(shù)據(jù)具有降低的信號強度。這由陰影線表現(xiàn)。發(fā)生這一現(xiàn)象的原因在于水和油脂的矢量為如圖6中所示。
f(2)為包括水和油脂的數(shù)據(jù)。然而，油脂數(shù)據(jù)具有降低的信號強度。這由陰影線表現(xiàn)。發(fā)生這一現(xiàn)象的原因在于水和油脂的矢量為如圖6中所示。
f(3)為包括水和油脂的數(shù)據(jù)。然而，水數(shù)據(jù)具有降低的信號強度。這由陰影線表現(xiàn)。發(fā)生這一現(xiàn)象的原因在于水和油脂的矢量為如圖6中所示。
通過對f(0)至f(3)進行傅立葉變換得到的F(0)和F(1)包括原始信號強度下的水和油脂的數(shù)據(jù)。然而，油脂與水的相對相位對于F(0)為+θchem/2，而對于F(1)為-θchem/2。
通過使用SQFWI在F(0)和F(1)中分離水和油脂，分別獲得了水數(shù)據(jù)和油脂數(shù)據(jù)。然后，由F(0)和F(1)中水數(shù)據(jù)的絕對值之和獲得具有高信號強度的水數(shù)據(jù)。另外，由F(0)和F(1)中油脂數(shù)據(jù)的絕對值之和獲得具有高信號強度的油脂數(shù)據(jù)。
顯然，可以僅從F(0)和F(1)中的一個獲得水數(shù)據(jù)和油脂數(shù)據(jù)。另外，不必同時獲得水數(shù)據(jù)和油脂數(shù)據(jù)兩者，可僅獲得水和油脂中的一個。
回波時間TE可以是TR乘以α(α＝m2/(m1+m2))，而不是前面所述的TR/2。在此情況下，回波信號f(k)通過以下等式給出[等式4]f(k)=A(1-E2expiξ)B(1-E2cosξ)-C(E2cosξ)exp(aTR/T2*)×exp(iaθchem+θ)---(4)]]>當對由等式(4)給出的f(k)進行傅立葉變換時，油脂的相位相對于水的相位對于F(0)項超前了θchem×α，而對于F(1)項則滯后了θchem×(1-α)。因此，水和油脂可通過SQFWI使用此相位差分離。
在此情況下，TE和TR必須設置為使得θchem×α＝2π/m1和θchem×(1-α)＝2π/m2。符號m1和m2表示不小于2的整數(shù)。
通過將回波時間TE設置為水與油脂之間的相位差達到2π時的時間的1/m1來實現(xiàn)θchem×α＝2π/m1。而通過將脈沖重復時間TR與回波時間TE之差設置為水與油脂之間的相位差達到2π時的時間的1/m2來實現(xiàn)θchem×(1-α)＝2π/m2。
SSPF中的回波包括自由感應衰減(FID，free induction decay)分量和自旋回波(SE)或受激回波(STE)分量。FID分量也稱作梯度回波。自旋回波或受激回波分量也簡稱作自旋回波。
由于磁場的不均勻性對這些分量的影響是對稱的，因此由于磁場的不均勻性導致的相位偏移和回波時間偏移經(jīng)常發(fā)生。兩種分量之間的相位偏移和時間偏移妨礙了正確回波的獲得，并且因此，在成像前在兩種分量之間對相位和時間進行匹配。在對相位和時間的匹配中，首先測量對于FID分量的相位偏移和時間偏移以及對于SE/STE分量的相位偏移和時間偏移。
圖8示出了用于測量對于FID分量的相位偏移和時間偏移的脈沖序列。該脈沖序列與具有替代相位編碼梯度而施加至相位編碼軸的沖擊梯度(crusher gradient)的SSFP狀態(tài)中的成像序列相同。
在α°脈沖前即時施加沖擊。這實現(xiàn)了對于SE/STE分量的相位復位，從而產(chǎn)生僅包括FID分量的回波。至此，基于回波時間TE’測量此回波中的相位偏移和時間偏移，可獲得FID中的相位偏移和時間偏移。
圖9示出了用于測量對于SE/STE分量的相位偏移和時間偏移的脈沖序列。該脈沖序列與具有替代相位編碼梯度而施加至相位編碼軸的沖擊梯度的SSFP狀態(tài)中的成像序列相同。
在α°脈沖后立即施加沖擊。這實現(xiàn)了對于FID分量的相位復位，從而產(chǎn)生僅包括SE/STE分量的回波。至此，基于回波時間TE”測量此回波中的相位偏移和時間偏移，可獲得SE/STE中的相位偏移和時間偏移。
相位偏移之間和時間偏移之差表示了FID與SE/STE分量之間的相位差和時間差。通過調(diào)節(jié)梯度磁場來實現(xiàn)分量之間的時間匹配。具體地說，如圖10(1)所示，向頻率編碼梯度Gfreq加入適當?shù)男拚}沖來實現(xiàn)時間匹配?；跁r間偏移的方向，修正脈沖的極性可與圖10中所示的相反。通過調(diào)整α°脈沖的相位來實現(xiàn)時間匹配。
圖11示出了本設備的功能方框圖。如圖所示，本設備包括回波數(shù)據(jù)獲取部分202?；夭〝?shù)據(jù)獲取部分202通過如前所述的相位循環(huán)過程執(zhí)行SSFP態(tài)中回波數(shù)據(jù)的獲取?；夭〝?shù)據(jù)獲取部分202與包括磁鐵系統(tǒng)100(100’)、梯度驅動部分130、RF驅動部分140、數(shù)據(jù)收集部分150和序列控制部分160的部分的功能相對應。回波數(shù)據(jù)獲取部分202為本發(fā)明的獲取裝置的實施例。
將由回波數(shù)據(jù)獲取部分202獲取的回波數(shù)據(jù)f(k)輸入至傅立葉變換部分204中。傅立葉變換部分204如前所述地對回波數(shù)據(jù)f(k)執(zhí)行傅立葉變換。傅立葉變換部分204對應于數(shù)據(jù)處理部分170的功能。傅立葉變換部分204為本發(fā)明變換裝置的實施例。
將來自傅立葉變換部分204的輸出數(shù)據(jù)F(n)輸入至絕對值加法部分208。絕對值加法部分208對F(0)和F(1)執(zhí)行絕對值相加。絕對值加法部分208對應于數(shù)據(jù)處理部分170的功能。絕對值加法部分208為本發(fā)明的加法裝置的實施例。
將來自絕對值加法部分208的輸出數(shù)據(jù)輸入至圖像產(chǎn)生部分210。圖像產(chǎn)生部分210基于輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖像。圖像產(chǎn)生部分210對應于數(shù)據(jù)處理部分170的功能。圖像產(chǎn)生部分210為本發(fā)明圖像產(chǎn)生裝置的實施例。
圖12示出了本發(fā)明的另一原理圖。圖12中，類似于圖11中示出的部分由類似的附圖標記表示，并且略去其說明。如圖所示，本設備包括修正部分212。修正部分212執(zhí)行梯度回波(FID)與自旋回波(SE/STE)之間如前所述的相位匹配和時間匹配。
修正部分212對應于包括磁鐵系統(tǒng)100(100’)、梯度驅動部分130、RF驅動部分140、數(shù)據(jù)收集部分150、序列控制部分160和數(shù)據(jù)處理部分170的部分的功能。修正部分212為本發(fā)明的修正裝置的實施例。
圖13示出了本設備的又一功能方框圖。圖13中，類似于圖11中示出的部分由類似的附圖標記表示，并且略去其說明。如圖所示，本設備包括水/油脂分離部分206。水/油脂分離部分206對數(shù)據(jù)F(0)和F(1)分別通過SQFWI執(zhí)行水/油脂的分離，如前所述。水/油脂分離部分206對應于數(shù)據(jù)處理部分170的功能。水/油脂分離部分206為本發(fā)明的分離裝置的實施例。
將分離的水數(shù)據(jù)和油脂數(shù)據(jù)輸入至絕對值加法部分208’。絕對值加法部分208分別對F(0)和F(1)項的水和油脂執(zhí)行絕對值相加。絕對值加法部分208’對應于數(shù)據(jù)處理部分170的功能。絕對值加法部分208’為本發(fā)明的加法裝置的實施例。
將來自絕對值加法部分208的輸出數(shù)據(jù)輸入至圖像產(chǎn)生部分210’。圖像產(chǎn)生部分210’基于輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生水圖像和油脂圖像。可僅產(chǎn)生水和油脂圖像中的一個。圖像產(chǎn)生部分210’對應于數(shù)據(jù)處理部分170的功能。圖像產(chǎn)生部分210’為本發(fā)明圖像產(chǎn)生裝置的實施例。
圖14示出了本發(fā)明的另一功能方框圖。圖14中，類似于圖11中示出的部分由類似的附圖標記表示，并且略去其說明。如圖所示，本設備包括修正部分212。修正部分212如前所述地執(zhí)行梯度回波(FID)與自旋回波(SE/STE)之間的相位匹配。
修正部分212對應于包括磁鐵系統(tǒng)100(100’)、梯度驅動部分130、RF驅動部分140、數(shù)據(jù)收集部分150、序列控制部分160和數(shù)據(jù)處理部分170的部分的功能。修正部分212為本發(fā)明的修正裝置的實施例。
雖然已參照以上的優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，與本發(fā)明相關的領域的普通技術人員可在不脫離本發(fā)明的技術范圍的情況下，對這些實施例進行各種變化與替代。因此，本發(fā)明的技術范圍不僅包括前述的那些實施例，還包括所有落入所附權利要求范圍內(nèi)的內(nèi)容。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可構造多個相差很大的實施例。應該理解，本發(fā)明不限于具體在說明書中描述的實施例，除非是如所附權利要求所限定的。
權利要求
1.一種磁共振成像設備，包括獲取裝置，用于用處于SSFP態(tài)的對象內(nèi)的自旋獲取多個視圖的回波數(shù)據(jù)，并對于k＝0至M-1(M為不小于2的整數(shù)；k＝0、1、...、M-1)以RF脈沖的相位中2π·k/M的步差重復進行獲?。蛔儞Q裝置，用于基于所述相位對回波數(shù)據(jù)進行傅立葉變換；加法裝置，用于獲得已傅立葉變換的數(shù)據(jù)的F(0)項和F(1)項的絕對值之和；以及圖像產(chǎn)生裝置，用于基于總和數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖像。
2.一種磁共振成像設備，包括獲取裝置，用于用處于SSFP態(tài)的對象內(nèi)的自旋獲取多個其中水與油脂之間的相位差為2π/m(m≥2)的視圖的回波數(shù)據(jù)，并對于k＝0至M-1(M為不小于2的整數(shù)；k＝0、1、...、M-1)以RF脈沖的相位中2π·k/M的步差重復進行獲??；變換裝置，用于基于所述相位對回波數(shù)據(jù)進行傅立葉變換；分離裝置，用于使用水與油脂之間的相位差分別在已傅立葉變換的數(shù)據(jù)的F(0)項和F(1)項中分離水數(shù)據(jù)和油脂數(shù)據(jù)；加法裝置，用于獲得F(0)項和F(1)項中至少水數(shù)據(jù)或油脂數(shù)據(jù)的絕對值之和；以及圖像產(chǎn)生裝置，用于基于總和數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖像。
3.如權利要求2所述的磁共振成像設備，其中所述獲取裝置獲取具有水與油脂之間的相位差達到2π時的時間的1/m1(m1≥2)的回波時間TE的回波數(shù)據(jù)，并且獲取了具有脈沖重復時間TR與回波時間TE之差為水與油脂之間的相位差達到2π時的時間的1/m2(m2≥2)的回波數(shù)據(jù)。
4.如權利要求3所述的磁共振成像設備，其中m1＝m2＝4。
5.如權利要求3所述的磁共振成像設備，其中回波時間TE等于脈沖重復時間TR乘以α(α＝m2/(m1+m2))。
6.如權利要求3所述的磁共振成像設備，其中回波時間TE為脈沖重復時間TR的1/2(m1＝m2)。
7.如權利要求2所述的磁共振成像設備，其中所述分離裝置在修正了由于磁場不均勻導致的已傅立葉變換的數(shù)據(jù)中的相位誤差后，分離水數(shù)據(jù)與油脂數(shù)據(jù)。
8.如權利要求7所述的磁共振成像設備，其中所述分離裝置通過在將已傅立葉變換的數(shù)據(jù)的相位乘以m以使水和油脂同相，并修正超過±π范圍的部分的繞回后，以乘以1/m的相位分布來修正相位誤差。
9.如權利要求2所述的磁共振成像設備，其中所述加法裝置獲得F(0)項和F(1)項中的水數(shù)據(jù)的絕對值之和。
10.如權利要求2所述的磁共振成像設備，其中所述加法裝置獲得F(0)項和F(1)項中的油脂數(shù)據(jù)的絕對值之和。
11.如權利要求2所述的磁共振成像設備，其中所述加法裝置分別獲得F(0)項和F(1)項中的水數(shù)據(jù)和油脂數(shù)據(jù)的絕對值之和；以及所述圖像產(chǎn)生裝置基于各自的總和數(shù)據(jù)產(chǎn)生各自的圖像。
12.如權利要求1所述的磁共振成像設備，其中M＝4。
13.如權利要求1或2所述的磁共振成像設備，其中所述變換裝置從F(0)項至F(1)項進行傅立葉變換。
14.如權利要求1或2所述的磁共振成像設備，還包括修正裝置，用于修正梯度回波與自旋回波之間的相位偏移和時間偏移。
15.如權利要求14所述的磁共振成像設備，其中所述修正裝置從通過在由沖擊復位自旋回波的相位時梯度回波的相位和回波時間、以及在由沖擊復位梯度回波的相位時自旋回波的相位和回波時間中，發(fā)現(xiàn)相位偏移和時間偏移，來修正相位偏移和時間偏移。
16.如權利要求15所述的磁共振成像設備，其中所述修正裝置由RF脈沖的相位修正相位偏移，并由梯度磁場修正時間偏移。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于在SSFP狀態(tài)下獲取無條帶假象的水/油脂分離成像的磁共振成像設備，該設備包括獲取裝置(202)，用于用處于SSFP態(tài)的對象內(nèi)的自旋獲取多個其中水與油脂之間的相位差為2π/m(m≥2)的視圖的回波數(shù)據(jù)，并對于k＝0至M－1以RF脈沖的相位中2π·k/M的步差重復進行獲??；變換裝置(204)，用于基于所述相位步差對回波數(shù)據(jù)進行傅立葉變換；分離裝置(206)，用于使用水與油脂之間的相位差分別在已傅立葉變換的數(shù)據(jù)的F(0)項和F(1)項中分離水數(shù)據(jù)和油脂數(shù)據(jù)；加法裝置(208’)，用于獲得F(0)項和F(1)項中至少水數(shù)據(jù)或油脂數(shù)據(jù)的絕對值之和；以及圖像產(chǎn)生裝置(210’)，用于基于總和數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖像。
文檔編號G01R33/54GK1496706SQ0312487
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權日2002年10月1日
發(fā)明者三好光晴, 小杉進 申請人:Ge醫(yī)藥系統(tǒng)環(huán)球科技公司