使用回波分裂的磁共振指紋法(mrf)的制作方法
【專利說明】使用回波分裂的磁共振指紋法（MRF)
[0001] 相關申請的交叉引用 本申請要求同一發(fā)明人的在2012年12月19日提交的美國臨時申請61/739, 311的權 益。
[0002] 聯(lián)邦資助聲明 本發(fā)明至少部分地利用在下述聯(lián)邦授權號下供應的聯(lián)邦資助進行開發(fā)：由NIH提供的 聯(lián)邦授權號1R01HL094557、由NIH提供的聯(lián)邦授權號5K99EB0111527、以及由NIH提供的聯(lián) 邦授權號1KL2RR024990。聯(lián)邦政府對本發(fā)明具有一定權利。
【背景技術】
[0003] 傳統(tǒng)磁共振成像(MRI)尋求在單個時間點產生具有恒定信號的單個回波。傳統(tǒng) MRI序列可以使用固定的翻轉角集合來在單個回波時間（TE)生成信號。然而，在脈沖序列 中應用多個射頻（RF)脈沖可能在除了僅期望的TE之外的時間產生多個自旋和受激回波。 通常，這些較高回波路徑被重調焦距或破壞，以有助于單個期望信號達到穩(wěn)定狀態(tài)。
[0004] 傳統(tǒng)磁共振(MR)脈沖序列包括配置為產生穩(wěn)定狀態(tài)信號的準備階段、等待階段和 獲取階段，可以從穩(wěn)定狀態(tài)信號產生圖像。準備階段確定何時可以獲取信號，并且確定所獲 取的信號的屬性。例如，第一脈沖序列可以被設計為在第一回波時間（TE)產生T1加權信 號，而第二脈沖序列可以被設計為在第二TE產生T2加權信號，其中T1是自旋-點陣弛豫， 并且T2是自旋-自旋弛豫。這些傳統(tǒng)脈沖序列通常被設計為提供定性結果，其中，以突出 具體參數(例如，T1弛豫、T2弛豫）的各種加權或對比度來獲取數據。
[0005] MR指紋法（MRF)采用不同的方法。MRF序列尋求使用不同獲取參數的組合來生成 獨特的信號演進。MRF根據預先計算的詞典，通過分析所獲取的空間和時間上非相干的信 號，來同時生成量化圖。作為運行以產生恒定信號的替代，MRF通過改變獲取參數來包含信 號動態(tài)特性。例如，可以改變翻轉角和重復時間，以生成針對不同組織類型的獨特信號演 進。
[0006]在Ma D, Gulani V， Seiberlich N, Liu K, Sunshine J, Duerk J, and Griswold M. Magnet Resonance Fingerprinting, Nature, 495:187-192 (2013)中描述了 MRF。在 Griswold等人的2011年3月18日提交的美國專利申請13/051，144中和Griswold等人的 2012年9月19日提交的美國專利申請13/623, 104中也描述了 MRF。
【附圖說明】
[0007] 附圖被并入說明書中并構成說明書的一部分，附圖圖示了各種示例性系統(tǒng)、方法 和本發(fā)明的各個方面的其他示例性實施例。應當理解，附圖中圖示的元件邊界(例如，框、框 組或其他形狀）表示邊界的一個示例。本領域普通技術人員將理解，在一些示例中，一個元 件可以被設計成多個元件，或者多個元件可以被設計成一個元件。在一些示例中，示作另一 元件的內部組件的元件可以被實現為外部組件，并且反之亦然。此外，元件可以不是按比例 繪制的。
[0008] 圖1圖示了與分裂回波序列相關聯(lián)的多個回波通路。
[0009] 圖2圖示了來自所獲取的信號和MRF重建信號的示例性信號演進。
[0010] 圖3將傳統(tǒng)序列塊與MRF序列塊作比較和對比。
[0011]圖4圖示了與使用回波分裂的MRF相關聯(lián)的示例性方法。
[0012] 圖5圖示了與使用回波分裂的MRF相關聯(lián)的示例性方法。
[0013] 圖6圖示了與使用回波分裂的MRF相關聯(lián)的示例性裝置。
[0014] 圖7圖示了與使用回波分裂的MRF相關聯(lián)的示例性裝置。
[0015] 圖8圖示了配置為執(zhí)行使用回波分裂的MRF的MR裝置。
[0016] 圖9圖示了在利用回波分裂序列的MRF中通過不同的回波分裂塊所產生的多個回 波通路的不同集合。
[0017] 圖10a-10b圖示了示例性磁共振指紋法(MRF)序列圖案。圖10a圖示了示例性獲 取序列圖。圖l〇b圖示了翻轉角（FA)和重復時間（TR)圖案的示例。
[0018] 圖lla-llc圖示了示例性信號屬性和匹配結果。圖11a圖示了與腦的四個正常組 織相對應的仿真信號演進曲線。圖lib圖示了所獲取的信號演進曲線及其與詞典的比較的 一個示例。圖11c圖示了從匹配算法取回的1\和T 2值。
[0019] 圖12a-12d圖示了與核磁共振（NMR)指紋法相關聯(lián)的活體結果中的示例。圖12a 圖示了 T1圖（ms)，圖12b圖示了 T2圖（ms)，圖12c圖示了非共振圖（Hz)，并且圖12d圖示 了質子密度圖。
[0020] 圖13圖示了從使用回波分裂的MRF生成的Tl、T2和M0 (凈磁化）圖。
[0021] 圖14比較從利用回波分裂方法和自旋回波方法的MRF獲得的T1和T2值。
【具體實施方式】
[0022] 傳統(tǒng)MRI序列尋求在良好定義的回波時間（TE)產生具有恒定信號的信號回波 路徑。使用回波分裂的MRI序列尋求在一時間段中產生具有不同信號和特性的多個回波 路徑?；夭ǚ至袽RF序列尋求產生多個回波路徑的不同集合。一種示例性回波分裂技術 是快速回波分裂技術（QUEST)，其在 Heid 0、Deimling M 和 Huk W.的 QUEST - A Quick Echo Split NMR Imaging Technique, Magn Reson Med 1993; 29:280-283 中，并且在 Jereci R、Bock M和Schad LR?的An amplitude optimized single-shot hybrid QUEST technique. Magn Reson Imaging 2000;18:23-32 中進行了描述。
[0023] 示例性回波分裂方法可以被稱為非周期性步進脈沖方法或廣義步進脈沖方法?；?波分裂方法認可，在對象中產生的一種磁化可以被劃分，以產生多個回波路徑。在一個示例 中，磁化可以被反復劃分，以產生多個回波路徑。重復移相和激勵可以用于將磁化劃分成指 數增長的回波數。在一個示例中，一個磁化可以產生高達3k個回波路徑，其中k是回波分裂 RF脈沖的數目。在該方法中，RF脈沖和梯度瓣（gradient lobe)的數目是回波數目的對數 函數，而不是回波數目的線性函數。例如，N = 2/3 * 3k個路徑可以是梯度可撤銷的并且因 此用于成像。因為該數目增長得如此快，所以在不同實施例中，可以對k使用小的數目（例 如，4、6)〇
[0024] 在一個回波分裂方法中，具有任意翻轉角a的單個RF脈沖的應用將相位巾的單 個路徑分裂成三個部分。在一個示例中，由m個適當間隔的RF脈沖與k個重調焦距180° 脈沖生成的回波的最大可實現數目是其中k和m是整數。在一個示例中，當在獲取 階段期間應用恒定讀出梯度而不是在讀出期間切換梯度時，得到額外的改善。因此，在一個 實施例中，在回波采樣期間可能不存在梯度場切換。
[0025] 示例性裝置和方法可以對從由回波分裂磁化使用多個回波分裂(例如，翻轉角）激 勵來生成的多個回波路徑獲取的信號執(zhí)行磁共振指紋法(MRF)。MRF可以涉及識別所獲取 的信號和存儲在預先計算的詞典中的信息之間的相關性。因為可以同時獲取多個回波路 徑，所以獲取時間可能顯著減少，并且在單個回波路徑系統(tǒng)上每單位時間獲取的新穎信息 量可以顯著增加。因為可以從較小數目（例如，4個）的RF脈沖生成多個回波路徑，所以在 單個回波路徑系統(tǒng)上RF沉積和比吸收率（SAR)可以顯著減少。因為可以通過改變回波分 裂激勵(例如，RF脈沖）的數目、通過改變回波分裂激勵之間的間隔或者通過改變回波分裂 激勵的翻轉角來獲取多個回波路徑的不同集合，所以與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，可以在極短的時間 段中獲取豐富的信號集合。
[0026] 示例性裝置和方法使用回波分裂技術來使得對其應用NMR激勵的材料中的共振 物種并行生成多個不同的信號演進。如本文使用的術語"共振物種"是指可以使用核磁共振 (NMR)使其發(fā)生共振的事物(例如，水、脂肪、組織、材料)?？梢栽谝粫r間段中收集多個不同 的信號演進，以識別針對該材料的信號演進。那么在一個實施例中，可以通過根據已知演進 分析信號演進來表征材料中的共振物種。在一個實施例中，"已知"演進可以是例如仿真的 演進和/或先前獲取的演進。表征共振物種可以包括識別共振物種的不同屬性(例如，T1、 T2、擴散共振頻率、擴散系數、自旋密度、質子密度)。此外，可以識別其他屬性，包括