专利名称：具有灵活的回波时间选择的两点dixon技术的制作方法
具有灵活的回波时间选择的两点DIXON技术本发明可应用于磁共振成像(MRI)系统，尤其是关于脂肪抑制MRI和利用MRI的脂肪量化。然而，应认识到所描述的技术也可应用于其他成像系统、其他磁共振情形、其他图像数据收集技术等。当测量“回波”时，生成了平行于穿过MR扫描器的检查区域的纵轴的Bl场，这导致检查区域中的细胞核即刻对准Bl场。不同材料(例如脂肪和水)的核以不同的旋转速度共振或“自旋”回到它们的原始位置。回波被产生并且被MR扫描器探测到，例如通过反转Bl场。不同材料的核由于它们不同的旋转速度而在生成回波的时间(例如“回波时间”) 处于它们各自的旋转中的不同位置，并且因此能够在图像重建过程中被区分开。其他技术采用例如梯度回波来代替上述自旋回波采集。在MRI的很多应用中抑制油脂信号是普遍要求。此外，近来水信号和脂肪信号的同时量化受到日益增长的关注，例如在肥胖和新陈代谢紊乱疾病的背景下。满足这两个需求的一种方案是Dixon成像，其基于水和油脂质子的不同化学位移以及在不同回波时间由它们得到的信号间相位差，这允许图像重建中的回顾性分离。尤其是在快速成像中，Dixon成像通常仅利用两个不同的回波时间执行，以保持扫描时间尽可能短。可用的两点Dixon方法对用于数据采集的不同回波时间处的水-脂肪角施加约束。这些导致序列设计中降低的灵活性并因此经常导致增加的扫描时间。例如，一个或两个回波时间具有固定的相位，这导致增加的扫描时间。亦即，常规 Dixon成像技术采用最多仅一个可变的或任意的相位回波时间，而需要至少一个固定的相位回波时间。本申请提供新的改进的系统和方法，其利用用于MRI的增强Dixon技术区分具有不同共振特性的材料(例如脂肪和水)，这克服了上述及其他问题。根据一个方面，一种区分MRI数据中的水和脂肪组织的方法包括在对象的磁共振 (MR)扫描过程中的不同的任意回波时间测量第一信号(I1)和第二信号(I2)，以及根据所述第一和第二信号计算第一和第二分量。该方法还包括从所述第一和第二分量推导出两个差分相位误差候选项，以及基于干扰场不均勻性的平滑性假设针对每个像素选择所推导出的差分相位误差候选项中的一个。此外，该方法包括利用所选择的差分相位误差候选项重建水图像和脂肪图像。根据另一个方面，一种使用修正的Dixon技术来区分MRI数据中的水和脂肪组织的系统包括处理器，该处理器被编程以在对象的磁共振(MR)扫描过程中的不同的任意回波时间测量第一信号(I1)和第二信号(I2)，并且根据所述第一和第二信号计算第一和第二分量。该处理器还被编程以从所述第一和第二分量推导出两个差分相位误差候选项，并且基于干扰场不均勻性的平滑性假设针对每个像素选择一个差分相位误差候选项。该系统还包括利用所选择的差分相位误差候选项重建水图像和脂肪图像的重建处理器以及存储所重建的图像的存储器。一个优点是减少了扫描时间。另一个优点是改善了图像质量。
再一个优点是增加了协议参数选择的灵活性。本领域技术人员在阅读和理解以下详细描述之后将认识到本发明的更多优点。附图仅用于图示说明各个方面而不应被解释为是限制性的。
图1根据本文描述的一个或多个方面图示说明一种系统，其便于放松对在MR扫描过程中执行两点Dixon技术时使用的回波时间的约束，以改善扫描效率并且增大时空分辨率和覆盖区域；图2图示说明利用本文描述的系统和方法根据在3T磁场下采集的双回波数据计算出的水图像(亮对比度)的示例，其中回波时间为1. Hms和2. Urns，对应于179°和 333°的水-脂肪角(Θ)；图3图示说明利用本文描述的系统和方法根据在3T磁场下采集的双回波数据计算出的脂肪图像(亮对比度)的示例，其中回波时间为1. Hms和2. Urns，对应于179°和 333°的水-脂肪角(Θ)；图4图示说明根据本文描述的一个或多个方面利用MR扫描过程中采集的任意双回波数据来区分对象中的脂肪和水分子的方法；图5图示说明根据本文描述的一个或多个方面利用MR扫描过程中采集的任意双回波数据来区分对象中的脂肪和水分子的方法，其中采用估计的差分相位误差Δφ来确定所测得的信号的大分量B和小分量S中的哪一个对应于水以及哪一个对应于脂肪；图6图示说明包括MRI设备的示例性医院系统，该MRI设备生成成像数据，该成像数据被重建处理器重建以生成3D图像表示；图7是利用方程(12)-(14)生成的穿过患者的横截面视图的图像的示例，其中图像的一区域被放大以示出伪影；图8是患者的截面的图像的示例，其利用方程(15)-(17)生成以减少伪影并使图像中的边缘线平滑；图9图示说明根据本文描述的一个或多个方面利用MR扫描过程中采集的任意双回波数据来区分对象中的脂肪和水分子的方法，其中采用估计的差分相位误差Δφ来确定所测得的信号的大分量B和小分量S中的哪一个对应于水以及哪一个对应于脂肪，且其中水分量和脂肪分量被假设为复数值。图1根据本文描述的一个或多个方面图示说明一种系统10，其便于放松对在MR扫描过程中执行两点Dixon技术时使用的回波时间的约束，以改善扫描效率并且增大时空分辨率和覆盖区域。该系统包括MRI设备12，该MRI设备耦合到处理器14和存储器16，该处理器执行用于执行本文描述的MR采集扫描的一组或多组计算机可执行指令或算法，并且该存储器存储所述指令或算法。另外，该MRI设备、处理器和存储器耦合到显示器18和一个或多个重建处理器20，所述重建处理器将所采集和/或处理的MR扫描数据重建成MR图像以便输出到所述显示器18上。MR采集软件被存储在存储器16上并且被一个或多个处理器14执行以在对对象进行扫描的过程中采集MR数据沈，该对象在MR扫描过程中位于MRI设备12的检查区域中。 根据本文描述的各个方面，修正的Dixon回波采样软件观被存储在存储器中以便被处理器执行，并且其便于在灵活的任意回波时间采集两点回波数据沈，而不需要任一回波时间具有固定的相位。
一旦通过利用修正的Dixon软件观执行MR采集软件22采集了 MR数据沈，则执行信号分离30。在一个示例中，MR采集是回波采集(例如自旋回波、梯度回波等)。该信号分离是通过求解多个数学方程实现的，这些数学方程使用数据沈作为输入并且提供来自要分离的每种核素的信号的强度作为输出。这一信号强度输出32被存储到存储器16中并且在执行重建算法36的过程中被一个或多个重建处理器20使用以生成具有不同组织类型的重建MR图像。该分离是重建的一种形式，其中每个像素的信号被划分(或分离)成源自诸如水和脂肪的不同核素的分量。提供以下描述相对于受到MR扫描的对象中的脂肪(如油脂)和水(如在非脂肪组织中)的具体示例来进一步解释利用修正的Dixon技术的一个或多个分离算法36的功能。利用修正的Dixon技术，在两个不同的回波时间测得的两个信号“和I2被数学描述如下
权利要求
1.一种区分磁共振图像(MRI)数据中的水和脂肪组织的方法，其包括在对象的磁共振(MR)扫描过程中的不同的任意回波时间测量第一信号(I1)和第二信号(I2)；根据所述第一和第二信号计算第一和第二分量(B、S)； 从所述第一和第二分量(B、Q推导出两个差分相位误差候选项(Δφι、Δφ2); 基于干扰场不均勻性的平滑性假设针对每个像素选择所推导出的差分相位误差候选项中的一个(Δφ);利用所选择的差分相位误差候选项(Δφ)重建水图像(70)和脂肪图像(80)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一分量(B)大于或等于所述第二分量(S)， 且其中，利用以下方程推导出所述两个差分相位误差候选项
3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其还包括确定所述第一和第二分量中的哪一个表示来自脂肪组织的信号贡献以及所述第一和第二分量中的哪一个表示来自水组织的信号贡献。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其还包括针对每个像素同时求解三个方程以根据所述MRI数据计算脂肪和水信号，所述三个方程为
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其还包括针对每个像素同时求解两个方程以根据所述MRI数据计算脂肪和水信号，所述两个方程为
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其还包括将所述MR数据重建成MR图像(38)；以及将所述MR图像输出到显示器(18)和存储器(16)中的一个。
7.一种计算机可读介质(16)，其承载有用于控制处理器(14)来执行如前述权利要求中任一项所述的方法的软件。
8.一种使用修正的Dixon技术来区分磁共振图像(MRI)数据中的水和脂肪组织的系统，其包括处理器(14)，其被编程以在对象的磁共振(MR)扫描过程中的不同的任意回波时间测量第一信号(I1)和第二信号(I2)，根据所述第一和第二信号计算第一和第二分量(B、S)，从所述第一和第二分量(Bd)推导出两个差分相位误差候选项(Δφι、Δφ2)，以及基于干扰场不均勻性的平滑性假设针对每个像素选择一个差分相位误差候选项 (Δφ)；重建处理器(20)，其利用所选择的差分相位误差候选项重建水图像(70)和脂肪图像 (80)；以及存储器(16)，其存储所重建的图像(38)。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述第一分量大于或等于所述第二分量，且其中， 所述处理器(14)利用以下方程推导出所述两个差分相位误差候选项=_LlII__( ο)(B + Se-mi)(B + Se'02)=_iih_ (H )(S + Be-mi)(S + Bem')其中，B是所述第一分量，S是所述第二分量，Q1是所述第一信号I1的水-脂肪角，Θ2 是所述第二信号I2的水-脂肪角，且Δφ^πΔφ2是所述差分相位误差候选项；并且其中，所述处理器应用约束条件Q1兴士 θ2。
10.如权利要求8-9中任一项所述的系统，其还包括确定所述第一和第二分量(B、Q中的哪一个表示来自脂肪组织的信号贡献以及所述第一和第二分量中的哪一个表示来自水组织的信号贡献。
11.如权利要求8-10中任一项所述的系统，其中，所述处理器(14)同时求解三个方程以计算脂肪和水信号，所述三个方程为ItlIl =(W + FemI χψ + Fe-贼)(12)It2I2 =(W + Fe^ )(W + Fe-剛)(13)Ι*Ι2β-'Αφ =(W + Fe^ )(W + Fe—mi)(14)其中，W表示来自水的信号贡献，而F表示来自脂肪的信号贡献；并且其中，所述处理器(14)利用预期弛豫时间常数的现有知识在求解所述三个方程之前对所述信号I2进行加权以补偿所述两个回波时间之间的信号衰减。
12.如权利要求8-10中任一项所述的系统，其中，所述处理器(14)同时求解两个方程以计算脂肪和水信号，所述两个方程为
13.如权利要求8-12中任一项所述的系统，其中，所述处理器(14)将两点Dixon技术应用于来自三点或更多点Dixon采集的数据的子集，以开发冗余、确保一致性并且改善三点或更多点Dixon技术的稳健性和精确性。
14.如权利要求8-13中任一项所述的系统，其还包括显示器(18)，在其上显示所述水图像(70)和所述脂肪图像(80)中的至少一个或这二者的组合。
15.如权利要求14所述的系统，其还包括在所述显示器(18)上的第一和第二视口(IlS1Ull),在其上分别显示所述水图像 (70)和所述脂肪图像(80)；以及在所述显示器(18)上的第三视口(11 )，在其上所述水图像(70)和所述脂肪图像 (80)被可调整地彼此重叠或彼此组合。
全文摘要
当区分所采集的MR数据中的脂肪和水时，修正的Dixon技术包括采集第一和第二信号Ii和I2；计算信号Ix和I2的第一和第二分量B和S，其中该第一和第二分量中的一个对应于脂肪且另一个对应于水；根据这些分量推导出两个差分相位误差候选项；以及基于干扰场不均匀性的平滑性假设选择相位误差候选项。然后通过求解针对分别对应于水和脂肪的两个变量的三个信号方程来做出水和脂肪分量的绝对值的精确确定，并且该精确确定是利用例如最小二乘最小化和Newton方法执行的。
文档编号G01R33/54GK102369454SQ201080015528
公开日2012年3月7日 申请日期2010年2月19日 优先权日2009年3月30日
发明者A·J·杜杰达姆, B·布伦德尔, H·埃格斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司