使用相位调制rf脉冲的并行多切片mr成像的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及磁共振（MR)成像领域。本发明关注一种对目标的MR成像的方法。本 发明还涉及一种MR设备并且涉及一种在MR设备上运行的计算机程序。
【背景技术】
[0002] 采用磁场与核自旋之间的相互作用以便于形成二维或三维图像的图像形成MR方 法现今被广泛使用，特别是在医学诊断领域中，这是因为对于对软组织的成像而言所述图 像形成方法在许多方面中优于其他成像方法，不要求电离辐射，并且通常是无创的。
【发明内容】
[0003] 根据一般的MR方法，所述目标（例如待检查的患者的身体）被布置在强的、均匀 的磁场中，所述磁场的方向同时限定测量所基于的坐标系的轴（一般为z轴）。磁场取决于 磁场强度而产生针对各个核自旋的不同能量水平，所述磁场强度能够通过施加具有限定的 频率（所谓拉莫尔频率，或MR频率）的电磁交变场（RF场）来激励（自旋共振）。从宏观的 角度，各个核自旋的分布产生总体磁化，所述总体磁化能够通过施加具有适当频率的电磁 脉冲（RF脉冲）而被偏转出平衡状态，使得所述磁化执行关于z轴的进动（precessional) 运动。所述进动运动描述了圆锥的表面，所述圆锥的孔径角度被称为翻转角。翻转角的幅 度取决于所施加的电磁脉冲的强度和持续时间。在所谓的90°脉冲的情况下，自旋从z轴 偏转至横向平面（翻转角90° )。
[0004] RF脉冲终止之后，所述磁化弛豫回到原始的平衡状态，其中，在Z方向上的磁化再 次被建立为具有第一时间常数T1 (自旋晶格或纵向弛豫时间），并且垂直于z方向的方向上 的磁化以第二时间常数T2(自旋-自旋或横向弛豫时间）来弛豫。能够借助于接收RF线圈 来检测磁化的变化，所述接收RF线圈以这样的方式布置并定向在MR设备的检查体积内，所 述方式为在垂直于z轴的方向上测量磁化的变化。在施加了例如90°脉冲之后，横向磁化 的衰减伴随着（由局部磁场不均匀性诱发的）核自旋从具有相同相位的有序状态到所有相 位角度是均匀分布的状态的转变（移相）。能够借助于再聚焦脉冲（例如180°脉冲）来 对所述移相进行补偿。这在接收线圈中产生回波信号（自旋回波）。
[0005] 为了实现在身体中的空间分辨率，沿三个主轴延伸的恒定磁场梯度被重叠在均匀 磁场上，引起自旋共振频率的线性空间相关性。在接收线圈中拾取到的信号则含有能够与 身体中的不同位置相关联的不同频率的分量。经由接收线圈获取的信号数据与空间频率域 相对应，并且被称为k空间数据。k空间数据通常包括利用不同的相位编码采集的多条线。 每行通过收集若干样本而被数字化。k空间数据集借助于图像重建算法而被转换成MR图 像。
[0006] 最近，已经开发出用于加速MR采集的技术，其被称为并行采集。该类方法是 SENSE (灵敏度编码）、SMASH (空间谐波的同时采集）和GRAPPA (概括的自动校准部分并行 采集）。SENSE，SMASH和GRAPPA以及其他并行采集技术使用从多个RF接收线圈并行获取 的欠采样（undersampled) k-空间数据采集。在这些方法中，来自多个线圈的（合成）信号 数据与合成加权以这样的方式，所述方式抑制最终重建的MR图像中的欠采样伪影（混叠）。 这种类型的合成阵列信号组合有时被称为空间滤波，并且包括在k空间域中（如在SMASH 和GRAPPA中）或在图像域中（如在SENSE中）执行的组合以及混合方法。
[0007] Larkman 等人（Journal of Magnetic Resonance Imaging, 13, 313-317, 2001)提 出了在多切片成像的情况下也在切片方向中应用灵敏度编码，以提高扫描效率。Breuer等 人（Magnetic Resonance in Medicine, 53, 684-691，2005)改进了这种基本想法，提出名为 "并行成像中的受控混叠产生较高的加速度"（CAIPIRINHA)的方法。这种技术修改了在多 切片采集期间的每个个体切片中的混叠伪影的外观，改进了后续的并行图像重建流程。因 此，CAIPIRINHA是与仅使用单纯的后处理方法的其他多切片并行成像概念相比更有效的并 行多切片成像技术。在CAIPIRINHA中，任意厚度和距离的多个切片是利用相位调制多切片 RF脉冲（类似于已知的Hadamard脉冲）来同时激励的。采集到的MR信号数据是欠采样 的，产生相对于彼此移位而出现的重叠的切片图像。混叠切片图像的移位是根据傅立叶移 位定理通过对RF脉冲的相位调制方案而被控制的。在相位编码步骤之间，多切片RF脉冲 向每个切片的MR信号施加单个相位移位。通过使用这种移位来改进对分离所涉及的切片 的个体信号贡献的逆向重建问题的数值调节。CAIPIRINHA具有也在切片彼此相当接近的这 种情况下改进对重叠的切片图像的分离的潜力，从而使所使用的RF接收线圈的线圈灵敏 度在待成像的个体切片中不会显著地不同。然而，CAIPIRINHA具有局限性。
[0008] CAIPIRINHA使用RF脉冲的固定相位调制方案，产生相邻切片的相对移位，例如视 场（FOV)的尺寸的一半或FOV的尺寸的一些其他整数分数的移位。这种固定方案的缺点是， 其不考虑先验的信息。因此，接收RF线圈的阵列的编码能力以及成像问题的基本结构未被 充分考虑。这可能导致次优的相位调制，并因此导致次优的重建性能。
[0009] 根据前述内容容易意识到，需要一种经改进的并行多切片MR成像技术。
[0010] 根据本发明，公开了一种对被放置在MR设备的检查体积中的目标进行MR成像的 方法。所述方法包括以下步骤：
[0011] -使所述目标经受成像序列，所述成像序列包括用于同时激励两个或更多个空间 分离的图像切片的相位调制多切片RF脉冲，
[0012] -采集MR信号，其中，所述MR信号是经由至少两个RF线圈的集合而被并行接收 的，所述至少两个RF线圈具有在所述检查体积内的不同的空间灵敏度分布，以及
[0013] -根据采集到的MR信号来重建针对每个图像切片的MR图像，其中，来自不同图像 切片的MR信号贡献是基于所述至少两个RF线圈的所述空间灵敏度分布并且基于所述RF 脉冲的相位调制方案而被分离的。本发明提出所述RF脉冲的所述相位调制方案是从所述 至少两个RF线圈的所述空间灵敏度分布导出的。
[0014] 本发明的技术总体上与已知的CAIPIRINHA方法相对应。借助于相位调制多切 片RF脉冲的如以上所描述的图像切片之间的相对移位的应用增大了在重叠的切片图像中 折叠在一起的体素的位置处的线圈灵敏度之间的实际差异，并因此改进了对重建问题的调 节。然而，根据本发明，不应用如CAIPIRINHA中的固定相位调制方案。作为替代，可用的线 圈灵敏度信息被用于导出经调节的切片特异相位调制，以优化编码过程，并因此优化对展 开问题的调节，以便改进最终图像质量。
[0015] 在本发明的优选实施例中，相位编码的MR信号是借助于所述成像序列而被采集 的，所述相位调制方案包括变化的相移，使得个体相位循环被应用到每个图像切片的所述 MR信号。优选地，所述相移是在相位编码步骤之间线性递增的，其中，个体相位增量被应用 到每个图像切片。这样，每个切片图像的个体移位是根据傅立叶移位定理通过所述RF脉冲 的所述相位调制方案来控制的。
[0016] 根据本发明的优选实施例，所述MR信号是利用在所述图像切片的平面内方向上 的欠采样来采集的。所述图像切片的所述MR图像能够在这种情况下通过使用如SENSE、 SMASH或GRAPPA的本身已知的并行图像重建算法来重建。
[0017] 以下更详细地对本发明的技术进行解释：
[0018] 首先，在没有所述多切片RF脉冲的相位调制的情况下考虑在所有N个不同图像切 片中的相同平面内位置r处的一个体素。M个接收线圈中的每个中的对应的采集到的MR信 号能够以矩阵向量记法被写为
[0019] Sx = y
[0020] 其中，向量y表示M个RF线圈中的每个中的采集到的MR信号，如N个不同图像切 片的灵敏度加权的信号贡献X 1的线性组合，而矩阵S表示（N*M)的灵敏度矩阵。作为范例， 针对使用M = 4个线圈和N = 3个切片的示范性实施例，以上方程能够被写为
[0022] 其中，Su是针对线圈j和切片i的线圈灵敏度。对包括编码矩阵的逆矩阵的该方 程组求解产生向量X，向量X含有对应的N个切片特异MR信号：
[0023] (ShS) 1ShY =