專利名稱：一種實現(xiàn)水脂分離的磁共振成像方法
技術領域：
本發(fā)明磁共振成像技術領域，特別是一種能夠實現(xiàn)水脂分離的磁共振成像方法。
背景技術：
在磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)中，由于人體內脂肪組織中的氫質子和其它組織中的氫質子所處的分子環(huán)境不同，使得它們的共振頻率不相同；當脂肪和其它組織的氫質子同時受到射頻脈沖激勵后，它們的弛豫時間也不一樣。在不同的回波時間采集信號，脂肪組織和非脂肪組織表現(xiàn)出不同的相位以及信號強度。狄克遜(Dixon)法是在磁共振成像中用以產生純水質子圖像的方法，其基本原理是分別采集水和脂肪質子的同相位(In Phase)和反相位(Out phase)兩種回波信號，兩種不同相位的回波信號通過運算，各產生一幅純水質子的圖像和一幅純脂肪質子的圖像，從而在水質子圖像上達到脂肪抑制的目的。為了同時得到水和脂肪的圖像，一種改進的三點Dixon法被廣泛使用，該方法的原理是同時取得一幅同相位(或反相位)圖像和兩幅反相位(或同相位)圖像，根據(jù)兩幅反相位(或同相位)圖像，求得磁場不均勻導致的附加相位，對兩幅反相位(或同相位)圖像進行相位校正，然后與同相位(或反相位)圖像一起求得水的圖像及脂肪的圖像。本領域具有多種與Dixon法相結合的k空間數(shù)據(jù)采集方法，例如笛卡爾 (Cartesian)軌跡采集、徑向(radial)或螺旋(spiral)軌跡采集。其中，笛卡爾軌跡采集是指以笛卡爾軌跡來采集k空間數(shù)據(jù)，并利用快速傅立葉變換(FFT)來產生坐標空間的圖像，然后根據(jù)所采集的圖像來計算水和脂肪的圖像。單點Dixon方法、兩點Dixon方法、三點以及多點Dixon方法簡單且節(jié)省時間，但是對運動偽影非常敏感，并且自旋回波序列對運動偽影也非常敏感，所以基于笛卡爾軌跡采集的Dixon方法所得到的圖像中經常存在運動偽影。在徑向或螺旋軌跡采集方法中，k空間數(shù)據(jù)是以非笛卡爾軌跡來采集的，例如徑向軌跡、或者螺旋軌跡?；谠摬杉椒ǎ梢栽趫D像域和k空間進行相位校正和化學位移校正，以避免重建后的圖像模糊。此類方法的優(yōu)點是，運動在重建后的圖像中引入了模糊而不是偽影，這對識別圖像中物體的影響較小，但是采用徑向或螺旋軌跡采集通常會增加重建圖像的計算復雜度，耗費較多時間。如上所述，笛卡爾軌跡采集方法簡單且節(jié)省時間，但是對剛體運動及脈動等運動非常敏感。徑向或螺旋軌跡采集方法會將運動偽影轉化為重建后圖像中的模糊，但是計算復雜并且耗時嚴重?？傊鲜鰞深惙椒ǘ疾荒芟齽傮w運動偽影。在發(fā)明人為汪堅敏和翁得河的中國專利申請200510008973. O中公開了一種水脂分離圖像重建方法，該方法包括以下步驟(1)取得一幅同相位圖像和兩幅反相位圖像； (2)求各通道的數(shù)據(jù)線圈靈敏度分布；C3)合成各通道圖像；(4)求兩幅反相位圖像的相位差；(5)檢測同相位圖像中的一些特征區(qū)域以作為修正相位的判據(jù)；以及(6)修正反相位圖像的相位，計算出水和脂肪的圖像。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提出了一種實現(xiàn)水脂分離的磁共振成像方法，用以降低成像過程中對運動偽影的敏感程度。因此，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)水脂分離的磁共振成像方法，該方法包括利用BLADE軌跡采集一幅同相位圖像原始數(shù)據(jù)和兩幅反相位圖像原始數(shù)據(jù)；根據(jù)所述同相位圖像原始數(shù)據(jù)重建同相位圖像，并且利用所述同相位圖像原始數(shù)據(jù)對所述反相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正，并重建反相位圖像；根據(jù)所述同相位圖像和反相位圖像計算水和脂肪的圖像。優(yōu)選地，對反相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正包括對反相位圖像原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)帶進行二維快速傅立葉變換；對同相位圖像原始數(shù)據(jù)的相應數(shù)據(jù)帶進行窗操作，并進行二維快速傅立葉變換，得到同相位圖像的窗數(shù)據(jù)；從反相位圖像原始數(shù)據(jù)的結果中去除所述同相位圖像的窗數(shù)據(jù)的相位；對所得數(shù)據(jù)進行二維快速傅立葉逆變換。進一步，在對反相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正后，進行旋轉校正、平移校正以及快速傅立葉變換。優(yōu)選地，重建同相位圖像包括對同相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正、旋轉校正、 平移校正以及快速傅立葉變換。優(yōu)選地，對同相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正包括對同相位圖像原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)帶進行窗操作，并進行二維快速傅立葉變換，得到窗數(shù)據(jù)；對該數(shù)據(jù)帶進行二維快速傅立葉變換，并從中去除所述窗數(shù)據(jù)的相位；對所得數(shù)據(jù)進行二維快速傅立葉逆變換。在一種實施方式中，該方法先采集兩個反相位的回波，然后采集一個同相位的回波。在另一種實施方式中，該方法先采集一個同相位的回波，然后采集兩個反相位的回波。在另一種實施方式中，該方法先采集一個反相位的回波，然后采集一個同相位的回波，再采集另一個反相位的回波。從上述方案中可以看出，由于本發(fā)明采用BLADE軌跡采集k空間數(shù)據(jù)，從而繼承了 BLADE軌跡對剛體運動和脈動不敏感的優(yōu)點，降低了對運動偽影的敏感程度，并且還提高了圖像的信噪比。與常規(guī)的BLADE軌跡的重建方法相比，本發(fā)明還巧妙地利用同相位圖像原始數(shù)據(jù)保留了反相位圖像原始數(shù)據(jù)的信息，從而可以基于Dixon法實現(xiàn)水脂分離。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的方法的流程示意圖。圖2為BLADE軌跡的示意圖。圖3A和圖;3B為利用三點Dixon法采集反相位圖像原始數(shù)據(jù)和同相位圖像原始數(shù)據(jù)的序列示意圖。圖4A為本發(fā)明對同相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正的流程示意圖，圖4B為本發(fā)明對反相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正的流程示意圖。圖5A、圖5B、圖5C分別為模型(phantom)的反相位圖像、同相位圖像和反相位圖像，圖5D為根據(jù)本發(fā)明方法得到的模型的水圖像，圖5E為根據(jù)本發(fā)明方法得到的模型的脂肪圖像。圖6A、圖6B、圖6C分別為膝蓋的反相位圖像、同相位圖像和反相位圖像，圖6D為脂肪的圖像，圖6E為水的圖像。圖6F為根據(jù)現(xiàn)有技術得到的脂肪的圖像。圖7A、圖7B、圖7C分別為腦部的反相位圖像、同相位圖像和反相位圖像，圖7D和圖7E為脂肪的圖像，圖7F和圖7G為水的圖像。其中，圖7D和圖7F是根據(jù)本發(fā)明的方法得到的圖像，圖7E和圖7G是利用笛卡爾軌跡采集、快速自旋回波序列和Dixon法得到的圖像。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，以下舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明用于水脂分離的磁共振成像方法包括如下步驟步驟101，磁共振成像設備利用刀鋒偽影校正(BLADE)軌跡采集一幅同相位圖像的原始數(shù)據(jù)和兩幅反相位圖像的原始數(shù)據(jù)。本申請的發(fā)明人巧妙地將BLADE技術應用到Dixon方法中。所述BLADE技術， 也被稱為螺旋漿(PROPELLER, Periodically Rotated Overlapping ParallEL Lines withEnhanced Reconstruction)技術，可參見 James G. Pipe 的論文"Motion Correction WithPROPELLER MRI !Application to head motion and free-breathing cardiac imaging" (Magnetic Resonance in Medicine, 42 :963-969,1999 ￥ 11 @ )。采集每幅圖像原始數(shù)據(jù)的BLADE軌跡如圖2所示，以N(N為正整數(shù)，圖1中N取 10)個數(shù)據(jù)帶(strip)來采集K空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)帶沿圓周方向等角度旋轉分布，每個數(shù)據(jù)帶包括L(L為正整數(shù)，圖1中L取9)行平行的數(shù)據(jù)線(line)。圖3A和圖;3B示意性給出了三點Dixon法在采集BLADE軌跡中各個數(shù)據(jù)帶時的序列，其中圖3A采集的是反相位圖像的原始數(shù)據(jù)，圖:3B采集的是同相位圖像的原始數(shù)據(jù)。在圖3A和圖;3B中，RF和RO分別表示射頻脈沖和讀出梯度，圖中省略了選層梯度、相位編碼梯度。如圖3A所示，磁共振成像設備首先發(fā)射一個90度射頻脈沖RF_0，然后再發(fā)射一個 180度重聚相射頻脈沖RF_1。在距離90度射頻脈沖RF_0的回波時間(TE)之后，磁共振成像設備在讀出梯度方向上施加讀出梯度，分別讀取兩根數(shù)據(jù)線0ut_l和0ut_2。接著再發(fā)射一個180度重聚相射頻脈沖RF_2，得到第二個回波，并在讀出梯度方向上施加讀出梯度，分別讀取兩根數(shù)據(jù)線0ut_3和0ut_4 ；重復上述操作，直至讀取BLADE軌跡中所有的數(shù)據(jù)線， 得到兩幅反相位圖像的原始數(shù)據(jù)。其中，數(shù)據(jù)線0ut_l、0ut_3、0ut_5……等構成一幅反相位圖像的原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)線0ut_2、0ut_4、0ut_6……等構成另一幅反相位圖像的原始數(shù)據(jù)。如圖;3B所示，磁共振成像設備首先發(fā)射一個90度射頻脈沖RF_0，然后再發(fā)射一個 180度重聚相射頻脈沖RF_1。在距離90度射頻脈沖RF_0的回波時間(TE)之后，磁共振成像設備在讀出梯度方向上施加讀出梯度，讀取一根數(shù)據(jù)線In_l。接著再發(fā)射一個180度重聚相射頻脈沖RF_2，得到第二個回波，并在讀出梯度方向上施加讀出梯度，讀取一根數(shù)據(jù)線In_2 ；重復上述操作，直至讀取BLADE軌跡中所有的數(shù)據(jù)線，得到一幅同相位圖像的原始數(shù)據(jù)。需要說明的是圖3A和圖:3B只是示意性地給出了一種采集次序，本發(fā)明并不局限于此。例如，本發(fā)明可以先采集一個同相位的回波，然后采集兩個反相位的回波，得到相應的原始數(shù)據(jù)?；蛘?，在采集兩個反相位的回波的中間采集一個同相位的回波，在這種方式下，每個重聚相脈沖之后采集三個回波，即，一個同相位回波和兩個反相位回波，以得到相應的原始數(shù)據(jù)。步驟102，磁共振成像設備根據(jù)同相位圖像原始數(shù)據(jù)重建同相位圖像，并且根據(jù)反相位圖像原始數(shù)據(jù)重建反相位圖像。在重建同相位圖像時，磁共振成像設備首先對各個數(shù)據(jù)帶進行相位校正。如圖4A 所示，在相位校正過程中，利用窗函數(shù)(例如三角窗函數(shù)、金字塔窗函數(shù))對數(shù)據(jù)帶進行窗操作，并對窗操作后的數(shù)據(jù)進行二維OD)快速傅立葉變換，不妨將得到的數(shù)據(jù)稱為窗數(shù)據(jù)；另一方面，對數(shù)據(jù)帶也進行二維快速傅立葉變換，并從中去除上述窗數(shù)據(jù)的相位，對所得數(shù)據(jù)進行二維快速傅立葉逆變換(iFFT)，從而得到相位校正的數(shù)據(jù)帶。然后，磁共振成像設備對相位校正后的數(shù)據(jù)帶進行旋轉校正和平移校正，并經過快速傅立葉變換得到一幅同相位圖像。在重建反相位圖像時，本申請的發(fā)明人對其中的相位校正提出了改進。如圖4B所示，在相位校正過程中，磁共振成像設備利用窗函數(shù)對同相位圖像原始數(shù)據(jù)的相應數(shù)據(jù)帶 (在k空間中相同角度的數(shù)據(jù)帶)進行窗操作，并進行二維快速傅立葉變換，從而得到同相位圖像的窗數(shù)據(jù)；另一發(fā)面，對反相位圖像的數(shù)據(jù)帶也進行二維快速傅立葉變換，并從中去除上述同相位圖像的窗數(shù)據(jù)的相位，對所得數(shù)據(jù)進行二維快速傅立葉逆變換，從而得到相位校正的反相位圖像數(shù)據(jù)帶。與同相位圖像的重建過程相似，然后對相位校正后的數(shù)據(jù)帶進行旋轉校正和平移校正，最終經過快速傅立葉變換得到反相位圖像。在上述過程中，利用同相位圖像的數(shù)據(jù)帶作為參考，對反相位圖像的數(shù)據(jù)帶進行相位校正，保留了反相位信息，從而可以根據(jù)Dixon法進行水脂分離成像。在對BLADE軌跡采集數(shù)據(jù)的常規(guī)處理中，由于消除了兩幅反相位圖像中的反相位信息，因此經過常規(guī)處理得到的反相位圖像無法用于Dixon法的水脂分離成像。步驟103，磁共振成像設備根據(jù)一幅同相位圖像和兩幅反相位圖像，計算出水的圖像和脂肪的圖像。在本步驟中，可以利用已有的各種方式來計算水和脂肪的圖像，例如與本申請同日遞交的、申請人為西門子邁迪特(深圳)磁共振有限公司、發(fā)明人為賀強和翁得河的中國專利申請“一種磁共振成像水脂分離方法”、或中國專利申請200510008973. O中介紹的計算方式，這里不再贅述。如圖5A至5E所示，本申請的發(fā)明人根據(jù)本發(fā)明的方法利用一臺1. 5T的磁共振成像設備對模型進行了水脂分離成像。模型所用兩個圓形容器內裝有水，一個方形容器內裝有食用油(即，脂肪)。圖5A和圖5C分別為兩幅反相位圖像，圖5B為一幅同相位圖像，圖5D為根據(jù)本發(fā)明方法得到的水的圖像，圖5E為根據(jù)本發(fā)明方法得到的脂肪圖像。從圖5D和圖5E的結果來看，本發(fā)明的方法在圖像中有效地分離了水和脂肪。如圖6A至圖6E所示，本申請的發(fā)明人還根據(jù)本發(fā)明的方法利用1. 5T的磁共振成像設備對一位志愿者的膝蓋進行了水脂分離成像。圖6A和圖6C分別為兩幅反相位圖像， 圖6B為一幅同相位圖像，圖6D為根據(jù)本發(fā)明方法得到的水的圖像，圖6E為根據(jù)本發(fā)明方法得到的脂肪的圖像。從圖6D和圖6E的結果來看，本發(fā)明的方法在圖像中有效地分離了水和脂肪。作為比較，本申請的發(fā)明人還用頻譜脂肪抑制方法對上述膝蓋成像，結果如圖6F 所示。比較圖6E和圖6F可以看出，圖6E有效地分離了水和脂肪，并且不存在明顯的偽影， 而圖6F在人體左右方向(圖中左右方向)可以看到明顯的脈動偽影。此外，如圖7A至圖7G所示，本申請的發(fā)明人根據(jù)本發(fā)明的方法和另一種方法(快速自旋回波序列，笛卡爾軌跡采集，以及Dixon法水脂分離技術)利用1.5T磁共振成像設備對一位志愿者的頭部進行了水脂分離成像。其中，圖7A和圖7C分別為兩幅反相位圖像， 圖7B為一幅同相位圖像，圖7D為根據(jù)本發(fā)明方法得到的脂肪的圖像，圖7E為根據(jù)上述另一種方法得到的脂肪的圖像，圖7F為根據(jù)本發(fā)明方法得到的水的圖像，圖7G為根據(jù)上述另一種方法得到的水的圖像。分別比較圖7D與圖7E (脂肪的圖像)、圖7F與圖7G (水的圖像)，可以看出，根據(jù)本發(fā)明的方法得到的水和脂肪圖像具有較少的偽影。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種實現(xiàn)水脂分離的磁共振成像方法，該方法包括利用刀鋒偽影校正軌跡采集一幅同相位圖像原始數(shù)據(jù)和兩幅反相位圖像原始數(shù)據(jù)；根據(jù)所述同相位圖像原始數(shù)據(jù)重建同相位圖像，并且利用所述同相位圖像原始數(shù)據(jù)對所述反相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正，并重建反相位圖像；根據(jù)所述同相位圖像和反相位圖像計算水和脂肪的圖像。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，對反相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正包括對反相位圖像原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)帶進行二維快速傅立葉變換；對同相位圖像原始數(shù)據(jù)的相應數(shù)據(jù)帶進行窗操作，并進行二維快速傅立葉變換，得到同相位圖像的窗數(shù)據(jù)；從反相位圖像原始數(shù)據(jù)的結果中去除所述同相位圖像的窗數(shù)據(jù)的相位；對所得數(shù)據(jù)進行二維快速傅立葉逆變換。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在對反相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正后，進行旋轉校正、平移校正以及快速傅立葉變換。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，重建同相位圖像包括對同相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正、旋轉校正、平移校正以及快速傅立葉變換。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，對同相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正包括對同相位圖像原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)帶進行窗操作，并進行二維快速傅立葉變換，得到窗數(shù)據(jù)；對該數(shù)據(jù)帶進行二維快速傅立葉變換，并從中去除所述窗數(shù)據(jù)的相位；對所得數(shù)據(jù)進行二維快速傅立葉逆變換。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法先采集兩個反相位的回波，然后采集一個同相位的回波。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法先采集一個同相位的回波，然后采集兩個反相位的回波。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法先采集一個反相位的回波，然后采集一個同相位的回波，再采集另一個反相位的回波。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁共振成像技術領域，公開了一種實現(xiàn)水脂分離的磁共振成像方法，該方法包括利用BLADE軌跡采集一幅同相位圖像原始數(shù)據(jù)和兩幅反相位圖像原始數(shù)據(jù)；根據(jù)所述同相位圖像原始數(shù)據(jù)重建同相位圖像，并且利用所述同相位圖像原始數(shù)據(jù)對所述反相位圖像原始數(shù)據(jù)進行相位校正，并重建反相位圖像；根據(jù)所述同相位圖像和反相位圖像計算水和脂肪的圖像。由于本發(fā)明采用BLADE軌跡采集k空間數(shù)據(jù)，從而繼承了BLADE軌跡對剛體運動和脈動不敏感的優(yōu)點，降低了對運動偽影的敏感程度，并且還提高了圖像的信噪比。
文檔編號A61B5/055GK102232831SQ20101016044
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權日2010年4月30日
發(fā)明者翁得河 申請人:西門子(深圳)磁共振有限公司