用于執(zhí)行多回波測量序列的方法和磁共振設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明討論了一種用于執(zhí)行多回波測量序列的技術(shù)，目的是在相繼的梯度回波之間預(yù)先給定的時間差（515;ΔTE）的情況下優(yōu)化空間分辨率。梯度脈沖參數(shù)（601,603,611,613）是根據(jù)在如下兩方面之間確定的比例來選擇的，一方面是回波時間（511,512）間的預(yù)先給定的時間差（515），另一方面是預(yù)先給定的最大梯度脈沖幅值（653）和預(yù)先給定的最大梯度脈沖變化率（651）的商。
【專利說明】用于執(zhí)行多回波測量序列的方法和磁共振設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的不同實(shí)施方式涉及一種用于執(zhí)行多回波測量序列的方法和一種磁共振 設(shè)備。尤其，不同的實(shí)施方式涉及這樣的技術(shù)，所述技術(shù)能夠在相繼的梯度回波之間預(yù)先給 定的時間差條件下實(shí)現(xiàn)提高的空間分辨率，其中，并未超過預(yù)先給定的最大梯度脈沖幅值 和預(yù)先給定的最大梯度脈沖變化率。

【背景技術(shù)】
[0002] 已知磁共振（MR)成像的多回波測量序列，其中，從受檢者的不同的解剖層分別以 不同的回波時間采集多個MR圖像。由于不同的回波時間，該多個MR圖像典型地具有不同 的對比度。具有不同對比度的MR圖像可以應(yīng)用在所謂的化學(xué)位移技術(shù)中，在所述技術(shù)中進(jìn) 行不同的自旋種類的分離。
[0003] 多回波測量序列通常執(zhí)行為使得在完全確定和明確限定的回波時間獲取MR圖 像?；夭〞r間的具體選擇例如可以取決于MR圖像的所希望的應(yīng)用。典型應(yīng)用的一個示例 是脂肪-水分離。典型地，所追求的回波時間與主磁場的強(qiáng)度有關(guān)(場強(qiáng)相關(guān)的);并且更確 切而言，第一 MR圖像的回波時間（TE1)以及相繼采集的MR圖像的回波時間之間的時間間 隔或時間差（Λ TE)與MR設(shè)備的主磁場的強(qiáng)度成反比地減小。
[0004] 典型的主磁場強(qiáng)度例如是1. 5特斯拉或3特斯拉或5特斯拉或7特斯拉。
[0005] 已知不同類型的多回波測量序列。在一個常規(guī)的多回波測量序列中，采集所有所 采集的MR回波，即在不同的回波時間采集的，這些回波時間分別作為在用于激勵橫向磁化 的自身的高頻（HF)脈沖（HF激勵脈沖）之后的時段。換言之，分別在HF激勵脈沖之后的獨(dú) 立的重復(fù)間隔（TR間隔）中采集η個MR回波。因此，這種技術(shù)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員還已知 為η個TR η個回波方法。η個TR η個回波技術(shù)例如結(jié)合梯度回波的采集而已知。
[0006] MR圖像在讀取方向（頻率編碼方向）上的分辨率典型地通過傅里葉像素大小Λ X 來確定。該傅里葉像素大小是視野(英語為"field of view")在讀取方向上除以讀取點(diǎn)的 數(shù)目Nx得到的大小。視野表示檢查對象的通過MR圖像成像的區(qū)域。傅里葉像素大小Λ X 越小，則分辨率越高。傅里葉像素大小與讀取梯度的〇階矩成反比：
[0007] Δ χ=2 π / ( y ΜΟχ)
[0008] 在此，Υ是旋磁比（英語為"Gyromagnetic ratio"）。對于水質(zhì)子，旋磁比為γ/ (2 π )=42. 576ΜΗζ/Τ。讀取梯度的0階矩是讀取梯度的幅值在讀取時間中的時間積分，通常 也稱作讀取梯度的"面積"。如果讀取梯度在整個讀取時間中恒定，則〇階矩ΜΟχ是讀取梯 度的幅值與讀取時間的乘積。
[0009] 在梯度回波成像中，通常在激勵和讀取梯度之間在讀取方向上接通預(yù)散相梯度脈 沖（Vorphasier-Gradientenpuls)，其0階矩在絕對值上等于讀取梯度在讀取梯度的開始 與回波時刻之間的距。預(yù)散相梯度脈沖的方向典型地與讀取梯度的方向相反，從而在回波 時刻的總矩恰好消失?；夭〞r間通常是在激勵脈沖的中心與回波時刻之間的時間。例如， 回波時間也可以是在自旋回波與回波時刻之間的時間。
[0010] 梯度脈沖的最大幅值和最短上升時間典型地會在技術(shù)上和/或生理上受限制，由 此通常在基于梯度回波的η個TR η個回波技術(shù)中的最大分辨率通過所需的最短梯度回波 時間ΤΕ1而受限制，然而并不附加地通過相繼的梯度回波的最短時間差ΛΤΕ而受限制。然 而，用于執(zhí)行多回波MR測量序列所需的總持續(xù)時間（測量持續(xù)時間）比較長。此外，這種技 術(shù)通常延長在采集不同的梯度回波之間的時間間隔。這尤其在為了避免呼吸偽影而受檢者 屏住呼吸時執(zhí)行的測量中會引起負(fù)面效果。此外，主磁場的時間相關(guān)的漂移(例如由于在測 量期間的生理過程或發(fā)熱)會引起在具有不同的回波時刻的各個MR圖像之間的附加的相位 差。MR圖像隨后的評估由此只能受限地是可能的并且可能的量化分析受累于較大的誤差。
[0011] 已知與上面描述的基于η個TR η個回波的測量序列不同的多回波MR測量序列。 例如還已知這樣的多回波MR測量序列，其在單個HF激勵脈沖之后分別在不同的回波時刻 或回波時間采集多個MR回波。跟隨一個HF脈沖采集多個MR回波對于專業(yè)人員來說還已 知為每個TR η個回波技術(shù)。每個TR η個回波技術(shù)具有測量持續(xù)時間減小的優(yōu)點(diǎn)。由于預(yù) 先給定的不同的回波時刻，在這種多回波MR測量序列中，典型地最大可實(shí)現(xiàn)的空間分辨率 通過第一回波時間TE1和附加地通過在相繼的回波之間的時間差ΛΤΕ而受限制。尤其注 意到的是，對于采集MR回波來說可用的時段也通過如下受限，S卩，在時段Λ TE之后已經(jīng)應(yīng) 該形成和采集下一回波。
[0012] MR設(shè)備的梯度場的最大梯度脈沖幅值和/或最大上升時間和下降時間或變化率 通常在技術(shù)上和/或生理上受限制。例如，通常對于采集梯度回波需要的是，首先接通預(yù)散 相梯度脈沖并且接下來在讀取梯度回波期間接通讀取梯度場。因?yàn)闉榇丝捎玫臅r段典型地 通過預(yù)定的不同的回波時刻或在相繼的回波時刻之間的時間差受限，所以通常讀取梯度的 最大0階矩ΜΟχ和由此可實(shí)現(xiàn)的空間分辨率相應(yīng)地受限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 因此，需要改進(jìn)的多回波測量序列。尤其需要這樣的技術(shù)，其在相繼的梯度回波之 間預(yù)先給定的時間差條件下提供所獲得的MR圖像的較高空間分辨率。附加地需要這樣的 技術(shù)，其不超過預(yù)先給定的最大梯度脈沖幅值和最大梯度脈沖變化率，并且具有盡可能小 的測量時間。
[0014] 根據(jù)一個方面，本發(fā)明涉及一種用于以提高的空間分辨率執(zhí)行多回波測量序列的 方法。在多回波測量序列中，順序地以在相繼的梯度回波之間預(yù)先給定的時間差形成至少 兩個梯度回波。在多回波測量序列中，不超過預(yù)先給定的最大梯度脈沖幅值和最大梯度脈 沖變化率。該方法包括確定在預(yù)先給定的時間差與由預(yù)先給定的最大梯度脈沖幅值和預(yù)先 給定的最大梯度脈沖變化率形成的商之間的比例。此外，該方法包括應(yīng)用預(yù)散相梯度脈沖。 此外，該方法包括應(yīng)用第一讀取梯度脈沖，其具有包括平頂時間（Niveauzeit)和幅值的第 一讀取梯度脈沖參數(shù)。該讀取梯度脈沖參數(shù)是根據(jù)所確定的比例選擇的。此外，該方法包 括應(yīng)用第二讀取梯度脈沖，其具有包括平頂時間和幅值的第二讀取梯度脈沖參數(shù)。該第二 讀取梯度脈沖參數(shù)是根據(jù)所確定的比例選擇的。
[0015] 讀取梯度脈沖典型地是梯形的。平頂時間典型地表示梯度脈沖的平頂(英語為 flattop)，即其中梯度脈沖幅值的變化小或?yàn)?的區(qū)域。該區(qū)域也可以稱作梯度脈沖的平 臺。
[0016] 在讀取方向上可以將預(yù)相位梯度脈沖的矩選擇為使得其在第一梯度回波的所希 望的回波時刻盡可能精確地補(bǔ)償從第一讀取梯度脈沖獲得的矩。
[0017] 典型地，僅在平頂時間中采集MR數(shù)據(jù)。因?yàn)樗x取的MR信號或所采集的MR數(shù)據(jù) 通常以恒定的停留時間（其在此表示在相繼的讀取點(diǎn)之間的時間）數(shù)字化，所以在這種情況 下在kx坐標(biāo)(在k空間中的kx方向）和讀取點(diǎn)的讀取時間之間存在線性關(guān)聯(lián)。由此，可以 將所讀取的MR信號通常直接地、即沒有其它插值(所謂的Regridding (再格柵化)）地以快 速傅里葉變換從k空間變換到圖像空間或混合空間中。在所謂的斜坡掃描(英語為"ramp sampling"）中，附加地在讀取梯度脈沖的斜坡期間采集MR數(shù)據(jù)。為了在有或沒有斜坡掃 描的情況下實(shí)現(xiàn)相同的分辨率，應(yīng)該典型地在讀取期間掃過k空間中相同的路徑。如果例 如在讀取梯度脈沖的整個斜坡期間采集MR數(shù)據(jù)，則值得追求的可以是，整個讀取梯度脈沖 的〇階矩僅等于平頂?shù)末栯A矩，而并未選擇斜坡掃描，在梯度系統(tǒng)的所給定的技術(shù)效率條件 下，于是可以以斜坡掃描與在沒有斜坡掃描的實(shí)施方式中相比在更短時間中實(shí)現(xiàn)所希望的 分辨率。相應(yīng)地可以在給定的時間差條件下實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。
[0018] 斜坡掃描對于本領(lǐng)域技術(shù)人員例如從K-P. Hwang等所著的"Ramp sampling strategies for high resolution single-pass Dixon imaging at3T ''，in Proc. Inti. Soc. Mag. Reson. Med. 15 (2010) 1044中關(guān)于雙回波3D梯度回波序列已知。
[0019] 借助斜坡掃描可以實(shí)現(xiàn)在讀取方向上提高的分辨率。然而仍存在原理上的問題， 艮P，在讀取方向上的分辨率通過在相繼的回波時間之間的時間差而受限制。
[0020] 在相繼的回波時間之間的時間差典型地通過回波時間來預(yù)先給定?；夭〞r間典型 地又通過MR成像的所希望的應(yīng)用、例如脂肪-水分離而預(yù)先給定。在此，最大梯度脈沖幅 值通常是相應(yīng)的MR設(shè)備的梯度系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)并且可能例如在技術(shù)上受限。預(yù)先給定的最 大梯度脈沖幅值通常小于梯度系統(tǒng)的技術(shù)上最大可能的變化率，以便避免對受檢者的外圍 神經(jīng)刺激。
[0021] 首先可以確定在預(yù)先給定的時間差與從預(yù)先給定的最大梯度脈沖幅值和預(yù)先給 定的最大梯度脈沖變化率得出的商之間的比例。通過確定該比例可以分別將梯度脈沖的梯 度形狀選擇為使得讀取方向上的分辨率優(yōu)選在所給定的邊界條件下被最大化。讀取梯度在 讀取時間中的0階矩直接與在k空間中遍歷的路徑成比例。
[0022] 所述比例可以對于如下狀況是特征性的，在該狀況中，梯度形狀將在讀取梯度的 平頂下面的面積在不同的邊界條件下最大化，并且由此實(shí)現(xiàn)最大分辨率。由于預(yù)先給出的 時間差和有限的梯度脈沖變化率，不必在最大梯度幅值條件下，而是根據(jù)確定的比例還在 其它值的條件下，即可獲得最大面積。
[0023] 這種考慮原則上可以在不同的多回波測量序列條件下應(yīng)用，例如在雙極性多回波 測量序列條件下，其中，相繼的讀取梯度脈沖具有梯度脈沖幅值的相反符號。
[0024] 在所謂的單極性多回波測量序列情況下相繼的讀取梯度具有相同符號。該方法還 在第一和第二讀取梯度脈沖之間包括：應(yīng)用回掃梯度脈沖，其具有包括回掃平頂時間和回 掃幅值的回掃梯度脈沖參數(shù)?；貟咛荻让}沖參數(shù)可以根據(jù)所確定的比例來選擇。
[0025] 回掃梯度脈沖于是可以合適地操縱橫向磁化的相位，從而在使用第二讀取梯度脈 沖期間形成梯度回波之一?；貟咛荻让}沖于是可以具有這樣的任務(wù)，即，盡可能精確地補(bǔ)償 相位，該相位是自旋在第一梯度回波之后和在第二梯度回波之前由于兩個讀取梯度脈沖而 獲得的?；貟咛荻让}沖于是典型地具有與預(yù)散相梯度脈沖相同的符號以及與兩個讀取梯度 脈沖相反的符號。
[0026] 雙極性讀取方案的使用典型地比單極性讀取方案的使用更為時間有效。然而單極 性讀取方案可以具有其它優(yōu)點(diǎn)。例如，具有不同諧振頻率的自旋種類在相繼的對比度中沿 相同方向推移。而在雙極性讀取方案中，推移方向卻是彼此相反的，這會導(dǎo)致在后處理方 法、如Dixon中的困難。
[0027] 可能的是，將第一讀取梯度脈沖參數(shù)與第二讀取梯度脈沖參數(shù)相同地選擇。于是， 幅值和平頂時間或者讀取時間間隔可以等大或等長。還可能的是，第一讀取梯度脈沖關(guān)于 第一梯度回波對稱，并且第二讀取梯度脈沖關(guān)于第二梯度回波對稱。
[0028] 換言之，于是第一和第二讀取梯度脈沖的梯度形狀可以是相當(dāng)?shù)?。這可以實(shí)現(xiàn)也 比較有效的、特別簡單的多回波處理序列。
[0029] 如果在所確定的比例中，所述商小于時間差的預(yù)定的分?jǐn)?shù)A，則可以將幅值和回掃 幅值選擇為等于最大梯度脈沖幅值。例如，在不同的實(shí)施方式中該分?jǐn)?shù)A可以為1/12。
[0030] 這樣于是可以限定所確定的比例的狀況，其特征在于，不僅將讀取梯度脈沖的幅 值，而且將回掃幅值選擇為等于最大梯度脈沖幅值。
[0031] 如果在所確定的比例中，所述商小于時間差的預(yù)定的分?jǐn)?shù)B，則可以將幅值和回掃 幅值選擇為小于最大梯度脈沖幅值。
[0032] 例如，該分?jǐn)?shù)B可以為2/9。幅值可以選擇為等于最大變化率與時間差的乘積的系 數(shù)C?；貟叻悼梢赃x擇為是幅值的兩倍大。例如，系數(shù)C可以為1/9。
[0033] 這樣于是可以限定所確定的比例的另一狀況，其特征在于，不僅將讀取梯度脈沖 的幅值，而且將回掃幅值選擇為小于最大梯度脈沖幅值。
[0034] 如果在所確定的比例中，所述商小于分?jǐn)?shù)B并且大于分?jǐn)?shù)A，則可以將幅值選擇為 小于最大梯度脈沖幅值，并且將回掃幅值選擇為等于最大梯度脈沖幅值。例如，可以將幅值 選擇為等于最大梯度脈沖幅值的分?jǐn)?shù)E，其中，E為（x+1)/2,其中，X是等式
[0035]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于以提高的空間分辨率執(zhí)行多回波測量序列的方法，其中，以在相繼的梯度 回波之間預(yù)先給定的時間差（515; ΛΤΕ)順序地形成至少兩個梯度回波，并且其中，不超過 預(yù)先給定的最大梯度脈沖幅值（653)和預(yù)先給定的最大梯度脈沖變化率（651 )， 所述方法包括： _確定在 a) 所述預(yù)先給定的時間差（515; Λ TE)，以及 b) 由所述預(yù)先給定的最大梯度脈沖幅值（653)和所述預(yù)先給定的最大梯度脈沖變化率 (651)形成的商， 之間的比例， _應(yīng)用預(yù)散相梯度脈沖（403-1)， -應(yīng)用第一讀取梯度脈沖（403-2)，其具有包括平頂時間（602)和幅值（603)的第一讀 取梯度脈沖參數(shù)（602, 603)， 其中，所述讀取梯度脈沖參數(shù)（602, 603)是根據(jù)所確定的比例來選擇的， -應(yīng)用第二讀取梯度脈沖（404-2)，其具有包括平頂時間（602)和幅值（603)的第二讀 取梯度脈沖參數(shù)（602, 603)， 其中，所述第二讀取梯度脈沖參數(shù)（602, 603)是根據(jù)所確定的比例來選擇的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 其中，所述多回波測量序列是單極性的梯度回波測量序列， 其中，所述方法還包括： -在第一和第二讀取梯度脈沖（403-2,404-2)之間，應(yīng)用回掃梯度脈沖（404-1 )，其具 有包括回掃平頂時間和回掃幅值（613)的回掃梯度脈沖參數(shù)（613)， 其中，所述回掃梯度脈沖參數(shù)（613)是根據(jù)所確定的比例來選擇的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述第一讀取梯度脈沖參數(shù)（602, 603)與所 述第二讀取梯度脈沖參數(shù)（602, 603)相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，如果在所確定的比例中所述商小于所述時間 差（515; Λ TE)的預(yù)先限定的分?jǐn)?shù)A，則將所述幅值（603 )和所述回掃幅值（613 )選擇為與 所述最大梯度脈沖幅值（653 )相同。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述分?jǐn)?shù)Α為1/12。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的方法，其中，如果在所確定的比例中所述商大 于所述時間差（515; Λ TE )的預(yù)先限定的分?jǐn)?shù)B，則將所述幅值（603 )和所述回掃幅值（613 ) 選擇為小于所述最大梯度脈沖幅值（653 )。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法， 其中，所述分?jǐn)?shù)Β為2/9， 其中，將所述幅值（603)選擇為等于最大變化率（651)與時間差（515; ΛΤΕ)的乘積的 系數(shù)C， 并且其中，優(yōu)選將所述回掃幅值（613)選擇為是所述幅值（603)的兩倍。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4和6所述的方法，其中，如果在所確定的比例中所述商小于所述分?jǐn)?shù) Β而大于所述分?jǐn)?shù)Α，則將所述幅值（603)選擇為小于所述最大梯度脈沖幅值（653)，并且將 所述回掃幅值（613)選擇為等于所述最大梯度脈沖幅值（653)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法， 其中，將所述幅值（603)選擇為等于所述最大梯度脈沖幅值（563)的分?jǐn)?shù)E， 其中，E 為（x+l)/2， S ΔΤΕ 其中，X是等式(X + 2) (X + 3)2 = -的解， ^max 其中，Smax是所述最大梯度脈沖變化率（651)， 其中，Gmax是所述最大梯度脈沖幅值（653)。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其中，在考慮所述最大梯度脈沖變化率（651)的條件下最小地選擇所述第一讀取梯度 脈沖（403-2)和/或所述第二讀取梯度脈沖（404-2)的斜坡時間（601)。
11. 一種磁共振設(shè)備（100)，其構(gòu)建為以提高的空間分辨率執(zhí)行多回波測量序列，其 中，以在相繼的梯度回波之間預(yù)先給定的時間差（515; ΛΤΕ)順序地形成至少兩個梯度回 波，并且其中，不超過預(yù)先給定的最大梯度脈沖幅值（653)和預(yù)先給定的最大梯度脈沖變化 率（651)， 其中，所述磁共振設(shè)備（100)包括計算單元（160)，該計算單元構(gòu)建為確定在 a) 所述預(yù)先給定的時間差（515; Λ TE)，以及 b) 由所述預(yù)先給定的最大梯度脈沖幅值（653)和所述預(yù)先給定的最大梯度脈沖變化率 (651)形成的商， 之間的比例， 其中，所述磁共振設(shè)備（100)還包括梯度系統(tǒng)（140)，其構(gòu)建為執(zhí)行如下步驟： -應(yīng)用預(yù)散相梯度脈沖， -應(yīng)用第一讀取梯度脈沖（403-2 )，其具有包括平頂時間（602 )和幅值（603 )的第一讀 取梯度脈沖參數(shù)（602, 603)， 其中，所述讀取梯度脈沖參數(shù)（602, 603)是根據(jù)所確定的比例來選擇的， -應(yīng)用第二讀取梯度脈沖（403-2)，其具有包括平頂時間（602)和幅值（603)的第二讀 取梯度脈沖參數(shù)（602, 603)， 其中，所述第二讀取梯度脈沖參數(shù)（602, 603)是根據(jù)所確定的比例來選擇的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁共振設(shè)備（100)，其中，所述磁共振設(shè)備（100)還構(gòu)建為 執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法。
【文檔編號】G01R33/561GK104101852SQ201410128849
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月5日
【發(fā)明者】A.施泰默爾 申請人:西門子公司