磁共振成像方法 技术领域 本发明涉及一种磁共振成像技术， 特别涉及一种通过施加脂肪抑制脉冲来抑制脂 肪组织信号的磁共振成像方法。
背景技术 磁共振成像 (Magnetic Resonance Imaging， MRI) 是这样一种技术 ： 通过向处于静 态磁场中的被检查对象施加梯度磁场和 RF 波， 并且给予以回波的方式从被检查区域质子 发射的磁共振 (Magnetic Resonance， MR) 信号来重构与被检查对象对应的结构图像。
将这种技术用于人体内部结构的成像， 就产生出一种革命性的医学诊断工具。快 速变化的梯度磁场的应用， 大大加快了核磁共振成像的速度， 使该技术在临床诊断、 科学研 究的应用成为现实， 极大地推动了医学、 神经生理学和认知神经科学的迅速发展。
例如， 在磁共振成像中， 通常使用一种基于快速小角度激发 (Fast Low Angle Shot， FLASH) 的三维脉冲序列进行腹部动态增强成像。在普通的 FLASH 序列应用中， 脂肪 的信号比较高， 经常会将病变组织遮盖， 不利于诊断， 另外， 由于人体内脂肪和水中的氢质 子的进动频率不同 ( 水质子的进动频率稍快于脂肪质子 )， 如此易造成化学位移伪影， 影响 磁共振成像质量。因此， 通常要求对脂肪组织信号进行抑制， 以便更好的显示病变部位。抑 制脂肪组织信号的方法通常是在 FLASH 成像脉冲序列模块前施加脂肪频率选择性的射频 (RF) 脉冲， 把脂肪激发到横向平面， 然后施加破坏梯度对翻转到横向平面的脂肪组织信号 进行散相， 这样在接下来的 FLASH 信号采集中就不包含脂肪组织信号了 ( 如图 1 所示 )。但 是， 另一方面， 在实际应用中， 为了提高成像速度， 在施加一次脂肪抑制脉冲后， 会重复多次 FLASH 信号采集， 由于脂肪组织信号在此过程中不断地弛豫恢复， 导致后续采集的信号中仍 包含脂肪组织信号， 没有达到脂肪抑制的目的。
图 2 显示了带有快速脂肪抑制的 FLASH 成像脉冲序列示意图。为了抑制脂肪组织 信号， 在图 2 中， 需要准确的设置脂肪抑制脉冲的脂肪抑制翻转角 β， 反转时间 TI(Time of Inversion) 和扫描延迟时间 TD(Time of Scan Delay)， 从而使得脂肪纵向磁化强度尽可能 小 ( 最佳为零 )。现有的技术主要通过两种方法设置这些值 ： 1、 使用经验值设置脂肪抑制 翻转角 β， 反转时间 TI 和扫描延迟时间 TD， 但该方法仅对特定范围的序列设置有效。2、 使 用 Bloch 方程式和一些简化假定的条件， 推导出计算公式， 该方法仅对一些特例情况有近 似公式。总之， 上述两种方法条件较高， 在一些特殊的临床参数设置下会失效， 而在另一方 面不能实现一些特殊的序列设置， 比如在使用绝热脉冲做脂肪抑制脉冲时， 不能随意设定 k 空间中心的位置 ( 同时是脂肪信号过零点的位置 )， 只能设定在第一个 α 脉冲上， 脂肪抑制 效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁共振成像方法， 用于解决现有的脂肪组织信号抑制 效果不佳， 导致所产生的组织成像质量差， 不能完全满足治疗过程中对组织器官分辨和定位的要求的问题。
本发明在另一方面还提供一种基于 FLASH 的三维脉冲序列进行动态增强成像的 磁共振成像方法， 包括 ： 向处于静态磁场中的被检查对象施加 FLASH 成像脉冲序列， 所述 FLASH 成像脉冲序列包括射频激发脉冲 α 和脂肪抑制脉冲 β， 其中， 相邻两个脂肪抑制脉 冲 β 之间包括连续施加的 N 个射频激发脉冲 α ； 在反转时间 TI 和扫描延迟时间 TD 一定 的情况下， 调整脂肪抑制翻转角 β， 获得最佳的脂肪抑制效果 ； 在通过调整脂肪抑制翻转 角 β 无法获得最佳的脂肪抑制效果的情况下， 调整反转时间 TI 和 / 或扫描延迟时间 TD， 获 得最佳的脂肪抑制效果。
可选地， 所述反转时间 TI 和扫描延迟时间 TD 一定包括 ： 将反转时间 TI 和扫描延 迟时间 TD 设置为所述 FLASH 成像脉冲序列中允许的最小值。
可选地， 所述调整反转时间 TI 和 / 或扫描延迟时间 TD 的步骤包括 ： 调整反转时间 TI， 获得最佳的脂肪抑制效果 ； 在通过调整反转时间 TI 无法获得最佳的脂肪抑制效果的情 况下， 调整扫描延迟时间 TD， 获得最佳的脂肪抑制效果。
可选地， 所述调整反转时间 TI 以获得最佳的脂肪抑制效果包括 ： 设置脂肪抑制翻 转角 β 为固定值， 设置扫描延迟时间 TD 为所述 FLASH 成像脉冲序列中允许的最小值 ； 调整 反转时间 TI， 获得最佳的脂肪抑制效果。
可选地， 所述调整扫描延迟时间 TD 以获得最佳的脂肪抑制效果包括 ： 设置脂肪抑 制翻转角 β 为固定值， 设置反转时间 TI 为所述 FLASH 成像脉冲序列中允许的最小值 ； 调整 扫描延迟时间 TD， 获得最佳的脂肪抑制效果。
可选地， 获得最佳的脂肪抑制效果包括 ： FLASH 成像脉冲序列的信号模拟达到稳 定状态， 脂肪组织信号的纵向磁化强度矢量恢复过零点。 相较于现有技术， 本发明具有如下优点 ：
1)、 基于 FLASH 成像脉冲序列实现了快速的脂肪抑制方法， 满足临床中动态成像 的要求 ；
2) 根据 Bloch 方程式获得脂肪组织信号的纵向磁化强度矢量， 再利用磁共振信号 模拟的方法得到最佳的脂肪抑制参数 ( 脂肪抑制翻转角 β、 反转时间 TI 和扫描延迟时间 TD) 设置， 与现有技术相比， 更加符合信号实际过程， 不需要假设和近似， 所以结果更加准确 可靠， 而且可以实现 k 空间中心在 N 个 α 中的任意位置 ；
3)、 灵活的 k 空间位置设置， 可以减少图像伪影， 提高成像质量 ；
4) 信号模拟在 FLASH 成像脉冲序列运行之前完成， 不占用 FLASH 成像脉冲序列运 行时间。
附图说明
图 1 为常见的 FLASH 成像脉冲序列示意图 ；
图 2 为带有快速脂肪抑制的 FLASH 成像脉冲序列示意图 ；
图 3 即为本发明磁共振成像方法在一实施方式中的流程示意图 ；
图 4 为图 3 中步骤 S12 在具体实施方式的流程示意图 ；
图 5 为图 3 中步骤 S14 在具体实施方式的流程示意图 ；
图 6 为图 3 中步骤 S16 在具体实施方式的流程示意图。具体实施方式
如前述在背景技术中所言 ： 图 1 即为常见的 FLASH 成像脉冲序列示意图， 通过向 处于静态磁场中的被检查对象施加射频 RF 脉冲信号和梯度脉冲 ( 包括选片梯度、 相位编 码梯度和读出梯度 )， 并且给予以回波信号采集的方式从被检查区域质子发射的磁共振 (Magnetic Resonance， MR) 信号来重建与被检查对象对应的组织图像。在普通的 FLASH 序 列应用中， 脂肪的信号比较高， 经常会将病变组织遮盖， 不利于诊断 ； 另外， 由于人体内脂肪 和水中的氢质子的进动频率不同 ( 水质子的进动频率稍快于脂肪质子 )， 如此易造成化学 位移伪影， 影响磁共振成像质量。因此， 通常要求对脂肪组织信号进行抑制， 以便更好的显 示病变部位。图 2 即为带有快速脂肪抑制的 FLASH 成像脉冲序列示意图， 如图 2 所示， 抑制 脂肪组织信号的方法通常是在 FLASH 成像脉冲序列模块 ( 连续多个射频激发脉冲 α) 前施 加脂肪频率选择性的射频脉冲 ( 脂肪抑制脉冲 β)， 把脂肪激发到横向平面， 然后施加破坏 梯度对翻转到横向平面的脂肪组织信号进行散相， 这样在接下来的 FLASH 信号采集中就不 包含脂肪组织信号了。 但是， 另一方面， 在实际应用中， 为了提高成像速度， 在施加一次脂肪 抑制脉冲后， 会重复多次 FLASH 信号采集， 由于脂肪组织信号在此过程中不断地弛豫恢复， 导致后续采集的信号中仍包含脂肪组织信号， 没有达到脂肪抑制的目的。 鉴于现有技术存在如下问题 ： 在现有 FLASH 成像脉冲序列的脂肪组织信号抑制中 使用经验、 假设近似来推导出脂肪抑制参数 ( 脂肪抑制翻转角 β、 反转时间 TI 和扫描延迟 时间 TD) 造成参数设置不精确， 脂肪组织信号抑制效果不佳并影响成像质量的问题。因此， 本发明的发明人对现有技术进行了改进， 提出了一种利用磁共振信号模拟的方法得到最佳 的脂肪抑制参数的磁共振方法， 如此， 可以精确抑制脂肪组织信号， 获得最佳的脂肪抑制效 果， 并提升磁共振成像质量， 满足临床应用的要求。
本发明提供一种磁共振成像方法， 其主要在于， 根据 Bloch 方程式获得脂肪组织 信号的纵向磁化强度矢量， 再利用磁共振信号模拟的方法调整脂肪抑制翻转角 β、 反转时 间 TI 和扫描延迟时间 TD 中的一个或多个， 从而得到最佳的脂肪抑制参数设置。
以下将通过具体实施例来对本发明所提供的磁共振成像方法进行详细说明。
本发明中所描述的磁共振成像技术可以应用于基于 FLASH 的三维序脉冲列进行 腹部动态增强成像， 藉以对腹部器官组织进行观察或诊断， 但并不以此为限， 实际上， 本发 明也可以应用于其他部位中组织器官的诊断， 在此不再一一说明。
图 3 即为本发明磁共振成像方法在一实施方式中的流程示意图。如图 3 所示， 所 述磁共振成像方法包括如下步骤 ：
步骤 S10， 向处于静态磁场中的被检查对象施加 FLASH 成像脉冲序列 ； 脂肪抑制翻 转角 β
步骤 S12， 在反转时间 TI 和扫描延迟时间 TD 一定的情况下， 调整脂肪抑制翻转角 β， 以找到能实现脂肪抑制效果最好时的脂肪抑制翻转角 β ；
判断是否找到能获得最佳脂肪抑制效果的脂肪抑制翻转角 β。 若找到合适的脂肪 抑制翻转角 β， 则结束 ； 反之， 若没有找到合适的脂肪抑制翻转角 β， 则进至步骤 S14 ；
步骤 S14， 在脂肪抑制翻转角 β 和扫描延迟时间 TD 一定的情况下， 调整反转时间 TI， 以找到能实现脂肪抑制效果最好时的反转时间 TI ；
判断是否找到能获得最佳脂肪抑制效果的反转时间 TI。若找到合适的反转时间 TI， 则结束 ； 反之， 若没有找到合适的反转时间 TI， 则进至步骤 S16 ；
步骤 S16， 在脂肪抑制翻转角 β 和反转时间 TI 一定的情况下， 调整扫描延迟时间 TD， 以找到能实现脂肪抑制效果最好时的扫描延迟时间 TD ；
判断是否找到能获得最佳脂肪抑制效果的扫描延迟时间 TD。 若找到合适的扫描延 迟时间 TD， 则结束 ； 反之， 若没有找到合适的扫描延迟时间 TD， 则报错， 并结束。
以下对上述各个步骤进行详细描述。
首先执行步骤 S10， 向处于静态磁场中的被检查对象施加 FLASH 成像脉冲序列。 在 所述步骤中， 如图 2 所示， 所述 FLASH 成像脉冲序列中包括射频激发脉冲 α 和脂肪抑制脉 冲 β， 其中， 相邻两个脂肪抑制脉冲 β 之间包括连续施加的 N 个射频激发脉冲 α， 所述连 续的 N 个射频激发脉冲 α 构成 FLASH 成像脉冲序列模块。
从施加脂肪抑制脉冲 β， 然后连续施加 N 个射频激发脉冲 α，
到下一次施加脂肪抑制脉冲 β， 在这个过程中， 脂肪的纵向磁化强度矢量可以通 过下面一组 Bloch 方程式来描述。
Mβ(0) ＝ M0
M0 为初始的脂肪的纵向磁化强度矢量 ； Mβ 和 Mα 分别为脂肪抑制脉冲 β 和射频激 发脉冲 α 施加前脂肪的纵向磁化强度矢量 ； Mβ(m) 为第 m 次施加脂肪抑制脉冲 β 前脂肪 的纵向磁化强度矢量 ； Mα(n) 为在 N 个 α 激发脉冲中的第 n 次施加射频激发脉冲 α 前脂 肪的磁化强度矢量 ； T1 为脂肪的纵向弛豫时间， TI 为反转时间， TR 为射频激发脉冲 α 的重 复时间 ； TD 为扫描延迟时间。
在脉冲序列设计中， 指定 N 个连续射频激发脉冲 α 中的第 Kc 个射频激发脉冲 α 后采集的信号为 k 空间中心信号 (Kc 取值 1 ～ N 中的任一值， 具体用户可以设定 )。这样为 了得到理想的脂肪抑制效果， 要求脂肪在第 Kc 个 α 激发脉冲时脂肪的纵向磁化强度矢量 恢复过零点 ( 如图 2 所示 )。
本方法根据实际序列的设置， 利用 Bloch 方程式， 通过尝试可能的脂肪抑制翻转 角 β， TI 和 TD 时间， 来搜索到一组最佳的值， 使得脂肪被抑制的最好。
接着执行步骤 S12， 在反转时间 TI 和扫描延迟时间 TD 一定的情况下， 调整脂肪抑 制翻转角 β， 以找到能实现脂肪抑制效果最好时 ( 即脂肪的纵向磁化强度矢量恢复过零 点 ) 的脂肪抑制翻转角 β。
请继续参阅图 4， 上述步骤 S12 更可以细化为多个子步骤。具体如下 ： 步骤 S120， 将反转时间 TI 和扫描延迟时间 TD 设置为所述 FLASH 成像脉冲序列中允许的最小值 ； 步骤 S122， 调整脂肪抑制翻转角 β， 获得与反转角 β 对应的脂肪的纵向磁化强度矢量 ； 直至信 号模拟达到稳定状态 ； S124， 判断脂肪的纵向磁化强度矢量在 Kc 位置是否恢复过零点， 若 恢复过零点， 则结束 ； 反之， 若不在零点， 则继续步骤 S126 ； 步骤 S126， 判断是否已尝试过脂 肪抑制翻转角 β 所有可能值， 若所有脂肪抑制翻转角 β 都已试过， 则结束 ； 反之若还有其
他脂肪抑制翻转角 β， 则转至步骤 S122 继续调整。需说明的是， 在这里， “恢复过零点” 的 含义是 ： 磁化强度矢量恢复到零点， 即其值为零 ； “不在零点” 含义包括 ： “磁化强度矢量还 没有达到零点” 或 “磁化强度矢量已经超过零点” 。
若没有找到合适的脂肪抑制翻转角 β 以使得信号模拟达到稳定状态时， 脂肪的 纵向磁化强度矢量在 Kc 位置不在零点， 则接着执行步骤 S14。
步骤 S14， 在脂肪抑制翻转角 β 和扫描延迟时间 TD 一定的情况下， 调整反转时间 TI， 以找到能实现脂肪抑制效果最好时 ( 即脂肪的纵向磁化强度矢量恢复过零点 ) 的反转 时间 TI。
请继续参阅图 5， 上述步骤 S14 更可以细化为多个子步骤。具体如下 ： 步骤 S140， 设置脂肪抑制翻转角 β 为固定值， 设置扫描延迟时间 TD 为所述 FLASH 成像脉冲序列中允 许的最小值 ； 在本实施例中， 所述脂肪抑制翻转角 β 为固定值， 具体例如为 180 度。
步骤 S142， 调整反转时间 TI， 获得与反转角 β 对应的脂肪的纵向磁化强度矢量 ； 直至信号模拟达到稳定状态 ； 步骤 S144， 判断脂肪的纵向磁化强度矢量在 Kc 位置是否过零 点， 若恢复过零点， 则结束 ； 反之， 若不在零点， 则继续步骤 S146 ； 步骤 S146， 判断是否已尝 试过反转时间 TI 所有可能值， 若所有反转时间 TI 都已试过， 则结束 ； 反之若还有其他反转 时间 TI， 则转至步骤 S142 继续调整。 若没有找到合适的反转时间 TI 以使得信号模拟达到稳定状态时， 脂肪的纵向磁 化强度矢量在 Kc 位置不在零点， 则接着执行步骤 S16。
步骤 S16， 在脂肪抑制翻转角 β 和反转时间 TI 一定的情况下， 调整扫描延迟时间 TD， 以找到能实现脂肪抑制效果最好时的扫描延迟时间 TD。
请继续参阅图 6， 上述步骤 S16 更可以细化为多个子步骤。具体如下 ： 步骤 S160， 设置脂肪抑制翻转角 β 为固定值， 设置反转时间 TI 为所述 FLASH 成像脉冲序列中允许的 最小值 ； 在本实施例中， 所述脂肪抑制翻转角 β 为固定值， 具体例如为 180 度。
步骤 S162， 调整扫描延迟时间 TD， 获得与反转角 β 对应的脂肪的纵向磁化强度矢 量； 直至信号模拟达到稳定状态 ； 步骤 S164， 判断脂肪的纵向磁化强度矢量在 Kc 位置是否 过零点， 若恢复过零点， 则结束 ； 反之， 若不在零点， 则继续步骤 S166 ； 步骤 S166， 判断是否 已尝试过扫描延迟时间 TD 所有可能值， 若所有扫描延迟时间 TD 都已试过， 则结束 ； 反之若 还有其他扫描延迟时间 TD， 则转至步骤 S162 继续调整。
若没有找到合适的扫描延迟时间 TD 以使得信号模拟达到稳定状态时， 脂肪的纵 向磁化强度矢量在 Kc 位置不在零点， 则报错， 并结束。
通过上述步骤， 利用 Bloch 方程式， 对磁共振信号进行模拟计算， 经过若干次 ( 一 般为 10 次至 50 次 ) 脂肪抑制脉冲 β 和 N 个射频激发脉冲 α 之后， 信号达到稳定状态， 如 果这个时候在 Kc 位置的脂肪磁化强度矢量为零， 那么脂肪抑制的效果最好。
综上所述， 本发明磁共振成像方法具有如下优点 ：
1)、 基于 FLASH 成像脉冲序列实现了快速的脂肪抑制方法， 满足临床中动态成像 的要求 ；
2) 根据 Bloch 方程式获得脂肪组织信号的纵向磁化强度矢量， 再利用磁共振信号 模拟的方法得到最佳的脂肪抑制参数 ( 脂肪抑制翻转角 β、 反转时间 TI 和扫描延迟时间 TD) 设置， 与现有技术相比， 更加符合信号实际过程， 不需要假设和近似， 所以结果更加准确
可靠， 而且可以实现 k 空间中心在 N 个 α 中的任意位置 ；
3)、 灵活的 k 空间位置设置， 可以减少图像伪影， 提高成像质量 ；
4) 信号模拟在 FLASH 成像脉冲序列运行之前完成， 不占用 FLASH 成像脉冲序列运 行时间。
上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效， 而非用于限制本发明。任何熟悉 此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下， 对上述实施例进行修改。 因此， 本发 明的权利保护范围， 应如权利要求书所列。