CN101010597A

CN101010597A - 采用已校准幻象确定局部弛豫时间值的mr方法

Info

Publication number: CN101010597A
Application number: CNA2005800286830A
Authority: CN
Inventors: U·卡特舍; H·达恩克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2025-08-19
Also published as: CN101010597B; US20080077006A1; JP2008510557A; EP1784654A1; WO2006021920A1; US7642775B2

Abstract

本发明涉及确定检查对象(5)的局部弛豫时间值(T₁，T₂)的MR方法。首先，记录检查对象(5)的两个或更多的MR图像(3，4)，所述每个图像具有不同的成像序列的时间参数设置(TR₁，TE₁，TR₂，TE₂)。同样记录幻象的MR图像(6，7)，其中使用成像序列的相同时间参数设置(TR₁，TE₁，TR₂，TE₂)，并且其中所述幻象具有弛豫时间值(T₁，T₂)的已知空间分布。通过比较检查对象(5)的MR图像(3，4)的图像值和幻象的MR图像(6，7)的图像值，以及通过根据幻象的弛豫时间值(T₁，T₂)的已知空间分布将幻象的MR图像(6，7)的图像值分配给弛豫时间值(T₁，T₂)，来确定所述检查对象(5)的局部弛豫时间值(T₁，T₂)。

Description

采用已校准幻象确定局部弛豫时间值的MR方法

本发明涉及确定检测容积(examination volume)中局部弛豫时间值的MR方法。

此外，本发明涉及用于执行所述方法的MR成像设备以及用于这种MR成像设备的计算机程序。

在MR成像中，公知的是，所使用的MR成像设备的检测容积中的核磁利用时间变量、空间异质磁场(磁场梯度)进行定位。用于图像重构的MR信号通常作为电压进行记录，所述电压在时间域中在高频脉冲和切换磁场梯度的适当序列的作用下在检测容积区域内布置的高频线圈中感应产生。根据所记录MR信号的实际图像重构通常通过时间信号的傅立叶变换来进行。分配给检测容积的空间频率范围(frequencyarea，所谓的“k-空间”)的扫描由所使用的高频脉冲和磁场梯度的数量、时间间距(temporal spacing)、持续时间和强度来确定，通过所述空间频率范围确定待成像的视场(FOV)以及图像分辨率。依据FOV和图像分辨率，将k-空间扫描期间的相位编码步骤的数量以及因此同时将成像序列持续时间确定为各个需求的函数。

根据现有技术，在公知的MR成像方法中，确定核磁(T_1-，T_2-，或者T_2-relation ^*)的局部纵向和/或横向弛豫时间尤其重要。例如当在MR成像使用了影响核磁弛豫的造影剂(contrast agent)时，弛豫时间的空间分布的可视化以及量化确定非常重要。这种基于例如钆或氧化铁的造影剂，近年已经通过MR用于跟踪标记细胞以及在检测容积内用于定位活性物质。弛豫时间的空间分解确定在功能MR成像(fMRI)中也是有用的。一方面，根据现有技术已经公知记录T_1-，T_2-，或者T_2- ^*加权MR图像从而使得弛豫时间的空间分布直观化。另一方面，对于一些应用，希望尽可能量化地精确测量局部弛豫时间。例如，灌注研究中就是这种情况，其中对显影剂丸剂穿过特定解剖结构的时间过程进行研究。另一个实例是利用MR测量毛细血管的尺寸以及其密度。量化MR弛豫测量(relaxometry)还可以用于特定内部器官(例如，肝脏、肺和脑)中铁含量的量化确定。

MR弛豫测量具有的一个问题是，对于使用传统方法的弛豫时间值的空间分解(spatially resolved)确定，令人讨厌的是图像记录时间太长。这是由于这样的事实，即在传统MR方法中，通常记录大量分离MR图像，尤其是具有所使用成像序列的不同时间参数设置的图像。对于每个单独图像点，然后可以将相应图像值的时间响应作为成像序列的时间参数的函数进行估计，诸如重复时间或者回波时间。通常利用拟合过程来确定每个图像点的弛豫时间值，其中使以时间相关方式记录的图像值适合于相应的指数衰减函数。还公知的是，同时记录不同的时间参数设置的T_1-，T_2-加权MR图像。根据不同时间参数设置构造的MR图像，然后使局部弛豫时间值适合于多指数拟合函数。在该方法中，在许多情况下，局部弛豫时间值确定的准确性不能另人满意。在任意情况下，在传统的MR方法中，为了确定弛豫时间值，需要记录5至10个不同时间参数设置的完整MR图像，使得对于每个图像点的拟合过程，存在不同重复或回波时间的足够大数量的图像值。如果同时确定T₁和T₂值，为了实现足够的精确性，通常需要使用更大数量的不同时间参数设置。结果，图像记录时间非常长。

基于此，本发明的一个目标是提供使得局部弛豫时间值的确定具有足够精度的MR方法，其中测量时间比现有技术中已知方法中的测量时间更短。

本发明通过具有如权利要求1所述特征的MR方法实现了该目标。

根据本发明，在第一方法步骤中，记录并重构了感兴趣的检查对象的至少两个MR图像，其中每个图像使用所用的成像序列的不同时间参数设置进行构造。因此在根据本发明的MR方法中，需要具有不同时间参数设置的至少两个MR图像的记录，以使得可以分析核磁的时间响应，从而确定弛豫时间值。在另一方法步骤中，在根据本发明的MR方法中，另外还记录了幻象的MR图像，尤其是与检查对象的MR图像具有相同成像序列和相同时间参数设置的幻象的MR图像。此处使用了具有弛豫时间值的预先已知空间分布的幻象。根据本发明，通过将检查对象的MR图像的图像值与幻象的MR图像的图像值进行比较，并通过根据幻象的弛豫时间值的已知空间分布将幻象的MR图像的图像值分配给弛豫时间值，来进行检查对象局部弛豫时间值的实际确定。因此根据本发明，对于每个时间参数设置，将检查对象的MR图像内部感兴趣图像点的灰度值与使用相同时间参数设置记录的幻象的MR图像的灰度值进行比较。由于幻象的弛豫时间值的空间分布已知，因此当所述灰度值对应于检查对象的MR图像时，可以将正确的弛豫时间值分配给感兴趣的图像点。

本发明是基于这样的知识，即当使用适合的幻象时，检查对象的仅仅两个MR图像的记录就足以清楚地为感兴趣的每个图像点确定局部弛豫时间值。由于根据本发明，必须记录仅仅两个MR图像，因此图像记录进行得比先前现有技术中已知的方法快得多。尽管如此，仍然必须记录至少两个MR图像，以使得能够清楚地区分纵向和横向弛豫时间对于图像值的影响，所述影响彼此独立。

根据本发明的MR方法的一个有利实施例，同时记录幻象和检查对象的MR图像。在图像记录操作期间可以使所述幻象和检查对象一起容纳在所使用的MR设备的检测容积中。这样就不需要任何附加的用于记录幻象的MR图像的测量时间。在同时记录图像的情况下，幻象的MR图像其实是包含在检查对象的MR图像中。如果在MR设备的检测容积中没有足够的可用空间，当然还存在随后或者预先记录幻象的图像的可能。然而，应当要注意的是确保在幻象的MR图像的记录期间和在检查对象的MR图像的记录期间使用具有相同时间参数设置的相同成像序列。

有利地，根据本发明使用的幻象具有空间分隔区域，所述空间分隔区域具有不同的纵向弛豫时间值和/或不同的横向弛豫时间值。为了使MR方法起作用，重要的是可以将T₁和T₂的弛豫时间值的值对唯一地分配给幻象的MR图像内每个图像点。如果幻象具有这样的区域，所述区域具有不同的纵向弛豫时间值和基本相同的横向弛豫时间值，那将尤其有利。与此同时，幻象还应当具有这样的区域，所述区域具有不同的横向弛豫时间值和基本相同的纵向弛豫时间值。已经证明尤其有利的是使用具有空间分隔区域的类似矩阵布置的幻象，其中每个矩阵元件唯一地代表特定的T₁/T₂值对。在这样的情况下，通过实例，向矩阵的每行分配特定的纵向弛豫时间值，向矩阵的每列分配特定的横向弛豫时间值。可以根据应用定义幻象所覆盖的纵向和横向弛豫时间值的范围以及所述弛豫时间值的分解(resolution)。可能的是，在没有任何问题的情况下，对于每个可以想象的应用，提供适当的幻象，所述适当的幻象具有适当的弛豫时间值的测量范围并具有适当的弛豫时间值的分解。

根据本发明可以有利地增加方法的精度，原因在于，为了确定弛豫时间值，在MR图像的图像值之间实施了内插。根据本发明使用的幻象实际上具有T₁和T₂弛豫时间值的离散刻度(graduation)。在幻象的MR图像的记录期间，得到相应的图像值刻度。通过对图像值进行内插，还可能分配位于幻象的离散弛豫时间值之间的检查对象的弛豫时间值。

为了清楚地确定局部弛豫时间值，在根据本发明的方法中，对于所使用的成像序列的所有时间参数设置，应当相互比较幻象和检查对象的MR图像的图像值。如上面已经阐述，仅当记录并彼此比较了检查对象和幻象的至少两个MR图像时，使用根据本发明的方法的T₁和T₂弛豫时间的清楚分配才是可能的。很清楚的是，由于核磁的纵向和横向弛豫对于图像值幅度都具有影响，因此基于仅仅一个MR图像确定弛豫时间值是不可能的，其中基于仅仅使用一个时间参数设置记录的MR图像，不可能确定是否将对于感兴趣图像点确定的灰度值归因于T₁或者T₂弛豫。

在根据本发明的MR方法中，还非常有利的是以通过纵向和横向弛豫时间进行加权方式来记录MR图像。从现有技术中可以公知用于此用途的成像序列。为了使用根据本发明的方法尽可能准确并清楚地确定局部弛豫时间值，以不同时间参数设置记录的MR图像的T_1-和T_2-加权在每种情况下应当不同。

仅当检查对象内部的核自旋密度可以假定或多或少的空间恒定或者与幻象的核自旋密度基本对应时，用于确定局部弛豫时间值的根据本发明的上述方法才能够可靠地起作用，所述局部弛豫时间值通过基于幻象弛豫时间值的已知空间分布进行分配来确定。核自旋密度对绝对图像值(灰度值)起作用，原理上在分配用于确定弛豫时间值的幻象的相应值期间，这一点必须考虑在内。因此为了进一步提高根据本发明的方法的精确度，可能有利的是，记录和重构检查对象和幻象两者的至少三个MR对象，而不是仅仅两个，所述幻象额外具有核自旋密度值的已知空间分布，其中除了局部弛豫时间值之外，通过比较检查对象的MR图像的图像值和幻象的MR图像的图像值，以及通过根据幻象的核自旋密度值的已知空间分布将幻象的MR图像的图像值分配给核自旋密度值来确定检查对象的局部核自旋密度值。结果，量化了空间异质核自旋密度的效果，并且可以在确定弛豫时间值期间对其进行补偿。在该有利实施例中，该方法比MR弛豫测量的传统方法更快。在这种情况下，幻象可以具有类似张量的分隔区域的空间布置，其中每个张量元素唯一代表核自旋密度值以及T₁和T₂的特定设置。

此外，尤其有利的是，为了根据本发明记录MR图像，使用自旋回波成像序列，诸如快速自旋回波(TSE)序列，从而排除T₂ ^*弛豫的影响，这是由于使用根据本发明的方法确定T₂ ^*弛豫时间值是成问题的。

为了实施根据本发明的方法，可以使用包括记录装置和计算机装置的MR成像设备，所述记录装置用于记录MR信号，所述计算机装置用于根据MR信号重构MR图像以及用于根据MR图像确定局部弛豫时间值。上述MR方法可以利用适当计算机装置的程序控制在MR成像设备上实施。可以以相应计算机程序的形式，使得MR成像设备的用户可以利用根据本发明的方法。所述计算机程序可以存储在适当的数据载体上，诸如CD-ROM或者软盘，或者可以从因特网将其下载至MR成像设备的计算机装置上。

将参考附图中示出的实施例的实例进一步描述本发明，然而本发明并不受此限制。

图1示出了根据本发明的方法过程的示意图；

图2示出了根据本发明的MR设备。

图1中示出的方法从具有不同成像序列时间参数设置的两个MR信号数据记录1和2的记录开始。以重复时间TR₁和回波时间TE₁记录数据记录1，而在数据记录2的记录期间，重复时间为TR₂和回波时间为TE₂。分别根据数据记录1和2来重构MR图像3和4。MR图像3和4示出了检查对象的切片表示。根据不同的时间参数TR₁、TE₁、TR₂和TE₂，可以在图像3和4中看到不同的灰度级。对于相同的时间参数，预先记录幻象的MR图像6和7，所述幻象具有弛豫时间值T₁和T₂的类似矩阵分布。向矩阵的每行分配一个特定T₁值，向矩阵的每列分配T₂值。由于以通过纵向和横向弛豫时间进行加权的方式利用使用的成像序列来记录MR图像1、2和6、7，因此根据下列公式得到矩阵值(M₁)_ij和(M₂)_ij：

(M₁)_i，j＝M₀(1-exp(-TR₁/(T₁)_i，j))exp(-2TE₁/(T₂)_i，j)，

(M₂)_i，j＝M₀(1-exp(-TR₂/(T₁)_i，j))exp(-2TE₂/(T₂)_i，j)。

M₀代表核磁的绝对值，在这种情况下假定为常数，(T₁)_ij和(T₂)_ij为幻象的松弛时间值。将对于检查对象5的区域8确定局部弛豫时间值。为此，首先将MR图像3的相应图像点的灰度值与幻象的相应MR图像6的灰度值进行比较。可以看出位于MR图像6内的连续曲线上的图像点在灰度值上对应于MR图像3的感兴趣的图像点8。位于该曲线上的所述值对T₁和T₂可以与MR图像3的图像点8处测量的图像值相关。在下一步骤，以相应的方式，将测量对象5的MR图像4与幻象的MR图像7进行比较。在该比较中，发现多个可以与图像点8的图像值相关的T₁/T₂值对。通过幻象的MR图像7的连续曲线再一次示出相应的值对。那么通过确定MR图像6和7中示出的两个曲线的交叉点9就可能将弛豫时间值唯一分配给图像点8。使用两个不同时间参数设置TR₁和TE₁、TR₂和TE₂确定的图像点8处图像值可以与唯一分配给交叉点9的T₁/T₂值对相关。然后可以对MR图像3和4内的所有图像点重复上述方法，直到已经确定了所有的检查对象局部弛豫时间值。总之，为该目的必须记录仅仅两个MR图像，比传统方法中通常的5至10个MR图像的记录花费的测量时间少得多。

图2示出了其上可以实施根据本发明的方法的MR成像设备的方框图。所述MR成像设备包括用于在检测容积中产生均匀静态磁场的主场线圈10，患者11和幻象12位于所述检测容积之中。幻象12包括类似矩阵的隔室布置，其中设置有包括不同浓度的适当造影剂的溶液，例如基于钆的造影剂或者包含氧化铁的造影剂。可以基于造影剂浓度准确确定弛豫时间值T₁和T₂。为了校准幻象，需要在具有适当成像序列的单个隔室内部一次性精确测量弛豫时间值。所述MR成像设备还具有梯度线圈13、14和15，用于在检测容积中产生不同空间方向的磁场梯度。通过中央控制单元16来控制检测容积内部的磁场梯度的时间和空间过程，所述中央控制单元16通过梯度放大器17连接至梯度线圈13、14和15。示出的MR成像设备还包括高频线圈18，所述高频线圈用于在检测容积内生成高频磁场以及用于从检测容积中接收MR信号。高频线圈18通过传输器单元19连接至控制单元l6。通过高频线圈18记录的MR信号通过接收器单元20进行调制和放大，并被馈送至重构及可视化单元21。高频线圈18和接收器单元20共同形成根据本发明的MR成像设备的记录装置。控制单元16和重构及可视化单元21为MR成像设备的计算机装置。通过重构及可视化单元21处理的MR信号可以在屏幕22上进行显示。重构及可视化单元21以及控制单元16具有执行根据本发明的方法的适当程序控制。

Claims

1.一种用于确定检查对象(5)的局部弛豫时间值(T₁，T₂)的MR方法，包括下述方法步骤：

a)记录并重构检查对象(5)的两个或更多MR图像(3，4)，每个所述MR图像具有成像序列的不同时间参数设置(TR₁，TE₁，TR₂，TE₂)；

b)记录并重构具有相同成像序列的时间参数设置(TR₁，TE₁，TR₂，TE₂)的幻象的MR图像(6，7)，其中所述幻象具有弛豫时间值(T₁，T₂)的已知空间分布；

c)通过比较检查对象(5)的MR图像(3，4)的图像值和幻象的MR图像(6，7)的图像值，以及通过根据幻象的已知弛豫时间值(T₁，T₂)的空间分布将幻象的MR图像(6，7)的图像值分配给弛豫时间值(T₁，T₂)，来确定所述检查对象(5)的局部弛豫时间值(T₁，T₂)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中同时记录所述检查对象和所述幻象的MR图像。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述幻象具有空间分隔区域，所述空间分隔区域具有不同的纵向弛豫时间值和/或不同的横向弛豫时间值。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述幻象具有这样的区域，所述区域具有不同的纵向弛豫时间值和基本相同的横向弛豫时间值。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述幻象具有这样的区域，所述区域具有不同的横向弛豫时间值和基本相同的纵向弛豫时间值。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其中为了确定弛豫时间值，在MR图像的图像值之间执行内插。

7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中为了清楚确定局部弛豫时间值，对于成像序列的所有的时间参数设置，比较所述幻象和检查对象的MR图像的图像值。

8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其中以通过纵向和横向弛豫时间进行加权的方式记录MR图像。

9.根据权利要求1至8任一项所述的方法，其中记录和重构检查对象和幻象的至少三个MR图像，所述幻象附加地具有核自旋密度值的已知空间分布，并且其中除了局部弛豫时间值之外，通过比较检查对象的MR图像的图像值和幻象的MR图像的图像值，以及通过根据幻象的核自旋密度值的已知空间分布将幻象的MR图像的图像值分配给核自旋密度值，来确定检查对象的局部核自旋密度值。

10.根据权利要求1至9任一项所述的方法，其中为了记录MR图像，使用自旋回波成像序列，诸如快速自旋回波(TSE)序列。

11.一种MR成像设备，包括用于记录MR信号的记录装置(18，20)以及用于根据所述MR信号重构MR图像和用于根据所述MR图像确定局部弛豫时间值的计算机装置(16，21)，其中利用适当的程序控制，所述计算机装置(16，21)被设计为执行根据权利要求1至10任一项所述的方法。

12.根据权利要求10所述的MR成像设备，包括具有类似矩阵的隔室布置的幻象(12)，在所述隔室中，设置有包括不同浓度的造影剂的溶液。

13.一种用于MR成像装置的计算机程序，其中通过MR成像设备的计算机装置上的计算机程序执行如权利要求1至9任一项所述的方法。