磁共振成像方法发明专利

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
M α ( 0 ) = M 0 ( 1 - e - TI T 1 ) + M β ( m ) · cos ( β ) · e - TI T 1 ]]>
M α ( n ) = M 0 ( 1 - e - TR T 1 ) + M α ( n - 1 ) · cos ( α ) · e - TR T 1 ]]> M β ( m + 1 ) = M 0 ( 1 - e - TD T 1 ) + M α ( N ) · cos ( α ) · e - TD T 1 ]]> 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。