一种实现水脂分离的磁共振成像方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102232831 A (43)申请公布日 2011.11.09 CN 102232831 A *CN102232831A* (21)申请号 201010160445.8 (22)申请日 2010.04.30 A61B 5/055(2006.01) G01R 33/56(2006.01) (71)申请人 西门子 ( 深圳 ) 磁共振有限公司 地址 518057 广东省深圳市高新区中区高新 中二道西门子磁共振园 (72)发明人 翁得河 (54) 发明名称 一种实现水脂分离的磁共振成像方法 (57) 摘要 本发明涉及磁共振成像技术领域， 公开了一 种实现水脂分离的磁共振成。

2、像方法， 该方法包括 ： 利用 BLADE 轨迹采集一幅同相位图像原始数据和 两幅反相位图像原始数据 ； 根据所述同相位图像 原始数据重建同相位图像， 并且利用所述同相位 图像原始数据对所述反相位图像原始数据进行相 位校正， 并重建反相位图像 ； 根据所述同相位图 像和反相位图像计算水和脂肪的图像。由于本发 明采用 BLADE 轨迹采集 k 空间数据， 从而继承了 BLADE 轨迹对刚体运动和脉动不敏感的优点， 降 低了对运动伪影的敏感程度， 并且还提高了图像 的信噪比。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附。

3、图 6 页 CN 102232832 A1/1 页 2 1. 一种实现水脂分离的磁共振成像方法， 该方法包括 ： 利用刀锋伪影校正轨迹采集一幅同相位图像原始数据和两幅反相位图像原始数据 ； 根据所述同相位图像原始数据重建同相位图像， 并且利用所述同相位图像原始数据对 所述反相位图像原始数据进行相位校正， 并重建反相位图像 ； 根据所述同相位图像和反相位图像计算水和脂肪的图像。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 对反相位图像原始数据进行相位校正包 括 ： 对反相位图像原始数据的数据带进行二维快速傅立叶变换 ； 对同相位图像原始数据的相应数据带进行窗操作， 并进行二维快速傅立叶变。

4、换， 得到 同相位图像的窗数据 ； 从反相位图像原始数据的结果中去除所述同相位图像的窗数据的相位 ； 对所得数据进行二维快速傅立叶逆变换。 3.根据权利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 在对反相位图像原始数据进行相位校 正后， 进行旋转校正、 平移校正以及快速傅立叶变换。 4. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 重建同相位图像包括 ： 对同相位图像原始 数据进行相位校正、 旋转校正、 平移校正以及快速傅立叶变换。 5. 根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 对同相位图像原始数据进行相位校正包 括 ： 对同相位图像原始数据的数据带进行窗操作， 并进行二维快速傅立叶变换， 。

5、得到窗数 据 ； 对该数据带进行二维快速傅立叶变换， 并从中去除所述窗数据的相位 ； 对所得数据进行二维快速傅立叶逆变换。 6. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 该方法先采集两个反相位的回波， 然后采 集一个同相位的回波。 7. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 该方法先采集一个同相位的回波， 然后采 集两个反相位的回波。 8. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 该方法先采集一个反相位的回波， 然后采 集一个同相位的回波， 再采集另一个反相位的回波。 权 利 要 求 书 CN 102232831 A CN 102232832 A1/5 页 3 一种实现水脂。

6、分离的磁共振成像方法 技术领域 0001 本发明磁共振成像技术领域， 特别是一种能够实现水脂分离的磁共振成像方法。 背景技术 0002 在磁共振成像(Magnetic resonance imaging， MRI)中， 由于人体内脂肪组织中的 氢质子和其它组织中的氢质子所处的分子环境不同， 使得它们的共振频率不相同 ； 当脂肪 和其它组织的氢质子同时受到射频脉冲激励后， 它们的弛豫时间也不一样。在不同的回波 时间采集信号， 脂肪组织和非脂肪组织表现出不同的相位以及信号强度。 0003 狄克逊 (Dixon) 法是在磁共振成像中用以产生纯水质子图像的方法， 其基本原理 是分别采集水和脂肪质子的同。

7、相位(In Phase)和反相位(Out phase)两种回波信号， 两种 不同相位的回波信号通过运算， 各产生一幅纯水质子的图像和一幅纯脂肪质子的图像， 从 而在水质子图像上达到脂肪抑制的目的。 0004 为了同时得到水和脂肪的图像， 一种改进的三点 Dixon 法被广泛使用， 该方法的 原理是同时取得一幅同相位 ( 或反相位 ) 图像和两幅反相位 ( 或同相位 ) 图像， 根据两幅 反相位 ( 或同相位 ) 图像， 求得磁场不均匀导致的附加相位， 对两幅反相位 ( 或同相位 ) 图 像进行相位校正， 然后与同相位 ( 或反相位 ) 图像一起求得水的图像及脂肪的图像。 0005 本领域具有多。

8、种与 Dixon 法相结合的 k 空间数据采集方法， 例如 ： 笛卡尔 (Cartesian) 轨迹采集、 径向 (radial) 或螺旋 (spiral) 轨迹采集。其中， 笛卡尔轨迹采集 是指以笛卡尔轨迹来采集 k 空间数据， 并利用快速傅立叶变换 (FFT) 来产生坐标空间的图 像， 然后根据所采集的图像来计算水和脂肪的图像。单点 Dixon 方法、 两点 Dixon 方法、 三 点以及多点 Dixon 方法简单且节省时间， 但是对运动伪影非常敏感， 并且自旋回波序列对 运动伪影也非常敏感， 所以基于笛卡尔轨迹采集的 Dixon 方法所得到的图像中经常存在运 动伪影。 0006 在径向或。

9、螺旋轨迹采集方法中， k 空间数据是以非笛卡尔轨迹来采集的， 例如径向 轨迹、 或者螺旋轨迹。基于该采集方法， 可以在图像域和 k 空间进行相位校正和化学位移校 正， 以避免重建后的图像模糊。 此类方法的优点是， 运动在重建后的图像中引入了模糊而不 是伪影， 这对识别图像中物体的影响较小， 但是采用径向或螺旋轨迹采集通常会增加重建 图像的计算复杂度， 耗费较多时间。 0007 如上所述， 笛卡尔轨迹采集方法简单且节省时间， 但是对刚体运动及脉动等运动 非常敏感。径向或螺旋轨迹采集方法会将运动伪影转化为重建后图像中的模糊， 但是计算 复杂并且耗时严重。总之， 上述两类方法都不能消除刚体运动伪影。。

10、 0008 在发明人为汪坚敏和翁得河的中国专利申请 200510008973.0 中公开了一种水 脂分离图像重建方法， 该方法包括以下步骤 ： (1) 取得一幅同相位图像和两幅反相位图像 ； (2) 求各通道的数据线圈灵敏度分布 ； (3) 合成各通道图像 ； (4) 求两幅反相位图像的相位 差 ； (5)检测同相位图像中的一些特征区域以作为修正相位的判据 ； 以及(6)修正反相位图 像的相位， 计算出水和脂肪的图像。 说 明 书 CN 102232831 A CN 102232832 A2/5 页 4 发明内容 0009 有鉴于此， 本发明提出了一种实现水脂分离的磁共振成像方法， 用以降低成。

11、像过 程中对运动伪影的敏感程度。 0010 因此， 本发明提供了一种实现水脂分离的磁共振成像方法， 该方法包括 ： 0011 利用 BLADE 轨迹采集一幅同相位图像原始数据和两幅反相位图像原始数据 ； 0012 根据所述同相位图像原始数据重建同相位图像， 并且利用所述同相位图像原始数 据对所述反相位图像原始数据进行相位校正， 并重建反相位图像 ； 0013 根据所述同相位图像和反相位图像计算水和脂肪的图像。 0014 优选地， 对反相位图像原始数据进行相位校正包括 ： 对反相位图像原始数据的数 据带进行二维快速傅立叶变换 ； 对同相位图像原始数据的相应数据带进行窗操作， 并进行 二维快速傅立。

12、叶变换， 得到同相位图像的窗数据 ； 从反相位图像原始数据的结果中去除所 述同相位图像的窗数据的相位 ； 对所得数据进行二维快速傅立叶逆变换。 0015 进一步， 在对反相位图像原始数据进行相位校正后， 进行旋转校正、 平移校正以及 快速傅立叶变换。 0016 优选地， 重建同相位图像包括 ： 对同相位图像原始数据进行相位校正、 旋转校正、 平移校正以及快速傅立叶变换。 0017 优选地， 对同相位图像原始数据进行相位校正包括 ： 对同相位图像原始数据的数 据带进行窗操作， 并进行二维快速傅立叶变换， 得到窗数据 ； 对该数据带进行二维快速傅立 叶变换， 并从中去除所述窗数据的相位 ； 对所得。

13、数据进行二维快速傅立叶逆变换。 0018 在一种实施方式中， 该方法先采集两个反相位的回波， 然后采集一个同相位的回 波。 0019 在另一种实施方式中， 该方法先采集一个同相位的回波， 然后采集两个反相位的 回波。 0020 在另一种实施方式中， 该方法先采集一个反相位的回波， 然后采集一个同相位的 回波， 再采集另一个反相位的回波。 0021 从上述方案中可以看出， 由于本发明采用BLADE轨迹采集k空间数据， 从而继承了 BLADE 轨迹对刚体运动和脉动不敏感的优点， 降低了对运动伪影的敏感程度， 并且还提高了 图像的信噪比。与常规的 BLADE 轨迹的重建方法相比， 本发明还巧妙地利用。

14、同相位图像原 始数据保留了反相位图像原始数据的信息， 从而可以基于 Dixon 法实现水脂分离。 附图说明 0022 图 1 为根据本发明的方法的流程示意图。 0023 图 2 为 BLADE 轨迹的示意图。 0024 图 3A 和图 3B 为利用三点 Dixon 法采集反相位图像原始数据和同相位图像原始数 据的序列示意图。 0025 图 4A 为本发明对同相位图像原始数据进行相位校正的流程示意图， 图 4B 为本发 明对反相位图像原始数据进行相位校正的流程示意图。 0026 图 5A、 图 5B、 图 5C 分别为模型 (phantom) 的反相位图像、 同相位图像和反相位图 说 明 书 C。

15、N 102232831 A CN 102232832 A3/5 页 5 像， 图5D为根据本发明方法得到的模型的水图像， 图5E为根据本发明方法得到的模型的脂 肪图像。 0027 图 6A、 图 6B、 图 6C 分别为膝盖的反相位图像、 同相位图像和反相位图像， 图 6D 为 脂肪的图像， 图 6E 为水的图像。图 6F 为根据现有技术得到的脂肪的图像。 0028 图 7A、 图 7B、 图 7C 分别为脑部的反相位图像、 同相位图像和反相位图像， 图 7D 和 图 7E 为脂肪的图像， 图 7F 和图 7G 为水的图像。其中， 图 7D 和图 7F 是根据本发明的方法 得到的图像， 图 7。

16、E 和图 7G 是利用笛卡尔轨迹采集、 快速自旋回波序列和 Dixon 法得到的图 像。 具体实施方式 0029 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 以下举实施例对本发明进一步详 细说明。 0030 参见图 1， 根据本发明的一个实施例， 本发明用于水脂分离的磁共振成像方法包括 如下步骤 ： 0031 步骤 101， 磁共振成像设备利用刀锋伪影校正 (BLADE) 轨迹采集一幅同相位图像 的原始数据和两幅反相位图像的原始数据。 0032 本申请的发明人巧妙地将 BLADE 技术应用到 Dixon 方法中。所述 BLADE 技术， 也 被 称 为 螺 旋 浆 (PROPELLER， P。

17、eriodically Rotated Overlapping ParallEL Lines withEnhanced Reconstruction) 技术， 可参见 James G.Pipe 的论文 “Motion Correction WithPROPELLER MRI ： Application to head motion and free-breathing cardiac imaging” (Magnetic Resonance in Medicine， 42 ： 963-969， 1999 年 11 月 )。 0033 采集每幅图像原始数据的 BLADE 轨迹如图 2 所示， 以。

18、 N(N 为正整数， 图 1 中 N 取 10) 个数据带 (strip) 来采集 K 空间数据， 这些数据带沿圆周方向等角度旋转分布， 每个数 据带包括 L(L 为正整数， 图 1 中 L 取 9) 行平行的数据线 (line)。 0034 图 3A 和图 3B 示意性给出了三点 Dixon 法在采集 BLADE 轨迹中各个数据带时的序 列， 其中图 3A 采集的是反相位图像的原始数据， 图 3B 采集的是同相位图像的原始数据。在 图 3A 和图 3B 中， RF 和 RO 分别表示射频脉冲和读出梯度， 图中省略了选层梯度、 相位编码 梯度。 0035 如图3A所示， 磁共振成像设备首先发射。

19、一个90度射频脉冲RF_0， 然后再发射一个 180 度重聚相射频脉冲 RF_1。在距离 90 度射频脉冲 RF_0 的回波时间 (TE) 之后， 磁共振成 像设备在读出梯度方向上施加读出梯度， 分别读取两根数据线Out_1和Out_2。 接着再发射 一个 180 度重聚相射频脉冲 RF_2， 得到第二个回波， 并在读出梯度方向上施加读出梯度， 分 别读取两根数据线 Out_3 和 Out_4 ； 重复上述操作， 直至读取 BLADE 轨迹中所有的数据线， 得到两幅反相位图像的原始数据。其中， 数据线 Out_1、 Out_3、 Out_5等构成一幅反相 位图像的原始数据， 数据线 Out_2。

20、、 Out_4、 Out_6等构成另一幅反相位图像的原始数据。 0036 如图3B所示， 磁共振成像设备首先发射一个90度射频脉冲RF_0， 然后再发射一个 180 度重聚相射频脉冲 RF_1。在距离 90 度射频脉冲 RF_0 的回波时间 (TE) 之后， 磁共振成 像设备在读出梯度方向上施加读出梯度， 读取一根数据线 In_1。接着再发射一个 180 度重 聚相射频脉冲 RF_2， 得到第二个回波， 并在读出梯度方向上施加读出梯度， 读取一根数据线 说 明 书 CN 102232831 A CN 102232832 A4/5 页 6 In_2 ； 重复上述操作， 直至读取 BLADE 轨迹。

21、中所有的数据线， 得到一幅同相位图像的原始数 据。 0037 需要说明的是图 3A 和图 3B 只是示意性地给出了一种采集次序， 本发明并不局限 于此。例如， 本发明可以先采集一个同相位的回波， 然后采集两个反相位的回波， 得到相应 的原始数据。或者， 在采集两个反相位的回波的中间采集一个同相位的回波， 在这种方式 下， 每个重聚相脉冲之后采集三个回波， 即， 一个同相位回波和两个反相位回波， 以得到相 应的原始数据。 0038 步骤 102， 磁共振成像设备根据同相位图像原始数据重建同相位图像， 并且根据反 相位图像原始数据重建反相位图像。 0039 在重建同相位图像时， 磁共振成像设备首先。

22、对各个数据带进行相位校正。如图 4A 所示， 在相位校正过程中， 利用窗函数 ( 例如三角窗函数、 金字塔窗函数 ) 对数据带进行 窗操作， 并对窗操作后的数据进行二维 (2D) 快速傅立叶变换， 不妨将得到的数据称为窗数 据 ； 另一方面， 对数据带也进行二维快速傅立叶变换， 并从中去除上述窗数据的相位， 对所 得数据进行二维快速傅立叶逆变换(iFFT)， 从而得到相位校正的数据带。 然后， 磁共振成像 设备对相位校正后的数据带进行旋转校正和平移校正， 并经过快速傅立叶变换得到一幅同 相位图像。 0040 在重建反相位图像时， 本申请的发明人对其中的相位校正提出了改进。如图 4B 所 示， 。

23、在相位校正过程中， 磁共振成像设备利用窗函数对同相位图像原始数据的相应数据带 ( 在 k 空间中相同角度的数据带 ) 进行窗操作， 并进行二维快速傅立叶变换， 从而得到同相 位图像的窗数据 ； 另一发面， 对反相位图像的数据带也进行二维快速傅立叶变换， 并从中去 除上述同相位图像的窗数据的相位， 对所得数据进行二维快速傅立叶逆变换， 从而得到相 位校正的反相位图像数据带。与同相位图像的重建过程相似， 然后对相位校正后的数据带 进行旋转校正和平移校正， 最终经过快速傅立叶变换得到反相位图像。 0041 在上述过程中， 利用同相位图像的数据带作为参考， 对反相位图像的数据带进行 相位校正， 保留了。

24、反相位信息， 从而可以根据 Dixon 法进行水脂分离成像。在对 BLADE 轨迹 采集数据的常规处理中， 由于消除了两幅反相位图像中的反相位信息， 因此经过常规处理 得到的反相位图像无法用于 Dixon 法的水脂分离成像。 0042 步骤 103， 磁共振成像设备根据一幅同相位图像和两幅反相位图像， 计算出水的图 像和脂肪的图像。 在本步骤中， 可以利用已有的各种方式来计算水和脂肪的图像， 例如与本 申请同日递交的、 申请人为西门子迈迪特(深圳)磁共振有限公司、 发明人为贺强和翁得河 的中国专利申请 “一种磁共振成像水脂分离方法” 、 或中国专利申请 200510008973.0 中介 绍的。

25、计算方式， 这里不再赘述。 0043 如图 5A 至 5E 所示， 本申请的发明人根据本发明的方法利用一台 1.5T 的磁共振成 像设备对模型进行了水脂分离成像。模型所用两个圆形容器内装有水， 一个方形容器内装 有食用油 ( 即， 脂肪 )。 0044 图 5A 和图 5C 分别为两幅反相位图像， 图 5B 为一幅同相位图像， 图 5D 为根据本发 明方法得到的水的图像， 图 5E 为根据本发明方法得到的脂肪图像。从图 5D 和图 5E 的结果 来看， 本发明的方法在图像中有效地分离了水和脂肪。 0045 如图 6A 至图 6E 所示， 本申请的发明人还根据本发明的方法利用 1.5T 的磁共振。

26、成 说 明 书 CN 102232831 A CN 102232832 A5/5 页 7 像设备对一位志愿者的膝盖进行了水脂分离成像。图 6A 和图 6C 分别为两幅反相位图像， 图 6B 为一幅同相位图像， 图 6D 为根据本发明方法得到的水的图像， 图 6E 为根据本发明方 法得到的脂肪的图像。从图 6D 和图 6E 的结果来看， 本发明的方法在图像中有效地分离了 水和脂肪。 0046 作为比较， 本申请的发明人还用频谱脂肪抑制方法对上述膝盖成像， 结果如图 6F 所示。比较图 6E 和图 6F 可以看出， 图 6E 有效地分离了水和脂肪， 并且不存在明显的伪影， 而图 6F 在人体左右方。

27、向 ( 图中左右方向 ) 可以看到明显的脉动伪影。 0047 此外， 如图 7A 至图 7G 所示， 本申请的发明人根据本发明的方法和另一种方法 ( 快 速自旋回波序列， 笛卡尔轨迹采集， 以及 Dixon 法水脂分离技术 ) 利用 1.5T 磁共振成像设 备对一位志愿者的头部进行了水脂分离成像。其中， 图 7A 和图 7C 分别为两幅反相位图像， 图 7B 为一幅同相位图像， 图 7D 为根据本发明方法得到的脂肪的图像， 图 7E 为根据上述另 一种方法得到的脂肪的图像， 图7F为根据本发明方法得到的水的图像， 图7G为根据上述另 一种方法得到的水的图像。 0048 分别比较图 7D 与图 。

28、7E( 脂肪的图像 )、 图 7F 与图 7G( 水的图像 )， 可以看出， 根据 本发明的方法得到的水和脂肪图像具有较少的伪影。 0049 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 102232831 A CN 102232832 A1/6 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102232831 A CN 102232832 A2/6 页 9 图 3A 图 3B 说 明 书 附 图 CN 102232831 A CN 102232832 A3/6 页 10 图 4A 图 4B 图 5A 说 明 书 附 图 CN 102232831 A CN 102232832 A4/6 页 11 图 5B图 5C 图 5D 图 5E 图 6A 图 6B 说 明 书 附 图 CN 102232831 A CN 102232832 A5/6 页 12 图 6C 图 6D 图 6E 图 6F 图 7A 图 7B 说 明 书 附 图 CN 102232831 A CN 102232832 A6/6 页 13 图 7C 图 7D 图 7E 图 7F 图 7G 说 明 书 附 图 CN 102232831 A 。