[發明專利]一種磁共振成像中的Dixon水脂分離及辨析方法及系統

在審

• 申請號: 201410633013.2
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN104382597A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 朱高杰
• 申請（專利權）人: 奧泰醫療系統有限責任公司
• 主分類號: A61B5/055
• 分類號: A61B5/055
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 李凌峰

技術領域

本發明涉及磁共振成像技術，特別涉及Dixon水脂分離、辨析的磁共振成像技術。

背景技術

磁共振成像技術是利用氫質子的核磁共振現象進行成像的一種技術。人體內包含單數質子的原子核，例如廣泛存在的氫原子核，其質子具有自旋運動。帶電原子核的自旋運動，在物理上類似于單獨的小磁體，而且在沒有外部條件影響下這些小磁體的方向性分布是隨機的。當人體置于外部磁場中時，這些小磁體將按照外部磁場的磁力線重新排列具體為在平行于或反平行于外在磁場磁力線的兩個方向排列，將上述平行于外在磁場磁力線的方向稱為正縱向軸，將上述反平行于外在磁場磁力線的方向稱為負縱向軸，原子核只具有縱向磁化分量，該縱向磁化分量既具有方向又具有幅度。

用特定頻率的射頻(RF，Radio?Frequency)脈沖激發處于外在磁場中的原子核，使這些原子核的自旋軸偏離正縱向軸或負縱向軸，產生共振，這就是磁共振現象。上述被激發原子核的自旋軸偏離正縱向軸或負縱向軸之后，原子核具有了橫向磁化分量。

停止發射射頻脈沖后，被激發的原子核發射回波信號，將吸收的能量逐步以電磁波的形式釋放出來，其相位和能級都恢復到激發前的狀態，將原子核發射的回波信號經過空間編碼等進一步處理即可重建圖像。

人體中的氫質子主要以兩種形式存在，一種存在于水分子中，其化學鍵為O-H鍵；另一種存在于脂肪分子中，其化學鍵為C-H鍵。由于這兩種結構中氫質子周圍電子云分布的不同，造成水分子中氫質子所感受到的磁場強度稍高些，最終導致水分子中氫質子的進動頻率要比脂肪分子中氫質子稍快些，其差別為3.5ppm。例如場強為1.5T，水分子比脂肪分子中的氫質子進動頻率快217Hz左右。

在臨床磁共振成像中，往往需要確切的知曉總信號中多個化學成分的單獨的貢獻。這種方法可以用來抑制某種化學成分或者是分離不同的化學成分，例如水或者脂肪。不同化學成分對信號的貢獻可以通過以下方式計算：采集兩個或者多個回波，這些回波具有不同的回波時間。上述采集方式可以被認為是一種化學位移編碼，該編碼的緯度在化學位移方向，實現方法是在采集多個具有不同回波時間的回波信號。

特別的，對于人體內水脂信號，可以通過Dixon水脂成像方法計算出體素內水、脂肪的含量。基于已知的水、脂肪信號的進動頻率的差異，在最簡單的情況下，只需要對“同相位”和“反相位”的回波信號進行相加或相減操作，就能夠計算出水、脂肪的含量。這就是最初的水脂成像方法，即Dixon技術[Dixon?WT,Simple?proton?spectroscopic?imaging]。

同相位圖像可以表示為：

I₁＝W+F；

反相位圖像可以表示為：

I₂＝W-F；

其中，W為水信號，F為脂肪信號。進而有，

W＝(I₁+I₂)/2；

F＝(I₁-I₂)/2；

但是，在主磁場不均勻等外部相位誤差的情況下，原始的Dixon技術無法有效的實現水脂分離、辨析。為了矯正相位誤差，Yeung?HN等人于1986年在原始Dixon方法的基礎上增加一個采集回波，即“三點Dixon”方法，并提出采用相位解卷繞的方法實現相位矯正(Yeung?HN,Kormos?DW.Separation?of?true?fat?and?water?images?by?correcting?magnetic?field?inhomogeneity?in?situ.Radiology?1986；159:783-786)。Glover?GH等人將上述概念加以推廣，并實現了多個“三點Dixon”的變體，包括(-180,0,180)或(0,180,360)等(Glover?GH.Three?points?Dixon?technique?for?true?water/fat?decomposition?with?B0inhomogeneity?correction.Magn?Reson?Med?1991；18:371-383)。

傳統Dixon方法一般要求回波信號中水脂信號成同相位或者反相位的關系，因而對成像脈沖序列所能采用的回波時間(TE)及相關參數有嚴格的限制。這種要求對用戶在成像序列參數的選擇上帶來了不必要的限制。