磁共振成像的改进的制作方法
磁共振成像的改进的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁共振成像。
【背景技术】
[0002]临床磁共振(MR)成像技术通常从氢质子检测信号。
[0003]所检测到的氢质子主要是部分的水，或部分的有机分子例如蛋白质、碳水化合物和脂肪，或部分的引入的无机-有机复合物，例如硅酮/硅胶。
[0004]成像体素中不同氢质子池的相应信号强度由它们的自旋密度、纵向和横向弛豫时间(分别是Tl和T2)以及所用的成像序列的参数引起。
[0005]通过利用氢原子的特定特征(氢具有单质子(IH)核)，根据化学形态和组织中含氢种类(例如硅酮/硅胶或脂质(脂肪)分子)的局部微观环境，MR成像(MRI)提供软组织之间良好的对比。
[0006]氢质子在高分子/大分子例如脂肪或娃酮/娃胶中的电子屏蔽大于氢质子在水中所经历的电子屏蔽。这导致对氢质子的不同的微观磁场环境，以及随后对不同的含氢化学种类的不同氢质子共振频率-称为化学位移。
[0007]例如，已知脂肪具有带多个峰的复合谱，这是由于其不同的氢质子链，其中最大峰从水的峰值移向低磁场达约3.5ppm。
[0008]已知的MR成像模式依赖于与水峰相比脂肪峰的抑制。相对于水峰脂肪抑制的更先进的方法是直接通过空间谱脉冲激发水峰，而非抑制脂肪峰。
[0009]成功并准确地从水和脂肪分离信号的基于化学位移的水-脂肪分离方法提供了一种机制，通过所述机制器官的脂肪浸润可被量化成不同的疾病状况。例如，在美国非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是慢性肝病的主要原因，影响近三分之一的美国人口。目前诊断NAFLD的基准是肝脏活组织检查，这是昂贵的、有风险的、并且还存在高采样变异性，大大地限制了其临床效用。因此，对非侵入性生物标记例如成像存在很大的需求，不仅为了疾病的早期检测，而且还为了可靠的量化疾病的严重程度。
[0010]在两种不同的MR化学种类可在给定的空间/体内支配MR信号的情况，将给定的信号分量归于给定的种类可能很有问题，除非对于给定的种类信号衰减或恢复的相对比例或平均率相对于其它种类是已知的，或其它解剖参考信息可用于进行区别。这传统上可见于自旋回波成像，其中对在不同回波时间采集的信号强度数据试图多指数衰减曲线拟合，以得到特征横向弛豫率和促成MR信号的两个或多个MR种类的相对比例。在梯度回波成像中出现类似的情况，其中正弦振荡叠加在MR信号衰减曲线上，这是由于促成MR信号的化学种类的特征MR频率的差异。这种情况的一个示例出现在含有水和脂肪的空间/体的梯度回波成像，其中希望隔离水和脂肪信号和/或确定各自的相对百分比贡献率。当水/脂肪模型假定每个种类的特征MR频率并拟合到幅度图像数据，对水或脂肪分配给定的信号分量不能可靠地进行，除非已知给定的组织不能超过50%的脂肪，或其它解剖结构信息可用于进行区别。
[0011]在将双指数信号衰减模型拟合到梯度回波图像数据出现的水/脂肪不明确问题起因于模型的过于简单，其中脂肪由单共振频率表征。通过改为利用对脂肪的多峰谱模型(由对脂肪分子的主要氢质子组导致促成MR信号)有可能解决不明确性，但是采用这种方法的基于幅度的技术还没有证实超过50%脂肪分数的效用(2011年Yokoo等)。
[0012]使用具有幅度和相位的复合数据可有助于克服水/脂肪不明确问题，但也要求确定场图，其中复合数据还对来自不同源的相位误差敏感(2008年Yu等，2009年Reeder等，Reeder等人的美国专利申请公开号US2011/0254547)。
[0013]不过，如果对脂肪和水的相对比例以及它们的弛豫率的最初估计更接近反映其它种类的实际值，可能仍产生不明确性，因为拟合则很可能会聚于错误分配的每个成分。这个结果可能易于出现在双指数信号衰减模型，其中拟合和数据之间差的均方误差存在很多局部最小值，拟合程序可能被绘制为表示全局最小解，并因而错误地将脂肪成分归为水成分，反之亦然。
[0014]关于水-硅酮/硅胶分离MR成像技术，应当理解，采用本发明的一种或多种形式使得存在的富硅种类能够被评估，从而识别是否出现植入物的泄漏或损害。这对于乳房和其它基于硅胶的植入物可提供极其重要的非侵入性安全筛选技术。
[0015]本发明希望提供一种磁共振技术，其能够通过量化一种选定种类的比例例如脂肪或硅胶从组织中的水化学分离。
【发明内容】
[0016]鉴于上文所述，本发明的一个方面提供了一种表征磁共振(MR)化学种类的相对比例的方法，其中一种或多种化学种类具有多峰MR谱，所述方法包括:
a)相对于至少一种所述多峰化学种类的两个主谱峰之间的频率差限定同相测量时间窗口和异相测量时间窗口，其中同相窗口捕获促进对两个主峰最大同相的信号，而异相窗口捕获促进对两个主峰最大异相的信号，和
b)相对于在异相窗口的参考信号衰减识别信号在同相窗口的增大的向上偏差，其中所述信号在同相窗口的向上偏差提供了一种或多种多峰谱种类对其它种类的增大存在的指不O
[0017]所述方法可扩展为包括相对于在异相窗口的参考信号衰减识别信号在异相窗口的偏差，其中所述异相偏差充当一种或多种多峰谱种类相对于其它种类减少存在的指示。
[0018]本发明的一种或多种形式有利于使多峰化学种类的MR成像成为可能。
[0019]优选地，多峰化学种类是脂肪或硅胶。
[0020]体内脂肪的比例和分布，例如内脏脂肪和/或皮下脂肪，或器官或组织内例如肝脏，可利用本发明的一个或多个实施例进行MR成像。
[0021]可取参考信号衰减表示平均促成MR信号的化学种类的弛豫影响，使得其可以进一步由单指数衰减表示。
[0022]随着多峰化学种类的百分比增大，来自该参考衰减的偏差增大。因此，得到不是无意交换的两种或更多种化学种类(例如，水和脂肪)分数的最初估计，例如25%脂肪和75 %水相对于75 %脂肪和25 %水就成为可能。与25 %脂肪含量相比，75 %脂肪含量会在同相窗口中促成测得信号的增大的向上偏差。
[0023]本发明的一个或多个实施例有益地使得磁共振(MR)弛豫率和两种不同的磁共振化学种类的相对比例的表征成为可能，其中一种化学种类相对于其它具有一个主MR谱峰(例如，IH水的MR谱)的化学种类具有两个或更多个主MR谱峰(例如，IH脂肪的MR谱)。
[0024]因此，本发明有利地使组织中脂肪(或其它选定的种类)和水的百分比/比例量的成像成为可能。
[0025]应当理解，可采用本发明来识别相对于水的其它多谱种类。例如，硅胶，来识别并量化硅胶从植入物进入组织或组织附近的泄漏。
[0026]在1H(氢质子)临床成像中隔离组织内促成MR信号表现方式的磁共振化学种类的比例存在固有的困难，是因为在感兴趣区域上的平均信号，或归于单个体素的信号。这是由于在信号体内(例如，体素)对于任何给定的氢质子池在信号的MR弛豫或恢复通常跟随相同形式的信号演化曲线，同任何其它的氢质子池。当存在两个占主导地位的氢质子池，则难以不无意地错配每个池的比例。
[0027]本发明通过分析相对于单(水)共振峰目标化学种类例如脂肪的多峰谱模型的两峰之间的表现方式，克服了错配的问题和/或充分细化改进脂肪和水成分的最初估计。
[0028]对于本领域技术人员显而易见的是，本发明还可以应用到其他非IHMR化学种类的分离，例如，水与硅胶。
[0029]对于本领域技术人员还显而易见的是，脂肪百分比分数的估计还可进一步细化以顾及其它可能的混淆，例如R2*增强，其程度还可由所采集的回波时间图像数据估计。
[0030]还可以确定根据同相和异相窗口的概念获得的信息的其它偏差，这也落入本发明的范围内。
[0031]相对于两个主脂肪谱峰的频率差限定同相窗口和异相窗口的概念被视为是意义深远的。在含有水和脂肪的信号体/空间，脂肪百分比含量的增大会导致相对于参考信号衰减在同相窗口中测得的信号的增大的向上偏差，最佳表达为单指数衰减，其为来自水和脂肪的弛豫贡献的平均表示。随着脂肪含量百分比的增大，来自该参考衰减的偏差增大。得到不是无意交换的水和脂肪分数的最初估计，例如25%脂肪和75%水相对于75%脂肪和25%水就成为可能。与25%脂肪含量相比，75%脂肪含量会促成在同相窗口中测得的信号的增大的向上偏差。
[0032]本发明的另一实施例包括通过凭经验的方法确定参考信号衰减，包括以下步骤:将异相窗口分成两个更小窗口，确定每个更小窗口中平均强度值和平均测量时间值，并根据单指数衰减的方程式利用两个平均强度/测量时间对以确定对参考弛豫过程的2点近似。
[0033]优选地，通过从在给定测量时间的实际信号强度减去在给定测量时间由参考弛豫信号等式计算的参考信号强度可由参考信号衰减确定信号强度的偏差，相对于该实际信号强度归一化。
[0034]特征同相或异相偏差可分别由同相或异相偏差确定。优选地，特征同相或异相 偏差可分别被确定为在同相或异相窗口的最大绝对偏差。
[0035]本发明的一种方法可包括通过同相和异相偏差的缩放和阈值的组合确定多峰化学种类的比例。
[0036]可取相对于其它种类更少比例的多峰化学种类等于同相和异相偏差的凭经验确定的阈值内的缩放的异相偏差。
[0037]可取相对于其它种类更大比例的多峰化学种类等于一减去同相和异相偏差的凭经验确定的阈值外的缩放的异相偏差的比例缩放。
[0038]本发明的一个或多个实施例可使用多峰化学种类的比例参照由参考信号衰减在零测量时间的信号强度来确定化学种类在零测量时间的信号强度的最初估计。
[0039]优选地，本发明的一个或多个实施例包括表征磁共振(MR)弛豫率和两个或更多个磁共振化学种类的相对比例，其中相对于其它具有一个主MR谱峰的化学种类，一种所述化学种类具有两个或更多个主MR谱峰。
[0040]本发明的一个或多个实施例可包括表征磁共振(MR)弛豫率和两个或更多个磁共振化学种类的相对比例，其中相对于其它具有一个主MR谱峰的化学种类，一种所述化学种类具有两个或更多个主MR谱峰。
[0041]优选地，具有两个或更多个主谱峰的化学种类是脂肪，而具有一个主谱峰的化学种类是水。
[0042]可估计脂肪的百分比或比例分数，优选地包括考虑进来自所采集的回波时间图像数据的一个或多个其它混淆。一个或多个其它混淆可包括R2*增强。
[0043]优选地，可对回波时间采集梯度回波图像数据，其中来自两种化学种类的复合信号在首先异相后随后同相，或者对其中具有多峰谱的种类的两个主导氢质子池的复合信号在首先异相后随后同相，取更长者。
[0044]通过将对最长回波时间采集的数据分成两个测量时间窗口可估计两种或更多种化学种类的相对比例。
[0045]第一测量时间窗口可从回波时间为Oms延伸到来自两个主导脂肪氢质子池的复合信号首先异相的回波时间点。
[0046]第二测量时间窗口可覆盖来自两个主导脂肪氢质子池的复合信号同相回来的一段回波时间。
【附图说明】
[0047]下文将结合附图描述本发明的一个或多个实施例，其中:
[0048]图1示出了磁共振(MR)谱(谱图)的图表，显示水和脂肪的峰的分离。
[0049]图2示出了梯度回波衰减，表示水和脂肪的同相和异相振荡。
[0050]图3示出了图2的梯度回波衰减痕迹的特定同相和异相窗口。
[0051]图4a示出了来自本发明的实际测试的最初估计体模中存在的脂肪的图表，而图4b示出了使用最初估计的拟合结果的图表。
[0052]图5a和5b示出了在3.0T成像的在感兴趣的圆形区域内对体模的百分比脂肪图，分别为通过采用本发明的一个实施例(图5b)实现的最初估计和利用最初估计得自拟合结果(图5a)。
[0053]图6a示出了含脂肪的体模的图像并利用本发明的一个实施例成像。
[0054]图6b示出了区域平均％脂肪对实际脂肪％的图表，其中％脂肪由体模在预期的
1-对_1线上实现。
[0055]图7示出了谱图，显示水和硅胶之间峰的分离。
【具体实施方式】
[0056]参见图1，脂肪MR谱示出有多个峰1-6，其中主(脂肪I)峰与主水峰间隔3.4ppm。脂肪2副峰与主脂肪I峰间隔0.Sppm0
[0057]图2示出了梯度回波衰减图，场强为1.5T。衰减线示出为水和脂肪同相最大值与水和脂肪异相最小值之间的正弦振荡。示出主脂肪I和副脂肪2在19.6ms同相最大，而在9.8ms异相最小。
[0058]图3识别相应的异相和同相窗口。因此，当水_脂肪共振:S减彳目号和参考彳目号:S减之间的差增加时，存在增大比例的脂肪。
[0059]在测试扫描中，在1.5T 和 3.0T (分别是 SiemensAvanto 和 PhilipsAchieva)对体模和志愿者获取幅度梯度回波图像数据，其中最大扫描时间为30s。测试体模包括酸奶、奶油、黄油、猪油和香肠，其脂肪含量百分比从产品标签上的营养信息获得。在每种情况，2-D多回波扰相梯度回波序列通过下述参数运行:偏转角20°和TR200ms以降低Tl权重；8个相等间隔的回波时间/每场强为3.6ms.T，切片厚度/层厚8mm ;带宽为500Hz/像素(在1.5T)和1970Hz/像素(在3.0T);矩阵大小256像素。
[0060]脂肪-水信号衰减模型随后利用本发明的一个实施例被实施，用于多分量MR参数映射。
[0061]在一个特定测试中，进行了通过双R2*映射用于0-100%脂肪-水分离的基于幅度的梯度回波图像技术。通过相对于水的243Hz、217Hz、166Hz、32Hz和]38Hz (每1.5T)的五个频率分量实施脂肪的多峰谱模型，其中对应标称权重为0.09、0.7、0.12、0.04和0.05，如文献中所报道。对水和脂肪建单独的R2*参数的模型。进行一个一个像素对信号功率的非线性曲线拟合，作为回波时间的函数，采用单纯形模拟退火技术。由自动背景噪声分析确定的幅度图像数据的非零基线在拟合前从像素信号强度正交减去。由本发明的一个实施例计算对脂肪和水信号比例的最初估计。拟合的信号分数被转换成体积分数，提供脂肪百分比浓度。准确度和精确度被计算为计算的脂肪浓度和标记的脂肪浓度之间差的平均值和标准偏差。
[0062]图4a给出的示例为最初估计的％脂肪与实际％脂肪相比的图表。图4b是拟合结果的％脂肪与实际％脂肪相比的示例。
[0063]图4b示出了每个标绘的感兴趣的体模区域的平均脂肪百分比对产品上标记的脂肪浓度。对于本发明的实施例，图4b中结果的依据是准确到0.2%内，和精确到2.5%内。
[0064]图5a和5b示出了在3.0T成像的在感兴趣的圆形区域内的体模的脂肪百分比图，分别为通过采用本发明的一个实施例实现的最初估计和来自利用最初估计的拟合结果。
[0065]本发明的一个或多个实施例使得由幅度梯度回波图像数据估计两种主导MR化学种类的相对比例成为可能，其中一种种类具有多峰MR谱，所述多峰MR谱具有两个主峰。
[0066]尽管说明书会主要提及包括水和脂肪的MR信号体，本发明可应用于其它MR化学种类，例如硅胶。
[0067]在水和硅胶的情况，它们的复合信号主要在?220Hz/T倍数同相，在MR场强为
1.5T是?3.1ms的倍数(基于硅胶相对于水的单特征MR频率)。两个主要硅胶氢质子池主要在?26Hz/T的倍数同相，在MR场强为1.5T是?26.0ms的倍数。因而在场强为1.5T，应当理想地对?26ms采集用于估计硅胶和水的相对比例的数据，尽管对该值的75%在?19ms所采集的数据也可以用于本发明。
[0068]参见图7，硅胶MR谱示出具有多个峰1-3，其中主(硅胶I)峰与主水峰间隔?5.0ppm0硅胶2副峰与主硅胶I峰间隔?0.6ppm。(在几乎完全抑制脂肪信号后留有残余脂肪峰)。
[0069]关于硅胶作为脂肪，可用相同的脉冲序列-2D扰相梯度回波脉冲序列，但额外要求获取的图像具有脂肪抑制。
[0070]因此，对娃胶可在1.5T 和 3.0T (分别是 SiemensAvanto 和 PhilipsAchieva)在体模和志愿者上获取幅度梯度回波图像数据。可采用最大扫描时间为30s。在每种情况，2D多回波扰相梯度回波序列(带脂肪抑制)建议具有下述参数:偏转角20°和TR200ms以降低Tl权重；16个相等间隔的回波时间/每场强为?1.0ms.T，切片厚度/层厚8mm ;带宽为500Hz/像素(在1.5T)和1970Hz/像素(在3.0T);矩阵大小256像素。
[0071]用于幅度拟合组合的硅胶/水信号模型的对于外回波时间所采集的数据量应为递增，其中硅胶和水信号近似同相和异相进行，在3.1ms的一半，在1.5T为每1.55ms，使得对24.8ms采集可达到16个不同的回波时间图像，或对18.6ms (24.8ms的75% )采集达到12个回波时间图像。
[0072]当使硅胶成像时(例如在乳房植入物中)，可抑制脂肪信号，以便硅胶信号显示为壳图像。
[0073]对附近的回波时间要求采集梯度回波图像数据，其中来自两个MR种类的复合信号在首先异相后然后同相，或者对其中具有多峰谱的种类的两个主导氢质子池的复合信号在首先异相后然后同相，取更长者。
[0074]对于水和脂肪，它们的复合信号主要在140Hz/T倍数同相，在MR场强为1.5T是?4.8ms的倍数(基于脂肪相对于水的单特征MR频率)。两个主要脂肪氢质子池主要在34Hz/T的倍数同相，在MR场强为1.5T是?19.6ms的倍数。因而在场强为1.5T，应当理想的对19.6ms采集用于估计脂肪和水的相对比例的数据，尽管对该值的?75%采集的数据也可用于本发明。
[0075]用于幅度拟合组合的脂肪/水信号 模型的对外回波时间所采集的数据量应是递增的，其中脂肪和水信号大致同相和异相进行，在4.8ms的一半，在1.5T为每2.4ms，使得对19.6ms采集可达到8个单独的回波时间图像，或对14.7ms (19.6ms的75% )采集达到6个回波时间图像。
[0076]适当估计水和脂肪的相对比例在于将对最长回波时间采集到的数据分成两个测量时间窗口(可能重叠)。第一测量时间窗口从回波时间为Oms延伸到来自两个主要脂肪氢质子池的复合信号首先异相的回波时间点，在从它们随后同相的回波时间的一半处。
[0077]在场强为1.5T，第一测量时间窗口的端点则在19.6ms的一半的附近，在?9.8ms。第二测量时间窗口覆盖来自两个主导脂肪氢质子池的复合信号同相回来的回波时间跨度。这可以从9.8ms处的点到19.6ms，或与第一窗口重叠，从这些值下到?75%,从7.3ms到14.7ms0
[0078]第一测量时间窗口因而捕获可达到对脂肪的两个主导氢质子池最大异相的信号数据(“异相窗口”)，而第二测量时间窗口捕获来自两个主导氢质子池的复合信号同相回来的数据(“同相窗口”)。
[0079]理想地，异相和同相窗口因而应当跨四个不同的回波时间图像。
[0080]在异相和同相测量窗口，确定相对于总体参考弛豫过程在给定信号体内信号强度的偏差。在这种情况，参考弛豫过程取对所有氢质子的平均弛豫过程，通过单指数衰减表述，尽管可采用其它信号模型衰减表示。参考弛豫过程可由通过曲线拟合或其它近似方式(可包括凭经验的)的数据建模型。
[0081 ] 一种凭经验的方法是将异相窗口一分为二成两个子窗口，并且由每个窗口的数据来平均强度和回波时间值，并利用来自两个子窗口的两个得到的强度/回波时间对，根据单指数衰减的方程式得到对参考弛豫过程的2点近似。
[0082]可以通过多种方式计算相对于参考弛豫过程在信号强度上的偏差。不过，优选的方法是从在给定回波时间的实际信号强度减去在该给定回波时间由参考弛豫方程式计算的参考信号强度，相对于该实际信号强度归一化。
[0083]—列偏差因而在与获取的回波时间图像配对的同相和异相窗口上获得。
[0084]在每个窗口上，然后可以确定特征偏差，同样通过多种方式，其中优选的方法是在给定窗口中最大偏差的绝对值，在下文中会被称为对同相窗口为“同相偏差”，对异相窗口为“异相偏差”。
[0085]通过例如缩放和阈值的组合由同相和异相偏差可确定脂肪百分比分数的最初估
i+o
[0086]通过异相偏差的适当缩放，脂肪百分比分数可取等于同相和异相偏差在凭经验确定的阈值内的缩放的异相偏差。在这些阈值外，脂肪百分比分数不再通过缩放的异相偏差近似，而是设定为一减缩放的异相偏差的缩放比例。
[0087]一种方法是确定异相偏差在其上而同时同相偏差在其下的阈值，“阈值之外”脂肪百分比近似值优选为比“阈值内”脂肪百分比近似值更真实接近实际脂肪百分比分数。
[0088]通过所确定的最初估计的脂肪百分比分数，在回波时间为Oms的脂肪和水信号强度的最初估计可以相对于参考弛豫过程在回波时间为Oms的信号强度被确定。
[0089]水和脂肪的弛豫率的最初估计还均可相对于参考弛豫过程的弛豫率设定。这些可被设定为两者均等于参考弛豫率，如果水/脂肪信号模型表达为对水和脂肪具有共同的弛豫率。
[0090]可替换地，如果水/脂肪信号模型表达为对水和脂肪具有不同的弛豫率，可进一步凭经验假定以便为水和脂肪的弛豫率设定不同的最初值，例如脂肪比水具有固有更快的弛豫。
[0091]通过首先将对水和脂肪具有共同弛豫率的水/脂肪信号模型拟合到幅度图像数据，还可对对于水和脂肪具有不同弛豫率的水/脂肪信号模型的最初估计进行细化改进。拟合值随后可用作对水和脂肪具有不同弛豫率的水/脂肪信号模型的最初估计，同样应用脂肪的弛豫率快于水的弛豫率的经验标准。
[0092]图6a示出了含有脂肪的体模的图像并利用本发明的一个实施例成像。
[0093]图6b示出了区域平均％脂肪对实际脂肪％的图表，其中％脂肪由体模到预期的I对I线来实现。
【主权项】
1.一种表征磁共振(MR)化学种类的相对比例的方法，其中一种或多种化学种类具有多峰MR谱，所述方法包括: a)相对于至少一种多峰化学种类的两个主谱峰之间的频率差限定同相测量时间窗口和异相测量时间窗口，其中同相窗口捕获促进两个主峰最大同相的信号，而异相窗口捕获促进两个主峰最大异相的信号，和 b)相对于在异相窗口的参考信号衰减识别信号在同相窗口的增大的向上偏差，其中所述信号在同相窗口的向上偏差提供了一种或多种多峰谱种类对其它种类的增大的存在的指示。2.根据权利要求1所述的方法，其中相对于在异相窗口的参考信号衰减还识别信号在异相窗口的偏差，其中所述异相偏差充当一种或多种多峰谱种类相对于其它种类的减少的存在的指不。3.根据权利要求2所述的方法，用于磁共振成像(MRI)。4.根据权利要求1所述的方法，其中多峰化学种类是脂肪或硅胶。5.根据权利要求3所述的方法，包括MR成像脂肪在体内的比例和/或分布。6.根据权利要求1所述的方法，其中参考信号衰减由促成MR信号的化学种类的弛豫效应平均。7.根据权利要求1所述的方法，其中参考信号衰减是单指数衰减，表示平均促成MR信号的化学种类的弛豫效应。8.根据权利要求1所述的方法，包括通过凭经验的方法确定参考信号衰减，包括以下步骤: 将异相窗口分成两个更小窗口； 确定每个更小窗口的平均强度值和平均测量时间值；和 根据单指数衰减的方程式利用两个平均强度/测量时间对以确定参考弛豫过程的2点近似。9.根据权利要求1所述的方法，包括通过从在给定测量时间的实际信号强度减去在该给定测量时间由参考弛豫等式计算的参考信号强度来确定信号强度从参考信号衰减的偏差，相对于所述实际信号强度归一化。10.根据权利要求9所述的方法，分别从同相或异相偏差确定特征同相或异相偏差。11.根据权利要求9所述的方法，包括分别确定特征同相或异相偏差为在同相或异相窗口的最大绝对偏差。12.根据权利要求9所述的方法，包括通过同相和异相偏差的缩放和阈值的组合确定多峰化学种类的比例。13.根据权利要求9所述的方法，其中相对于其它种类更少比例的多峰化学种类取等于凭经验确定的同相和异相偏差的阈值内的缩放的异相偏差。14.根据权利要求9所述的方法，其中相对于其它种类更大比例的多峰化学种类取等于一减去凭经验确定的同相和异相偏差的阈值外的缩放的异相偏差的比例缩放。15.根据权利要求12所述的方法，包括参照由参考信号衰减在零测量时间的信号强度利用多峰化学种类的比例以确定化学种类在零测量时间的信号强度的最初估计。16.根据权利要求1所述的方法，包括表征磁共振(MR)弛豫率和两种或更多种磁共振化学种类的相对比例，其中相对于其它具有一个主MR谱峰的化学种类，一种所述化学种类具有两个或更多个主MR谱峰。17.根据权利要求16所述的方法，其中具有两个或更多个主谱峰的化学种类是脂肪，而具有一个主谱峰的化学种类是水。18.根据权利要求1所述的方法，包括估计脂肪百分比或比例分数，包括考虑来自采集的回波时间图像数据的一个或多个其它的混淆。19.根据权利要求18所述的方法，其中一个或多个其它的混淆包括R2*增强。20.根据权利要求1所述的方法，包括对回波时间采集梯度回波图像数据，其中来自两种化学种类的复合信号在首先异相后然后同相，或者对其中具有多峰谱的种类的两个主导氢质子池的复合信号在首先异相后然后同相，取更长者。21.根据权利要求1所述的方法，包括通过将对最长回波时间采集的数据分成两个测量时间窗口来估计两种或更多种化学种类的相对比例。22.根据权利要求21所述的方法，其中第一测量时间窗口从回波时间为Oms延伸到来自两个主导脂肪氢质子池的复合信号首先异相的回波时间点。23.根据权利要求21所述的方法，其中第二测量时间窗口覆盖来自两个主导脂肪氢质子池的复合信号同相回来的回波时间跨度。
【专利摘要】一种表征磁共振(MR)化学种类的相对比例的方法，其中一种或多种化学种类具有多峰MR谱，包括相对于至少一种所述多峰化学种类的两个主谱峰之间的频率差限定同相测量时间窗口和异相测量时间窗口。同相窗口捕获促进对两个主峰最大同相的信号，而异相窗口捕获促进对两个主峰异相最大的信号。所述方法包括相对于在异相窗口的参考信号衰减识别信号在同相窗口的增大的向上偏差，其中所述信号在同相窗口的向上偏差提供了一种或多种多峰谱种类对其它种类的增大的存在的指示。
【IPC分类】A61B5/055
【公开号】CN104902815
【申请号】CN201380062887
【发明人】P·克拉克
【申请人】玛格内珀斯有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月27日
【公告号】EP2925224A1, US20150285883, WO2014082128A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁共振成像。
【背景技术】
[0002]临床磁共振(MR)成像技术通常从氢质子检测信号。
[0003]所检测到的氢质子主要是部分的水，或部分的有机分子例如蛋白质、碳水化合物和脂肪，或部分的引入的无机-有机复合物，例如硅酮/硅胶。
[0004]成像体素中不同氢质子池的相应信号强度由它们的自旋密度、纵向和横向弛豫时间(分别是Tl和T2)以及所用的成像序列的参数引起。
[0005]通过利用氢原子的特定特征(氢具有单质子(IH)核)，根据化学形态和组织中含氢种类(例如硅酮/硅胶或脂质(脂肪)分子)的局部微观环境，MR成像(MRI)提供软组织之间良好的对比。
[0006]氢质子在高分子/大分子例如脂肪或娃酮/娃胶中的电子屏蔽大于氢质子在水中所经历的电子屏蔽。这导致对氢质子的不同的微观磁场环境，以及随后对不同的含氢化学种类的不同氢质子共振频率-称为化学位移。
[0007]例如，已知脂肪具有带多个峰的复合谱，这是由于其不同的氢质子链，其中最大峰从水的峰值移向低磁场达约3.5ppm。
[0008]已知的MR成像模式依赖于与水峰相比脂肪峰的抑制。相对于水峰脂肪抑制的更先进的方法是直接通过空间谱脉冲激发水峰，而非抑制脂肪峰。
[0009]成功并准确地从水和脂肪分离信号的基于化学位移的水-脂肪分离方法提供了一种机制，通过所述机制器官的脂肪浸润可被量化成不同的疾病状况。例如，在美国非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是慢性肝病的主要原因，影响近三分之一的美国人口。目前诊断NAFLD的基准是肝脏活组织检查，这是昂贵的、有风险的、并且还存在高采样变异性，大大地限制了其临床效用。因此，对非侵入性生物标记例如成像存在很大的需求，不仅为了疾病的早期检测，而且还为了可靠的量化疾病的严重程度。
[0010]在两种不同的MR化学种类可在给定的空间/体内支配MR信号的情况，将给定的信号分量归于给定的种类可能很有问题，除非对于给定的种类信号衰减或恢复的相对比例或平均率相对于其它种类是已知的，或其它解剖参考信息可用于进行区别。这传统上可见于自旋回波成像，其中对在不同回波时间采集的信号强度数据试图多指数衰减曲线拟合，以得到特征横向弛豫率和促成MR信号的两个或多个MR种类的相对比例。在梯度回波成像中出现类似的情况，其中正弦振荡叠加在MR信号衰减曲线上，这是由于促成MR信号的化学种类的特征MR频率的差异。这种情况的一个示例出现在含有水和脂肪的空间/体的梯度回波成像，其中希望隔离水和脂肪信号和/或确定各自的相对百分比贡献率。当水/脂肪模型假定每个种类的特征MR频率并拟合到幅度图像数据，对水或脂肪分配给定的信号分量不能可靠地进行，除非已知给定的组织不能超过50%的脂肪，或其它解剖结构信息可用于进行区别。
[0011]在将双指数信号衰减模型拟合到梯度回波图像数据出现的水/脂肪不明确问题起因于模型的过于简单，其中脂肪由单共振频率表征。通过改为利用对脂肪的多峰谱模型(由对脂肪分子的主要氢质子组导致促成MR信号)有可能解决不明确性，但是采用这种方法的基于幅度的技术还没有证实超过50%脂肪分数的效用(2011年Yokoo等)。
[0012]使用具有幅度和相位的复合数据可有助于克服水/脂肪不明确问题，但也要求确定场图，其中复合数据还对来自不同源的相位误差敏感(2008年Yu等，2009年Reeder等，Reeder等人的美国专利申请公开号US2011/0254547)。
[0013]不过，如果对脂肪和水的相对比例以及它们的弛豫率的最初估计更接近反映其它种类的实际值，可能仍产生不明确性，因为拟合则很可能会聚于错误分配的每个成分。这个结果可能易于出现在双指数信号衰减模型，其中拟合和数据之间差的均方误差存在很多局部最小值，拟合程序可能被绘制为表示全局最小解，并因而错误地将脂肪成分归为水成分，反之亦然。
[0014]关于水-硅酮/硅胶分离MR成像技术，应当理解，采用本发明的一种或多种形式使得存在的富硅种类能够被评估，从而识别是否出现植入物的泄漏或损害。这对于乳房和其它基于硅胶的植入物可提供极其重要的非侵入性安全筛选技术。
[0015]本发明希望提供一种磁共振技术，其能够通过量化一种选定种类的比例例如脂肪或硅胶从组织中的水化学分离。
【发明内容】
[0016]鉴于上文所述，本发明的一个方面提供了一种表征磁共振(MR)化学种类的相对比例的方法，其中一种或多种化学种类具有多峰MR谱，所述方法包括:
a)相对于至少一种所述多峰化学种类的两个主谱峰之间的频率差限定同相测量时间窗口和异相测量时间窗口，其中同相窗口捕获促进对两个主峰最大同相的信号，而异相窗口捕获促进对两个主峰最大异相的信号，和
b)相对于在异相窗口的参考信号衰减识别信号在同相窗口的增大的向上偏差，其中所述信号在同相窗口的向上偏差提供了一种或多种多峰谱种类对其它种类的增大存在的指不O
[0017]所述方法可扩展为包括相对于在异相窗口的参考信号衰减识别信号在异相窗口的偏差，其中所述异相偏差充当一种或多种多峰谱种类相对于其它种类减少存在的指示。
[0018]本发明的一种或多种形式有利于使多峰化学种类的MR成像成为可能。
[0019]优选地，多峰化学种类是脂肪或硅胶。
[0020]体内脂肪的比例和分布，例如内脏脂肪和/或皮下脂肪，或器官或组织内例如肝脏，可利用本发明的一个或多个实施例进行MR成像。
[0021]可取参考信号衰减表示平均促成MR信号的化学种类的弛豫影响，使得其可以进一步由单指数衰减表示。
[0022]随着多峰化学种类的百分比增大，来自该参考衰减的偏差增大。因此，得到不是无意交换的两种或更多种化学种类(例如，水和脂肪)分数的最初估计，例如25%脂肪和75 %水相对于75 %脂肪和25 %水就成为可能。与25 %脂肪含量相比，75 %脂肪含量会在同相窗口中促成测得信号的增大的向上偏差。
[0023]本发明的一个或多个实施例有益地使得磁共振(MR)弛豫率和两种不同的磁共振化学种类的相对比例的表征成为可能，其中一种化学种类相对于其它具有一个主MR谱峰(例如，IH水的MR谱)的化学种类具有两个或更多个主MR谱峰(例如，IH脂肪的MR谱)。
[0024]因此，本发明有利地使组织中脂肪(或其它选定的种类)和水的百分比/比例量的成像成为可能。
[0025]应当理解，可采用本发明来识别相对于水的其它多谱种类。例如，硅胶，来识别并量化硅胶从植入物进入组织或组织附近的泄漏。
[0026]在1H(氢质子)临床成像中隔离组织内促成MR信号表现方式的磁共振化学种类的比例存在固有的困难，是因为在感兴趣区域上的平均信号，或归于单个体素的信号。这是由于在信号体内(例如，体素)对于任何给定的氢质子池在信号的MR弛豫或恢复通常跟随相同形式的信号演化曲线，同任何其它的氢质子池。当存在两个占主导地位的氢质子池，则难以不无意地错配每个池的比例。
[0027]本发明通过分析相对于单(水)共振峰目标化学种类例如脂肪的多峰谱模型的两峰之间的表现方式，克服了错配的问题和/或充分细化改进脂肪和水成分的最初估计。
[0028]对于本领域技术人员显而易见的是，本发明还可以应用到其他非IHMR化学种类的分离，例如，水与硅胶。
[0029]对于本领域技术人员还显而易见的是，脂肪百分比分数的估计还可进一步细化以顾及其它可能的混淆，例如R2*增强，其程度还可由所采集的回波时间图像数据估计。
[0030]还可以确定根据同相和异相窗口的概念获得的信息的其它偏差，这也落入本发明的范围内。
[0031]相对于两个主脂肪谱峰的频率差限定同相窗口和异相窗口的概念被视为是意义深远的。在含有水和脂肪的信号体/空间，脂肪百分比含量的增大会导致相对于参考信号衰减在同相窗口中测得的信号的增大的向上偏差，最佳表达为单指数衰减，其为来自水和脂肪的弛豫贡献的平均表示。随着脂肪含量百分比的增大，来自该参考衰减的偏差增大。得到不是无意交换的水和脂肪分数的最初估计，例如25%脂肪和75%水相对于75%脂肪和25%水就成为可能。与25%脂肪含量相比，75%脂肪含量会促成在同相窗口中测得的信号的增大的向上偏差。
[0032]本发明的另一实施例包括通过凭经验的方法确定参考信号衰减，包括以下步骤:将异相窗口分成两个更小窗口，确定每个更小窗口中平均强度值和平均测量时间值，并根据单指数衰减的方程式利用两个平均强度/测量时间对以确定对参考弛豫过程的2点近似。
[0033]优选地，通过从在给定测量时间的实际信号强度减去在给定测量时间由参考弛豫信号等式计算的参考信号强度可由参考信号衰减确定信号强度的偏差，相对于该实际信号强度归一化。
[0034]特征同相或异相偏差可分别由同相或异相偏差确定。优选地，特征同相或异相 偏差可分别被确定为在同相或异相窗口的最大绝对偏差。
[0035]本发明的一种方法可包括通过同相和异相偏差的缩放和阈值的组合确定多峰化学种类的比例。
[0036]可取相对于其它种类更少比例的多峰化学种类等于同相和异相偏差的凭经验确定的阈值内的缩放的异相偏差。
[0037]可取相对于其它种类更大比例的多峰化学种类等于一减去同相和异相偏差的凭经验确定的阈值外的缩放的异相偏差的比例缩放。
[0038]本发明的一个或多个实施例可使用多峰化学种类的比例参照由参考信号衰减在零测量时间的信号强度来确定化学种类在零测量时间的信号强度的最初估计。
[0039]优选地，本发明的一个或多个实施例包括表征磁共振(MR)弛豫率和两个或更多个磁共振化学种类的相对比例，其中相对于其它具有一个主MR谱峰的化学种类，一种所述化学种类具有两个或更多个主MR谱峰。
[0040]本发明的一个或多个实施例可包括表征磁共振(MR)弛豫率和两个或更多个磁共振化学种类的相对比例，其中相对于其它具有一个主MR谱峰的化学种类，一种所述化学种类具有两个或更多个主MR谱峰。
[0041]优选地，具有两个或更多个主谱峰的化学种类是脂肪，而具有一个主谱峰的化学种类是水。
[0042]可估计脂肪的百分比或比例分数，优选地包括考虑进来自所采集的回波时间图像数据的一个或多个其它混淆。一个或多个其它混淆可包括R2*增强。
[0043]优选地，可对回波时间采集梯度回波图像数据，其中来自两种化学种类的复合信号在首先异相后随后同相，或者对其中具有多峰谱的种类的两个主导氢质子池的复合信号在首先异相后随后同相，取更长者。
[0044]通过将对最长回波时间采集的数据分成两个测量时间窗口可估计两种或更多种化学种类的相对比例。
[0045]第一测量时间窗口可从回波时间为Oms延伸到来自两个主导脂肪氢质子池的复合信号首先异相的回波时间点。
[0046]第二测量时间窗口可覆盖来自两个主导脂肪氢质子池的复合信号同相回来的一段回波时间。
【附图说明】
[0047]下文将结合附图描述本发明的一个或多个实施例，其中:
[0048]图1示出了磁共振(MR)谱(谱图)的图表，显示水和脂肪的峰的分离。
[0049]图2示出了梯度回波衰减，表示水和脂肪的同相和异相振荡。
[0050]图3示出了图2的梯度回波衰减痕迹的特定同相和异相窗口。
[0051]图4a示出了来自本发明的实际测试的最初估计体模中存在的脂肪的图表，而图4b示出了使用最初估计的拟合结果的图表。
[0052]图5a和5b示出了在3.0T成像的在感兴趣的圆形区域内对体模的百分比脂肪图，分别为通过采用本发明的一个实施例(图5b)实现的最初估计和利用最初估计得自拟合结果(图5a)。
[0053]图6a示出了含脂肪的体模的图像并利用本发明的一个实施例成像。
[0054]图6b示出了区域平均％脂肪对实际脂肪％的图表，其中％脂肪由体模在预期的
1-对_1线上实现。
[0055]图7示出了谱图，显示水和硅胶之间峰的分离。
【具体实施方式】
[0056]参见图1，脂肪MR谱示出有多个峰1-6，其中主(脂肪I)峰与主水峰间隔3.4ppm。脂肪2副峰与主脂肪I峰间隔0.Sppm0
[0057]图2示出了梯度回波衰减图，场强为1.5T。衰减线示出为水和脂肪同相最大值与水和脂肪异相最小值之间的正弦振荡。示出主脂肪I和副脂肪2在19.6ms同相最大，而在9.8ms异相最小。
[0058]图3识别相应的异相和同相窗口。因此，当水_脂肪共振:S减彳目号和参考彳目号:S减之间的差增加时，存在增大比例的脂肪。
[0059]在测试扫描中，在1.5T 和 3.0T (分别是 SiemensAvanto 和 PhilipsAchieva)对体模和志愿者获取幅度梯度回波图像数据，其中最大扫描时间为30s。测试体模包括酸奶、奶油、黄油、猪油和香肠，其脂肪含量百分比从产品标签上的营养信息获得。在每种情况，2-D多回波扰相梯度回波序列通过下述参数运行:偏转角20°和TR200ms以降低Tl权重；8个相等间隔的回波时间/每场强为3.6ms.T，切片厚度/层厚8mm ;带宽为500Hz/像素(在1.5T)和1970Hz/像素(在3.0T);矩阵大小256像素。
[0060]脂肪-水信号衰减模型随后利用本发明的一个实施例被实施，用于多分量MR参数映射。
[0061]在一个特定测试中，进行了通过双R2*映射用于0-100%脂肪-水分离的基于幅度的梯度回波图像技术。通过相对于水的243Hz、217Hz、166Hz、32Hz和]38Hz (每1.5T)的五个频率分量实施脂肪的多峰谱模型，其中对应标称权重为0.09、0.7、0.12、0.04和0.05，如文献中所报道。对水和脂肪建单独的R2*参数的模型。进行一个一个像素对信号功率的非线性曲线拟合，作为回波时间的函数，采用单纯形模拟退火技术。由自动背景噪声分析确定的幅度图像数据的非零基线在拟合前从像素信号强度正交减去。由本发明的一个实施例计算对脂肪和水信号比例的最初估计。拟合的信号分数被转换成体积分数，提供脂肪百分比浓度。准确度和精确度被计算为计算的脂肪浓度和标记的脂肪浓度之间差的平均值和标准偏差。
[0062]图4a给出的示例为最初估计的％脂肪与实际％脂肪相比的图表。图4b是拟合结果的％脂肪与实际％脂肪相比的示例。
[0063]图4b示出了每个标绘的感兴趣的体模区域的平均脂肪百分比对产品上标记的脂肪浓度。对于本发明的实施例，图4b中结果的依据是准确到0.2%内，和精确到2.5%内。
[0064]图5a和5b示出了在3.0T成像的在感兴趣的圆形区域内的体模的脂肪百分比图，分别为通过采用本发明的一个实施例实现的最初估计和来自利用最初估计的拟合结果。
[0065]本发明的一个或多个实施例使得由幅度梯度回波图像数据估计两种主导MR化学种类的相对比例成为可能，其中一种种类具有多峰MR谱，所述多峰MR谱具有两个主峰。
[0066]尽管说明书会主要提及包括水和脂肪的MR信号体，本发明可应用于其它MR化学种类，例如硅胶。
[0067]在水和硅胶的情况，它们的复合信号主要在?220Hz/T倍数同相，在MR场强为
1.5T是?3.1ms的倍数(基于硅胶相对于水的单特征MR频率)。两个主要硅胶氢质子池主要在?26Hz/T的倍数同相，在MR场强为1.5T是?26.0ms的倍数。因而在场强为1.5T，应当理想地对?26ms采集用于估计硅胶和水的相对比例的数据，尽管对该值的75%在?19ms所采集的数据也可以用于本发明。
[0068]参见图7，硅胶MR谱示出具有多个峰1-3，其中主(硅胶I)峰与主水峰间隔?5.0ppm0硅胶2副峰与主硅胶I峰间隔?0.6ppm。(在几乎完全抑制脂肪信号后留有残余脂肪峰)。
[0069]关于硅胶作为脂肪，可用相同的脉冲序列-2D扰相梯度回波脉冲序列，但额外要求获取的图像具有脂肪抑制。
[0070]因此，对娃胶可在1.5T 和 3.0T (分别是 SiemensAvanto 和 PhilipsAchieva)在体模和志愿者上获取幅度梯度回波图像数据。可采用最大扫描时间为30s。在每种情况，2D多回波扰相梯度回波序列(带脂肪抑制)建议具有下述参数:偏转角20°和TR200ms以降低Tl权重；16个相等间隔的回波时间/每场强为?1.0ms.T，切片厚度/层厚8mm ;带宽为500Hz/像素(在1.5T)和1970Hz/像素(在3.0T);矩阵大小256像素。
[0071]用于幅度拟合组合的硅胶/水信号模型的对于外回波时间所采集的数据量应为递增，其中硅胶和水信号近似同相和异相进行，在3.1ms的一半，在1.5T为每1.55ms，使得对24.8ms采集可达到16个不同的回波时间图像，或对18.6ms (24.8ms的75% )采集达到12个回波时间图像。
[0072]当使硅胶成像时(例如在乳房植入物中)，可抑制脂肪信号，以便硅胶信号显示为壳图像。
[0073]对附近的回波时间要求采集梯度回波图像数据，其中来自两个MR种类的复合信号在首先异相后然后同相，或者对其中具有多峰谱的种类的两个主导氢质子池的复合信号在首先异相后然后同相，取更长者。
[0074]对于水和脂肪，它们的复合信号主要在140Hz/T倍数同相，在MR场强为1.5T是?4.8ms的倍数(基于脂肪相对于水的单特征MR频率)。两个主要脂肪氢质子池主要在34Hz/T的倍数同相，在MR场强为1.5T是?19.6ms的倍数。因而在场强为1.5T，应当理想的对19.6ms采集用于估计脂肪和水的相对比例的数据，尽管对该值的?75%采集的数据也可用于本发明。
[0075]用于幅度拟合组合的脂肪/水信号 模型的对外回波时间所采集的数据量应是递增的，其中脂肪和水信号大致同相和异相进行，在4.8ms的一半，在1.5T为每2.4ms，使得对19.6ms采集可达到8个单独的回波时间图像，或对14.7ms (19.6ms的75% )采集达到6个回波时间图像。
[0076]适当估计水和脂肪的相对比例在于将对最长回波时间采集到的数据分成两个测量时间窗口(可能重叠)。第一测量时间窗口从回波时间为Oms延伸到来自两个主要脂肪氢质子池的复合信号首先异相的回波时间点，在从它们随后同相的回波时间的一半处。
[0077]在场强为1.5T，第一测量时间窗口的端点则在19.6ms的一半的附近，在?9.8ms。第二测量时间窗口覆盖来自两个主导脂肪氢质子池的复合信号同相回来的回波时间跨度。这可以从9.8ms处的点到19.6ms，或与第一窗口重叠，从这些值下到?75%,从7.3ms到14.7ms0
[0078]第一测量时间窗口因而捕获可达到对脂肪的两个主导氢质子池最大异相的信号数据(“异相窗口”)，而第二测量时间窗口捕获来自两个主导氢质子池的复合信号同相回来的数据(“同相窗口”)。
[0079]理想地，异相和同相窗口因而应当跨四个不同的回波时间图像。
[0080]在异相和同相测量窗口，确定相对于总体参考弛豫过程在给定信号体内信号强度的偏差。在这种情况，参考弛豫过程取对所有氢质子的平均弛豫过程，通过单指数衰减表述，尽管可采用其它信号模型衰减表示。参考弛豫过程可由通过曲线拟合或其它近似方式(可包括凭经验的)的数据建模型。
[0081 ] 一种凭经验的方法是将异相窗口一分为二成两个子窗口，并且由每个窗口的数据来平均强度和回波时间值，并利用来自两个子窗口的两个得到的强度/回波时间对，根据单指数衰减的方程式得到对参考弛豫过程的2点近似。
[0082]可以通过多种方式计算相对于参考弛豫过程在信号强度上的偏差。不过，优选的方法是从在给定回波时间的实际信号强度减去在该给定回波时间由参考弛豫方程式计算的参考信号强度，相对于该实际信号强度归一化。
[0083]—列偏差因而在与获取的回波时间图像配对的同相和异相窗口上获得。
[0084]在每个窗口上，然后可以确定特征偏差，同样通过多种方式，其中优选的方法是在给定窗口中最大偏差的绝对值，在下文中会被称为对同相窗口为“同相偏差”，对异相窗口为“异相偏差”。
[0085]通过例如缩放和阈值的组合由同相和异相偏差可确定脂肪百分比分数的最初估
i+o
[0086]通过异相偏差的适当缩放，脂肪百分比分数可取等于同相和异相偏差在凭经验确定的阈值内的缩放的异相偏差。在这些阈值外，脂肪百分比分数不再通过缩放的异相偏差近似，而是设定为一减缩放的异相偏差的缩放比例。
[0087]一种方法是确定异相偏差在其上而同时同相偏差在其下的阈值，“阈值之外”脂肪百分比近似值优选为比“阈值内”脂肪百分比近似值更真实接近实际脂肪百分比分数。
[0088]通过所确定的最初估计的脂肪百分比分数，在回波时间为Oms的脂肪和水信号强度的最初估计可以相对于参考弛豫过程在回波时间为Oms的信号强度被确定。
[0089]水和脂肪的弛豫率的最初估计还均可相对于参考弛豫过程的弛豫率设定。这些可被设定为两者均等于参考弛豫率，如果水/脂肪信号模型表达为对水和脂肪具有共同的弛豫率。
[0090]可替换地，如果水/脂肪信号模型表达为对水和脂肪具有不同的弛豫率，可进一步凭经验假定以便为水和脂肪的弛豫率设定不同的最初值，例如脂肪比水具有固有更快的弛豫。
[0091]通过首先将对水和脂肪具有共同弛豫率的水/脂肪信号模型拟合到幅度图像数据，还可对对于水和脂肪具有不同弛豫率的水/脂肪信号模型的最初估计进行细化改进。拟合值随后可用作对水和脂肪具有不同弛豫率的水/脂肪信号模型的最初估计，同样应用脂肪的弛豫率快于水的弛豫率的经验标准。
[0092]图6a示出了含有脂肪的体模的图像并利用本发明的一个实施例成像。
[0093]图6b示出了区域平均％脂肪对实际脂肪％的图表，其中％脂肪由体模到预期的I对I线来实现。
【主权项】
1.一种表征磁共振(MR)化学种类的相对比例的方法，其中一种或多种化学种类具有多峰MR谱，所述方法包括: a)相对于至少一种多峰化学种类的两个主谱峰之间的频率差限定同相测量时间窗口和异相测量时间窗口，其中同相窗口捕获促进两个主峰最大同相的信号，而异相窗口捕获促进两个主峰最大异相的信号，和 b)相对于在异相窗口的参考信号衰减识别信号在同相窗口的增大的向上偏差，其中所述信号在同相窗口的向上偏差提供了一种或多种多峰谱种类对其它种类的增大的存在的指示。2.根据权利要求1所述的方法，其中相对于在异相窗口的参考信号衰减还识别信号在异相窗口的偏差，其中所述异相偏差充当一种或多种多峰谱种类相对于其它种类的减少的存在的指不。3.根据权利要求2所述的方法，用于磁共振成像(MRI)。4.根据权利要求1所述的方法，其中多峰化学种类是脂肪或硅胶。5.根据权利要求3所述的方法，包括MR成像脂肪在体内的比例和/或分布。6.根据权利要求1所述的方法，其中参考信号衰减由促成MR信号的化学种类的弛豫效应平均。7.根据权利要求1所述的方法，其中参考信号衰减是单指数衰减，表示平均促成MR信号的化学种类的弛豫效应。8.根据权利要求1所述的方法，包括通过凭经验的方法确定参考信号衰减，包括以下步骤: 将异相窗口分成两个更小窗口； 确定每个更小窗口的平均强度值和平均测量时间值；和 根据单指数衰减的方程式利用两个平均强度/测量时间对以确定参考弛豫过程的2点近似。9.根据权利要求1所述的方法，包括通过从在给定测量时间的实际信号强度减去在该给定测量时间由参考弛豫等式计算的参考信号强度来确定信号强度从参考信号衰减的偏差，相对于所述实际信号强度归一化。10.根据权利要求9所述的方法，分别从同相或异相偏差确定特征同相或异相偏差。11.根据权利要求9所述的方法，包括分别确定特征同相或异相偏差为在同相或异相窗口的最大绝对偏差。12.根据权利要求9所述的方法，包括通过同相和异相偏差的缩放和阈值的组合确定多峰化学种类的比例。13.根据权利要求9所述的方法，其中相对于其它种类更少比例的多峰化学种类取等于凭经验确定的同相和异相偏差的阈值内的缩放的异相偏差。14.根据权利要求9所述的方法，其中相对于其它种类更大比例的多峰化学种类取等于一减去凭经验确定的同相和异相偏差的阈值外的缩放的异相偏差的比例缩放。15.根据权利要求12所述的方法，包括参照由参考信号衰减在零测量时间的信号强度利用多峰化学种类的比例以确定化学种类在零测量时间的信号强度的最初估计。16.根据权利要求1所述的方法，包括表征磁共振(MR)弛豫率和两种或更多种磁共振化学种类的相对比例，其中相对于其它具有一个主MR谱峰的化学种类，一种所述化学种类具有两个或更多个主MR谱峰。17.根据权利要求16所述的方法，其中具有两个或更多个主谱峰的化学种类是脂肪，而具有一个主谱峰的化学种类是水。18.根据权利要求1所述的方法，包括估计脂肪百分比或比例分数，包括考虑来自采集的回波时间图像数据的一个或多个其它的混淆。19.根据权利要求18所述的方法，其中一个或多个其它的混淆包括R2*增强。20.根据权利要求1所述的方法，包括对回波时间采集梯度回波图像数据，其中来自两种化学种类的复合信号在首先异相后然后同相，或者对其中具有多峰谱的种类的两个主导氢质子池的复合信号在首先异相后然后同相，取更长者。21.根据权利要求1所述的方法，包括通过将对最长回波时间采集的数据分成两个测量时间窗口来估计两种或更多种化学种类的相对比例。22.根据权利要求21所述的方法，其中第一测量时间窗口从回波时间为Oms延伸到来自两个主导脂肪氢质子池的复合信号首先异相的回波时间点。23.根据权利要求21所述的方法，其中第二测量时间窗口覆盖来自两个主导脂肪氢质子池的复合信号同相回来的回波时间跨度。
【专利摘要】一种表征磁共振(MR)化学种类的相对比例的方法，其中一种或多种化学种类具有多峰MR谱，包括相对于至少一种所述多峰化学种类的两个主谱峰之间的频率差限定同相测量时间窗口和异相测量时间窗口。同相窗口捕获促进对两个主峰最大同相的信号，而异相窗口捕获促进对两个主峰异相最大的信号。所述方法包括相对于在异相窗口的参考信号衰减识别信号在同相窗口的增大的向上偏差，其中所述信号在同相窗口的向上偏差提供了一种或多种多峰谱种类对其它种类的增大的存在的指示。
【IPC分类】A61B5/055
【公开号】CN104902815
【申请号】CN201380062887
【发明人】P·克拉克
【申请人】玛格内珀斯有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月27日
【公告号】EP2925224A1, US20150285883, WO2014082128A1
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