使用回波分裂的磁共振指纹法(MRF)

摘要

描述了与使用回波分裂的核磁共振（NMR）指纹法相关联的装置、方法和其他实施例。一个示例性装置包括NMR逻辑，配置为重复并且可变地对与对象相关联的（k，t，E）空间进行采样以获取NMR信号集合。NMR信号集合的成员与（k，t，E）空间中的不同点相关联。在以非恒定的方式变化的t和/或E的情况下执行采样。变化的参数可以包括回波分裂脉冲的数目、回波分裂脉冲之间的间隔、回波分裂脉冲的翻转角、回波时间、RF幅度和其他参数。NMR装置还可以包括：信号逻辑，配置为根据NMR信号产生NMR信号演进；以及表征逻辑，配置为作为将所获取的信号与参考信号作比较的结果来表征对象中的共振物种。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求同一发明人的在2012年12月19日提交的美国临时申请61/739,311的权益。

联邦资助声明

本发明至少部分地利用在下述联邦授权号下供应的联邦资助进行开发：由NIH提供的联邦授权号1R01HL094557、由NIH提供的联邦授权号5K99EB0111527、以及由NIH提供的联邦授权号1KL2RR024990。联邦政府对本发明具有一定权利。

背景技术

传统磁共振成像（MRI）寻求在单个时间点产生具有恒定信号的单个回波。传统MRI序列可以使用固定的翻转角集合来在单个回波时间（TE）生成信号。然而，在脉冲序列中应用多个射频（RF）脉冲可能在除了仅期望的TE之外的时间产生多个自旋和受激回波。通常，这些较高回波路径被重调焦距或破坏，以有助于单个期望信号达到稳定状态。

传统磁共振（MR）脉冲序列包括配置为产生稳定状态信号的准备阶段、等待阶段和获取阶段，可以从稳定状态信号产生图像。准备阶段确定何时可以获取信号，并且确定所获取的信号的属性。例如，第一脉冲序列可以被设计为在第一回波时间（TE）产生T1加权信号，而第二脉冲序列可以被设计为在第二TE产生T2加权信号，其中T1是自旋-点阵弛豫，并且T2是自旋-自旋弛豫。这些传统脉冲序列通常被设计为提供定性结果，其中，以突出具体参数（例如，T1弛豫、T2弛豫）的各种加权或对比度来获取数据。

MR指纹法（MRF）采用不同的方法。MRF序列寻求使用不同获取参数的组合来生成独特的信号演进。 MRF根据预先计算的词典，通过分析所获取的空间和时间上非相干的信号，来同时生成量化图。作为运行以产生恒定信号的替代，MRF通过改变获取参数来包含信号动态特性。例如，可以改变翻转角和重复时间，以生成针对不同组织类型的独特信号演进。

在Ma D, Gulani V, Seiberlich N, Liu K, Sunshine J, Duerk J, and Griswold M. Magnet Resonance Fingerprinting, Nature, 495:187-192 (2013)中描述了MRF。在Griswold等人的2011年3月18日提交的美国专利申请13/051,144中和Griswold等人的2012年9月19日提交的美国专利申请13/623,104 中也描述了MRF。

附图说明

附图被并入说明书中并构成说明书的一部分，附图图示了各种示例性系统、方法和本发明的各个方面的其他示例性实施例。应当理解，附图中图示的元件边界（例如，框、框组或其他形状）表示边界的一个示例。本领域普通技术人员将理解，在一些示例中，一个元件可以被设计成多个元件，或者多个元件可以被设计成一个元件。在一些示例中，示作另一元件的内部组件的元件可以被实现为外部组件，并且反之亦然。此外，元件可以不是按比例绘制的。

图1图示了与分裂回波序列相关联的多个回波通路。

图2图示了来自所获取的信号和MRF重建信号的示例性信号演进。

图3将传统序列块与MRF序列块作比较和对比。

图4图示了与使用回波分裂的MRF相关联的示例性方法。

图5图示了与使用回波分裂的MRF相关联的示例性方法。

图6图示了与使用回波分裂的MRF相关联的示例性装置。

图7图示了与使用回波分裂的MRF相关联的示例性装置。

图8图示了配置为执行使用回波分裂的MRF的MR装置。

图9图示了在利用回波分裂序列的MRF中通过不同的回波分裂块所产生的多个回波通路的不同集合。

图10a-10b图示了示例性磁共振指纹法（MRF）序列图案。图10a图示了示例性获取序列图。图10b图示了翻转角（FA）和重复时间（TR）图案的示例。

图11a-11c图示了示例性信号属性和匹配结果。图11a图示了与脑的四个正常组织相对应的仿真信号演进曲线。图11b图示了所获取的信号演进曲线及其与词典的比较的一个示例。图11c图示了从匹配算法取回的T₁和T₂值。

图12a-12d图示了与核磁共振（NMR）指纹法相关联的活体结果中的示例。图12a图示了T1图（ms），图12b图示了T2图（ms），图12c图示了非共振图（Hz），并且图12d图示了质子密度图。

图13图示了从使用回波分裂的MRF生成的T1、T2和M0（净磁化）图。

图14比较从利用回波分裂方法和自旋回波方法的MRF获得的T1和T2值。

具体实施方式

传统MRI序列寻求在良好定义的回波时间（TE）产生具有恒定信号的信号回波路径。使用回波分裂的MRI序列寻求在一时间段中产生具有不同信号和特性的多个回波路径。回波分裂MRF序列寻求产生多个回波路径的不同集合。一种示例性回波分裂技术是快速回波分裂技术（QUEST），其在Heid O、Deimling M和Huk W.的QUEST - A Quick Echo Split NMR Imaging Technique, Magn Reson Med 1993; 29:280-283中, 并且在Jere?i? R、Bock M和Schad LR.的An amplitude optimized single-shot hybrid QUEST technique. Magn Reson Imaging 2000;18:23-32中进行了描述。

示例性回波分裂方法可以被称为非周期性步进脉冲方法或广义步进脉冲方法。回波分裂方法认可，在对象中产生的一种磁化可以被划分，以产生多个回波路径。在一个示例中，磁化可以被反复划分，以产生多个回波路径。重复移相和激励可以用于将磁化划分成指数增长的回波数。在一个示例中，一个磁化可以产生高达3^k个回波路径，其中k是回波分裂RF脉冲的数目。在该方法中，RF脉冲和梯度瓣（gradient lobe）的数目是回波数目的对数函数，而不是回波数目的线性函数。例如，N = 2/3 * 3^k个路径可以是梯度可撤销的并且因此用于成像。因为该数目增长得如此快，所以在不同实施例中，可以对k使用小的数目（例如，4、6）。

在一个回波分裂方法中，具有任意翻转角α的单个RF脉冲的应用将相位φ的单个路径分裂成三个部分。在一个示例中，由m个适当间隔的RF脉冲与k个重调焦距180°脉冲生成的回波的最大可实现数目是k*3^m-k-1，其中k和m是整数。在一个示例中，当在获取阶段期间应用恒定读出梯度而不是在读出期间切换梯度时，得到额外的改善。因此，在一个实施例中，在回波采样期间可能不存在梯度场切换。

示例性装置和方法可以对从由回波分裂磁化使用多个回波分裂（例如，翻转角）激励来生成的多个回波路径获取的信号执行磁共振指纹法（MRF）。MRF可以涉及识别所获取的信号和存储在预先计算的词典中的信息之间的相关性。因为可以同时获取多个回波路径，所以获取时间可能显著减少，并且在单个回波路径系统上每单位时间获取的新颖信息量可以显着增加。因为可以从较小数目（例如，4个）的RF脉冲生成多个回波路径，所以在单个回波路径系统上RF沉积和比吸收率（SAR）可以显着减少。因为可以通过改变回波分裂激励（例如，RF脉冲）的数目、通过改变回波分裂激励之间的间隔或者通过改变回波分裂激励的翻转角来获取多个回波路径的不同集合，所以与传统系统相比，可以在极短的时间段中获取丰富的信号集合。

示例性装置和方法使用回波分裂技术来使得对其应用NMR激励的材料中的共振物种并行生成多个不同的信号演进。如本文使用的术语“共振物种”是指可以使用核磁共振（NMR）使其发生共振的事物（例如，水、脂肪、组织、材料）。可以在一时间段中收集多个不同的信号演进，以识别针对该材料的信号演进。那么在一个实施例中，可以通过根据已知演进分析信号演进来表征材料中的共振物种。在一个实施例中，“已知”演进可以是例如仿真的演进和/或先前获取的演进。表征共振物种可以包括识别共振物种的不同属性（例如，T1、T2、扩散共振频率、扩散系数、自旋密度、质子密度）。此外，可以识别其他属性，包括但不限于，组织类型、材料、属性（例如，T1，T2）的叠加。

在一个实施例中，装置和方法可以执行使用??QUEST的MRF。这可以被称为QUEST MRF。在一个实施例中，对QUEST MRF可以采用螺旋轨迹来同时生成T1、T2和M0图，其中M0是指净磁化。可以采用其他轨迹。在一个实施例中，与传统系统相比，QUEST MRF可以通过从有限数目的RF脉冲获取增加数目的回波来产生独特的信号演进。在一个实施例中，QUEST MRF最大化由脉冲序列产生的回波与该脉冲序列中的RF脉冲数目的比率。在一个实施例中，QUEST MRF可以包括180度脉冲，并且执行各种加速技术（例如，迭代重建）。在一个实施例中，QUEST MRF可以包括执行时间分辨获取。

与传统MRF相比，QUEST MRF促进更易于将其他参数集成到MRF框架中。例如，即使实际上是完全可能的，但是可能难以将对自扩散的显著敏感性集成到基于TrueFISP的MRF框架中。因为扩散敏感性需要在基于TrueFISP的实现方式中的完全均衡的梯度/重复时间（TR），所以集成可能是困难的。对于完全均衡的梯度/TR的需要可能导致使用快速双极梯度，这进而限制了总扩散加权可能性。相反，因为QUEST MRF在一定程度上依赖于具有不均衡的梯度，所以在一个实施例中，QUEST MRF可以采用大的不均衡单极梯度。

在一个实施例中，QUEST MRF通过根据τ_n = 3^n-1τ₀增加RF脉冲之间的延迟来分离回波通路，其中τ₀表示RF脉冲之间的最小持续时间。更一般地，QUEST MRF可以采用RF脉冲之间增加的间隔，或者在回波通路集合已经被建立之后，QUEST MRF可以具有恒定的RF脉冲间隔。从一个视点看，QUEST中的TR可以被认为是脉冲之间的间隔。示例性序列可以改变翻转角、最小TR或其他参数，以生成针对样本中的不同共振物种（例如，组织）的独特的信号演进。可以使用例如可变螺旋轨迹来获取分离的回波通路。还可以采用其他轨迹。

多个RF脉冲的应用产生多个自旋和激励回波。传统上，这些通过破坏或重调焦距被忽略或甚至消除。分裂回波技术包含这些多个回波和路径。分裂回波技术试图分离出并且使用多回波路径。考虑如下：

其中，翻转角α不是90°的整数倍数，矩阵项非零。因此，根据任意相位φ的单个路径 或 或，可以存在三个路径：

具有不变相位φ和反相-φ的

具有不变相位φ和反相-φ的

相位|φ|的。

图1示出了由具有5个RF脉冲的回波分裂序列产生的回波通路180。图1图示高达18个自旋回波，并且仅从5个RF脉冲生成4个RF回波（FID）。由水平线190上x表示的RF回波具有不同的T1和T2加权。具有不同T1和T2加权可以增强MRF。

图1图示了包括激励时段160和读出时段170的回波分裂技术。回波分裂技术产生多个回波路径180。在一个实施例中，第一90°RF脉冲110用于激励纵向磁化。尽管第一RF脉冲110被图示为90°RF脉冲，但是在不同实施例中，第一RF脉冲110可以是不同的度数。磁场梯度可以用于分离回波相位并且定义读出方向。RF脉冲α1 120、α2 130和α3 140可以具有不同的翻转角。RF脉冲α1 120、α2 130和α3 140可以用于增多不同回波路径的数目。RF脉冲α1 120、α2 130和α3 140具有不是90°的整数倍的翻转角。RF脉冲α1 120、α2 130和α3 140分裂由初始90°脉冲110生成的脉冲。RF脉冲α1 120、α2 130和α3 140可以激励和分裂附加磁化。RF脉冲α4 150可以用于以回波脉冲180的选择性RF反转来结束激励时段160。该选择性RF反转可以仅重调感兴趣时间片的焦距。在激励时段160期间，横向路径Mxy可以以T2衰减，而受激路径Mz可以以T1衰减。

在一个示例中，在读出时段170期间，可以应用读出梯度来促进获取自旋回波。由水平线190上的黑点来表示自旋回波。在一个实施例中，读出梯度可以是恒定梯度。水平线190上的x表示RF回波。

在为了分析QUEST MRF而执行的一个实验中，4 RF脉冲QUEST块被重复15次。最小RF持续时间（10-13ms）和翻转角（0-60度）被随机地改变。这产生了高度可变的信号。通过具有大范围的T1（60-1800 ms）和T2（30-200 ms）值的体模来执行实验。实验在Siemens Magnetom Espree 1.5T（西门子AG医疗解决方案，德国埃尔兰根）上执行。使用布洛赫（Bloch）仿真来创建具有T1（50-2000 ms）和T2（10-300 ms）范围的值的信号演进的词典。

在实验中，图案识别用于从由所获取的信号所表示的词典中选择元素。在不同的实施例中，可以采用不同的比较和选择方法。比较和选择产生了关于T1、T2和质子密度的信息，其中该信息适用于成像、诊断或其他目的。使用包括饱和恢复自旋回波（在8.5 ms的TE的情况下从50 ms到5000ms范围的13个TR）和快速自旋回波（具有在10秒的TE情况下从15 ms到225 ms的TE的15个回波）的序列来评估QUEST MRF性能。评估序列促进在体模中分别量化T1和T2的值。在一个评估中，通过逐像素三参数非线性最小二乘法拟合来计算T1和T2的值。在不同的评估和不同的比较中可以使用不同的拟合。该评价表明QUEST MRF方法比传统方法更快地提供适用于成像、诊断或其他目的的信息。

图2图示了根据所获取的信号220和MRF重建信号210的示例性信号演进。所获取的信号220被示为实线，并且重建的信号210被示为虚线。图2示出了从相应词典项和所获取的信号的一个像素开始的信号时程。

图13图示了从QUEST MRF同时生成的T1图1400、T2图1410和M0图1420。这些图图示了在回波分裂方法情况下可能的结果。

图14将从QUEST MRF和自旋回波方法获得的T1（左）和T2（右）的值作比较。图14示出了使用QUEST MRF获得的T1和T2值与使用传统方法获取的T1和T2值非常一致。

QUEST和其他回波分裂方法促进分离回波通路以生成针对弛豫参数的特定MRF签名。QUEST MRF即使在响应于减小的RF脉冲数目而增加接收到的回波数目时，也促进减小在序列中使用的RF脉冲的数目。这促进减少获取时间。此外，QUEST MRF和其他回波分裂方法减少比吸收率（SAR），这可以促进在7T及以上使用MRF。

在一个实施例中，QUEST MRF可以用于量化灌注。在另一实施例中，QUEST MRF可以用于以量化扩散。在不同的实施例中，可以量化其他参数。

在一个实施例中，表征共振物种可以通过将第一信息与第二信息（例如，存储的参考信息）作比较来执行。第一信息可以包括所获取的NMR信号、（一个或多个）所获取的信号演进或??从所获取的NMR信号或（一个或多个）所获取的信号演进得到的信息。第二信息可以包括存储的信号演进、已知信号演进、建模的信号演进、从存储的信号演进得到的信息、或者不是信号演进的信息。从信号演进得到信息可以包括，例如，变换信号演进、变换两个或更多个信号演进、组合信号演进、分解信号演进、分解两个或更多个信号演进以及其他数学或其他变换。

将第一信息与第二信息作比较可以以各种方式来执行，包括但不限于，图案匹配、选择、成本函数的最小化和优化。图案匹配可以包括但不限于，正交匹配追踪（OMP）、分类序列标注、回归、聚类、分类、实值序列标注、解析算法、贝叶斯方法、马尔可夫方法、整体学习方法和模板匹配。优化可以包括但不限于，最小二乘优化、正则最小二乘优化、基础追踪优化和匹配追踪优化。

比较的结果可以采取不同的形式。在不同的实施例中，比较的结果可以包括但不限于，识别第一信息匹配第二信息、识别第一信息在容差内匹配第二信息以及识别存在第一信息匹配第二信息的特定百分比可能性。在其他实施例中，比较的结果可以包括但不限于，识别针对共振物种的T1、识别针对共振物种的T2、识别扩散系数、识别自旋密度、识别共振频率（例如，化学位移）和识别质子密度。在另一实施例中，比较可以包括识别磁场强度（例如，B0、B1），或者可以包括识别梯度场的强度。在又另一实施例中，比较的结果可以识别组织类型（例如，脑、脑肿瘤）或者可以识别材料。因此，比较可以产生不同的结果。在一个实施例中，可以提供多个结果。例如，可以提供合适材料的加权列表。在另一示例中，可以提供多个概率。

示例性装置和方法不定义由共振物种所产生的信号必须是什么样，仅定义在被检查的不同共振物种之间这些信号必须是不同的。与传统系统不同，不同??的NMR信号可能不具有恒定的信号强度或相位。因为组织或其他材料可能产生不同的信号，所以在一个实施例中，表征组织或其他材料的过程被减少为信号时程中的图案识别。图案识别可以使用例如正交匹配追踪（OMP）的不同变型来执行。在一个实施例中，图案匹配可以得出如下结论：所获取的信号演进在期望的容差内匹配已知信号演进。在另一实施例中，图案匹配可以识别已知信号演进匹配所获取的信号演进的概率。在另一实施例中，比较可以得出下述结论：所获取的信号演进或作为所获取的信号演进的函数的信息在期望的容差内匹配已知信号演进或作为一个或多个已知信号演进的函数的信息。在又另一实施例中，比较可以识别所获取的信号演进或作为所获取的信号演进的函数的信息匹配已知信号演进或作为一个或多个已知信号演进的函数的信息的概率。

示例性装置和方法在不忽略可能在容积或对象中的共振物种的情况下促进最大化共振物种之间的对比度。因此，NMR指纹法涉及应用一系列不同的序列块，该一系列不同的序列块生成特定于容积中的共振物种和参数的具体组合的具体信号演进签名（例如，指纹）。该签名可以是由回波分裂产生的多个回波路径中的一个或多个回波路径的函数。对接收到的信号执行的处理不一定涉及传统重建，而是涉及根据已知信息来分析接收到的NMR信号或确定的信号演进，已知信息包括但不限于，信号演进、从信号演进得到的信息和其他信息。

如果容积只有水，那么该容积将仅产生一个信号。如果容积只有脂肪，则该容积也将仅产生一个信号，但是他将是不同的信号。相同容积中的不同量的脂肪和水将产生不同的信号。在不同条件下获取的信号的组合可能产生接近无限独特的（infinitely unique）信号演进。尽管人体是复杂的事物，但是从某个视点看，它并不那样复杂。人体中的每个容积仅可以保持以有限的方式集合布置的有限的事物集合。随着时间的推移，参考信息的综合库（包括但不限于，与共振物种的许多最相关组合相关联的信号演进）可以被获取并且可用于NMR指纹法装置。

该库可以存储可以被称为基线签名或已知信号演进的信号。在不同的实施例中，该库可以存储仿真的和/或预测的信号演进。因此，在不同的示例中，“已知”信号演进可以包括先前获取的信号演进和/或仿真的信号演进。此外，词典或其他参考存储可以包括作为信号演进的函数的信息。例如，两个信号演进可以被组合成不同信息段。类似地，单个信号演进可以被变换成不同信息段。可以存储信号演进和从信号演进得到的、计算的或者另外作为信号演进的函数的信息二者。另外，在一个实施例中，词典或其他参考存储可以包括不随信号演进开始或者不是从信号演进得到的信息。

在一个实施例中，基线签名可以与仅用于产生基线签名而被分析的材料相关联。例如，可以使用产生信号演进的各种序列块来在一时间段期间分析一烧杯水。类似地，可以分析一烧杯脂肪、骨、假体髋关节或共振的其他事物，并且响应于在所选择的不同条件的组合下随时间应用所选择的各种回波分裂序列块的组合，从这些事物取回信号演进。这些信号可以被用作针对被分析的其他对象的基线签名。

在另一实施例中，可以从被分析的对象获取基线签名。对象中的容积可以使用传统技术来进行成像，并且还可以经历利用回波分裂的MRF。例如，腿的1%可以被传统地成像，并且还被使用利用回波分裂的示例性MRF来处理，以建立针对骨和其他组织的基线签名。可以处理该1%以校准装置或方法。通过校准和所获取的基线签名，可以使用利用回波分裂的MRF来分析其余99%，这依赖于通过处理所述1%而建立的基线签名。即使一些容积产生无法针对其进行指纹法匹配的信号，但是仍然可以使用传统方法来分析这些容积。因此，在一个实施例中，组合传统和指纹法方法可以用于建立签名并且用于校准。类似地，在一个实施例中，可以采用回波分裂MRF和非回波分裂MRF的组合。

使用图案匹配来比较所获得的信号演进与已知信号演进可以包括分析使用具有不同参数的序列块所获取的不同组织的信号演进之间的互相关性。理想地，信号演进将精确拟合于已知演进的多维集合的一个成员。然而，信号演进可以具有与多于一个的参考信号的关系。因此，在一个实施例中，将信号演进与参考信号作比较的结果可以是信号演进与之相关联的参考信号的识别以及表征该关系的测量。例如，信号演进可以被识别为在期望的容差内匹配参考信号。类似地，信号演进可以被识别为X%可能性地匹配参考信号。在另一实施例中，信号演进可以被识别为是多个参考信号的加权和。多维集合的一个维度可以例如与获取和/或激励参数的第一集合相关联，而多维集合的第二维度可以例如与激励和/或获取参数的第二集合相关联。随着时间的推移，可以基于从实时数据实现的拟合来适配多维度集合的成员。随着时间的推移，产生更像单位矩阵的结果的序列块和/或该序列块的组合可以比产生具有更多非对角贡献的矩阵的序列块受偏爱。基于观察到的结果的序列块和/或序列块系列的该适配可以例如有助于校准用于利用回波分裂的MRF的具体NMR装置。

以下包括本文所采用的所选择的术语的定义。该定义包括落在术语范围内并且可以用于实现的组件的各种示例和/或形式。这些示例不意在是限制性的。术语的单数和复数形式都可以在定义范围内。

对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等的提及指示如此描述的（一个或多个）实施例或（一个或多个）示例可以包括具体特征、结构、特性、属性、元素或限制，但是不是每个实施例或示例都必须包括该具体特征、结构、特性、属性、元素或限制。此外，反复使用短语“在一个实施例中”不一定指同一实施例，尽管可能指同一实施例。

如本文使用的“计算机可读存储介质”是指存储信号、指令和/或数据的非临时性介质。计算机可读存储介质可以采用多种形式，包括但不限于，非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括，例如，光盘、磁盘等。易失性介质可以包括例如半导体存储器、动态存储器等。计算机可读存储介质的常见形式可以包括但不限于，软盘、柔性盘、硬盘、磁带、其他磁性介质、ASIC、CD、其他光学介质、RAM、ROM，存储器芯片或卡、记忆棒和计算机、处理器或其他电子设备可以从其进行读取的其他介质。

如本文使用的“逻辑”包括但不限于在机器上执行的硬件、固件、软件、和/或用于执行（一个或多个）功能或（一个或多个）动作和/或用于从另一逻辑、方法和/或系统引起功能或动作的每个的组合。逻辑可以包括软件控制的微处理器、离散逻辑（例如，ASIC）、模拟电路、数字电路、编程逻辑设备、包含指令的存储器设备等。逻辑可以包括一个或多??个门、门的组合或其他电路组件。当描述多个逻辑性逻辑时，或许能够将多个逻辑性逻辑合并为一个物理逻辑。类似地，当描述单个逻辑性逻辑时，或许能够在多个物理逻辑之间分配该单个逻辑性逻辑。

“可操作连接”或实体被通过其“可操作连接”的连接是如下连接：在该连接中可以发送和/或接收信号、物理通信和/或逻辑通信。可操作连接可以包括物理接口、电气接口和/或数据接口。可操作连接可以包括足以允许可操作控制的接口和/或连接的不同组合。例如，可以可操作地连接两个实体以便彼此直接地或通过一个或多个中间实体（例如，处理器、操作系统、逻辑、软件）来传递信号。逻辑和/或物理通信信道可以用于创建可操作连接。

如本文使用的“用户”包括但不限于一个或多个人、软件、计算机或其他设备或者这些的组合。

按照对存储器内的数据比特的操作的算法和符号表示来呈现以下具体描述的一些部分。本领域技术人员使用这些算法描述和表示来向其他人传达他们的工作的实质内容。在这里并且通常地，算法被认为是产生结果的操作序列。操作可以包括物理量的物理操纵。通常但非必须地，物理量采用能够被存储、传输、组合、比较和以其他方式在逻辑上操纵等的电气或磁信号的形式。物理操纵创建具体的、有形的、实用的真实世界的结果。

主要由于普遍使用的原因，已经证明有时方便的是，将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等。然而，应当牢记，这些和类似术语与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标签。除非以其他方式特别声明，否则要理解的是，在整个说明书中，包括处理、计算、确定等的术语是指计算机系统、逻辑、处理器或操纵和变换表示为物理（电子）量的数据的类似电子设备的动作和过程。

可以参考流程图来更好地理解示例性方法。尽管出于简化说明的目的，所图示的方法作为一系列框被示出和描述，但是应当理解，这些方法不受框的顺序的限制，因为一些框可以以不同顺序发生和/或与来自所示出和描述那些的其他框同时发生。此外，可以需要比图示的所有框更少的框来实现示例性方法。框可以被组合或分离成多个组成部分。此外，附加和/或替代的方法可以采用附加的未示出的框。

图3将传统序列块与在非回波分裂MRF方法中使用的序列块作比较和对比。序列块300包括准备阶段310和获取阶段320。在获取阶段320期间，可以执行使用相同翻转角和相同的获取间间隔的多次获取。获取阶段320类似于从（k, t）空间获取数据的方法，其中k指k空间并且t指时间，其中t恒定或线性地变化。恒定变化促进获取具有恒定幅度和相位的信号，如传统图像重建所需要的。

序列块330还包括阶段340和获取阶段350。注意，获取阶段350比获取阶段320长得多。与参数是固定的或者线性变化的获取阶段320不同，在获取阶段350中，参数可能很大地（非线性地、随机地和/或伪随机地）变化。可能变化的参数包括但不限于，回波时间、翻转角、相位编码及其他。还注意，尽管在一些示例中阶段340可以是准备阶段或类准备阶段，但是阶段340不一定执行传统准备。

图1图示回波分裂序列，并且图9图示了两个不同回波分裂序列。类似序列330可以以不同的参数变化，所以回波分裂序列中的块也可以这样变化。例如，不同回波分裂MRF脉冲序列中的不同序列块可以在回波分裂RF脉冲的数目、回波分裂RF脉冲之间的间隔或回波分裂RF脉冲的翻转角方面变化。

图9图示了在利用回波分裂序列的MRF中通过不同的回波分裂块所产生的多个回波通路的不同集合。回波分裂脉冲序列的第一部分包括激励时段902和读出时段904。回波分裂脉冲序列的第二部分还包括激励时段920和读出时段922。然而，激励时段902包括四个RF脉冲910、912、914和916，并且通过重调焦距脉冲918终止，而激励时段920包括三个RF脉冲928、930和932，并且通过重调焦距脉冲940终止。尽管图示了重调焦距脉冲918和940，但是在一个实施例中，这些重调焦距脉冲可以不存在。注意，RF脉冲910、912、914和916之间的间隔与RF脉冲928、930和932之间的间隔不同。不同的激励产生不同的回波分裂。例如，在线906上的4个x和17个o表示响应于回波分裂脉冲序列的第一部分而生成的4个RF回波和17个自旋回波。线924上的3个x和15个o表示响应于回波分裂脉冲序列的第二部分生成的RF回波和自旋回波。

图4图示了与使用回波分裂的MRF相关联的方法400。方法400包括，在410处，根据回波分裂脉冲序列来控制NMR装置以将RF能量应用于对象中的容积。回波分裂脉冲序列可以包括可变序列块。容积可以包含一个或多个共振物种。在一个实施例中，对象可以是人，并且因此共振物种可以包括但不限于，组织、脂肪、水、氢和其他物种。

可以使用回波分裂技术来应用RF能量。脉冲序列中的不同序列块可以以很多参数变化，该很多参数包括但不限于，回波分裂RF脉冲的数目、回波分裂RF脉冲之间的间隔、回波分裂RF脉冲的翻转角、回波时间、翻转角、相位编码、扩散编码、流编码、RF脉冲幅度、RF脉冲相位、RF脉冲的数目、在序列块的激励部分和序列块的读出部分之间应用的梯度的类型、在序列块的激励部分和序列块的读出部分之间应用的梯度的数目、在序列块的读出部分和序列块的激励部分之间应用的梯度的类型、在序列块的读出部分和序列块的激励部分之间应用的梯度的数目、序列块的读出部分期间应用的梯度的类型、序列块的读出部分期间应用的梯度的数目、RF破坏的量、以及梯度破坏的量。在不同的实施例中，2、3、4个或更多个参数可以在序列块之间变化。在不同的实施例中，在序列块之间变化的参数的数目本身可以变化。例如，A1（序列块1）可以在5个参数方面不同于A2，A2可以在7个参数方面不同于A3，并且A3可以在两个参数方面不同于A4。本领域技术人员将理解，存在可以通过改变该大量的参数而创建的接近无限数目的一系列序列块。在一个实施例中，一系列序列块被制作以使得该系列具有不同量（例如，1%、2%、5%、10%、50%、99%、100%）的独特序列块，如由他们的不同参数所定义的。在不同的实施例中，一系列序列块可以包括多于10个、多于100个、多于1000个、多于一万个和多于十万个的序列块。

在序列块期间应用的RF能量被配置为沿着多个回波路径同时产生个体NMR信号。在一个示例中，一系列可变序列块中的至少一个成员将在至少N个序列块参数方面不同于该系列的可变序列块中的至少一个其他成员，N是大于1的整数。本领域技术人员将掌握，信号演进的信号内容可以直接随N变化。因此，当更多参数变化时，取回可能更丰富的信号。传统上，期望并且需要取决于单个参数的信号来促进成像。这里，获取具有较大信息内容的信号促进产生更明显和可识别的信号演进。

在一个实施例中，在410处，NMR装置可以被控制为根据部分随机获取方案来应用所述系列的可变序列块中的成员，该部分随机获取方案被配置为以欠采样速率R来对对象进行欠采样。在不同实施例中，速率R可以是例如2、4或更大。

方法400还包括，在420处，控制NMR装置以获取同时产生的个体NMR信号。与严格限制在其期间可以获取NMR信号的时间（例如，4-5秒）的传统系统不同，可以控制NMR装置以在明显更长的时间段中获取NMR信号。例如，可以控制NMR装置以在高达10秒、高达20秒、高达100秒或更长期间获取信号。因为信号信息内容响应于在410处应用的一系列的变化RF能量而在较长的时间段期间保持有活力，所以可以在较长的时间段期间获取NMR信号。在不同实施例中，信号演进中的信息内容可以保持在信息内容阈值以上达至少5秒、至少10秒、至少60秒或更长。信息内容阈值可以描述例如后续信号获取包括如下信息的程度，该信息可以被取回并且不同于在先前信号获取中获取的信息。例如，不具有可取回信息的信号将有可能下降到低于信息内容阈值，而具有不同于从先前信号取回的信息的可取回信息的信号将有可能高于信息内容阈值。

方法400还包括，在430处，控制NMR装置以根据所获取的NMR信号确定信号演进。在一个示例中，因为多个回波路径可以是可用的，所以可以计算多个信号演进。确定信号演进可以包括存储在动作420期间获取的（k，t，E）空间数据点，其中k??是指k空间，t是指时间，并且E包括T1、T2、和另一参数中的至少一个，其中T1是自旋-点阵弛豫，并且T2是自旋-自旋弛豫。在一个实施例中，个体序列块可以产生（k，t，E）空间中的单个点。可以通过一系列可变序列块来确定信号演进。在另一实施例中，利用回波分裂的个体序列块可以完全靠自身产生信号演进。随着时间的推移，可以识别产生特别有用的信号演进的可变序列块系列。当采用回波分裂技术时，可以同时获取和确定多个信号演进。

在一个实施例中，在420处在第一时间段中获取同时产生的信号，并且在430处在第二时间段中确定信号演进。在不同的实施例中，第一时间段可以是10秒或更长、60秒或更长以及甚至更长。此外，在不同的实施例中，第二时间段可以是10秒或更长、60秒或更长以及甚至更长。

方法400还包括，在440处，控制NMR装置以将第一信息与参考信息作比较。第一信息可以是例如（一个或多个）信号演进。参考信息可以是，例如，已知的、存储的、仿真的和/或预测的信号演进。参考信息还可以包括作为已知的、存储的、仿真的和/或预测的信号演进的函数而产生的信息。参考信息可以通过例如变换信号演进、组合信号演进、分解信号演进和其他操作来产生。在不同的示例中，“存储的”信号演进可以包括先前获取的信号、仿真的信号或二者。在一个实施例中，存储的信号演进与不是从对象获取的信号相关联，而在另一实施例中，存储的信号演进与从对象获取的信号相关联。在一个实施例中，存储的信号可以与从被分析的对象获取的信号和不是从被分析的对象获取的信号相关联。

从参考信号演进得到的存储的信号和信息可以与可能非常大的数据空间相关联。因此，本领域技术人员将理解，从参考信号演进得到的信息和存储的信号演进可以包括在以由下述公式表征的信号演进集合外的信号：

SE = A–Be^-t/C

其中：

SE是信号演进，

A是常数，

B是常数，

t是时间，并且

C是单个弛豫参数。

实际上，本领域技术人员将理解，针对信号演进的非常大的数据空间可以通过下式来部分地描述：

其中：

SE是信号演进，

N_A是序列块的数目，

N_RF是序列块中的RF脉冲的数目，

α是翻转角，

Φ是相位角，

Ri(α)是由非共振导致的旋转，

R_RFij（α,Φ）是由RF差导致的旋转，

R（G）是由梯度导致的旋转，

T1是自旋-点阵弛豫，

T2是自旋-自旋弛豫，

D是扩散弛豫，并且

E_i（T1, T2, D）与磁化改变相关联。

尽管E_i（T1, T2, D）作为示例被提供，但是本领域技术人员将理解，在不同的实施例中，E_i（T1, T2, D）实际上可以是E_i（T1, T2, D, ... ）或E_i（T1, T2, ...）。

在一个示例中，可以用关于j的乘积来替代关于j的和，例如：

 。

在NMR、MRI或ESR（电子自旋共振）中，布洛赫等式是宏等式集合的成员，宏等式用于在弛豫时间T1和T2存在时计算作为时间的函数的核磁化M =（Mx，My，Mz）。这些唯象（phenomenological）等式由费利克斯布洛赫（Felix Bloch）引入，并且也可以被称为核磁化运动等式。本领域技术人员将认识到，在一个实施例中，Ri（α）、RRFij（α，Φ）和R（G）可以被视作布洛赫等式。布洛赫等式可以用于产生可以被存储在库中以用于与所获取的信号演进作比较的仿真信号演进。

尽管图4图示了串行发生的各种动作，但是应当理解，图4中所示的各种动作基本上可以并行发生。作为说明，第一过程可以控制应用RF能量，第二过程可以控制获取NMR信号并且确定信号演进，并且进第三过程可以执行比较。尽管描述了三个过程，但是应当理解，可以采用更大和/或更小数目的过程。

图5图示了方法400（图4）的另一实施例。该实施例包括动作410、420、430和440。然而，该实施例还包括动作412、414、416和450。

方法400的该实施例包括，在412处，控制NMR装置以改变下述各项中的一个或多个：序列块中的回波分裂脉冲的数目、序列块中的回波分裂脉冲的翻转角、序列块中的回波分裂脉冲之间的间隔、回波分裂脉冲的幅度、序列块之间的时间量、序列块的相对幅度以及序列块之间的相对相位。因此，不仅可以在序列块内和之间改变个体参数（例如，翻转角、相位），而且可以改变在序列块之间的时间和序列块之间其他差异。这促进创建（一个或多个）信号演进中的附加信号内容。

方法400的该实施例还包括，在414处，控制NMR装置以配置所述系列的可变序列块的成员。该序列可以是例如螺旋QUEST序列。动作414图示了序列块集合不一定与传统脉冲序列相同。至少由于非线性变化的ΔT和ΔE被鼓励而不被禁止的原因，序列块不同于传统脉冲序列，非线性变化的ΔT和ΔE产生具有非恒定幅度和相位的（k，t，E）空间中的NMR信号。还由于配置为产生可变回波分裂的可变回波分裂脉冲，序列块不同于传统脉冲序列。

方法400的该实施例还包括，在416处，控制NMR装置以至少部分地基于响应于应用所述系列的可变序列块中的在前成员所获取的NMR信号来配置所述系列的可变序列块的在后成员。因此，方法400的该实施例是自适应方法，其中可以不提前知道所述系列的不同序列块的成员的顺序。替代地，随着获取（k，t，E）空间中的数据点，并且随着信号演进，可以作出关于不同序列块和不同参数集合发生变化的决定。作为说明，（k，t，E）空间中的第一数目的数据点和演进信号可以指引朝向一个弛豫参数确定并且远离另一松弛参数确定。因此，接下来可以串行地应用可以确认和/或拒绝这些指引中的任一个的序列块，以促进在图案匹配过程中的被引导的和更快速的收敛。

该方法400的实施例还包括，在450处，控制NMR装置以表征共振物种中的至少一个。在一个实施例中，表征可以随信号演进与一个或多个存储的（例如，已知的、仿真的、预测的）信号演进作比较而变化。将所获取的信号演进与所存储的信号演进作比较可以包括，例如，控制NMR装置以将信号演进与NMR信号演进的多维集合的成员作比较。多维集合中的第一维度可以与第一序列块参数集合相关联，并且多维集合中的第二维度可以与不同的第二序列块参数集合相关联。因为信号演进随着时间演进，所以多维集合可以包括时间维度，并且图案匹配过程可以包括监视信号演进的进展的路径匹配过程。此外，因为一个系列的不同序列块可以不同于另一系列的不同的序列块，所以多维集合可以包括顺序维度，其中图案匹配过程可以再次匹配路径，与仅仅是图案匹配相反。

表征共振物种可以包括例如识别弛豫参数，弛豫参数包括但不限于与共振物种相关联的T1弛豫、与共振物种相关联的T2弛豫、与共振物种相关联的非共振弛豫、以及与共振物种相关联的扩散加权弛豫。表征共振物种还可以包括例如识别不是弛豫参数的属性，该属性包括但不限于扩散系数、自旋密度、质子密度、磁场强度、梯度场强度、组织类型和材料类型。

图6图示了NMR装置600。NMR装置600包括NMR逻辑610。NMR逻辑610被配置为使用回波分裂技术来重复地和可变地对（k，t，E）空间中的对象进行采样以获取NMR信号的集合。NMR信号的集合的成员与（k，t，E）空间中的不同点相关联。在不同实施例中，根据一方案来对不同的点进行采样，在该方案中，t和/或E以非线性方式和/或以非恒定的方式变化。

NMR装置600还包括信号逻辑620。信号逻辑620被配置为根据NMR信号产生NMR信号演进。因为可以并行地获取多个NMR信号，所以可以并行地产生多个NMR信号演进。信号演进可以包括在一时间段中获取的多个NMR信号。

NMR装置600还包括匹配逻辑630。匹配逻辑630被配置成将所产生的NMR信号演进或与所产生的NMR信号演进相关联的信息与参考信息作比较。参考信息可以是例如先前获取的信号演进、仿真的信号演进、从除了所产生的NMR信号演进之外的信号演进得到的项和其他信息。

图7图示了装置600（图6）的另一实施例。装置600的该实施例包括表征逻辑640。表征逻辑640被配置成表征对象中的共振物种。表征共振物种可以包括将NMR信号演进或从NMR信号演进得到的信息与参考信息作比较。参考信息可以包括例如（一个或多个）表征信号演进、从（一个或多个）表征信号演进得到的信息和其他信息。表征共振物种可以包括识别弛豫参数，弛豫参数包括但不限于，T1弛豫、T2弛豫、扩散加权弛豫和非共振弛豫。表征共振物种还可以包括识别非弛豫参数，非弛豫参数包括但不限于扩散系数、自旋密度、质子密度、组织类型和材料类型。

在一个实施例中，将第一数据集合与参考数据集合作比较可以包括但不限于，图案匹配、选择、最小化和优化。图案匹配可以包括但不限于，正交匹配追踪、分类序列标注、回归、聚类、分类、实值序列标注、解析、贝叶斯方法、马尔可夫方法、整体学习方法和模板匹配。优化可以包括但不限于，最小二乘优化、正则最小二乘优化、基本追踪优化和匹配追踪优化。

虽然匹配逻辑630（图6）和表征逻辑640（图7）被图示为NMR装置600的一部分，但是在一个实施例中，匹配逻辑630和/或表征逻辑640可以驻留在与NMR装置600分离的装置中。在该实施例中，NMR装置600可以向容纳匹配逻辑630和表征逻辑640的分离装置提供NMR信号。在一个实施例中，匹配逻辑630和表征逻辑640可以驻留在分离装置中。

图8图示了配置有指纹法装置899以促进MRF的示例性MR装置800。指纹法装置899可以配置有本文描述的示例性装置的元件，和/或可以执行这里描述的示例性方法。尽管指纹法装置899被图示为MR装置800的一部分，但是在一个示例中，指纹法装置899可以是分离的一个或多个装置。

装置800可以还包括回波分裂逻辑898，该回波分裂逻辑898被配置为促进使用回波分裂技术来利用应用的RF能量执行MRF。回波分裂逻辑898可以配置有这里描述的示例性装置的元件和/或可以执行这里描述的示例性方法。尽管逻辑898被图示为MR装置800的一部分，但是在一个示例中，逻辑898可以是分离的一个或多个装置。

装置800包括（一个或多个）基本场磁体810和基本场磁体源820。理想地，基本场磁体810将产生均匀B0场。然而，在实践中，B0场可能不是均匀的，并且可以随MR装置800分析对象而变化。MR装置800可以包括梯度线圈830，该梯度线圈830被配置为发射梯度磁场，如GS、GP和GR。梯度线圈830可以至少部分地由梯度线圈源840来控制。在一些示例中，在MR过程期间，可以控制并且由此选择性地适配梯度磁场的时序、强度和取向。

MR装置800可以包括RF天线850的集合，RF天线850被配置为生成RF脉冲并且从RF脉冲被引导到的对象接收产生的核磁共振信号。在一些示例中，在MR过程期间，可以控制并且由此可以选择性地适配如何生成脉冲以及如何接收产生的MR信号。可以采用分离的RF发射和接收线圈。RF天线850可以至少部分地通过RF发射单元860的集合来控制。RF传输单元860可以向RF天线850提供信号。

梯度线圈源840和RF发射单元860可以至少部分地由控制计算机870控制。在一个示例中，控制计算机870可以被编程为如这里所描述的那样控制NMR设备。传统上，从RF天线850接收到的磁共振信号可以用于生成图像，并且由此可以经历变换过程，如生成像素化图像数据的二维FFT。该变换可以由图像计算机880或其他类似的处理设备来执行。然后，可以在显示器890上示出图像数据。

然而，指纹法装置899促进不必根据从RF天线850接收到的MR信号进行图像的传统重建。因此，由装置800应用于对象的RF能量不需要被限制为产生具有基本上恒定的幅度或相位的信号。替代地，指纹法装置899促进使接收到的信号与已知信号匹配，重建、弛豫参数或其他信息已经可用于该已知信号。这促进产生定量结果。

尽管图8图示了包括以各种方式连接的各种组件的示例性MR装置800，但是应当理解，其他MR装置可以包括以其他方式连接的其他组件。

图10a-10b图示了已在其他MRF实验中使用的示例性MRF序列图案。在这些附图中，FA指翻转角，并且TR指重复时间。这里可互换地使用术语核磁共振指纹法和磁共振指纹法。图10a图示了示例性获取序列图，其中在不同TR中以伪随机样式改变各种序列部件。基本获取方案被图示为以不同的空间编码梯度重复以便对在用于样本完整获取的300个TR期间的图像进行充分编码。图10b图示了翻转角（FA）和重复时间（TR）图案的示例。尽管图10a和图10b与非回波分裂技术相关联，但是翻转角和重复时间二者可以类似地在不同的回波分裂序列中的序列块之间变化。此外，回波分裂RF脉冲的数目可以在回波分裂序列之间变化。在一个示例中，在回波分裂RF脉冲中使用的角度还可以在序列内和序列之间变化。

图11a-11c图示了来自传统MRF的示例性信号属性和匹配结果。图11a图示了对应于四个正常脑组织的示例性仿真信号演进曲线。还绘制非共振情况下来自白质的示例性信号演进曲线。图11b图示了所获取的信号演进曲线和与词典的比较的一个示例。取回的T1、T2、质子密度和非共振值分别是800 ms、60 ms、0.85e-5和-4 Hz。图11c图示了从匹配算法取回的T1和T2值。利用从标准自旋-回波序列获取的值图示来自10个体模的信号的比较。针对T1和T2比较的R2值分别是0.9952和0.986。这些图像图示了在一些情况下传统MRF可以多么易受到非共振的影响。通过比较，一般利用回波分裂的MRF以及具体的QUEST MRF可能不易受非共振的影响。

图12a-12d中图示了与另一NMR指纹法实验相关联的活体结果??。图12a图示了T1图（ms），图12b图示了T2图（ms），图12c图示了非共振图（Hz），并且图12d图示了质子密度图。使用一个示例性MFR方法来同时获取用于产生图12a-12d的信息。

尽管通过描述示例说明了示例性系统、方法等，并且尽管已经相当具体地描述了示例，但是申请人并非意在将所附权利要求的范围局限或以任何方式限制到这样的细节。当然，出于描述这里描述的系统、方法等的目的，无法描述组件或方法的每个可想到的组合。因此，本发明不限于所示出和描述的具体细节、代表性装置和说明性示例。因此，本申请意在涵盖落入所附权利要求范围内的变更、修改和变化。

就在具体实施方式或权利要求书中采用的术语“包括”来说，意在以类似于术语“包含”当该术语在用作权利要求书中的过渡词时被解释时的方式是包括性的。

就在具体实施方式或权利要求书中采用的术语“或”（例如，A或B）来说，意在表示“A或B或二者”。当申请人意在指示“仅A或B但不是二者”时，那么将采用术语“仅A或B但不是二者”。因此，这里使用术语“或”是包括性的，而非排他性的使用。参见Bryan A. Garner, A Dictionary of Modern Legal Usage 624 (2d. Ed. 1995)。

就在这里采用的短语“A、B和C中的一个”（例如，数据存储被配置为存储A、B和C中的一个）来说，意在传达可能性A、B和C的集合（例如，数据存储可以存储仅A、仅B或仅C）。不旨在需要A中的一个、B中的一个和C中的一个。当申请人意在指示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”时，则将采用措辞“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。

就在这里采用的短语“A、B和C中的一个或多个”来说（例如，数据存储被配置为存储A、B和C中的一个或多个），意在传达以下可能性的集合：A，B，C，AB，AC，BC，ABC，AA ... A，BB ... B，CC ... C，AA ... ABB ...B，AA ...ACC ... C，BB ...BCC ... C或者AA ...ABB ... BCC ... C（例如，数据存储可以存储仅A、仅B、仅C、A&B、A&C、B&C、A&B&C或者它们的其他组合，包括A、B或C的多个实例）。不意在要求A中的一个、B中的一个以及C中的一个。当申请人意在指示“A中的至少一个、B中的至少一个以及C中的至少一个”时，则将采用措辞“A中的至少一个、B中的至少一个以及C中的至少一个”。