CN101201392B - 产生磁共振数据文件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于运行磁共振成像系统的方法，在该方法中，采集原始磁共振数据，并且在计算机化存储媒介中建立k空间，其中k空间分割成相邻中央区域和围绕中央区域的相邻区域。在计算机化过程中，原始数据以用于中央和周边区域的恒定采样率进入k空间，同时对具有第一采样点密度的中央区域进行采样而以小于所述第一密度的第二采样点密度对周边区域进行采样，以产生磁共振数据文件。由此，以允许从数据文件的内容中重建图像的形式，使这组表示被采样k空间的数据点作为来自计算机化过程的输出的数据文件而可以被获得。

Description

产生磁共振数据文件的方法和设备

相关申请

本申请要求享有2006年11月17日提交的临时申请60/859694的申请日。

技术领域

本发明涉及从采集自检查对象的原始磁共振数据中产生磁共振数据文件的方法和系统。

背景技术

磁共振成像是一种广泛使用的成像方式，其中将检查对象移入强静态基础磁场，以使检查对象中先前任意取向的核自旋沿基础磁场的方向对齐。然后射频(RF)能量辐射进入检查对象致使核自旋从其对齐的方向偏移。由于核自旋旋进而返回到对齐的方向，它们发射受检测的RF磁共振信号，并且从该RF磁共振信号中根据许多已知图像重建技术而可以构建检查对象的内部区域的图像。

为了检查对象，还在由梯度线圈分别产生的梯度磁场中对磁共振信号进行空间编码，通常情况下，该梯度磁场沿着笛卡尔坐标系的各个轴取向，其中该坐标系的z-轴相应于检查对象的纵轴。

所接收的磁共振信号被称作原始数据，并且该原始数据存储在计算机内存中，其表示数学域，也称作空间域，已知为k空间。原始数据在(通常)互相等距离间隔的各个点进入k空间，以形成类似栅格形式。为了从原始数据重建图像，原始数据经傅立叶变换以将原始数据转换成图像域中的图像数据，从所述图像数据中重建检查对象的图像。

需要一定长的时间以便于采集足够数量的磁共振数据，来产生基本上没有伪影和噪音而且具有足够对比度的图像，从而可以容易地辨别图像的诊断内容。当以静态“快照”形式获得器官的磁共振图像时，虽然为了使患者舒服并且为了以有效方式利用成像设备，通常需要缩短采集时间，但是如果为了产生合成图像的前述所期望的特性所需，可以忍受稍微长些的数据采集时间。

然而，在所谓动态研究中，存在利用磁共振技术成像观察生理过程关于时间改变的不同情况。一个示例是磁共振血管造影术(MRA)，其中典型地，将造影剂注射入患者血管系统中，并且在一个时间间隔内定时对感兴趣区域进行数据采集，在该时间间隔内造影剂团流过感兴趣区域。在许多情况下，还期望随着造影剂通过感兴趣区域而获得相对快速的序列磁共振暴露。因而，尤其在本文中，期望能够增加产生的图像的时间分辨率，即减少用于每幅图像的数据采集起始点之间的时间长短。

公知有改善磁共振成像的时间分辨率的各种技术，基于这样的事实，即k空间的中央区域包含大多数相关数据，或者至少是主要用于获得具有良好对比度的图像的基础的数据。因而，在磁共振成像中已知各种技术，其中与k空间的周边区域中的数据相比，k空间中央区域的数据更频繁地更新。这种类型的k空间采样已知为锁眼技术，并且例如描述在美国专利号No.5754046中和1992年8月在SMRM第4236页的Brummer等人的“Composite k-Space Windows(Keyhole Techniques)To Improve Temporal Resolution in a Dynamic Series ofImages Following Contrast Administration”中。

同样已知的是，通过以比k空间的周边区域更高的采样率来对k空间的中央区域进行采样来增加在动态MRA研究中的一系列重建的磁共振图像的帧率，如美国专利号No.5713358中所述。在该技术中，使用距离k空间外周区域的临时最近采样，在中央k空间区域的每个采样重建图像帧。

发明内容

本发明的一个技术问题是提供用于提高采集一系列磁共振图像过程中的图像分辨率的又一技术。

本发明的又一技术问题是提供一种磁共振成像设备，以及一种用于操作这种磁共振成像设备的方法，其中在采集一系列磁共振图像中实现提高的时间分辨率。

本发明又一技术问题是提供一种用于产生磁共振数据文件的方法，其包含适于从其中重建磁共振图像形式的磁共振图像数据。

根据本发明利用磁共振成像设备、用于运行这种设备的方法以及用于产生磁共振数据文件的方法来解决上述技术问题，其中使用磁共振成像序列采集原始磁共振数据，在计算机化存储媒介中建立k空间，并且将k空间在存储媒介中分割成中央区域和围绕中央区域的周边区域，并且其中原始数据以针对中央区域和周边区域的恒定采样率进入k空间，同时对具有第一采样点密度的中央区域进行采样而以小于所述第一密度的第二采样点密度对周边区域进行采样，并且使得以这种方式被采样的k空间在一个作为输出的数据文件中可以被获得。

数据文件中的k空间数据，可以通过傅立叶变换按照已知的方式转换成图像文件。然后，可以按照已知方式从图像文件中重建检查对象图像。

k空间扫描可以根据例如螺旋扫描轨迹的非线性k空间扫描轨迹来进行。

在一个实施例中，k空间的中央区域可以是相邻圆形区域，并且外区可以是圆环形相邻区域。可以建立半径，其限定中央区域和周边区域之间的环形边界。

在将造影剂注入检查对象之后，诸如为了进行磁共振血管造影术(MRA)的目的，可以从检查对象中采集磁共振数据。

诸如根据已知GRAPPA磁共振成像序列，可以由局部并行采集(PPA)技术采集原始数据。

附图说明

图1是根据本发明构建和运行的磁共振成像系统的示意性方框图。

图2示意性地示出根据本发明将k空间分割成两个区域的示例。

图3和4示出了根据本发明采样k空间的两个区域的基本原则。

图5示出了根据本发明的在k空间采样的背景下的图像更新。

图6示意性地示出了根据本发明用于界定用来扫描k空间的扫描轨迹的开始点。

图7、8、9、10和11是根据本发明示出和说明扫描轨迹的序列。

图12和13示意性地示出了根据本发明如何按序组合各个轨迹。

具体实施方式

图1是根据本发明的磁共振断层摄影装置的示意性方框图，用该装置可以进行优化的流动测量。磁共振断层摄影装置的部件对应于常规断层摄影设备的那些部件，具有如下所述的运行差别。基础场磁体1产生强磁场，其在时间上恒定，用于极化或对齐对象检查区域中的例如有待检查人体部分中的自旋。在球形测量体积M中界定了磁共振测量所需的基础磁场的高均匀性，使有待检查的人体部分进入该磁场。为了满足均匀性需求并且尤其为了消除时变影响，在合适的位置安装铁磁材料制成的匀场板(shim-plate)。由匀场线圈2消除时变影响，其由匀场电流源15控制。

在基础磁场1中，使用圆柱形梯度线圈系统3，其包括三个绕组。每个绕组由放大器14提供电流，以便于在笛卡尔坐标系的各个方向上产生线性梯度场。梯度场系统3的第一绕组在x方向上产生梯度G_x，第二绕组在y方向上产生梯度G_y，而第三绕组在z方向上产生梯度G_z。每个放大器14包含数模转换器，其由顺序控制18控制用于在合适的时刻产生梯度脉冲。

在梯度场系统3中，定位射频天线4，其将射频功率放大器30发射的射频脉冲转换为磁交流场，以便于激励原子核并使有待检查对象或有待检查对象的区域的核自旋对齐。从射频天线4中，从前述核自旋中形成的交流场，即通常由一个或多个高频脉冲和一个或多个梯度脉冲的脉冲序列产生的核自旋回波信号，转换成电压，其经由放大器7提供到射频系统22的射频接收器信道8。而且，射频系统22包括发射信道9，其中产生射频脉冲用于激励核磁共振。在该过程中，基于顺序控制18中的系统计算机20指定的脉冲序列的各个射频脉冲，在数字上以复数表示。该数字序列经由响应输入12作为实部和虚部提供到高频系统22中的数模转换器，并且从其到发射信道9。在发射信道9中，用射频载体信号调整脉冲序列，具有相应于测量体积中核自旋的谐振频率的基频。

从发射转换到接收操作，经由同向双工器(diplexer)6而实现。射频天线4发射射频脉冲，以将核自旋激励入测量体积M中并且扫描合成的回波信号。以相敏方式在射频系统22的接收信道8中解调相应地获得的磁共振信号，并且经由各个模数转换器将其转换成测量信号的实部和虚部。使用成像计算机17，从这样获得的测量数据重建图像。对测量数据、图像数据和控制程序的管理，经由系统计算机20而实现。基于具有控制程序的说明书，顺序控制18控制产生所需脉冲序列，并相应地扫描k空间。尤其，顺序控制18控制在合适的时刻选择梯度、发射具有已界定的相和幅度的射频脉冲并且接收磁共振信号。用于射频系统22和顺序控制18的时间基线由合成器19提供。选择用于产生MR图像的合适控制程序并且显示产生的核自旋图像，经由终端(控制台21)实现，其包括键盘和一个或多个显示屏。

图2示意性地示出了用于将k空间分割成两个区域的实施例，即中央区域A和周边区域B。区域A和B中的k空间中采样点示意性地示为实心圆点，并且周边区域B外侧的k空间中采样点示意性地示为空心点。正如通常情况下，采样点沿着垂直轴k_y和k_z组织成栅格形式。N_A指示中央区域A中的采样点数量，而N_B指示周边区域B中采样点的数量。采样点的这些各个数量满足关系N_A＝f×(N_A+N_B)，其中f是小于100％的分数或百分比。

图3示意性地示出了如果以相同速率采样图2中所示的中央区域A和周边区域B的结果。时间分辨率在图3中指示为沿着中央区域A的连续采样之间的水平时间轴的序时对齐的间隔。用于采样中央区域A的总时间指定为T_A，并且等于N_A乘以时间分辨率TR。相似的，用于采样周边区域B的总时间指定为T_B，并且等于N_B乘以时间分辨率TR。考虑到图2中所示的N_A和N_B之间的关系，图3中可见T_A短于T_B。

图4示出了其中以较低速率采样周边区域B的情况。这意味着在每次重复中并非扫描(采样)周边区域B中的每个数据点(数据入口)。在图4所示的情况下，假设T_A与图3相同，而由因子s使得T_B缩短，其中0≤s≤100％。

根据本发明对k空间的该采样结果是更频繁地采集低k空间线，从而可以更迅速地更新图像，因为图像主要由低k空间线确定。在图像重建期间，使用来自最接近中央区域A段的外周B的k空间点，而完成一幅图像的k空间数据，如图5中对指示为Ima(i-1)、Ima(i)和Ima(i+1)三个连续图像而示意性所示的。

根据本发明的扫描轨迹由根据图6中所示的特性界定。对于k空间中每个点，计算与k＝(0，0)的径向距离，并且也确定方位角Ф。然后，以线性增加形式将所有k空间点分类。然后将k空间分割成前述区域A和B，从而A具有所有k空间点的f％。然后，这定义了半径k_c，其作用为中央区域和其余k空间之间的边界。

在图7中示意性地示出了这种分类，其中将测量的总相编码步骤的数量N_t相对于k空间中半径k_r而描绘。对于具有与k空间边缘相同距离的点，分类根据增加的角Ф而发生。分类的最大程度指示了最大k空间半径k_max。

如图8和9中所示，这产生了位于半径尺寸k_c的区域A中的采样点的总数，该总数指示为N_c。图8示出了其中选择半径k_c以使得将k空间分割成中央区域A和周边区域B的情况。图9示出了其中以预定(标准)密度采样区域A，而以减少的密度采样区域B的情况。

图10示意性地示出了以完全或标准密度对区域A进行采样。采样沿着一条轨迹发生，螺旋向内或螺旋向外。

图11示出了以与标准或完全密度相比减小的密度对区域B进行采样。这沿着多条轨迹发生，每条轨迹在k_c开始，然后螺旋向外，然后结束返回k_c。在图11中，采样步骤大小为四，并且是恒定的，产生分别用实线和虚线指示的两条轨迹。然而，一般地，步骤大小可以具有不同的值，并且在区域B中的投影期间可以改变，以使得适应任意加速因子。

在图12中示意性地示出了组合各个轨迹的结果，其中由区域A中的点刻法示意性地指示以较高密度采样连续采样的区域A的事实。图13示出了在各个时刻1至9的一系列k空间填充的“快照”，其中k空间填充度由点刻法指示。

虽然可以显示k空间填充是随意的，每个步骤如k空间轨迹前述定义所见的进行明确定义，因而，这些轨迹可以称作“随机轨迹”。因而，根据本发明的用于成像序列的合适缩写是TWIST(具有交叉存取的随机轨迹的时间分辨血管造影术)。

根据TWIST通过界定参考采集时间T_acq等于N_t和TR的乘积而实现时间节省。TWIST中用于区域A的采集时间是T_TWIST＝[N_c+(N_t-N_c)/R_s]·TR。因而，TWIST加速A_TWIST为A_TWIST＝T_acq/T_TWIST＝N_t/(N_c+(N_t-N_c)/R_s)。

TWIST与诸如GRAPPA和mSENSE的已知空间并行采集技术兼容。TWIST还与ECG触发兼容。与TWIST相关的典型加速因子在2和3之间，并且GRAPPA的典型加速因子在2和4之间，因而通过组合TWIST和GRAPPA，可能实现高达12的加速因子。

TWIST具有用于研究的应用，所述研究包括颅骨内脉管系统、颈动脉程序、肺部程序、肾脏研究以及外围脉管研究。

一般地，TWIST通过包括图像中的动态信息，而允许更好地检测血管疾病，并且还允许更好地评估血管疾病的发展，也包括动态信息。由于提高的时间分辨率，用较少的造影剂可以使用TWIST，例如，小至4到5cc，并且因而有利于具有肾衰竭的患者。

TWIST还协助克服与MRA相关的定时问题，由此允许评估动脉相，而不造成静脉污染。

虽然本领域普通技术人员可以建议修改和改变，发明者的目的是将所有改变和修改包括于在此授权的专利中，正如合理和正确的进入对现有技术的贡献的范围中。

Claims (17)

1.用于产生磁共振MR数据文件的方法，该方法包括如下步骤：

使用MR成像序列从检查对象中采集MR原始数据；

在计算机存储媒介中建立k空间，并且将k空间分割成相邻中央区域和包围所述中央区域的相邻周边区域；

在计算机化过程中，通过多次交替地扫描所述中央区域和所述周边区域并且在对所述周边区域的每次扫描期间相对于所述周边区域的前次扫描或者相对于所述周边区域的之后扫描来对k空间中的不同采样点进行扫描，所述原始数据以针对中央区域和周边区域的恒定采样率进入k空间，同时在k空间内对具有第一采样点密度的所述中央区域进行采样而以小于所述第一采样点密度的第二采样点密度对所述周边区域进行采样，由此产生被采样的k空间；以及

以适于转换成图像文件的形式使被采样的k空间在数据文件中能够作为从所述计算机化过程的输出被获得。

2.根据权利要求1所述的方法，包括通过建立表示所述中央区域和所述周边区域之间的边界的半径来界定k空间的所述中央区域和所述周边区域。

3.根据权利要求2所述的方法，包括沿着单一螺旋扫描轨迹扫描所述中央区域，并且沿着多条螺旋扫描轨迹扫描所述周边区域。

4.用于产生磁共振MR图像的方法，该方法包括下列步骤：

使用MR成像序列从检查对象中采集MR原始数据；

在计算机存储媒介中建立k空间，并且将k空间分割成相邻的中央区域和包围所述中央区域的相邻的周边区域；

在计算机化过程中，通过多次交替地扫描所述中央区域和所述周边区域并且在对所述周边区域的每次扫描期间相对于所述周边区域的前次扫描或者相对于所述周边区域的之后扫描来对k空间中的不同扫描点进行扫描，所述原始数据以针对中央区域和周边区域的恒定采样率进入k空间，同时在k空间内对具有第一采样点密度的中央区域进行采样而以小于所述第一采样点密度的第二采样点密度对周边区域进行采样，由此产生被采样的k空间；以及

从被采样的k空间重建图像，并且使得该重建图像能够作为从所述计算机化过程输出的图像文件被获得。

5.根据权利要求4所述的方法，包括通过傅立叶变换被采样的k空间重建所述重建图像。

6.根据权利要求4所述的方法，包括显示所述重建图像。

7.根据权利要求4所述的方法，包括通过建立表示所述中央区域和所述周边区域之间的边界的半径来界定k空间的所述中央区域和所述周边区域。

8.根据权利要求7所述的方法，包括沿着单一螺旋扫描轨迹扫描所述中央区域，并且沿着多条螺旋扫描轨迹扫描所述周边区域。

9.根据权利要求4所述的方法，包括使用来自所述中央区域的至少一个扫描以及来自相对该中央区域的所述一个扫描最近的所述周边区域的至少两个扫描的k空间数据来从被采样的k空间中重建所述图像。

10.磁共振MR成像系统，该磁共振MR成像系统包括：

MR数据采集单元，该MR数据采集单元被配置成与检查对象相互作用；

控制器，该控制器通过实施磁共振成像序列而运行所述MR数据采集单元，以从检查对象中采集MR原始数据；

图像计算机，该图像计算机能够存取计算机存储媒介，其中所述图像计算机建立k空间，并且将k空间分割成相邻的中央区域和包围所述中央区域的相邻的周边区域，所述图像计算机通过多次交替扫描所述中央区域和所述周边区域并且在对所述周边区域的每次扫描期间相对于所述周边区域的前次扫描或者相对于所述周边区域的之后扫描来对k空间中的不同采样点进行扫描而使所述原始数据以针对中央区域和周边区域的恒定采样率进入k空间，同时在k空间内对具有第一采样点密度的中央区域进行采样而以小于所述第一采样点密度的第二采样点密度对周边区域进行采样，由此产生被采样的k空间，并且所述图像计算机从被采样的k空间中重建检查对象的图像；以及

显示器，该显示器与所述图像计算机进行通信，所述图像计算机使得重建的图像以可视方式显示在所述显示器上。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述图像计算机通过傅立叶变换被采样的k空间来重建所述图像。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述图像计算机建立k空间半径，该半径界定所述中央区域和所述周边区域，并且作为中央区域和所述周边区域之间的边界。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述图像计算机使用单一螺旋扫描轨迹扫描所述中央区域，并且使用多条螺旋扫描轨迹扫描所述周边区域。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器使用GRAPPA作为所述MR成像序列来运行所述MR数据采集单元以采集所述MR数据。

15.根据权利要求10所述的系统，该系统包括造影剂注射器，其被配置成与检查对象交互作用以在采集所述MR原始数据的同时将造影剂注射进入检查对象的脉管系统。

16.根据权利要求10所述的系统，其中所述图像计算机重建由所述造影剂增强的作为所述检查对象的血管造影图像的所述图像。

17.根据权利要求10所述的系统，其中所述图像计算机使用来自所述中央区域的至少一个扫描和来自最接近所述中央区域的所述一个扫描的所述周边区域的至少两个扫描的k空间数据，来从被采样的k空间中重建所述图像。

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