CN101281242A - 在记录磁共振测量数据时确定运动的方法及相关设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在记录磁共振数据组的测量数据(53)期间确定受检对象的运动的方法，借助至少两个具有不同空间位置(57)的天线元件(65)，其中，测量数据(53)的记录包括在每个入射的激励脉冲(51)之后采用一个导航信号，以及其中，在该至少两个天线元件(65)中、在考虑该天线元件(65)的空间位置(57)的情况下、由导航信号的信号强度变化(55)来确定在记录测量数据期间在两个激励脉冲(51)之间受检对象的运动。此外，本发明还涉及一种用于实施该方法的具有控制单元(37)的磁共振设备。

Description

在记录磁共振测量数据时确定运动的方法及相关设备
技术领域
本发明涉及一种在记录磁共振测量数据期间确定受检对象的运动的方法。此外，本发明涉及一种相关的磁共振设备。
背景技术
磁共振技术(在下面简称磁共振为MR)是一种公知的技术，用该技术可以产生受检对象内部的图像。为此，将受检对象在MR设备中定位在相对强的静态均匀基本磁场中(场强从0.2特斯拉到7特斯拉或更强)，从而使其核自旋沿着基本磁场取向。为了触发核自旋共振，将高频激励脉冲入射到受检对象中，测量所触发的核自旋共振并基于它们再现MR图像。为了对测量数据进行位置编码，将快速接通的磁梯度场与基本磁场相叠加。将所记录的测量数据数字化，并作为复数值保存在k空间矩阵中。借助多维傅立叶变换可以由存有值的k空间矩阵再现所属的MR图像。
MR成像由于其相对长的测量时间而是运动敏感的，也就是，在记录测量数据期间，受检对象的运动有时可以造成图像质量的明显限制。
因此，有各种方法，尝试检测受检对象的运动，并将如此获得的信息要么应用于改进的图像数据的再现，要么应用于测量系统对随后的测量数据记录预期的匹配。
相对昂贵的方法应用外部标记和结构，用这些标志和结构可以三维地在空间用光学手段采集并考虑运动。然而，这类方法要求有附加的硬件，因此造成高昂的成本费用，致使这类方法一般不被采用。
此外有一些方法，在这些方法中特殊设计的测量序列使得可以检测运动。在PROPELLER技术的对测量数据的记录中，例如在文献J.G.Pipe“PeriodicallyRotated Overlapping Parallel Lines with Enhanced Reconstruction(PROPELLER)MRI；Application to Motion Correction”，ISMRM 1999，Abstract Nr.242中阐述的那样，例如分段扫描k空间矩阵，其中各个k空间段相互旋转，致使用每个k空间段来扫描k空间的中央区域。对k空间中央区域的过扫描使得可以检测在扫描各k空间段之间出现的运动并在图像再现时加以考虑。
另一种方法用在功能MR成像(也作为fMRI“functional MR imaging”而公知)中，并以名称PACE(“prospective acquisition correction”)而公知。在此在给测试人员提供各种刺激时，顺序地记录大脑的完整的多层单触发(Multi-Slicesingle-shot)回波平面成像(EPI，“echo planer imaging”)数据组。为了能够将重复记录的数据组彼此进行比较，必须使三维数据组彼此相同地定位和定向。在PACE方法中，在记录测量数据时对数据组进行分析，使得后续数据组的记录是在考虑受检对象的可能改变的位置下进行的。
然而，这里介绍的这些方法是按照所应用的测量序列的特殊设计制定的，并且通常不能移植到其它测量序列上。
另一种常用的用于识别和/或校正在记录测量数据期间出现的运动的方法应用所谓的导航信号，也称为导航回波。
进行这种记录时，除了要存储在相应于要产生的图像的k空间矩阵中的实际的测量数据外，还要一起记录附加的数据，即所谓的导航信号。这些导航信号使得可以检测在记录测量数据期间受检对象出现的运动，并可以在需要时在再现MR图像时加以考虑，从而避免运动伪影的出现。
在此，通常通过导航信号扫描k空间矩阵一个较小的区域，例如一个k空间行或k空间矩阵的一个较小的中央段。通过就其振幅和相位来说比较用导航信号扫描的k空间值，可以检测在两个导航信号扫描之间可能出现的运动，和/或在再现图像时给予考虑。
在记录这类导航信号时，根据导航信号的复杂性有时会使测量序列的测量持续时间明显提高。
因此，有必要对那些借助导航信号检测受检对象的可能运动的方法进行改进。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于确定在记录磁共振数据组的测量数据期间受检对象的运动的方法，该方法需要较少的测量时间和计算时间并可用于很多测量序列。此外，本发明要解决的技术问题还在于提供一种MR设备，用该设备，可以在使用较少的测量时间延长和计算时间延长的同时，在记录磁共振数据组的测量数据期间检测受检对象的运动并具有多种可用性。
因此，本发明的技术问题通过一种用于在记录磁共振数据组的测量数据期间确定受检对象的运动的方法来解决，其借助至少两个具有不同空间位置的天线元件来实现，其中，测量数据的记录包括在每个入射的激励脉冲之后采用一个导航信号，以及其中，在该至少两个天线元件中、在考虑该天线元件的空间位置的情况下、由导航信号的信号强度变化来确定在记录测量数据期间在两个激励脉冲之间受检对象的运动。
按照本发明的方法，就天线元件的不同空间位置来测量导航信号的强度。与用一个导航信号扫描k空间矩阵的一段并对由此得到的振幅值和相位值进行分析的常规方法相反，按照本发明可以只对导航信号的信号强度进行分析，从而可以较快且简单的方式记录导航信号。按照本发明的方法，对于确定受检对象的运动所需的导航信号的数据量较小，允许高效和快速地计算运动参数，从而测量序列的性能只受到无关紧要的限制。导航信号的接收可以在不到10ms内或更少，如在5ms内或更少时间内完成，无论如何都会在少于100ms之内完成，从而序列的测量时间基本不受影响。
有利的方式是，在确定受检对象的运动时，分别考虑至少两个天线元件的空间灵敏度特性。由此，可以更准确地确定受检对象的运动。
以优选的方式，直接在一个实施激励脉冲的再聚焦脉冲之后记录导航信号。在该时刻，可测量到较强的核共振信号，从而在此可以良好的信噪比来记录导航信号。此外，在该时刻对于大多数常用的测量序列来说并不记录对实际图像信息编码的数据，从而可以将已经存在的测量序列扩展到记录导航信号，从而可以在扩展了的测量序列中实施本发明的方法。
以优选的方式，在不射入梯度场的情况下记录导航信号。可以将这样实施的记录没有大问题地集成到已有的测量序列中，因为没有接通用于记录的梯度场，而在其它情况下该梯度场须与在测量序列期间接通的其它梯度场相调协。在此，可以非常好的信噪比来实施记录。
在一优选实施方式中，在确定受检对象的运动时，还考虑在检查对象中通过激励脉冲被激励成共振的核自旋相对于天线元件的空间位置的位置。据此就是当MR检查没有遵循标准规程时也可以正确的方式检测运动，在该规程中例如被激励的体积、如一个层的位置相对于至少两个天线元件的空间位置在一开始就是已知的并且确定受检对象的运动已与之相协调。在这个实施方式中，例如也可以任意选择层的取向并且将对受检对象运动的确定灵活地与之相调谐。
本发明的技术问题还通过一种包括控制单元的磁共振设备来解决，该控制单元用于实施本发明的方法。
附图说明
下面对照附图结合实施例对本发明作进一步说明。其中：
图1示意性示出MR设备的结构，
图2示意性示出本发明方法的一个实施方式的概貌，
图3示出受检查患者的头部，其定位在包括多个天线元件的天线阵列中，
图4示出天线元件的空间灵敏度特性，
图5示出在受检的头部运动之前和之后在天线元件中测得的信号强度，以及
图6示意性示出脉冲序列图，在该脉冲序列中，在再聚焦脉冲之后记录导航信号。
具体实施方式
图1示意性示出配备有其主要部件的磁共振设备1的结构。为了借助磁共振成像检查身体，施加各种在其时间和空间特性上彼此最准确调谐的磁场。
设置在高频技术屏蔽的测量室3中的强磁铁、通常是带有隧道形开口的低温磁铁5，产生通常为0.2特斯拉至3特斯拉或更高的静态强主磁场7。待检查的身体或身体部分(在此未示出)被安置在患者卧榻9上并定位在主磁场7的均匀区域中。
通过磁高频激励脉冲来激励身体的核自旋，高频激励脉冲通过在此作为体线圈13示出的高频天线射入。该高频激励脉冲由受脉冲序列控制单元17控制的脉冲发生单元15产生。高频激励脉冲在通过高频放大器19放大之后被传送到高频天线。在此示出的高频系统只是示意性的。通常在一台磁共振设备1中使用多个脉冲发生单元15、多个高频放大器19和多个高频天线。
此外，磁共振设备1具有梯度线圈21，在测量时用这些线圈射入用于选择层激励和用于对测量信号进行位置编码的磁梯度场。梯度线圈21由梯度线圈控制单元23控制，其与脉冲发生单元15一样也与脉冲序列控制单元17连接。
由激励的核自旋发出的信号，由体线圈13和/或局部线圈25接收，通过对应的高频放大器27放大并由接收单元29进一步处理和数字化。
对于既可以在发送模式也可以在接收模式下运行的线圈来说，例如体线圈13，通过连接在前的发送接收转接器(Weiche)39来调节正确的信号传导。
图像处理单元31由测量数据产生图像，该图像通过操作控制台33展示给应用者或存储在存储单元35中。中央计算机单元37控制各个设备组件。在此该计算机单元37设计成用于实施本发明的方法。
图2示意示出本发明方法的实施方式的概貌。如在MR技术中通常的那样，在入射用于触发受检对象中的核共振信号的激励脉冲51之后，记录测量数据53。为了能够确定在两个不同时刻入射的激励脉冲51之间受检对象位置的改变，对随后的测量数据53的记录分别包括一个导航信号。
在此利用至少两个具有不同空间位置的天线元件来记录测量数据53。受检对象在两个激励脉冲51之间的位置改变暗示着受检对象相对于该至少两个天线元件的空间位置的改变。这会造成在激励脉冲51之后记录的各导航信号的信号强度的改变55。由此，与天线元件的空间位置57一起来确定59受检对象出现的运动。
特别有利的方式是，可以在确定59受检对象的运动时同样考虑天线元件的灵敏度特性61，因此可以更准确地确定59受检对象的运动。在确定59受检对象的运动时，同样还可以考虑在受检对象中通过激励脉冲被激励成共振的核自旋相对于天线元件空间位置57的位置62，这尤其在应用具有可自由选择的被激励核自旋的体积的位置、如其层位置/层取向的非标准化的检查规程时是有利的。
本发明的方法可以在不同类型的序列中使用。一方面，当分段扫描属于MR图像的k空间矩阵时，其中k空间段的测量数据53分别在激励脉冲51之后被扫描，就可以使用该方法。但是另一方面，当顺序地产生多个MR图像时，其中通过本发明的方法可以检测到两个MR图像之间出现的运动，也可以使用该方法。
通过确定59受检对象的运动而获得的信息可以以不同的方式利用。例如，这些信息可用来减少在由记录的测量数据53再现MR图像时的运动伪影。但也可以以预期的方式应用这些信息，使测量序列在检测到运动之后与受检对象的改变了的位置相匹配。因此，在记录时就已经产生测量数据53，从这些测量数据中可以再现具有较微小运动伪影的MR图像或为后续的处理已经尽可能准确地彼此对准的MR图像。
图3示出的是在大脑成像时本发明方法的可行的应用可能性。此时，用天线阵列63来记录测量数据53，该天线阵列包括八个单个的天线元件65，这些元件分别具有不同的空间位置。受检查患者的头部67定位在天线阵列63中。在记录测量数据期间，头部67的可能的位置改变69通过虚线表示。
图4示意性示出天线元件65的灵敏度特性。其中，绘出的是由对象在天线元件65中引起的信号强度与对象到天线元件65的距离r的关系。对象距天线元件65越远，在天线元件65中感应出的信号的强度就越弱。这意味着，当受检对象相对于天线元件65运动时，由天线元件65测量的导航信号的信号强度改变，如图5所示。实线相当于在患者头部67特定位置上导航信号的信号强度，虚线相当于头部67的位置改变69之后的等效导航信号的信号强度。
如在图3中所示，如果头部67向它的左侧运动，则根据在图4和图5的实施方式，在安在左耳上的天线元件65′中导航信号的强度得到最强的增强，而在安在右耳上的天线元件65″中导航信号的强度则最明显地降低。而在前额和脑后的天线元件65′″中导航信号的强度则基本上保持不变；在其余倾斜设置的天线元件中，导航信号强度的增强或减弱表现得要比在侧面的天线元件中的弱。
这种信号强度的改变现在可以被定量地进行分析，例如从导航信号的信号强度的改变中借助数学计算来实时地确定所出现的运动。替代地也可以将信号强度的改变与以前测量的并存储的通过不同的运动模式引起的改变模式进行比较，并由此确定运动。
图6示出的优选测量序列的示意结构，在该测量序列中对测量数据的记录包括在一个激励脉冲之后记录导航信号，该导航信号在本发明的方法中用于确定受检对象的运动。
在第一行显示的是入射的高频激励脉冲RF(radio frequency，射频)，在此其例如是90°激励脉冲。下面三行表示在层方向S、相位编码方向P以及读出方向R上的被激励的梯度场GS，GP和GR。在此示出在90°激励脉冲期间在层方向S上被激励的层选择梯度以及随后的再聚焦脉冲。由此实现，只将位于受检对象特定层的核自旋激励成共振。此后接着的行示出在受检对象中感应出的核共振信号(信号)。在最后一行(ADC-取样)以黑短线示出通过扫描核共振信号来记录测量信号的时间点。所示出的黑短线73表征对导航信号的记录，其在层再聚焦结束之后几毫秒进行。
在此所示出的仅是测量序列中的开始部分，在该部分示出导航信号的记录，在激励脉冲期间接通带有再聚焦脉冲的梯度场之后，利用该导航信号测量所感应出的核共振。该测量序列随后的变化通过灰色矩形71表示，其对于本发明的方法无关紧要，可以以不同的方式实施。

Claims (6)

1.一种用于在记录磁共振数据组的测量数据(53)期间确定受检对象的运动的方法，借助至少两个具有不同空间位置(57)的天线元件(65)，其中，测量数据(53)的记录包括在每个入射的激励脉冲(51)之后采用一个导航信号，以及其中，在该至少两个天线元件(65)中、在考虑该天线元件(65)的空间位置(57)的情况下、由导航信号的信号强度变化(55)来确定在记录测量数据期间在两个激励脉冲(51)之间受检对象的运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定受检对象的运动时，分别考虑所述至少两个天线元件(65)的空间灵敏度特性(61)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，直接在一个所述激励脉冲(51)时实施的再聚焦之后记录所述导航信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在不射入梯度场的情况下记录所述导航信号。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在确定受检对象的运动时，还附加地考虑在受检对象中通过激励脉冲激励成共振的核自旋相对于天线元件(65)的空间位置(57)的位置(62)。
6.一种磁共振设备，具有控制单元(37)，其用于实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
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