CN101329389A - 用于校正运动伪影的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于校正在检查区域的MR图像的拍摄中的运动的方法，其中，考虑在检查区域的空间上不同的层的拍摄之间出现的运动，具有以下步骤：在多个层中拍摄检查区域，至少以两个组拍摄这些层，其中，在第一组的层之间这样设置至少部分第二组的层，使该第二组的至少一层位于该第一组的层之间；进行检查区域的运动的校正，该运动是在所述第一组的层的数据的拍摄和所述第二组的位于中间的层的数据的拍摄之间出现的，其中，对于运动校正，由所拍摄的所述第一组的层数据，对位于中间的层重建一个参考数据组，将该参考数据组与位于中间的层的MR图像的拍摄的数据比较，以便确定并且校正出现的运动。

Description

用于校正运动伪影的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在拍摄MR图像的情况下校正运动的方法以及一种为此的MR设备。本发明尤其(但不仅仅)在拍摄头部MR图像的情况下被应用。不过，本发明可以在其它的身体区域被使用，该身体区域本身为坚硬的、但可能构成平移运动或旋转运动。

背景技术

在借助于核磁共振的成像情况下，检查对象在信号记录期间的运动通常导致图像中的伪影，其在对MR图像的解释中造成可以看出来的或多或少的干扰。根据检查对象的运动，运动伪影在此可以被划分为在记录单个MR图像(即一个层)的情况下得出的伪影。下面，将其归类为层内运动，因为其描述在一个层期间的记录时产生的运动。除了该层内运动，还可以提到层间运动，其中它描述在不同的位置记录不同层产生的时间间隔中出现的运动。在单个层的记录情况下的运动例如导致信号丢失、图像中信号模糊或导致所谓的幻像伪影。存在对运动伪影的不同的校正方法。例如，可以在成像时压制在图像平面中出现的坚硬身体的平移运动和旋转运动，除了别的之外，如在由James G.Pipe在“Motion Correction with Propeller MRI：Application to Head Motion andFree-Breathing Cardic Imaging”，Magnetic Resonance Medicine 42：963-969，1999中所描述的。

层间运动这样影响所记录的MR图像，即，在相邻的层中所记录的解剖结构不是互相对齐，而是移位或旋转一个角度而显示的。因为“浏览”图像的医生通常在记录多个层的情况下按解剖结构的顺序检查图像，因此平移移位或旋转一个角度的层对检查医生来说是非常有干扰的。

减少这样的运动伪影的理论上的可能性在于，减少在记录两个相邻层时的时间间隔。但是这有如下缺点。在相邻层互相短的激励情况下，通过选择的高频激励脉冲(Hochfrequenzanregungspuls，HF脉冲)不是总是激励完美的矩形的层概貌。由此，每个HF激励脉冲必然还影响与被激励的层相邻的层。如果在通过相邻的层感应的激励衰减之前，此时该相邻的层本身被激励，则会改变对比度。由此的出路是一种拍摄方法，在该方法中，层不是以其解剖结构的顺序依次被激励的，而是例如分别跳过一层。这意味着，在这种情况下，仅仅是每隔一个层被激励，而在稍后的时刻激励被排除的层。在这样的拍摄方法情况下此时存在如下可能性：或者首先完全拍摄第一组的所有层(即例如层1，3，5，...)，然后拍摄第二组的余下的层(即层2，4，6，...)。在此，一个层的完全拍摄一般要求多个激励。作为替换，可以互相交叉地拍摄第一组和第二组的层，其中例如在第一层的第一部分拍摄之后并且在重复时间TR之内的第一层的其它激励之前，拍摄第二组的相邻层的第一部分。在头部的T2加权拍摄情况下，重复时间TR大约为4至12秒。相邻层的激励之间的时间间隔在最后提到的交叉的例子中大约为TR/2，即2至6秒。对于在其中在拍摄下一个组之前首先完全拍摄一个组的其它的拍摄计划，在两个相邻层的相应的激励之间的时间间隔处于分钟范围。然而，在两种拍摄技术情况下，在相邻层的拍摄之间经过的时间间隔，不是可忽略的。如果在该时间间隔之内检查区域运动，则这导致在图像中所显示的检查区域的移位。

在现有技术中现在已知用于减少在层拍摄期间产生的运动伪影的技术(参见前面已经提到的James G.Pipe的出版物“Periodically Rotated OverlappingParallel Lines with Enhanced Reconstruction(PROPELLER)MRI；Application toMotion Correction”，MRM 42：963-969，(1999))。然而，这样的层内运动校正不可以用于校正由在不同的解剖结构的层的拍摄/激励之间的运动所产生的运动伪影。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种可以校正所谓层间运动的方法和MR设备。

根据本发明的第一方面，提供了一种校正层间运动伪影的方法，其中，在多个不同的层中拍摄检查区域的MR图像，其中这些层或所属的MR图像以至少两个组拍摄，其中第二组的层在空间上这样设置，即第二组的至少一个层位于第一组的层之间。为了校正在第一组的层数据的拍摄和第二组的位于中间的层的层数据的拍摄之间的检查区域的运动，由所拍摄的第一组的层数据，为第二组的至少一个位于中间的层重建参考数据组，用于运动校正。然后将该参考数据组与该位于中间的层的MR图像的实际的拍摄比较，其中通过该比较，确定并接着校正出现的运动。本发明基于以下事实：在这样的具有两个组的拍摄方法情况下，时间上非常短促地依次拍摄一个组的层数据。同一组的两个层的激励之间的时间间隔通过单个回波序列(Echozug)的持续时间被向下限制。一个回波序列的持续时间处于从几个毫秒至几百毫秒的范围。在该时间间隔之内检查区域的运动、即患者运动，通常可以被忽略，由此可以推出，在一个组的两个相邻的层的拍摄之间的运动可以被忽略。此外，用本发明方法可以假定，一个组的相邻层是解剖结构上非常相似的并且不能互相完全区别。根据本发明的方法的另一个特征在于，在坚硬身体的运动情况下可以提供特别好的结果。这意味着，所拍摄的检查区域在其形状上没有改变，而是基本上仅仅出现所拍摄的身体的刚性的平移运动和/或旋转运动。

优选地，在空间上交替设置第一组的层和第二组的层。这意味着例如，空间上依次的第一、第三、第五、第七、...层属于第一组，而第二、第四、第六、...层属于第二组。但是本发明不限于两组。可以考虑的还有具有由第一、第四和第七层组成的第一组、由第二、第五和第八层组成的第二组以及由第三、第六和第九层组成的第三组的应用。如上所述，如果第一组的其数据用于第二组的位于中间的层的参考数据组的重建的层显示解剖结构上非常相似的结构，则本发明给出最好的结果。当对第二组的层的参考数据组的重建使用第一组的两个直接相邻的层时，尤其实现这点。例如这意味着，对(第二组的)第二层的参考数据组的构建来说，使用(第一组的)第一和第三层数据，等等。但是，在利用多于两个组使用该方法情况下，也可能不是使用两个直接相邻的层，而是还可以使用其它远离的邻层，例如在将层划分为三个组的情况下，层一和层四的数据用于形成第二层的参考数据组。

根据本发明的一种实施方式，时间上先于第二组的层拍摄第一组的层。在该实施方式中，在直接相邻的层的拍摄之间的时间上的间隔是大的，处于分钟的范围，从而使此处根据本发明的对运动伪影的校正能起到大的作用。在另一种实施方式中，交叉拍摄第一组的层与第二组的层。在该方法中，在时间上在第一组的层的子数据组的拍摄之间拍摄第二组的层的至少一个子数据组。在这种情况下，在两个不同组的直接相邻的层的数据拍摄之间的时间间隔大约等于半个重复时间TR，其中该重复时间是在相同层的两个互相跟随的激励之间的时间间隔。在头部T2加权像序列情况下，重复时间大概为4至12秒。在这种情况下，直接相邻的层的激励/数据拍摄之间的时间间隔大概为2至6秒。

利用本方法尤其可以实施检查区域的平移运动/旋转运动的校正，该运动是在第一组的两个MR图像的数据的拍摄和第二组的位于中间的层的数据的拍摄之间的时间间隔中出现的。

根据本发明的一种实施方式，利用放射状的拍摄技术拍摄MR图像，在该拍摄技术中，对每个MR图像以预定的宽度的多个片段拍摄所谓的k空间或原始数据空间，其中每个片段经过k空间中心。由此在k空间产生交叉区域，其由每个片段拍摄。只要单个k空间片段的拍摄相对典型的患者运动快速地实施，对层内运动校正使用k空间轨迹的该特征。在缺乏患者运动的情况下，在同一层的两个不同片段的交叉区域的数据，在对片段之间的已知的旋转角的校正之后，按照第一近似是相同的。如果在两个片段的拍摄之间进行患者运动，则在交叉区域中的数据互相偏离。由这些偏离，即，通过比较在交叉区域中的数据，计算在两个片段的拍摄之间进行的患者运动，只要患者运动基本上在层平面进行。对已知的运动，可以在片段数据在k空间的重叠之前相应地校正两个片段之一的数据，并且这样计算清晰图像，尽管有运动。该方法不直接传输到层间运动校正，因为不同层的片段的交叉区域的数据在缺乏患者运动的情况下是互相不同的。该问题在本发明的第一实施方式中如下解决：对第二组的位于中间的层，从第一组的层的片段数据这样计算一个人工的参考数据组，即该参考数据近似(至少在片段的交叉区域)对应于在第一组的片段的拍摄时刻第二组的位于中间的层的片段数据。通过将实际测量的第二组的位于中间的层的片段数据与参考数据组的相应数据进行比较，推断出在第二组的位于中间的层的这些片段的拍摄和第一组的片段的拍摄之间的患者运动，从第一组的片段中产生参考数据组。这是所寻找的层间运动，可以用与在层内运动校正情况下使用的相同的方法校正该运动。也就是说，成功实施根据本发明的方法的关键步骤是对第二组的位于中间的层的人工的参考数据组的产生。为此只使用在时间上直接相邻测量的第一组的这些片段，以获得无运动的参考数据组。最简单的方法是由与第二组的位于中间的层直接相邻的第一组的两个层的片段的线性内插。为此将两个片段的相应的数据相加并将结果除以二。如果满足开头提到的前提条件的话，则这样已经得到对层间校正足够好的参考数据组。作为对线性内插方法的替换，可以使用从一堆二维图像中在中间层位置近似内插出一幅图像的任何方法。这些方法在文献中是公知的，例如在二维图像堆的三维可视化情况下所使用的。许多这些方法在图像空间中进行。这是没有障碍的，因为每个片段拍摄k空间中心。因此，通过每次一个二维傅里叶变换，可以将用于形成参考数据组的第一组的层的片段变换到图像空间。由此获得一堆二维图像。在这些层堆上应用内插方法，从而在第二组的位于中间的层的位置上产生一幅图像。只要在k空间进行运动检测，就可以用一个二维傅里叶逆变换将该图像反变换到k空间中。

在至此描述的实施方式中，由相邻层的k空间数据的子区域产生参考数据组。然而在另一种实施方式中，第一组的高分辨率的MR图像(或该图像的k空间数据)本身也可以用于参考数据组的构建。在这种情况下，第一组的高分辨率的MR图像被用于第二组的位于中间的层的参考数据组的重建，其中例如又可以通过两个相邻的高分辨率的MR图像的线性内插产生参考数据组。

上述所谓层间运动校正可以单独被实施，但也可以与层内运动校正一起被使用。层内运动校正方法通过本文开头描述的James G.Pipe的出版物在现有技术中是公知的。在此如下是可能的，即在第一组的层中实施层内运动校正，其中该运动校正在为层数据的测量而产生的时间间隔之内校正运动。第二组的层的层内运动校正例如同样可以通过将该层的每个片段与该层的参考片段比较而被校正，其中，该层的参考片段与在层间运动校正期间计算的该层的重建的片段匹配。在此为了产生第二组的位于中间的层的参考数据组，使用第一组的层的片段，其也作为对第一组的层的层内运动校正的参考片段被使用。

本发明同样涉及用于实施上述运动校正方法的MR设备。这样的MR设备具有用于产生和拍摄检查区域的核共振信号的图像拍摄单元，其中该图像拍摄单元还重建所拍摄的MR信号的MR图像。在此，这样控制图像拍摄，即通过至少两个组在多个层中拍摄检查区域，其中，这样围绕第二组的至少一个层设置第一组的层，使第二组的该层位于第一组的层之间。该MR设备还具有校正层间运动的运动校正单元，其由所拍摄的第一组的层数据重建一个对于位于中间的层的参考数据组，并且将该重建数据组与该对其产生该参考数据组的、位于中间的层的MR图像的拍摄的数据比较，并且由此计算出现的运动。在此，运动校正单元可以具有比较单元，该比较单元将对于位于中间的层的参考数据组与同一层的所测量的数据比较，后者是在后面的时刻拍摄的，其中，接着从该比较中确定检查区域的平移运动和/或旋转运动。

附图说明

以下结合附图详细描述本发明。在附图中：

图1示出了在两个不同组中多个层的拍摄的示意图，

图2示出了两个组的拍摄的顺序的第一例子，

图3示出了两个组的拍摄的顺序的另一个可能性，

图4举例示出在所谓的PROPELLER成像序列中的k空间轨迹，其中以放射状的拍摄技术按照不同的片段拍摄k空间，

图5示出了根据本发明的运动校正的第一实施方式的流程图，

图6示出了根据本发明的运动校正的另一种实施方式的流程图，

图7示出了显示在层间和层内运动校正之间的关系的流程图，

图8A-8D借助示例MR图像示出了根据本发明的运动校正，

图9示出了无层间和层内运动校正的不同的MR图像，仅有层内运动校正的图像和具有两种运动校正的图像，以及

图10示意性示出了可以实施根据本发明的运动校正方法的MR设备。

具体实施方式

图1示意性示出了不同的MR图像。从检查区域(未示出)拍摄不同的层10，其中不同的层10以解剖结构顺序依次显示检查区域。在本发明的一种实施方式中，不是依赖于其空间的位置依次拍摄层10，而是将层分成两个不同的组，例如存在第一组11的层和第二组12的层。如在本文开头提到的，不直接依次测量直接相邻的层，对许多应用情况是具有优势的，因为在层中核自旋的激励情况下，不能完全排除在相邻层的核自旋的激励。由于这个原因，例如测量第一组的层，即在所示的例子中是层一、三和五，并在后面的时刻测量第二组12的层，在所示的例子中是层二、四和六。可以用图10中示意性示出的MR设备100拍摄这些MR图像。MR设备的结构基本上相应于通常的MR设备的结构。基本磁铁110产生时间上恒定的强磁场，以极化或者说对齐对象的检查区域(例如人体111的待检查的部分)中的核自旋。检查区域在患者卧榻112上被推进基本磁铁110中，直到待检查的区域位于磁铁中部，在该磁铁中部出现磁场空间上尽可能的均匀性。此外，在基本磁铁110中设置了未示出的梯度线圈系统。该梯度线圈系统产生在笛卡尔坐标系统的不同的方向的线性梯度场。此外，设置了MR设备100的高频天线，其将用于待检查的对象的核的激励和核自旋的对齐的高频脉冲(Hochfrequenzpulse，HF脉冲)入射到检查对象中。由未示出的高频天线检测作为电压信号的从进动的核自旋出发的交变场，并且接着在MR设备的接收系统中被解调以及在中心控制单元120被进一步处理。在中心控制单元120设置了图像拍摄单元125，其负责借助所拍摄的MR信号产生MR图像，其中图像拍摄单元同样监控如图1所示的层顺序的控制。如果现在通过图像拍摄单元125拍摄检查对象的多个层的MR图像，其中以不同的组拍摄如图1所示的多个层，则在此可以出现检查区域的不同的运动。运动校正单元128校正受检人员在图1的不同层10的拍摄期间进行的运动。为此，运动校正单元具有比较单元129，在该比较单元中如后面解释的那样，将层的参考数据组与该层的实际测量的MR数据进行比较，以便由此推断出在一个层的测量和另一层的测量的时间间隔中出现的运动。最后，可以为了诊断将MR图像在显示单元130上显示。用于产生MR图像的MR设备的工作原理对专业人员是公知的，因此放弃对基本组件的详细描述。将借助图2-9详细描述对本发明来说是重要的、通过运动校正单元的运动校正。

现在可以以一个时间上的顺序拍摄在图1中所示出的不同的组11和12，如在图2或图3中所示。在图2所示的实施方式中不同层的拍摄顺序这样实现，即首先全部拍摄第一组11的图像。在所示的例子中所有这些层或图像具有奇数的层号。当拍摄了所有的奇数层，接着拍摄具有偶数层号的第二组。拍摄所有层的总时间为采集时间TA。如由图2的例子看出到的那样，在首先拍摄的第二组的图像(例如图像2)的数据的拍摄与两个相邻的图像1和3的第一数据的拍摄的时刻之间的时间间隔大约为采集时间的一半。在图3中示出了拍摄不同MR图像10的另一个拍摄计划。在该例子中，这样交叉拍摄图像，即以时间间隔TR(TR表示重复时间)拍摄第一组的图像(例如第一图像)的不同的片段20。TR是在相同层的两个依次激励之间的时间间隔，其中在每个激励情况下，拍摄子数据组，即一个层的片段。在图3中的上面的时间轴上显示了三个不同的子数据组或片段用于第一MR图像的建立。在下面的时间轴中显示了，何时拍摄相邻的属于第二组12的第二图像的不同的子数据组。同样在层的依次的子数据组的拍摄之间的时间间隔是TR。第二层21的第一激励大约在第一层20的第一激励之后TR/2进行，由此在第一和第三层的激励情况下很大程度上衰减了不可避免的第二层的激励。因为本发明特别可以应用于头部区域，因为依次的层之间的解剖结构仅仅轻微改变，所以可以进行例如T2加权FLAIR拍摄(FLAIR表示Fluid Attenuated Inversion Recovery，液体衰减反转恢复)。TR对该T2加权FLAIR序列至少为九秒，从而使在相邻层的拍摄之间的最小时间间隔不至于小到使在TR/2之内的当前运动可以被忽略。这对图2所示的实施方式更是如此，因为此处在第一图像和第二图像的测量之间的时间间隔还要大许多。

还可以与层间运动校正一起使用本发明。由于这个原因，以下与图4一起解释运动校正，该运动校正是校正在单独层的拍摄情况下在拍摄时间期间出现的运动。

图4示出了在本文开头提到的James Pipe的出版物描述的在PROPELLER技术情况下在k空间中拍摄技术的例子。在这样的Propeller技术中，包含了步骤相位校正、旋转校正、平移校正、相关权重和最后的重建。在本发明的一种实施方式中这样修改步骤旋转校正和平移校正，使得同样考虑层间运动。在PROPELLER技术中，如图4所示，在具有厚度L的不同片段中读出(在宽度M上用多个相位编码步骤和信号读出)k空间。在图4示出的实施方式情况下，通过九个不同的片段覆盖整个k空间，其中每个片段经过k空间中心并且相对另一个片段转过一个旋转角度。在图4中看到，在中部显示的虚线圆形，即所谓的交叉区域40，由所有片段拍摄。交叉区域40在每个片段下被拍摄。如果现在假定足够快地拍摄每个片段，以至于在拍摄每个片段时的运动是可以被忽略的，则可以由交叉区域40对每个片段重建图像。如果检查对象处于静止，则不同片段的所有图像应该互相对应，直到一个已知的旋转角α。如果现在在图像平面中的检查对象在相同的层的不同片段的拍摄之间运动，则单个层的图像是已经进行了旋转运动和平移运动的复制。因此对所拍摄的MR数据在交叉区域40的比较，可以在平面中计算在层的单个片段的拍摄之间进行的患者运动。这样的检测方法利用图像对I₁(x，y)和I_i(x，y)工作。该两个图像中之一表示参考图像，并且运动检测的任务是，找到一个旋转角Θi以及平移变量Δx_i，Δy_i，其使第二图像I_i(x，y)与参考图像I₁(x，y)对齐。数学上如下描述该事实：

I_i(x，y)＝I₁((xcosΘ_i+ysinΘ_i)-Δx_i，(-xsinΘ_i+ycosΘ_i)-Δy_i)    (1)

该方法可以或者在图像区域或者在k空间中工作。I_i(x，y)的傅里叶逆变换s₁(k_x，k_y)和I_i(x，y)的傅里叶逆变换s_i(k_x，k_y)具有如下关系：

$s_i(k_x,k_y)=e^{-j2\mathrm{\π}(\mathrm{\Δ}{y}_i{k}_x+\mathrm{\Δ}{x}_i{k}_x)}{s}_1((k_x\cos {\mathrm{\Θ}}_i+k_y\sin {\mathrm{\Θ}}_i),(-k_x\sin {\mathrm{\Θ}}_i+k_y\cos {\mathrm{\Θ}}_i))---\left(\text{2}\right)$

其它细节可以从引用的James Pipe的出版物中获得。

现在在实施运动检测之前，这样过滤片段，使得对每个片段仅留下在交叉区域40内部的数据。这意味着：

s_i(k_x，k_y，n)＝0，当 $\sqrt{k_x^2+k_y^2}>L---\left(3\right)$

为计算层间运动现在可以使用一个片段的任意一个交叉区域作为参考。例如其可以在层n中的第一片段s₁(k_x，k_y)。为了检测在第二片段和第一片段的拍摄之间的运动，现在形成对s₂(k_x，k_y，n)和s₁(k_x，k_y，n)，其中互相比较这两个数据组，以确定在这两个片段的拍摄中检查对象的运动。用这样的方法可以确定并且接着校正层内运动。如果现在考虑并校正了该运动，这意味着，在相邻的层n和n+1之间的层间运动是在层n的第一片段s₁(k_x，k_y，n)和层n+1的第一片段s₁(k_x，k_y，n+1)的采集之间的时间间隔中出现的运动。现在结合图5详细解释该层间运动校正。

该方法开始于步骤50。在第一步骤51中，拍摄第一组11的层或者说MR图像。这在如图1所示的优选实施方式中，是解剖结构上每第二个排列的层。在步骤52中拍摄在步骤51中排除的第二组12的层。在两个组的拍摄结束后，然后交替排列第一组的层与第二组的层。然而，在另一种实施方式中还可以设置多于两个组，第一组有层一、四、七和第二组有层二、五、八以及第三组有层三、六、九。

层拍摄的顺序可以如图2所示的出现，其中首先拍摄第一组的所有层，接着拍摄第二组的所有层。同样可以如图3所示互相交叉拍摄两个组的层。在直接相邻的层的拍摄中，根据拍摄技术的不同，时间间隔可以在几秒和几分钟之间。在此可以发生受检人员的运动。如果没有运动校正，例如检查区域将在层2中的与在层1和3中不同的位置显示。这对诊断医生来说是有妨碍的，因为他在相同的位置不再发现所寻找的解剖结构。为了校正在第一和第三层的拍摄以及第二层的拍摄之间的出现的运动，现在在步骤53中确定第一组的层在k空间的交叉区域。在此假定，在k空间以放射状的拍摄技术进行图像拍摄。这例如可以是按照图4所示的PROPELLER技术。但是，同样可以考虑的还有k空间的螺旋形的拍摄。在这样的放射状的拍摄技术情况下，在每个片段的拍摄中拍摄k空间中心。

现在为了一般地识别在第二组中的层的第一片段s₁(k_x，k_y，n)的拍摄和第一组的与n相邻的层s₁(k_x，k_y，n-1)、s₁(k_x，k_y，n+1)的第一片段的拍摄之间待确定的运动，在步骤54中对层n-1确定在交叉区域(例如图4的区域40)的k空间数据。同样在步骤55中对层n+1确定在交叉区域的k空间数据。属于第一组的层的层n-1和n+1，在时间上以极短的间隔被拍摄。该时间间隔仅受单个回波序列的持续时间限制。例如用于头部的T2加权拍摄的回波时间(TE)在60ms至120ms之间。在快速自旋回波成像序列中，TE时间被定义为位于在激励脉冲和相位编码梯度的具有最小振幅的回波之间的时间间隔中的时间。在k空间的线性填充情况下，由此回波序列的持续时间大约为2TE，即120至240ms。受检人员在该时间间隔中的运动可以被忽略，从而假定，两个层n+1和n-1在很接近的解剖结构上互相对齐并且没有发生运动。迄今结合放射状的拍摄技术描述根据本发明的方法。但是，如结合图6所解释的那样，还可以应用与非放射状的拍摄技术。在快速自旋回波成像方法中或EPI序列中，一个片段意味着在单个激励之后被拍摄的数据的拍摄。本发明可以应用于在单个激励之后读出总的k空间的单次激发平面回波成像(Single-Shot-Echoplanarbildgebung，EPI)，如稍后结合图6解释的那样。在这样的拍摄技术情况下，由于短的拍摄持续时间，在一个层的拍摄中出现的运动又是可以被忽略的，然而，不能忽略在第二个不同层的拍摄之间出现的运动。

再次参考图5，现在对层n重建人工的数据组，即所谓的参考数据组(步骤54)。对层n的参考数据组显示在层n的位置的、与其在拍摄层n-1和n+1的时刻出现的近似的解剖结构。在下一个步骤57中，对层n由在步骤52中拍摄的数据又确定对交叉区域的数据组。通过参考数据组(其相应于在层n-1和n+1的拍摄的时刻检查区域的位置)与在层n的拍摄的时刻检查区域的当前位置的比较，可以推断出层间运动。可以这样一般地使用在步骤58中参考数据组与拍摄的数据的比较，例如在图10的比较单元129进行的那样，以便确定并且还原所拍摄的检查对象的旋转运动和/或平移运动(步骤59)。

为了在层n的k空间数据，即参考数据组的重建，可以考虑多种方法。例如可以应用两个最近相邻的层n+1和n-1的简单的线性内插步骤：

$s_0(k_x,k_y,n)=\frac{s_1(k_x,k_y,n-1)+s_1(k_x,k_y,n+1)}{2}---\left(4\right)$

在计算机断层成像(CT)和核共振断层成像(MRT)中，开发了若干内插方法，例如由一堆二维层，对三维应用重建中间层。通常在一堆二维层情况下在层方向上的分辨率比在层内部的分辨率要差。但是对由一堆二维层的三维显示来说，各向同性的图像分辨率是必须的，从而在这种情况下，必须估计并产生在层方向上的多个层。在这样的方法中，内插方法在现有技术中是公知的。除了刚才描述的在层n+1和n-1之间的线性内插方法，同样可以应用该方法。如通过上面的公式看出的，可以直接在k空间实施内插，而无需在图像空间进行傅里叶变换。但是如果内插方法仅能在图像区域工作，则用于产生对层n的参考数据的第一组的层的片段，也可以首先被傅里叶变换，以形成一堆图像层。然后在图像区域进行内插以产生参考数据或者说参考图像。对实际的运动检测和校正，将参考数据组与所拍摄的数据组比较并且由此计算平移和旋转，如上面结合层内运动检测所描述的。例如，可以在运动校正单元128产生参考数据组，而在比较单元将参考数据组与所拍摄的数据组比较，以便由此确定平移Δx_i、Δy_i和旋转角Θ_i。运动检测又可以利用k空间数据或利用图像空间数据工作。如果在图像空间进行了参考数据组的构建，并在k空间进行了运动检测，则将所产生的参考数据组图像通过傅里叶逆变换又反变换到k空间，以便在那里实施运动检测。

结合图6描述本发明的第二实施方式。在该实施方式中，在完成图像重建之后才实施层间运动校正。这意味着在方法步骤61的开始之后在步骤62和63中拍摄第一组的层和第二组的层。在步骤64和65中对第一组的层和对第二组的层重建MR图像。在该实施方式中对层间运动校正可以使用高分辨率的MR图像。为此，在步骤66中类似于图5的实施方式，重建参考数据组，但是这次从完全重建的MR图像或对应于这些图像的k空间数据出发。在应用线性内插技术情况下，这又意味着，对位于中间的层计算由第一组的图像的层重建的参考数据组

在线性内插情况下，如下计算

$\tilde{I}(x,y,n)=\frac{I(x,y,n-1)+I(x,y,n+1)}{2},n=\mathrm{2,4},...---\left(5\right)$

然后在下一步骤67中，可以将重建的MR图像/k空间数据与在步骤65中所拍摄的MR图像/k空间数据比较(在比较单元129中)。然后在步骤68中又可以从该比较出发确定拍摄的身体的旋转和平移。最后例如借助步骤68的结果校正第二组的图像/k空间数据并且由此相对第一组的图像对齐。该方法在步骤69结束。

在此，所选的内插方法和/或运动检测和校正算法是否在k空间或在图像空间工作并不重要，因为分别可以将图像数据通过傅里叶逆变换或k空间数据通过傅里叶变换变换到合适的空间。

为了校正层间运动可以附加另一个重建步骤。在该步骤中第二组的每个图像I(x，y，n)或与其相应的k空间数据用移除旋转和平移进行运动校正。作为替换，重复第二组的层的整个重建。在第二次进行重建中，在每个片段的旋转角(其又由片段的采集角以及在层内运动检测中被确定的旋转角组合)上附加层间旋转成分，并且作为对该片段所发现的层内运动的向量总和以及层间运动确定每个片段的平移向量。带有附加的重建步骤的第一备选方案有如下缺点，即图像旋转总是包含几个内插步骤，其中每个附加的内插容易歪曲最后的图像。带有重复完全的重建的第二备选方案导致提高的计算开销。

图6中描述的实施方式相对图5中所示的实施方式具有如下优点，即其工作于完全高分辨率的图像并且由此更精确。并且，如前面描述的，该实施方式可应用于k空间的非放射状对称的拍摄技术情况下，而且还可以在单次激发(Single-Shot)方法如HASTE/RARE、快速梯度回波或EPI序列。

总的来说，在图5中描述的方法需要少的计算开销并且即使在层内运动校正不可能的情况下也起作用。

结合图7描述，层内运动校正和层间运动校正如何可以一起工作。在步骤71中例如可以对第一组的层进行层内运动校正，如在开始时结合PROPELLER技术描述的。接着在步骤72中对第二组的层进行层间运动校正，如在图5和6中描述的。在图5中的实施方式情况下，这可能意味着，在进行层内运动检测之前，通过在平面内旋转和平移，层n的第一片段与该片段的产生的参考数据对齐。旋转角和平移变化对该对齐来说是在层n的第一片段s₁(k_x，k_y，n)与所产生的参考数据组s₀(k_x，k_y，n)之间的层间运动检测的结果(步骤73)。对此的如下替换也是可能的，即不是在层内运动检测之前对齐参考片段，其中在该实施方式中将层间运动附加到层内运动的结果。第三种备选方案是，使用参考数据组s₀(k_x，k_y，n)作为对层n的层内运动检测的参考。但是并不推荐该第三备选方案，因为片段的参考数据组的产生没有层n的该片段的真实拍摄的数据组精确。由此层间运动校正的引入可能潜在地恶化层内校正的结果。

将结合图8和9显示所描述的方法的工作原理。图8A-8D显示受检人员的头部的八幅MR图像。每幅图像显示如由单个片段的交叉区域40的数据重建的图像。在图8所示的垂直方向是层方向。指数n如在图1中显示的将层位置编号。层号为奇数一和三的层形成第一组，而具有n＝2，4的层形成第二组。在第二组的图像中，左边的具有指数i＝0的图像显示由第一组的分别相邻的层计算的重建的参考数据组。在所示的例子中这意味着，通过内插由图像81和85重建图像82。图像83和87显示由层n＝2和n＝4的实际测量的第一片段的交叉区域重建的图像。如从这些图像可以看出的，在第一组和第二组的片段的拍摄之间受检人员运动了，如通过所示的头部的顺时针方向的旋转可以看出的。然后将第二组的图像，即图像82和83或图像86和87互相比较，以便识别其间发生的运动。在右侧示出的图像84和88显示在层间运动校正之后的中间栏的图像(83和87)，在该校正中，校正了通过图像82/83或86/87的比较发现的运动。如从图像84和88可以看出的，可以很大程度上校正出现的运动，从而使图像84和88基本上在解剖结构上正确地与图像81和85对齐。

图9示出了根据本发明方法的应用的另一个例子。在图9的显示中，用快速自旋回波PROPELLER成像序列拍摄T2加权头部图像。为了示范的目的，在拍摄中，受检人员摇头了，如由所示的图像的左栏中产生的。垂直方向还是层方向。在一行中的图像用相同的数据计算。在左栏中，没有使用层内运动校正和层间运动校正。在中间栏中的图像中仅应用层内运动校正，而对在右栏中的图像使用层内和层间运动校正。如从图9中的图像可以看出的，在中间栏中的图像已经没有运动，但是每隔一个图像相对直接的邻图旋转显示。在右栏的图像中可以看出，同样校正了在中间栏中还存在的旋转。

如在图8和9的例子可以看出的，可以按照有效的方式降低出现的运动。

现在如果层的总数是奇数并且如果首先拍摄奇数层，则第二组的层n具有两个直接相邻的层。但是如果层的总数是偶数，则第二组的一个层仅有一个相邻的层，例如，当首先拍摄标记为奇数的层时是最后一层，或当首先拍摄偶数层时是第一层。为了产生人工的参考数据组用于层间运动校正由此必须进行外插。但是外插通常是比内插更困难且更容易出错，使得对该层不能实施层间运动校正。由于在同一组的层的激励之间的短的时间间隔，在这种情况下，例如对边缘层的层间运动校正可以使用该组的下一层(在组1的两层之间定位的)的层间运动检测的结果。该步骤对这些处于第一组的层之间的边缘层也是有意义的，因为解剖结构在层堆的边缘通常在空间上变化更快，由此所产生的参考数据组比在内部的更强烈偏离实际测量的数据。

总的来说，如果以较快的时间间隔拍摄一组的层，所描述的方法产生好的结果，因为假定，在这些层的拍摄之间没有出现运动。如果由于序列技术的原因，重复时间TR比最小可能的重复时间要长，则通常该填充时间TR_Fill＝TR-TR_Min在不同的激励上均匀分布。但是这延长了在相同组的两个层的激励之间的时间间隔。不过，这对本发明的方法是不利的。在如图2所示的拍摄计划中，在本发明的优选实施方式中，或者在有关组的最后一层的激励之后TR间隔的末端，或者在有关组的第一层的激励之前引入总的填充时间TR_Fill。在图3的实施方式中优选地在第一组的层的激励之后引入填充时间的第一半并且在第二组的层的激励之后引入填充时间的第二半。由此最小化了在一个组的相邻层的激励之间的时间并且最大化了直接相邻的层(对应于不同的组)的激励之间的时间。

总之，本发明可以进行层间运动校正，利用该运动校正可以识别并校正在第一层的激励和数据拍摄以及在稍后的时刻的另一层的激励和数据拍摄之间出现的运动。

Claims (25)

1.  一种用于校正在检查区域的MR图像的拍摄中的运动的方法，其中，考虑在拍摄检查区域的空间上不同的层的时间间隔出现的运动，具有以下步骤：

-在多个层中拍摄检查区域，至少以两个组拍摄这些层，其中，在第一组的层之间这样设置至少部分第二组的层，使该第二组的至少一层位于该第一组的层之间，

-进行检查区域的运动的校正，该运动是在所述第一组的层的数据的拍摄和所述第二组的位于中间的层的数据的拍摄之间出现的，其中，对于运动校正，由所拍摄的所述第一组的层数据，对位于中间的层重建一个参考数据组，将该参考数据组与位于中间的层的MR图像的拍摄的数据比较，以便确定并且接着校正出现的运动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组的层和所述第二组的层在空间上交替排列。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述第一组的两个直接相邻的层的数据重建所述第二组的层的至少一个参考数据组。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在时间上先于所述第二组的层拍摄所述第一组的层。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，与所述第二组的层交叉拍摄所述第一组的层，其中，所述第二组的层的至少一个子数据组在时间上在所述第一组的层的拍摄之间发生。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，进行检查区域的平移运动和/或旋转运动的校正，所述运动是在所述第一组的两个子数据组的拍摄与所述位于中间的层的子数据组的拍摄之间出现的。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述检查区域是头部。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，利用放射状的拍摄技术拍摄MR图像，在该技术中对每个MR图像按照多个片段拍摄k空间，其中每个片段拍摄k空间中心。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对位于中间的层由所述第一组的相邻的层的分别一个片段的数据重建所述参考数据组。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，由所述第一组的与所述第二组的位于中间的层相邻的层的k空间数据通过内插产生所述参考数据组。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，由所述第一组的各k空间数据的片段的子区域产生所述参考数据组。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征还在于以下步骤：

-对一层在k空间确定单个片段的交叉区域，

-由所述第一组的相邻的层的交叉区域的k空间数据，对所述第二组的位于中间的层对于交叉区域重建k空间数据。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，由所述第一组的相邻的层的片段的交叉区域，通过内插对所述第二组的位于中间的层在交叉区域进行所述k空间数据的重建。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过所述相邻层的k空间数据的线性内插，对位于中间的层确定所述k空间数据。

15.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征还在于以下步骤：

-对一层在k空间确定单个片段的交叉区域，

-对所述第一组的与所述位于中间的层相邻的两个层确定交叉区域，

-将所述两个层的交叉区域变换到位置空间，其中，所述在位置空间的参考数据组由所述两个变换到位置空间的交叉区域形成。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，通过所述两个变换到位置空间的交叉区域的内插，重建所述在位置空间的参考数据组。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，如果在k空间进行运动校正，则重新将所述重建的参考数据组反变换到k空间。

18.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述第一组的与所述位于中间的层相邻排列的层的图像数据的内插，在图像区域对所述第二组的位于中间的层产生所述参考数据组。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在考虑完全k空间数据的情况下产生所述第一组的高分辨率的MR图像，其中，所述第一组的该高分辨率的MR图像被用于重建所述第二组的位于中间的层的参考数据组。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，通过内插由所述第一组的两个相邻的高分辨率的MR图像产生所述参考数据组。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一组的层中还校正在对一层的子数据组的测量之间出现的层内运动。

22.根据权利要求8至21中任一项所述的方法，其特征在于，通过将该层的每个片段与该层的参考片段比较，校正所述第二组的层的层内运动，其中，利用该层的重建的片段校正该层的参考片段。

23.一种借助于核磁共振用于产生MR图像的MR设备，包括：

-图像拍摄单元，用于产生和拍摄检查区域的核共振信号以及用于借助所拍摄的MR信号产生MR图像，其中，在该图像拍摄单元，按照至少两组在多个层中拍摄所述检查区域，其中，在第一组的层之间这样设置至少部分第二组的层，使该第二组的至少一层位于该第一组的层之间，

-运动校正单元，其校正检查区域的在拍摄检查区域的空间上不同的层的数据的时间间隔中出现的运动，其中，所述运动校正单元为了进行运动检测，由所述第一组的拍摄的层数据对位于中间的层重建一个参考数据组，将该参考数据组与所述位于中间的层的MR图像的拍摄的数据比较，以便确定并且接着校正出现的运动。

24.根据权利要求23所述的MR设备，其特征在于，所述运动校正单元具有比较单元，其将所述对位于中间的层的参考数据组与所述位于中间的层的测量的数据进行比较，并且从该比较中确定检查区域的平移运动和/或旋转运动。

25.根据权利要求23或24所述的MR设备，其特征在于，该设备按照根据权利要求1至22中任一项所述的方法工作。

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