CN101366630B - 上身磁共振设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种上身磁共振设备，包括磁铁装置(2)，用于产生水平取向的均匀基本磁场，其中该磁铁装置(2)用于检查站立患者(8)的上身；图像采集单元(24)，用于连续产生该站立患者(8)的上身图像(114)；质量检查单元(26)，用于自动确定表征该上身图像的质量的质量度量(106，108)；与该图像采集单元(24)和质量检查单元(26)连接的图像拍摄控制装置(20)，用于启动图像采集单元(24)并依据特征性质量度量输出用于影响患者(8)的位置和/或行为的信号(110)；以及与图像采集单元(24)连接的输出单元(28)，用于显示和/或存储上身图像的至少一部分。

Description

上身磁共振设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及用于检查站立患者的上身的上身磁共振设备。本发明还涉及一种用于这种上身磁共振设备的控制方法。
背景技术
解释心肺系统的疾病是医学中最常见的问题。因此在进行麻醉下的手术之前要进行检查，以确定患者的心肺状态。这在大数情况下是基于X射线图像进行的。结果是使对胸腔的X射线检查成为最常见的放射检查。
利用X射线胸腔检查可以或多或少地回答很多医学上的疑问。人们期待从检查中获得关于患者心脏功能的知识，例如是否可以看见肺血管堵塞。人们还期待了解恶性疾病，如所谓的圆形病灶。借助X射线胸腔检查还可以识别传染性肺部疾病，如肺炎。还可以了解梗阻性和限制性肺部疾病以及了解渗出。特别有利的是X射线胸腔检查花费的成本很小。
可惜X射线胸腔检查方法也有一些缺点。首先是患者的射线负担。而且对于若干设问比较缺乏诊断说服力。例如，在X片中的堵塞记号是非常间接和只能主观性判断的参数。梗阻性和限制性疾病也只能间接和主观地通过减小或增大肺部显示来获得。此外X射线胸腔检查没有实现结果的可量化性。最后，对X射线胸腔拍照只能进行有限的比较，因为图像印象取决于照明和吸气深度。由于待判断特征的分散范围很大，利用这种照片来得出一些可靠的结论需要检查人员具有丰富的经验。另一方面，放射医师每天都要检查大量的照片，这期间存在对一张或其他照片忽略疾病提示的危险。
现在公知很多方法能够比X射线胸腔检查更好和更准确地采集上述疾病。例如可以用回波心电图、也就是心脏的超声波检查来更好和更准确的确定心脏疾病。借助X射线计算机断层造影同样可以用更高的精确度对心肺的状态成像并进行诊断。最后核磁共振断层造影可以进行优异的血管分析和软组织区分。
但是所有这些方法都不能代替胸腔X射线检查。其主要原因在于上述替代方法的成本较高，而且是一种按照程序的并因此也是常见的应用。检查成本的主要部分是在产生照片的过程中产生的。因此对于核磁共振或磁共振断层造影来说需要特别有资格的人员来进行检查，从而可靠地产生很高的诊断质量。因此期望即使是对按照程序的应用来说也有吸引力地提供用核磁共振断层造影进行的上身检查作为比X射线胸腔检查更有说服力的检查方法。
US 6411088(对应于DE 10007598A1)描述了一种用于拍摄透视图像的磁共振设备。该磁共振透视设备包括构造成C形的基本磁场系统，该系统固定在房间的墙壁上。为了拍摄透视图像将待检查的患者移入C形一侧的开口。在透视设备上具有固定把手，从而患者在拍摄透视图像期间通过相对于为此确定的平面牵引或下压而尽可能保持静止，由此避免透视图像中的运动伪影。磁共振透视设备还包括梯度线圈系统、高频发送和接收装置、显示和操作装置以及中央控制系统，该中央控制系统与梯度线圈系统、高频发送和接收装置、显示和操作装置连接。尤其是可以用该文献描述的磁共振透视设备执行重聚焦的梯度回波序列以进行检查，例如在一种实施方式中使用True-FISP序列。
在美国专利申请公开文献US 2003/0095696A1中描述了用于计算机支持地诊断小的肺部结节的设备和方法。执行两个主要步骤来分析肺部结节。首先必须确定可能的结节的位置，在接下来的步骤中进行特征化，其中估计所检测到的结节包含肿瘤组织的概率。该特征化基于结节的生长率来进行，该生长率需要比较两个彼此相连的照片的参数。在此还描述了一种为了参数特征化而检测和提取特征的方法。
美国专利申请公开文献US 2003/0068074A1描述了一种为了图形显示而进行分割以及将分割后的区域的体积量化为数字图像的计算机系统和方法。在此执行数字图像的水阈值变换。在后处理中借助基于灰度值的分割、利用传输函数的可视化或者利用直方图分析的体积确定来执行至少对应于一个水池(Wasserbecken)的图像元素。
US 7020316B2公开了一种由计算机支持的检测肺结的方法，包括由血管输送血液的肺结。其中从多张图像中自动检测出种子点。种子点定义感兴趣的立体，也称为VOI。最后对感兴趣立体的投影的构成或轮廓进行分析以检测结节。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种上身磁共振设备，利用该设备可以成本低廉地产生患者的上身照片，从而可以用较高的诊断质量低成本地执行程序检查。此外还要提供用于这种上身磁共振设备的控制方法。
本发明的技术问题通过一种上身磁共振设备来解决。该上身磁共振设备包括磁铁装置，用于产生水平取向的均匀基本磁场，其中该磁铁装置用于检查站立患者的上身；图像采集单元，用于连续产生该站立患者的上身图像；质量检查单元，用于自动确定表征该上身图像的质量的质量度量；与该图像采集单元和质量检查单元连接的图像拍摄控制装置，用于启动图像采集单元并依据特征性质量度量输出用于影响患者的位置和/或行为的信号；以及与图像采集单元连接的输出单元，用于显示和/或存储上身图像的至少一部分。
本发明的第二个技术问题通过一种用于本发明的上身磁共振设备的控制方法来解决。用于本发明的上身磁共振设备的控制方法包括以下步骤：图像拍摄控制装置向患者输出要求信号以独自地定位在上身磁共振设备中，一旦患者位于磁铁装置的均匀磁场中，该图像拍摄控制装置就启动概貌图像拍摄序列，质量检查单元借助概貌图像检查患者在磁铁装置中的位置，如果患者的位置没有对应于参考位置，图像拍摄控制装置就输出位置校正信号，如果患者的位置对应于参考位置，图像拍摄控制装置就输出用于产生患者的上身图像序列的信号以及要求患者呼吸的要求信号，图像拍摄控制装置从该序列中选择显示最大吸气状态的第一图像，并从该序列中选择最大呼气状态的第二图像，输出单元显示第一和第二图像和/或存储这些图像。
本发明基于以下思想：完全自动地拍摄肺部的磁共振断层造影图像以减小主要在图像拍摄期间形成的成本。自动化的特点在于可以简单的方式使患者独自进入磁共振断层造影设备中的检查位置。为此建议患者站在磁共振断层造影设备中进行检查。磁共振断层造影设备还用于连续采集图像和自动判断图像质量。通过自动地影响患者的位置或行为来支持成功的检查。影响位置或行为的信号对可移动的患者平台或用于患者的信息单元起作用。借助信息单元可识别地输出针对患者的相应行为指示，例如通过语音指令。对患者的自动的位置或行为影响以及同时连续地采集图像和自动判断图像质量要一直执行，直到达到足够的图像质量为止。由此可以特别有利地执行肺部的磁共振断层造影拍摄，因为可以不使用有资格的人员，以及放弃用于设备的费事的控制工作台。
优选的实施方式在于，通过计算机产生的声音要求患者进入磁铁装置，握住两个把手，并将胸部紧贴在为此特定的平面上。患者在此过程中站立在可垂直运动的平台上。把手与该平台连接并与该平台一起运动。
在优选实施方式中，该控制方法是自动地实时产生患者的照片。相应的磁共振序列是公知的。为了进行这样的图像拍摄，在基本磁场强度最高达1特斯拉的情况下尤其适于采用以实时True-FISP公知的序列和以HASTE公知的序列，以及这两种序列类型的衍生物。
在另一个优选实施方式中，借助所产生的照片实时判断患者的位置是否正确，也就是是否对应于参考位置。为此应当识别和分析图像数据组中可以简单识别的以及特征性的特征。
在优选实施方式中，查询清楚可见以及可用相应的模式识别方法可靠检测到的脊柱是否位于图像数据组的中央。对清楚可见而且可检测的肺部也是如此，要检查对肺部的完整成像。用于在图像中自动识别肺部或骨骼的相应方法例如由开始引用的文献US 2003/095696A1或US 2003/068074A1公开。如果该检查说明患者的位置没有对应于参考位置，则或者垂直地移动患者平台，或者通过语音指令要求患者改变其位置，直到患者站在正确的位置为止。
另一个优选实施方式的特征在于，在要求患者吸气和呼气之后连续地测量肺部的密度，或者分割出肺部并确定其体积。相应的方法同样由开始引用的文献US 2003/095696 A1公开。
从采集的数据组中选择显示最大吸气状态和最大呼气状态的数据组。在解剖学上，最大吸气状态对应于肺组织的最小密度或肺部的最大体积。最大呼气状态可以通过肺组织的最大密度标准或最小体积标准自动检测。这两种标准都可以在已产生的磁共振图像中识别出来。
另一个优选实施方式在于，检查呼吸的质量。如果最大吸气和最大呼气之间的差异不大于边界值，则假定患者没有足够深地呼吸。在相应地指示患者之后重复图像产生的过程。
类似的，根据另一个实施方式，如果图像展示出模糊的迹象，则要重复图像产生的过程。这种分析同样是自动进行的。
最后还要通知患者检查已结束，患者可以独自离开该设备。
在另一个优选实施方式中，要求患者尽可能快速地吸气和呼气。在此，测量最大吸气和最大呼气之间的时间。从这项检查中可以确定在该时间段上的肺部体积变化或呼吸空气流，以诊断梗阻性的肺部疾病。
在另一个实施方式中，直接在采集期间对数据组采用计算机支持的检测方法。这种方法由US 7020316B公开。如果在此过程中识别出可疑区域，则立即对该区域进行其它拍摄。在此可以改变该拍摄的层厚度和其它参数。
在另一个优选实施方式中，患者通过可膨胀的枕头或通过一个或多个可移动的立柱(Stempel)固定地站在上身磁共振设备中。优选的，患者可以通过操作输入设备来影响自身的向下压力。
在另一个优选实施方式中，在显示器上向患者展示其是否与中央对准，以及马上要进行什么呼吸指令。优选的，从磁共振信号中提取患者的呼吸运动，并实时地作为反馈显示在显示器上。
在另一个优选实施方式中，将从磁共振图像数据组中分割出的患者胸腔的轮廓与磁共振设备的均匀区域的轮廓一起显示。
在另一个优选实施方式中，将患者当前的呼吸阶段与一种参考关联地显示。该参考可以从迄今为止的呼吸变化过程中获得，或者是基于患者的大小、性别等的平均变化过程获得。
在另一个优选实施方式中，在患者显示器上可视地或者同时通过语音输出或警报信号通报患者平台的自动位置改变。
另一个优选实施方式的特征在于，在磁共振图像数据中查找典型的伪影。这种伪影的例子是皮带扣和胸罩金属丝。通常在检测到这种典型的伪影的情况下停止图像拍摄，并要求患者去掉引起干扰的衣物。
本发明的其它优选实施方式在从属权利要求中定义并由附图以及相应的附图描述给出。
附图说明
下面借助3个附图解释本发明的实施例。其中示出：
图1以示意图示出上身磁共振设备的主要功能单元，
图2以流程图示出用于图1的上身磁共振设备的控制方法的主要方法步骤，
图3以流程图示出对用上身磁共振设备产生的磁共振图像进行质量检查的其它方法步骤。
具体实施方式
在图1中用主要功能单元示出的上身磁共振设备包括开口的磁铁装置2，其具有两个相对的磁极4，在磁极之间的成像空间6中产生均匀的磁场。磁极4通过磁流反馈相互连接，从而总体上产生C形的磁铁装置2。作为磁场产生装置，优选采用永久磁铁装置或普通导电的磁线圈。成像空间中的磁场强度在0.35特斯拉的数量级。磁场装置2在侧面开口，从而待检查的患者8可以进入在成像空间6下方、支撑在地板上的患者平台10，以进入磁铁装置2中的站立的检查位置。患者平台包括提升单元，用于在垂直方向上定位患者8。该提升单元通过双箭头11表示。此外上身磁共振设备包括抓握杆12，患者8在图像拍摄期间可以用手握住抓握杆12。在拍摄图像期间，患者8将胸部紧贴在左边的磁极4上，并用双手抓住设置在侧面的抓握杆12。此外还设置可鼓起的靠垫14，该靠垫将患者8在磁铁设备2中固定在磁极4之间。患者8可以自己通过设置在抓握杆12上的操作元件16来调节可鼓起的靠垫14的压力。从患者8的视线看去，在磁铁装置2上方设置信息单元18，用于光学的和声音的向患者发送通知和行为指示。
除了在诊断磁共振设备中通常需要的功能单元，如高频系统和梯度系统以及用于控制序列的控制装置之外，上身磁共振设备还包括专用的图像拍摄控制装置20。图像拍摄控制装置20通过双向的信号导线22与患者平台10连接。图像拍摄控制装置20向信息单元18发送信息，向待检查的患者8发送关于图像拍摄的开始、进行和结束的指示。图像采集单元24根据由图像拍摄控制装置20预定的控制信号连续产生患者8的上身磁共振图像。
在质量检查单元26中对由图像采集单元24产生的磁共振图像的多个不同特征进行分析。将这些特征与参考值相比较，以形成质量度量。依据该质量度量，图像拍摄控制装置20又产生相应的信号给检查流程。
此外，输出单元28与图像采集单元24连接。输出单元28包括图像显示单元以及存储器，用于存储所产生的磁共振图像。
药物输入装置30同样与图像拍摄控制装置20连接，用于依据药物输入来控制上身图像的产生。同时，用标记“输入药物之后”来标记在药物输入期间产生的上身图像。患者可以自己启动和停止药物输入装置30。为此药物输入装置30包括相应的操作元件，该操作元件在图1中示意性地通过作用连接32示出。随着药物输入的开始，用特殊的参数如高的图像重复率来产生上身图像，以实现对药物作用的位置分辨的成像。
此外，EKG采集和触发装置34还与图像拍摄控制装置20连接。由此通过心脏阶段来控制上身图像的产生。为了拍摄上身图像可以使用在拍摄心脏时也使用的标准方法。
最后，图像拍摄控制装置20还例如与输出影响图像的气体如超极化气体的装置连接。将超极化气体加入呼吸的气体中，可以明显改善肺部区域的上身图像。由于超极化气体一般具有不同于质子的共振频率，因此磁共振设备相应地实施为用多个工作频率产生图像，这些工作频率可以相互切换。
图2以框图的形式示出图1的用于上身磁共振设备的控制方法。检查从向患者8输出要求信号100开始，患者进入磁极4之间，握住两个保持把手12并将胸部紧贴在一个磁极4上。要求信号100通过计算机产生的声音发送给患者8。只要患者8位于均匀磁场或成像空间6中，这例如通过设置在患者平台10上的压力传感器来确定，则通过双向导线22在控制步骤102中向图像拍摄控制装置20输出启动信号。接着由图像拍摄控制装置20实时产生上身的磁共振图像，例如采用实时True-FISP序列。这种序列是公知的，在其他地方已经多方面地描述过。磁共振照片以一个序列作为具有由于时间而降低的图像分辨率的概貌图像照片产生，相应的方法步骤用附图标记104表示。
然后在控制方法步骤106中，质量检查单元26在各个概貌图像照片中连续检查患者8在磁共振设备2中的位置。这也是实时进行的。在此在图像数据组中识别出可简单识别的特征性特征，检查该特征的位置，然后在方法步骤108中与参考位置进行比较。在位置检查106和比较108中，例如检查患者8的脊柱是否分布在图像数据组中的中央，或者肺部是否被完整地成像。相应地用于自动识别图像中的肺部或骨骼的方法是专业人员公知的，例如在开头引用的US 2003/095696A或US 2003/068074A中有所描述。
如果患者8的位置还未与参考位置相同，例如如果脊柱偏离中心或者肺部仅被部分成像，则质量检查单元26向图像拍摄控制装置20输出相应的信号。接着在图像拍摄控制装置20中产生位置校正信号110。依据所确定的患者的错误定位，或者向患者平台10的调节装置输出相应的提升或下降信号，或者通过信息单元18要求患者改变其位置，例如用声音要求“请稍微向左移动”。与此并行的，还在方法步骤104中连续产生概貌图像，并在方法步骤106和108中确定当前的位置并与参考位置比较。
如果患者8的位置由质量检查单元26识别为与参考位置一致，则向图像拍摄控制装置20输出相应的信号。由此开始真正的检查。图像拍摄控制装置20首先向患者输出要求信号，要求他有意识地深吸气和深呼气，这是方法步骤112。在患者8吸气和呼气期间，产生一系列的上身图像，这在方法步骤114中进行。上身图像的分辨率和质量通常高于在概貌图像照片中的，无论如何高得足以在上身图像中识别出诊断所需的特征。在方法步骤116中，从现在产生的上身图像中由质量检查单元26选择具有患者的最大吸气和呼气的上身图像。最大吸气的状态例如可以从上身图像中通过分析肺部的最小密度和/或最大体积来确定。最大呼气的状态例如从上身图像中通过肺部的最大密度或最小体积来确定。在方法步骤118中，检查所选择的具有最大吸气和最大呼气的上身图像，其中确定两个上身图像之间的差异。该差异将在方法步骤120中加以分析。如果该差异不大于边界值，则假定患者8还没有足够深地呼吸，并重复测量过程。同样，如果上身图像展示出模糊的现象，则重复测量过程。如果最大吸气和最大呼气之间的差异通过质量检查单元26确定为足够，则结束该检查，将选择的上身图像显示在输出单元28中和/或存储起来，这通过方法步骤122表示。在方法步骤124中，通过信息单元18通知患者8，该检查结束，他可以离开上身磁共振设备了。
质量检查单元26还分析上身图像，以用于控制药物输入。如果质量检查单元借助在连续的上身图像中逐渐减小的质子密度识别到吸气周期的开始，则通过图像拍摄控制装置20向药物输入装置30发送相应的信号，以启动药物输入。随后，在药物输入装置中可气压或液压操纵的阀门打开从药物储备容器到患者的通路。
在图2中还示出另一个质量检查。其中由质量检查单元26连续检查在概貌图像照片中是否包含典型的伪影。这种典型的伪影由患者衣物中的金属部件产生，如皮带扣和胸罩金属丝。在方法步骤160中识别出这种典型的伪影。这种伪影产生强烈和特征性的图像元素，从而可以用模式识别的方法很好地识别出来。如果在上身图像中识别出伪影(方法步骤162)，则中断检查并通过信息单元18向患者8输出相应的指示。
图3用框图示出其它检查的概貌，这些检查将在质量检查单元26中执行。质量检查结果将输入图像拍摄控制装置20，接着由图像拍摄控制装置20产生相应的控制信号给上身磁共振设备。
另一个检查这样进行，在方法步骤130中借助计算机支持的检测方法直接在采集期间从上身图像序列114中识别出可疑区域。然后在方法步骤132中根据图像拍摄控制装置20的相应信号由图像采集单元24对经过识别的区域进行进一步的图像拍摄。在此用于该图像拍摄的参数被设置为，使得产生最佳和有诊断说服力的图像，例如在拍摄时设置比在上身图像中更小的层厚度，使得在层方向上具有更好的分辨率。随后将可疑区域的图像照片在方法步骤134中显示和/或存储在输出单元28中。
另一由质量检查单元26执行的分析是在方法步骤140中确定上身图像序列114中的呼吸运动。该呼吸运动在方法步骤142中显示和/或存储。显示还可以与参考呼吸运动一起进行，该参考呼吸运动例如与迄今为止的呼吸运动有关地产生，或者基于身高、性别以及患者8的其它参数作为期望的患者呼吸运动显示。
在质量检查单元26中执行的另一个分析是在方法步骤150中分割出上身的轮廓。在方法步骤152中，上身的轮廓与诊断磁共振设备或成像空间6中均匀区域的轮廓一起借助信息单元18显示给患者8。同时，可以借助输出单元28存储在患者的该位置上产生的图像。

Claims (14)

1.一种用于上身磁共振设备的控制方法，所述上身磁共振设备包括：
磁铁装置(2)，用于产生水平取向的均匀基本磁场，其中，该磁铁装置(2)构成为用于检查站立患者(8)的上身，
图像采集单元(24)，用于连续产生该站立患者(8)的概貌图像照片，
与所述图像采集单元(24)连接的质量检查单元(26)，用于根据所述概貌图像照片自动确定该概貌图像照片的质量的特征性质量度量(106，108)，
与该图像采集单元(24)和质量检查单元(26)连接的图像拍摄控制装置(20)，用于启动图像采集单元(24)并依据该特征性质量度量输出用于影响患者(8)的位置和／或行为的信号(110)，以及
与该图像采集单元(24)连接的输出单元(28)，用于显示和／或存储该概貌图像照片的至少一部分，
所述控制方法包括以下步骤：
图像拍摄控制装置(20)向患者输出要求信号以便患者独自地定位在上身磁共振设备的患者平台上(100)，
当患者位于磁铁装置的均匀磁场中时(102)，该图像拍摄控制装置(20)就启动概貌图像照片序列(104)，
质量检查单元(26)借助该概貌图像照片检查患者在磁铁装置中的位置(106)，
如果患者的位置没有对应于参考位置，该图像拍摄控制装置(20)就输出位置校正信号，
如果患者的位置对应于参考位置，该图像拍摄控制装置(20)就输出用于产生患者的上身图像序列的信号(114)以及要求患者呼吸的要求信号(112)，
该图像拍摄控制装置(20)从该上身图像序列中选择显示最大吸气状态的第一图像，以及从该上身图像序列中选择显示最大呼气状态的第二图像(116)，
输出单元(122)显示该第一和第二图像和／或存储这些图像。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，质量检查单元(26)自动确定所述第一和第二图像之间的差异(118)，在该差异低于边界值时(120)，由图像拍摄控制装置(20)向患者(8)给出重复检查的要求。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述质量检查单元(26)借助解剖特征确定患者(8)在概貌图像照片中的位置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述质量检查单元(26)从上身图像序列中确定肺部的密度值。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述质量检查单元(26)从上身图像序列中切割出肺部并确定肺部的体积。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述质量检查单元(26)根据对患者的尽可能快速呼吸的要求，从在其中所产生的上身图像中确定肺部体积在时间上的变化。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述质量检查单元(26)在产生上身图像序列期间借助计算机支持的检测方法来识别可疑区域(130)，并对该可疑区域进行进一步的图像拍摄(132)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述图像拍摄控制装置(20)在检查开始和／或在检查期间和／或在检查结束时为患者产生并输出信息信号。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述信息信号包括从上身图像序列中导出的呼吸运动的显示(142)。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，从上身图像序列中分割出患者胸部的轮廓(150)，并将其与均匀基本磁场区域一起显示(152)。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，从上身图像序列中确定呼吸阶段(140)，并与参考呼吸阶段(142)一起显示。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，在概貌图像照片序列或上身图像序列中搜索典型的伪影(160)，以及在存在典型的伪影时中断检查，并输出对患者的指示(164)。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述图像拍摄控制装置依据患者的电生理学信号控制上身图像的产生。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，用于输出影响图像的气体的装置与图像拍摄控制装置连接，并基于图像拍摄控制装置的控制信号给出影响图像的气体。
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