CN101658422A - 确定衰减图以及磁共振磁场的均匀性信息的方法 - Google Patents

Abstract

一种在单一的磁共振图像拍摄的范围内确定用于正电子发射断层成像的衰减图和磁共振磁场的均匀性信息的方法，特别是以确定匀磁调整为目的。其中，首先在三维梯度回波序列的范围内在第一和第二回波时间分别记录第一和第二图像数据组，其中，在第一回波时间水信号和脂肪信号之间的相位差为零，而在第二回波时间为180度；从借助于狄克逊技术、特别是两点狄克逊技术从由所述图像数据组所获得的脂肪/水比例中，确定所述衰减图；至少对于第二图像数据组，通过使用掩模排除所有具有低于第一门限值的信号强度的体素；以及为了从相邻的体素的相位差中确定均匀性信息，仅仅考虑第一和第二图像数据组的没有被排除的体素。

Description

确定衰减图以及磁共振磁场的均匀性信息的方法

技术领域

本发明涉及一种确定用于正电子发射断层成像的衰减图(

)和磁共振磁场的均匀性信息的方法，特别是以确定匀磁调整(Shimeinstellung)为目的。

背景技术

组合的磁共振-正电子发射断层成像设备(MR-PET设备)，正如最近提出的那样，允许组合两种特别好地共同作用的成像方法。不过，在该组合的MR-PET检查的框架内多数情况下需要对磁共振图像进行几个预先测量。

一方面，为了分析PET测量的结果，需要对当前患者的组织的衰减值具有位置分辨的了解，即所谓的衰减图。借助于该信息在分析中对PET数据进行相应的校正。因此，公知的是完成一幅MR图像拍摄，从中可以识别出不同的组织类型。

为此，一种公知的方法是所谓的狄克逊法，用于区分水和脂肪。该方法基于在脂肪和在水中所束缚的质子的拉莫尔频率中的小的差别。该频率差别可以如下地被注意到：在脂肪和在水中的质子的相位相反。在此，尤其可以区分在其中脂肪磁化和水磁化同相(“同相条件”)的状态与在其中相位差恰好为180°(“反相条件”)的状态。在第一情况下在体素中的信号相互加强，而在第二情况下则出现衰减。在狄克逊法中，在单一的激励之后记录两个回波，即，一幅其中水信号和脂肪信号之间的相位差为零的图像，以及另一幅其中水信号和脂肪信号之间的相位差为180°的图像。也就是说，一幅图像对应于水信号和脂肪信号的相加，另一幅图像对应于水信号和脂肪信号的相减。不过，从中可以确定在一个体素内部的脂肪/水比例。该信息被用作计算衰减图的基础。

就实际的MR检查来说是重要的、必须进行的第二预先测量，是用于确定匀磁调整的测量。被置于磁共振装置的B0磁场之中的身体干扰了该磁场的均匀性。因此，必须确定匀磁校正项，以便再次建立均匀性。为此，公知的是，在一幅MR图像拍摄的范围内记录两个其中水和脂肪处于相同相位的数据组。相邻的体素的相位之差直接地与磁场差别相关联，因此可以用于确定均匀性的偏差。从中又导出对应的匀磁调整，例如对于匀磁线圈的匀磁电流。

这两个测量的实施是花费时间的，并且对患者造成进一步负担，患者在检查期间总归是不允许移动的。此外，必须对患者支撑台的每个位置进行重新的两次MR图像拍摄。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种可以用来更迅速和更简单地确定衰减图以及匀磁调整的方法。

为了解决该技术问题，按照本发明，提供了一种在单一的磁共振图像拍摄的范围内确定用于正电子发射断层成像的衰减图和磁共振磁场的均匀性信息的方法，特别是以确定匀磁调整为目的，其中，

-首先，在三维梯度回波序列的范围内在第一和第二回波时间分别记录第一和第二图像数据组，其中，在第一回波时间水信号和脂肪信号之间的相位差为零，而在第二回波时间为180度，

-从借助于狄克逊技术、特别是两点狄克逊技术从由所述图像数据组所获得的脂肪/水比例，确定所述衰减图，

-至少对于第二图像数据组，通过使用掩模排除所有具有低于第一门限值的信号强度的体素，以及

-为了从相邻体素的相位差中确定均匀性信息，仅仅考虑第一和第二图像数据组的没有被排除的体素。

因此，借助于按照本发明的方法，可以仅仅在单一的磁共振图像拍摄的范围内，既得到磁共振磁场的均匀性信息，又得到用于校正PET数据的衰减图。为此，作为对于单一激励的反应只需记录两个图像数据组，即一个在第一回波时间记录一个在第二回波时间记录。在此，这样选择这两个回波时间，即，水信号和脂肪信号之间的相位差一次为零，而一次为180°，也就是说，得到为了确定脂肪/水比例所需要的、作为基础的图像数据组。不过，尽管在水信号和脂肪信号之间不同的相位差条件下拍摄了图像，按照本发明仍然可以为了确定匀磁调整的目的而可靠地进行对均匀性信息的确定。为此，按照本发明设置了掩模，该掩模将所有不能提供可靠的相位信息的体素排除在考虑之外。

因为，正如已经提到的那样，在第二图像数据组中具有脂肪和水成分的体素中的信号被衰减。在水成分和脂肪成分精确地对应的点上因此测量不到信号，但是此外在通过该点时观察到180°的相位跳变。因此脂肪成分和水成分相当精确地对应的过渡区域是关键的。这点由在第二图像数据组上采用的掩模来考虑，该掩模将所有具有低于第一门限值的信号强度的体素排除在确定均匀性信息的范围内的进一步考虑之外。在此，门限值的高度根据比例如下地来选择，使得保留足够的未排除的点，用以可靠地确定均匀性信息，并且实际上仅仅排除了如下区域，在该区域中信号(并且由此信噪比)太低使得其信息不能被利用。由此，除了所提到的其中脂肪成分和水成分几乎或者恰好对应的过渡区域之外，也排除了仅仅提供噪声信号的没有对象的空闲区域，例如患者身体之外。

也就是说，在本发明的范围内看到，如果将在第二图像数据组中容易识别的不能分析的体素从观察中剔除，则也可以将该对于狄克逊技术所必须的两个图像数据组用于确定均匀性信息。这样，可以如已知的那样从第一和第二图像数据组的剩下的未被排除的体素中确定均匀性信息，该均匀性信息是从相邻体素的相位差中得出的。

优先地，在按照本发明的方法中，为了得到两种类型的信息，单一的MR图像拍摄就足够了。按照这种方式，由于需要更少的扫描而节省了检查时间。这点通过如下成为可能：采用具有两个图像数据组(即，“同相”的第一图像数据组和“反相”的第二图像数据组)的单一三维MR图像拍摄，这两个图像数据组随后同时地被用于计算衰减图以及用于确定均匀性信息、特别是匀磁调整。具有优势地将两点狄克逊技术与匀磁计算进行结合。

在另一个合适的实施方式中，也将所述掩模应用到第一图像数据组上。按照这种方式，可以更可靠地排除在没有对象的区域中的难于分析的体素或者具有测量错误的体素。

在按照本发明方法的具有优势的实施方式中，为了确定均匀性信息，可以对于没有被排除的体素，通过将第一或第二图像数据组的信号强度与第二或第一图像数据组的信号强度的复共轭相乘，来计算第三图像数据组。这点具有如下的优点：去除了通过高频线圈所造成的相位变化。

对于至少一个图像数据组、特别是第三图像数据组(其中消除了通过高频线圈所造成的相位变化)，可以确定相邻的体素的相位差作为相位差图。在由脂肪或水主导的体素中，空间的相位差不受以下事实的影响：即，并不是两个回波、即两个图像数据组如上面所描述的那样都满足“同相条件”。不过，通过掩模已经排除了其中脂肪成分和水成分、即脂肪信号和水信号具有类似高度的体素。因此，在此产生了可靠的相位差图。

为了作为均匀性信息确定球函数系数，可以合适地将所述相位差图与球函数相位差图匹配(angefittet)。自然，也可以考虑并且在现有技术中基本上已知了其它允许确定球函数系数的可能性。

优选地，在确定均匀性信息时，可以仅仅考虑相邻的体素之间的低于第二门限值的相位差，该第二门限值小于180°。例如，该第二门限值的一个例子是160°。按照这种方式，剔除了所有如下的区域：在该区域中相位差是“相位重叠(phase-wraps)”模糊的原因。尽管也可以利用用于校正“相位重叠”的技术来尽可能地消除它，不过这些技术是极其容易出错的并且因此可能导致不能使用的结果。此外，通过采用第二门限值特别具有优势地人工清剔除如上面已经描述的脂肪-水边界面积上高的相位跳变，该跳变同样可以导致错误的结果。

如已经提到的那样，可以从所述均匀性信息中确定匀磁调整，据此在检查的其它磁共振图像拍摄中对应于该匀磁调整来控制匀磁装置。这样，该调整(如整个按照本发明的方法一样)完全自动地进行，从而在整个的MR-PET检查期间可以对于患者的以及患者支撑台的特定位置保持该匀磁调整。

合适地，可以在确定所述衰减图的范围内，对其它组织类型进行分割，其中，尤其是将组织图集作为基础知识加以考虑。如果首先知道不同体素的脂肪/水比例，则可以应用分割方法，以便在空间上定位某些其衰减值已知的组织类型。在此，具体特别优点地，可以考虑组织图集，这意味着考虑背景信息，以便找到并且随后分割某些组织区域。如果已知哪种组织在空间中位于何处，则可以建立衰减图，该衰减图可以在随后进行的MR-PET检查的范围内用于校正PET数据。

附图说明

本发明的其它优点和细节由下面描述的实施例以及结合附图给出。附图中：

图1示出了按照本发明的方法的流程图，并且

图2示出了在第二个图像数据组中可能的信号变化的图示。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的方法的流程图。该方法尤其可以完全自动地进行，例如借助于组合的磁共振-正电子发射断层成像设备的计算装置进行。

首先，在步骤1中进行MR图像拍摄。为此，采用三维的梯度回波序列，其中，在单一激励之后分别在不同的回波时间、即在第一和第二回波时间，记录第一和第二图像数据组。如果水信号和脂肪信号之间的相位差为零(“同相条件”)，则记录该第一图像数据组。第二回波时间则显示出水信号和脂肪信号之间的相位差恰好为180°(“反相条件”)。

此时，要从这一个磁共振图像拍摄的这两个图像数据组中，既确定衰减图，又确定匀磁调整。这点可以如图1中示出的那样并行地进行，不过也可以依次进行。例如，可以将组合的MR-PET设备的计算装置构造用于执行分析步骤。

为了从图像数据组中确定衰减图(其基本上已经公知并且因此在这里仅仅简短地描述)，在步骤2中，首先借助于两点狄克逊技术对于每个体素确定脂肪/水比例。这点是可能的，因为一个图像(第一图像数据组)最终反映了水信号和脂肪信号的和，而另一个图像(第二图像数据组)则反映了它们的差(因为在出现“反相条件”时信号相互减弱)。

然后，在步骤3中，借助于组织图集在脂肪/水比例的基础上对不同组织类型(其衰减系数已知)进行分割。于是，可以这样确定衰减图。该衰减图在检查的其它过程中被用于对所记录的PET数据进行衰减校正(步骤4)。

不过，利用按照本发明的方法，还可以确定磁共振磁场的均匀性信息，并且从中确定匀磁调整。在由脂肪信号或水信号主导的(下面称为“脂肪主导的”或者“水主导的”)体素中，空间的相位差不会因为在脂肪和水的不同相位差的条件下记录两个图像数据组而受到影响。因此，有问题的仅仅是过渡区域，如通过图2更详细示出的那样。在那里示例性地示出了曲线5和6，它们表示了在一个任意方向上的来自第二图像数据组的片段。在此，曲线5示出了测量信号相对于位置坐标的幅度，曲线6示出了测量信号相对于位置坐标的相位。区域I和III是水主导的，而区域II是脂肪主导的。从曲线5中可以看出在边界区域幅度下降到极其低的值。这是由于已经提到的脂肪信号和水信号在第二图像数据组中由于“反相条件”而减弱的效应造成的。如果两种信号大小相等、即意味着脂肪信号和水信号是可比较的，则甚至根本测量不出信号。此外，在点7、8上在从水主导的区域I、III向脂肪主导的区域II的过渡上出现180°的相位跳变，如由曲线6所示出的那样。由于其低的幅度、即造成低信噪比的低的信号强度以及相位跳变，点7、8(其在对象本身中自然是三维考察的边界面积)的周围不能被有意义地用于确定均匀性信息。

因此，此时在步骤9(图1)中在第一和第二图像数据组上放置掩模，该掩模将所有其信号强度低于第一门限值的体素排除在确定均匀性信息的范围内的进一步考察之外。由此，不仅将在第二图像数据组中通过水信号和脂肪信号相互减弱而显示出信号强度急剧减小的区域排除在考虑之外，也排除了没有对象的成分、即仅有噪声的体素。

然后，在步骤10中，如下地对没有被排除的体素进行进一步的处理，使得确定第三图像数据组，其中，将第一图像数据组的复信号强度(包括幅度和相位)与第二图像数据组的信号强度的复共轭逐像素地相乘。按照这种方式，确定了第一和第二图像数据组之间的相位差，从而去除了由于高频线圈所造成的相位变化。

然后，在步骤11中，确定相位差图，该相位差图给出了相邻体素之间的相位差并且构成了确定均匀性信息的基础。例如，可以按照如下的方式定义该图：

d4(x，y，z，1)＝argv(d3(x，y，z)*conj(d3(x+1，y，z))

d4(x，y，z，2)＝argv(d3(x，y，z)*conj(d3(x，y+1，z))

d4(x，y，z，3)＝argv(d3(x，y，z)*conj(d3(x，y，z+1))，

其中，x、y和z表示在空间方向上的体素，d3表示第三图像数据组的信号强度，d4表示相位差并且conj表示复共轭，以及argv给出对复数的相位的选择。

然后，在步骤12中，在相位差图上应用另一个掩模。即，对于所有大于第二门限值(这里是160°)的相位差不作进一步考察。按照这种方式，不仅排除了由于“相位重叠”而模糊的相位差的区域，并且还人工地剔除了在脂肪-水边界面积上还剩下的高的相位跳变。即，由此，例如在剧烈跳变的情况下，低幅度的体素并不一定位于水主导的或者脂肪主导的区域之间。

在步骤13中，此时要从相位差图的剩余的相位差中确定球函数系数作为均匀性信息，这些球函数系数直接地给出了磁共振磁场的不均匀性。为此，将相位差图与球函数相位差图匹配。自然，为了将相位差图与对应的通过球函数所描述的相位差平衡，其它技术在此也是可能的。

最后，在步骤14中，从所确定的均匀性信息中确定匀磁调整，并且对于此后的实际MR-PET检查用于调整对应的匀磁装置。

Claims (8)

1.一种在单一的磁共振图像拍摄的范围内确定用于正电子发射断层成像的衰减图和磁共振磁场的均匀性信息的方法，特别是以确定匀磁调整为目的，其中，

-首先，在三维梯度回波序列的范围内在第一和第二回波时间分别记录第一和第二图像数据组，其中，在第一回波时间水信号和脂肪信号之间的相位差为零，而在第二回波时间为180度，

-从借助于狄克逊技术、特别是两点狄克逊技术从由所述图像数据组所获得的脂肪/水比例中，确定所述衰减图，

-至少对于第二图像数据组，通过使用掩模排除所有具有低于第一门限值的信号强度的体素，以及

-为了从相邻的体素的相位差中确定均匀性信息，仅仅考虑第一和第二图像数据组的没有被排除的体素。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，也将所述掩模应用到第一图像数据组上。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于没有被排除的体素，通过将第一或第二图像数据组的信号强度与第二或第一图像数据组的信号强度的复共轭相乘，来计算第三图像数据组。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于至少一个图像数据组、特别是第三图像数据组，确定相邻的体素的相位差作为相位差图。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，为了作为均匀性信息确定球函数系数，将所述相位差图与球函数相位差图匹配。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在确定均匀性信息时，仅仅考虑相邻的体素之间的低于第二门限值的相位差，该第二门限值小于180度。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从所述均匀性信息中确定匀磁调整，并且在检查的其它磁共振图像拍摄中对应于该匀磁调整来控制匀磁装置。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在确定所述衰减图的范围内，对其它组织类型进行分割，其中，尤其是将组织图集作为基础知识加以考虑。

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