CN101828126A - 涉及诸如匙孔和运动校正的动态简档共享的mri - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对身体进行磁共振成像(MRI)的设备和方法。本发明的目的是提供一种技术，其能够实现具有显著减小的运动伪像的动态简档共享。本发明的方法(例如匙孔)包括以下步骤：a)通过对所述身体施加RF脉冲成像序列和开关磁场梯度，从k-空间的不完整的第一部分(C)采集MR数据集(21)；b)从在步骤a)采集的MR数据集(21)中重建不完整的MR图像(31)，并从所重建的不完整的MR图像(31)中导出描述所述身体的运动的图像变换参数；c)从k-空间的不完整的第二部分(P)采集MR数据集(24)，该第二部分(P)与在步骤a)中采样的所述第一部分(C)不同；d)根据在步骤b)中导出的所述图像变换参数，向在步骤a)和c)中获得的至少一个MR数据集(21、24)应用运动校正(40)；e)从经运动校正的MR数据集(61、64)的组合(71)中重建最终MR图像(81)。

Description

涉及诸如匙孔和运动校正的动态简档共享的MRI
技术领域
本发明涉及一种用于对放置在检查体积中的身体进行磁共振(MR)成像的设备。
而且，本发明涉及一种用于磁共振成像(MRI)的方法和一种用于MR设备的计算机程序。
背景技术
在MRI中，将由RF脉冲组成的脉冲序列和开关磁场梯度施加到放置在MR设备检查体积内的均匀磁场中的对象(病人)上。以此方式，产生相位和频率编码的磁共振信号，借助于RF接收天线对其进行扫描，以便获得来自对象的信息并重建其图像。自从MRI最初发展开始，MRI在临床上相关领域的应用的数量已经极大地增长了。MRI可以应用于身体的几乎每一个部分，并且它可以用于获得与人体的多个重要功能有关的信息。在MRI扫描过程中施加的脉冲序列在确定重建图像的特性方面扮演了重要的角色，这些特性诸如在对象中的位置和方向、尺寸、分辨率、信噪比、对比度、对运动的灵敏度等等。MR设备的操作者必须为各个应用选择适当的序列并且必须调整并优化其参数。
在各类MRI应用中，受检查对象的运动会对图像质量造成不利的影响。采集用于图像重建的足够的MR数据花费有限的时间期间。待成像的对象在这个有限的采集时间期间内的运动通常在重建MR图像中造成运动伪像。在传统MRI方法中，当指定了MR图像的给定分辨率的情况下，可以将采集时间减小非常小的程度。在医学MRI的情况下，运动伪像例如可以起因于心动周期、呼吸周期及其他生理过程，以及起因于病人运动。在动态MRI扫描中，受检查对象在数据采集过程中的运动引起了不同种类的模糊、错位和变形伪像。
已经开发了诸如所谓的导航技术或PACE之类的预期运动校正技术，以便通过预期地调整成像参数来克服相对于运动的问题，这些成像参数定义了在成像体积内的视场(FOV)的位置和方向等等。从而在导航技术中，可以从穿过受检查病人的横隔膜的铅笔形体积(导航波束)采集MR数据集。以这样的方式交互地设置该体积：即，可以从所采集的MR数据集重建横隔膜的位置并将其用于FOV的实时运动校正。导航技术主要用于使得呼吸运动在心脏检查中的影响最小化。与需要导航波束来检测运动差别的导航技术相对照，上述的PACE技术使用预先采集的动态图像在连续动态扫描的时间量程中预期地调整成像参数。
还已知了通过共享所采集的不同MR数据集或不同扫描的MR数据来在动态MRI中减小采集时间。这个技术通常称为简档共享(profile sharing)。存在不同的已知简档共享方法，诸如所谓的“匙孔(keyhole)”方法、GES、FAST CARD、TRICKS等，其中，与外围区域相比，更经常地对k-空间的中心区域进行采集。这是因为受检查的动态过程(例如，在对比度增强的MRI中)主要影响从中心k-空间采集的MR数据。对于时间上连续的一系列高分辨率MR图像的重建，将从中心k-空间采集的多个MR数据集与从外围k-空间采集的MR数据集组合。借助这些技术，相当大地提高了动态MRI的时间分辨率。
上述用于动态MRI的已知技术存在几个缺陷。尤其是在三维动态MRI中，采集单个MR数据集所需的时间仍过长，以致于不能执行有效的运动校正并且不能避免运动引起的图像伪像。
发明内容
因此，易于意识到，需要一种改进的MR设备。因此，本发明的目的是提供一种MR设备，其能够实现具有显著减小的运动伪像的动态MRI。
根据本发明，公开了一种用于对放置在检查体积中的身体进行磁共振成像的设备，该设备包括：用于在检查体积中建立基本均匀的主磁场的装置；用于产生叠加在主磁场上的开关磁场梯度的装置；用于向身体辐射RF脉冲的装置；控制装置，用于控制磁场梯度和RF脉冲的产生；用于接收并采样磁共振信号的装置；以及重建装置，用于从信号样本构成MR图像。根据本发明，例如，通过所述控制装置和/或所述重建装置的适当编程来布置所述设备，以
a)通过对所述身体施加RF脉冲成像序列和开关磁场梯度，从k-空间的不完整的第一部分采集MR数据集；
b)从在步骤a)采集的MR数据集中重建不完整的MR图像，并从所重建的不完整的MR图像中导出描述所述身体的运动的图像变换参数；
c)从k-空间的不完整的第二部分采集MR数据集，该第二部分与在步骤a)中采样的所述第一部分不同；
d)根据在步骤b)中导出的图像变换参数，向在步骤a)和c)中采集的至少一个MR数据集应用运动校正；
e)从经运动校正的MR数据集的组合中重建最终MR图像。
本发明的设备被布置为使用动态简档共享来校正在MR数据采集过程中的运动。本发明的技术在头部、脚部或腿部应用中尤其有用，但它也可以用于例如身体应用中的多个屏气扫描，尤其是在对比度增强的动态检查中(例如，磁共振血管造影术-MRA)，其中，应用了典型的三维动态简档共享技术。借助本发明的技术使得这种“4D”技术更为鲁棒。
本发明的领悟在于，可以在简档共享之前使用仅从k-空间的一部分检测的运动来校正所采集的简档，以便减小在最终重建的MR图像中的运动伪像。
根据本发明，由从k-空间的第一部分采集的每一个MR数据集来重建单独的不完整的MR图像。在这个背景下，词语“不完整”理解为意思是从k-空间的一部分采集MR数据集，k-空间的该部分小于用来以所选择的分辨率从所选择的FOV重建最终(完整)MR图像所需的k-空间区域。在不完整的MR图像的重建之后，由此导出图像变换参数。所述图像变换参数描述了各个像素(或体素)、图像部分或完整的图像对象(其共同称为“图像要素”)的位置在一系列连续的采集并重建的不完整MR图像中是如何变化的。可以为每一个图像要素分配一个或多个图像变换参数，这些图像变换参数例如是从优选地在时间上连续的两个不完整MR图像的比较中导出的，或者是从各个不完整MR图像与在过程开头曾经采集并重建的参考图像的比较中导出的。例如，可以以(仿射)图像变换矩阵的形式来组合导出的图像变换参数。但必须注意，结果得到的运动校正算子不局限于仿射变换，而是可以包括例如，两个不同图像要素(例如，腿和脚)的平移和旋转运动。根据本发明，在将从k-空间的第一部分和/或第二部分采集的MR数据用于简档共享和最终MR图像的重建之前，将所述运动校正算子应用于这些MR数据。如前所述的，本发明的领悟在于，可以将从一部分k-空间数据检测到的运动用于对从该部分以及其它部分采集的k-空间数据进行运动校正。最后，根据传统简档共享方法来合并局部k-空间数据，并从合并的MR数据集中重建最终MR图像。这个最终图像确实没有显示或仅仅显示了很少的运动伪像。依据几个从k-空间的第一部分采集的(经运动校正的)MR数据集与从k-空间的第二部分采集的单个MR数据集的组合，可以获得动态的一系列连续的最终MR图像，它们基本上不存在运动伪像。
优选的，在步骤a)中采样的k-空间的不完整的第一部分是k-空间的中心部分，在步骤c)中采样的k-空间的不完整的第二部分是k-空间的外围部分。本发明的这个实施例对应于使用局部k-空间采集的中心排序的传统“匙孔”方法。依据从k-空间的中心(第一)区域采集的MR数据集，可以重建低分辨率(不完整)的MR图像，其中，从k-空间的中心(第一)区域进行的采集要比从外围(第二)区域进行的采集的更为频繁。为了重建在时间上连续的一系列高分辨率MR图像，将从中心k-空间采集的多个MR数据集与从外围k-空间采集的MR数据集进行组合。根据本发明，依据从中心k-空间数据重建的低分辨率MR图像，导出图像变换参数。使用这些图像变换参数来将运动校正应用到中心和/或外围k-空间数据。
根据本发明的优选实施例，将MR设备布置为重复步骤a)和b)，以便在时间上连续地从k-空间的第一部分采集多个MR数据集，在每一个采集的MR数据集的采集之后立即从该MR数据集重建不完整的MR图像，并从每一个重建的不完整的MR图像中导出图像变换参数。在这些图像变换参数的基础上，将运动校正应用到在连续MR数据采集中所使用的成像序列的成像参数。诸如开关磁场梯度的强度和方向之类的成像参数决定了FOV的位置和方向。根据本发明的该实施例，将在每一个局部k-空间MR数据集的采集之后检测的运动用于对从k-空间的第一部分和/或第二部分进行的后续MR数据集采集进行调整，以便进一步减小运动引起的图像伪像。
当根据本发明，从所采集的MR数据中导出图像变换参数时，可以检测不可接受的运动，其意思是有效的运动校正根本无法实现。在此情况下，可以简单地拒绝该所采集的MR数据，并可以重复各个k-空间区域的采样。以此方式，可以避免由运动所造成的不可补偿的图像伪像。
本发明的成像方法可以结合不同数据采集和重建技术。例如，根据公知的POCS或SENSE技术或其它所谓的“k-t”型MR数据采集和重建方法，可以执行对局部采集的MR数据集的重建。
本发明不仅涉及一种设备，还涉及一种用于对放置在MR设备的检查体积中的病人身体进行MR成像的方法。所述方法包括以下步骤：
a)通过对所述身体施加RF脉冲成像序列和开关磁场梯度，从k-空间的不完整的第一部分采集MR数据集；
b)从在步骤a)采集的MR数据集中重建不完整的MR图像，并从所重建的不完整的MR图像中导出描述所述身体的运动的图像变换参数；
c)从k-空间的不完整的第二部分采集MR数据集，该第二部分与在步骤a)中采样的所述第一部分不同；
d)根据在步骤b)中导出的图像变换参数，向在步骤a)和c)中采集的至少一个MR数据集应用运动校正；
e)从经运动校正的MR数据集的组合中重建最终MR图像。
一种适于执行本发明的成像过程的计算机程序可以有利地在当前临床中用于控制磁共振扫描器的任何常用计算机硬件上实施。可以在诸如CR-ROM或磁盘之类的适合的数据载体上提供该计算机程序。可替换地，还可以由用户从互联网服务器下载它。包含的附图公开了本发明的优选实施例。然而应明白，附图仅是为了举例说明而设计的，不是作为本发明的限制的定义。
附图说明
在附图中：
图1显示了根据本发明的MR扫描器；
图2作为流程图示出了本发明的动态简档共享技术。
具体实施方式
图1中，将根据本发明的MR成像设备1显示为方框图。设备1包括一组主磁场线圈2，用于产生静态且均匀的主磁场，以及三组梯度线圈3、4和5，用于叠加具有可控强度并在选定方向上具有梯度的附加磁场。传统上，将主磁场的方向标记为z-方向，与之垂直的两个方向标记为x-方向和y-方向。借助电源11为梯度线圈3、4和5提供能量。成像设备1还包括RF发射天线6，用于向身体7发出射频(RF)脉冲。天线6耦合到调制器9，用于产生并调制RF脉冲。此外提供的是接收机，用于接收MR信号，接收机可以与发射天线6相同或者是与之分离的。如果发射天线6和接收机是如图1所示的物理上相同的天线，就设置发送-接收开关8以便将接收到的信号与待发送的脉冲分离。接收到的MR信号输入到解调器10。可以由控制系统12来控制发送-接收开关8、调制器9、用于梯度线圈3、4和5的电源11。控制系统12控制输入到天线6的RF信号的相位和振幅。控制系统12常常是具有存储器和程序控制的微型计算机。解调器10耦合到重建装置14，例如计算机，其用于将接收到的信号变换为图像，可以在例如可视显示单元15上观看到所述图像。对于本发明的实际实现方式，控制系统12和重建装置14包括用于执行本发明的成像过程的程序。
图2作为流程图示出了本发明的动态简档共享技术。该成像过程开始于从k-空间的不完整的第一部分，即从中心k-空间区域C，采集MR数据集20。可以将标准梯度回波成像序列用于这个目的。紧接着数据采集之后，使用傅立叶逆变换从MR数据集20重建低分辨率MR图像30。该低分辨率MR图像30构成了本发明意义上的不完整MR图像，因为该中心k-空间区域C小于以全分辨率重建MR图像所需的k-空间区域。MR图像30显示了在FOV中心的受检查对象O。在进一步成像过程期间将MR图像30作为参考图像。作为下一个步骤，从中心k-空间区域C采集一个后续的MR数据集21，并由此重建另一个低分辨率MR图像31。MR图像31显示了由于运动而已经改变其位置和方向的对象O。在步骤40，进行参考图像30与低分辨率MR图像31的比较，以便导出图像变换参数。这些图像变换参数描述了在连续的低分辨率MR图像30和31中对象O的位置如何变化。以仿射图像变换矩阵的形式来合并这些图像变换参数。随后使用相应的矩阵算子M对在随后的MR数据集22的采集时所施加的成像序列的成像参数进行运动校正。诸如开关磁场梯度的强度和方向之类的成像参数决定了FOV的位置和方向。调整FOV以便补偿所检测到的对象O的运动。针对从中心k-空间采集MR数据集22和23而重复相同的过程。使用基于参考图像30和低分辨率MR图像33的比较而导出的矩阵算子M’，来调整用于从外围k-空间区域P采集MR数据集24的成像参数。该外围k-空间区域P构成了本发明意义上的k-空间的不完整的第二部分。再次使用傅立叶逆变换从MR数据集34重建MR图像34。从MR图像30、31、32、33和34导出的图像变换矩阵可以在后端处理步骤中用来计算相应的经运动校正的MR图像50、51、52、53和54。如图2进一步所示的，经运动校正的MR图像50、51、52、53和54完整显示了在FOV中心的对象O。将傅立叶变换应用于每一个MR图像50、51、52、53和54，以便获得来自中心k-空间的一系列经运动校正的MR数据集60、61、62和63以及来自外围k-空间的经运动校正的MR数据集64。最后，计算中心k-空间MR数据集60、61、62和63与外围MR数据集64的组合70、71、72和73，并通过进一步的傅立叶逆变换来重建动态的一系列连续的高分辨率最终MR图像80、81、82和83。高分辨率MR图像80、81、82和83基本上不存在运动伪像。

Claims (11)

1.一种用于对放置在检查体积中的身体(7)进行磁共振成像的设备，所述设备(1)包括：
用于在所述检查体积中建立基本均匀的主磁场的装置(2)；
用于产生叠加在所述主磁场上的开关磁场梯度的装置(3、4、5)；
用于向所述身体(7)辐射RF脉冲的装置(6)；
控制装置(12)，用于控制所述磁场梯度和所述RF脉冲的产生；
用于接收并采样磁共振信号的装置(10)；以及
重建装置(14)，用于从信号样本构成MR图像；
所述设备(1)被布置为：
a)通过对所述身体(7)施加RF脉冲成像序列和开关磁场梯度，从k-空间的不完整的第一部分采集MR数据集；
b)从在步骤a)采集的MR数据集中重建不完整的MR图像，并从所重建的不完整的MR图像中导出描述所述身体(7)的运动的图像变换参数；
c)从k-空间的不完整的第二部分采集MR数据集，该第二部分与在步骤a)中采样的所述第一部分不同；
d)根据在步骤b)中导出的所述图像变换参数，向在步骤a)和c)中采集的至少一个MR数据集应用运动校正；
e)从经运动校正的MR数据集的组合中重建最终MR图像。
2.如权利要求1所述的设备，其中，在步骤a)中采样的k-空间的所述不完整的第一部分是k-空间的中心部分，并且其中，在步骤c)中采样的k-空间的所述不完整的第二部分是k-空间的外围部分。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述设备(1)还被布置为：
重复步骤a)和b)，以便在时间上连续地从k-空间的所述第一部分采集多个MR数据集；
在每一个局部采集的MR数据集的采集之后立即从该局部采集的MR数据集重建不完整的MR图像；并且
从每一个重建的不完整的MR图像中导出图像变换参数。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的设备，其中，所述设备(1)还被布置为：使用从不完整的MR图像中导出的所述图像变换参数，来对后续MR数据集的采集所使用的成像序列的成像参数应用运动校正。
5.一种用于对放置在MR设备的检查体积中的病人身体进行MR成像的方法，所述方法包括以下步骤：
a)通过对所述身体施加RF脉冲成像序列和开关磁场梯度，从k-空间的不完整的第一部分(C)采集MR数据集(21)；
b)从在步骤a)采集的MR数据集(21)中重建不完整的MR图像(31)，并且从所重建的不完整的MR图像(31)中导出描述所述身体的运动的图像变换参数；
c)从k-空间的不完整的第二部分(P)采集MR数据集(24)，该第二部分(P)与在步骤a)中采样的所述第一部分(C)不同；
d)根据在步骤b)中导出的所述图像变换参数，向在步骤a)和c)中采集的至少一个MR数据集(21、24)应用运动校正(40)；
e)从经运动校正的MR数据集(61、64)的组合(71)中重建最终MR图像(81)。
6.如权利要求5所述的方法，其中，在步骤a)中采样的k-空间的所述不完整的第一部分(C)是k-空间的中心部分，并且其中，在步骤c)中采样的k-空间的所述不完整的第二部分(P)是k-空间的外围部分。
7.如权利要求5或6所述的方法，其中，重复步骤a)和b)，以便在时间上连续地从k-空间的所述第一部分(C)采集多个MR数据集(20、21、22、23)，在每一个采集的MR数据集(20、21、22、23)的采集之后立即从该MR数据集中重建不完整的MR图像(30、31、32、33)；并且其中，从每一个重建的不完整的MR图像(30、31、32、33)中导出图像变换参数。
8.如权利要求5-7中任意一项所述的方法，其中，使用从不完整的MR图像(30、31、32、33)中导出的所述图像变换参数，对后续MR数据集(20、21、22、23、24)的采集所使用的成像序列的成像参数应用运动校正。
9.如权利要求5-8中任意一项所述的方法，其中，基于从k-空间的所述第二部分(P)采集的单个MR数据集(64)与从k-空间的所述第一部分(C)连续采集的多个不同的经运动校正的MR数据集(60、61、62、63)的组合(70、71、72、73)，重建动态的一系列连续的最终MR图像(80、81、82、83)。
10.用于MR设备的计算机程序，包括用于以下的指令：
a)通过产生RF脉冲成像序列和开关磁场梯度，从k-空间的不完整的第一部分采集MR数据集；
b)从在步骤a)采集的MR数据集中重建不完整的MR图像，并从所重建的不完整的MR图像中导出描述受检查对象的运动的图像变换参数；
c)从k-空间的不完整的第二部分采集MR数据集，该第二部分与在步骤a)中采样的所述第一部分不同；
d)根据在步骤b)中导出的所述图像变换参数，向在步骤a)和c)中采集的至少一个MR数据集应用运动校正；
e)从经运动校正的MR数据集的组合中重建最终MR图像。
11.如权利要求10所述的计算机程序，还包括用于以下的指令：
重复步骤a)和b)，以便在时间上连续地从k-空间的所述第一部分采集多个MR数据集；
在每一个采集的MR数据集的采集之后立即从该MR数据集中重建不完整的MR图像，从每一个重建的不完整的MR图像中导出图像变换参数，以便对后续MR数据集的采集所使用的成像序列的成像参数应用运动校正；
基于从k-空间的所述第二部分采集的单个MR数据集与从k-空间的所述第一部分连续采集的多个不同的经运动校正的MR数据集的组合，重建动态的一系列连续的最终MR图像。
CN200880104216A 2007-08-24 2008-08-20 涉及诸如匙孔和运动校正的动态简档共享的mri Pending CN101828126A (zh)

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EP07114923.1 2007-08-24
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