CN101896835A

CN101896835A - 减少mri中的运动伪影

Info

Publication number: CN101896835A
Application number: CN2008801201301A
Authority: CN
Inventors: A·J·W·克雷默; F·菲瑟; M·H·J·尼杰尤斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: CN101896835B; WO2009074917A1; US20110116683A1; US9366742B2; EP2223139A1

Abstract

本发明涉及磁共振成像(MRI)中的运动校正，被实现为MRI设备或系统、用于这种设备或系统的计算机程序以及方法。通过如下步骤估计感兴趣区域ROI的运动模式：在预先确定受运动影响很小或不受影响的解剖位置选择固定点；以及基于由导航器或其他方法探测的运动在所述ROI中旋转受运动影响的点。根据估计的ROI运动模式，可以通过调节采集序列中MR系统RF脉冲的梯度和带宽来调整视场(FOI)以避免或减少运动伪影。或者在重建的图像上执行运动校正。

Description

减少MRI中的运动伪影

技术领域

本发明涉及磁共振成像(MRI)，例如用于MRI设备的基于计算机的控制系统和用于MRI扫描器的方法，尤其涉及校正或补偿图像采集期间成像对象中发生的运动。

背景技术

心脏和呼吸运动是在MRI扫描期间导致运动伪影的最常见来源中的两个。例如，在受试者呼吸时，肺和肾脏及其他器官和组织不自主地运动并生成运动伪影。由于感兴趣区域中组织或器官的运动，这些运动伪影使得难以随着时间推移获得感兴趣区域的数据。以呼吸为例，由于呼吸的原因，肾脏可能会在冠状面中向左或右运动，在冠状面中向上或下运动，甚至进出冠状面运动。结果，附近的器官和血管也将运动。

为了减少MR图像中的运动伪影，可以使用“导航器”信号中同时采集的信息来校正采集平面。导航器信号是由与成像脉冲序列交织且特征为缺少相位编码的脉冲序列产生的。于是，导航器信号是沿着在整个扫描期间固定在适当方向的读出梯度限定的轴的投影，因此涉及一维运动。如果运动伪影是由于呼吸运动造成的，导航器信号通常通过监测膈膜的运动来确定呼吸阶段。

使用这种导航器信号的运动校正未考虑到整个腹部或胸部区域并非与导航器位置类似地运动，这是一个缺点。

另一缺点在于，使用这种导航器信号的运动校正未考虑腹部和胸部区域中大部分组织的弹性。

发明目的

因此，用于校正MRI期间运动的改进方法将是有利的，尤其是一种用于表征偏离导航器运动的运动的简化而更可靠的方法。

本发明的另一目的是提供现有技术的替代技术。具体而言，可以将本发明的目的视为：提供一种利用校正运动解决现有技术的上述问题的MRI系统。

发明内容

发明人构想到，对于诸如脉管或器官的较大解剖特征而言，一端可能位于受试者的运动的第一区域中，而另一区域位于几乎不运动或根本不运动的第二区域中。在试图针对这种情形调节MRI设备的视场时，本发明的方法是使用至少两个点，第一和第二区域中的每个区域中有一个点，将它们之一分配为固定的，并从MRI信号获得另一个点的运动，然后通过选择不运动或仅运动很小的所使用的点的FOV来确定ROI的运动模式。

于是，在本发明的第一方面中，意图通过提供一种用于跟踪磁共振成像(MRI)中受试者的和/或其体内的运动的方法来实现上述目的和若干其他目的，该方法包括：

-识别期望的感兴趣区域(ROI)之内运动点的运动；

-识别所述受试者体内的固定点；以及

-根据所述运动点的运动相对于所述固定点旋转所述运动点以确定所述ROI的运动模式。

在下文中，将结合本发明的第一方面描述若干优选和/或任选实施例、特征和元件。在可应用的情况下，可以将这些实施例、特征或元件与下文给出的第二、第三和第四方面组合或将其应用于这些方面。

固定点不必相对于MRI设备中或受试者中的静止部分是固定的。结合这一点使用的术语“固定”仅仅是指假设它是两个点中运动最小的点。于是，优选选择固定点，使其指明ROI中运动最小的部分。

优选基于MRI导航器信号识别运动点的运动，但也可以应用其他技术，如下面将要描述的。所识别的运动点的运动不必沿着直线(一维)。使用包含沿不同梯度(例如二维)记录的信号的导航器信号，可以确定运动点的更复杂的运动。而且，运动点的运动不必在与到固定点的方向正交的方向上，因为在使用运动点的运动来相对于固定点旋转运动点时可以使用各种投影。术语“运动点的运动”是指从导航器信号确定的运动。它是用于计算ROI的运动模式的标称运动，即，其未必描述运动点的真实运动。由此，根据运动点的运动旋转运动点表示在距固定点给定距离的约束条件下移动运动点。

可以优选通过如下方式执行ROI运动模式的确定：确定固定点和运动点在其中/上都静止或尽可能小得运动的运动框架或线。或者，应用如下约束条件执行这一操作：将框架或线的一个部分约束在固定点，然后在另一部分被约束到运动点时确定该部分的运动。

在当前的语境中，补偿运动意味着针对运动伪影预先调节或进行补偿。可以通过在采集协议中或采集期间调节FOV来实现针对运动伪影的预先调节，从而减少所记录的MRI信号中的运动伪影。于是，在一个实施例中，所确定的ROI的运动模式被用于调节MR图像采集中的FOV以减少运动伪影。

可以通过校正记录的MRI信号或重建图像来进行运动伪影的补偿，以减少运动伪影。于是，在备选实施例中，使用所确定的ROI运动模式来校正MRI信号，以减少这些信号中的运动伪影，或校正重建的MR图像以减少这些图像中的运动伪影。

优选可以在来自受试者的MRI侦察扫描的重建图像中选择或指明固定点。类似地，优选可以在来自受试者的MRI侦察扫描的重建图像中选择或指明运动点，该图像优选包括运动伪影。

侦察扫描或图像有时也被称为调查扫描或图像，用于对由即将进行的扫描产生的图像做出图解表示。侦察自身是具有低分辨率和大FOV的快速扫描，其给出解剖概况。通常，产生分离的屏幕，由此通过图形界面交互确定侦察参数。显示所选的侦察图像，同时操作员选择各侦察参数，这被称为规划。具体而言，操作员可以通过鼠标移动或键盘输入指示固定点。

由于组织的弹性，尤其是在腹部和胸部区域中，例如在呼吸期间，不同的点不以相同幅度移动。不过因为导航器信号经常会破坏导航器位置处的图像，必须要将导航器定位在ROI外部，因此离运动点足够远。出于这一原因，可以优选缩放来自导航器信号的运动以确定运动点的运动。

本发明尤其适于校正弹性组织中的运动伪影，例如在受试者的腹部或胸部区域中。于是在优选实施例中，将根据第一方面的方法应用于扫描受试者的腹部或胸部区域中的脉管，以减少运动伪影，例如腹部和胸部的血管造影术。还可以使用该方法描述四肢相对于关节中固定点的运动，例如手臂绕肩部中固定点转动的运动。

在第二方面中，本发明提供了一种用于补偿受试者的和/或其体内的运动的磁共振成像(MRI)系统，所述系统包括：

-用户接口，用于接收操作员输入，所述操作员输入在感兴趣区域(ROI)中选择运动点，在所述受试者体内选择固定点；

-用于补偿MRI期间所述受试者的和/或其体内的运动的软件应用，所述软件应用包括：

-用于从MRI信号确定所述运动点的运动的模块；

-用于根据所述运动点的运动通过相对于所选择的固定点旋转所选择的运动点来确定所述ROI的运动模式的模块；以及

-用于利用所确定的运动模式补偿所述受试者的和/或其体内的运动的模块。

该系统优选还包括用于产生MRI导航器信号的单元，使得用于确定运动点的运动的模块可以根据MRI导航器信号进行操作。

在第三方面中，本发明涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品适于使得包括至少一个具有与其连接的数据存储模块的计算机的计算机系统能够控制MRI系统以执行根据本发明的第一方面的方法，优选通过调节用于ROI的MRI的采集协议来执行该方法。因此，在第三方面中，本发明提供了一种用于补偿磁共振成像(MRI)期间受试者的和/或其体内的运动的计算机程序产品，所述产品包括在由处理器执行时提供以下功能的软件应用：

-从所提供的MRI信号确定运动点的运动；

-根据所述运动点的运动，通过相对于所选择的固定点旋转所选择的运动点来确定感兴趣区域(ROI)的运动模式；以及

-利用所确定的运动模式补偿所述受试者的和/或其体内的运动。

本发明的第三方面涉及一种计算机程序产品。这种计算机程序产品适于使得包括至少一个具有与其关联的数据存储模块的计算机能够控制MRI设备或MRI设备的单元来执行本发明。本发明的这些方面尤其有利但非唯一有利的地方在于，可以由使得计算机系统能够执行本发明第一方面的操作的计算机程序产品来实现本发明。于是，可预期通过在控制MRI设备的计算机系统上安装计算机程序产品来更改一些已知MRI设备或这种设备的单元以根据本发明操作。可以在任何种类的计算机可读介质，例如基于磁性或光学的介质上，或通过基于计算机的网络，例如因特网，来提供这种计算机程序产品。

在第四方面中，本发明提供了一种用于更新MRI设备来应用根据本发明第一方面的方法的计算机程序产品，所述产品包括用于安装在由处理器执行时提供以下功能的软件应用的模块。因此，在第四方面中，本发明提供了一种用于更新磁共振成像(MRI)设备来补偿MRI期间受试者的和/或其体内的运动的计算机程序产品，所述产品包括用于安装在由处理器执行时提供以下功能的软件应用的模块：

-从所提供的MRI信号确定运动点的运动；

同样，在第三和第四方面中，尽管可以应用用于识别运动点的运动的其他方法，但优选从MRI导航器信号确定这种运动。

本发明的第四方面尤其有利但非唯一有利的地方在于，可以由计算机程序产品来实现本发明，在下载或上载到计算机系统中时，该计算机程序产品使得计算机系统能够执行本发明第二方面的系统的操作。可以在任何种类的计算机可读介质上或通过网络来提供这种计算机程序产品。

可以将本发明的要点描述为一种通过在不同区域中选择两个点并将它们之一分配为固定的来确定ROI更逼真的运动模式的方式。从导航器确定另一点的运动，并使用这一运动来确定相对于固定点的旋转运动。然后将这一旋转运动用作ROI的运动模式，可以针对其调节FOV以避免、减少或校正运动伪影。在备选方案中，在预先确定受运动影响很小或不受影响的解剖位置指定固定点。基于固定点和由导航器探测的运动，估计ROI的运动模式，从该运动模式可以调整视场(或者在重建图像上执行运动校正)。

要强调的是，根据本发明第一方面的方法的结果不直接允许归属于临床图片，它仅涉及图像质量的改善。而且，该方法的任何步骤都不需要与身体交互。

可以将本发明的各方面的每个与其他方面的任一个组合。根据以下描述并参考所述实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述根据本发明的方法、系统和计算机产品。附图示出了实现本发明的示例，其不应被解释为限于落在所附权利要求的范围之内的其他可能实施例。

图1A和B示出了通过应用根据本发明的方法确定ROI的运动模式；

图2A和B示出了不使用根据本发明的固定点的情形；

图3和4示出了根据本发明的实施例的计算；

图5、6A和6B示出了应用本发明的实施例的不同情形；

图7是根据本发明实施例的MRI系统的示意图；

图8是表示根据本发明的计算机程序产品实施例的操作纲要的示意系统图。

具体实施方式

在下文中，结合在肾动脉上的示例性应用，例如在腹部血管造影术中，描述根据本发明的实施例的用于跟踪MRI中受试者的和/或其体内的运动的方法。可以将实施例应用于很多其他解剖特征的成像，本示例性应用不应限制权利要求的范围。

图1A和B示出了通过应用根据本发明的方法确定ROI的运动模式。在这里，受试者2在MRI扫描期间呼吸，将导航器4定位在膈膜的拱顶以确定呼吸运动的相位和幅度。通过对窄(笔形波束形的)体积4进行RF激励来产生导航器，并接收到非相位编码MR信号。目前，这种导航器信号是用于确定MRI采集期间受试者运动的最常用方法。

不过，在MR成像中还有获得MRI采集期间的运动信息的其他方法，例如：

-通过对k空间的中心区域进行冗余扫描(即在时间上重复采集对象的粗细节的数据)，获得运动信息。这优选通过所谓的“PROPELLER”序列来实现。

-可以在对象中或其上的预定部分采用特殊基准；MR根据这些基准发送信号。在特殊实施例中，基准包含能够在19F拉莫尔频率处被成像的19F(氟)化合物(例如，PFOB)。

在本示例中，ROI是肾动脉的部分2，点x表示原点，通常位于仅受呼吸运动很小影响的区域中。点o表示肾动脉上位于受呼吸运动严重影响的区域中的点。

在图1A中，受试者呼气，在图1B中，受试者吸气。这导致导航器4记录导航器信号，从导航器信号能够确定受试者按照箭头9的运动。可以看出，肾动脉的点o已经从其原位置

按照箭头10并根据受试者呼吸运动向上移动。如果不执行任何校正，MRI采集期间的这种运动将导致运动伪影。点o的运动10与来自导航器信号的运动9相关，并且如稍后参考图3将要详细描述的，能够由此而被确定。

还可以看出，点x的位置未受到受试者吸气的影响，这样一来，ROI中肾动脉的部分3按照箭头11轻微转动。根据本发明第一方面的方法，可以如下确定ROI的这种运动模式。点x被选择为受试者体内的固定点(尽管它可以运动，但在以下推导中假设它是固定的)，点o被选择为运动点。通过利用来自导航器4的运动9确定运动点o的运动10，可以在位置7和8之间按照箭头11移动框架6。框架6的运动11发生于固定点x不移动的假设之下，因此绕着固定点x转动。因此，通过固定点x和运动点o的位置在框架6中固定这一约束，框架6的运动模式将与ROI的运动模式对应。

在MRI采集期间根据ROI的运动模式或等价地根据框架6的运动模式使FOV发生位移将减少所采集图像中的运动伪影。

图2A和B示出了与图1A和B类似的情形，但没有固定点x。如果框架6同样按照运动点o的运动10运动，那么位置7和13之间的框架6运动14等于运动点o的运动10。不过，能够看出，在位置7和13之间，在点o相对端的肾动脉的原点15在框架6中偏移其位置。在MRI采集期间按照框架6的运动模式使视场发生位移因此将导致运动伪影，但这次是因为原点15的表观运动。

在下文中，参考图3描述运动点o的运动10的确定。在采集之前，记录图像(通常至少两幅)作为侦察扫描。这些图像将显示呼吸期间膈膜和ROI的运动。这也可以利用屏息(一次在吸入时，一次在呼出时)来完成。从这些图像可以确定点o的两个位置z_o1和z_o2，点o可以是肾动脉进入肾脏的点，这可以通过检查容易地识别。同时，可以确定稍后将把导航器锁定在的解剖学特征的两个位置，z_N1和z_N2。

现在，导航器和点o的位移通常不同，可以根据从屏息图像确定的位置计算缩放因子Δz_o/Δz_N。这种缩放是区域中组织弹性以及可能的横向位移的结果，因此在受试者之间缩放也可能变化。在后来的MRI采集期间的任何时间A，可以通过下式从导航器信号确定点o的位置：

z_oA＝z_NAΔz_o/Δz_N. (1)

为了按照ROI或等价地按照框架6的运动模式对FOV进行位移，在MRI采集期间，可以确定框架绕固定点x的旋转角。在图4的图示中，固定点位于框架6的边界。当在时间A运动点o从初始位置z_oI运动到位置z_oA(均从对导航器位置进行缩放确定)时，ROI旋转了角度2a，其中可以通过三角学确定a：

sin a＝1/2(z_oA-z_oI)/|xo|， (2)

其中|x o|是点o和点x之间的距离，例如，可以从侦察扫描或屏息图像确定。框架6的运动模式，或者这里的简单的旋转，可以用于通过调节MR系统RF脉冲的梯度和带宽在图像采集期间对图像堆栈或FOV进行类似旋转。在这种情况下，|x o|在示例中可以是堆栈沿倾斜左右方向的长度或该长度的一部分。

要注意的是，上文对ROI旋转角的确定是用于确定ROI运动模式的一种非常简单方式。根据要求的精度和具体应用可以对这种旋转并且任选地对同时发生的位移进行很多方式的确定，所有方式都在本发明的范围之内。

图5示出了另一应用示例，其中，固定点x位于ROI或框架6之外，使得支枢点落在受运动影响区域之外。这意味着旋转点在框架6之外并且整个ROI移动位置。等式2仍然可以成立，但这时|x o|比ROI或框架6长。固定点x应当至少在侦察扫描的FOV中，以确定其位置和|x o|。

在前面的示例中，导航器的运动9和运动点o的运动10大致与运动点o和固定点x之间的线|x o|的方向正交。这导致ROI或框架6的运动14大体上与运动10沿同一方向(即使运动14描述的是旋转，角度a通常很小，运动14将不会与直线偏离太多)。在图6A所示的另一示例中，运动点的预期运动10(如从导航器推导出的)与线|x o|形成大约45度的角度。在这种情况下，如图6B所示，可以向正交于运动点o和固定点x之间的线的方向投影运动10。由此，ROI或框架6的运动14(亦即运动点o的宣称运动)将与运动10形成角度。在本示例中，固定点x的约束效果。

在其他实施例中，根据上文所示实施例的旋转可能会与平移运动结合。

在另一实施例中，可以使用多个导航器，例如，一个在膈膜上，一个在腹部，其探测前后方向上的运动，这种运动垂直于膈膜上的运动。在这种情况下，可以获得ROI运动的更详细的信息并结合到计算中。

图7是根据本发明实施例的MRI系统19的示意图。在这里，MRI扫描器20连接到控制单元22，控制单元22例如包括用于接收操作员输入的用户接口(未示出)以及至少一个处理器23和一个存储器24，存储器24用于保存要由处理器执行的计算机程序。该系统还包括用于产生MRI导航器信号的单元，通常将其实施为软件应用，其包括：

-用户接口，用于接收在受试者体内的解剖学特征上定位导航器的操作员输入；

-用于在图像采集序列中交织导航器脉冲并记录导航器信号的模块；

-用于从导航器信号确定导航器运动的模块。

存储器24保存要由处理器23执行的软件应用，用于根据本发明实施例补偿MRI期间受试者的和/或其体内的运动。用于根据本发明实施例补偿运动的计算机程序产品可以保存在存储器24上或CD ROM 26上，或者可以存储在可以通过网络连接25访问的远程服务器上。

而且，可以使用网络连接25来下载计算机程序产品，用于根据本发明实施例更新MRI设备。也可以在CD ROM 26上提供这种程序。

图8是表示根据本发明的计算机程序产品实施例的操作纲要30的示意系统图，如下文所述。

在方框31中，操作员分别在来自有运动伪影和没有运动伪影的侦察扫描的图像中选择运动点o和固定点x。

方框32提供了用于从MRI导航器信号确定运动点的运动的模块。从导航器单元提供导航器信号33，从导航器信号可以导出作为时间的函数的导航器位置。利用导航器位置，在方框34中从等式(1)确定相继采集序列之间运动点o的运动。

方框34提供了用于为ROI确定运动模式的模块。

可以利用从方框32计算的相继运动，从等式(2)计算相继采集序列之间的ROI旋转角。

方框36提供了利用所确定的运动模式补偿受试者的和/或其体内的运动的模块。在一个实施例中，这可以通过在采集期间根据ROI的确定的运动模式连续移动FOV来执行。可以通过调节RF脉冲的梯度和带宽来改变采集体积的位置，因此可以调整采集协议以在采集期间根据本发明的方法移动采集体积，从而使得ROI在采集体积或FOV中是静止的或几乎静止的。因此该纲要得到的输出是发送到扫描器20的采集序列修改。在其他实施例中，可以利用对采集期间运动模式的了解，以回顾性地运动校正采集的信号或重建的图像，从而实现方框36。

可以给纲要30增加与结合参考图1到4的方法描述的一些特征对应的更多细节/方框。

尽管结合血管造影术中的肾脏运动加以描述，但可以将本发明的各实施例用于各式各样的不同应用。在一个实施例中，可以将其用于腹部或胸部中其他脉管的血管造影成像。在另一实施例中，可以将其用于避免如上所述的肢体小运动导致的运动伪影，其中固定点将在关节的中心。上臂相对于肩关节的旋转、小臂相对于肘关节的旋转、手相对于腕关节的旋转、大腿相对于髋关节的旋转、小腿相对于膝关节的旋转、脚相对于踝关节的旋转。在这些情况下，可以将导航器定位在ROI上，获得缩放因子1。另一示例是用于脊柱的功能研究。

尽管已经结合特定实施例描述了本发明，但不应将其解释为以任何方式受限于所提供的示例。应当按照随附的权利要求解释本发明的范围。在权利要求的语境中，术语“包括”不排除其他可能元件或步骤。而且，提到诸如“一”或“一个”等指示词不应被解释为排除复数。在权利要求中针对附图中指示出的元件使用附图标记也不应被视为限制本发明的范围。此外，可以有利地组合在不同权利要求中提到的各个特征，在不同权利要求中提到这些特征不排除特征的组合是可能的和有利的。

Claims

1.一种用于跟踪磁共振成像(MRI)期间受试者的和/或其体内的运动的方法，所述方法包括：

-识别期望的感兴趣区域(ROI)之内的运动点(o)的运动(10)，尤其是基于MRI导航器信号(33)；

-识别所述受试者(2)体内的固定点(x)；以及

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所确定的所述ROI的运动模式被用于调节MR图像采集中的FOV以减少运动伪影。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在来自所述受试者的MRI侦察扫描的重建图像中选择所述固定点。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在来自所述受试者的MRI侦察扫描的具有运动伪影的重建图像中选择所述运动点。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括缩放来自所述导航器信号的运动(9)以获得所述运动点的运动。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述方法应用于扫描所述受试者腹部或胸部区域中的脉管以减少运动伪影。

7.一种用于补偿受试者的和/或其体内的运动的磁共振成像(MRI)系统(19)，所述系统包括：

-用户接口，用于接收操作员输入，所述操作员输入在感兴趣区域(ROI)中选择运动点(o)并在所述受试者体内选择固定点(x)；

-用于补偿MRI期间所述受试者的和/或其体内的运动的软件应用(30)，所述软件应用包括：

-用于从MRI信号确定所述运动点的运动(10)的模块(32)；

-用于根据所述运动点的运动通过相对于所选择的固定点旋转所选择的运动点来确定所述ROI的运动模式的模块(34)；以及

-用于利用所确定的运动模式补偿所述受试者的和/或其体内的运动的模块(36)。

8.一种用于补偿磁共振成像(MRI)期间受试者的和/或其体内的运动的计算机程序产品(30)，所述产品包括在由处理器执行时提供以下功能的软件应用(32，34，36)：

-从所提供的MRI信号(33)确定运动点(o)的运动(10)；

-根据所述运动点的运动，通过相对于所选择的固定点(x)旋转所述运动点来确定感兴趣区域(ROI)的运动模式；以及

9.一种用于更新磁共振成像(MRI)设备以补偿MRI期间受试者的和/或其体内的运动的计算机程序产品(30)，所述产品包括用于安装在由处理器执行时提供以下功能的软件应用(32，34，36)的模块：

-从所提供的MRI信号(33)确定运动点(o)的运动(10)；