CN101903787A - 具有自适应图像质量的动态磁共振成像(mri) - Google Patents

Abstract

一种磁共振成像(MRI)装置(10)，包括：一个或多个发射线圈(12)，其用于生成在其中放置对象(14)的静态磁场；以及探头(16)，其用于插入到所述对象(14)中，并在所述对象(14)中移动。所述探头(16)包括以两个环形线圈和成像线圈(24)的形式的跟踪元件(26，28)。处理器件(22)用于接收来自环形线圈(26，28)以及来自成像线圈(24)的空间编码信号。解码来自所述环形线圈(26，28)的跟踪信号以确定所述探头(16)在图像体积内的相对位置，并对应于所述探头(16)的相对位置调节要显示的图像。解码来自所述成像线圈(24)的图像信号以生成用于显示的图像，并基于从所述跟踪元件(26，38)接收到的跟踪信号的连续集合以及从所述成像线圈(24)接收到的空间编码信号的连续集合随着所述探头(16)在所述对象(14)内移动，动态更新要显示的所述图像。

Description

具有自适应图像质量的动态磁共振成像(MRI)

技术领域

本发明大体涉及磁共振成像(MRI)，并且更特别地涉及具有自适应图像质量的基于导管的MRI系统，特别地但是非必要地，专门适合于血管内MR成像。

背景技术

众所周知，使用磁共振成像(MRI)进行介入式处理，诸如引导导管形式的医疗设备通过脉管到达对象体内的靶。在典型的MRI系统中，对象被置于MRI扫描器的射频线圈之内，并且扫描器的线圈生成非常强的静态磁场(例如，0.5特斯拉)，所述静态磁场引起磁场内的对象的(一个或多个)部分中的氢核将其自身与场对齐。该主磁场之后由三个叠加的梯度进行修改，每个磁场针对x、y、z方向的每个，从而提供之后可以被用于信号定位的场的空间调制。因此，场梯度在主磁场的方向上沿z轴施加，从而使得质子(即，氢核)的窄的平面在频带内共振。在氢核的偶极子获取不同相位期间沿x轴使相位编码梯度在短时间内激活。之后，在激活接收器线圈以记录所得信号的同时沿y轴激活频率编码梯度以对偶极子的位置进行频率编码。一旦收集到成像切片/体积的足够数量的空间编码样本，对数据应用2D或3D傅里叶变换(FT)算法以便重建所述图像切片/体积。

参照附图的图1，已知使用基于导管的谐振电路用于MRI成像。在所示出的设备中，谐振电路100被安装于导管尖端，所述电路物理上连接到MRI扫描器系统的放大器/接收器硬件。以对置螺线管的形式的成像线圈102被提供在导管的远端并连接到谐振电路100。

由于如上所述地由主磁场的三个叠加梯度的修改，氢核的磁矩以与局部磁场强度成比例的频率旋转，这引起在射频成像线圈102中感生电流。表示这些感生电流的信号经由谐振电路100传输到MRI扫描器的图像重建模块，从而，图像切片/体积可以以上述方式进行重建，并且之后进行显示。

这样的基于导管的成像方法在例如美国专利No.7,180,296中进行描述。

如本领域技术人员将公知的，基于导管的电路中的(一个或多个)电感器的大小和形状决定在其中可以检测到MRI的空间区域的大小和形状。例如，具有3.5mm直径的对置螺线管电感器(诸如被用于上面给定示例中的对置螺线管传感器)，将能够对定位于约1.5cm的螺线管绕组之间的空隙内的区域进行成像(其中，该区域的半径垂直于导管的主轴)。该对置螺线管电感器配置生成空间敏感曲线，所述空间敏感曲线很好地适合于成像应用，这是由于其“外向型”，即：其敏感度在线圈内部较低，而在线圈外的区域较高。然而，本领域技术人员将已知生成不同空间敏感度图案的其他适当的电感器配置。

还已知的是使用基于导管的谐振电路用于有源跟踪，即：测量/监测导管尖端的3D定位和取向。在这种情况下，并回过头来再次参照附图的图1，谐振电路100被安装于导管尖端并连接到MRI扫描器系统的放大器/接收器硬件，并且在导管的远端提供电感器。尽管当基于导管的谐振电路用于有源跟踪时图1的对置螺线管102可以被用于跟踪(而不是成像)，但是希望使用具有更高压缩空间灵敏度曲线的电感器，从而可以以更高的精确度确定线圈的定位。例如，美国专利No.6,687,530描述了用于使用磁共振跟踪小线圈的方法和系统。

在传统的MRI系统中，对于操作性执行介入而言使用计算机鼠标或键盘结合图形用户界面来调节成像定位和采集参数(例如，切片位置、切片厚度、尖端角度/取向、带宽、分辨率、TE、TR(时间分辨率)、视场等)通常是必要的。这可能是麻烦的并且使得该类型的系统不适合用于血管内MR引导的处理。

美国专利申请No.US2005/0054913描述了基于自适应跟踪系统的输出自动调节采集参数的方法。系统使用实时跟踪技术来连续地维持导管尖端的3D位置、其取向、插入速度以及诸如呼吸率、心率等的生理参数的组合；并且使用设备位置和取向信息来自动调节用于实时成像的扫描平面。插入速度可以被用于实时地自动调节预先指定的采集参数。

然而，在图像采集期间导管线圈仍然需要是固定的，这是由于重建图像所需的MRI数据的每个连续相位编码位必须包括相同的解剖结构。在图像采集期间的移动通过引入模糊和伪影确定地影响图像质量。

因此，本发明的目的为提供改进的基于导管的MRI成像系统，所述成像系统减轻上述问题并使得图像数据在导管移动期间被有效地收集和重建。

发明内容

根据本发明，提供了磁共振成像(MRI)装置，包括：

-一个或多个发射线圈，其用于生成可在其中放置对象的静态磁场；

-探头，其用于插入所述对象并在所述对象中移动，所述探头包括跟踪元件；

-成像线圈；

-处理器件，其用于接收来自所述跟踪元件的跟踪信号以及来自所述成像线圈的空间编码图像信号，解码来自所述跟踪元件的所述跟踪信号以确定所述探头在图像体积内的相对位置，并对应于所述探头的所述相对位置相应地调节要显示的图像，解码来自所述成像线圈的所述图像信号以生成用于显示的图像，并基于从所述跟踪元件接收到的跟踪信号以及从所述成像线圈接收到的空间编码信号随着所述探头在所述对象内的移动，动态更新要显示的所述图像。

因此，不仅仅根据从跟踪元件接收到的信号调节所显示的图像的视场(FoV)，而且可以根据探头在对象中移动的速度而控制分辨率。如果探头快速移动，图像质量将会相对低(测量图像(survey image))即：信噪比和分辨率将相对低，而如果探头移动更慢些，处理器件可以使用从成像线圈(和跟踪元件)接收到的另外的信号动态更新所显示的图像，从而增加了分辨率。

本发明扩展到用于磁共振成像(MRI)系统的图像处理模块，所述系统包括：一个或多个发射线圈，其用于生成可以在其中放置对象的静态磁场；成像线圈和探头，其用于插入所述对象中并且在所述对象中移动，所述探头包括跟踪元件，所述图像处理模块被布置为并且被配置为接收来自所述成像线圈的空间编码信号并跟踪来自所述跟踪元件的信号，解码来自所述跟踪元件的所述信号以确定所述探头在图像体积内的相对位置，并对应于所述探头的相对位置相应地调节要显示的图像，解码来自所述成像线圈的所述信号以生成用于显示的图像，并基于跟踪以及分别从所述跟踪元件以及所述成像线圈接收到的空间编码信号随着所述探头在所述对象中移动动态地更新所述要显示的图像。

本发明还扩展到一种用于使用包括成像线圈的磁共振成像(MRI)系统来生成用于显示对象内的图像切片或体积的图像的方法，所述方法包括将对象定位于静态磁场内，对所述磁场进行空间编码，在所述对象中移动探头，所述探头包括跟踪元件，并且收集来自所述跟踪元件的跟踪信号以及来自在所述探头内或所述探头上提供的所述成像线圈的空间编码信号，解码从所述跟踪元件接收到的所述信号，使用从所述跟踪元件收集的所述信号确定所述探头的图像体积内的相对定位，并对应于所述探头的相对位置相应地调节要显示的所述图像，解码来自所述成像线圈的所述空间编码信号以生成用于显示的图像，并基于分别从所述跟踪元件以及所述成像线圈接收到的跟踪以及空间编码信号随着所述探头在所述对象中移动动态地更新所述要显示的所述图像。

在一个示例性实施例中，可以在探头内或探头上提供成像线圈。然而，这并不是必须的。

在优选实施例中，对来自所述跟踪元件和成像线圈的信号进行并行收集或接收。然而，认识到，在一些实施例中，在跟踪模式和成像模式之间交替变化可能是有利的(即：顺序地而非并行地执行探头在图像体积内的定位以及更新图像)。

优选地，所述跟踪元件包括定位于所述探头内或所述探头上的一个或多个线圈，并且所述跟踪信号包括由此接收到的空间编码信号。在一个示例性实施例中，成像线圈优选地定位于所述探头内或所述探头上的两个跟踪线圈之间，并且三个线圈优选地连接到分立的接收通道。成像线圈可以，例如，包括对置螺线管成像线圈并且所述跟踪线圈可以，例如，包括相应环形线圈。在优选实施例中，在来自所述图像体积内的至少三个相应投影的至少三个连续集合中收集来自所述跟踪线圈以及所述成像线圈的空间编码信号。投影优选地相对于彼此正交。需要至少三个正交投影以便完全表征跟踪线圈的三维位置。有利地，从其中收集信号集合的正交投影相对于从其中收集之前信号集合的正交投影旋转。因此，每个收集信号的集合向图像提供新数据，并且冗余数据的收集被最小化。

在示例性实施例中，将傅里叶变换应用于经由所述跟踪线圈从相应投影收集的信号集合的每个，并且确定峰值信号的定位以确定所述探头的所述图像体积内的相对位置。在优选实施例中，将一维傅里叶变换分别应用于经由来自所述成像线圈从相应投影收集的信号集合的每个，并且将所得到的图像信号反投影到在所述探头的确定定位处的所述图像体积。

在一个示例性实施例中，发射线圈被优选地配置为发射非选择性RF脉冲。由于成像线圈的灵敏度曲线将限制视野并避免混叠，这是可能的。然而，在一些实施例中，使用空间选择性激励来放置图像切片或以成像线圈为中心的体积是有利的。

根据这里描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并得以阐明。

附图说明

现在将仅通过示例的方式并参照附图描述本发明的实施例，在附图中：

图1为根据现有技术的基于导管的MRI成像系统的示意图；

图2为磁共振成像系统的一些主要部件的示意图；

图3为说明根据本发明的示例性实施例的适于在系统中使用的导管的示意图；

图4为说明根据本发明的示例性实施例的方法的一些主要步骤的示意性流程图。

具体实施方式

参照附图的图1，典型的MRI系统包括具有多个射频发射线圈12的MRI扫描器10。如所示出地，接受血管内检查过程的对象14被置于扫描器10之内，并且线圈12生成非常强的静态磁场。如上所说明地，该磁场激发核自旋并将远离平衡位置的磁矩进行重新排列。提供电路(未示出)用于通过如上所述的三个叠加梯度修改磁场。

系统还包括经由皮肤中的小开口插入对现象14的内窥镜探头16。另外参照附图的图3，用于在根据本发明的示例性实施例的系统中使用的内窥镜探头16包括安装于探头16的尖端的调谐谐振电路18，所述调谐谐振电路18电容性地耦合到MRI扫描器的放大器/接收器硬件22。在所示出的示例中，谐振电路18适于成像和设备跟踪。然而，将理解可以提供一个或多个分立的谐振电路用于执行这两个相应功能。可替代地，可以提供一个或多个谐振电路用于成像并且可以使用备选设备跟踪技术。因此，本领域技术人员将理解本发明并非必须要被限制于该方面。

在朝向探头16的远端处提供对置螺线管的基于导管的成像线圈24。如上所解释地，对置螺线管电感器配置生成由于其“外向型”(即：其灵敏度在线圈内部较小而在线圈外的区域中较大)而很好地适合于成像的空间灵敏度曲线。

然而，将理解存在生成适合于成像的不同空间灵敏度图案的其他适合的电感器配置，并且本发明并非必须被限制于该方面。

在探头16上提供两个环形线圈26、28作为跟踪标记作用。线圈被有利地布置于探头16上从而使得成像线圈24直接定位于跟踪线圈26、28之间，其中，成像线圈24和跟踪线圈26、28之间的距离d将是已知的。因此，将两个跟踪线圈26、28都定位于对象之内将允许计算成像线圈的位置和取向。在该示例性实施例中，使用专门设计的电感器将这三个线圈24、26、28的每个连接到分立的接收通道(未示出)，从而并行地收集所有跟踪信号和成像信号。然而，可替代地，可以使用不同的跟踪技术(例如，使用带有偏振光的法拉第效应)。

在使用中，MRI扫描器的发射线圈16发射空间非选择性RF脉冲以激发定位于扫描器内的所有解剖结构(并维持稳态)。由于成像线圈24的灵敏度曲线将限制视场(FoV)并避免混叠，因此能够使用这样的非选择性激发。将会理解成像参数被理想地配置从而使得所采样的FoV等于成像线圈的灵敏度区域或者大于成像线圈的灵敏度区域。

在处理期间，从每个线圈将数据连续地(并行地)收集到三个正交投影的相应组中，其中，三个投影(1、2、3)的连续组相对于彼此旋转。因此，每当收集另一投影组，对3D图像体积进行更密集地采样。

三个投影的每个集合被作为一个组进行处理，并且如下地，每个组被单独处理。

另外参照图4，首先，通过分析来自跟踪线圈的信号确定跟踪标记26、28的图像体积内的定位。对于三个正交投影的每组，(在步骤40)对每个投影应用傅里叶变换并且(在步骤42)确定峰值信号的定位以确定跟踪标记26、28(并且，从而，成像线圈24)在图像体积内的相对位置。

接下来，在步骤44，1D傅里叶变换被应用于由成像线圈24收集的信号并且(在步骤46)这些信号被单独地反投影到图像体积I的适当定位(使用上述跟踪技术以及成像线圈和跟踪线圈的相对定位的先前知识确定)。

如上所说明地，当使用传统技术重建磁共振图像时，在傅里叶空间中，假定对应于每条k空间线的FOV为相同的(即：成像线圈不移动并且每次询问相同图像切片或体积)。相反地，在本发明的情况下，成像线圈和图像体积每次移动，收集3个正交投影的新的集合。将数据收集到三个正交投影中的集合中是重要的，从而完全表征跟踪标记的3D位置，使得这些标记可以被精确地定位。一旦跟踪标记并且，因此，成像线圈被定位，则更新图像体积的图像体积的位置，从而使得三个正交投影的下一集合被正确地集中于其新定位处的图像线圈。

同样以图像线圈对这三个正交投影进行采样(与由跟踪线圈的采样并行)并且由成像线圈采样的数据被变换到图像域并用于更新所重建的图像体积。三个投影中的每个为1D数据集(即：3D图像体积到1D k-空间线的投影)。因此，1D傅里叶变换可以被单独地应用于每个投影以将每个投影变换到图像域，这之后，每个经变换的图像信号可以被反投影到所重建的图像体积中的适当定位处。换言之，实际的重建处理在图像域发生，从而来自相对于彼此平移的体积的数据可以被一起重建。

连续的投影集合相对于彼此旋转，从而使得冗余图像数据的收集最小并且每个新的投影集合为所重建的图像体积提供新的信息。

因此，本发明的系统连续监测基于导管的成像线圈的定位，从而使得使用该线圈收集的图像数据可以被映射到所重建的图像体积内的准确位置。结果，具有自适应图像质量的动态成像是可能的，这是由于在将1D傅里叶变换应用到相应投影之后，图像数据的每一位被单独增加到图像体积，并且使用导管跟踪对所重建的图像体积内的图像数据的每个新的位进行定位。本发明使得用户能够在移动导管的同时连续收集MR图像数据，而不消极地影响图像质量。使用该成像方法，能够实时地重建3D图像体积，使得移动导管相对缓慢地通过例如对象的脉管系统的部分将引起相对高质量(即：高信噪比和高分辨率)的3D图像。相反地，移动导管更快速地通过脉管系统的部分将生成较低质量的测量图像体积。用户可以动态地改变速度，以便相应地调节图像体积的分辨率，并且还调转方向并再横穿脉管段以便提高图像体积的特定部分的质量。换言之，导管的移动自动地调节图像体积的视场，并且改变导管的运动的速度自动调节其分辨率，而在传统系统中，这样的采集参数需要使用鼠标、键盘和图形用户界面手动调节。

本质上，使用传统MRI系统难以查询脉管的较大部分，并且难以详细地检查特定定位。基于导管的MRI为用于检测诸如动脉粥样硬化疾病以及用于评估动脉粥样硬化斑块的易患病性的状况的潜在有力模态。然而，其潜力并没有得到认识，这是由于当前技术不允许脉管系统的扩展部分被容易地查询并且由于当前基于导管的成像方法尤其地对导管运动敏感(尤其是3D成像)。另一方面，本发明使得能够使用MRI以询问脉管系统的较大部分，并借助于直观控制方案详细地检查特定定位。因此，本发明允许血管MR成像例如，如诸如血管内超声和血管内计算机断层摄影的竞争性模态一样，足够简单地执行。

应该注意到上述实施例示出本发明而非限制本发明，并且，本领域技术人员将能够在不脱离如由所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下设计许多可替代实施例。在权利要求中，置于括号中的任意附图标记不应该被理解为限制权利要求。词语“包括”和“包含”等不排除存在那些除在任意权利要求或说明书中作为整体列出之外的元件或步骤。元件的单数形式不排除这样的元件的复数参照，反之亦然。本发明还借助于包括若干不同元件的硬件以及借助于适当的编程计算机实现。在列举若干器件的设备权利要求中，这些器件中的若干可以由一个或相同的硬件实现。在相互不同的从属权利要求中列举的特定措施的事实不表示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (10)

1.一种磁共振成像(MRI)装置(10)，包括：

-一个或多个发射线圈(12)，其用于生成在其中放置对象(14)的静态磁场；

-探头(16)，其用于插入到所述对象(14)中，并在所述对象(14)中移动，所述探头(16)包括跟踪元件(26，28)；

-成像线圈(24)；

-处理器件(22)，其用于接收来自所述跟踪元件(26，28)的跟踪信号以及来自所述成像线圈(24)的空间编码图像信号，解码来自所述跟踪元件(26，28)的所述跟踪信号以确定所述探头(16)在图像体积内的相对位置，并对应于所述探头(16)的所述相对位置相应地调节要显示的图像，解码来自所述成像线圈(24)的所述图像信号以生成用于显示的图像，并基于从所述跟踪元件(26，38)接收的跟踪信号以及从所述成像线圈(24)接收的空间编码信号随着所述探头(16)在所述对象(14)内移动，动态更新要显示的所述图像。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述探头(16)内或所述探头(16)上提供所述成像线圈(24)。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，来自所述跟踪元件(26，28)的所述跟踪信号和来自所述成像线圈(24)的所述空间编码图像信号由所述处理器件(22)并行地接收。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述跟踪元件包括位于所述探头(16)内或所述探头(16)上的一个或多个线圈(26，28)，并且所述跟踪信号包括由此接收的空间编码信号。

5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述成像线圈(24)定位在所述探头(16)内或所述探头(16)上的两个跟踪元件(26，28)之间。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述跟踪元件(26，28)和所述成像线圈经由分立的相应接收通道连接到所述处理器件。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述成像线圈(24)包括对置螺线管成像线圈，并且所述跟踪元件包括相应的环形线圈。

8.根据权利要求4所述的装置，其中，在来自所述图像体积内的至少三个相应投影的至少三个连续集合中接收来自所述跟踪元件的所述跟踪信号并且接收来自所述成像线圈的所述空间编码图像信号。

9.一种用于磁共振成像(MRI)系统的图像处理模块，所述磁共振成像系统包括：一个或多个发射线圈(12)，其用于生成在其中放置对象(14)的静态磁场；成像线圈(24)和探头，所述探头用于插入到所述对象中并且在所述对象中移动，所述探头(16)包括跟踪元件(26，28)，所述图像处理模块(22)被布置为并且被配置为接收来自所述成像线圈(24)的空间编码图像信号以及来自所述跟踪元件(26，28)的跟踪信号，解码来自所述跟踪元件(26，28)的所述信号以确定所述探头(16)在图像体积内的相对位置，并对应于所述探头(16)的所述相对位置相应地调节要显示的图像，解码来自所述成像线圈(24)的所述信号以生成用于显示的图像，并基于分别从所述跟踪元件(26，28)接收的跟踪信号以及从所述成像线圈(24)接收的空间编码信号随着所述探头(16)在所述对象(14)中移动，动态更新要显示的所述图像。

10.一种使用包括成像线圈(24)的磁共振成像(MRI)系统生成用于显示对象(14)内的图像切片或体积的图像的方法，所述方法包括将对象(14)放置于静态磁场内，对所述磁场进行空间编码，在所述对象(14)中移动探头(16)，所述探头(16)包括跟踪元件(26，28)，并且收集来自在所述探头(16)内或所述探头(16)上提供的所述跟踪元件(26，28)的跟踪信号和来自所述成像线圈(24)的空间编码信号，解码从所述跟踪元件接收的所述信号，使用从所述跟踪元件收集的所述信号确定所述探头在图像体积内的相对位置，并对应于所述探头的所述相对位置相应地调节要显示的图像，解码来自所述成像线圈的所述空间编码信号以生成用于显示的图像，并基于分别从所述跟踪元件接收的跟踪信号以及从所述成像线圈接收的空间编码信号随着所述探头在所述对象中移动，动态更新要显示的所述图像。

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