CN102413762A - 具有运动补偿的介入式mr成像 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对放置在MR装置(1)的检查体积中的患者身体(10)的运动部分(22)进行MR成像的方法。为了实现具有运动补偿的经改进的介入式MR成像，本发明提出，该方法包括如下步骤：a)从引入到所述身体(10)的所述部分(22)中的介入式器械(19)收集跟踪数据，b)对所述身体(10)的所述部分(22)施加成像序列以从其采集一个或多个MR信号，其中，基于所述跟踪数据调节所述成像序列的参数，c)通过重复步骤a)和b)若干次来采集MR信号数据集，d)从所述MR信号数据集重建一幅或多幅MR图像。

Description

具有运动补偿的介入式MR成像
技术领域
本发明涉及磁共振(MR)成像领域。本发明涉及一种对放置在MR装置的检查体积中的患者身体的至少一运动部分进行MR成像的方法。本发明还涉及一种MR装置以及要在MR装置上运行的计算机程序。
背景技术
利用磁场和核自旋之间的交互作用来形成二维或三维图像的图像形成MR方法，目前被广泛使用，尤其是在医学诊断领域中，因为对于软组织成像而言，它们在许多方面优于其他成像方法，不需要致电离辐射并且通常是非侵入性的。
根据一般的MR方法，将要检查的患者身体布置在强的均匀磁场中，同时磁场的方向限定了测量所依据的坐标系的轴(通常是z轴)。根据施加具有限定频率(所谓的拉莫尔频率或MR频率)的交变电磁场(RF场)能够激励的磁场强度(自旋共振)，磁场针对个体核自旋产生不同的能量水平。从宏观的角度讲，个体核自旋的分布产生总体磁化(magnetization)，可以通过施加具有适当频率的电磁脉冲(RF脉冲)而使总体磁化偏转脱离平衡状态，同时磁场垂直于z轴延伸，使得磁化绕z轴执行旋进运动。旋进运动描述了锥形的表面，锥形的孔径角被称为翻转角。翻转角的大小取决于所施加的电磁脉冲的强度和持续时间。对于所谓的90°脉冲而言，自旋被从z轴偏转到横平面(翻转角90°)。
在RF脉冲终止之后，磁化弛豫返回到初始平衡状态，其中再次以第一时间常量T1(自旋点阵或纵向弛豫时间)建立z方向上的磁化，以及以第二时间常量T2(自旋-自旋或横向弛豫时间)建立垂直于z方向弛豫的方向上的磁化。可以借助在MR装置的检查体积内布置和取向的接收RF线圈来探测磁化的变化，从而在垂直于z轴的方向上测量磁化的变化。在施加例如90°脉冲之后，横向磁化的衰减伴随着核自旋(由局部磁场不均匀诱发的)从具有相同相位(phase)的有序状态过渡到所有相位角均匀分布(移相)的状态。可以利用重新聚焦脉冲(例如180°脉冲)来补偿移相。这在接收线圈中产生了回波信号(自旋回波)。
为了实现在身体内的空间分辨率，在均匀磁场上叠加沿三个主轴延伸的线性磁场梯度，导致自旋共振频率的线性空间从属性。因此在接收线圈中拾取的信号包含可能与身体中的不同位置相关联的不同频率的分量。经由接收线圈获得的信号数据对应于空间频率域，并被称为k空间数据。k空间数据通常包括利用不同相位编码采集的多条线。通过收集若干样本对每条线进行数字化。例如，借助傅里叶变换将一组k空间数据变换成MR图像。
心脏介入式MR成像是一种有前景的工具，其中可以将介入式器械的精确定位与优异的软组织对比度进行组合。此外，可以借助适当的MR成像技术获得来自心脏的功能信息。MR成像与介入式器械的跟踪的组合对于需要治疗监测的治疗应用而言尤其有利，这样的应用例如是MR电生理学介入。然而，心脏MR成像与空间分辨率、扫描时间和信噪比(SNR)之间的妥协相关。因此，有效的运动补偿极为重要。采集足够多的MR数据以重建图像要花费一定时间。要成像对象的运动，如心脏的跳动结合患者的呼吸运动，在该有限的采集时间期间内通常会在相应的重建MR图像中导致运动伪影。当指定MR图像的给定分辨率时，可以将采集时间减少到仅仅非常小的范围。在动态MR成像扫描中，根据治疗监测的需要，数据采集期间被检查对象的运动导致各种不同的模糊、定位错误和畸变伪影。已经开发出了预期式运动校正技术，诸如所谓的导航器技术或PACE，以通过预期地调节成像参数来克服运动方面的问题，成像参数即用于MR信号采集的成像序列的参数，其限定成像体积内视场(FOV)的位置和取向。在导航器技术中，从与被检查患者的横膈膜交叉的铅笔形体积(导航器射束)采集MR数据集。交互地放置该体积，使得能够根据采集的MR数据集重建横膈膜的位置以及将其用于实时的FOV运动校正。导航器技术主要用于使心脏检查时呼吸运动的效应最小化。与导航器技术(需要导航器射束以探测运动差异)相反，上述PACE技术使用事先采集的动态图像在相继的动态扫描的时间尺度上预期地调节成像参数。此外，已知应用基于ECG的选通，以便使图像采集与心脏跳动同步，由此减小由于心脏周期变化导致的运动伪影。
已知的运动补偿方法由于减小了扫描占空比，不利地需要增加扫描时间。此外，上述导航器技术需要复杂的扫描规划。
另一方面，近来发现，MR成像能够使消融之后不久的心脏电生理学消融的效果可视化，其中，据证实，可以借助原地MR成像识别与消融相关的生理变化。然而，由于SNR有限以及运动伪影的原因，当前在图像质量方面存在局限。
发明内容
从上文容易看出，需要一种经改进的介入式MR成像方法。因此，本发明的目的是实现不需要ECG选通、导航器技术或其他耗时或复杂的运动补偿方法就能够对运动的身体部分进行MR监测的治疗。
根据本发明，公开了一种对放置在MR装置的检查体积中的患者身体的运动部分进行MR成像的方法。所述方法包括如下步骤：
a)从引入到身体的部分中的介入式器械收集跟踪数据，
b)对身体的部分施加成像序列以从其采集一个或多个MR信号，其中，基于跟踪数据调节成像序列的参数，
c)通过重复步骤a)和b)若干次来采集MR信号数据集，
d)根据MR信号数据集重建一幅或多幅MR图像。
本发明的方法允许在已引入到患者身体的相应运动部分(例如，心脏)中的介入式器械位置处采集经运动补偿的MR图像。本发明的发明点是使用跟踪数据，即从介入式器械收集的定位信息，进行图像内的运动补偿。介入式器械优选包括用于跟踪的有源器件，以便向用于成像的MR装置报告其在被检查身体部分内的位置和取向。利用附接至介入式器械的一个或多个RF微线圈的已知有源MR跟踪技术非常适于本发明的方法。然而，能够结合适当的探测算法在MR成像中使用的已知无源标记物也是可行的。也可以使用其他非基于MR的跟踪技术。在这种情况下，需要相应跟踪系统和MR装置之间的适当接口，以便能够将跟踪数据集成到MR装置的序列控制中。
优选地，根据本发明收集的跟踪数据包括如介入式器械的至少一部分(例如导管尖端)在检查体积内的瞬时位置(x、y、z坐标)和/或取向(欧拉角)的信息。对于附接至介入式器械的RF微线圈而言，优选将相应的RF微线圈经由适当的传输线(RF、光学或无线的)连接到MR装置。用于将这样的基于MR的跟踪集成到MR成像方法中的适当接口在现有技术中是已知的(例如，参见US 2008/0097189A1)。通过这种方式，MR装置包括适当的软件，其实施成像序列以采集MR信号以及收集和评估微线圈坐标。
在本发明的方法中，如上所述，对被检查的身体运动部分施加成像序列，用于采集MR信号以进行图像重建，其中，基于跟踪数据调节成像序列的参数。这意味着，MR装置基于跟踪数据调节扫描参数，由此实时地根据被检查的运动解剖结构使扫描几何结构发生偏移和/或旋转。即使对于个体k空间线，也可以根据本发明施加成像参数的这种调节。在MR信号采集期间调节成像参数能够对介入式器械附近的任意运动进行预期式校正。本发明的方法被认为对MR监测的治疗，例如导管消融，尤其有用。本发明利用了来自介入式器械的跟踪数据中包括的位置信息，该介入式器械相对于解剖结构保持固定的几何关系。
根据本发明的优选实施例，根据重复采集的MR信号数据集重建MR图像的动态系列。这意味着，执行4D MR成像，其中，基于收集的跟踪数据连续调整成像序列的参数，使得FOV实质上相对于被检查的身体运动部分保持时间上恒定的几何关系。
如果介入式器械无意中“滑脱”，即相对于要成像和/或治疗的解剖结构移动，在根据本发明重建的MR图像中发生运动伪影的瞬时增加。可以自动探测这些伪影并可以向MR装置的用户和/或向介入医师生成对应的警告。
或者，根据本发明，可以通过基于重复收集的跟踪数据探测介入式器械的运动与重复运动模式的偏差来识别介入式器械相对于身体运动部分的运动。还可以将探测介入式器械“滑脱”的这种方式用于向介入医师生成警告。
本发明的方法于是有利地实现了治疗或诊断介入式装置相对于要治疗和/或检查的解剖结构的不适当固定定位的自动探测，由此改善了治疗的精确度，并因此改善了治疗结果。由于这些原因，本发明的方法对于介入式心脏MR成像尤其有利，其中，使用了可跟踪的导管状装置。有经验的介入医师能够相对于局部心脏解剖结构牢固地固定介入式器械，以施加治疗或进行特定诊断。然后立即能够将被跟踪的介入式器械用于非常精确地并以高时间分辨率探测心脏解剖结构的局部运动。根据本发明，这种跟踪数据允许执行图像内的预期式运动校正，即个体k空间线或段的每个采集，并且因此能够采集经运动补偿的MR信号而无需导航、ECG触发或其他运动估计和/或补偿技术。通过这种方式，允许对局部解剖结构进行更快的MR成像，可以将其用于提高SNR，同时减少运动伪影。对于主动跟踪的消融导管而言，能够无需任何几何结构规划就有效执行损伤扫描，因为介入式器械恰好位于损伤处，从而能够直接用于界定FOV。这对于生成重复的点状消融可能极为有用，例如，根据肺静脉隔离的需要，用于生成相连的消融环或线。同时，显著改善了治疗的精确度，因为由于本发明的原理，立即并可靠地识别了器械相对于要治疗解剖结构的无意“滑脱”。
可以将本发明的方法有利地与PROPELLER成像组合。在已知的PROPELLER概念(周期性旋转的重叠平行线，具有增强的重建)中，在N个条(strip)中在k空间内采集MR信号，每个条包括L个平行线，对应于笛卡尔k空间采样方案中的L个最低频率的相位编码线。每个条也称为k空间叶片(blade)，将每个条在k空间中旋转180°/N的角度，使得总的MR数据集在k空间中大致跨过圆。PROPELLER的一个基本特征是，针对每个k空间叶片采集k空间中直径为L的中央圆部分。这种中央部分能够用于重建针对每个k空间叶片的低分辨率图像。可以将这些低分辨率图像或它们的k空间表示相互比较以消除面内位移和相位误差，面内位移和相位误差是由于被检查对象的运动造成的。此外，可以采用诸如互相关的适用技术来确定所采集的哪个k空间叶片具有显著的跨平面位移。由于在重建最终的MR图像之前在k空间中组合了MR信号，所以优选在k空间叶片重叠的区域中使用来自具有最少量跨平面运动的k空间叶片的MR数据，从而减少因跨平面运动而引起的伪影。PROPELLER方法利用了k空间的中央部分中的过采样，以便获得相对于被检查身体部分的运动鲁棒的MR图像采集技术。可以使用本发明的方法基于收集的跟踪数据调节PROPELLER序列的个体k空间叶片的位置和/或角度。通过这种方式，通过组合k空间数据的冗余中心与从相对于被检查解剖结构固定的介入式器械收集的跟踪数据的相关性，实现了极为精确的运动校正。
可以利用一种MR装置执行迄今为止描述的本发明的方法，所述MR装置包括用于在检查体积内生成均匀稳定磁场的至少一个主磁体线圈、用于在检查体积内沿不同空间方向生成切换的磁场梯度的若干梯度线圈、用于在检查体积内生成RF脉冲以及用于从位于检查体积中的患者身体接收MR信号的至少一个RF线圈、用于控制RF脉冲和切换的磁场梯度的时域接续的控制单元、重建单元和可视化单元。为了实现根据本发明从介入式器械收集跟踪数据，应当将适当的器械跟踪系统连接到MR装置。为了进行主动的基于MR的跟踪，可以将至少一个RF微线圈附接至介入式器械，其中，经由MR装置收集跟踪数据作为由RF微线圈生成或拾取的MR信号。
可以在目前临床中使用的大多数MR装置中有利地执行本发明的方法。为此，仅需要使用一种控制MR装置的计算机程序，使MR装置执行本发明上述方法步骤。计算机程序可以存在于数据载体上或存在于数据网络上，以便被下载，安装在MR装置的控制单元中。
附图说明
附图公开了本发明的优选实施例。然而，应当理解，设计附图仅仅是为了例示而非限定本发明的限制。在附图中
图1示出了用于执行本发明的方法的MR装置；
图2示意性示出了根据本发明的方法检查的患者的运动心脏。
具体实施方式
参考图1，示出了一种MR装置1。该装置包括超导或电阻主磁体线圈2，使得沿通过检查体积的z轴产生基本均匀的、时间上恒定的主磁场。
磁共振生成和操纵系统施加一系列RF脉冲和切换的磁场梯度，以翻转或激励核磁自旋、诱发磁共振、重新聚焦磁共振、操纵磁共振、对磁共振进行空间编码或以其他方式进行编码、使自旋饱和等，从而执行MR成像。
更具体而言，梯度脉冲放大器3沿着检查体积的x、y和z轴向全身梯度线圈4、5和6的选定线圈施加电流脉冲。数字RF发射器7经由发送/接收开关8向全身体积RF线圈9发射RF脉冲或脉冲包，以向检查体积中发射RF脉冲。典型的MR成像序列包含一串彼此联合起来的短时长RF脉冲段，并且任何施加的磁场梯度都实现核磁共振的选定操作。RF脉冲用于使共振饱和、激励共振、反转磁化、对共振重新聚焦、或操纵共振、以及选择位于检查体积中的身体10的一部分。还由全身体积RF线圈9拾取MR信号。
为了利用并行成像生成身体10的有限区域的MR图像，与选定进行成像的区域相邻放置一组局部阵列RF线圈11、12、13。阵列线圈11、12、13能够用于接收身体线圈RF传输诱发的MR信号。
由全身体积RF线圈9和/或由阵列RF线圈11、12、13拾取的所得MR信号被优选包括前置放大器(未示出)的接收器14进行解调。接收器14经由发送/接收开关8连接到RF线圈9、11、12和13。
主计算机15控制梯度脉冲放大器3和发射器7以生成多种MR成像序列中的任一个，诸如涡轮自旋回波(TSE)成像等。对于选定的序列，接收器14在每个RF激励脉冲之后接收单个或多个快速相继的MR数据线(line)。数据采集系统16执行对所接收信号的模拟到数字转换，并将每条MR数据线转换成适于进一步处理的数字格式。在现代MR装置中，数据采集系统16是独立的计算机，其专门用于采集原始图像数据。
最后，由重建处理器17将数字原始图像数据重建成图像表示，重建处理器17应用傅里叶变换或其他适当的重建算法，诸如SENSE或SMASH。MR图像可以表示通过患者的平面切片、平行平面切片的阵列、三维体积等。然后在图像存储器中存储图像，在那里可以存取图像以将图像表示的切片、投影或其他部分转换成适当格式，用于例如经由视频监视器18进行可视化，视频监视器提供所得MR图像的人类可读显示。
向患者的身体10中引入介入式器械19，例如消融导管。导管19经由接口21连接到MR装置1的接收链。RF微线圈20附接至导管19的远端，由此在存在磁场梯度的情况下能够通过经RF微线圈20拾取MR信号来定位导管尖端。
参考图2，在分开时间间隔Δt的两种不同情况下示出了患者心脏22的示意剖视图。将消融导管19引入到心脏22中，其中，将微线圈20所附接的导管尖端牢固固定到心肌层上。由于导管19的尖端与心脏解剖结构保持局部固定的关系，所以根据本发明使用从经由微线圈20收集的跟踪数据导出的位置信息调整成像序列的扫描参数以便实时实现FOV 23的运动校正。图2示出，在时间间隔Δt期间FOV 23改变了其位置和取向。通过这种方式，使用积极跟踪的消融导管19探测解剖结构的局部运动，以执行图像内的预期式运动校正。平移和旋转FOV 23，使其相对于被检查的心脏22的解剖结构保持固定的几何关系。没有导航器选通就需要ECG选通或其他运动补偿技术。可以直接以高图像质量扫描消融导管19生成的损伤，即没有因呼吸运动和/或心脏22的跳动导致的运动伪影。如果导管19“滑脱”，使得导管19相对于心脏22的解剖结构运动，在从采集的MR信号重建的MR图像中将发生运动伪影的即时增加。这是因为解剖结构不再相对于FOV23保持固定的几何关系。可以使用图像伪影的突然增加向介入医师生成对应的警告。

Claims (12)

1.一种对放置在MR装置(1)的检查体积中的患者身体(10)的运动部分(22)进行MR成像的方法，所述方法包括如下步骤：
a)从引入到所述身体(10)的所述部分(22)中的介入式器械(19)收集跟踪数据，
b)对所述身体(10)的所述部分(22)施加成像序列以从其采集一个或多个MR信号，其中，基于所述跟踪数据调节所述成像序列的参数，
c)通过重复步骤a)和b)若干次来采集MR信号数据集，
d)从所述MR信号数据集重建一幅或多幅MR图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述跟踪数据包括关于所述检查体积内的所述介入式器械(19)的至少一部分的瞬时位置和/或取向的信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，从所述跟踪数据导出描述所述身体(10)的所述部分(22)的运动的平移和/或旋转参数，在步骤b)中调节所述成像序列的所述参数以便根据所述平移和/或旋转参数补偿所述运动。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在步骤b)中调节所述成像序列的所述参数，从而使视场(FOV)(23)相对于所述身体(10)的运动部分(22)实质上保持时域恒定的几何关系。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，从重复采集的MR信号数据集重建MR图像的动态系列。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中，通过探测重建的MR图像内的运动伪影来识别所述介入式器械(19)相对于所述身体(10)的所述部分(22)的运动。
7.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中，通过基于重复收集的跟踪数据探测所述介入式器械(19)的运动与重复运动模式的偏差来识别所述介入式器械(19)相对于所述身体(10)的所述部分(22)的运动。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，其中，所述成像序列是PROPELLER序列，在步骤b)中基于所收集的跟踪数据调节所述PROPELLER序列的个体k空间叶片的位置和/或角度。
9.一种用于执行根据权利要求1-8中的任一项所述的方法的MR装置，所述MR装置(1)包括用于在检查体积内生成均匀、稳定磁场的至少一个主磁体线圈(2)、用于在所述检查体积内沿不同空间方向生成切换的磁场梯度的若干梯度线圈(4、5、6)、用于在所述检查体积内生成RF脉冲和/或用于从定位在所述检查体积中的患者身体(10)接收MR信号的至少一个RF线圈(9)、用于控制RF脉冲和切换磁场梯度的时域接续的控制单元(15)、以及重建单元(17)，其中，布置所述MR装置(1)以执行如下步骤：
a)从引入到所述身体(10)的运动部分(22)中的介入式器械(19)收集跟踪数据，
b)对所述身体(10)的所述部分(22)施加成像序列以从所述部分(22)采集一个或多个MR信号，所述成像序列包括经由所述RF线圈(9)生成的RF脉冲以及经由所述梯度线圈(4、5、6)生成的切换的磁场梯度，其中，基于所述跟踪数据，利用所述控制单元(15)和/或重建单元(17)调节所述成像序列的参数，
c)通过重复步骤a)和b)若干次来采集MR信号数据集，
d)从所述MR信号数据集重建一幅或多幅MR图像。
10.根据权利要求9所述的MR装置，其中，将至少一个RF微线圈(20)附接至所述介入式器械(19)，经由所述MR装置(1)收集所述跟踪数据作为由所述至少一个RF微线圈(20)生成或拾取的MR信号。
11.根据权利要求9所述的MR装置，还包括用于在步骤a)中收集所述跟踪数据的器械跟踪系统。
12.一种要在MR装置上运行的计算机程序，所述计算机程序包括用于执行如下操作的指令：
a)从介入式器械收集跟踪数据，
b)生成成像序列，用于从患者身体的运动部分采集一个或多个MR信号，其中，基于所述跟踪数据调节所述成像序列的参数，
c)通过重复步骤a)和b)若干次来采集MR信号数据集，
d)从所述MR信号数据集重建一幅或多幅MR图像。
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