CN102525459B - 磁共振成像门控系统、方法及磁共振成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁共振成像设备及其门控系统与方法。该磁共振成像门控系统包括一主控模块、一谱仪模块、一门控模块及一独立于该谱仪模块之外的监控模块。该门控模块根据采集的门控数据生成门控标识，该谱仪模块在采集数据时触发数据采集标识，该监控模块接收并记录该门控模块输出的门控标识及门控标识发生时刻以及该数据采集标识及数据采集标识触发时刻，并将其一并输出至该主控模块，该谱仪模块将图像数据输出至该主控模块，该主控模块根据所接收的门控标识及门控标识发生时刻与数据采集标识及数据采集标识触发时刻将图像数据和门控标识同步对应后进行重排。本发明的磁共振成像门控系统可利用实时性较低的谱仪模块实现门控控制。

Description

磁共振成像门控系统、方法及磁共振成像设备

技术领域

本发明涉及一种医学临床影像设备，特别是一种磁共振成像设备及其门控系统与方法。

背景技术

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是现代医疗影像学中主要的成像方式之一。它是断层成像的一种，对软组织分辨率高，对人体无放射性损害。磁共振成像的基本工作原理是利用磁共振现象从人体中获得电磁信号，并重建出人体信息。磁共振成像主要利用人体中的氢质子，氢质子在静磁场下分为两个能级，在射频激发下，氢质子就会从低能级跃迁到高能级，撤除射频脉冲，氢质子就会从高能级跃迁回低能级，同时发射出射频能量，这个射频能量会被MRI的接收线圈接收到，经过处理成为MRI图像。

在磁共振成像过程中，图像容易受到被检测者呼吸、心脏搏动等的影响而产生伪影。目前业内一般采用呼吸门控和心电门控的采集技术来消除这种伪影。呼吸门控与心电门控简单说来即是指将磁共振成像与呼吸、心动周期进行同步，根据门控信息对成像进行补偿。

近年来，成像速度更快的稳态梯度回波类成像序列(Steady State gradientecho)在心脏、血管等部位得到了广泛应用。因其射频重复时间(RepetitionTime，TR)较短，数据采集前必须建立稳态，并且扫描时序列必须以固定的时间间隔运行，否则容易产生伪影。而常规的门控技术为预期性门控技术(或称前瞻性门控技术)，即每检测到一个生理信号便触发一次或若干次成像扫描，其信号采集和相位编码都是等间隔的，但呼吸或者心律周期不稳定的影响会导致序列运行的时间间隔变化，从而使得梯度回波的稳态遭到破坏，产生严重伪影。而回顾性门控技术(Retrospective Gating)则可以有效解决此问题，此技术可以以恒定的TR连续重复采集数据，不受呼吸或者心律周期不稳定的影响。此技术大大推进了磁共振成像在心脏、腹部、血管成像方面的应用。

目前实现回顾性门控技术均要利用实时性极高的谱仪，高实时性谱仪在发射扫描序列及采集成像数据的同时记录门控发生的时间，并实时调整数据采集参数。然而实时性较高的谱仪在设计上十分复杂，不易在工业上实现，从而无法在连续采集图像数据的情况下实现回顾性门控控制。

发明内容

为解决现有技术中磁共振成像门控对谱仪实时性要求较高而难以实现的技术问题，有必要提供一种对谱仪实时性要求较低而易于实现的磁共振成像门控系统。

同时，也有必要提供一种对谱仪实时性要求较低的磁共振成像门控方法。

也有必要提供一种对谱仪实时性要求较低的具有门控系统的磁共振成像设备。

为解决上述技术问题，本发明提供一种磁共振成像门控系统，其包括一主控模块、一谱仪模块、一门控模块及一监控模块。该主控模块控制该谱仪模块进行图像数据采集以及控制该门控模块进行门控数据采集，该门控模块根据采集的门控数据生成门控标识，该谱仪模块在采集数据时触发数据采集标识，该监控模块独立于该谱仪模块之外。该监控模块接收并记录该门控模块输出的门控标识及门控标识发生时刻，以及该数据采集标识及数据采集标识触发时刻。图像数据采集完毕后，该监控模块将记录的门控标识及门控标识发生时刻与数据采集标识及数据采集标识触发时刻输出至该主控模块，该谱仪模块将图像数据输出至该主控模块，该主控模块根据所接收的门控标识及门控标识发生时刻与数据采集标识及数据采集标识触发时刻将图像数据和门控标识同步对应后进行重排。

本发明还提供一种磁共振成像门控方法，其包括：启动门控模块采集成像目标的门控数据，根据门控数据生成门控标识；启动谱仪模块采集图像数据，并触发数据采集标识；通过独立于谱仪模块之外的监控模块接收并记录该门控标识及数据采集标识，同时记录门控标识发生时刻及数据采集标识触发时刻；依据门控标识及门控标识发生时刻与数据采集标识及数据采集标识触发时刻将图像数据和门控标识同步对应后进行重排。

本发明还提供一种具有上述门控系统的磁共振成像设备。该磁共振成像设备包括主磁体、梯度线圈、射频线圈及磁共振成像门控系统。该磁共振成像门控系统包括一主控模块、一谱仪模块、一门控模块及一监控模块。该主控模块控制该谱仪模块进行图像数据采集以及控制该门控模块进行门控数据采集，该门控模块根据采集的门控数据生成门控标识，该谱仪模块在采集数据时触发数据采集标识，该监控模块独立于该谱仪模块之外。该监控模块接收并记录该门控模块输出的门控标识及门控标识发生时刻，以及该数据采集标识及数据采集标识触发时刻。图像数据采集完毕后，该监控模块将记录的门控标识及门控标识发生时刻与数据采集标识及数据采集标识触发时刻输出至该主控模块，该谱仪模块将图像数据输出至该主控模块，该主控模块根据所接收的门控标识及门控标识发生时刻与数据采集标识及数据采集标识触发时刻将图像数据和门控标识同步对应后进行重排。

本发明的有益效果是：通过独立于谱仪模块之外的监控模块对门控标识及门控标识触发时刻进行记录，可避免对负责图像数据采集的谱仪模块的运行产生干扰，降低了对谱仪的实时性要求，同时谱仪在采集数据的时候触发数据采集标识，而且监控模块也将该数据采集标识及其触发时刻一同记录下来，可以实现谱仪采集时序与门控时序的同步，消除了时序不同步可能导致的数据排列错误。

附图说明

图1为本发明一种实施例的磁共振成像门控系统的系统框图；

图2为本发明另一种实施例的磁共振成像门控系统的系统框图；

图3为本发明一种实施例的磁共振成像门控方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明各实施例中，磁共振成像设备主要由主磁体、梯度线圈、射频线圈、主控模块、门控模块、谱仪模块等部分组成。其中主磁体用于提供均匀的基本磁场，梯度线圈用于提供随位置变化的磁场，以便分辨不同的空间位置，射频线圈用于发射激发脉冲使成像目标中的氢质子发生跃迁和接收成像目标返回的MRI信号。本发明的主要目的在于提供一种对谱仪实时性要求较低的磁共振成像门控系统，在一个实施例中，采用独立于谱仪模块、门控模块、主控模块之外的一个专门的监控模块来记录数据采集标识信号及门控标识，并利用外触发信号实现门控模块与谱仪模块同步，从而谱仪模块不再进行门控标识的记录，降低了对谱仪模块实时性的要求。在另外的实施例中，监控模块的功能也可以集成到原有的主控模块或者门控模块中。

请参考图1，是本发明一种实施例的磁共振成像门控系统的系统框图。该磁共振成像门控系统包括一主控模块100、一谱仪模块102、一监控模块105及一门控模块107。该主控模块100用于接收监控模块105所记录的门控标识和数据采集标识，也用于通过输出门控控制信号来启动和停止门控模块107进行门控标识采集输出，以及通过输出谱仪控制信号来启动和停止谱仪模块102进行数据采集，同时主控模块100也用于对采集到的数据进行数据重排及重建。门控模块107用于采集人体生理信号，包括心电信号和呼吸信号，并根据人体生理信号生成门控标识，包括根据心电信号生成心电门控标识、根据呼吸信号生成呼吸门控标识，并将门控标识传输给监控模块105。谱仪模块102用于接受主控模块100的数据采集、停止命令，并以一定间隔连续触发数据采集，同时触发数据采集标识并将其传输给监控模块105。监控模块105用于记录整个采集时间内的每次数据采集标识及数据采集标识触发时刻、每次心电门控标识及其发生时刻、呼吸门控标识及其发生时刻，并在数据采集结束时将记录的数据采集标识及其时刻、心电门控标识及其发生时刻、呼吸门控标识及其发生时刻返回给主控模块100。

谱仪模块102主要由梯度场的发生控制、射频发射以及磁共振信号的接受等部分构成，其功能是发射射频信号至被检测目标(比如人体)使其产生可检测信号，并接收这些可检测信号。谱仪模块102可按照稳态梯度回波类成像序列固定发射射频信号至被检测目标，使用稳态梯度回波类成像序列可获得相对较快的成像速度。该门控模块107负责采集被检测目标的心电、呼吸等信息，并根据这些生理检测信息生成对应的心电门控标识。比如在被检测目标心脏背侧测量其心电图，根据心电波形实时计算出来的心电信号上的某个特定时刻即可生成一个门控标识，一般来说，心电信号是周期的，每次心电周期会有一个门控标识触发。监控模块105是独立于谱仪模块102之外的一个功能模块，在本实施例中，监控模块105也独立于主控模块100与门控模块107之外。该监控模块105用于专门负责接收门控模块107传输过来的心电门控标识以及呼吸门控标识，也就是门控模块107实时的根据其所采集到的各类生理检测参数生成门控标识传输给检测模块105，并同时由监控模块105记录门控标识的发生时刻。这样一来，门控标识由监控模块105进行记录，从而无需对谱仪模块102的运行产生干扰，大大降低了对谱仪的实时性要求，同时谱仪在采集数据的时候触发数据采集标识，而且监控模块105也将该数据采集标识及其触发时刻一同记录下来，可以实现谱仪采集时序与门控时序的同步，消除了时序不同步可能导致的数据排列错误。

请参看图2，是本发明一种实施例的磁共振成像门控方法的流程图。首先主控模块100发送门控启动命令到门控模块107，门控模块107开始采集人体的生理门控信息。门控模块107对人体生理门控信息进行数据处理后产生门控触发信号，主控模块100接收到门控触发信号后发送数据记录命令到监控模块105，同时主控模块100发送数据采集命令到谱仪模块102。监控模块105接收到数据记录命令后开始记录数据采集标识、门控标识及其发生时刻，谱仪模块102接收到数据采集命令后启动扫描进行数据采集，系统进入采集模式，谱仪数据采集时序与门控时序同步。

系统进入采集模式后，门控模块107根据人体生理信号产生门控触发信号，此模式下门控触发信号不再传递给主控模块100，而是传输给监控模块105。监控模块105根据触发信号的标识位可识别当前触发的门控标识类型，比如心电门控标识或者呼吸门控标识，并记录保存该门控标识以及门控触发时刻。谱仪模块102每采集到一次数据，则触发一次数据采集标识，监控模块105将此数据采集标识信号及其发生时刻也记录并保存下来。上述过程不断重复，直到所有数据采集完毕。

数据采集结束后，谱仪模块102发送数据采集结束状态给主控模块100，同时返回图像数据给主控模块100。主控模块100发送停止记录命令给监控模块105，此时监控模块105停止记录，同时返回所记录的门控标识、数据采集标识信号以及它们所对应的时刻等信息给主控模块100，系统进入数据处理模式。

在数据处理模式中，主控模块100根据所记录的门控标识、数据采集标识及其时刻来确定所采集到的数据与人体生理周期的时刻对应关系，然后对采集到的数据按照其所对应的人体生理周期时刻进行重新排列比如，将每一心跳周期中相同时刻的数据挑选出来用于重建一幅图像。数据重排完毕后，主控模块100对重排后的数据进行重建，得到所需的图像。本实施例中同时进行了心电门控及呼吸门控，即可以根据这两种不同的门控产生不同的数据重排结果，并可分别单独重建出与各门控对应的图像或者图像组。关于数据重排的细节不在此详述。

请参看图3，是本发明另一种实施例的磁共振成像门控系统的系统框图。该实施例的磁共振成像门控系统包括一主控模块300、一谱仪模块302及一门控模块305。该主控模块300通过输出门控控制信号来启动和停止门控模块307进行门控标识采集输出、通过输出谱仪控制信号来启动和停止谱仪模块302进行数据采集，同时也用于对采集到的数据进行数据重排及重建。与前面的实施例不同的是，该门控模块将采集到的心电门控标识以及呼吸门控标识直接实时传输给该主控模块300，该谱仪模块302将数据采集标识实时传输给该主控模块300，主控模块300对心电门控标识、呼吸门控标识及数据采集标识进行记录保存。数据采集结束后，谱仪模块302发送数据采集结束状态给主控模块300，同时返回图像数据给主控模块300。此时主控模块300停止记录门控信息，进入数据处理模式。在数据处理模式中，主控模块300根据所记录的门控标识、数据采集标识及时刻来确定所采集到的数据的时刻及其和在人体生理周期中的位置，然后对采集到的数据进行重新排列。数据重排完毕后，主控模块300对重排后的数据进行重建，即可得到所需的磁共振成像图像。根据门控类型的不同，获得的重建图像也具有不同的意义，比如根据心电门控可以重建出多幅对应心电周期不同时刻的图像，借此可对比周期中不同时刻所成像的差异。

以上是本发明磁共振成像门控系统及方法的部分实施例，在实际使用中，还可以根据需要在本发明构思下做一些变化。比如，监控模块的功能也可以集成到门控模块中；监控模块也可以只记录所有门控标识及发生时刻、第一次数据采集标识及时刻号，因为数据采集的周期固定且连续的，可以根据采集周期计算数据采集的时刻，来代替监控模块的记录。另外，本发明也可以只进行心电门控的控制，或者只进行呼吸门控的控制，以及其他类型门控的控制。本发明实施例中的谱仪模块在本领域中通常也成为谱仪，可以独立的仪器的形式存在。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种磁共振成像门控系统,其包括一主控模块、一谱仪模块及一门控模块，该主控模块控制该谱仪模块进行图像数据采集以及控制该门控模块进行生理信号采集，该门控模块根据采集的生理信号生成门控标识，其特征在于，还包括：一监控模块，其独立于该谱仪模块之外，该监控模块接收并记录该门控模块输出的门控标识及门控标识发生时刻，该谱仪模块在采集数据时触发数据采集标识，该监控模块接收并记录该数据采集标识及数据采集标识触发时刻，该监控模块将记录的门控标识及门控标识发生时刻与数据采集标识及数据采集标识触发时刻输出至该主控模块，该谱仪模块将图像数据输出至该主控模块，该主控模块根据所接收的门控标识及门控标识发生时刻与数据采集标识及数据采集标识触发时刻将图像数据和门控标识同步对应后进行重排。

2.如权利要求1所述的磁共振成像门控系统，其特征在于，所述监控模块独立于该主控模块与该门控模块之外。

3.如权利要求1所述的磁共振成像门控系统，其特征在于，所述监控模块集成于该主控模块。

4.如权利要求1所述的磁共振成像门控系统，其特征在于，所述监控模块集成于该门控模块。

5.如权利要求1-4任意一项所述的磁共振成像门控系统，其特征在于：该谱仪模块每进行一次数据采集则触发一次数据采集标识。

6.如权利要求5所述的磁共振成像门控系统，其特征在于，所述监控模块记录所有数据采集标识及数据采集标识触发时刻。

7.如权利要求5所述的磁共振成像门控系统，其特征在于，数据采集的周期固定且连续，所述监控模块仅记录第一次数据采集标识及数据采集标识触发时刻。

8.一种磁共振成像门控方法，其特征在于，包括如下步骤：

启动门控模块采集成像目标的生理信号，根据生理信号生成门控标识；

启动谱仪模块采集图像数据，并触发数据采集标识；

通过独立于谱仪模块之外的监控模块接收并记录该门控标识及数据采集标识，同时记录门控标识发生时刻及数据采集标识触发时刻；

依据门控标识及门控标识发生时刻与数据采集标识及数据采集标识触发时刻将图像数据和门控标识同步对应后进行重排。

9.如权利要求8所述的磁共振成像门控方法，其特征在于，谱仪模块每采集一次图像数据则触发一次数据采集标识。

10.如权利要求9所述的磁共振成像门控方法，其特征在于，监控模块记录所有数据采集标识及数据采集标识触发时刻。

11.如权利要求9所述的磁共振成像门控方法，其特征在于，数据采集的周期固定且连续，监控模块仅记录第一次数据采集标识及数据采集标识触发时刻。

12.一种磁共振成像设备，其包括主磁体、梯度线圈、射频线圈及磁共振成像门控系统，其特征在于，所述门控系统是权利要求1-7任意一项所述的磁共振成像门控系统。