CN102736048A - 用于校正磁共振拍摄中的失真的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于校正在磁共振拍摄(30)中的失真的方法。失真表明了在磁共振拍摄(30)中图像点的失真的位置与图像点的实际位置之间的位移。在该方法中，确定对于在磁共振设备(1)中的至少一个实际位置的B₀场偏差和梯度场偏差。此外，采集检查对象(4；31)的磁共振拍摄(30)，并且根据磁共振拍摄(30)中图像点的失真的位置、在实际位置上的B₀场偏差和在实际位置上的梯度场偏差确定磁共振拍摄(30)的图像点的实际位置。

Description

用于校正磁共振拍摄中的失真的方法

技术领域

本发明涉及一种用于校正在磁共振拍摄(Magnetresonanzaufnahme)中的失真的方法和一种为此的磁共振设备。 

背景技术

磁共振设备中的可测量体积由于物理和技术条件，例如有限的磁场均匀性和梯度场的非线性而在所有三个空间方向上受到限制。由此拍摄体积，即所谓的视场或视野(FoV)被限制到如下体积，在该体积中上述物理条件位于预定的容差范围内并且由此利用通常的测量序列可以进行待检查的对象的忠于原状的成像。该视场尤其是在横切平面上，即，在垂直于磁共振设备的通道的纵轴的x方向和y方向上，明显小于通过磁共振设备的通道形开口限制的空间。在常见的磁共振设备中，通道的直径例如等于60或70cm，而常用的视场的直径近似为50或60cm，在该常用的视场中上述物理条件位于容差范围内。 

由此磁共振拍摄取决于磁场和梯度场位置、带宽和结构而具有强烈失真。失真表明了在磁共振拍摄的图像点的位置和检查对象中图像点的实际位置之间的位移。然而许多应用需要高度位置精确的成像，例如对于正电子发射断层造影拍摄的人的衰减校正的确定、基于磁共振的介入或应用，其中将位置精确的成像方法，例如计算机断层造影或正电子发射断层造影，与基于磁共振的方法组合。 

特别是在磁共振设备的通道的边缘区域中不可能进行测量对象的位置精确的成像这一问题在纯的磁共振拍摄中通常通过如下解决，即，将待检查的对象的区域不是布置在通道的边缘上，而是布置在均匀的低失真区域或甚至尽可能布置在通道的中心中，即所谓的磁共振设备的对称中心。然而在混合系统情况下，例如由磁共振断层造影和正电子发射断层造影组成的混合系统，即所谓的MR-PET混合系统，关键的是，在边缘区域的结构也尽可能位置精确地被确定。在MR-PET混合系统中例如人的衰减校正是具有决定意义的。人的衰减校正确 定在正电子和电子的交互作用后发射的光子在其通过吸收组织到达检测器的路径上的强度衰减，并且对所接收的信号刚好校正该衰减。为此，采集磁共振拍摄，该磁共振拍摄在通过正电子发射断层造影设备发射的高能光子的方向上对待检查对象的完整解剖结构成像。这意味着，即使在该混合系统的通道的边缘区域中也尽可能精确地采集待检查对象的解剖结构。位于该区域中的结构在待检查患者的情况下例如首先是可能设置在该混合系统的通道内壁附近的该边缘区域中的手臂。 

因此，在现有技术中公知不同的校正算法，以校正特别是在如下体积外部的失真，在该体积中，磁场非均匀性和梯度场的非线性位于规定内。例如由S.Langlois等人在“MRI Geometric Distortion：a simple approach to correcting the effects of non-linear gradient fields”(J Magn Reson Imaging 1999，9(6)：821-31)和由S.J.Doran等人在“A complete distortion correction for MR images：I.Gradientwarp correction”(Phys Med Biol.2005年4月7日；50(7)：1343-61)中提出了梯度失真校正(Gradientenverzeichniskorrektur)。此外，由S.A.Reinsberg等人在“A complete distortion correction for MR images：II.Rectification of static-field inhomogeneities by similarity-based profile mapping”(Phys Med.Biol.2005年6月7日；50(11)：2651-61)中提出了B_o场校正。然而所提出的方法的结果特别是对于在边缘区域中的失真校正，如其特别是对于PET的衰减校正的确定所需的那样，不能提供最佳结果。 

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种在通常的视场之外的区域中，也就是例如在磁共振设备的通道的边缘区域中对要检查对象的结构进行的位置精确的成像。 

按照本发明提供一种用于校正在磁共振拍摄中的失真的方法。磁共振拍摄包括在磁共振设备中检查对象的截面图拍摄的图像点。截面图拍摄例如可以包括二维磁共振拍摄或三维磁共振拍摄。在磁共振拍摄中的图像点的位置与检查对象中的图像点的实际位置之间的位移表示为在磁共振拍摄中的失真。换言之，失真表示在磁共振拍摄中的图像点的失真的位置与图像点的实际位置之间的位移，在该图像点上实际上应当示出磁共振拍摄中的图像点。在此通常假定，在磁共振设备的对称中心中的图像点不具有或具有非常小的失真并且由此可以用 作为对于其余图像点的位置和失真的参考。在该方法中，确定对于在磁共振设备中的至少一个实际位置的B₀场偏差和梯度场偏差。B₀场偏差和梯度场偏差的确定可以通过对于磁共振设备中的任意位置的预先测量来确定并且存储在例如磁共振设备的处理单元的存储器中。在此例如可以借助磁共振探针一次测出B₀场和梯度场。在该方法中还采集在磁共振设备中检查对象的磁共振拍摄并且根据磁共振拍摄中图像点的失真的位置、在实际位置上的B₀场偏差和在实际位置上的梯度场偏差确定磁共振拍摄的图像点的实际位置。由此可以根据在失真的和实际的位置之间的可计算的关系在后校正中相应移动磁共振拍摄的单个图像点。 

按照一种实施方式，为了对于磁共振设备中的至少一个实际位置确定B₀场偏差和梯度场偏差，采集在磁共振设备中该至少一个实际位置上的B₀场强和梯度场强并且对于该至少一个实际位置确定理想的B₀场强和理想的梯度场强。根据所采集的B₀场强和理想的B₀场强确定B₀场偏差并且根据所采集的梯度场强和理想的梯度场强确定梯度场偏差。B₀场强和梯度场强可以对于任意实际位置事先一次地测出并且例如被标准化到理想的场，由此可以确定场系数，其可以被存储在磁共振设备的处理单元中。由此在一次确定B₀场偏差和梯度场偏差之后提供所有信息，以便能够在后校正中根据检查对象的采集的磁共振拍摄确定失真。 

按照另一种实施方式，如下地确定校正了的磁共振拍摄：将采集的磁共振拍摄中相应的失真的位置的图像点与校正了的磁共振拍摄中在实际的位置上的图像点对应。由此可以以简单的方式通过逐图像点地处理来建立失真校正的磁共振拍摄。 

按照另一种实施方式，该方法还包括，基于校正了的磁共振拍摄确定磁共振设备中检查对象的布置和根据检查对象在磁共振设备中的布置确定对于正电子发射断层造影拍摄的衰减校正。因为为了确定对于正电子断层造影拍摄的衰减校正，需要尽可能精确知道检查对象在正电子发射断层造影设备中的布置，所以该信息可以借助磁共振设备从校正了的磁共振拍摄中以可靠方式来确定。在具有磁共振断层造影仪和正电子发射断层造影仪的组合的设备中，即所谓的MR-PET混合设备中，可以直接对于正电子发射断层造影拍摄使用这样确定的衰减校正。 

按照另一种实施方式，磁共振设备具有用于容纳检查对象的通道形开口。 磁共振设备的视场边缘包括沿着该通道形开口的内表面的外罩区域(Mantelbereich)。在该外罩区域中通常不充分地满足B₀场以及梯度场的均匀性标准，从而在该外罩区域中通常不可能进行检查对象的忠于原状的位置精确的成像。在该实施方式中，实际位置位于该外罩区域中。外罩区域例如可以具有接近5cm的外罩厚度。外罩区域由此描述一个近似5cm厚的环形区域，其直接与磁共振设备的通道形开口的上表面相邻。在具有例如大约60cm通道直径的磁共振设备中，通常在近似50cm的中间区域中才满足对于B₀场和梯度场的均匀性标准，从而外罩区域在磁共振设备的均匀性区域外部直到通道的内表面延伸。但是在该区域中例如布置了患者的手臂，其对于正电子发射断层造影拍摄的衰减校正具有极大影响。因此需要手臂的精确位置确定。由于在外罩区域中的失真，手臂的位置确定明显变得困难。通过前面描述的用于校正在外罩区域中的失真的方法可以以高精度确定手臂的位置并且由此确定合适的衰减校正，特别是在关于检查对象的横切平面中采集磁共振拍摄时。 

按照本发明还提供一种用于校正在磁共振拍摄中的失真的装置。磁共振拍摄包括在磁共振设备中检查对象的截面图拍摄的图像点。在磁共振拍摄中的图像点的失真的位置与检查对象中的图像点的实际位置之间的位移表示为在磁共振拍摄中的失真。该装置包括用于接收磁共振拍摄的接口、用于存储对于磁共振设备中至少一个实际位置预先确定的B₀场偏差和预先确定的梯度场偏差的存储器和处理单元。处理单元能够经由接口从磁共振设备接收检查对象的磁共振拍摄并且根据磁共振拍摄中图像点的失真的位置、在实际位置上的B₀场偏差和在实际位置上的梯度场偏差确定磁共振拍摄的图像点的实际位置。由此可以对采集的磁共振拍摄进行后校正，以便获得关于检查对象在磁共振设备中的布置的位置精确的信息。该位置精确的信息例如可以用于确定对于随后的正电子发射断层造影拍摄的衰减校正。 

该装置还被构造为用于执行前面描述的方法或其实施方式之一并且由此包括前面描述的优点。 

本发明还提供一种磁共振设备，具有控制单元和分析装置，该控制单元用于控制断层造影仪和用于接收由断层造影仪所拍摄的信号，该断层造影仪具有用于在磁共振设备的视场中产生B₀场的磁铁，该分析装置用于分析信号并建立磁共振拍摄。磁共振设备还包括前面描述的装置并由此具有前面描述的优点。此外磁共振设备还可以包括正电子发射断层造影仪。这样的设备也称为MR-PET 混合设备。因为借助磁共振设备可以精确地确定检查对象在磁共振设备中的位置，所以还可以进行对于正电子发射断层造影拍摄的精确的衰减校正。 

此外本发明还提供一种计算机程序产品，特别是计算机程序或软件，其可以被加载到用于校正失真的装置的可编程的处理单元的存储器中。当计算机程序产品在处理单元中运行时，利用所述计算机程序产品可以执行按照本发明的方法的前述所有或不同实施方式。在此计算机程序产品可能需要程序资源，例如数据库和辅助函数，用于实现该方法的相应实施方式。换言之，利用针对计算机程序产品的权利要求特别地要求保护一种用来执行按照本发明的方法的上述实施方式之一或执行这些实施方式的计算机程序或软件。在此软件可以是尚需编译(翻译)和连接或仅需翻译的源代码(例如C++)，或者是为了执行仅还需加载到相应的计算单元中的可执行软件代码。 

最后本发明还提供一种电子可读数据载体，例如DVD、磁带或USB棒，在其上存储了电子可读控制信息，特别是软件(如上所述)。当这些控制信息或软件由数据载体读取并且存储到处理单元中时，可以执行前面所述方法的所有按照本发明的实施方式。 

附图说明

以下借助附图结合优选实施方式详细解释本发明。 

图1示意性示出根据本发明一个实施方式的磁共振设备。 

图2示出了方法的流程图，其包括用于校正在磁共振拍摄中的失真的步骤。 

图3示出了具有检查对象的失真的结构的磁共振拍摄。 

图4示出了通过对图3的磁共振拍摄校正产生的磁共振拍摄。 

具体实施方式

图1示出磁共振设备1。该磁共振设备1包括实际的断层造影仪2、用于位于断层造影仪2的开口5中的患者4的检查卧榻3、控制单元6、分析装置7、用于检查卧榻3的驱动单元8和用于校正在磁共振拍摄中的失真的装置12。控制单元6控制断层造影仪2并且从断层造影仪2接收由断层造影仪2拍摄的信号。此外，控制单元6对驱动单元8进行控制，以便将检查卧榻3沿着方向Z与患者4一起移动通过断层造影仪2的开口5。分析装置7分析由断层造影仪2拍摄的信号以用于产生磁共振图像(MR图像)或者说磁共振拍摄。分析装置7 例如是具有显示屏、键盘、诸如鼠标的指示输入设备、以及数据载体13的计算机系统，在该数据载体上存储了可电子读取的控制信息，该信息被构成为在分析装置7和装置12中使用数据载体时执行下面描述的用于校正在磁共振拍摄中的失真的方法。 

装置12包括处理单元15、存储器14和用于将装置12与分析装置7耦合的接口16。数据载体13例如可以包括用于分析装置7和装置12的成像资源。此外控制单元6、分析装置7和/或装置12还可以以一个共同的装置的形式构造，其使用共同的处理单元和共同的存储器。 

磁共振设备1能够在通过断层造影仪2内部的开口5限定的空间内产生磁共振断层造影拍摄。由于物理技术上的不足，例如断层造影仪2中分布在Z方向上的B₀场的磁场非均匀性以及梯度场的非线性，实际可用于磁共振拍摄的磁共振设备1的空间限于例如在开口5内球形或圆柱形延伸的空间9。如图1所示，尤其是位于可使用空间9和断层造影仪2的内壁或内表面之间的外罩区域10由于上述物理技术上的不足而不能使用或只能有限使用。但是，如果将磁共振设备1用于确定患者4的位置和解剖结构，以结合未示出的正电子发射断层造影设备使用，则需要在正电子发射断层造影设备的辐射方向上确定患者4的完整解剖结构，也就是说，尤其是还需要患者4在外罩区域10中的解剖结构，以便例如采集患者4的手臂11。根据所采集的患者4的解剖结构，可以确定对分析正电子发射断层造影拍摄具有决定性意义的人的衰减校正。 

在磁共振拍摄中在外罩区域10中由于前面描述的物理技术上的不足而出现所谓的失真。失真意味着，磁共振拍摄中图像点没有出现在如下位置上，在该位置上其按照被拍摄的检查对象应当实际出现。该图像点不是出现在实际位置上，而是出现在失真的位置上。以下结合图2描述包括了用于校正磁共振拍摄中的这样的失真的步骤的方法。 

在步骤21中测量B₀场并且关于理想的场标准化，由此确定B₀场系数和梯度场系数。B₀场系数由此表示B₀场与理想的场的标准值的场偏差dB₀并且梯度场系数表示与理想的梯度场G_x、G_y和G_z的各个标准值的场偏差dB_gx、dB_gy和dB_gz。场系数或场偏差对于预先确定的点或空间9的并且特别是外罩区域10的所有点被存储在装置12的存储器14中。 

在步骤22中拍摄检查对象4的例如横切层的磁共振拍摄。经由接口16将这样建立的磁共振拍摄传输到装置12的处理单元15，以用于后校正失真。从存储器 14将所测量的B₀场系数和梯度场系数传输到处理单元15。在处理单元15中进行B₀场系数与梯度场系数的取决于带宽的缩放和重叠(步骤24)并且在步骤25中对于每个图像点按照以下等式进行失真校正： 

在上面的等式中，x、y和z表示图像点的实际的位置的坐标并且x₁、y₁和z₁表示图像点的失真的位置的坐标。此外，dB₀(x，y，z)表示在实际的位置x、y、z上的B₀场系数并且dB_gx、dB_gy和dB_gz表示在实际的位置x、y、z上的在x、y及z方向上的梯度的梯度场系数。G_x、G_y和G_z表示在x、y及z方向上的梯度场的梯度场强。如从上面的等式可以看出的，如果在相应的方向上的梯度是相位编码梯度，最后的被加数为零。否则，即，如果在相应的方向上的梯度是层选择梯度或频率编码梯度，则对于B₀场系数的最后的被加数标准化到相应的梯度场强来使用。通过应用该失真校正算法，在处理单元15中可以将失真的磁共振拍摄的每个图像点相应移动并且由此建立校正了的磁共振拍摄。该校正了的磁共振拍摄例如可以经由接口16被传输到分析装置7并且在那里显示或进一步处理。例如可以根据校正了的磁共振拍摄在步骤26中特别是在横切的磁共振拍摄中确定检查对象或者说患者4的位置和横截面。通过前面进行的失真校正可以明显更精确地确定检查对象的位置和横截面。此时由此可以从患者4的这样确定的位置和这样确定的横截面中在步骤27中确定对于正电子发射断层造影拍摄(PET拍摄)的衰减校正。在步骤28中采集用于建立PET拍摄的数据并且在使用前面确定的衰减校正的条件下计算检查对象或者说患者4的PET拍摄。 

因为B₀场系数和梯度场系数也对于外罩区域10被确定，所以失真校正也在外罩区域10中可靠进行。由此也可以可靠识别在检查期间布置在外罩区域10中的患者4的区域、例如手臂11，并且可靠确定其位置和横截面，以便例如在确定 对于PET拍摄的衰减校正时能够被考虑。可用的视场(FoV)由此扩展到断层造影仪2的通道形开口的整个内径。这一点不仅可以用于确定在PET拍摄时的人的衰减校正，而且还可以例如支持图像控制的射线治疗规划和活组织检查。 

图3示出了结构模体31的横切层的磁共振拍摄30，其布置在具有700mm直径的断层造影仪内在x＝-310mm处。坐标原点，即x＝0和y＝0位于断层造影仪2的中心点。横切层在z＝0处，也就是在断层造影仪2的中心中的纵向中被采集。图3示出了没有后校正的磁共振拍摄30。结构模体31的失真可以明显看出。结构模体31的多个图像点出现在图3的磁共振拍摄中的x＝-310至-350mm的区域中，尽管结构模体实际上不超出x＝-310。 

图4示出了结构模体31的失真校正的磁共振拍摄40，该失真校正的磁共振拍摄是基于图3的磁共振拍摄30建立的。结构模体31的横截面的布置在图4中比在图3中明显更忠于原状。 

对于成功的后校正，要避免太强烈突出的失真。在太强烈突出的失真情况下在未校正的磁共振拍摄中许多图像点会重叠，从而在后校正的范围内的分辨率不再可能。然而在通常规定的视野外部，例如在500mm直径外部，失真由于高的B₀场非均匀性和梯度非线性而通常非常强烈。由此具有优势的是，可以将前面描述的用于失真校正的方法与序列方面的失真降低组合。对于序列方面的失真降低例如可以利用梯度场的非线性与B₀场的非均匀性的破坏性的重叠效应。 

附图标记列表 

1 磁共振设备 

2 断层造影仪 

3 检查卧榻 

4 患者，检查对象 

5 开口 

6 控制单元 

7 分析装置 

8 驱动单元 

9 空间，视场 

10 外罩区域 

11 手臂 

12 装置 

13 数据载体 

14 存储器 

15 处理单元 

16 接口 

21-28 步骤 

30 磁共振拍摄 

31 检查对象 

40 磁共振拍摄。 

Claims (15)

1.一种用于校正在磁共振拍摄中的失真的方法，其中，所述磁共振拍摄(30)包括在磁共振设备(1)中检查对象(4；31)的截面图拍摄的图像点，并且其中，在该磁共振拍摄(30)中的失真表明了在磁共振拍摄中图像点的失真的位置与检查对象(4)中的图像点的实际位置之间的位移，其中，该方法包括步骤：

-确定对于在所述磁共振设备(1)中的至少一个实际位置的B₀场偏差和梯度场偏差，

-采集在该磁共振设备(1)中检查对象(4；31)的磁共振拍摄(30)，并且

-根据所述磁共振拍摄(30)中图像点的失真的位置、在实际位置上的B₀场偏差和在实际位置上的梯度场偏差，确定在该磁共振拍摄(30)中的图像点的实际位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述磁共振设备(1)中的至少一个实际位置的B₀场偏差和梯度场偏差的确定，包括：

-采集在所述磁共振设备(1)中该至少一个实际位置上的B₀场强和梯度场强，

-对于该至少一个实际位置确定理想的B₀场强和理想的梯度场强，

-根据所采集的B₀场强和理想的B₀场强确定B₀场偏差，和

-根据所采集的梯度场强和理想的梯度场强确定梯度场偏差。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于所述磁共振设备(1)中的至少一个实际位置的B₀场偏差和梯度场偏差的确定，包括借助磁共振探针采集在该磁共振设备(1)中至少一个实际位置上的B₀场强和梯度场强。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，还包括：如下地确定校正了的磁共振拍摄(40)：在校正了的磁共振拍摄(40)中将在实际的位置上的图像点与所采集的磁共振拍摄(30)中相应的失真的位置的图像点对应。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

-基于校正了的磁共振拍摄(40)确定所述磁共振设备(1)中检查对象(4；31)的布置，和 

-根据所述检查对象(4；31)在该磁共振设备(1)中的布置确定对于正电子发射断层造影拍摄的衰减校正。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述磁共振设备具有用于容纳检查对象(4；31)的通道形开口(5)，其中，所述磁共振设备(1)的视场(9，10)的边缘(10)包括沿着该通道形开口(5)的内表面的外罩区域(10)，其中，在该外罩区域(10)中的B₀场不满足预定的均匀性标准，其中，所述至少一个实际位置位于该外罩区域(10)中。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述外罩区域(10)具有接近5cm的外罩厚度。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在关于所述检查对象(4；31)的横切平面中采集所述磁共振拍摄(30)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述磁共振拍摄(30)中图像点的实际位置x、y、z根据磁共振拍摄(30)中的图像点的失真的位置x₁、y₁、z₁，在实际位置x、y、z上的B₀场偏差dB₀和在实际位置x、y、z上的梯度场偏差dB_gx、dB_gy、dB_gz和梯度场强G_x、G_y和G_z按照以下等式来确定：

。

10.一种用于校正在磁共振拍摄中的失真的装置，其中，所述磁共振拍摄(30)包括在所述磁共振设备(1)中检查对象(4；31)的截面图拍摄的图像点，并且其中，在该磁共振拍摄(30)中的失真表明了在该磁共振拍摄(30)中的图像点的失真的位置与检查对象(4；31)中的图像点的实际位置之间的位移，其中，所述装置(12)包括： 

-接口(16)，用于接收磁共振拍摄(30)，

-存储器(14)，用于存储对于所述磁共振设备(1)中至少一个实际位置预先确定的B₀场偏差和预先确定的梯度场偏差，和

-处理单元(15)，该处理单元被构造为，经由所述接口(16)从所述磁共振设备(1)接收所述检查对象(4；31)的磁共振拍摄(30)，并且根据所述磁共振拍摄(30)中图像点的失真的位置、在实际位置上的B₀场偏差和在实际位置上的梯度场偏差，确定在磁共振拍摄(30)中的图像点的实际位置。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置(12)被构造为用于实施按照权利要求1-9中任一项所述的方法。

12.一种磁共振设备，其中，所述磁共振设备(1)具有控制单元(6)和分析装置(7)，该控制单元用于控制断层造影仪(2)和用于接收由所述断层造影仪(2)拍摄的信号，该断层造影仪具有用于在磁共振设备(1)的视场(9，10)中产生B₀场的磁铁，该分析装置用于分析信号并建立磁共振拍摄(30)，其中，所述磁共振设备(1)还包括按照权利要求10或11所述的装置(12)。

13.根据权利要求12所述的磁共振设备，其特征在于，所述磁共振设备(1)还包括正电子发射断层造影仪。

14.一种计算机程序产品，其可以被直接加载到用于校正失真的装置(12)的可编程的处理单元(15)的存储器中，具有程序资源，当该程序在所述处理单元(15)中运行时，执行按照权利要求1至9中任一项所述的方法的所有步骤。

15.一种具有在其上存储了电子可读的控制信息的电子可读的数据载体，如下构造这些控制信息，使得在用于校正失真的装置(12)的处理单元(15)中使用所述数据载体(13)时，其执行按照权利要求1至9中任一项所述的方法。 

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