CN103547214B - 无线预期运动标记物 - Google Patents
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Abstract
一种磁共振系统包括磁共振扫描器（8）和磁共振扫描控制器（24）。将多个标记物（40、140）附着于受检者以监测检查区域之内的受检者的部分的运动。运动控制单元接收来自所述标记物的指示所述运动的运动数据，并控制所述磁扫描控制器调节扫描参数以补偿所述运动。在一个实施例中，所述标记物（40）包括响应于所述磁共振扫描器的射频激励在特性频率共振的物质（44）。控制器（52）在调谐状态和去谐状态之间切换与所述物质相邻设置的电感电路（48、50）。在另一实施例中，所述运动传感器包括加速度计、陀螺仪、运动传感器、或霍尔效应元件、以及收集由元件生成的运动数据并为所述运动数据提供暂时存储的控制器（144）。通信单元（146、148、50）无线地发射所述运动数据。
Description
技术领域
本申请涉及医疗成像领域、磁共振成像领域和相关领域。本申请具体应用于位置和运动校正的无线确定，并将具体参考其得以描述。
背景技术
在磁共振（MR）成像期间，患者在扫描程序期间保持静止是有利的。然而，在实践中，在扫描程序期间患者可能会移动，并且在一些情况下必须要移动。例如，在更短的扫描程序中，患者必须要移动以进行呼吸。在更长的扫描程序中，患者可能会在程序期间的某些点，由于疲劳、紧张等而移动其位置。患者移动的可能性一般随着扫描程序持续时间增加而增加，且对于儿童、老年人或特定疾病（例如帕金森症）的患者也会增加。由于MR成像方法的最近发展得到的更高的成像分辨率，运动校正也变得更加重要。
已经利用各种方法来校正MR扫描程序期间的患者运动，包括回顾运动校正技术和预期运动校正技术。回顾运动校正技术使用后期图像处理技术在已经收集数据之后校正患者的运动。作为后期处理的一部分，回顾运动校正使用具有体素插值的体积配准，或k空间中的信号插值。回顾校正用于校正平面内变换（例如x，y平移），其需要图像像素的简单平移和旋转。但是，当校正平面间运动（例如在切片中或轴向中的平移）时，回顾校正效果差。切片之间的插值带来了显著的部分体积效应和旋转劣化。丢失于平面间运动的图像信息将不能使用插值由回顾校正完全重新俘获。
预期运动校正技术校正扫描程序期间的患者运动。预期运动校正测量当前患者位置或规划即将出现的（一个或多个）患者位置，并调节数据采集或图像处理，以使患者在重建图像空间中保持静止。当与回顾运动校正技术比较时，预期运动校正技术能够针对刚体运动校正更准确和有效。
然而，大部分现有的预期运动校正方法并不与现有的MR成像工作流程完全兼容。例如，一种方法包括使用摄像机在扫描程序期间监测并跟踪放置于患者上的标记物的移动。这种方式的优点是直接测量患者表面位置。然而，如果感兴趣的患者或患者的部分在摄像机视野之外，间歇地模糊等，使用摄像机监测患者不可行。另一种方法包括使用有线传感器在扫描程序期间监测患者的运动。不过，这种方法不方便，且有线连接可能在磁共振数据采集期间带来安全危险或可能断开，从而丢失宝贵的数据。还有基于内源MR信号进行预期运动校正的方法。然而，这些方法需要向正常成像序列中插入长的导航器模块和因实时运动检测算法造成的延迟。
本申请提供了用于确定患者位置和预期运动校正的新型改进系统和方法，其克服了上述问题和其他问题。
发明内容
根据一个方面，提供了一种运动补偿的磁共振成像（MRI）方法。接收来自多个标记物的运动指示信号。使用MRI扫描参数扫描患者以生成MRI共振数据。使用所述MRI扫描参数将所述MRI共振数据重建成图像。根据所述运动指示信号确定患者的相对位置。修改扫描参数和图像重建参数中的至少一种以补偿患者的运动。
根据另一方面，一种磁共振系统包括磁共振扫描器和磁共振扫描控制器。所述扫描控制器控制所述磁共振扫描器以生成来自检查区域中的受检者的部分的磁共振数据，该受检者的部分经历运动。将多个标记物附着于受检者以监测所述检查区域之内的所述受检者的部分的运动。运动控制单元接收来自所述标记物的指示所述检查区域中的所述受检者的部分的运动的运动数据，并控制所述磁共振扫描控制器调节扫描参数，以补偿所述检查区域中的所述受检者的部分的运动。
根据另一方面，所述标记物包括响应于患者运动而移动的元件以及发射承载运动数据的信号的发射器。
一个优点在于实时测量患者位置。
另一个优点在于预期运动校正。
另一个优点在于和现有MRI工作流程完全兼容。
在阅读和理解以下详细描述之后，本领域技术人员将认识到本发明的另外的优点。
附图说明
本发明可以采集各种部件和部件布置，以及各种步骤和步骤安排的形式。附图仅出于说明优选实施例的目的，而不得被解释为对本发明的限制。
图1是根据本申请的无线运动校正系统的示意图；
图2和3是根据本申请的无线运动校正系统另一实施例的示意图；
图4是根据本申请的无线运动标记物的示范性图示；
图5和6是根据本申请的无线运动校正系统的运行的流程图。
具体实施方式
图1图示了根据本文所描述的各实施例的，使用磁共振成像（MRI）扫描器14执行预期运动校正（PMC）的磁共振（MR）扫描系统8。PMC技术在采集动态系列期间（例如在扫描期间）测量由于受检者运动造成的几何结构变化。在扫描器上实时校正受检者运动，从而实现图像系列中体积对准的改善。MR系统8包括无线一次性设备，以用于实时测量运动，从而能够进行动态校正。因此，能够在扫描期间患者移动时（例如10分钟、30分钟等）实时检测患者的位置和移动，并对扫描几何结构、重建参数等进行实时调节。
参考图1，图示了与MRI控制室相邻的RF屏蔽的MRI房间10，MRI控制室包括用于控制MRI扫描器14的运行的MRI控制单元12。通过利用铜皮、金属箔、等离子体、高金属含量（例如金属网）玻璃或诸如金属丝网的适于RF屏蔽的其他物质包封房间，实现RF屏蔽。MRI扫描器14包括主磁体16，主磁体16生成通过检查区域18的时间上均匀的B0场。主磁体能够是环形或膛型磁体、C形开放磁体、其他设计的开放磁体等。与主磁体16相邻设置的梯度磁场线圈20用于生成沿相对于B0磁场选定的轴的磁场梯度，以对接收的信号进行位置编码。相邻检查区域设置射频线圈，例如全身射频线圈22，以诱导共振和/或接收RF信号。任选地，除了全身RF线圈22之外或替代全身RF线圈22，提供局部、表面、或专用经直肠RF线圈22'。
扫描控制器24控制梯度控制器26，梯度控制器26令梯度线圈跨过整个成像区域施加选定的磁场梯度脉冲，这可以适于选定的磁共振成像或波谱序列。梯度脉冲还确定成像体积的中心、成像体积的x、y和z坐标的取向等。扫描控制器24还控制RF发射器28，RF发射器28令全身或局部RF线圈生成磁共振激励和操控B1脉冲。扫描控制器24还控制连接到全身或局部RF线圈的RF接收器30，以从所述线圈接收磁共振信号。MRI扫描器14在扫描控制器24的控制下根据选定序列运行，以激励磁共振。
将来自RF接收器30的接收数据暂时存储在数据缓存器32中并由磁共振重建处理器34处理。磁共振重建处理器34能够执行现有技术中已知的各种功能，包括图像重建、磁共振波谱法、导管或介入仪器定位等。重建的磁共振图像、波谱读数、介入式器械位置信息和其他处理的MR数据被显示于图形用户接口36上。图形用户接口36还包括用户输入设备，医生能够使用用户输入设备控制扫描控制器24以选择扫描序列和方案等。
利用附着于患者38的三个或更多标记物40确定患者38的运动和/或位置。MRI控制单元12中的运动单元42利用标记物40进行预期运动校正以及扫描参数的实时更新。将标记物40放置于患者上，从而能够检测沿x、y和z轴的移动分量以及绕这些轴的旋转移动分量。具体而言，运动单元42分析位置数据，并且尤其针对周期运动使用运动模型测量和预测扫描期间的患者运动。将标记物40调谐到特定共振频率。标记物40包括含物质44的腔室，在存在主磁场的情况下，该物质在接近但偏离成像频率的适当共振频率共振。适当物质包括NaCl溶液、水中掺杂的硫酸铜、维生素E等。共振频率与磁场强度成比例。因此，在存在磁场梯度的情况下，共振频率沿着梯度方向变化。为了确定x方向上的位置，例如，施加x梯度。那么共振频率就指示沿x方向的位置。通过相继施加x、y和z梯度并测量频率，容易确定沿x、y和z方向的物质位置，即x、y和z坐标。能够类似地使用x、y和z梯度生成沿x、y和z方向的相移。
通过电容器48等将拾取线圈46调谐到标记物共振频率。由诸如微控制器的控制器52控制诸如开关的部件50，以调谐和去谐拾取线圈46。接收器54从MR扫描控制器24接收控制信号以调谐和去谐拾取线圈46。控制器52还控制发射器56以发射共振信号。在一个实施例中，发射和接收经由频率从图像频率充分位移的RF信号，从而不会造成干扰，例如蓝牙。在另一实施例中，发射器56和接收器54发送和接收光信号。在另一实施例中，信号是声学的。在另一实施例中，MR线圈22、22'发送和接收指令。在另一实施例中，发射器是线圈46和RF线圈20、22'之间的电感耦合。模拟和数字信号都被考虑。
在成像序列中间隔布置位置测量RF和梯度脉冲，例如，RF激励随后是三个正交的梯度脉冲。MR扫描控制器24令标记物控制器54在成像期间去谐标记物拾取线圈46，在位置测量梯度脉冲的每个期间调谐标记物拾取线圈46，并令发射器56发射位置指示信号。
RF接收线圈22、22'检测标记物40产生的共振频率并向重建处理器34传送信息。运动单元42利用所检测共振频率的数据来生成位置信息，该位置信息指示标记物40的位置，具体而言指示感兴趣区域相对于成像体积中心的位置，以及相对于成像体积初始坐标轴的旋转。在一个实施例中，使用从标记物40生成的位置信息修改扫描序列的扫描参数，以便校正患者的运动。例如，将成像区域进行移动、旋转等，以将感兴趣区域保持在相同的相对位置和取向。对于另一实施例，在重建之前对接收的共振信号进行运动校正调节。
在扫描程序期间，在扫描序列中间歇地施加标记物定位RF脉冲和至少三个正交投影，以便识别标记物的位置。在一些实施例中，将MR序列的RF脉冲用于成像和标记物定位两者。使用该数据实时更新扫描或图像重建参数。这是通过包括与常规成像脉冲序列交错的间歇运动检测脉冲序列来实现的。响应于接收到运动检测脉冲序列，使用由标记物输送的特定共振频率测量标记物40，从而测量扫描期间的患者运动。在扫描期间预期地调节扫描和/或图像重建参数，以补偿患者的运动。例如，扫描程序包括一系列图像采集帧，所述一系列图像采集帧包括一系列交错的运动检测脉冲序列。每个运动检测序列都包括多个运动检测脉冲。在初始运动检测序列期间，将采集的运动检测脉冲信号进行数字化并存储为参考位置/旋转信号。这些参考信号指示扫描开始时患者的位置，之后充当参考，能够将接下来采集的运动检测脉冲信号与该参考进行比较。处理从标记物接收的特定共振频率以计算患者沿相应x、y和z轴的平移移动以及患者的旋转移动。通过比较扫描期间采集的位置/旋转信号与扫描开始时采集的参考位置/旋转信号来计算移动。通过查看周期性移动、加速度、轨迹等，能够预测将来的位置。
说明性实施例中的MRI控制单元12、MR扫描控制器24、梯度控制器26、重建处理器34、图形用户接口36和运动校正单元42包括至少一个诸如微处理器的处理器或其他软件控制的设备，所述设备被配置为执行预期运动校正软件，以执行下文进一步详细描述的操作。通常，在有形存储器或计算机可读介质上承载预期运动校正软件以由处理器执行。非暂态计算机可读介质的类型包括诸如硬盘驱动器、CD-ROM、DVD-ROM、因特网服务器等的存储器。还预见到处理器的其他实施方式。显示控制器、专用集成电路（ASIC）、FPGA和微控制器是可以为了提供处理器的功能而实施的其他类型部件的说明性范例。实施例可以使用处理器执行的软件、硬件或其一些组合来实施。
参考图2和3，图示了无线运动系统的另一实施例。RF屏蔽的磁共振成像（MRI）检查室110与MRI控制室相邻，MRI控制室包括用于控制MRI扫描器114的运行的MRI控制单元112。MRI扫描器114包括：主磁体116，其生成通过检查区域118的时间上均匀的B0场；与主磁体116相邻设置的梯度磁场线圈120，其用于沿相对于B0磁场选定的轴生成磁场梯度；以及与检查区域相邻设置的射频线圈，例如全身射频线圈122。
扫描控制器124控制梯度控制器126，梯度控制器126令梯度线圈跨过整个成像区域施加选定的磁场梯度脉冲，这可以适于选定的磁共振成像或波谱序列。扫描控制器124还控制RF发射器128，RF发射器128令全身或局部RF线圈生成磁共振激励和操控B1脉冲。扫描控制器124还控制连接到全身或局部RF线圈122、122'的RF接收器130，以从所述线圈接收磁共振信号。
将来自RF接收器130的接收数据暂时存储在数据缓存器132中并由磁共振重建处理器134处理。重建的磁共振图像、波谱读数、介入式仪器位置信息和其他处理的MR数据被显示于图形用户接口136上。图形用户接口136还包括用户输入设备，临床医师能够使用该用户输入设备控制扫描控制器124以选择扫描序列和方案等。
将三个或更多无线标记物140附着于患者138以测量患者138或感兴趣体积或器官的运动，并生成指示其的患者运动数据。标记物140的每个都包括一个或多个传感器142，传感器142检测患者138的位置、取向、位置变化、取向变化等中的一个或多个。标记物140放置于患者上，从而能够测量患者沿x、y和z轴的相对移动以及相对旋转移动。传感器142包括能够提供关于患者138的位置及移动的信息的加速度计、陀螺仪、霍尔元件等。例如，标记物140中的加速度计测量患者每次移动的方向和速度，并生成指示运动的移动数据。当然，其他传感器142能够与标记物140相关联，并非所有上述传感器142都必须在任何给定时间与标记物140相关联。
传感器142向对应标记物140的控制器144发射生成的移动数据。控制器144充当由传感器142测量的移动数据的收集点，并为数据提供暂时存储。可以由电池或从MRI序列电感提取的功率为标记物140供电。控制器144连接到通信单元146，通信单元146无线地发射所生成的移动数据。能够连续或周期性地发射所生成的移动数据。标记物140包括发射器148和天线150，以无线地向MRI控制单元112的受检者运动/位置单元152传送所生成的移动数据。应当认识到，尽管针对每个标记物140仅示出了一个天线150，但预见到有更多的天线。发射器148能够是工作在成像系统频率的RF发射器、声学收发器、IR或其他光学收发器等。
在图示的实施例中，MRI控制单元112的受检者运动/位置单元152包括通信单元154，通信单元154控制接收器158以及通过MRI检查室110的RF屏蔽延伸的一个天线156，以从标记物140接收生成的移动数据。受检者运动/位置单元天线156被图示为位于例如MRI检查室110的RF屏蔽墙壁上。还应当认识到，受检者运动/位置单元天线156位于MRI检查室110的RF屏蔽的墙壁上，从而使得通信频率通过屏蔽将信号传递到控制室中。此外，还应当认识到，尽管仅示意性图示了一个天线156，但预见到有更多天线。收发器148和收发器158之间的通信链路可以是光学的、声学的、RF或组合。
通信单元154向受检者运动/位置单元152中的控制器160发射所生成的移动数据，该单元充当由传感器142测量的移动数据的收集点并为数据提供暂时存储。控制器160连接到运动校正单元162，运动校正单元162根据移动数据确定患者138的运动或相对位置。运动单元142还使用一种或多种公知的预期运动校正算法分析移动数据以补偿扫描期间的患者移动。运动单元162使用一种或多种公知的预期运动校正算法来利用移动数据，并生成指示患者38位置的相对位置信息。使用从标记物140生成的位置信息修改扫描序列的扫描参数或重建参数，以便如上所述校正患者运动。注意，不必确定标记物的绝对位置，而仅确定相对位置。可以选择任意的位置，并使用运动信息在选定的任意位置校正并生成图像。
说明性实施例中的MRI控制单元112、MR扫描控制器124、梯度控制器126、重建处理器134、图形用户接口136、受检者运动/位置单元152、通信单元158和运动校正单元162包括诸如微处理器的至少一个处理器或其他软件控制的设备，所述设备被配置为执行预期运动校正软件，以执行下文进一步详细描述的操作。通常，在有形存储器或计算机可读介质上承载预期运动校正软件以由处理器执行。非暂态计算机可读介质的类型包括诸如硬盘驱动器、CD-ROM、DVD-ROM、因特网服务器等的存储器。还预见到处理器的其他实施方式。显示控制器、专用集成电路（ASIC）、FPGA和微控制器是可以为了提供处理器的功能而实施的其他类型部件的说明性范例。实施例可以使用处理器执行的软件、硬件或其一些组合来实施。
参考图4，图示了无线运动标记物40、140。所述标记物包括用于感测患者运动的运动设备202。运动设备包括输送运动信息的设备，例如如上所述的图1或3的实施例。运动设备202附着于黏合层206的顶表面204。将可移除底板210施加于黏合片，移除黏合片以将标记物附着于患者。运动设备202并非在顶表面上，它能够在底部黏合表面上。底板在运动设备附近的轴向或片部分上。在扫描程序之前，将可移除底板208移除，将标记物40、140放置在患者上的适当位置以感测运动。例如，可以在患者的躯干下方、躯干中间和躯干上方放置多个标记物以检测患者胸部的移动，例如呼吸期间隔膜的移动。标记物的尺寸、形状和数量可以变化，以适应待监测的运动和无线预期运动校正的方法。应当认识到，运动设备能够具有小到1毫米的直径，但更大的黏合片能够方便人工施加。能够在无菌条件下将标记物40、140封装在包装或封套之内。还应当认识到，标记物200由便宜且一次性的物质制造，从而在使用标记物200之后，能够丢弃标记物200。能够将视觉引导设备210施加于标记物以表示所包含的运动感测元件的位置。还预见到标记物额外监测患者的生理参数，例如温度和心率。
参考图5，图示了无线预期运动校正系统的运行的流程图。在步骤300中，将多个标记物40放置在患者上。在步骤302中，应用已经插入了运动感测子序列的成像序列。在步骤304中，传达由来自多个标记物的每个的运动感测磁场梯度导致的频率或相移。在步骤306中，从频率或相移数据推导出位置信息。也能够使用运动模型或根据所检测的运动标记物的方向、速度和加速度来估计规划的将来位置。在步骤308中，修改扫描序列的扫描参数以便校正患者的运动。备选地或额外地，在步骤310中，改变图像重建参数以补偿运动。
参考图6，图示了无线预期运动校正系统另一实施例的运行的流程图。在步骤400中，将多个标记物140放置在患者上。在步骤402中，多个标记物测量患者的相对运动并生成指示其的移动数据。在步骤404中，无线地向MRI控制单元传送运动数据。在步骤406中，确定患者的运动和位置。在步骤408中，修改扫描序列的扫描参数以便校正患者的运动。备选地或额外地，在步骤410中，改变图像重建参数以补偿运动。
已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解以上详细描述之后可以做出修改和变化。本发明旨在被解释为包括所有这样的修改和变化，只要它们落在权利要求书或其等价要件的范围之内。
Claims (14)
1.一种运动补偿的磁共振成像(MRI)方法，包括：
接收来自多个标记物(40)的运动指示信号；
使用MRI扫描参数扫描患者以生成MRI共振数据；
使用所述MRI扫描参数将所述MRI共振数据重建成图像；
根据所述运动指示信号确定所述患者(38)的至少感兴趣体积的相对位置；并且
修改所述扫描参数以补偿所确定的所述患者的相对运动，
其中，所述多个标记物中的每个标记物包括：
响应于磁共振扫描器(8)的射频激励在特性频率处共振的物质(44)；
控制器(52)，其将LC电路或RF微线圈调谐到所述特性频率，
从而采集所述运动指示信号。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在患者扫描期间，生成所述运动指示信号，从而使得所述运动指示信号的频率和相位中的至少一个指示所述标记物的相对位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制器(52)调谐和去谐所述LC电路或所述RF微线圈，并且所述方法还包括：
在图像数据收集期间去谐所述LC电路或所述RF微线圈；并且
在相对位置数据收集期间调谐所述LC电路或所述RF微线圈。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述相对位置数据收集与所述图像数据收集交错进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述标记物(40)每个都包括具有剥离粘合剂的片。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述标记物(40)还包括加速度计、陀螺仪和霍尔元件中的至少一种，以测量移动。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述标记物(40)无线地发射所述运动指示信号。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，将所述标记物(40)放置在所述患者上，从而能够检测所述患者的沿x、y和z轴的移动以及旋转移动。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括：
根据所述运动指示信号调节所述扫描参数以偏移并旋转扫描体积。
10.一种磁共振系统，包括：
磁共振扫描器(8)；
磁共振扫描控制器(24)，其控制所述磁共振扫描器以生成来自检查区域中的受检者的部分的磁共振数据，所述检查区域中的所述受检者的部分经历运动；
多个标记物(40)，其附着于所述受检者以监测所述检查区域之内的所述受检者的部分的所述运动；以及
运动控制单元(42)，其接收来自所述标记物的指示所述检查区域中的所述受检者的部分的所述运动的运动数据，并控制所述磁共振扫描控制器来调节扫描参数，以补偿所述检查区域中的所述受检者的部分的所述运动，其中，所述多个标记物中的每个标记物包括：
响应于磁共振扫描器的射频激励在特性频率处共振的物质(44)；
控制器(52)，其将与所述物质(44)相邻设置的LC电路或RF微线圈调谐到所述特性频率，从而采集所述运动数据。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述物质(44)响应于患者运动而移动，并且每个标记物包括：
发射器(56)，其发射承载所述运动数据的信号。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的系统，其中，
所述控制器(52)在调谐到所述特性频率的调谐状态和去谐状态之间切换所述LC电路或所述RF微线圈。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括：
接收器(54)，其无线地接收来自所述磁共振扫描控制器(24)的信号，以在采集磁共振数据期间将调谐的电路切换到所述去谐状态，并将所述LC电路或所述RF微线圈调谐到所述调谐状态以采集所述运动数据。
14.一种标记物(40)，包括：
元件(44)，其响应于患者运动而移动；以及
发射器(56)，其发射承载运动数据的信号，其中，所述元件包括响应于磁共振扫描器(8)的射频激励在特性频率处共振的物质(44)，并且所述标记物还包括：
电感电路，其与所述物质(44)相邻设置；
控制器(52)，其在调谐到所述特性频率的调谐状态和去谐状态之间切换所述电感电路；以及
接收器，其无线地接收来自MR扫描控制器(24)的信号，以在采集磁共振数据期间将调谐的电路切换到所述去谐状态，并将所述电感电路调谐到所述调谐状态以采集所述运动数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20170524 |