CN103792503A - 从双回波拍摄中生成原始数据组的方法以及磁共振设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于从借助磁共振设备（9）对位于所述磁共振设备（9）的测量体积（M）内的成像区域的双回波拍摄（38，39）中生成两个原始数据组（33，36）的一种方法、一种计算机程序产品和一种计算机可读的存储介质（27），本发明还涉及一种磁共振设备（9）。在对两个回波信号（38，39）以原始数据组（33，35）的形式对于不同的时间（TE₁，TE₂）进行拍摄和存储的范围内，将与成像区域相对应的k空间，或者仅为第一原始数据组完全扫描并且为第二原始数据组不完全地扫描，或者仅为第二原始数据组完全扫描并且为第一原始数据组不完全地扫描。在此，通过应用基于完全扫描的原始数据组的模型（4）来对不完全的原始数据组进行补足（6）。

Description

从双回波拍摄中生成原始数据组的方法以及磁共振设备

技术领域

本发明涉及一种用于从磁共振设备的双回波拍摄中生成原始数据组的方法、一种能够实施这种方法的相应的计算机程序产品以及一种用于此的磁共振设备。

背景技术

通过采集具有非常短的回波时间TE（例如TE<500μs）的磁共振数据（缩写MR数据），在磁共振断层造影技术中提供了新的应用领域。由此可以显示这样的物质或组织，其借助通常的序列（例如（T）SE序列（（Turbo）Spin Echo，（快速）自旋回波）或者GRE序列（Gradient Echo,梯度回波））不能被显示，原因是，其T2时间（该物质或组织的横向磁化的弛豫）比回波时间明显更短，并且由此该物质或组织的相应的信号在拍摄时刻已经衰减（zerfallen）。借助位于相应衰减时间的范围内的回波时间，例如可以在MR图像中显示骨头、牙齿或者冰，即使这些对象的T2时间位于30－80μs的范围内。

一种用于实现短的回波时间的方法是，通过采集自由感应衰减FID（FreeInduction Decay）来点状地对k空间进行扫描。这样的方法也被称为单点成像（Einzelpunkt-Bildgebung），原因是，每次HF激励时基本上只采集在k空间内的一个原始数据点。用于单点成像的该方法的一个例子是RASP方法（“Rapid Signal Point(RASP)Imaging，快速信号点成像”，由O.Heid，M.Deimling在1995年发表在SMR,3rd Annual Meeting第684页）。按照RASP方法，对于HF激励之后经历回波时间TE的固定时刻，读取在k空间内的原始数据点，所述原始数据点的相位由梯度进行编码。借助磁共振设备为每个原始数据点或测量点来改变梯度，并且由此逐点地扫描k空间。

为了建立只显示具有非常短的T2时间的物质或者组织的图像，例如骨头，通常例如实施两次RASP方法，其中RASP方法在第一过程中借助这样短的回波时间TE进行工作，使得例如骨头还提供信号，并且其中RASP方法在第二过程中借助相应较长的回波时间TE进行工作，使得骨头不再提供信号。RASP方法的每个过程各提供一个图像，其中这样生成的两个图像彼此相减，使得在得到的差图像（Differenzbild）内仅仅还显示具有非常短的T2时间的组织或物质。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，优化借助非常短的回波时间进行双回波测量的测量时间，并由此优化借助磁共振设备采集图像数据组的总测量时间。

下文中，参考要求保护的方法对所述技术问题的按照本发明的解决方案进行描述。在此提到的技术特征、优点或替换的实施方式同样也可以转用到其他要求保护的内容，反之亦然。换言之，可以利用关于所描述的或要求保护的方法的特征对例如针对设备的产品权利要求进行扩展。方法的相应的功能性特征在此通过相应的产品模块、特别是通过硬件模块来构造。

本发明使用了一种用于基于完全扫描的原始数据组对欠扫描的原始数据组进行补足的模型，以便明显地减少借助非常短的回波时间进行双回波测量的测量时间。

在此提供了一种方法，其借助磁共振设备从位于磁共振设备的测量体积内的成像区域的双回波拍摄中生成两个原始数据组，并且具有如下步骤：

-扫描与成像区域相对应的k空间，包含以下步骤：

a）借助磁共振设备的HF发送-接收装置来辐射HF激励脉冲，

b）在辐射的激励脉冲之后经历第一时间后，借助HF发送-接收装置来拍摄第一回波信号，并且以第一原始数据组的形式存储第一回波信号，

c）在辐射的激励脉冲之后经历与第一时间不同的第二时间后，借助HF发送-接收装置来拍摄第二回波信号，并且以第二原始数据组的形式存储第二回波信号，

d）在借助磁共振设备的梯度场系统接通用于位置编码的不同梯度的条件下，重复步骤a）至c），从而在与中止准则（Abbruchkriterium）相应的最大次数的重复之后，将与成像区域相对应的k空间，或者为第一原始数据组完全扫描并且为第二原始数据被不完全扫描，或者为第二原始数据被完全扫描并且为第一原始数据被不完全扫描，并且

-借助磁共振设备的评估装置对不完全的原始数据组进行补足，其中所述补足包含了使用基于完全原始数据组的模型。

通过根据上面实施的中止准则按照本发明重复进行步骤a）至c），仅对两个原始数据组中的一个进行完全扫描已经足够。这就成为了补足不完全扫描的原始数据组的基础。

通过将这样的方法（也被称作Compressed Sensing，压缩探测）集成在用于提供图像数据组的过程中，可以明显地减少借助非常短的回波时间进行双回波测量的测量时间。

在优选的实施方式中，从完全的和已补足的原始数据组中分别重建出图像数据组。通过减少总的双回波测量的测量时间，至从每个原始数据组中能够重建出图像的时间也被减少。

在有利的实施方式中，从两个重建了的图像数据组中计算出差图像。因为在第一扫描过程中所采集的结果中包含了几乎所有物质和组织（包含骨头、牙齿和冰）的信号，而在第二扫描过程中所采集的结果中只包含具有相应的长T2时间的物质和组织的信号。由此，差图像仅仅包含具有短T2时间的物质和组织，其不包含在第二图像中。因此例如可以在差图像中仅仅显示骨头。此外，例如第二扫描可以发生在HF激励脉冲之后的大于400μs后（也就是具有400μs的回波时间），原因是，骨头的信号在该时间（400μs）之后已经衰减了。

按照本发明的实施在计算差图像时包含加权，所述加权和在成像区域内主要的（herrschenden）时间常数有关。

在一个实施例中，将与成像区域相对于的k空间，或者为第一原始数据组完全扫描并且为第二原始数据组扫描一半，或者为第二原始数据组完全扫描并且为第一原始数据组扫描一半。以这种方式将重复次数和由此将测量时间减少了多达50%。

在一个有利的实施例中，在最后辐射的激励脉冲之后直到开始拍摄回波信号所经过的时间TE1等于在HF发送-接收装置的发送模式和接收模式之间的最小的切换时间。因此在本方法中回波时间TE1的下限仅由硬件常数所限制。

在一个合适的应用情况中，在拍摄第一回波信号数据组之后，将梯度（G_x,G_y,G_z）变换极性，并且然后拍摄第二回波信号数据组。

在一个特别合适的应用情况中，对与成像区域相对应的k空间，沿着在k空间的一个象限内的径向轨迹，为第一原始数据组进行扫描，并且沿着穿过整个k空间的径向轨迹，为第二原始数据组进行扫描。

在本发明的范围内还提供了一种用于从双回波拍摄中生成两个原始数据组的磁共振设备。在此，磁共振设备包含断层造影装置，所述断层造影装置具有磁体单元和梯度系统，用于在测量体积内生成磁场和梯度场，磁共振设备还包含用于控制断层造影装置的控制单元、用于接收由断层造影装置所拍摄的回波信号并且用于发送HF激励脉冲的发送-接收装置以及用于评估信号并且用于生成两个原始数据组的评估装置。

构造断层造影装置以便扫描与成像区域相对应的k空间，并且以便执行如下步骤：

a）借助磁共振设备的HF发送-接收装置来辐射HF激励脉冲，

b）在辐射的激励脉冲之后经历第一时间后，借助HF发送-接收装置来拍摄第一回波信号，并且以第一原始数据组的形式存储第一回波信号，

c）在辐射的激励脉冲之后经历与第一时间不同的第二时间后，借助HF发送-接收装置来拍摄第二回波信号，并且以第二原始数据组的形式存储第二回波信号，

d）在借助磁共振设备的梯度场系统接通用于位置编码的不同梯度的条件下，重复步骤a）至c），从而在与中止准则相应的最大次数的重复之后，将与成像区域相对应的k空间，或者为第一原始数据组完全扫描并且为第二原始数据组不完全扫描，或者为第二原始数据组完全扫描并且为第一原始数据组不完全扫描。

评估装置被构造用于对不完全的原始数据组进行补足，其中通过使用基于完全原始数据组的模型来实施补足。

此外，本发明描述了一种计算机程序产品，尤其是一种计算机程序或者软件，其可以加载到磁共振设备的可编程控制器或计算单元的存储器内。当计算机程序产品在磁共振设备的控制器或者控制装置内运行时，借助这种计算机程序产品可以实施按照本发明的方法的所有的或者不同的上面描述的实施方式。在此，计算机程序产品可能需要程序资源，例如库和辅助函数，以便实现所述方法的相应的实施方式。换言之，借助针对计算机程序产品的权利要求尤其为计算机程序或者软件给予保护，通过其可以执行按照本发明的方法的上面描述的实施方式之一，或者其执行该实施方式。在此，软件可以是还必须编译和链接或者只进行解释的源代码，或者是可执行的软件代码，所述软件代码仅仅还需要加载到相应的计算单元内以便执行。

此外，本发明还涉及一种计算机可读的存储介质，例如DVD、磁带或者USB存储棒，在其上存储了电子可读的控制信息、特别是软件。在这些控制信息由数据载体读取并且存储在磁共振设备的控制器或计算单元内时，上面描述的方法的所有按照本发明的实施方式均可实现。

按照本发明的磁共振设备的、按照本发明的计算机程序产品的和按照本发明的计算机可读的存储介质的优点基本上对应于按照本发明的方法的优点，后者在上文中已经详细描述过，所以在此不再赘述。

附图说明

下面结合在附图中示出的实施例进一步描述和解释本发明。其中，

图1示出了按照本发明的磁共振设备的示意图，

图2示出了用于借助PETRA序列对双回波拍摄进行采集的示意图，以及

图3示出了按照本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了（磁共振成像设备的或核自旋断层造影设备的）磁共振设备9的示意图。在此，基本场磁体10生成时间上恒定的强磁场，以便用于在对象11的检查区域（例如人体的待检查部分）内的核自旋进行极化或者对齐（Ausrichtung），所述对象躺在工作台12上以便被移入磁共振设备9中进行检查。核自旋共振测量所需要的基本磁场的高均匀性被限制在典型的球形的测量体积M内，人体的待检查部分要被推进到所述测量体积内。为了支持均匀性要求并且尤其是为了排除时间上不变的影响，在合适的位置上安置了由铁磁材料构成的所谓的匀场板（Shim-Bleche）。如果时间上可变的影响是不期望的，那么通过匀场线圈13来排除。

在基本场磁体10内安装了圆柱体形状的梯度场系统14，其由三个部分线圈组成。每个部分线圈由放大器供应电流，以便在笛卡尔坐标系的每个方向上生成线性的（也是时间上可变的）梯度场。在此，梯度场系统14的第一部分线圈在x方向上生成梯度G_x，第二部分线圈在y方向上生成梯度G_y，以及第三部分线圈在z方向上生成梯度G_z。放大器包含数字模拟变换器DAC，其由序列控制器15控制以便时间正确地生成梯度脉冲。

至少一个高频天线16位于梯度场系统14中，所述高频天线将由高频功率放大器发送的高频脉冲转换成交变磁场，以便对核进行激励并且对待检查对象11的或者对对象11的待检查区域的核自旋进行对齐。每个高频天线16由一个或多个HF发送线圈和多个HF接收线圈或HF接收天线以组件线圈的环形优选线形或阵列形的布置形式组成。通过每个高频天线16的HF接收线圈也将从进动的核自旋中发出的交变场（也就是通常由脉冲序列从一个或多个高频脉冲和一个或多个梯度脉冲中产生的核自旋回波信号（Kernspinechosignale））转换成电压（测量信号），所述电压经由放大器17被输送到高频系统19的高频接收通道18。此外，高频系统19包含发送通道20，在所述发送通道中生成用于激励核磁共振的高频脉冲。在此，基于由设备计算器21预先给定的脉冲序列，将各个高频脉冲在序列控制器15中数字地显示为复数的序列。该数列作为实部和虚部分别通过输入端22输送给在高频系统19内的数字模拟变换器DAC，并且从那里输送给发送通道20。在发送通道20内将脉冲序列加调制到高频载波信号其基频是在测量体积内的核自旋的共振频率。

通过发送-接收切换器（Sende-Empfangsweiche）23来进行从发送工作模式到接收工作模式的切换。高频天线16的HF发送线圈辐射高频脉冲，以便激励在测量体积M内的核自旋，并且经由HF接收线圈来扫描所得到的回波信号。将相应获得的核共振信号在接收通道24（高频系统19的第一解调器）内相位敏感地解调为中间频率，并且在模拟数字转换器ADC内进行数字化。还将该信号解调至频率零。在数字化至数字域之后，在与输出端32相连接的第二解调器18中进行解调至频率零以及分解成实部和虚部。

通过图像计算器25，从这样获取的测量数据中重建出MR图像。由设备计算器21来进行对测量数据、图像数据和控制程序的管理。基于控制程序的预给定值，序列控制器15对各个期望的脉冲序列的生成以及k空间的相应的扫描进行控制。特别地，序列控制器15在此对梯度的时间正确的接通、具有定义的相位幅度的高频脉冲的发送以及核共振信号的接收进行控制。用于高频系统19和序列控制器15的时基由合成器26提供。通过终端28选择相应的例如存储在DVD27上的控制程序，以便生成MR图像，以及显示所生成的MR图像，所述终端包含键盘29、鼠标30和显示器31。

图2示出了用于借助PETRA序列对双回波拍摄进行采集的示意图。在时间TE₁后拍摄第一回波信号38之后，将梯度变换极性，并且在TE₂后拍摄第二回波信号39。以原始数据组的形式存储回波信号38、39。

对于第一原始数据组的采集，对从k空间的中心向外的半投影进行拍摄，而在采集第二原始数据组时，对k空间进行完全扫描。由此，与仅仅对一个原始数据组进行拍摄相比较，最小的重复时间上升了2至3倍。

重复的次数等于半投影（Halbprojektion）的数目，所述半投影是对第一原始数据组的k空间进行完全扫描所需要的。在此，对第二原始数据组的k空间以实际所需的两倍密度进行扫描。

如果现在重复的数目例如降低了50%，那么在这种情况下对第二原始数据组33的k空间进行完全扫描，而对第一原始数据组35的k空间仅仅以所需密度的一半进行扫描，这就相当于在一定重复数目之后的中止准则。于是，该按照本发明的操作方法需要一个模型，以便将欠扫描的原始数据组35基于完全扫描的原始数据组33进行补足。这例如通过压缩探测（Compressed Sensing）算法来实现。

在图2中示出的实施例中，在辐射HF激励脉冲8之前，对梯度G_x，G_y，G_z进行接通。这是对于所描述的PETRA序列的特征，而对于按照本发明的方法来说不是必要条件。

图3示出了按照本发明的方法的流程图。在方法步骤1中启动扫描过程，并且在方法步骤5和2过程中，针对第一原始数据组对k空间进行不完全扫描和针对第二原始数据组对k空间进行完全扫描。这得到了不完全的第一原始数据组35和完全的第二原始数据组33。

在方法步骤4中，完全的第二原始数据组33被用作补足第一原始数据组35的模型。在方法步骤6中，为补足欠扫描的第一原始数据组35，将所述模型用于该原始数据组。这得到了补足后的第一原始数据组36。由此可以在方法步骤7中，从补足后的第一原始数据组36中重建出第一图像数据组37。

在方法步骤3中，从完全扫描的第二原始数据组33中进行第二图像数据组34的重建。

替换地，也可以交换方法步骤2和5，也就是说，对k空间针对第二原始数据组来进行不完全扫描并且针对第一原始数据组进行完全扫描。随后类似于上面描述的方法进行图像重建。

总而言之，本发明涉及用于借助磁共振设备对位于磁共振设备的测量体积内的成像区域的双回波拍摄中生成两个原始数据组的一种方法、一种计算机程序产品和一种计算机可读的存储介质，并且涉及一种磁共振设备。在对两个回波信号以原始数据组的形式对于不同的时间进行拍摄和存储的范围内，将与成像区域相对应的k空间，或者仅为第一原始数据组完全扫描并且为第二原始数据组不完全地扫描，或者仅为第二原始数据组完全扫描并且为第一原始数据组不完全地扫描。在此，通过应用基于完全扫描的原始数据组的模型来对不完全的原始数据组进行补足。

Claims (12)

1.一种用于从借助磁共振设备（9）对位于所述磁共振设备（9）的测量体积（M）内的成像区域的双回波拍摄（38，39）中生成两个原始数据组（33，36）的方法，

包含步骤：

-扫描与成像区域相对应的k空间，包含步骤：

a）借助所述磁共振设备（9）的HF发送-接收装置来辐射HF激励脉冲（8），

b）在所辐射的激励脉冲（8）之后经历第一时间（TE₁）后，借助所述HF发送-接收装置来拍摄第一回波信号（38），并且以第一原始数据组的形式存储所述第一回波信号（38），

c）在所辐射的激励脉冲（8）之后经历与所述第一时间（TE₁）不同的第二时间（TE₂）后，借助所述HF发送-接收装置来拍摄第二回波信号（39），并且以第二原始数据组的形式存储所述第二回波信号（39），

d）在借助所述磁共振设备（9）的梯度场系统（14）来接通用于位置编码的不同梯度（G_x，G_y，G_z）的条件下，重复步骤a）至c），从而在与中止准则相应的最大次数的重复之后，将与所述成像区域相对应的k空间，或者为所述第一原始数据组进行完全扫描并且为所述第二原始数据组进行不完全扫描，或者为所述第二原始数据组进行完全扫描并且为所述第一原始数据组进行不完全扫描，并且

-借助所述磁共振设备（9）的评估装置对不完全的原始数据组进行补足（6），其中，所述补足（6）包含了使用基于完全的原始数据组的模型（4）。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，从所述完全的原始数据组和所补足后的原始数据组中分别重建出图像数据组（3，7）。

3.按照权利要求2所述的方法，其中，从两个重建的图像数据组（3，7）中计算出差图像。

4.按照权利要求3所述的方法，其中，所述差图像的生成包含加权，该加权与在所述成像区域内主要的时间常数有关。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，将与所述成像区域相对应的k空间，或者为所述第一原始数据组进行完全地扫描并且为所述第二原始数据组扫描一半，或者为该第二原始数据组进行完全地扫描并且为该第一原始数据组扫描一半。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述第一时间（TE₁）是在所述HF发送-接收装置的发送模式和接收模式之间的最小切换时间。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，在所述第一原始数据组的拍摄之后，将所述梯度（G_x，G_y，G_z）变换极性，并且随后拍摄所述第二原始数据组。

8.按照权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，在重复步骤d）中，将与所述成像区域相对应的k空间，沿着在k空间的一个象限内的径向轨迹，为第一原始数据组进行扫描，并且沿着穿过整个k空间的径向轨迹，为第二原始数据组进行扫描。

9.一种磁共振设备（9），用于从位于所述磁共振设备（9）的测量体积（M）内的成像区域的双回波拍摄（38，39）中生成两个原始数据组（33，36），

其中，所述磁共振设备（9）包含：断层造影装置，其具有用于在所述测量体积（M）内生成磁场和梯度场的磁体单元和梯度场系统（14）；控制单元，用于控制所述断层造影装置；发送-接收装置，用于接收由该断层造影装置所拍摄的回波信号（38，39）并且用于发送HF激励脉冲（8）；以及评估装置，用于评估信号并且用于生成两个原始数据组（33，36），

其中，所述断层造影装置被构造用于扫描与所述成像区域相对应的k空间并且用于执行下述步骤：

a）借助所述磁共振设备（9）的HF发送-接收装置来辐射HF激励脉冲（8），

b）在所辐射的激励脉冲（8）之后经历第一时间（TE₁）后，借助所述HF发送-接收装置来拍摄第一回波信号（38），并且以第一原始数据组的形式存储所述第一回波信号（38），

c）在所辐射的激励脉冲（8）之后经历与所述第一时间（TE₁）不同的第二时间（TE₂）后，借助所述HF发送-接收装置来拍摄第二回波信号（39），并且以第二原始数据组的形式存储所述第二回波信号（39），

d）在借助所述磁共振设备（9）的梯度场系统（14）来接通用于位置编码的不同梯度（G_x，G_y，G_z）的条件下，重复步骤a）至c），从而在与中止准则相应的最大次数的重复之后，将与所述成像区域相对应的k空间，或者为所述第一原始数据组进行完全扫描并且为所述第二原始数据组进行不完全扫描，或者为所述第二原始数据组进行完全扫描并且为所述第一原始数据组进行不完全扫描，并且

其中，所述磁共振设备（9）的评估装置被构造用于对不完全的原始数据组进行补足（6），其中，在使用基于完全的原始数据组的模型（4）的条件下进行所述补足（6）。

10.按照权利要求9所述的磁共振设备（9），其中，具有所述磁体单元和所述梯度场系统（14）的断层造影装置、所述控制单元、所述发送-接收装置和所述评估装置被构造用于实施按照权利要求1至8中任一项所述的方法。

11.一种计算机程序产品，其包含程序并且可以直接加载在磁共振设备（9）的可编程控制装置的存储器内，所述计算机程序产品具有程序资源，以便在所述磁共振设备（9）的控制装置中运行所述程序时，实施按照权利要求1至8中任一项所述的方法的全部步骤。

12.一种电子可读的数据载体（27），其具有其上存储的电子可读的控制信息，所述控制信息这样被构造，使得在将所述数据载体（27）使用在磁共振设备（9）的控制装置中的情况下，实施按照权利要求1至8中任一项所述的方法。

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