CN104395773A - 贯穿平面的导航器 - Google Patents

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Abstract

一种磁共振扫描器(10)，包括：主磁体(12)、梯度线圈(14)和梯度线圈控制器(28)、一个或多个RF线圈(16、50)、RF发射器(30)、RF接收器(34)以及一个或多个处理器(38)。所述主磁体(12)生成B0场。所述梯度线圈(14)和梯度线圈控制器(28)生成跨所述B0场的梯度。所述一个或多个RF线圈(16、50)发射B1脉冲并接收磁共振信号。所述RF发射器(30)将B1脉冲发射到所述RF线圈以激励并操纵共振。所述RF接收器(34)将接收的共振信号解调成数据线。所述一个或多个处理器(38)被连接到所述梯度线圈控制器(28)、所述RF发射器(30)以及所述RF接收器(34)，并且所述一个或多个处理器(38)被编程为：控制(70)所述RF发射器和所述梯度线圈控制器以实施交错多切片2D成像序列，所述交错多切片2D成像序列在多个TR中的每个中针对多个切片中的每个生成第一导航数据线和第二导航数据线以及至少一个图像数据线。所述一个或多个处理器还被编程为：将来自所述多个切片的所述第一导航数据线重建(74)成第一导航投影图像，将来自所述多个切片的所述第二导航数据线重建(74)成第二导航图像；并且比较(76)连续的导航投影图像以检测并调整(78)3D运动。

Description

贯穿平面的导航器
技术领域
本申请总体上涉及磁共振(“MR”)医学成像。本申请特别适于与MR成像中的运动检测和校正相结合，并将特别参考其加以描述。然而，应当理解，本申请还适用于其他使用场合并且不一定限于前述应用。
背景技术
在头部成像中，对象刚体运动相对于针对MRI扫描激励的切片/片层发生在三维(“3D”)中，即平面内运动和贯穿平面的运动。例如，在2D多切片轴向或横向扫描中，对象将以点头肯定地回答问题，该点头主要是绕左-右轴的贯穿平面的旋转。作为对问题的否定回答的姿势的侧向摇头是主要在轴向成像平面内的旋转运动，而且还包括一些贯穿平面的方面。贯穿平面的运动的校正能够回溯地或前瞻地发生。诸如PROPELLER(周期性旋转重叠平行线伴增强重建)的回溯技术不校正由于不一致的成像体积引起的二维(“2D”)多切片成像中的贯穿平面的运动。一种前瞻技术采用额外的硬件，这需要设置和校准，从而延长了总体扫描时间。第二种前瞻技术采用具有额外的射频(RF)激励的导航器模块，这易受来自成像序列的RF激励的干扰。
发明内容
本申请公开了一种新的且改进的贯穿平面的导航器，所述贯穿平面的导航器解决了以上提到的问题以及其他问题。
根据一个方面，一种磁共振扫描器包括主磁体、梯度线圈和梯度线圈控制器、一个或多个RF线圈、RF发射器、RF接收器以及一个或多个处理器。所述主磁体生成B0场。所述梯度线圈和梯度线圈控制器生成跨所述B0场的梯度。所述一个或多个RF线圈发射B1脉冲并接收磁共振信号。所述RF发射器将B1脉冲发射到所述RF线圈以激励并操纵共振。所述RF接收器将接收的信号解调成数据线。所述一个或多个处理器被连接到所述梯度线圈控制器、所述RF发射器以及所述RF接收器，并且所述一个或多个处理器被编程为：控制所述RF发射器和所述梯度线圈控制器以实施交错多切片2D成像序列，所述交错多切片2D成像序列在多个TR中的每个中针对多个切片中的每个生成第一导航数据线和第二导航数据线以及至少一个图像数据线。所述一个或多个处理器还被编程为：将来自所述多个切片的所述第一导航数据线重建成第一导航投影图像，将来自所述多个切片的所述第二导航数据线重建成第二导航图像；并且比较连续的导航投影图像以检测并调整3D运动。
根据另一方面，一种磁共振成像的方法包括实施交错多切片2D成像序列，所述交错多切片2D成像序列在多个重复(TR)中的每个中针对多个切片中的每个生成第一导航数据线和第二导航数据线以及至少一个成像数据线。在每个TR后，将来自所述多个切片的所述第一数据线重建成第一导航投影图像。在每个TR后，将来自所述多个切片的所述第一数据线重建成第二导航投影图像。比较连续的导航投影图像以检测并调整3D运动。
根据另一方面，一种磁共振扫描器包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器在多个重复TR中的每个中，从交错2D多切片成像序列中的每个回波链采集数据，所述成像序列在多个切片中的每个中生成彼此正交的导航数据线和彼此平行的成像数据线。在每个重复TR后，将来自所述多个切片的所述导航数据线重建成正交的导航图像。比较来自每个重复时间的连续的所重建的导航图像以检测运动。基于所比较的导航图像中的所检测的运动来对所述成像数据线和/或所述交错2D多切片成像序列进行重新取向。
一个优点在于用于动态运动检测和校正的快速技术。
另一优点包括当运动发生时继续针对成像切片的数据采集。
另一优点在于没有额外的硬件。
另一优点在于任选的自导航。
另一优点包括刚体运动检测和校正。
本领域技术人员在阅读并理解下文详细描述后，将认识到本申请的更进一步的优点。
本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于说明优选实施例的目的，并且不得被解释为对本发明的限制。
附图说明
图1示意性地图示了MR成像系统的实施例；
图2以图解方式图示了具有导航回波的MR交错成像序列的一个实施例；
图3以图解方式图示了导航器平面与成像平面之间的空间关系；
图4图示了示例性所重建的导航图像；
图5图示了使用导航平面的示例性运动检测；
图6将成像方法的一个实施例表示为流程图。
具体实施方式
参考图1，示意性地图示了MR成像系统5的实施例。MR扫描器10的横截面示出了主磁体线圈12、梯度绕组14以及射频(“RF”)线圈16。线圈和/或绕组被容纳在具有开放式中心膛20的环形外壳18中。对象22通过膛20被支撑在对象支撑物24上，对象支撑物24以连续或步进的基础移动。所述对象平行于轴26移动，轴26是扫描器10的膛20的中心。扫描区域位于膛20内，例如在邻近等中心的区域中。主磁体线圈12生成主磁场或B0磁场。在发射相位期间，梯度线圈14和/或RF线圈16以各种配置中的任一种生成B1场或RF激励脉冲。梯度线圈14由梯度控制器28控制以创建跨所述B0场的磁场梯度。RF线圈16由RF发射器30控制。梯度控制器28和RF发射器30两者都由序列控制器32协调。序列控制器32控制所述磁场的发射或生成的计时以实施选择的成像序列。RF接收器34解调由RF线圈16或局部线圈拾取的共振信号以生成图像数据。序列控制器或处理器32和RF接收器34被连接到网络36。所述网络能够是直接连接、间接连接、有线配置、无线配置、局部网络、远程网络、私有网络、因特网或特定组合。
扫描控制器32单独地或与配置于一个或多个服务器中的一个或多个系统处理器38相组合地被编程为操作扫描器10以执行所选择的成像协议。一个或多个处理器38接收并处理从所述RF接收器采集的成像数据。一个或多个处理器38包括局部存储器和/或与存储存储器40的连接。所采集的数据被一个或多个处理器38重建成图像，例如一系列平行2D图像切片、3D体积图像等。成像软件控制一个或多个处理器38并包括非暂态计算机指令，所述非暂态计算机指令能够被存储在存储存储器40上，例如被存储在患者记录数据库、局部磁盘、网络附接的存储设备等上。
成像工作站42被连接到网络36。成像工作站42包括显示设备44、一个或多个处理器46以及一个或多个输入设备48。显示设备44显示诸如2D图像切片的图像。显示设备44还能够显示菜单、输入屏幕、面板、成像序列列表等以供健康护理从业者选择成像协议。所述护理从业者使用诸如键盘、鼠标、扩音器等的输入设备48之一来输入诸如对象信息、扫描协议、图像操纵指令等的信息。一个或多个处理器46能够包括于控制成像序列和接收成像数据的一个或多个处理器38中或独立于控制成像序列和接收成像数据的一个或多个处理器38。成像工作站42能够是台式计算机、笔记本电脑、平板电脑、移动设备等。所述图像、患者数据以及其他数据被存储在诸如医院记录数据库的存储存储器50中的患者记录中。
任选地，使用一个或多个局部RF线圈50。局部线圈50能够是有线的或无线的。所述局部线圈包括适于对所述对象的局部区域进行成像的形状和配置。例如，局部线圈包括头部线圈、脊柱线圈、TMJ线圈等。所述局部线圈能够生成B1场或能够是仅接收的线圈。在仅接收的实施例中，RF线圈16生成共振激励和操纵脉冲并且所述局部线圈拾取由接收器34解调的共振信号以产生图像数据。成像数据被发射到一个或多个处理器38以用于图像重建。
尽管图示为膛型磁体扫描器，但是也预见C型磁体扫描器、开放式扫描器等。
图2示出了具有一个实施例的导航回波54的MR交错成像序列52。在交错成像序列52的一个重复时间56(TR)期间，针对例如在x、y平面中的多个切片58(图3)采集图像数据。激励脉冲60根据所选择的成像序列激励编码有RF脉冲和梯度脉冲的共振来生成共振信号，所述共振信号在针对每个切片58的采集相位62中被读出。在实时MR成像中，重复时间56通常为大约20-30毫秒。在该范例中，tNavx,y回波或导航回波54、回波1以及回波2被包含于采集相位62的回波链64中。也就是说，所述序列控制器控制所述梯度线圈控制器和所述RF发射器以诱发两个导航回波，所述两个导航回波被所述接收器读出为导航k空间的kx＝0和ky＝0的数据线。也预见导航k空间的其他线。在所述导航回波被诱发并读出后(或前)，具有多个相位编码中的每个的多个回波被诱发并读出，并被存储在对应切片的k空间存储器中。通常，在每个TR中仅每个切片的k空间数据线的一部分被读出。可能需要若干TR来填充针对每个切片的k空间。在每个TR的结束处，例如通过逆2D傅里叶变换来重建来自所有切片的kx＝0的数据线以在横向于切片图像58的平面的平面中生成一幅投影导航图像66。来自所有切片的ky＝0的数据线被重建成正交于切片图像58和第一导航图像66两者的第二导航图像68。通过将一个TR中的导航图像与来自上一个TR的导航图像进行比较，在三维中容易确定两个TR之间的运动。回波链64的顺序和组成由所述成像协议确定。导航图像66是在y方向上投影的投影图像，并且投影图像68是在x方向上投影的投影图像。
在图3中，图示了空间关系。2D图像切片58被定义在一系列平行平面中。导航图像66和68正交于所述图像平面并彼此正交。导航图像66、68被示出在k空间中，其中，一幅图像66取向在z-y平面中并且一幅图像68取向在z-x平面中。成像切片58平行于x-y平面。能够将z轴平行于所述对象的轴26以生成轴向切片或不同切片。
在备选实施例中，导航54被嵌入到所述成像数据中。所述成像数据被采集，例如径向采集，其中，所述激励被正交地执行并且所重建的图像数据充当用于自导航的低分辨率导航图像66、68。
图4示出了每个发射或TR后所重建的示例性导航图像66、68。采集所述图像，所述图像在k空间中正交于图像切片。逆1D傅里叶变换(1DFT)被用来将ky＝0的k空间数据线和kx＝0的k空间数据线重建成导航图像对66、68。范例示出了大脑扫描。上面的tNav或导航图像68示出了大脑的矢状图，而下面的tNav或导航图像66示出了大脑的冠状图。在这个实例中，两幅图像都正交于横向或轴向图像切片58。
图5图示了使用导航图像的示例性运动检测。示出了四个参考扫描。前两个扫描是轴向扫描和冠状扫描。在扫描3的中途，对象给出涉及旋转运动的摇头“不”。与扫描1相比，扫描4图示了移动中的差异。tNav或导航图像66的对之一被显示在参考图像下面。通过比较来自连续TR或发射的导航图像，将看出发射6与7之间发生的运动。在15度处测量使用导航图像66的旋转平面。
使用区域图像相关来比较低分辨率导航图像66、68以确定平移和旋转。区域图像相关算法计算效率高并产生快速结果。之后通过k空间平移/旋转来调整成像数据采集。针对连续采集使用经调整的k空间来采集在下一个TR序列56中的数据。
参考图6，将MR成像方法的一个实施例表示为流程图。在步骤70中，生成激励脉冲60以诱发所述切片之一中的共振。在步骤72中，采集一系列共振信号，所述一系列共振信号被解调以在一个切片中生成导航数据线的对和一系列k空间数据线。在备选实施例中，数据采集将导航成像嵌入通过正交场，例如，在径向采集中。针对每个切片重复所述激励和所述采集直到已经从所有切片中采集到数据。在重复时间(TR)的结束处，在步骤76中从导航k空间数据线重建低分辨率导航图像的对。
在决策步骤78中，比较连续导航图像以检测运动。在成像中使用解剖结构和各种标准技术识别运动。例如，在图像中识别相同特性特征，并且在随后的导航图像中的位置中的任何变化指示平移、旋转等。如果检测到运动，则在步骤80中，使用所测得的运动对k空间进行重新取向以用于随后的数据采集。或者，对梯度脉冲的成像坐标系进行重新取向以使得成像系统相对于成像区域的坐标系保持恒定。利用重新取向的k空间或坐标系继续该过程。在步骤82中，所述系统确定是否有另一TR。如果需要，则所述系统以生成B1场为开始而开始另一序列。如果不需要另外的TR来完成诊断图像数据采集，则在步骤84中重建成像k空间数据线。能够使用3D重建或一系列2D重建来重建所述数据。在步骤86中，所重建的图像切片或其他图像被显示和/或存储以供以后查看。所重建的图像能够被存储在诸如影像归档和通信系统(PACS)、影像信息系统(RIS)等的存储管理系统中。所重建的图像切片能够被显示在诸如监视器、计算机屏幕等的显示设备上。
应认识到，结合本文呈现的特定示范性实施例，特定结构和/或功能特征被描述为并入所定义的元件和/或部件中。然而，可以预见的是，为了相同或类似的益处，这些特征也可以在适当情况下以其他方式被并入到其他元件和/或部件中。还应认识到，可以适当地有选择地采用示范性实施例的不同方面，以实现适于期望应用的其他备选实施例，因此其他备选实施例实现了并入其中的这些方面的各自优点。
还应认识到，本文描述的特定元件或部件可以具有经由硬件、软件、固件或其组合适当地实施的其功能。另外，应认识到，本文描述为并在一起的特定元件在适当情况下可以是独立元件或以其他方式被分开。类似地，描述为由一个特定元件实现的多个特定功能可以由独立作用以实现个体功能的多个不同元件来实现，或者特定个体功能可以被分开并由共同作用的多个不同元件来实现。或者，可以在适当情况下物理地或功能地组合本文以其他方式描述和/或示出为彼此不同的一些元件或部件。
简言之，已经参考优选实施例阐述了本说明书。明显地，其他人在阅读并理解本说明书后可以进行修改和变化。旨在将本发明解释为包括所有这样的修改和变化，只要它们落入权利要求书或其等价要件的范围内。也就是说，应认识到，以上公开的各方面与其他特征和功能或其备选可以按期望组合到许多其他不同的系统或应用中，并且同时，本领域技术人员随后可以做出各方面当前未预见到或未预料到的类似地旨在由权利要求书包含的备选、修改、变型或其改进。

Claims (20)

1.一种磁共振扫描器(10)，包括：
主磁体(12)，其生成B0场；
梯度线圈(14)和梯度线圈控制器(28)，其生成跨所述B0场的梯度；
一个或多个RF线圈(16、50)，其发射B1脉冲并接收磁共振信号；
RF发射器(30)，其将B1脉冲发射到所述RF线圈以激励并操纵共振；
RF接收器(34)，其将接收的共振信号解调成数据线；
一个或多个处理器(38)，其被连接到所述梯度线圈控制器(28)、所述RF发射器(30)以及所述RF接收器(34)，所述一个或多个处理器(38)被编程为：
控制(70)所述RF发射器和所述梯度线圈控制器以实施交错多切片2D成像序列，所述交错多切片2D成像序列在多个TR中的每个中针对多个切片中的每个生成第一导航数据线和第二导航数据线以及至少一个图像数据线；
将来自所述多个切片的所述第一导航数据线重建(74)成第一导航投影图像；
将来自所述多个切片的所述第二导航数据线重建(74)成第二导航图像；并且
比较(76)连续的导航投影图像以检测并调整(78)3D运动。
2.根据权利要求1所述的磁共振扫描器(10)，其中，所述第一导航投影图像和所述第二导航投影图像彼此正交并正交于所述图像切片。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的磁共振扫描器(10)，其中，所述第一导航数据线和所述第二导航数据线在正交方向上被读出。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的磁共振扫描器(10)，其中，所述导航数据线和成像数据线被径向地采集。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的磁共振扫描器(10)，其中，所述一个或多个处理器(38)还被编程为：
根据所检测的运动来控制所述梯度控制器和/或所述RF发射器以移动成像坐标系统。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的磁共振扫描器(10)，其中，所采集的导航数据线包括零相位编码。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的磁共振扫描器(10)，其中，所述一个或多个处理器(38)还被编程为：
针对每个切片调整所述成像数据线以补偿检测运动；并且
将针对每个切片所调整的数据线重建成对应的经运动校正的切片图像。
8.根据权利要求7所述的磁共振扫描器(10)，还包括：
显示设备(44)，其显示所重建的2D切片。
9.一种磁共振成像的方法，包括：
实施交错多切片2D成像序列，所述交错多切片2D成像序列在多个重复(TR)中的每个中针对多个切片中的每个生成第一导航数据线、第二导航数据线以及至少一个成像数据线；
在每个TR后，将来自所述多个切片的所述第一数据线重建成第一导航投影图像；
在每个TR后，将来自所述多个切片的所述第一数据线重建成第二导航投影图像；并且
比较连续的导航投影图像以检测并调整3D运动。
10.根据权利要求9所述的磁共振成像的方法，其中，所述第一导航投影图像和所述第二导航投影图像彼此正交并正交于所述图像切片。
11.根据权利要求9和10中的任一项所述的磁共振成像的方法，其中，所述第一导航数据线和所述第二导航数据线在正交方向上被读出。
12.根据权利要求9-11中的任一项所述的磁共振成像的方法，其中，所述导航数据线和成像数据线被径向地采集。
13.根据权利要求9-12中的任一项所述的磁共振成像的方法，还包括：
针对每个切片调整所述成像数据线以补偿检测运动；并且
将针对每个切片所调整的数据线重建成对应的经运动校正的切片图像。
14.根据权利要求13所述的磁共振成像的方法，还包括：
在显示设备(44)上显示所重建的2D切片。
15.根据权利要求9-14中的任一项所述的磁共振成像的方法，还包括：
根据所检测的运动来控制所述梯度控制器和/或所述RF发射器以移动成像坐标系统。
16.根据权利要求9-15中的任一项所述的磁共振成像的方法，其中，所采集的导航数据线包括零相位编码。
17.一种非暂态计算机可读介质，其承载有用于控制一个或多个处理器以执行权利要求9-16中的任一项的软件。
18.一种MR系统，包括：
一个或多个处理器，其被编程为执行根据权利要求9-16中的任一项所述的方法；以及
扫描系统，其由所述一个或多个处理器控制来实施所述交错多切片成像系统。
19.一种磁共振扫描器，包括：
一个或多个处理器(38)，其：
在多个重复TR中的每个中，从交错2D多切片成像序列中的每个回波链采集(70)数据，所述成像序列在多个切片中的每个中生成彼此正交的导航数据线和彼此平行的成像数据线；
在每个重复TR后，将来自所述多个切片的所述导航数据线重建(74)成正交的导航图像；
比较(76)来自每个重复时间的连续的所重建的导航图像以检测运动；并且
基于所比较的导航图像中的所检测的运动来对所述成像数据线和/或所述交错2D多切片成像序列进行重新取向(78)。
20.根据权利要求19所述的磁共振扫描器(10)，其中，所述一个或多个处理器还被编程为：
将所述成像数据线重建成诊断图像。
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