CN104854471B - 针对磁共振弥散加权成像(dwi)的运动检测与校正方法 - Google Patents
针对磁共振弥散加权成像(dwi)的运动检测与校正方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种磁共振成像系统(1)包括至少一个处理器(28)，所述至少一个处理器被配置为基于弥散加权成像序列来接收(48)弥散加权成像数据，所述弥散加权成像序列具有在不同方向上施加的磁梯度场并且具有不同的b‑值。所述至少一个处理器(28)还被配置为：基于对接收到的数据中的数据冗余的比较来检测(50)接收到的成像数据中存在的运动破坏的数据，并且用备选数据来代替(52)检测到的运动破坏的数据。
Description
技术领域
以下大体涉及医学成像。其具体结合磁共振弥散加权成像以及运动检测/校正而应用，并将尤其参考该应用进行描述。然而，将理解其也应用于其他使用场景，并且不一定被限制到上述应用。
背景技术
弥散加权成像(DWI)是对身体组织(例如肝脏)中的水分子的微观运动的研究。磁共振DWI生成图像，该图像通常以颜色对比示出组织中的微观运动的方向和距离。扩散的细节能够揭示被成像组织的微观细节，其能够指示患病或健康状态。在对肝脏的典型MRI扫描中(其中扩散一般是各向同性的)，通常利用第一幅度和方向的磁梯度场来采集针对图像切片的一整套数据点。针对全部三个正交方向重复该过程。进一步针对多种梯度强度重复成像，以获得针对每个体素的b-曲线值，其示出扩散的方向和速率。肝脏中快速生长的肿瘤将表现为受限扩散模式。
然而，在成像过程期间，患者运动或整体运动能够压倒测量到的扩散几个数量级。整体运动包括诸如咳嗽、打喷嚏、移位等的非重复运动和/或诸如呼吸运动和心脏运动的重复运动。此外，系统导航器回波(其一般能够针对患者移动调节)通常在肝脏和隔膜的界面处生成，并且因此对于肝脏的DWI不可用。
解决DWI中的整体运动的一种途径是垂直于运动方向重新排序图像切片。该途径可以减少图像伪影，但并未解决DWI测量的准确性。另一种途径是通过修改线圈灵敏度图，在图像重建期间将得到的空间变化的非线性相位考虑在内，以反映针对每个扩散方向不同的空间变化的相位信息。该途径校正了运动伪影，但需要对每个体素的运动模式的确切知识(该知识是不容易得到的)，以恢复对弥散加权的校正量。
发明内容
以下公开一种用于在MR-DWI中的运动检测与校正的新的且改进的方法和系统，其解决了上述问题以及其他问题。
根据一个方面，一种磁共振成像系统包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为基于弥散加权成像序列来接收弥散加权成像数据，所述弥散加权成像序列具有在不同方向上施加的磁梯度场并且具有不同的b-值。所述至少一个处理器还被配置为基于对接收到的数据中的数据冗余的比较来确定接收到的成像数据中存在的运动破坏的数据；并且用备选数据来代替确定的运动破坏的数据。
根据另一方面，一种磁共振成像的方法，包括基于弥散加权成像序列来接收弥散加权成像数据，所述弥散加权成像序列具有在不同方向上施加的磁梯度场并且具有不同的b-值。基于对接收到的数据中的数据冗余的比较来检测接收到的成像数据中存在的运动破坏的数据。用备选数据来代替检测到的运动破坏的数据。
根据另一方面，一种磁共振系统包括重复运动监测单元和梯度运动控制单元。所述重复运动监测单元确定对象的重复运动的预期时间间隔。所述梯度运动控制单元将对象的弥散加权成像数据的采集(其具有对沿三个轴施加的梯度场的方向敏感性)调节为在所确定的时间间隔期间在正交于重复运动的方向敏感。
一个优点是在MR-DWI中整体运动对扩散测量的影响得以最小化。
另一优点在于避免了弥散加权成像中的整体重复运动。
另一优点在于检测了在弥散加权成像数据中的整体运动。
另一优点在于校正了在磁共振弥散加权成像数据中检测到的整体运动。
本领域普通技术人员在阅读和理解了以下详细描述后，将认识到再另外的优点。
附图说明
本发明可以采取各种部件各和部件的布置以及各个步骤和各步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的，并且不应被解释为对本发明的限制。
图1示意性地图示了具有整体运动检测与校正的弥散加权磁共振成像系统的实施例。
图2示意性地图示了包括重复运动监测与梯度场修改的弥散加权磁共振成像系统的一个实施例。
图3流程图示了使用包括整体运动避免、检测与校正的弥散加权磁共振成像的实施例的一种方法。
具体实施方式
参考图1，示意性地图示磁共振(MR)系统1的实施例。系统1包括MR扫描器2，例如以横截面视图示出的开放式系统或C-型扫描器、水平膛扫描器等等。扫描器包括开口或膛，其限定对象4被置于其中以供光谱检查和/或成像检查的检查区域。MR扫描器2包括具有在开放式系统中的C-型铁的通量返回路径的一个或多个主磁体6，一个或多个射频(RF)线圈8，以及一个或多个梯度线圈10。C-型主磁体6生成垂直静态B0场，例如垂直静态场。备选地，膛磁体生成水平静态B0场。
系统1包括控制DWI序列的操作的序列控制器12、控制RF线圈8的操作的RF发射器单元14，以及控制梯度线圈10的操作的梯度控制器16。控制单元与对应的线圈之间的通信能够是无线或有线的。RF线圈8生成射频脉冲，其激励并操纵对象4的组织中的共振。RF线圈8能够包括全身线圈和/或局部线圈，例如躯干线圈、手部线圈、肩部线圈、膝部线圈等。
一个或多个梯度线圈10在静态磁场和感兴趣区域(例如对象4的肝脏)上生成梯度磁场，以对所诱发的共振、所诱发的梯度回波进行空间编码，等等。在不同方向上和/或使用不同的b-值，在感兴趣区域上施加梯度场，从而数据冗余由于接收到的图像数据在任意单一体素的重叠而发生。b-值表示扩散编码梯度持续时间和强度的积分，并且是以秒/mm2为单位测量的。序列控制器12基于DWI序列配置RF线圈和梯度线圈，并且激励和操纵对象的组织中的共振。
系统1包括RF接收器单元18，其接收MR-DWI信号。随着共振在对象的组织中的衰变，弱的射频信号或MR-DWI信号被射频天线(例如RF线圈8和/或局部线圈)接收，并被发送到RF接收器单元18。
系统包括整体运动检测单元20、弥散加权成像(DWI)校正单元22，以及重建单元24。整体运动检测单元20从RF接收器接收RF数据或MR-DWI数据，并基于接收到的数据的数据冗余来检测运动或确定运动破坏的数据。检测能够被应用于MR-DWI数据或者用于对MR-DWI数据的部分重建。数据冗余由于在不同方向梯度场接收的数据、指数信号衰变率和/或在不同的空间方向上施加的相似b-值，而存在。比较能够是针对方向和/或速率的，并且能够是单变量或多变量的。
MR-DWI数据包括来自在三个正交方向上施加的不同方向梯度场的数据，或者包括三个正交方向作为分量。所施加的梯度场是三维的。作为不同方向的梯度场的结果，场在个体体素中重叠。从两个不同方向施加的3维梯度场提供了足够的信息以测量扩散运动和/或以与第三正交梯度场度量比较。超过阈值量的度量中的差异被确定为运动伪影或运动破坏的。
沿移动的方向和速率的MR-DWI接收的信号基于脉冲序列和施加的梯度场遵循已知的或预期的指数信号衰变率。基于移动的距离和方向以及预期指数信号衰变率测量到的指数信号衰变率的超过阈值量的改变被确定为运动破坏的。指数信号衰变率能够被包括在多变量比较中，其包括不同方向的梯度场。
利用在不同方向相似的b-值施加MR-DWI成像序列。b-值提供对相同扩散移动的相似度量，并且每个b-值都能够被识别并且与MR-DWI数据的子集相关联。与MR-DWI的比较对与每个b-值相关联的数据的MR-DWI子集的扩散进行外延或插值。来自不同b-值的度量中的超过阈值的差异被确定为运动破坏的。不同的b-值能够被包括在多变量比较中，其包括不同多方向梯度场和/或指数信号衰变率。
在一个实施例中，在肝脏的MR-DWI成像数据中测量到的扩散能够包括最邻近比较。例如，在三个维度中，每个体素都被26个其他体素包围。尽管扩散在肝脏中是各向同性的，但是考虑周围体素从一个体素到下一个的改变在方向上相对一致并且距离改变是渐变的。超过阈值量的差异被确定为运动破坏的。最邻近比较能够被包括在多变量比较中，其包括不同的b-值、不同的方向梯度场、和/或指数信号衰变率。
DWI校正单元22用备选数据来代替被破坏的数据。所代替的数据能够是基于不同方向的梯度场、不同b-值的数据、和/或修改DWI序列以对具有所确定的运动破坏的数据的体积进行重新采样。被用于确定运动破坏的冗余数据能够被用于替换运动破坏的数据。例如，不同方向梯度场中的任意两个能够被用于确定在第三方向梯度场中的体素位置的值，其中，梯度场是正交的、三维的并且全部与体素位置相交。也能够使用具有不同b-值(代替或额外于不同方向梯度场)的MR-DWI数据。
重建单元24(例如经配置的处理器)处理来自DWI校正单元的经校正的MR-DWI数据，并从经校正的MR-DWI重建一个或多个图像，例如来自DWI采集序列的图像切片、体积等。基于检测到的运动和代替的备选数据来对所重建的MR-DWI图像进行运动校正。所重建的图像能够被存储在存储器中，例如服务器或处理器存储器、本地磁盘存储、云存储和/或存储管理系统中，例如图片存档及通信系统(PACS)、放射科信息系统(RIS)等等。
系统包括工作站26，工作站26包括电子处理器或电子处理设备28、显示设备30(其显示重建的MR-DWI图像、菜单、面板和用户控制)、以及至少一个输入设备32(其输入健康照护医师选择和/或命令)。例如，健康照护医师能够从显示设备上显示的菜单选择MR-DWI图像序列。工作站26能够是台式计算机、膝上型电脑、平板电脑、移动计算设备、智能手机等等。显示设备30能够包括计算机显示器、触摸屏、阴极射线管显示器(CRT)、存储管、平板显示器、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(LCD)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)、投影机等等。输入设备32能够是键盘、鼠标、麦克风等等。
各个单元或模块20、22和24适当地由电子数据处理设备来实现，例如工作站26的电子处理器或电子处理设备28，或者由通过网络34与工作站26操作性连接的基于网络的服务器计算机，等等来实现。用户接口适当地由工作站26来实现。此外，所公开的运动检测、运动校正和重建技术适当地使用存储指令(例如软件)的永久性存储介质来实施，该指令可由电子数据处理设备读取并且可由电子数据处理设备运行以执行所公开的技术。
参考图2，示意性地图示了包括重复运动监测和梯度场修改的弥散加权磁共振成像系统1的一个实施例。系统1包括具有相关联的控制设备(例如序列控制12、梯度控制16等)的MR扫描器2、重建单元24、以及监测对象4在MR-DWI序列期间的重复运动的监测设备。监测设备能够包括呼吸监测器36和/或心脏监测器38。诸如呼吸风箱的呼吸监测器36提供呼吸周期的计时。呼吸监测器提供信号，能够从该信号确定因呼吸引起的运动的预期时间间隔以及没有呼吸运动时的预期时间间隔。类似地，心脏监测器38提供ECG信号，能够通过该ECG信号确定心脏周期。ECG信号提供有运动时的预期时间间隔以及没有运动时的时间间隔。
系统包括重复运动监测单元40和梯度运动控制单元42。重复运动监测单元40接收呼吸信号和/或ECG信号，并确定对象4的重复运动和非重复运动的预期间隔。梯度运动控制单元42基于所确定的重复运动和非重复运动的预期间隔，调节所施加的梯度场。梯度场被调节为在所确定的重复运动的时间期间在正交于运动的方向敏感，和/或在所确定的非重复运动的时间期间对运动的方向敏感。梯度运动控制单元42将基于MR-DWI序列所确定的计时和调节传送到梯度控制16，如图1中所示。重复运动监测单元40，以及梯度运动控制单元42适当地由电子数据处理设备来实现，例如工作站26的电子处理器或电子处理设备28，或者由基于网络的服务器计算机(其通过网络34与工作站26操作性连接)，等等来实现。系统1能够包括整体运动检测单元29、以及DWI校正单元22，如参考图1所描述的。监测单元适当地由一个或多个经配置的处理器来实现，例如工作站26的处理器28——其被操作性地连接到呼吸风箱36和/或ECG导联38中的任一种，并且使用存储指令的永久性存储介质来实施。适当地利用(还被配置为确定运动和非运动的预期间隔的)监测设备来实现重复检测单元40。
图3流程图示了使用弥散加权磁共振成像的实施例的一种方法，其包括整体运动避免、检测和校正。在步骤44中，由监测设备(例如，如参考图2描述的呼吸风箱或ECG导联)采集重复运动数据。重复运动监测单元40接收呼吸和/或心脏信号，并且利用相关联的运动和非运动的预期时间间隔来确定各个周期的时间间隔。在步骤46中，基于重复运动和非重复运动的预期时间间隔来调节在DWI序列中所施加的梯度场。所施加的间隔被调节为在确定的非运动的时间间隔期间对重复运动方向性地敏感，并且在确定的重复运动的预期时间间隔期间，正交于重复运动方向性地敏感。因此，在预期时间间隔期间对梯度场的调节避免了弥散加权成像中的整体重复运动。
在步骤48中基于弥散加权成像序列来采集DWI数据。利用在三个正交或不同方向上施加的梯度场来采集DWI数据，该梯度场具有三个正交分量，并且具有不同b-值。由RF接收器接收DWI数据。
在步骤50中基于对所采集的DWI数据中的数据冗余的比较，在所采集的DWI数据检测整体运动。基于对不同方向的梯度轴、指数信号衰变率和/或在不同空间方向上施加的相似b-值，由整体运动检测单元20利用从RF接收器接收到的采集数据来检测整体运动。整体运动检测单元确定运动破坏的数据的位置。
在步骤52中由DWI运动校正单元2来校正整体运动破坏DWI数据。经校正的DWI数据包括利用来自不同梯度方向、不同b-值的数据对针对破坏数据的备选数据的代替，和/或对运动破坏的数据的位置进行重新采样。
在步骤54中，由重建单元24重建运动校正DWI图像。重建单元根据经校正的DWI数据来重建图像。在步骤56中，运动校正DWI图像能够被显示在显示设备30上和/或被存储在存储管理系统中。
要认识到，结合本文中提供的特定的示例性实施例，某些结构性和/或功能性特征被描述为被并入到所定义的元件和/或部件中。然而，预期这些特征可以，为了相同或相似的利益，也类似地在合适时被并入在其他元件和/或部件中。也要认识到，示范性实施例的不同方面可以在合适时被选择性地用于实现适用于期望应用的其他备选实施例，其他备选实施例由此实现被并入其中的各方面各自的优点。
也要认识到，本文中描述的特定元件或部件可以具有它们的适当地经由硬件、软件、固件或它们的组合来实时的功能。额外地，要认识到，本文中被描述为被合并到一起的某些元件在合适的情形下可以是独立元件或以其他方式被分开。类似地，被描述为由一个特定元件执行的多个特定功能可以由多个不同元件执行，它们独立地执行个体功能，或者某些个体功能可以被分别并由共同作用的多个不同元件执行。备选地，在本文中以其他方式描述和/或示出为彼此不同的一些元件或部件在合适时，可以在物理上或功能上进行组合。
简言之，已参考优选的实施例阐述了本说明。明显地，他人在阅读和理解了本说明后，将想到各种修改和变动。目的是，本发明被解释为包括所有这样的修改和变动，只要它们落入所附权利要求或其等同方案的范围内。也就是说，将认识到，以上公开的以及其他的各种特征和功能，或它们的等价方案，可以被合乎期望地组合到许多其他不同的系统或应用中，并且本领域技术人员可以随后实现各种当前不可预见或未预料到的备选方案、其中的修改、变动或改进，它们类似地也旨在被涵盖在权利要求中。
Claims (12)
1.一种磁共振成像系统(1)，包括：
至少一个处理器(28)，其被配置为：
基于弥散加权成像序列来接收(48)弥散加权成像数据，所述弥散加权成像序列具有在不同方向上施加的磁梯度场并且具有不同的b-值；
基于对接收到的弥散加权成像数据中的数据冗余的比较来检测(50)接收到的弥散加权成像数据中存在的运动破坏的数据；并且
用备选数据来代替(52)检测到的运动破坏的数据，
其中，所比较的冗余数据包括来自以下中的至少一个的数据：不同的方向梯度；指数信号衰变率；或者在不同空间方向上施加的相似的b-值，所述备选数据包括基于以下中的至少一个的数据：不同梯度方向；不同b-值；或者修改弥散加权成像序列以对运动破坏的数据的位置进行重新采样。
2.根据权利要求1所述的系统(1)，还包括：
重复运动监测单元(40)，其确定对象的预期重复运动的时间间隔；以及
梯度运动控制单元(42)，其将针对所述弥散加权成像数据的采集的所施加的梯度场的方向敏感性调节为在所确定的预期重复运动的时间间隔期间在正交于所述重复运动的方向上敏感。
3.根据权利要求2所述的系统(1)，其中，所述梯度运动控制单元(42)将所施加的梯度场的所述方向敏感性调节为在当预期没有重复运动时的间隔期间在重复运动的方向敏感。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统(1)，其中，所述弥散加权成像序列被修改为对所述运动破坏的数据的位置进行重新采样。
5.一种磁共振成像的方法，包括：
基于弥散加权成像序列来接收(48)弥散加权成像数据，所述弥散加权成像序列具有在不同方向上施加的磁梯度场并且具有不同的b-值；
基于对接收到的弥散加权成像数据中的数据冗余的比较来检测(50)接收到的弥散加权成像数据中存在的运动破坏的数据；并且
用备选数据来代替(52)检测到的运动破坏的数据，
其中，所比较的冗余数据包括来自以下中的至少一个的数据：不同的方向梯度；指数信号衰变率；或者在不同空间方向上施加的相似的b-值，所述备选数据包括基于以下中的至少一个的数据：不同梯度方向；不同b-值；或者修改弥散加权成像序列以对具有运动破坏的数据的位置进行重新采样。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
确定(44)对象的重复运动的预期时间间隔；并且
将所述弥散加权成像数据的采集的所施加的梯度场的方向敏感性调节(46)为在所确定的重复运动的预期时间间隔期间在正交于所述重复运动的方向敏感。
7.根据权利要求5所述的方法，还包括：
确定(44)对象的重复运动的预期时间间隔；并且
将所施加的梯度场的方向敏感性调节(46)为在当预期没有重复运动的间隔期间在重复运动的方向上敏感。
8.根据权利要求5-7中的任一项所述的方法，还包括：
修改所述弥散加权成像序列以对所述运动破坏的数据的位置进行重新采样。
9.一种承载有软件的非暂态计算机可读存储介质，所述软件控制一个或多个电子数据处理设备来执行根据权利要求5-8中的任一项所述的方法。
10.一种电子数据处理设备，其被配置为执行根据权利要求5-8中的任一项所述的方法。
11.一种磁共振成像系统(1)，包括：
处理器(28)，其基于弥散加权成像序列来接收弥散加权成像数据，所述弥散加权成像序列具有在不同方向上施加的磁梯度场并且具有不同的b-值；
重复运动监测单元(40)，其确定对象的重复运动的预期时间间隔；以及
梯度运动控制单元(42)，其将所述对象的所述弥散加权成像数据的采集调节为在所确定的重复运动的预期时间间隔期间在正交于重复运动的方向敏感，所述采集具有对沿三个轴所施加的磁梯度场的方向敏感性。
12.根据权利要求11所述的系统(1)，其中，所述重复运动监测单元(40)包括以下中的至少一个：
操作性连接到所述对象(4)的呼吸监测器，所述呼吸监测器确定呼吸运动的时间间隔；或者
操作性连接到所述对象(4)的心电图监测器，所述心电图监测器确定心脏运动的时间间隔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |