CN105445686B - 校正呼吸影响的方法，磁共振器和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助磁共振器来校正对检查对象的拍摄的呼吸影响的方法、磁共振器和存储介质，该方法包括下述步骤：确定外部呼吸信号，确定内部呼吸信号，确定关联信号，确定关联信号的至少一个可靠性范围，确定关联信号的至少一个可靠性范围内的拟合函数和根据确定的拟合函数校正在检查对象的呼吸影响下的所述拍摄。在一个优选的实施方式中实现，在确定关联信号的至少一个可靠性范围内的拟合函数之后，实现拟合函数到至少一个如下区间上的扩展，即该区间不与关联函数的至少一个确定的可靠性范围相符，并且根据扩展了的拟合函数来实现对在检查对象的呼吸影响下的拍摄的校正。

Description

校正呼吸影响的方法，磁共振器和存储介质
技术领域
本发明涉及一种用于借助磁共振器来校正对检查对象的拍摄的呼吸影响的方法、一种相应的计算机程序产品，该计算机程序产品可以执行这种方法、一种电子可读取的数据载体以及用于此的一种磁共振器。
背景技术
磁共振体层摄影术(MRT)是一种图像输出方法，其能够高精度地生成活体组织、例如人类的截面图像。患者被放置到均匀磁场B0中。利用梯度线圈，在FOV(field of view)中的外部磁场被这样地修改，即一方面体层被选择并且另一方面实现了产生的磁共振(MR)信号的区域编码。在接下来例如通过傅里叶转换对MR信号进行重建时产生选择出的层的图像，该图像用于医学诊断。MR信号的产生和探测利用高频系统实现，该系统包括将高频(HF)激发脉冲射入到患者身体中的发射天线以及接收天线，其探测到发射出的HF共振信号并继续传输以用于图像重建。通过选择适当的脉冲序列，如自旋回声序列或者梯度回声序列，以及所属的序列参数，MR图像的对比度视诊断任务设置而定能够多样化地进行变化。MRT显示出身体结构并且相应地展示出结构上的图像输出方法。
在MR拍摄期间的运动，例如应借助MR接受检查的患者的呼吸运动，在所述磁共振成像中主要是在检查胸部和腹部的器官，特别是在由通过患者的呼吸运动影响的检查区域的情况下，可能导致伪影(Artefakte)，例如所谓的鬼影(或者goasting)、导致模糊(或blurring)和/或导致在所产生的图像中的强度损失以及导致所产生的图像之间的配准错误。这样的伪影可能例如使医生基于这些图像的诊断变得困难并且可能导致、例如漏看了病变。
在现有技术条件下存在多种技术，以便降低由例如呼吸运动导致的伪影。一种这样的技术是触发用于根据呼吸运动来测定磁共振图像数据的触发信号或是一般地所谓的呼吸门控(Atemgating)。呼吸门控是一种在MR测量期间测定患者的呼吸并且将其与所采集的测量数据相对应的技术。在呼吸门控中，仅仅当所测定的呼吸运动满足预先给定的标准时，才将所述测量数据用于重建。
在这里，患者的呼吸可以用外部传感器，例如空气枕头，或用MR信号器，所谓的导航器来探测。通常，导航器是一个短的序列，该序列采集例如隔膜或所述检查对象内的其他信号源的MR信号，它们的运动是与患者的呼吸相关联的。通过所述隔膜或所述其他信号源的位置可以追踪所述呼吸运动。
借助相位导航器可以由两个短暂依次收集的非相位编码的导航器信号的相位差获得呼吸或者校正信号。最后，由肺部运动引起的磁化率改变(Suszep-)导致相应的导航器的不同的相位差。因为磁化率改变即使在远距离仍会起作用，所以导航器拍摄也可以在成像层内实现并且不必专门地定位。
在具有导航器的呼吸门控中，将所述导航器序列例如与成像序列交错并且接着，将用导航器所测量的隔膜位置与紧接着之后或之前所采集的成像数据相对应。
可以区分回顾性和前瞻性呼吸门控。
在回顾性呼吸门控中，测定在MR测量期间的呼吸运动并且记录下来，但是不做评估。更确切地说，多次地测量待测定的k空间。为了重建，仅采用所测量数据的一部分，优选地是如下一些数据，即其中所述呼吸信号位于一个突出的呼吸位置周围的一个特定的窗内。如果多次在所述突出的窗内测量一个特定的、对图像重建必要的k空间数据点，则可以将数据取平均。相反，如果始终在所述窗的外部测量一个数据点，则可以将与所述突出位置的偏差最小的那个数据点用于所述重建。
在前瞻性呼吸门控中，在测量期间评估借助呼吸传感器测量的、生理学的呼吸信号(例如用导航器序列测量的隔膜位置)，并且基于所测定的生物学信号来控制MR测量。在一个最简单的实施方式中，即所谓的接受/拒绝算法(ARA)，一直重复对成像数据包(以及可能情况下对应的导航器序列)的测量，直至所述生理学信号落入之前定义的接受窗内。
另一个降低伪像的可能性在于运动补偿性的重建。在此，在探测到呼吸过程之后将图像数据分割为不同的呼吸阶段的状态。在将图像根据相应的呼吸阶段重建之后，借助注册估得一个运动模型，借助该模型则能重建无运动的图像体。
借助外部传感器测量的信号未考虑MR层到肺部的距离以及长期的相位效应，而借助MR测量直接测定的信号则常常具有噪声和相位误差并且常常仅对有限数量的层位置是可靠的。
发明内容
因此本发明的目的是，给出这样一种方法，其允许借助外部和内部的MR测量组合来校正呼吸影响，并且同时克服各个方法的缺点。
所述目的利用一种方法来实现。此外，所述目的利用一种磁共振器、一种计算机程序，以及利用一种计算机可读的存储介质来实现。
在此，提供一种用于借助磁共振器来校正对检查对象的拍摄的呼吸影响的方法，其包括下述步骤：
－确定外部呼吸信号，
－确定内部呼吸信号，
－确定关联信号，
－确定关联信号的至少一个可靠性范围
－确定关联信号的至少一个可靠性范围内的拟合函数和
－根据所确定的拟合函数来校正在所述检查对象的呼吸影响下的拍摄。
在此，外部呼吸信号理解为这样一种呼吸信号，其例如不仅仅借助空气枕头、场相机、HF反射的测量装置或雷达来记录，即借助一种不主要用于完成磁共振成像的装置来记录。确定被理解为或是直接测量外部呼吸信号，亦或是一旦外部呼吸信号已事先被记录，则从一个所维持的数据库中加载外部呼吸信号。
内部呼吸信号理解为这样一种借助MR信号器、所谓的导航器来记录的呼吸信号，即直接借助所述磁共振器来记录。确定被理解为或是直接测量内部呼吸信号，亦或是一旦内部呼吸信号已事先被记录，则从一个所维持的数据库中加载内部呼吸信号。
此外，一般来说关联信号理解为如下一种信号，即该信号使外部呼吸信号与内部呼吸信号相关联。通常，该关联信号依赖于用磁共振器测量的层。在测量了或者从一个所维持的数据库中加载了外部呼吸信号和内部呼吸信号之后，确定关联信号。根据本发明的优选的关联信号的一个实例是内部和外部的呼吸信号之间的商。
关联信号的至少一个可靠性范围的确定理解为如下一种区间的确定，即该区间具有较少的噪声和/或相位误差，例如一个相应地随机选择的区间。
拟合函数理解为这样一种与之前所确定的关联信号良好近似的函数。一般来说所述拟合函数可以是任意的，它也可以服从一个明确定义的模型函数。
接着，根据以该方式和方法来校正的所述拟合函数实现对在所述检查对象的呼吸影响下的拍摄的校正，也就是说清除所述由所述呼吸影响引起的呼吸伪像。
利用这样一种根据本发明的外部和内部的呼吸信号的组合、结合通过关联信号的适当的缩放和通过拟合函数的平滑，可以在克服相应的缺点的同时实现两个呼吸信号的特征的优点的组合。以这种方式，将磁共振拍摄的以此为基础的重建所合成的图像质量更进一步地优化。
在一个有利的构造方式中，所述至少一个可靠性范围的确定包括一个预检查。在此，预检查例如理解为在受监控的呼吸条件下的检查或对已做检查的评估，在其中例如逐层地计算至少一个图像体素的相位或导航器相位。具有小于事先定义的阈值的标准偏差的层位置，则可以被特别可靠地定义，并且用于确定所述可靠性范围。这种途径可以提高所述方法的精度并且此外由此提高磁共振拍摄以此为基础的重建的相应的图像质量。
在另一个构造方式中，所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数的确定包括在至少两个不同时间点对至少两个拟合参数集的取平均。通过提高所述拟合参数的精度可以提高所述方法的精度并且此外由此提高磁共振拍摄以此为基础的重建的相应的图像质量。
在一个优选的实施方式中，所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数的确定包括在至少两个不同时间点对层位置的取平均。通过提高所述层位置的精度可以提高所述方法的精度并且此外由此提高磁共振拍摄以此为基础的重建的相应的图像质量。
在一个有利的构造方式中，所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数的确定包括对拟合函数的动态调整。在此，动态调整理解为，每个单个测量之后的调整。通过提高所述拟合参数的精度可以提高所述方法的精度并且此外由此提高磁共振拍摄以此为基础的重建的相应的图像质量。
在另一个实施方式中，清除所述外部呼吸信号的和/或所述内部呼吸信号的和/或所述关联信号的异常测值。在此，异常测值理解为例如一个不正确地测量到的点，并且清除被理解为例如除去所述异常测值和/或用周围点进行插值和/或与周围点的另一个平均和/或另一个平滑。也由此可以提高所述方法的精度并且此外由此提高磁共振拍摄以此为基础的重建的相应的图像质量。
在一个优选的实施方式中，在确定所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数之后，实现所述拟合函数到至少一个如下区间上的扩展，即该区间不与所述关联函数的所述至少一个已确定的可靠性范围相符。在此特别地将扩展理解为将所述拟合函数在至少一个如下区间上的外插，即该区间不与所述关联函数的所述至少一个已确定的可靠性范围相符。由此，也可以将所述拟合函数扩展到整个要考虑的信号区间上。
在一个优选的构造方式中，根据所述扩展了的拟合函数来实现对在所述检查对象的呼吸影响下的所述拍摄的校正。这可以提高所述方法的精度并且此外由此提高磁共振拍摄以此为基础的重建的相应的图像质量。
在本发明的范畴内也提供了一种用于校正检查对象的拍摄的呼吸影响的磁共振器。
在此，所述磁共振器包括校正单元和处理单元并且是构造用于执行下述步骤的：
－借助所述处理单元确定外部呼吸信号，
－借助所述处理单元确定内部呼吸信号，
－借助所述处理单元确定关联信号，
－借助所述处理单元确定所述关联信号的至少一个可靠性范围，
－借助所述处理单元确定所述关联信号的至少一个可靠性范围内的拟合函数和
－借助所述校正单元，根据所确定的拟合函数来校正对在所述检查对象的呼吸影响下的所述拍摄。
此外，本发明说明了一种计算机程序，该计算机程序是可以加载在可编程的控制器的存储单元或者磁共振器的计算单元中。当所述计算机程序在所述控制器或所述磁共振器的控制装置中运行时，用该计算机程序可以执行根据本发明的所有或各种之前所说明的实施方式。在此，所述计算机程序可能需要程序组件，例如图书馆和辅助函数，以便实现所述方法的相对应的实施方式。换言之，应该保护如下一种软件，即用该软件可以执行所述根据本发明的方法的上述实施方式中任一项或者该软件执行该实施方式。在此，该软件是源代码，其必须被编译和组合或者仅仅被解释，或者其是为了执行而仅仅还加载到相应的计算单元中的可执行的软件编码。
此外，本发明还涉及一种电子可读取的存储介质，例如DVD、磁带或者USB存储器，在其上存储有电子可读取的控制信息，尤其是软件。当该控制信息由存储介质读取并且存储到磁共振设备的控制装置或者计算单元中时，之前描述的方法的所有根据本发明的设计方案都能够被执行。
根据本发明的磁共振设备、根据本发明的计算机程序，根据本发明的电子可读取的存储介质的优点基本上相应于根据本发明的方法的优点，其之前被详细实现。在此，提及的特征、优点或者可替换的实施方案同样也传递给另外要求保护的主题或者反之亦然。方法的相应的功能性特征在此也通过有代表性的模块、尤其是是通过硬件模块形成。
附图说明
下面借助附图中描述的实施例来进一步说明和阐述本发明。
附图示出：
图1是根据本发明的磁共振器，
图2是根据本发明的方法的流程图，和
图3是根据本发明的方法的一个实施例。
具体实施方式
图1示出根据本发明的磁共振器101。所述磁共振器101包括一个校正单元102和一个处理单元103并且构造用于对检查对象的拍摄的呼吸影响进行校正。
在此，所述磁共振器101作为纯磁共振器101来执行。替代地，所述磁共振器101也可以包括一个组合的磁共振阳电子发射体层摄影术设备(Magnetresonanz-Positronen-emissionstomographie-)。
图2示出根据本发明的方法的流程图。该方法包括所述方法步骤201至214，其中，在所述方法步骤201至214的说明中，也应用包括了相应地结合了图1所引入的标号的说明部分。
第一个方法步骤201表示用于借助磁共振器101来校正所述检查对象的呼吸影响的方法的开始。
在方法步骤202中实现外部呼吸信号的确定。在此，外部呼吸信号理解为例如借助空气枕头、即借助独立的仪器来记录的呼吸信号。确定被理解为或是直接测量所述外部呼吸信号，亦或是一旦所述外部呼吸信号已事先被记录，则从一个所存储的数据库中加载外部呼吸信号。
方法步骤203包括内部呼吸信号的确定。内部呼吸信号理解为这样一种借助MR信号器、所谓的导航器，即直接借助所述磁共振器101来记录的呼吸信号。确定被理解为或是直接测量所述内部呼吸信号，亦或是一旦所述内部呼吸信号已事先被记录，则从一个所存储的数据库中加载内部呼吸信号。
在方法步骤204中则实现关联信号的确定。此外，一般来说关联信号理解为如下一种信号，即该信号使所述外部呼吸信号与所述内部呼吸信号相关联。通常，该关联信号依赖于所述用所述磁共振器测量的层。在测量了或者从一个所维持的数据库中加载了所述外部呼吸信号和所述内部呼吸信号之后，确定所述关联信号。根据本发明的优选的关联信号的一个实例是所述内部的和外部的呼吸信号之间的商。
在方法步骤205中实现所述关联信号的至少一个可靠性范围的确定，即如下一种区间的确定，即该区间较少地具有噪声和/或相位误差，例如一个相应地随机选择的区间。
方法步骤206，一个可选的方法步骤，所述至少一个可靠性范围的确定包括预检查。在此，预检查理解为例如在受监控的呼吸条件下的检查或对已做检查的评估，在其中实现例如对至少一个图像体素的相位或导航器相位的逐层地计算。具有小于事先定义的阈值的标准偏差的层位置，则可以被特别可靠地定义并且引入用于确定所述可靠性范围。
在方法步骤207中则实现所述关联信号的至少一个置信区域内的拟合函数的确定。拟合函数理解为一种与之前所确定的关联信号良好近似的函数。一般来说所述拟合函数可以是任意的，它也可以服从一个明确定义的模型函数。
在方法步骤208中，所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数的确定包括在至少两个不同时间点对至少两个拟合参数集的取平均。
方法步骤209，所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数的确定包括在至少两个不同时间点对层位置的取平均。
在方法步骤210中，所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数的确定包括对拟合参数的动态调整。
在可选的方法步骤211中则实现，在确定所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数之后，实现所述拟合函数到至少一个如下区间上的扩展，即该区间不与所述关联函数的所述至少一个已确定的可靠性范围相符。在此特别地将扩展理解为将所述拟合函数在至少一个如下区间上的外插，即该区间不与所述关联函数的所述至少一个已确定的可靠性范围相符。由此，也可以将所述拟合函数扩展到整个要考虑的信号区间上。
方法步骤212表示根据所确定的拟合函数对在所述检查对象的呼吸影响下的所述拍摄的校正，也就是说实现清除由所述呼吸影响引起的呼吸伪像。
在可选的方法步骤213中则实现根据所述扩展了的拟合函数对在所述检查对象的呼吸影响下的所述拍摄的校正。
此外，任何时候可以可选地清除所述外部呼吸信号的和/或所述内部呼吸信号的和/或所述关联信号的异常测值。在此，异常测值理解为例如一个不正确地测量到的点，并且清除被理解为例如除去所述异常测值和/或用周围点进行插值和/或与周围点的另一个平均和/或另一个平滑。
最后一个方法步骤214表示用于借助磁共振器101来校正对所述检查对象的呼吸影响的方法的终止。
图3示出根据本发明的方法的一个实施例。
在此，标号301示出了一个确定的外部呼吸信号，并且标号302示出了一个确定的内部呼吸信号。
标号303示出了一个确定的关联信号、在此是所述内部和外部的呼吸信号之间的商，而标号304则示出了所述关联信号的多个可靠性范围。
最后，所述标号305和标号306分别示出了所述关联信号在上述可靠性范围内的拟合函数和所述拟合函数在其他区间内的扩展。
虽然通过优选实施实例对本发明进行了进一步详述与说明，但本发明并不局限于所公开的实例而且在不超出本发明的保护范围的前提下，可以由专业人员推演出其它方案。
总括来说，本发明涉及一种用于借助磁共振器来校正对检查对象的拍摄的呼吸影响的方法，包括下述步骤：
－确定外部呼吸信号，
－确定内部呼吸信号，
－确定关联信号，
－确定所述关联信号的至少一个可靠性范围，
－确定所述关联信号的至少一个可靠性范围内的拟合函数和
－根据所确定的拟合函数来校正在所述检查对象的呼吸影响下的所述拍摄。
在一个优选的实施方式中实现，在确定所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数之后，实现所述拟合函数到至少一个如下区间上的扩展，即该区间不与所述关联函数的所述至少一个已确定的可靠性范围相符，并且根据所述扩展了的拟合函数来实现对在所述检查对象的呼吸影响下所述拍摄的校正。

Claims (10)

1.一种用于借助磁共振器(101)来校正对检查对象的拍摄的呼吸影响的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
－确定借助一种不主要用于完成磁共振成像的装置来记录的外部呼吸信号，
－确定直接借助所述磁共振器来记录的内部呼吸信号，
－确定使所述外部呼吸信号与所述内部呼吸信号相关联的关联信号，
－确定所述关联信号的至少一个可靠性范围，
－确定所述关联信号的至少一个可靠性范围内的拟合函数和－根据所确定的拟合函数来校正在所述检查对象的呼吸影响下的所述拍摄。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个可靠性范围的确定包括预检查。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数的确定包括在至少两个不同的时间点对至少两个拟合参数集的取平均。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数的确定包括在至少两个不同时间点对层位置的取平均。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数的确定包括对拟合参数的动态调整。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，清除所述外部呼吸信号的和/或所述内部呼吸信号的和/或所述关联信号的异常测值。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，实现在确定所述关联信号的至少一个可靠性范围内的所述拟合函数之后，实现所述拟合函数到至少一个如下区间上的扩展，即该区间不与所述关联函数的确定的所述至少一个可靠性范围相符。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据扩展了的所述拟合函数来实现对在所述检查对象的呼吸影响下的所述拍摄的校正。
9.一种用于校正对检查对象的拍摄的呼吸影响的磁共振器(101)，其特征在于，所述磁共振器(101)包括校正单元(102)和处理单元(103)，所述校正单元和处理单元构造用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.一种计算机能读取的存储介质，具有在所述存储介质上存储的电子能读取的控制信息，其特征在于，设计所述电子能读取的控制信息，使得在磁共振器(101)的控制装置中使用所述存储介质时，所述电子能读取的控制信息执行根据权利要求1至8中任一项所述方法。
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