CN105659104B - 在磁化率伪影存在的情况下具有经改进的分割的mri - Google Patents

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Abstract

当生成MR图像用于分割和/或在校正使用其他模态(诸如PET、SPECT等)的后续图像中的衰减中使用时，提供了替代软组织装置并将其靠近伪影源定位在患者上，以提供替代软组织边界，所述替代软组织边界能够在分割期间被成像并解读以减轻MR图像中局部磁化率伪影的有害影响。更具体地，金属植入物可能生成MRI中的信号缺失，其可以以这样的形式来使MR图像中对肺的分割混乱，即，肺和患者外部的空气被错误地识别为一个连接的区域。通过提供替代软组织装置并以尽管有信号缺失其软组织边界也将肺与外部空间分开的方式对其进行定位，能够改进分割，由此改进基于分割结果的衰减校正。

Description

在磁化率伪影存在的情况下具有经改进的分割的MRI
技术领域
本发明在磁共振(MR)成像系统中应用，具体关于其中的伪影减少来应用。然而，将意识到，所描述的技术还可以在其他成像系统、其他伪影减少场景、其他图像质量改进技术等中应用。
背景技术
磁共振成像(MRI)是因其无创性质而被用于对患者中的软组织进行成像的成像模态。在磁共振成像中，在检查区域内生成基本均匀的主磁场。主磁场使检查区域内被成像的患者的核自旋系统极化。通过将射频激励信号发射到检查区域中来在与主磁场对齐的偶极子中激励磁共振。具体地，经由射频线圈组件发射的射频脉冲使偶极子倾斜而不与主磁场对齐，并且在平行于主磁场的轴周围引起宏观磁矩向量。射频线圈组件被调制到主磁场中待成像的偶极子的共振频率。磁矩继而在其弛豫并返回到其与主磁场对齐的先前状态时生成对应的射频磁信号。由再次被调制到共振信号的射频线圈组件来接收射频磁共振信号。根据接收到的信号，重建图像表示以向临床医生等显示。利用根据空间位置而改变共振频率的磁场脉冲来对空间位置进行编码。
大量的例行磁共振成像(MRI)扫描是对在其身体中具有金属植入物的患者进行的。由于MRI扫描器所采用的强磁场，造成大多数金属植入物对MR成像的绝对禁忌。然而，MRI安全的金属植入物也存在。在MRI扫描中遇到的常见金属植入物是用于施予化疗的静脉端口、心脏手术后的胸骨线、手术夹、臀植入物或肱植入物等。金属植入物生成局部磁化率伪影，所述局部磁化率伪影导致伪影附近的信号缺失。这样的信号缺失一般显著地大于实际的金属物体。最终的结果是图像上的黑色区域。
发明内容
本申请提供用于在生成MR图像时减轻局部磁化率伪影源的影响的新的且改进的系统和方法，其克服了以上提及的问题和其他问题。
根据一方面，一种减轻磁共振(MR)图像中的局部磁化率伪影的方法包括：确定患者具有伪影源；根据所述伪影源的至少一个参数来选择替代软组织装置；将所述替代软组织装置应用到所述患者；采集所述患者和所述替代软组织装置的MR扫描数据；根据采集到的扫描数据来重建MR图像，所述MR图像包括由所述替代软组织装置形成的替代边界；以及，分割所述MR图像。
根据另一方面，一种促进减轻磁共振(MR)图像中的局部磁化率伪影的系统包括处理器，所述处理器被配置为接收描述患者中的伪影源的一个或多个参数的信息，并且执行表格查找以根据所述伪影源的所述一个或多个参数中的至少一个来识别替代软组织装置。所述系统还包括MR扫描器，所述MR扫描器采集具有被定位其上的所述替代软组织装置的所述患者的MR扫描数据。所述处理器还被配置为根据采集到的扫描数据来重建MR图像，所述MR图像包括由所述替代软组织装置形成的替代边界，并且分割所述MR图像。
根据另一方面，一种减轻磁共振(MR)图像中的局部磁化率伪影的方法包括：将患者上的替代软组织装置定位在所述患者内的识别出的伪影源上；采集所述患者和所述替代软组织装置的MR扫描数据；根据采集到的扫描数据来重建MR图像，所述MR图像包括由所述替代软组织装置形成的替代边界；并且分割所述MR图像。所述方法还包括：根据经分割的MR图像数据来生成衰减校正因子；采集所述患者的正电子发射断层摄影(PET)扫描数据；将所述PET数据重建为PET图像；使用所生成的衰减校正因子来校正所述PET图像中的衰减；并且输出经衰减校正的PET图像。
一个优势在于改进了患者诊断。
另一个优势在于改进了图像质量。
本领域技术人员在阅读并理解了下面的详细描述后，将意识到本发明的进一步的优势。
附图说明
附图仅出于图示各方面的目的，并且不得被解释为限制。
图1图示了根据本文中描述的一个或多个特征的促进提供替代软组织边界以改进图像分割的系统。
图2A和图2B图示了例如能够由于患者中的伪影源(诸如胸骨线等)而出现的局部磁化率伪影的范例。
图3A和图3B图示了例如能够由于患者中的伪影源(诸如胸骨线等)而出现的局部磁化率伪影的范例，其中，所述伪影已经通过本文中描述的替代软组织装置而减轻。
图4图示了用于通过采用替代软组织装置来创建改进图像分割的替代软组织边界而减轻MR图像中的局部磁化率伪影的方法。
具体实施方式
所描述的系统和方法通过借助于在MR成像期间所采用的外部替代软组织装置提供用于3D生长(growing)或模型适配算法的替代边界来克服以上提及的问题。替代软组织装置(在本文中也称为伪影影响减少装置)包括具有固有MR信号的(一种或多种)材料，与继发于金属伪影的信号缺失相反，所述材料提供用于3D生长或模型适配算法的替代边界。
例如，当执行对PET图像的基于MR的衰减校正时(例如使用多模态PET/MRI扫描器等)，由于肺的相对低的MR信号，平均肺模型被引入到3D图像体积中。之后，肺模型的边界或轮廓被适配到在图像体积中检测到的边界。当针对在正电子发射断层摄影(PET)成像中由注入的放射示踪剂所发射的光子的衰减进行校正时，对肺(或其他器官或特征)的准确分割是重要的，这是因为从PET图像采集到的测量结果能够影响处置决策。如果由胸部中的金属植入物导致的磁化率伪影中断胸壁的连续性，则对肺模型的适配以及因此在PET/MRI中的衰减校正可能受到不利影响，因此允许算法将外部空气及其信号不存在解读为肺的延续。当对例如具有胸骨线的患者进行成像时，该不期望的现象经常出现。尽管本文中描述的系统和方法是关于对肺的分割而提出的，但其不限于此，并且能够适用于其中期望替代软组织边或边界的任何场景。
图1图示了根据本文中描述的一个或多个特征的促进提供替代软组织边界以改进图像分割的系统10。系统10包括一个或多个扫描器12，其对对象或患者进行扫描以采集扫描数据。例如，(一个或多个)扫描器能够是磁共振(MR)扫描器或多模态扫描器，例如组合的MR-正电子发射断层摄影(PET)扫描器、MR-单光子发射计算机断层摄影(SPECT)扫描器、分开的MR扫描器和核(例如PET、SPECT等)扫描器等。处理器14运行用于执行本文中描述的各个功能、方法、技术等的计算机可执行指令，并且所述计算机可执行指令被存储在存储器16中。所述系统还包括工作站18，用户经由所述工作站输入和/或操纵系统中的数据，并且信息经由所述工作站被显示给用户。
处理器14运行被存储在存储器16中的采集模块20(例如计算机可执行指令的集合、例程、程序等)，以采集对象或患者21的MR扫描数据。重建处理器22运行被存储在存储器16中的重建模块或算法24，以将采集到的图像数据25重建为重建图像26。在一个实施例中，重建处理器专用于执行图像重建。在另一个实施例中，重建处理器22被集成到处理器14。
替代软组织装置(SSTD)28在MR扫描之前被放置在患者或对象上，以提供能够在图像分割期间使用的替代软组织边界，例如从而防止分割模块30在图像分割期间将肺空气体素和外部空气体素(即患者身体外部)分割为单个连接的组分。替代软组织装置被选择为足够大以包含来自患者的身体外部的局部磁化率伪影。在得到的图像中，也能够使装置的部分经受伪影，但边界仍可见。一旦患者21和装置28被成像，处理器能够将分割模块30和3D模型适配模块31一起运行以使一个或多个3D分割模型符合图像，以用于对其的分割。
根据涉及正电子发射断层摄影(PET)/MRI多模态扫描的范例，向患者询问关于他或她身体中的金属。在该范例中，患者具有MRI安全的胸骨线。之后患者被定位在扫描器台上，并且适当的装置沿着患者的胸骨被定位并适配。执行成像，并且在进行临床扫描之前查看(一幅或多幅)患者图像以确定装置包含伪影。后续的图像后处理算法识别内部器官与外部空气之间的边界。
根据一个实施例，(例如从患者记录数据库等)检索患者数据32并将其存储在存储器16中。由处理器分析患者数据32以识别或确定一个或多个伪影源参数34，所述伪影源参数包括但不限于伪影源的存在、伪影源类型、材料、大小、在患者内的位置等)。一旦确定伪影源参数，处理器在装置查找表36上执行表格查找以识别替代软组织装置或适当的大小和材料，从而在利用患者进行成像时形成替代软组织边界。根据一个或多个确定的伪影源参数来选择适当的装置。
一旦已经对具有替代边界的MR图像进行分割，处理器16运行衰减校正(AC)模块38以生成一幅或多幅AC图40。(例如在患者上具有或不具有在恰当位置的替代软组织装置的情况下)采集患者的核扫描数据42并且将其存储在存储器中。采集到的核扫描数据被重建为图像(例如通过运行重建模块24的处理器16、通过一个或多个专用重建处理器、或通过任何其他适合的器件)，并且经重建的核图像数据44被存储到存储器16和/或被显示在工作站18上。之后处理器运行(例如被存储为AC模块38的部分的)指令以使用(一幅或多幅)AC图40来校正核图像中的衰减，以便生成经衰减校正的核图像46，所述经衰减校正的核图像46被存储在存储器中和/或被输出到工作站18以供临床医生查看。
替代软组织装置能够由用于单次使用(例如一次性)或用于多次使用的材料制成。此外，所述装置能够被成形或适配为拟合身体的不同区域(胸骨、臀部、胸部等)。在其中扫描器12是多模态PET/MRI扫描器的另一实施例中，替代软组织装置能够由具有与软组织的衰减系数(即0.096cm-1)相似或大致相等的衰减系数的材料组成。在该范例中，替代软组织装置材料能够被选择为减轻伽马光子散射。
应当理解，处理器14运行用于执行本文中描述的各功能和/或方法的计算机可执行指令并且存储器16存储所述计算机可执行指令。存储器16可以是其上存储有控制程序的计算机可读介质，例如盘、硬盘等。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带或任何其他磁性存储介质、CD-ROM、DVD或任何其他光学介质、RAM、ROM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、及其变型、其他存储器芯片或卡盘(cartridge)、或处理器14能够从其读取或运行的任何其他有形介质。在该背景中，系统10可以被实现为一个或多个通用计算机、(一个或多个)专用计算机、经编程的微处理器或微控制器和外围集成电路元件、ASIC或其他集成电路、数字信号处理器、诸如离散元件电路的硬连线电子或逻辑电路、诸如PLD、PLA、FPGA、图形处理单元(GPU)或PAL的可编程逻辑装置等，或者系统10可以在其上被实现。
图2A和图2B图示了例如由于患者中的伪影源(例如胸骨线等)而出现的局部磁化率伪影的范例。图2A示出了包括局部磁化率伪影102的MR图像100的范例。图2B示出了在MR图像分割110中对肺组织(浅灰)的失败的分割110，其中，左肺112的部分通过伪影102被连接到患者的身体外部的空气(白色)。
图3A和图3B图示了例如由于患者中的伪影源(例如胸骨线等)而出现的局部磁化率伪影的范例，其中，已经通过本文中描述的替代软组织装置减轻伪影。图3A示出了包括局部磁化率伪影102的MR图像120的范例，其中，已经使用替代软组织装置124使所述局部磁化率伪影102被替代组织边界122包围。图3B示出了在MR图像分割130中对肺组织132(浅灰)的成功分割130，其中，仍存在的伪影102的部分已经被分割为肺组织(浅灰)。
图4图示了用于通过采用替代软组织装置来创建改进图像分割的替代软组织边界而减轻MR图像中的局部磁化率伪影的方法。在202处，识别患者中的潜在伪影源。在204处，识别一个或多个伪影源参数，包括但不限于伪影源的特性、其制成材料、大小、位置等。在206处，基于识别出的伪影源参数和/或被用来对患者进行成像的(一个或多个)具体成像模态，识别和/或选择适当的(即在材料和大小方面)替代软组织装置。在208处，将识别出的替代软组织装置应用到患者。在210处，采集患者的MR扫描数据以及被定位在所述患者上的替代软组织装置的MR扫描数据。在212处，根据采集到的扫描数据来重建MR图像，使得MR图像包括由替代软组织装置形成的替代边界，并对MR图像进行分割。一旦被分割，MR图像分割能够被用于生成一个或多个衰减校正图、因子等，所述一个或多个衰减校正图、因子能够被用于校正后续的核图像(例如PET、SPECT、其变型或易受衰减影响的任何其他适合的成像模态等)中的衰减。
替代软组织装置能够由用于单次使用(例如一次性的)或用于多次使用的材料制成。此外，所述装置能够被成形或适配为拟合身体的不同区域(胸骨、臀部、胸部等)。在其中扫描器是多模态PET/MRI扫描器的另一实施例中，替代软组织装置能够由具有与软组织的衰减系数(即0.096cm-1或某些其他预定值)相似或大致相等的衰减系数的材料组成。在该范例中，替代软组织装置材料能够被选择为减轻伽马光子散射。在其他实施例中，替代软组织装置包括生理盐水、水基凝胶或胶状物、或者提供固有MR信号的任何其他适合的材料。在又一实施例中，替代软组织装置包括一种或多种油或具有与脂肪组织相似的成分的材料，例如卵磷脂等。如以上记载的，所选择的替代软组织装置的大小根据伪影源的大小、位置等。在一个实施例中，所述装置的厚度在一厘米或几厘米的量级上。
已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读和理解以上具体实施方式的情况下对于其他人可能想到修改或替代变型。本文意图将本发明解释为包括所有这种修改和替代变型，只要它们落入所附权利要求及其等价方案的范围之内。

Claims (15)

1.一种减轻磁共振(MR)图像中的由金属植入物造成的信号空的方法，包括：
确定患者具有金属植入物；
根据所述金属植入物的至少一个参数来选择替代软组织装置；
将所述替代软组织装置应用到所述患者；
采集所述患者和所述替代软组织装置的MR扫描数据；
根据采集到的扫描数据来重建MR图像，所述MR图像包括由所述替代软组织装置形成的替代边界；并且
分割所述MR图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参数是以下中的至少一个：
所述金属植入物的大小；
所述金属植入物的位置；以及
构成所述金属植入物的材料。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，还包括分析所述患者的医学记录来确定所述患者具有金属植入物。
4.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，所述替代软组织装置包括具有固有MR信号的材料。
5.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，所述替代软组织装置包括以下中的一个或多个：
生理盐水溶液；
水基凝胶；以及
卵磷脂。
6.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，还包括：
根据经分割的MR图像数据来生成衰减校正图；
采集所述患者的核扫描数据；
将采集到的核扫描数据重建为核图像；
使用所述衰减校正图来校正所述核图像中的衰减；并且
输出所述患者的经衰减校正的核图像。
7.一种承载软件的计算机可读介质(16)，所述软件用于控制处理器(14)以执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法。
8.一种促进减轻磁共振(MR)图像中的由金属植入物造成的信号空的系统，包括：
处理器，其被配置为：
接收描述患者中的金属植入物的一个或多个参数的信息；
根据所述金属植入物的所述一个或多个参数中的至少一个来执行表格查找以识别替代软组织装置；以及
MR扫描器，其采集具有被定位在所述患者上的所述替代软组织装置的所述患者的MR扫描数据；
其中，所述处理器还被配置为：
根据采集到的扫描数据来重建MR图像，所述MR图像包括由所述替代软组织装置形成的替代边界，并且
分割所述MR图像。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述一个或多个参数包括以下中的至少一个：
所述金属植入物的大小；
所述金属植入物的位置；以及
构成所述金属植入物的材料。
10.根据权利要求8-9中的任一项所述的系统，其中，所述处理器还被配置为分析所述患者的医学记录来检索所述金属植入物的所述一个或多个参数。
11.根据权利要求8-9中的任一项所述的系统，其中，所述软组织替代装置包括具有固有MR信号的材料。
12.根据权利要求8-9中的任一项所述的系统，其中，所述软组织替代装置包括以下中的一个或多个：
生理盐水溶液；
水基凝胶；以及
卵磷脂。
13.根据权利要求8-9中的任一项所述的系统，还包括：
核扫描器，其采集所述患者的核扫描数据；
其中，所述处理器还被配置为：
根据经分割的MR图像数据来生成衰减校正图；
将采集到的核扫描数据重建为核图像；
使用所述衰减校正图来校正所述核图像中的衰减；并且
输出所述患者的经衰减校正的核图像。
14.一种减轻磁共振(MR)图像中的由金属植入物造成的信号空的方法，包括：
将患者上的替代软组织装置定位在所述患者内的识别出的金属植入物上，其中，根据所述金属植入物的至少一个参数来选择所述替代软组织装置；
采集所述患者和所述替代软组织装置的MR扫描数据；
根据采集到的扫描数据来重建MR图像，所述MR图像包括由所述替代软组织装置形成的替代边界；
分割所述MR图像；
根据经分割的MR图像数据来生成衰减校正因子；
采集所述患者的正电子发射断层摄影(PET)扫描数据；
将所述PET数据重建为PET图像；
使用所生成的衰减校正因子来校正所述PET图像中的衰减；并且
输出经衰减校正的PET图像。
15.一种承载软件的计算机可读介质(16)，所述软件用于控制处理器(14)以执行根据权利要求14所述的方法。
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