CN105686829A

CN105686829A - 在检查对象的周期运动的情况下的形变计算

Info

Publication number: CN105686829A
Application number: CN201510883157.8A
Authority: CN
Inventors: A.格雷瑟
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers AG
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: KR20160070027A; CN105686829B; DE102014225282B4; KR101733891B1; US20160157747A1; DE102014225282A1; US10314512B2

Abstract

本发明涉及一种用于借助MR设备确定在进行周期运动的检查对象中的形变信息的方法，具有步骤：在检查对象的磁化时产生具有空间磁化区别的空间磁化图案，之后探测检查对象的MR信号，以关于周期运动的至少两个周期拍摄检查对象的MR图像，在至少两个周期的较晚周期中的空间磁化区别比在至少两个周期的较早周期中更小，根据在至少两个周期的较晚周期中对检查对象拍摄的MR图像确定较晚分段MR图像，以在较晚分段MR图像中定位检查对象，使用在较晚分段MR图像中定位的检查对象，根据至少两个周期的较早周期中对检查对象拍摄的MR图像确定较早分段MR图像，根据较早分段MR图像确定第一形变信息，其描述了检查对象在第一空间方向上的形变。

Description

在检查对象的周期运动的情况下的形变计算

技术领域

本发明涉及一种用于确定进行周期运动的检查对象中的形变信息的方法，以及一种为此的MR设备。

背景技术

在拍摄运动的器官，诸如心脏或肝脏，的MR图像的情况下，必须考虑器官的固有运动并且可能地考虑整个器官由于环境运动的运动。用于对运动的对象进行成像的第一可能性是所谓的单次激发技术(SingleShotTechnik)，其中在入射唯一的HF脉冲序列之后完整地读出相关的MR图像的原始数据空间，并且其中足够快速地拍摄MR数据，以便冻结运动。在另外的拍摄技术，即分割拍摄的情况下，将对于MR图像的数据拍摄划分为多个运动周期并且仅在类似的运动阶段拍摄MR数据。在心脏成像的情况下必须考虑呼吸和心脏运动，其中运动可以通过屏气技术来最小化或者可以通过导航门控(Navigator-Gating)来冻结。数据拍摄的另外的可能性是用于测量心肌运动的所谓的CINE数据拍摄，其中以在心肌和血液之间的尽可能良好的对比度，对于每心动周期拍摄多个MR图像，从而得出心脏运动的一类影像。

在拍摄运动的检查对象的情况下的感兴趣的参数是运动的检查对象的形变的确定。例如可以确定心肌的圆周方向上的形变和径向的形变信息作为心肌的形变信息。从在心肌的单个的区域中的形变信息中可以推断出心肌在相应的区域中的相应活性。但是在拍摄短轴截面中的心肌时困难的是，对于心肌的不同片段计算心肌在圆周方向上的形变，因为在心肌中不存在足够的根据其能够在圆周方向上估计形变的标记。以相应的方式，这一点也适用于在心脏的纵轴截面上的纵向形变。

此外公知的是，磁化经受空间磁化图案，例如格栅图案。在这样的方法，也称为标志法(Tagging-Verfahren)中，检查对象在MR图像中以条纹或格栅图案出现。该图案也可以用于确定形变信息，但是其中在此径向地确定形变信息是困难的，因为在径向方向上不存在足够的标记点。

在确定心肌或任意其它运动的检查对象的形变信息的情况下，该心肌或任意其它运动的检查对象必须可靠地在MR图像中被识别并且将其与其它组织分开。但是诸如心肌的运动对象在MR图像中的为此所需的分段在MR图像中是特别困难的，其中通过标志法应用空间磁化图案。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，进一步改善在运动的检查对象中的形变信息的确定。

上述技术问题通过按照本发明的特征来解决。在从属权利要求中描述了本发明的其它实施方式。

按照第一方面，提供一种用于确定进行周期运动的检查对象中的形变信息的方法，其中形变信息借助MR设备来确定。在检查对象的磁化时产生具有空间磁化区别的空间磁化图案。此外，在产生空间磁化图案之后探测检查对象的MR信号，以用于在周期运动的至少两个周期上拍摄检查对象的MR图像。在此，在至少两个周期的较晚的周期中的空间磁化区别比至少两个周期的较早的周期中更小。根据在至少两个周期的较晚的周期中对检查对象拍摄的MR图像确定较晚的分段MR图像，以用于在较晚的分段MR图像中定位检查对象。此外在使用在较晚的分段MR图像中定位的检查对象的条件下，根据在至少两个周期的较早的周期中对检查对象拍摄的MR图像确定较早的分段MR图像。此外，根据较早的分段MR图像确定第一形变信息，其描述了检查对象在第一空间方向上的形变。

在产生空间磁化图案之后的磁化关于周期运动的至少两个周期接近平衡状态，从而空间磁化图案和相关的磁化区别在较晚的周期的MR图像中更小。在该图像中更简单的是，通过分段算法来定位检查对象。在对检查对象在至少两个周期的较早的周期中拍摄的较早的MR图像中，磁化图案更强烈地呈现，从而在此更困难地实施用于识别检查对象的分段。如果现在将通过较晚的分段MR图像对检查对象的定位转用到较早的MR图像并且由此简单地确定较早的分段MR图像，则可以使用其中空间磁化图案能被更好地识别的较早的分段MR图像来确定形变信息。通过空间的磁化图案，在不同的空间方向上在检查对象中存在足够的标记，从而可以在一个空间方向上以满意的质量确定形变信息。该第一空间方向优选平行于运动的检查对象的轮廓延伸。

此外可能的是，在使用较晚的分段MR图像的条件下确定第二形变信息，其中第二形变信息至少描述了检查对象在第二空间方向上的形变，该第二空间方向与第一空间方向不同并且优选垂直于其。在较晚的分段MR图像中可以良好地识别运动的检查对象的轮廓，因为空间磁化图案的磁化区别仅极其微弱地呈现或者是消失的。如果可以良好地识别轮廓，则也可以确定在垂直于轮廓的方向上的形变。例如可以在较晚的分段MR图像中确定垂直于轮廓的形变信息，而可以更好地在较早的分段MR图像中确定平行于轮廓的形变信息，因为空间磁化区别或空间磁化图案在此更强烈地出现。在该实施方式中由此可以获得全面的形变信息，方法是，根据较早的分段MR图像确定一个形变信息，并且根据较晚的分段MR图像确定在优选与之垂直的方向上的另一个形变信息。

如果检查对象是心肌，则第一形变信息例如可以描述心肌在心肌的圆周方向上的形变，其中该形变根据较早的分段MR图像更好地被确定，在该较早的分段MR图像中比在较晚的周期的MR图像中更强烈地呈现空间磁化图案。可以从较晚的MR图像的分段接受为此所需的分段。心肌的径向的形变信息可以良好地从较晚的分段MR图像中得出，因为基于由于图案导致的较小的磁化区别可以更好地在较晚的周期的MR图像中识别心肌的边缘。

根据第一和第二形变信息可以确定检查对象的总形变信息或总形变场。例如可以通过加权地组合第一形变信息和第二形变信息确定总形变场。在此可以考虑，能够以哪种可靠性确定形变的各个分量。此外，可以通过迭代方法，诸如总方差方法(totaleVariationsverfahren)，来改善两个场分量的一致性。提供来自于“标签(Tag)”和“非标签(NoTag)”心动周期，也就是来自于具有强烈的磁化图案和具有较弱的磁化图案的MR图像，的两个形变场作为起始点，其中假定，在“非标签”心动周期中例如关于径向的形变的信息比在“标签”形变场中更可靠。也就是，如果在“标签”数据组中的心肌像素的径向分量开始通过来自于“非标签”数据组的值代替，则例如由质量守恒(在良好的空间覆盖的情况下)或心脏组织的弹性特性的假定得出不一致。在第二步骤中然后可以通过改变相邻值减小不一致。这一点可以依次地对于所有心肌像素实施。类似地，可以反过来将来自于标签心动周期的沿着心肌环的形变信息转用到非标签数据组。为了减小不一致，可以使用合适的数学方差方法，其引入与局部质量守恒的偏差作为标准。

对于在至少两个周期的较早的和较晚的周期中的MR图像可以使用相同的成像序列。但是也可以对于探测在两个周期中的MR信号使用不同的成像序列。从一个成像序列至另一个成像序列的过渡例如可以在两个周期之间的中间周期中进行，其中在该过渡周期中优选不确定形变信息。

可以确定并监视检查对象的周期运动。在此可以对于较早的周期的MR图像计算较早的周期的MR图像，也就是较早的分段MR图像中的分段的确定，方法是，确定对于较早的周期的MR图像相关的形变信息，其中根据较晚的分段MR图像的形变信息识别那些其形变信息最接近于由较早的周期的MR图像确定的形变信息。然后可以根据较晚的分段MR图像确定分段信息并且以最相似的形变信息转用到较早的周期的MR图像。在该实施方式中，使用在较早的和较晚的周期中的形变场的相似性，以便将来自于较晚的周期的MR图像的分段信息转用到较早的周期的MR图像。作为对于形变场的相似性的标准例如可以考察在来自不同的阶段的形变场之间的总的标准偏差。具有最小的标准偏差的阶段可以被观察为与相同的心脏运动状态相关的。两个运动场包含两个分量。按照预期，心脏运动本身应当主导在图像系列中的动态，从而在分量中的各个不准确性不应当表示在该相似性观察中的问题。

另一个可能性在于，将较晚的周期的MR图像的分段转用到较早的周期的MR图像，方法是，确定较晚的分段MR图像，其在周期的、与较早的周期的MR图像相同的时间间隔中被拍摄。可以确定来自于较晚的分段MR图像的分段信息并且将其转用到较早的周期的MR图像，从而也存在较早的分段MR图像。

如果检查对象是心肌，则可以将心肌在圆周方向上分为多个片段，其中可以对于心肌的多个片段计算两个形变分量，也就是径向的形变和形变圆周方向。由此可以对于不同的心肌片段以较大的局部精确性给出关于形变的结论和由此关于肌肉组织的活性的结论。

本发明还涉及一种用于利用HF单元确定形变信息的MR设备，该HF单元在读出信号时可以产生在检查对象中的空间磁化图案，其中设置图像拍摄单元，其被构造为，在产生空间磁化图案之后探测检查对象的MR信号，以用于关于至少两个周期拍摄检查对象的MR图像。此外设置计算单元，其被构造为，确定较晚的分段MR图像，以用于在较晚的分段MR图像中定位检查对象。计算单元还被构造为，根据在至少两个周期的较早的周期中对检查对象拍摄的MR图像确定较早的分段MR图像，其中该较早的分段MR图像在使用在较晚的分段MR图像中定位的检查对象的条件下被确定。计算单元还可以根据较早的分段MR图像确定第一形变单元。优选地如上面所描述的那样，计算单元被构造为用于确定第一形变信息和第二形变信息。

附图说明

下面对照所附的附图对本发明作进一步的说明。附图中：

图1示意性示出了MR设备，利用其可以有效地确定检查对象的形变信息。

图2示意性示出了MR图像，在周期运动的至少两个周期的较早的周期中和在周期运动的较晚的周期中对作为检查对象的心肌拍摄该MR图像。

图3示意性示出了对于较早和较晚的周期具有与之相关的磁化图案的分段的心肌。

图4示出了图2中示出的、用于计算纵向方向上的形变的心肌。

图5示出了图2中示出的、用于计算径向的形变的心肌。

图6示意性示出了具有为了计算形变信息而执行的步骤的流程图。

具体实施方式

下面的说明描述了一种MR设备和为此的方法，利用其可以以简单的方式精确地确定在诸如心肌的运动对象的不同空间方向上的形变信息。在此可以按照描述的关系使用上面已经描述的和下面还要描述的各个特征。但是各个特征也可以单独的和与所有其它描述的特征组合，只要其没有通另外指出。

图1示意性示出了磁共振设备10(MR设备)，利用其可以按照本发明拍摄周期运动的检查对象的MR图像并且利用其可以计算形变信息。磁共振设备10具有用于产生极化场B0的磁体11，其中将布置在卧榻12上的受检人员13移入磁体11的中心，以便在那里利用未示出的HF线圈来从检查对象拍摄位置梯度的磁共振信号。通过入射高频脉冲序列和接通磁场梯度可以将通过极化场B0产生的磁化从平衡位置偏转并且得出的磁化可以在未示出的接收线圈中被探测。此外可以利用未示出的HF发送线圈在检查对象中产生空间磁化图案，诸如菱形图案或条纹图案。这样的用于产生磁化图案的方法也被称为标志法(Tagging-Verfahren)。专业人员已知怎样通过入射特殊的HF脉冲能够在磁化中产生这样的图案，在此没有详细描述，而在FischerSEetalinMagn.Reson.Med.1993,30:191-200或OsmanNFetal,Magn.Reson.Med.2001,46:324-334等中描述了。

专业人员同样已知用于在磁场梯度上通过HF脉冲序列产生磁共振图像的一般工作原理并且在此未详细解释。此外，MR设备10具有中央控制器20，其用于控制MR设备。中央控制器具有HF控制单元14，其用于控制和接通HF脉冲来实施磁化。梯度控制单元15被设置用于控制和接通所需的磁场梯度。图像拍摄单元16利用探测MR信号来控制图像拍摄并且由此依据所选择的成像序列来控制，在该序列中使用磁场梯度和HF脉冲的序列。这意味着，图像拍摄单元16也控制梯度控制单元15和HF控制单元14。人员可以通过输入单元17来控制MR设备10的流程，并且在显示单元18上可以显示MR图像。计算单元19被设置为，其如下面还要详细解释的那样，可以对MR图像进行分段并且可以由分段的MR图像计算形变信息。在存储单元21中例如可以存储对于拍摄MR图像所需的成像序列，以及另外的程序，其对于运行MR设备是必须的。

现在，图2示意性示出了心肌的MR图像，其EKG触发地被拍摄，其中或者这样拍摄单个的MR图像22和23，使得在唯一的HF激励之后读出总的所需的MR原始数据(所谓的单次激发技术，Single-ShotTechnik)。同样也可以按照分段的拍摄技术进行MR拍摄，其中K空间被分为不同的片段并且每个片段在相同的心跳阶段被拍摄。由此可以按照CINE模式进行所谓的拍摄，其中在周期运动期间拍摄多个MR图像。MR图像22在此是较早的分段MR图像，而MR图像23是较晚的分段MR图像。这意味着，关于心脏运动的至少两个周期拍摄MR信号图像，其中在每个周期拍摄多个MR图像。在拍摄MR图像之前在检查区域中以空间磁化区别来产生空间磁化图案，如通过在检查对象中的格栅式的图案25可以识别的那样。MR图像22或23示意性地应当表示具有心肌26的心脏。如由MR图像22和23的比较可以识别的那样，在至少两个周期中的较早的周期的MR图像中的磁化图案25可更强地识别。因为具有T1时间的磁化并且由此磁化图案接近平衡状态，所以在至少两个周期中的较晚的周期中的MR图像中的磁化图案25更小。总之，可以关于多于两个周期拍摄多个图像，其中周期的数量特别是取决于如下能力：受检人员可以屏住呼吸多久。

在产生磁化图案之后很短时间拍摄较早的周期的MR图像，而之后拍摄至少一个或多个周期的较晚的周期的MR图像。在较晚的周期的MR图像中现在可以以简单的方式进行分段，因为在检查对象中产生的磁化图案仅轻微显现()并且由此可以良好地探测边缘。这意味着，在较晚的周期的MR图像中能够更简单的分段。由此可以确定较晚的分段MR图像，其中如在较晚的分段MR图像23中显示的那样，心肌被分段。在此可以使用已知的分段算法，其例如基于边缘探测或其它方法。

此外，关于图2和图3解释，怎样由多个较晚的分段MR图像23确定径向的形变信息以及由较早的分段MR图像确定圆周方向上的形变。因为可以在较晚的周期的MR图像中良好地识别边缘，所以可以简单地确定分段的心肌26。根据边缘关于周期的运动，现在可以从较晚的分段MR图像来计算径向的形变，诸如径向的形变27(参见图5)。这例如可以用于心肌的不同的分段28，如其在图3中可以识别出通过虚线分成不同的分段28。由此可以从较晚的分段MR图像中确定可靠的径向的形变。分段信息，即心肌与周围组织的界定，现在可以转用到较早的周期的MR图像。在此，分段可以被转用到较早的周期的MR图像，方法是，简单地将在一个周期期间的多个MR图像分为不同的片段并且对于相同的片段将来自于较晚的周期的分段转用到较早的周期的分段，也就是转用到较早的周期的MR图像，该MR图像按照相同的时间间隔在EKG的R尖峰(R-Zacke)之后被拍摄。由此可以将较晚的周期的MR图像的分段信息转用到较早的周期的MR图像。另一个可能性在于，使用由较早的周期和较晚的周期的MR图像计算的形变场的相似性。

在考虑较晚的周期的MR图像的分段信息的条件下，图3左边单独表明分段的心肌，如由两个周期中较早的周期的MR图像已经确定的那样。较早的分段MR图像现在具有更强烈的磁化图案。由此可以对于心肌总体上地或对于单个的分段28计算圆周方向上的形变29。可以通过标准标志法或通过基于阶段的方法(如DENSE)产生磁化图案。可以使用梯度回波序列、SSFP(稳态自由进动梯度回波序列，steady-statefreeprecessionGradientenechosequenz)或平面回波成像序列作为成像序列。

此外可以由径向的形变信息27和圆周方向29上的形变信息来计算组合的形变信息，也就是总形变场。在此可以确定两个形变场的加权的组合，其中考虑加权，利用所述安全性可以计算不同的形变分量。最简单的假定是，可以分别仅二进制地计入一个或另一个分量。但是两个方法的精确性也可以由一致性考察(Konsistenzbetrachtung)推导出，诸如质量守恒和弹性特性。此外可以通过迭代方法，诸如总方差方法，来改善两个形变信息的一致性。可以对于较早和较晚的周期的两个MR图像使用相同的成像序列。此外可以使用不同的成像序列，例如所谓的扰相的梯度回波序列用于较早的周期的MR图像中的良好对比度以及具有SSFP的梯度回波序列在较晚的周期的MR图像中用于最好的解剖对比度。

此外形变信息的测量可以以体积或3DMR序列进行，其在自由的呼吸运动中例如利用导航技术来拍摄，从而识别出，哪个呼吸状态属于哪个图像。

该方法在图4中被概括。首先在步骤40中在检查对象中产生磁化图案。该产生可以通过磁化的任意类型的空间调制进行。如在图2和图3中那样，可以使用网状类型的图案作为图案，但是也可以使用其它图案，诸如简单的线、周期的线或极线。在步骤S41中关于周期运动的多个周期拍摄MR数据。周期运动在心脏的情况下可以是心跳，但是也可以使用其它循环的周期的器官，诸如肝脏，或大血管的血管壁，其同样周期随着心跳运动。

在步骤S41之后由此给出较早的MR图像，其源于至少两个周期中的较早的周期；和较晚的MR图像，其源于至少两个周期中较晚的周期，其中在较早的MR图像中的磁化图案比在较晚的MR图像中更强地显露，因为由于磁化的T1时间，磁化图案接近平衡状态。在步骤S42中可以将较晚的周期的MR图像分段，如在图2和图3的右图中示出的那样。在较晚的周期的MR图像中的分段可以是更简单的，因为在此由于较小的磁化图案可以更简单地识别解剖信息。在步骤S43中至少径向的形变或垂直于分段线的形变，其在MR图像的分段时作为与其它组织类型的分界线给出，可以根据较晚的周期的分段MR图像来确定，其在心肌的情况下是径向的形变。由较晚的周期的MR图像获得的分段MR图像或分段信息可以被转用到较早的周期的MR图像，如前面结合图2和图3所解释的那样(步骤S44)。因为现在还存在较早的分段MR图像，所以可以确定垂直于现有的形变信息的形变，在此是纵向方向上的或平行于心肌的分段线的形变。这在较早的分段MR图像中是可能的，因为通过还存在的磁化图案存在足够的依据，其能够实现纵向方向上的形变方向的确定(步骤S45)。

这意味着，可以以简单的方式确定在不同空间方向上的形变信息。在激励磁化和产生磁化图案之后根据唯一的信号拍摄可以通过巧妙的组合，如上面解释的那样，确定在不同空间方向上的形变信息。

Claims

1.一种用于借助MR设备确定在进行周期运动的检查对象中的形变信息的方法，具有以下步骤：

-在检查对象的磁化情况下产生具有空间磁化区别的空间磁化图案(25)，

-在产生空间磁化图案之后探测检查对象的MR信号，以用于关于周期运动的至少两个周期拍摄检查对象的MR图像，其中在至少两个周期的较晚的周期中的空间磁化区别比在至少两个周期的较早的周期中更小，

-根据在至少两个周期的较晚的周期中对检查对象拍摄的MR图像确定较晚的分段MR图像(23)，以用于在较晚的分段MR图像中定位检查对象，

-在使用在较晚的分段MR图像(23)中定位的检查对象的条件下，根据在至少两个周期的较早的周期中对检查对象拍摄的MR图像确定较早的分段MR图像(22)，

-根据较早的分段MR图像确定第一形变信息(29)，其描述了检查对象在第一空间方向上的形变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在使用较晚的分段MR图像的条件下确定第二形变信息(27)，其中第二形变信息(27)至少描述了检查对象在第二空间方向上的形变，该第二空间方向与第一空间方向不同。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据第一形变信息(29)和第二形变信息(27)确定检查对象的总形变场。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于在至少两个周期的较早的和较晚的周期中的MR信号的探测使用不同的成像序列。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，检查对象是心肌，其中第一形变信息(29)描述了心肌在心肌的圆周方向上的形变。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，第二形变信息(27)是心肌的径向的形变。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其特征在于，确定并监视检查对象的周期运动，其中对于较早的周期的MR图像，确定一个较早的分段MR图像(22)，方式是，确定对于较早的周期的MR图像相关的形变信息并且从较晚的分段MR图像的形变信息中识别那个较晚的分段MR图像，其形变信息最接近于来自于较早的周期的所述MR图像的确定的形变信息，其中从所述较晚的分段MR图像确定分段信息并且以最相似的形变信息转用到所述较早的周期的MR图像。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定并监视检查对象的周期运动，其中对于较早的周期的MR图像，确定一个较早的分段MR图像，方式是，确定较晚的分段MR图像，其在与较早的周期的MR图像相同的时间间隔中被拍摄，并且确定来自于较晚的分段MR图像的分段信息并且将其转用到较早的周期的MR图像。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于，将心肌在圆周方向上分为多个片段(28)，其中对于心肌的多个片段计算径向的形变和在圆周方向上的形变。

10.根据权利要求3至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过加权地组合第一形变信息和第二形变信息确定总形变场。

11.一种用于确定在进行周期运动的检查对象中的形变信息的MR设备，其具有

-HF控制单元(14)，其被构造为，在检查对象的磁化时产生具有空间磁化区别的空间磁化图案，

-图像拍摄单元(16)，其被构造为，在产生空间磁化图案之后探测检查对象的MR信号，以用于关于周期运动的至少两个周期拍摄检查对象的MR图像，其中在至少两个周期的较晚的周期中的空间磁化区别比在至少两个周期的较早的周期中更小，

-计算单元(19)，其被构造为，

根据在至少两个周期的较晚的周期中对检查对象拍摄的MR图像确定较晚的分段MR图像(23)，以用于在较晚的分段MR图像中定位检查对象，

在使用在较晚的分段MR图像中定位的检查对象的条件下，根据在至少两个周期的较早的周期中对检查对象拍摄的MR图像确定较早的分段MR图像(22)，

根据较早的分段MR图像确定第一形变信息(29)，其描述了检查对象在第一空间方向上的形变。