CN106233154B - 使用预脉冲和导航器的具有运动校正的磁共振成像 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于在应用扫描序列(200)的情况下对感兴趣对象(120)的感兴趣区域(142)进行磁共振(MR)成像的方法，所述扫描序列包括至少一个预脉冲(202、204)以及多个读出(206)，其中，所述多个读出(206)在至少一个预脉冲(202、204)之后执行，其中，不同的配置造成不同的图像对比度，所述方法包括以下步骤：执行准备阶段，包括应用至少一个扫描序列(200)以使用不同的配置提供一组参考读出(206)并且生成具有针对参考读出(206)的每种配置的感兴趣区域(142)的一幅导航器图像(210)的一组导航器图像(210)；执行检查阶段，包括应用至少一个扫描序列(200)，其中，针对每个扫描序列(200)生成感兴趣区域(142)的至少一幅图像(212)；通过将所述检查阶段的扫描序列的至少一幅图像(212)与具有相同配置的导航器图像(210)进行比较作为比较的图像(212)；基于所述至少一幅图像(212)的感兴趣对象(120)的所确定的运动来执行对所述至少一幅图像(212)的运动校正；并且基于在执行运动校正之后的图像(212)来提供感兴趣对象(120)的感兴趣区域(142)的MR扫描。本发明还提供适于执行以上方法的MR成像系统(110)以及用于升级MR成像系统(110)的软件包，其中，所述软件包包含用于根据以上方法来控制所述MR成像系统(110)的指令。
Description
技术领域
本发明涉及使用预脉冲的磁共振成像的领域。
背景技术
在现有技术中(例如，在心血管MR成像的领域中)已知用于使用预脉冲的磁共振(MR)成像的不同的技术。例如，纵向弛豫时间(T1)映射正变为心血管MR中越来越有价值的工具，以诊断心肌疾病的范围。T1映射是使用预脉冲询问磁化的恢复行为并在相对于预脉冲的给定延迟之后执行读出来完成的。由于用于执行所要求的读出所要求的询问点的数量，典型的扫描序列要求至少两个预脉冲。在其他配置中，能够将不同的翻转角用于读出，也导致具有不同图像对比度的图像。在其他设置中，能够例如在弥散加权成像中使用不同的b值，也得到具有不同图像对比度的图像。
由于呼吸运动，对上胸部的三维成像是具有挑战的，使得MR图像生成在屏息状态下最佳地执行。尽管如此，如上所述，具有至少两个预脉冲的典型的T1扫描序列可能持续大约16秒。这些扫描时间不适于在屏息状态下的扫描，特别是当考虑感兴趣对象(即，患者)因为在上胸部中的严重问题而频繁地经受MR扫描时，上胸部中的严重问题可能妨碍将屏息状态维持所要求的至少整个扫描序列的时间。因此，例如，临床T1映射扫描已经大都被限制为2D屏息采集，造成对能实现的空间分辨率和信噪比的限制。
为了克服这些限制，已经使用借助常规隔膜1D导航的呼吸运动校正研究了自由呼吸3D T1映射。隔膜射束导航器能够被用于门控或者跟踪呼吸运动或者甚至这两者，以补偿所检测到的呼吸运动。然而，这尚未证明是可靠的并且导致长的采集时间和低的扫描效率，其甚至低百分之五十。
White、Nathan等人的期刊文章“PROMO:Real‐time prospective motioncorrection in MRI using image‐based tracking”，Magnetic Resonance in Medicine63.1(2010)：91-105，公开了一种PROMO磁共振成像协议，其是针对使用基于图像的跟踪的MRI的实时前瞻性运动校正。
Krishnamurthy、Ramkumar、Benjamin Cheong和Raja Muthupillai.的期刊文章“Tools for cardiovascular magnetic resonance imaging”，Cardiovasculardiagnosis and therapy 4.2(2014)：104，公开了使用通过检测ECG信号中的“R”波的斜升的心脏门控来使心脏运动对图像质量的不利影响最小化。该文章还公开了补偿呼吸运动的若干种方法，其包括：屏息、平均化、呼吸顺序的相位编码以及使用导航器回波。导航器回波被用于舍弃在心脏和/或隔膜不在规定的用户位置内的情况下的数据，并且被描述为是耗时的并且在技术上难于实施的。
美国专利申请US 2013/0134976 A1公开了一种根据实施例的磁共振成像装置，其包括执行单元、通知单元、检测单元以及确定单元。所述执行单元执行脉冲序列以收集在恒定周期处的对象的数据。所述通知单元向对象通知与脉冲序列被执行处的周期同步的呼吸的定时。所述检测单元检测对象的呼吸水平或呼吸周期。所述确定单元在所述脉冲序列被执行时确定是否使用由脉冲序列收集的数据用于根据对象的呼吸水平或呼吸周期的图像重建。
发明内容
本发明在独立权利要求中提供了磁共振成像的方法、软件包以及磁共振(MR)成像系统。在从属权利要求中给出了实施例。
本发明可以提供一种用于使用预脉冲的磁共振成像的方法、一种执行以上方法的MR成像系统以及用于升级MR成像系统以执行以上方法的软件包，其实现针对大范围的感兴趣对象的具有高效率、高分辨率、良好图像质量以及低伪影的磁共振成像，尤其是在受感兴趣对象的呼吸运动影响的感兴趣区域中。
本发明的实施例可以提供一种用于通过应用包括至少一个预脉冲以及多个读出的扫描序列来对感兴趣对象的感兴趣区域进行磁共振(MR)成像的方法，其中，所述多个读出是在至少一个预脉冲之后利用造成不同图像对比度的不同配置来执行的，所述方法包括以下步骤：执行准备阶段，包括应用至少一个扫描序列以使用不同的配置提供一组参考读出，并且针对所述参考读出的每种配置生成具有感兴趣区域的一幅导航器图像的一组导航器图像；执行检查阶段，包括应用至少一个扫描序列，其中，针对每个扫描序列生成感兴趣区域的至少一幅图像；通过将所述检查阶段的所述扫描序列的至少一幅图像与作为比较图像的具有相同配置的导航器图像进行比较来确定感兴趣对象的运动；基于所述至少一幅图像的感兴趣对象的所确定的运动来执行对所述至少一幅图像的运动校正；并且基于在执行运动校正之后的图像来提供对感兴趣对象的感兴趣区域的MR扫描。
以上范例可以被用在不同的情境中。在一些情况下，所述方法可以被用于针对诸如呼吸或心脏运动的周期性运动进行校正。在其他情况下，还可以针对非周期性运动进行校正。例如，将扫描序列的至少一幅图像与导航器图像的匹配图像进行比较。对应图像的对比度相匹配，因此，(诸如在平面平移或旋转运动中)检测运动的标准方法能够容易地检测。能够检测对象从一个位置到另一位置的偏移。该技术也能够被用于检测周期性运动。运动的准确特征是能够被识别的，因为导航器图像的对比度对应于对应扫描序列的图像的对比度。
所述目标还可以由用于升级MR成像系统的软件包来实现，其中，所述软件包包含用于根据以上方法控制所述MR成像系统的指令。
所述目标还可以由用于提供对被定位在MR成像系统的检查空间中的感兴趣对象的感兴趣区域的图像表示的MR成像系统来实现，其中，所述MR成像系统适于执行用于磁共振成像的以上方法。
利用准备阶段，能够提供感兴趣对象的一组导航器图像，其用于运动确定，还被称为运动检测，和/或在检查阶段内的运动校正。由于相同的扫描序列被应用在准备阶段和检查阶段中，能够提供针对所有要求的配置的具有正确对比度属性的参考导航器图像。因此，能够使用运动检测和/或运动校正来生成和/或处理在检查阶段期间生成的图像。相应地，所检测到的运动能够被用于关于读出应用对策，例如，通过调整感兴趣对象的位置，或者所检测到的运动能够被用于在读出之后执行对数据的处理，以便提供针对MR扫描的一致的数据，例如，通过匹配MR图像。因此，能够在无需屏息状态的情况下基于检查阶段的读出使用MR技术来提供对感兴趣对象的感兴趣区域的3D扫描。
根据本发明，基于图像的导航允许替代隔膜而对感兴趣区域的直接呼吸运动估计。能够避免在MR成像中使用隔膜1D导航器(如描述在隔膜与感兴趣区域的运动之间的关系的特异性校正因子)的缺点。这是有益的，因为所述特异性校正因子取决于感兴趣对象的属性。使用图像导航器，简单的模型能够被用于补偿感兴趣对象的呼吸诱发的变形。运动检测的精度能够取决于模型的复杂度而增加。
同样地，能够减少扫描时间，当使用1D隔膜导航器时，扫描时间会不可接受的长。此外，能够克服在使用1D隔膜导航器时在分辨率与图形质量方面的折衷。利用基于图像的导航，扫描效率能够被显著地增加。
能够克服在基于图像的导航中的问题，所述问题可能例如源于例如针对读出的不同配置的图像的不同图像属性，例如不同的对比度。相应地，能够避免基于对所有读出配置使用单个导航器参考而在运动检测和运动校正中的误差，并且不需要对不同图像属性(例如，不同图像对比度)的补偿。
始终执行关于导航器图像来执行运动检测来作为绝对基础。尽管如此，一旦检查阶段开始，针对其已经检测关于导航器图像的运动的任意图像能够被用作用于运动检测的相对基础。
读出的配置关于所使用的扫描序列可以是固定的。相应地，基于图像的运动检测被促进，因为针对在检查阶段期间提供的每幅图像，提供了具有相同图像属性(例如，相同的对比度值)的一幅导航器图像。
扫描序列的每个读出可以被用于图像的生成以执行运动校正。因此，实现了具有短延迟的连续运动校正。
基于所述读出提供对感兴趣对象的感兴趣区域的MR扫描可以包括组合被用于运动检测/在考虑所检测到的运动的情况下的校正的图像。尽管如此，同样地，来自具有不同配置的读出的信息能够被共同地处理以提供对感兴趣对象的感兴趣区域的MR扫描。
不同的配置涉及针对读出的不同的参数设置，导致不同的图像属性，如图像对比度。所述参数设置可以包括针对例如翻转角或b值的设置。所述参数设置可以涉及针对不同参数的设置，取决于预脉冲的类型以及期望的MR扫描信息。例如，针对使用T1预脉冲的T1映射，翻转角可以改变，而针对弥散加权成像，b值可以改变。
根据另一实施例，利用在至少一个预脉冲之后的不同的延迟执行多个读出。因此，在所述至少一个预脉冲之后的读出的不同的延迟涉及读出的不同的配置。优选地，所述读出的延迟关于所述至少一个预脉冲是固定的。相应地，基于图像的运动检测被促进，因为针对在检查阶段期间提供的每幅图像，能够在具有相同图像属性(例如，相同对比度值)的准备阶段提供一幅导航器图像。在多个预脉冲的情况下，所述多个预脉冲的延迟针对扫描序列能够是固定的，例如，在第一预脉冲之后的读出是以第一、固定的延迟执行的，在第二预脉冲之后的读出是以第二、固定的延迟执行的，等等。
根据另一实施例，用于MR成像的方法被执行为用于心血管MR成像的方法，并且感兴趣对象的感兴趣区域是所述感兴趣对象的心脏。预脉冲常常在执行对心脏的MR成像时使用，从而所提出的方法适于用在心血管MR成像中。通过在心血管MR成像中使用2D/3D导航器图像，能够克服使用隔膜1D导航器的缺点。在MR成像中使用1D导航器通常基于特异性校正因子，其描述隔膜与心脏运动之间的关系。所述校正因子通常取决于感兴趣对象，并且相应地，必须在执行MR扫描之前确定。当使用2D/3D图像导航器时，能够避免对校正因子的使用，由此加速用于生成MR扫描的工作流。使用图像导航器，简单的模型能够被用于补偿心脏的呼吸诱发的变形。尽管如此，运动检测的精度能够取决于模型的复杂度而增加。
在另一实施例中，所述感兴趣区域是如下中的任意一种：肝脏、脾脏、直肠、肾脏、腹部器官、肺以及其组合。
根据另一实施例，执行准备阶段的步骤包括：向所述感兴趣对象发出屏息命令，并且在屏息状态下执行至少一个扫描序列。相应地，所述准备阶段能够关于导航器图像的生成以高可靠性来执行，从而基于高度可靠的导航器图像，也能够以高可靠性执行运动检测/校正。尽管屏息对于感兴趣对象可能是有挑战性的，例如，取决于其呼吸状况，对屏息状态的要求能够仅被应用于准备阶段，其是有限的时间。因此，针对感兴趣对象的努力会是有限的。典型的准备阶段能够以在小于10秒的屏息来执行，因此，仅增加了微小的额外的扫描时间。进一步优选地，在准备阶段中的扫描序列仅被执行一次，从而仅要求一个扫描序列的持续时间的一次成功的屏息。在准备阶段中的扫描序列能够被执行为具有多个部分的中断的序列，从而允许感兴趣对象在扫描序列的不同部分之间进行呼吸。例如，当扫描序列包括多个预脉冲时，第一部分可以包括第一预脉冲和随后的读出，并且第二部分以及进一步接下来的部分包括第二或各自跟随的预脉冲以及跟随所述第二或各自跟随的预脉冲的(一个或多个)各自的读出。相应地，屏息时间能够被限制为短的时间，即，短于整个扫描序列的时间。
根据另一实施例，执行准备阶段的所述步骤包括使用1D导航器在自由呼吸状态下执行至少一个扫描序列。相应地，所述准备阶段能够在短时间中执行，而无需感兴趣对象在准备阶段中协作。相应地，所述准备阶段也能够在如下情况下执行：感兴趣对象例如是无意识的或者出于其他原因不能够执行屏息。标准1D隔膜导航器仅在准备阶段中被使用。相应地，在使用具有两个预脉冲的扫描序列的情况下，所述准备阶段能够在少于10秒的典型时间中完成。
根据另一实施例，应用至少一个扫描序列的步骤包括应用预脉冲作为T1脉冲或T2脉冲。T1和T2脉冲两者适于例如提供感兴趣对象的心血管信息。T1脉冲涉及饱和脉冲或反转脉冲以实现对感兴趣对象的感兴趣区域的磁饱和或反转。不同的配置被优选地提供为在预脉冲之后的不同的延迟。所述延迟通常被称为反转时间。T1脉冲被用于确定自旋-晶格弛豫，也被称为纵向持续时间T1。T2脉冲被用于确定自旋-自旋弛豫，也被称为横向持续时间T2。T1加权的图像一般用于例如评估大脑皮层、识别脂肪组织、表征局部肝脏病变以及对于对比剂后成像。T2加权的图像一般用于例如检测水肿、揭示白质病变以及评估在前列腺和子宫中的带状解剖结构。
根据另一实施例，应用至少一个扫描序列的步骤包括应用具有多个预脉冲和多个读出的扫描序列，其中，每个预脉冲跟随有至少一个读出。相应地，当所述读出中的一个读出是在第一预脉冲之后执行的并且以相同的延迟但不同的参数执行其他读出时，例如，不同的翻转角，在第二预脉冲之后，能够容易地应用具有不同配置的读出，例如，能够执行具有相同延迟和不同参数的读出。此外，当要求在预脉冲之后的延迟仅具有小的差异的多个读出时，能够执行对所述读出的处理，而不是时间关键的。这使得能够在所述读出之后立即处理读出数据。例如针对T1映射的典型扫描序列是2-3扫描序列，其中，在第一T1预脉冲之后执行两个读出并且在第二T1预脉冲之后执行三个读出。
根据另一实施例，应用具有多个预脉冲和多个读出的扫描序列的步骤包括在生成预脉冲之前添加恢复时间。可能要求恢复，具体取决于在扫描序列中所应用的预脉冲的种类，例如，在T1预脉冲的情况下，在每个反转脉冲之前能够插入恢复时间，以确保磁自旋的完全恢复。在这种情况下，恢复时间能够覆盖例如三个心跳。所述恢复时间优选在第二和每个随后的预脉冲之前被施加。相应地，所述恢复时间能够被至少插入在扫描序列的随后的预脉冲之间。利用在预脉冲之前插入的恢复时间，能够确保可靠的MR成像，例如，心血管MR成像。取决于扫描序列的应用，其也可以有益于在第一预脉冲之前添加恢复时间。
根据另一实施例，所述方法包括监测感兴趣对象的运动检测信号的步骤，并且应用至少一个扫描序列的所述步骤包括基于所述感兴趣对象的运动检测信号来触发扫描序列。优选地，基于所述感兴趣对象的运动检测信号来触发至少一个预脉冲。相应地，所述扫描序列作为整体能够基于所述感兴趣对象的运动检测信号来触发。备选地，利用具有多个预脉冲的扫描序列，所述预脉冲中的每个预脉冲能够被个体地触发以使得能够结合所述对象的运动的期望状态来执行读出。因此，能够采集具有在预脉冲之后的不同延迟的读出，其具有相同的运动状态。例如，其能够优选在心脏或肺的一状态中执行测量，其中，心脏或肺处于放松状态。尽管如此，所述读出能够以关于预脉冲的不同延迟来执行。因此，当要执行结合所述对象的期望运动状态的期望的读出时，能够取决于在预脉冲之后的读出的期望的延迟来调整所述触发。利用对扫描序列的触发，始终能够在关于预脉冲定时和所述对象的运动的相同配置中执行读出。
在另一实施例中，所述运动检测信号是呼吸信号。
根据另一实施例，所述方法包括监测所述感兴趣对象的心跳信号的步骤，并且应用至少一个扫描序列的所述步骤包括基于所述感兴趣对象的心跳信号来触发扫描序列。优选地，基于所述感兴趣对象的心跳信号来触发至少一个预脉冲。相应地，所述扫描序列作为整体能够基于所述感兴趣对象的心跳信号来触发。备选地，利用具有多个预脉冲的扫描序列，所述预脉冲中的每个预脉冲能够被个体地触发以使得能够结合心脏的运动的期望状态来执行读出。因此，能够采集具有在预脉冲之后的不同延迟的读出，其具有相同的心跳状态。例如，其能够优选在心脏的一状态中执行测量，其中，心脏处于放松状态。尽管如此，所述读出能够以关于预脉冲的不同延迟来执行。因此，当要执行结合心脏的期望运动状态的期望的读出时，能够取决于在预脉冲之后的读出的期望的延迟来调整所述触发。利用对扫描序列的触发，始终能够在关于预脉冲定时和心脏的运动的相同配置中执行读出。
所述心跳信号在一个范例中可以是ECG信号。对扫描序列的触发可以使用心脏门控来执行。例如，在ECG信号中的“R”波的斜升可以被用作触发器。所述触发器也可以是自检测到ECG信号中的“R”波的斜升之后的预定延迟。
由心跳信号对扫描序列的触发可以通过不同的方式来实现。例如，可以监测心跳信号的波形。对象的心跳将通常具有可识别的模式或波形。结果，心跳信号能够被用于以可靠和可预测的方式来触发对扫描序列的应用。这样做的简单的方式将是使用阈值来触发对扫描序列或预脉冲的应用。例如，最大或最小值可以被设置为触发器。延迟也可以被用于控制何时发生触发。
在相似的范例中，心跳信号的导数可以被用作触发器。在这种情况下，延迟也可以被用于控制在心跳中何时发生触发。
由于心跳具有规则的模式，尤其是对于ECG，其他方法可以被用于触发扫描序列。例如，模式识别算法可以被用于识别对象心脏的相位或状态并且触发扫描序列。
在一个范例中，所述检查阶段是在准备阶段完成之后执行的。
根据另一实施例，执行检查阶段的步骤包括执行分段的k空间采集。不同的k空间段能够被用于改善MR心血管扫描的空间分辨率并且用于减少伪影。基于运动检测/校正，不同的k空间段能够被组合以提供对感兴趣对象的MR扫描。
根据另一实施例，生成具有针对参考读出的每个配置的一幅导航器图像的一组导航器图像的步骤包括：生成针对所述参考读出的每个配置的2D或3D导航器图像。相应地，同样地，基于检查空间的至少一个扫描序列的读出的图像必须分别是2D或3D的。基于2D或3D图像，能够在二维或三维中执行运动检测。优选提供2D图像以使得能够在覆盖感兴趣对象的头-脚和左-右方向的平面中进行运动校正。通常，该平面涉及水平平面，即，当正在关于躺卧的感兴趣对象执行MR成像时。3D运动检测/校正是优选的，但要求较高的计算努力。
根据另一实施例，执行检查阶段的步骤包括执行所述检查阶段作为自由呼吸检查阶段。因此，该方法适于所有感兴趣对象，即使由于健康状态具有限制或当无意识时。
根据另一实施例，通过将检查阶段的扫描序列的至少一幅图像与作为比较的图像的具有相同配置的导航器图像进行比较来确定感兴趣对象的运动的步骤包括：实时地确定所述感兴趣对象的所述运动。利用实时运动检测，能够针对任意的图像对来检测运动，通常针对任意随后的图像对。相应地，能够在检查阶段期间已经施加了图像运动校正，从而MR成像系统能够被有效地操作。
根据另一实施例，基于所述感兴趣对象的所确定的运动实时地执行运动校正的步骤包括通过调节MR扫描参数来执行实时运动校正，以补偿所述感兴趣对象的所检测到的运动。这使得能够在生成读出时或者甚至在执行读出之前已经进行运动校正。因此，能够减少在采集期望的读出之后的图像后处理和/或对读出信息的后处理。
根据另一实施例，通过调节MR扫描参数来执行实时运动校正以补偿感兴趣对象的所检测到的运动的步骤包括调节读出方向上的检测频率、读出方向上的检测相位和/或切片编码方向。当调节扫描参数时，能够针对读出容易地执行运动校正。运动校正优选是在关于所述读出执行读出之后执行的，针对其检测运动。备选地，能够在读出之前已经执行了运动校正，即，能够基于例如先前的读出在读出之前来估计运动，使得能够事先应用相应的运动校正。调节检测阶段使得能够控制被应用到成像序列的各自k空间线的相位偏移。当使用3D成像时，调节切片编码方向是尤其是合适的。
如本领域技术人员将意识到，本发明的各方面可以实施为系统、方法或计算机程序产品。相应地，本发明的各方面可以采取全部硬件实施例、全部软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或者组合软件和硬件各方面的实施例的形式，其可以在本文中全部总体被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面可以采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品被实现在一个或多个计算机可读存储介质中，其在其上具有计算机可读程序代码。
这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，其能够指导计算机、其他可编程数据处理装置或者其他设备以具体的方式工作，使得存储在所述计算机可读存储介质产品中的指令产生包括指令的制品，其实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。
所述计算机程序指令也可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，从而令一系列操作步骤在所述计算机、其他可编程装置或其他设备上执行，以产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实施在流程图和/或框图中的一个或多个框中指定的功能/动作。
应当理解，本发明的前述实施例和/或范例中的一个或多个可以被组合，只要该组合不是互相排斥的。
附图说明
根据下文描述的实施例并且参考这些实施例加以阐述，本发明的这些和其他方面将变得显而易见，然而，这样的实施例不一定表示本发明的完整范围，并且因此，参考本文的权利要求书来解释本发明的范围。
在附图中：
图1是根据本发明的磁共振(MR)成像系统的示意性图示，
图2是指示根据第一优选实施例的用于心血管磁共振(MR)成像的方法的流程图，
图3是示出了根据第一实施例的方法的扫描序列的示图，
图4是示出了根据第一实施例的方法在准备阶段中获取的一组导航器图像以及针对不同的反转时间在检查阶段中获取的一组图像的示图，
图5是示出了根据第一实施例的方法具有不同反转时间的不同导航器图像的对比度的示图，
图6是描述了根据第一实施例的方法的运动检测和校正的示图，并且
图7是指示根据第一实施例的方法的读出以及随后的图像检测和图像校正的定时的示意性定时示图。
附图标记列表
110 磁共振(MR)成像系统
112 磁共振(MR)扫描器
114 主磁体
116 RF检查空间
118 中心轴
120 感兴趣对象
122 磁梯度线圈系统
124 RF屏蔽
126 MR成像系统控制单元
128 监测器单元
130 MR图像重建单元
132 控制线
134 RF发射器单元
136 RF切换单元
138 控制线
140 射频(RF)天线设备
142 感兴趣区域
200 扫描序列
202 第一T1预脉冲
204 第二T1预脉冲
206 读出
208 心电图、心跳信号
210 导航器图像
212 图像
214 MR扫描
216 3D扫描
具体实施方式
在这些附图中，相似编号的元件是要么是等价元件要么执行相同的功能。先前已经论述的元件，如果功能是等价的，将不必在稍后的附图中进行论述。
图1示出了根据本发明的磁共振(MR)成像系统110的实施例的示意性图示。MR成像系统110能够是本领域中已知的MR成像系统，其如稍后详细描述地进行操作以执行MR成像，特别是执行心血管MR成像。
MR成像系统110包括MR扫描器112。MR成像系统110还包括主磁体114，主磁体114被提供用于生成静磁场。主磁体114具有中央孔膛，所述中央孔膛提供围绕中心轴118的检查空间116，感兴趣对象120(通常为患者)要被定位在检查空间116内。在该实施例中，所述中央孔膛以及因此主磁体114的静磁场具有根据中心轴118的水平取向。在备选实施例中，主磁体114的取向能够是不同的，例如以提供具有垂直取向的静磁场。此外，MR成像系统110包括被提供用于生成被叠加到静磁场的梯度磁场的磁梯度线圈系统122。磁梯度线圈系统122是在主磁体114的孔膛内同心地布置的，如在本领域中已知的。
此外，MR成像系统110包括被设计为具有管状主体的全身线圈的射频(RF)天线设备140。RF天线设备140被提供用于在RF发射阶段期间将RF磁场施加到检查空间116，以激励感兴趣对象120的原子核，尤其是在感兴趣区域142中，其应当被MR图像覆盖。关于心血管MR成像，感兴趣区域142涉及包括感兴趣对象120的心脏的胸部区域。RF天线设备140还被提供为在RF接收阶段期间接收来自被激励的原子核的MR信号。在MR成像系统110的操作状态中，RF发射阶段和RF接收阶段是以连续的方式发生的。RF天线设备140被同心地布置在主磁体114的孔膛内。如在本领域中已知的，圆柱形金属RF屏蔽124被同心地布置在磁梯度线圈系统122与RF天线设备140之间。
此外，MR成像系统110包括：MR图像重建单元130，其被提供用于根据所采集的MR信号来重建MR图像；以及具有监测器单元128的MR系统控制单元126，其被提供为控制MR扫描器112的功能，如在本领域中周知的。控制线132被安装在MR成像系统控制单元126与RF发射器单元134之间，其被提供为在RF发射阶段期间经由RF切换单元136将MR射频的RF功率馈送到RF天线设备140。RF切换单元136继而还由MR成像系统控制单元126进行控制，并且另一控制线138被安装在MR成像系统控制单元126与RF切换单元136之间以用于该目的。在RF接收阶段期间，RF切换单元136将来自RF天线设备140的MR信号在预放大之后引导至MR图像重建单元130。
现在参考图2描述了一种根据第一优选实施例用于磁共振(MR)成像的方法。根据第一实施例，执行心血管MR成像。
在步骤S100中，提供了以上MR成像系统110。此外，感兴趣对象120被定位检查空间116中。更进一步地，在该步骤中，定义了扫描序列200，其能够在图3中看到。扫描序列200是用于T1映射的2-3扫描序列200，并且包括两个T1预脉冲202、204和五个读出206，其中，在第一T1预脉冲202之后执行两个读出206，并且在第二T1预脉冲204之后执行三个读出206。T1预脉冲202、204具有近似为八秒的定时距离。T1预脉冲202、204涉及饱和脉冲或反转脉冲以实现对感兴趣对象120的磁饱和或反转。
读出206是利用导致不同图像对比度的不同的配置来执行的，即，读出206在该实施例中具有相对于预脉冲202、204的不同的延迟。读出206的延迟也被称为反转时间(TI)。不同读出206的反转时间在第一T1预脉冲202之后分别为60ms和1060ms，并且在第二T1预脉冲204之后分别是500ms、1500ms和2500ms。所述反转时间针对整个方法是固定的。该扫描序列200提供在第二预脉冲204之前的恢复时间，其在该实施例中对应于三个心跳，如能够在图3中所示的心电图(ECG)208中看到的。
在步骤S110中，执行准备阶段。相应地，向感兴趣对象120发出屏息命令，并且利用屏息状态执行一个扫描序列200。如在图3中能够看到的，要求用于采集读出206的扫描序列200的部分近似为十秒，即，从第一预脉冲202到第二预脉冲204的时间以及在第二T1预脉冲204之后的最大反转时间。在ECG 208中看到的感兴趣对象120的心跳信号被用于触发扫描序列200。应当注意，在图3中，心跳频率近似为60次心跳/秒，并且给定时间值涉及在各自预脉冲202、204之后的随后的读出206的延迟。在准备阶段中，读出206被用作参考读出206以生成具有针对相对于T1预脉冲202、204的参考读出206的每个延迟的一幅导航器图像210的一组导航器图像210。所述一组导航器图像210能够在图4中看到，被标记为iNAVREF。如在图5中详细看到的，导航器图像210的对比度取决于反转时间而改变。如能够在图4或图5中所看到的，导航器图像210被提供作为2D导航器图像210，其针对各自参考读出206中的每个延迟，针对覆盖感兴趣对象120的头-脚和左-右方向的平面中的运动校正，如在下文更详细论述的。
在步骤S120中，执行检查阶段。相应地，应用多个扫描序列200。所述扫描序列200由ECG触发，如参考步骤S110所论述的。相应地，读出206针对准备阶段以及针对检查阶段两者始终是在感兴趣对象120的心脏的相同运动状态处执行的。针对每个读出206，生成图像212，如在图4中所图示的，其中，通过范例的方式，描绘了针对三个扫描序列200的读出206的图像212。如在图3中所图示的，扫描序列200覆盖k空间的两个段，从而执行分段的k空间采集。读出206被组合，如能够在图3的右侧部分中看到的，其中，相对于单个T1预脉冲202、204描绘了组合的读出206。检查阶段被执行为自由呼吸检查阶段。在检查阶段期间，在第一预脉冲202之前，也应用恢复时间。
在步骤S130中，针对每幅图像212实时地确定运动。相应地，将扫描序列200的每幅图像212与具有相同延迟的导航器图像210进行比较作为比较的图像212以确定感兴趣对象120的运动。在该实施例中，始终关于导航器图像210来执行运动检测。在备选实施例中，基于导航器图像210仅针对第一扫描序列200执行运动检测。针对随后的扫描序列200的运动检测是关于先前的扫描序列200的各自的图像212来执行的，即，相对于对应于具有相同配置的读出206的先前的图像212来执行运动检测。
在步骤S140中，基于感兴趣对象120的所确定的运动实时地(RT)执行运动检测。相应地，不采取对策来补偿在读出206中的感兴趣对象120的所检测到的运动。因此，在每个读出206之后，调节MR扫描参数，用于对感兴趣对象120的所检测到的运动的补偿。具体而言，在读出方向上的检测频率、在读出方向上的检测相位以及切片编码方向是基于感兴趣对象120的所确定的运动来调整的。
在图6和图7中示出了关于运动检测步骤S130和运动校正步骤S140的细节。在图6中，通过范例的方式示出了针对出自扫描序列200的一幅图像212的运动校正。图像212对应于作为各自的参考图像的出自扫描序列200的相同的读出206。相应地，将对应于相同反转时间的一系列图像212进行比较。根据下文所示的原理，运动检测和校正被应用于每个扫描序列的所有图像212。因此，图像212的对比度修改，如在图4中所见，基于读出206的不同的配置，即，在T1预脉冲202、204之后的读出的不同的反转时间，不影响运动确定和检测。
基于在检查阶段期间提供的导航器图像210和图像212，在脚-头和左-右方向上执行平移运动校正以实现高的扫描效率。
如能够在图6中看到的，执行在分段的k空间采集中的基于图像212的导航。重建2D导航器图像210，并且对所采集的k空间段实施地应用运动校正。在准备阶段中如以上所论述的采集导航器图像210。相对于图6中的b和c所示的图像212是在检查阶段期间采集的。针对运动对随后采集的3D扫描216进行校正。在该范例中，示出了针对出自在T1预脉冲202、204之后的一系列图像212的具有反转时间TI＝60ms的一幅图像212的运动校正。具有不同对比度的所述一系列图像212能够通过范例的方式被示为针对图5中的导航器图像210。
能够在图7中看到进一步的细节，其涉及读出206的示范性定时图表以及实时图像校正。图7的上部分涉及对MR成像系统110的谱操作，其中，生成预脉冲202、204，并且在给定反转时间之后执行读出206。图7的下部分涉及基于感兴趣对象120的所检测到的运动(即，运动校正)的图像重建。如在图7中能够看到的，在对读出206的k空间样本的采集期间已经开始了运动检测和运动校正。首先，识别导航器图像210，被示为图7中的iNAV RECON，其在该实施例中花费的时间近似为60ms。接下来，配准导航器图像210，即，相对于导航器图像210来检测运动，被示为图中的iNAV REG，其在该实施例中花费的时间近似为100ms。最终，执行运动校正，被示为图7中的3D T1CORR，其在该实施例中花费的时间近似为30ms。
在该实施例中，模板匹配算法被用于图像212配准，从而实时(RT)导出运动信息，如能够在图6中看到的。被用于模板匹配算法的相似性度量是归一化的互相关，并且在该背景下，所述算法提供沿着两个图像维度的平移位移信息，其在该实施例中对应于感兴趣对象120的头-脚和左-右方向。对图像212的归一化的互相关γ(u，v)在此被称为f(x，y)，并且能够通过如下方程表达模板t(u，v)：
其中，x、y的和是在模板下的f(x，y)的区域，并且t和f是在区域中的各自函数的平均值。RT运动校正是通过调节在读出方向上的检测频率并且作为被施加到该阶段中的成像序列的各自k空间线的相位平移来实施的。如果MR成像涉及3D成像，也调节切片编码方向。在切片选择方向上的校正是通过对成像序列的各自的射频脉冲的切片或厚片位置偏移来实现的。计算到成像序列坐标系上的2Dnav编码方向的标量投影v，以将沿着其两个维度的导航器运动估计与成像序列的频率、相位和切片编码相关联。沿着针对击发t的表面方向A的总相位偏移θA是通过对每个运动投影的贡献进行加和来计算的：
其中，vx和vy分别表示到成像坐标系上的2Dnav读出和相位编码方向的标量投影，并且Δx和Δy表示在击发t处的导航器运动测量结果。
在备选实施例中，对策包括对感兴趣对象120的位置的调整和/或对在读出206之后的数据的后处理。
方法返回到步骤S120以继续检查阶段，直到所有要求的k空间样本已经被采集。在这种情况下，所述方法以步骤S150继续。
在步骤S150中，对感兴趣对象120的心脏的MR扫描是基于读出206来提供的。基于运动检测和运动校正，不同的k空间分段被组合以提供对心脏的3D MR扫描214，即，在该实施例中为心血管MR扫描，如在图4中所图示的。相应地，在检查阶段期间所应用的扫描序列200的所有读出206被用于生成3D心血管MR扫描214。因此，在考虑所检测到的运动的情况下组合图像212，以提供3D心血管MR扫描214，并且T1图是基于表示五个不同反转时间的图像212来生成的。T1图是覆盖整个感兴趣区域142(即，心脏)来采集的，具有2mm各向同性分辨率，以及其他标准的T1映射成像参数，例如，35°的翻转角以及TR＝2.4ms。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读介质，诸如存储器设备、软盘、压缩盘CD、数字通用盘DVD、蓝光碟或随机存储存储器RAM，其包含一组指令，所述一组指令使MR成像系统110的控制单元126执行以上方法。
相应地，提供了一种包括计算机可用介质的计算机程序产品，所述计算机可用介质包括计算机可用程序代码，其中，所述计算机可用程序代码适于执行以上方法。
在另一实施例中，提供一种软件包以升级MR成像系统110，其中，所述软件包包含用于控制MR成像系统10执行以上方法的指令。
尽管在附图和上述说明中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被理解为是说明性的或示范性的，而非限制性的，本发明并不限于所描述的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容和随附的权利要求，在实践所主张的发明时能够理解并实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在相互不同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能够组合这些措施以获益。在权利要求书中的任何参考标记都不应当被解释为对范围的限制。
Claims (22)
1.一种用于通过应用包括至少一个预脉冲(202、204)和多个读出(206)的扫描序列(200)来对感兴趣对象(120)的感兴趣区域(142)进行磁共振(MR)成像的方法，其中，所述多个读出(206)是在所述至少一个预脉冲(202、204)之后利用造成不同的图像对比度的不同配置来执行的，所述方法包括以下步骤：
-执行准备阶段，包括：应用所述扫描序列(200)以提供使用所述不同配置的一组参考读出(206)，并且生成具有针对所述参考读出(206)的每个配置的所述感兴趣区域(142)的一幅导航器图像(210)的一组导航器图像(210)，
-执行检查阶段，包括：应用所述扫描序列(200)，其中，针对每个扫描序列(200)生成所述感兴趣区域(142)的至少一幅图像(212)，
-通过将所述检查阶段的所述扫描序列的至少一幅图像(212)与作为比较图像(212)的具有相同配置的所述导航器图像(210)进行比较来确定所述感兴趣对象(120)的运动；
-基于所述至少一幅图像(212)的所述感兴趣对象(120)的所确定的运动来执行对所述至少一幅图像(212)的运动校正；并且
-在执行运动校正之后基于所述至少一幅图像(212)来提供对所述感兴趣对象(120)的所述感兴趣区域(142)的MR扫描(214)。
2.根据权利要求1所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-所述多个读出(206)是在所述至少一个预脉冲(202、204)之后以不同的延迟执行的。
3.根据权利要求1所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-用于MR成像的所述方法是作为用于对躯体进行MR成像的方法来执行的，并且所述感兴趣对象(120)的所述感兴趣区域(142)在所述感兴趣对象(120)的躯体之内。
4.根据权利要求3所述的用于磁共振成像的方法，其中，对所述躯体进行MR成像的所述方法是用于心血管MR成像的方法，并且所述感兴趣对象(120)的所述感兴趣区域(142)是所述感兴趣对象(120)的心脏。
5.根据权利要求3所述的用于磁共振成像的方法，其中，所述感兴趣区域是以下中的任意一项：肝脏、脾脏、直肠、肾脏、腹部器官、肺、以及它们的组合。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-执行准备阶段的步骤包括：向所述感兴趣对象(120)发出屏息命令，并且在屏息状态下执行至少一个扫描序列(200)。
7.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-执行准备阶段的步骤包括：使用1D导航器在自由呼吸状态下执行至少一个扫描序列(200)。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-应用至少一个扫描序列(200)的步骤包括：应用具有多个预脉冲(202、204)和多个读出(206)的扫描序列(200)，其中，每个预脉冲(202、204)跟随有至少一个读出(206)。
9.根据权利要求8所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-应用具有多个预脉冲(202、204)和多个读出(206)的扫描序列(200)的步骤包括：在生成预脉冲(202、204)之前添加恢复时间。
10.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-所述方法包括监测所述感兴趣对象(120)的运动检测信号(208)的步骤，并且
-应用至少一个扫描序列(200)的步骤包括：基于所述感兴趣对象(120)的运动检测信号(208)来触发所述扫描序列(200)。
11.根据权利要求10所述的用于磁共振成像的方法，其中，所述运动检测信号是呼吸信号。
12.根据权利要求10所述的用于磁共振成像的方法，其中，所述运动检测信号是心跳信号。
13.根据权利要求12所述的用于磁共振成像的方法，其中，所述心跳信号是ECG信号。
14.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-执行检查阶段的步骤包括：执行分段的k空间采集。
15.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-生成具有针对所述参考读出(206)的每个配置的一个导航器图像(210)的一组导航器图像的步骤(210)包括：针对所述参考读出(206)的每个配置生成2D或3D导航器图像(210)。
16.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-执行检查阶段的步骤包括：执行所述检查阶段作为自由呼吸检查阶段。
17.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-通过将所述检查阶段的所述扫描序列(200)的至少一幅图像(212)与作为比较图像(210)的具有相同配置的所述导航器图像(210)进行比较来确定所述感兴趣对象(120)的运动的步骤包括：实时地确定所述感兴趣对象(120)的所述运动。
18.根据权利要求17所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-基于所述感兴趣对象(120)的所确定的运动来实时地执行运动校正的步骤包括：通过调节MR扫描参数来执行实时的运动校正，以补偿所述感兴趣对象(120)的检测到的运动。
19.根据权利要求18所述的用于磁共振成像的方法，其中，
-通过调节MR扫描参数来执行实时运动校正以补偿所述感兴趣对象(120)的检测到的运动的步骤包括：调节在读出方向上的检测频率、在所述读出方向上的检测相位、和/或切片编码方向。
20.根据权利要求1至5中的任一项所述的用于磁共振成像的方法，其中，所述预脉冲是T1脉冲或T2脉冲。
21.一种计算机可读介质，包括用于升级MR成像系统(110)的软件包，其中，
-所述软件包包含指令，所述指令用于根据方法权利要求1至20中的任一项所述的方法来控制所述MR成像系统(110)。
22.一种用于提供被定位在MR成像系统(110)的检查空间(116)中的感兴趣对象(120)的感兴趣区域(142)的图像表示的MR成像系统(110)，其中，
-所述MR成像系统(110)适于执行根据方法权利要求1至20中的任一项所述的用于MR成像的方法。
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