CN106725508B

CN106725508B - 生理运动数据采集方法、磁共振成像方法以及装置

Info

Publication number: CN106725508B
Application number: CN201611157850.8A
Authority: CN
Inventors: 胡凌志; 郑均安
Original assignee: Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Current assignee: Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2036-12-15
Also published as: CN106725508A

Abstract

本发明涉及磁共振成像领域，提出一种生理运动数据采集方法、磁共振成像方法以及装置，其中生理运动数据采集方法包括获取至少两个通道的采集数据，所述采集数据为利用导航序列从检查对象的活动部位中采集，利用所述至少两个通道的采集数据计算反映生理运动状态的数据。本发明提供的生理运动数据采集方法无需增加硬件，只需根据回波信号的强度即可得到生理运动曲线，计算简单，节约成本，操作方便。

Description

生理运动数据采集方法、磁共振成像方法以及装置

技术领域

本发明涉及磁共振成像领域，尤其涉及一种可以对在磁共振成像过程中对生理运动进行监测的方法和装置。

背景技术

磁共振成像(magnetic resonance imaging，简称MRI)是一种公知技术，利用该技术可以产生检查对象的内部图像。在磁共振成像中，将检查对象定位在磁共振成像装置中，在磁共振成像装置中存在的相对较强的、静态的、通常是均匀的基本磁场作用下，人体被磁化使得其核自旋沿着基本磁场取向。为了触发核自旋共振，将高频激励脉冲入射到检查对象中、测量触发的核自旋共振并且在其基础上例如重建磁共振图像。为了对测量数据进行位置编码，将快速切换的梯度磁场叠加到基本磁场上。将所记录的测量数据进行数字化并且作为复数值存储在k空间矩阵中，借助傅里叶变换重建相关的磁共振图像。

在对胸腹部进行磁共振成像时，由于生理运动的影响，例如患者的呼吸运动，导致图像中出现伪影，使得例如由医生基于这些图像进行诊断变得困难，甚至导致漏掉损伤。因此，需要对检查对象的生理运动进行监测，从而消除由此产生的伪影。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种生理运动数据采集方法，包括：获取至少两个通道的采集数据；所述采集数据为利用导航序列从检查对象的活动部位中采集；利用所述至少两个通道的采集数据计算反映生理运动状态的数据。

可选的，计算至少两个通道的采集数据的比值作为反映生理运动状态的数据。

可选的，所述至少两个通道与所述活动部位的距离不同。

可选的，所述至少两个通道的采集数据为采集的第一个回波信号。

可选的，计算不同时刻下反映生理运动状态的数据并和采集时刻对应存储。

根据另一方面，本发明还提供了一种磁共振成像方法，包括：利用导航序列激发被检查部位，所述被检查部位包含活动部位，利用多通道线圈采集被检查部位的导航回波数据，获取至少两个通道的采集数据；利用所述至少两个通道的采集数据计算反映生理运动状态的数据；迭代地执行以下步骤，直至完成被检查部位的成像扫描：将所述反映生理运动状态的数据与触发条件进行比较判断是否执行成像扫描，如满足触发条件，则触发成像序列执行成像扫描，如不满足触发条件，则触发导航序列继续计算反映生理运动状态的数据。

可选的，所述至少两个通道与所述活动部位的距离不同。

根据另一方面，本发明还提供了一种磁共振成像装置，包括：主磁体，用于产生静磁场；梯度线圈，用于产生梯度磁场对磁共振信号进行空间编码；发射线圈，用于发射射频脉冲；接收线圈，用于接收磁共振信号，所述接收线圈为多通道线圈；处理器，包括获取子单元和计算子单元，所述获取子单元用于获取至少两个通道的采集数据，所述采集数据为利用导航序列从检查对象的活动部位中采集，所述计算子单元用于利用所述至少两个通道的采集数据计算反映生理运动状态的数据。

可选的，所述至少两个通道与所述活动部位的距离不同。

可选的，所述计算子单元用于计算至少两个通道的采集数据的比值作为反映生理运动状态的数据。

可选的，所述处理器还包括设置子单元和判断子单元，所述设置子单元用于设置成像序列的触发条件，所述判断子单元用于将所述反映生理运动状态的数据与所述触发条件进行比较，判断是否执行成像扫描，如满足触发条件，则触发成像序列执行成像扫描，如不满足触发条件，则触发导航序列继续计算反映生理运动状态的数据。

可选的，所述接收线圈为相控阵线圈。

相对于现有技术，本发明提供的生理运动数据采集方法无需增加硬件，只需根据回波信号的强度即可得到生理运动曲线，计算简单，节约成本，操作方便；

本发明提供的生理运动数据采集方法只需采集第一个回波信号即可得到生理运动曲线，从而节省导航技术所需的时间；

本发明提供的生理运动数据采集方法可以应用于门控成像技术，从而消除生理运动产生的伪影，增加磁共振图像的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例提供的磁共振成像装置的结构示意图；

图2是本实施例中处理器的结构示意图；

图3是本实施例提供的生理运动监测方法流程图；

图4是另一实施例提供的处理器的结构示意图；

图5是另一实施例提供的磁共振成像方法流程图；

图6(a)和(b)分别示出了相位导航(phase navigator)得到的呼吸曲线和本实施例的生理运动数据采集方法得到的呼吸曲线；

图7是采用本实施例中的方法得到的患者腹部的图像。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的磁共振成像装置无需增加额外的硬件，利用磁共振成像装置即可对活动部位进行监测并得到生理运动曲线，例如呼吸曲线，节约成本；并且只需采集第一个回波信号即可得到运动曲线，从而节省导航技术所需的时间；将该导航技术与门控技术相结合，一方面可以节约磁共振成像的时间，另一方面消除由于生理运动导致的伪影，从而提高磁共振图像的精度。

图1是本发明实施例提供的磁共振成像装置的结构示意图。参考图1所示，磁共振成像装置100包括主磁体101、梯度线圈102以及射频(radio frequency，简称RF)线圈103，主磁体101用于产生均匀、稳定的静磁场，主磁体101可以为永磁型磁体、超导型磁体等，梯度线圈102用于产生梯度磁场并叠加在主磁场上，从而对磁共振信号进行空间编码，以确定成像层面的厚度以及体素的空间位置，射频线圈103用于发射射频脉冲，使磁化的质子吸收能量产生共振，并接收质子在弛豫过程中释放的能量而产生磁共振信号。射频线圈103可以包括用于发射射频建立射频磁场的发射线圈103a和用于采集磁共振信号的接收线圈103b，当然，在其它实施例中，发射线圈和接收线圈可以为同一组线圈。在本实施例中，接收线圈103b为多通道线圈，例如相控阵(phase array)线圈。磁共振成像装置100的其它组件及其工作原理是公知的，为避免繁琐在此并未示出或详细介绍。

患者可被置于支撑装置104上，利用所述支撑装置104可将患者移动至磁共振成像装置100的检查区域中并可从检查区域中移出。

磁共振成像装置100还包括操作控制台105，用于控制磁共振成像装置100各组件的动作或对采集的磁共振信号进行处理例如重建磁共振图像或对相关信息进行显示或接受外部输入的信息等。

操作控制台105包括处理器106、存储器107、显示单元108以及操作单元109。处理器106可以控制梯度线圈102和发射线圈103a产生磁共振信号，可以控制接收线圈103b对磁共振信号进行采集，可以对采集的磁共振信号进行处理，存储器107可以对采集的磁共振信号进行存储并对处理器106的处理数据(包括过程数据和结果数据)再次进行存储，还可以存储通过处理器106执行的程序等；显示单元108可以对处理器106的处理数据或涉及磁共振成像的其它数据进行显示；操作单元109可以由用户操作，向操作控制台105输入信息。

本实施例中利用导航序列直接借助磁共振成像装置100监测患者的生理运动，导航序列是至少一组脉冲序列(Pulse Sequence)，指射频脉冲、梯度、信号采集时刻设置参数的组合。以探测呼吸信号为例，此时接收线圈103b可以设置在患者的胸腹部，确定导航层，利用导航序列激励该层并产生至少一个回波信号，接收线圈103b接收第一个回波信号，并由处理器106进行处理，从而得到生理运动的当前状态。在本实施例中，在第一个回波信号采集之后可以选择加扰相梯度用于对剩余的横向信号进行去相位，在本实施例中不作限定。

参考图1所示，以磁共振成像装置100的轴线方向为z轴，以水平方向为x轴，以竖直方向为y轴，主磁体101在检查区域内产生平行于z轴的恒定的静磁场。在导航序列下，梯度线圈102在z轴方向产生梯度磁场并叠加于静磁场，发射线圈103a发送射频激励脉冲至检查区域内以在患者的轴向切片中激发磁共振，轴向切片的厚度由z轴方向的梯度磁场和射频激励脉冲的频谱宽度决定；去除射频激励脉冲和z轴方向的梯度磁场后，在y轴方向产生梯度磁场，对沿着y轴方向对所激励的切片的磁共振进行相位编码；去除y轴方向的梯度磁场后，在x轴方向产生梯度磁场进行频率编码同时接收线圈103b采集导航信号，在本实施例中仅需采集第一个回波信号。

上述的磁共振导航序列仅为示例，本领域技术人员可以容易地改变所述序列以适合具体的应用。此外，切片选择、相位编码以及频率编码的取向是任意的，不限于本实施例中的描述。

处理器106对接收线圈103b采集的导航信号进行处理可以得到生理运动的当前状态。图2是本实施例中处理器106的结构示意图。图3是本实施例提供的生理运动数据采集方法的流程图。处理器106可以按照图3中的方法对导航信号进行处理，从而得到生理运动曲线。

处理器106包括获取子单元1061、计算子单元1062。

获取子单元1061用于获取两个通道的采集数据。

在导航序列下，接收线圈103b采集导航信号。在本实施例中，接收线圈103b为多通道线圈，对导航信号进行采集，得到多组采集数据。该采集数据经模数转换可以转换成数字信息并存储在存储器107中。获取子单元1061从存储器107中加载两个通道的采集数据。通道的采集数据与通道的位置有关，在本实施例中，优选的，两个通道是与活动部位(例如肺部)的距离不同的两个通道，例如沿人体轴线方向分布的两个通道，从而使得两个通道的采集信号的强度不同，有助于生理运动曲线的计算。

在另一实施例中，可以从接收线圈103b内选择两个通道用于采集信号，其中，两个通道优选为与活动部位的距离不同的两个通道，在导航序列下，利用所选择的两个通道采集磁共振信号并存储在存储器107中。获取子单元1061从存储器107中加载所述被选择的两个通道的采集数据。在该实施例中，处理器106还可以包括选择子单元，用于按照需求选择通道，例如选择与活动部位的距离不同的两个通道。

计算子单元1062用于计算反映生理运动状态的数据。

计算子单元1062对获取子单元1061获取的两个通道的采集数据进行处理，从而得到反映生理运动当前状态的数据。

以小翻转角为例，但本发明的保护范围不限于此。例如，在射频激励脉冲激发磁共振之后，宏观磁化强度矢量的翻转角θ(x,y,z)小于90度，激发区域内各组织间的T₁近似相等且T₂也近似相等。在本实施例中，为了计算方便，假设激发区域内各组织间的T₁相等且T₂相等。记三维空间的磁极化分布为I(x,y,z)，多通道线圈上的两个通道在三维空间的敏感度分布(sensitivity map)分别为S₁(x,y,z)和S₂(x,y,z)，两个通道对应的跟序列相关的信号强度因子为ρ(TR,TE)，其中TR(Time of Repetition)为重复时间，TE(Time of Echo)为回波时间，则两个通道测量得到的在读出方向(x方向)上点x处的信号强度分别为

P₁(x)＝∫∫dzdyI(x,y,z)S₁(x,y,z)ρ(TR,TE)e^{TE·θ(x,y,z)}

P₂(x)＝∫∫dzdyI(x,y,z)S₂(x,y,z)ρ(TR,TE)e^{TE·θ(x,y,z)}

从而得到两个通道采集得到的信号的比值R(x)为：

记

用符号<>代表积分操作，则上述两个通道采集得到的信号的比值R(x)可以表示为：

根据质心假设，成像对象的信号

近似为点信号，则两个通道采集得到的信号的比值R(x)可以表示为：

由上述公式可以看出，两个通道采集的信号强度的比值是一个时间的函数，记为f(t)。当时间变化时，活动部位的位置随时间变化，导致两个通道采集的信号强度随时间变化，从而两个通道采集的信号强度的比值也随时间变化，因此信号强度的比值随时间的变化反映了活动部位的位置随时间的变化，而活动部位的位置随时间的变化由于生理运动引起，因此信号强度的比值随时间的变化f(t)代表生理运动曲线。

利用至少两个通道采集第一个回波信号，将两个通道采集的信号强度进行相除运算，即可以得到反映生理运动在导航信号采集时刻状态的数据。

本实施例中通过计算两个通道采集的信号强度的比值获取生理运动的状态，但本发明不限于此，计算子单元1062可以对两个通道的采集数据进行其它数学运算，例如“加”、“减”、“乘”等处理，从而得到反映生理运动当前状态的数据。

本实施例中通过采集第一个回波信号，对第一个回波信号进行处理获取生理运动的状态，但本发明不限于此，接收线圈103b可以采集多个回波信号，获取子单元1061加载两个通道采集的多个回波信号，计算子单元1062对两个通道采集的多个回波信号进行运算从而得到反映生理运动当前状态的数据。

将上述反映生理运动的数据及采集导航信号的时刻进行保存，重复导航序列，计算得到不同时刻下两个通道采集得到的导航信号的比值R(x)的大小并与导航信号的采集时刻一起存储，直至可以构成至少一个完整的波形，该波形即为生理运动曲线。

本实施例获取的反映生理运动的数据并不是活动部位的绝对位置，其反映了活动部位的周期性运动，因此本发明中不限于利用两个通道的采集信号进行处理。另一实施例中，也可以获取多个通道采集的导航数据，从而计算得到多个反映生理运动当前状态的数据，将多个数据的均值作为最终反映生理运动当前状态的数据。

参考图3所示，本实施例中的生理运动数据采集方法包括如下步骤：

S301，获取至少两个通道的采集数据。

获取子单元1061从存储器107中加载两个通道的采集数据。通道的采集数据与通道的位置有关，在本实施例中，优选的，两个通道是与活动部位的距离不同的两个通道，例如沿人体轴线方向分布的两个通道。

S302，利用所述至少两个通道的采集数据计算反映生理运动状态的数据。

计算子单元1062对获取子单元1061获取的两个通道的采集数据进行处理，例如相除运算，从而得到反映生理运动当前状态的数据。将上述反映生理运动的数据及采集导航信号的时刻进行保存，重复导航序列，计算得到不同时刻下两个通道采集得到的信号的比值R(x)的大小，直至可以构成至少一个完整的波形，该波形即为生理运动曲线。

图3中的技术细节可参考对图2的描述。

图6(a)和(b)分别示出了相位导航(phase navigator)得到的呼吸曲线和本实施例的生理运动数据采集方法得到的呼吸曲线。图6(a)和(b)中的呼吸波形类似，但是本实施例提供的生理运动数据采集方法无需增加硬件，只需利用磁共振成像装置即可得到呼吸曲线，节约成本、操作方便、计算简单，并且本实施例中可以只采集第一个回波信号即可得到生理运动的当前状态，从而节省导航技术所需的时间。

本实施例提供的生理运动数据采集方法获取的反映生理运动的数据反映了活动部位的周期性运动，因此该方法可以和门控技术相结合，从而对运动器官进行成像。

图4是另一实施例提供的处理器的结构示意图。图5是另一实施例提供的磁共振成像方法流程图。处理器可以按照图5中的方法进行磁共振成像扫描，从而得到被检查部位的磁共振图像，其中被检查部位包含活动部位。

参考图4所示，处理器400包括获取子单元401、计算子单元402、设置子单元403和判断子单元404。

获取子单元401用于获取至少两个通道的采集数据。

在导航序列下，接收线圈103b采集导航信号并存储于存储器107中。获取子单元401加载两个通道的采集数据。通道的采集数据与通道的位置有关，在本实施例中，优选的，两个通道是与活动部位的距离不同的两个通道，例如沿人体轴线方向分布的两个通道。导航信号为第一个回波信号，在其它实施例中，导航信号可以为多个回波信号。

计算子单元402用于计算反映生理运动状态的数据。

计算子单元402对获取子单元401获取的两个通道的采集数据进行处理，例如相除运算，从而得到反映生理运动当前状态的数据。在其它实施例中，计算子单元402可以对两个通道的采集数据进行其它运算，均在本发明的保护范围之内。

设置子单元403用于设置成像序列的触发条件。

成像序列的触发条件由用户进行设置，在满足该触发条件时，执行成像序列，则接收线圈103b可以采集成像数据。设置子单元403可以接收用户的输入，例如用户根据事先得到的生理运动曲线设置在曲线的波谷处进行成像扫描。当然，用户也可以根据需求设置在其它阶段进行成像扫描，在此不作限定。用户可以经操作单元109对成像序列的触发条件进行设置。实现得到的生理运动曲线可以通过本实施例中的生理运动数据采集方法获取。

判断子单元404用于判断是否执行成像扫描。

在判断子单元404中，将计算子单元402计算得到的生理运动的当前状态与设置子单元403中设置的触发条件进行比较，判断是否触发成像序列并执行成像扫描。如果满足触发条件，则成像序列被触发，执行成像扫描，如果不满足触发条件，则导航序列继续被触发，采集生理运动数据，对生理运动状态进行监测。

参考图5所示，本实施例提供的磁共振成像方法包括：

S501，获取至少两个通道的采集数据。

获取子单元401从存储器107中加载两个通道的导航数据。所述导航数据即为导航回波数据，利用导航序列激发被检查部位，所述被检查部位包含活动部位，利用多通道线圈采集被检查部位的导航回波数据。通道的采集数据与通道的位置有关，在本实施例中，优选的，两个通道是与活动部位的距离不同的两个通道，例如沿人体轴线方向分布的两个通道。

S502，利用所述至少两个通道的采集数据计算反映生理运动状态的数据。

计算子单元402对获取子单元401获取的两个通道的采集数据进行处理，从而得到反映生理运动当前状态的数据。

S503，判断是否执行成像扫描。

比较生理运动的当前状态与触发条件，判断是否触发成像序列并执行成像扫描。如果满足触发条件，则成像序列被触发，执行成像扫描，如果不满足触发条件，则导航序列继续被触发，进行生理运动状态的监测。

成像序列的触发条件可以事先由用户进行设置，例如可以根据事先得到的生理运动曲线设置在曲线的波谷处进行成像扫描。当然，用户也可以根据需求设置在其它阶段进行成像扫描，在此不作限定。用户可以经操作单元109对成像序列的触发条件进行设置。该生理运动曲线可以通过本实施例中的生理运动数据采集方法获取。

成像序列激发被检查部位，利用多通道线圈采集被检查部位的成像回波数据，之后可以再次触发导航序列进行生理运动状态的监测。磁共振成像装置按照上述方法采集磁共振成像数据并重复上述过程，在触发条件满足的情况下，采集足够的磁共振数据，利用该数据进行图像重建，从而消除运动器官带来的伪影，提高图像的精度。本实施例(图4、图5)中的具体细节可以参考图1-图3的描述。

在本实施例中，不对成像序列进行限制，导航序列可以和任一种成像序列进行结合对受生理运动影响的部位进行磁共振成像扫描。

图7是采用本实施例中的方法得到的患者腹部的图像，从图7的图像中可以看出，本实施例的磁共振成像方法得到的患者图像上没有黑带或其它伪影，图像的精度较高。

上述各单元的划分不是物理上的划分，而是仅理解为直观的象征单元。所有提到的单元可以综合在一个唯一的物理单元中或者以其它任意方式划分或连接。

以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种生理运动数据采集方法，包括

获取至少两个通道的采集数据，所述采集数据为利用导航序列从检查对象的活动部位中采集，所述至少两个通道的采集数据对应相同的采集时刻；所述至少两个通道的采集数据包括至少两个通道采集的信号强度，所述至少两个通道与所述活动部位的距离不同；所述至少两个通道沿人体轴线方向分布；

利用所述至少两个通道的采集数据计算反映在采集时刻的生理运动状态的数据；其中，计算至少两个通道的采集数据的比值作为反映生理运动状态的数据；

所述至少两个通道的采集数据为采集的第一个回波信号。

2.如权利要求1所述的生理运动数据采集方法，其特征在于，计算不同时刻下反映生理运动状态的数据并和采集时刻对应存储。

3.一种磁共振成像方法，包括，

利用导航序列激发被检查部位，所述被检查部位包含活动部位；

利用多通道线圈采集被检查部位的导航回波数据；

获取至少两个通道的采集数据，所述至少两个通道的采集数据对应相同的采集时刻；所述至少两个通道的采集数据包括至少两个通道采集的信号强度，所述至少两个通道与所述活动部位的距离不同；所述至少两个通道沿人体轴线方向分布；

迭代地执行以下步骤，直至完成被检查部位的成像扫描：将所述反映生理运动状态的数据与触发条件进行比较判断是否执行成像扫描，如满足触发条件，则触发成像序列执行成像扫描，如不满足触发条件，则触发导航序列继续计算反映生理运动状态的数据；

所述至少两个通道的采集数据为采集的第一个回波信号。

4.一种磁共振成像装置，包括

主磁体，用于产生静磁场；

梯度线圈，用于产生梯度磁场对磁共振信号进行空间编码；

发射线圈，用于发射射频脉冲；

接收线圈，用于接收磁共振信号，所述接收线圈为多通道线圈；

处理器，包括获取子单元和计算子单元，所述获取子单元用于获取至少两个通道的采集数据，所述采集数据为利用导航序列从检查对象的活动部位中采集，所述至少两个通道的采集数据对应相同的采集时刻，所述至少两个通道的采集数据包括至少两个通道采集的信号强度，所述至少两个通道与所述活动部位的距离不同；所述至少两个通道沿人体轴线方向分布；所述计算子单元用于利用所述至少两个通道的采集数据计算反映在采集时刻的生理运动状态的数据；其中，所述计算子单元用于计算至少两个通道的采集数据的比值作为反映生理运动状态的数据；

所述至少两个通道的采集数据为采集的第一个回波信号。

5.如权利要求4所述的磁共振成像装置，其特征在于，所述处理器还包括设置子单元和判断子单元，所述设置子单元用于设置成像序列的触发条件，所述判断子单元用于将所述反映生理运动状态的数据与所述触发条件进行比较，判断是否执行成像扫描，如满足触发条件，则触发成像序列执行成像扫描，如不满足触发条件，则触发导航序列继续计算反映生理运动状态的数据。