CN107533117A - 用于具有rf噪声的磁共振成像的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种用于消除包括接收天线的磁共振图像(MRI)系统的环境噪声的方法。所述方法包括：经由所述接收天线采集包括噪声RF成分的磁共振(MR)数据；采集指示MRI系统的环境噪声的噪声RF数据；基于所述噪声RF数据和被限制到存储所述MR数据的k空间的外围部分的所述MR数据的部分来计算补偿因子；将所述MR数据的噪声RF成分估计为所述噪声RF数据与所计算的补偿因子的相乘；并且通过从所述MR数据减去所估计的噪声RF成分来生成经校正的MR数据。

Description

用于具有RF噪声的磁共振成像的方法和装置
技术领域
本发明涉及磁共振成像，具体而言，涉及在存在伪RF信号的情况下的磁共振成像。
背景技术
大的静态磁场由磁共振成像(MRI)扫描器使用以对准原子的核自旋，作为用于产生患者的身体内的图像的流程的部分。该大的静态磁场被称为B0场或主磁场。
在MRI扫描期间，由发射器线圈生成的射频(RF)脉冲引起对局部磁场的干扰，并且由核自旋发射的RF信号由接收器线圈检测。这些RF信号被用于构建MRI图像。这些线圈还可以被称为天线。此外，发射器和接收器线圈还可以被集成到执行这两个功能的单个收发器线圈中。应理解，术语收发器线圈的使用还涉及其中使用分离的发射器和接收器线圈的系统。发送的RF场被称为B1场。
然而，MRI扫描期间的伪RF噪声可以干扰由核自旋发射的RF信号的测量结果。通常，大RF笼被建立在磁共振成像系统周围以消除这些伪RF信号。使用这样的RF笼的缺点在于，其使用大量的金属(诸如铜)并且建立昂贵。
美国专利US 7486982 B2公开了辐射不透明保持器与辐射不透明磁体部件组合以形成围绕经历NMR流程的患者的RF屏蔽。
JPS63272336A公开了被布置在MR信号检测线圈附近但是基本上不执行对来自对象的MR信号的接收的外部无线电波检测线圈的两个集合。通过从MR信号检测线圈的接收信号直接地减去外部无线电波检测线圈的接收信号来移除外部无线电波的效应。应理解，外部无线电波检测线圈必须相对于信号检测线圈小心地放置以确保噪声消除的效果。国际申请WO2013/016639公开了便携式MR系统中的有源噪声消除系统，其计算通用复比例因子并且确定环境伪噪声与来自接收器线圈的测量的信号之间的传递函数，通过引用将其整体并入本文。
发明内容
本发明的目标是提供一种具有对市场上的磁共振成像系统的硬件的最小可能修改的有成本高效的噪声消除方法。同时，噪声消除方法考虑时间和空间噪声演化以改进校正成像磁共振数据的准确度。
本发明的实施例在独立权利要求中提供了一种磁共振成像系统、一种方法和一种计算机程序产品。在从属权利要求中给出了实施例。
如本领域的技术人员将理解到，本发明的各方面可以被实现为一种装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或者组合可以全部一般在本文中被称为“电路”、“模块”或“系统”的软件和硬件的实施例的形式。而且，本发明的各方面可以采取以具有实现在其上的计算机可执行代码的一个或多个计算机可读介质的计算机程序产品的形式。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。如本文所使用的“计算机可读存储介质”涵盖可以存储由计算设备的处理器可执行的指令的任何有形存储介质。所述计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非暂态存储介质。所述计算机可读存储介质还可以被称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还可能能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括但不限于：软盘、磁性硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储器、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘和处理器的寄存器堆。光盘的范例包括光盘(CD)和数字通用光盘(DVD)(例如，CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R磁盘)。术语计算机可读存储介质还指代能够经由网络或通信链路由计算机设备访问的各种类型的记录介质。例如，可以通过调制解调器、通过因特网或通过局域网检索数据。在计算机可读介质上实现的计算机可执行代码可以使用任何适当的介质传送，包括但不限于无线、有线线路、光纤电缆、RF等或前述内容的任何适合的组合。
计算机可读信号介质可以包括具有实现在其中的计算机可执行代码的传播数据信号(例如，在基带内或作为载波的一部分)。这样的传播信号可以采取各种形式中的任一个，包括但不限于电磁、光或其任何适合的组合。计算机可读信号介质可以是不是计算机可读存储介质并且可以传递、传播或传输用于由指令运行系统、装置或设备或结合其使用的程序的任何计算机可读介质。
“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是对处理器直接可访问的任何存储器。“计算机存储设备”或“存储装置”是计算机可读存储介质的另一范例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储设备还可以是计算机存储器或反之亦然。存储器和存储装置的内容可以彼此复制或被描绘为在一个中可以存储或在另一个中复制的项。
如本文所使用的“处理器”涵盖能够运行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应当被解释为可能包含超过一个处理器或处理核心。所述处理器可以例如是多核处理器。处理器还可以指代单个计算机系统内或分布在多个计算机系统中间的处理器的集合。术语计算设备还应当被解释为可能指代各自包括(一个或多个)处理器的计算设备的集合或网络。可以由可以在所述相同计算设备内或者可以甚至跨多个计算设备分布的多个处理器运行所述计算机可执行代码。
计算机可执行代码可以包括使得处理器执行本发明的方面的机器可执行指令或程序。执行用于本发明的各方面的操作的计算机可执行代码可以以一个或多个编程语言的任何组合书写，包括面向对象编程语言(诸如Java、Smalltalk、C++等)和常规程序编程语言(诸如“C”编程语言或类似编程语言)并且被编译为机器可执行指令。在一些实例中，所述计算机可执行代码可以以高级语言的形式或以预编译形式并且结合生成在飞行中的所述机器可执行指令的解译器使用。
所述计算机可执行代码可以全部地在所述用户的计算机上、部分地在所述用户的计算机上、作为独立软件包、部分地在所述用户的计算机上并且部分地在远程计算机上或全部地在所述远程计算机或服务器上运行。在后者场景中，所述远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))被连接到所述用户的计算机，或者可以对外部计算机做出连接(例如，使用因特网服务提供商通过因特网)。
参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或块图描述本发明的各方面。应理解到，可以通过在适用时以计算机可执行代码的形式的计算机程序指令实现流程图、图示和/或块图中的每个块或块的部分。还应理解到，当不相互排斥时，可以组合不同的流程图、图示和/或块图中的块的组合。这些计算机程序指令可以被提供到通用计算机的处理器、专用计算机或其他可编程数据处理装置以产生机器，使得经由所述计算机或其他可编程数据处理装置的所述处理器运行的所述指令创建用于实现所述流程图和/或(一个或多个)块图块中所指定的所述功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中，其可以引导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运行，使得被存储在所述计算机可读介质中的所述指令产生包括实现所述流程图和/或(一个或多个)块图块中所指定的所述功能/动作的指令的制造品。
所述计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他装置上以使得一系列操作步骤在所述计算机、其他可编程装置或其他装置上执行来产生计算机实现的过程，使得在所述处理器或其他可编程装置上运行的所述指令提供用于实现所述流程图和/或(一个或多个)块图块中所指定的所述功能/动作的过程。
如本文所使用的“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。“用户接口”还可以被称为“人机接口设备”。用户接口可以向所述操作者提供信息或数据和/或从所述操作者接收信息或数据。用户接口可以使得来自操作者的用户能够由所述计算机接收并且可以从所述计算机向所述用户提供输出。换句话说，所述用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机并且所述接口可以允许所述计算机指示所述操作者的控制或操纵的所述效果。显示器或图形用户接口上的数据或信息的所述显示是将信息提供给操作者的范例。通过键盘、鼠标、轨迹球、触摸板、指点杆、图形板、操纵杆、游戏键盘、网络摄像头、头戴式耳机、踏板、有线手套、遥控器和加速度计接收数据全部是使得能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的范例。
如本文所使用的“硬件接口”涵盖使得计算机系统的所述处理器能够与外部计算设备和/或设备相互作用和/或控制其的接口。硬件接口可以允许操作者将控制信号或指令发送到外部计算设备和/或装置。硬件接口还可以使得处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括但不限于：通用串行总线、IEEE 1394端口、并行端口、IEEE 1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口和数字输入接口。
如本文所使用的“显示器”或“显示设备”涵盖适于显示图像或数据的输出设备或数据接口。显示器可以输出视觉、听觉和/或触觉数据。显示器的范例包括但不限于：计算机监视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储管、双稳态显示器、电子纸、向量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子显示器面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪和头戴式显示器。
磁共振(MR)数据在本文中被定义为在磁共振成像扫描期间通过磁共振装置的天线记录的由原子自旋发射的射频信号的测量结果。磁共振数据是医学图像数据的范例。磁共振成像(MRI)图像在本文中被定义为在磁共振成像数据内包含的原子数据的经重建的二维或三维可视化。可以使用计算机执行该可视化。磁共振数据还可以被称为k空间数据。k空间是广泛使用在磁共振成像中的形式。在MRI物理学中，k空间是所测量的MR图像的2D或3D傅里叶变换。实际上，K空间常常指代临时图像空间(通常为复值的矩阵)，其中，来自数字化MR信号的数据在数据采集期间被存储。
本发明的实施例提供了一种用于消除包括接收天线的磁共振图像(MRI)系统的环境噪声的方法。所述方法包括：经由所述接收天线采集包括噪声RF成分的磁共振(MR)数据；采集指示所述MRI系统的环境噪声的噪声RF数据；基于所述噪声RF数据和存储所述MR数据的k空间的外围部分中的所述MR数据的部分来计算补偿因子；将MR数据的噪声RF成分估计为噪声RF数据与所计算的补偿因子的相乘；并且通过从所述MR数据减去所估计的噪声RF成分来生成经校正的MR数据。有利地，通过考虑MR数据的k空间中的噪声RF成分的分布特性，其中所述噪声RF成分占主导的k空间的外围部分被用于补偿因子计算。这样一来，可以利用对系统硬件的所述最小可能修改来实现噪声消除，并且同时所述噪声以更准确的方式被消除。
根据本发明的一个实施例，经由被定位在所述MRI系统的成像体积外部的嗅探器线圈采集噪声RF数据。有利地，所述嗅探器线圈可以主导地测量环境噪声以获得更准确的噪声RF数据。
根据本发明的一个实施例，嗅探器线圈是被定位在所述成像体积外部作为所述嗅探器线圈的标准接收天线并且所述噪声RF数据是与经由被定位在所述成像体积内的所述接收天线对所述MR数据的采集同时地经由所述标准接收天线接收的。有利地，适当的位置上的备用标准接收天线可以直接地重新用作所述嗅探器线圈，其节省设计专用于噪声RF数据测量的指定嗅探器线圈的成本和努力。此外，还避免使其与专用嗅探器线圈兼容的磁共振成像系统的修改。同时，将标准接收天线用作嗅探器线圈还使MR数据和噪声RF数据的同时采集与使用专用嗅探器线圈相比较更简单。
根据本发明的一个实施例，接收天线被形成为多通道线圈阵列，其中，所述噪声RF数据经由虚拟嗅探器模块采集的，所述虚拟嗅探器模块由处理器实施以从经由所述多通道线圈阵列采集的MR数据提取RF噪声数据。有利地，通过从经由所述多通道线圈阵列采集的MR数据提取所述噪声RF数据，噪声消除的成本进一步降低，因为不涉及硬件。
根据本发明的一个实施例，使用从包括主分量分析(PCA)和独立分量分析(ICA)的组中选择的统计算法提取来自经由所述多通道线圈采集的MR数据的所述噪声RF数据。有利地，所述统计算法可以由计算机程序产品运行以节省成本。
根据本发明的一个实施例，计算所述补偿因子还包括：将存储所述MR数据的k空间的数据线与存储RF噪声数据的k空间的数据线对准，对准的数据线具有相位编码方向上的相同的k值；并且基于对应的k空间的相位编码方向上的最高/最低k值附近的数据线的所述MR数据和对应的k空间的相位编码方向上的最高/最低k值附近的数据线的所述RF噪声数据来计算所述补偿因子，其中，所述最高/最低k值附近的数据线的所述MR数据是所述补偿因子与所述最高/最低k值附近的数据线的所述RF噪声数据的相乘。有利地，所述补偿因子可以针对每个对准的相位编码梯度被计算以考虑所述MR数据的每个接收时段中的环境噪声的时间演化。
根据本发明的一个实施例，计算所述补偿因子还包括：将存储所述MR数据的k空间的数据线与存储所述RF噪声数据的k空间的数据线对准，对准的数据线具有相位编码方向上的相同的k值；并且基于针对对应的k空间的相位编码方向的中心中的数据线的频率编码方向上的最高/最低k值附近的MR数据和针对对应的k空间的相位编码方向的中心中的数据线的频率编码方向上的最高/最低k值附近的RF噪声数据来计算所述补偿因子，其中，所述最高/最低k值附近的MR数据是补偿因子与最高/最低k值附近的RF噪声数据的相乘。有利地，所述补偿因子可以针对每个对准的相位编码梯度被计算以考虑所述MR数据的每个接收时段中的所述环境噪声的时间演化。
根据本发明的一个实施例，计算所述补偿因子还包括：将存储所述MR数据的k空间的数据线与存储所述RF噪声数据的k空间的数据线对准，对准的数据线具有频率编码方向上的相同的k值；并且基于对应的k空间的频率编码方向上的最高/最低k值附近的MR数据和对应的k空间的频率编码方向上的最高/最低k值附近的RF噪声数据计算所述补偿因子，其中，最高/最低k值附近的MR数据是所述补偿因子与最高/最低k值附近的所述RF噪声数据的相乘。有利地，所述补偿因子可以针对每个对准的相位编码梯度被计算以考虑所述MR数据的每个接收时段中的所述环境噪声的时间演化。
本发明的实施例提供了一种被配置为消除经由MRI的接收天线采集的MR数据的噪声成分的磁共振图像系统。所述MRI系统包括：数据采集模块，其被配置为采集指示所述MRI系统的环境噪声的噪声RF数据和经由所述接收天线采集的MR数据；补偿因子计算模块，其被配置为基于噪声RF数据和存储所述MR数据的k空间的外围部分中的所述MR数据的部分来计算补偿因子；噪声估计模块，其被配置为将所述MR数据的所述噪声RF成分估计为所述噪声RF数据与所计算的补偿因子的相乘；以及数据校正模块，其被配置为通过从所述MR数据减去所估计的噪声RF成分来生成经校正的MR数据。有利地，通过考虑MR数据的k空间中的噪声RF成分的分布特性，其中所述噪声RF成分占主导的k空间的外围部分被用于补偿因子计算。这样一来，可以利用对系统硬件的最小可能修改实现所述噪声消除，并且同时所述噪声以更准确的方式被消除。
根据本发明的一个实施例，所述补偿因子是针对所述多通道线圈阵列的每个通道的一维复向量，并且向量元素的数目等于相位编码梯度的数目，以基于不同的向量元素校正在每个接收时段期间采集的成像磁共振数据。
本发明的实施例提供了一种包括用于由控制磁共振成像系统的处理器运行的机器可执行指令的计算机程序产品。对所述机器可执行指令的运行令所述处理器：采集指示MRI系统的环境噪声的噪声RF数据以及经由接收天线采集的MR数据；基于所述噪声RF数据和存储所述MR数据的k空间的外围部分中的MR数据的部分来计算补偿因子；将所述MR数据的噪声RF成分估计为噪声RF数据与所计算的补偿因子的相乘；并且通过从所述MR数据减去所估计的噪声RF成分来生成经校正的MR数据。有利地，通过考虑MR数据的k空间中的噪声RF成分的分布特性，其中所述噪声RF成分占主导的k空间的外围部分被用于补偿因子计算。这样一来，可以利用对系统硬件的最小可能修改实现噪声消除，并且同时所述噪声以更准确的方式被消除。
下面更详细地描述本公开的各方面和特征。并且参考结合附图做出的描述，本发明的其他目标和优点将变得更显而易见并且将容易理解。
附图说明
将结合实施例并且参考附图在下文中更详细地描述和解释本发明，其中：
图1图示了根据本发明的一个实施例的磁共振成像系统；
图2a图示了根据本发明的一个实施例的包含从一个磁共振扫描获得的图像数据和RF噪声数据的k空间表示的外围部分；
图2b图示了根据本发明的一个实施例的仅包含RF噪声数据的k空间表示的外围部分；
图3a图示了根据本发明的另一实施例的包含从一个磁共振扫描获得的图像数据和RF噪声数据的k空间表示的外围部分；
图3b图示了根据本发明的另一实施例的仅包含RF噪声数据的k空间表示的外围部分；
图4图示了根据本发明的另一实施例的磁共振成像系统；
图5图示了根据本发明的一个实施例的图4中的嗅探器线圈的范例；
图6图示了根据本发明的又一实施例的磁共振成像系统；并且
图7示出了根据本发明的一个实施例的用于消除磁共振图像(MRI)系统的环境噪声的方法的流程图。
附图中的相同附图标记指示类似或对应的特征和/或功能。
将关于特定实施例并且参考某些附图描述本发明，但是本发明不限于此而是仅由权利要求限制。所描述的附图仅是示意性的并且是非限制性的。在附图中，出于说明性目的，元件中的一些元件的尺寸可以放大而不按比例绘制。
具体实施方式
这些附图中的类似编号的元件要么是等价元件要么执行相同功能。如果功能是等价的，则在后面附图中将不必讨论先前地已经讨论的元件。
图1示出了磁共振成像系统100的范例。磁共振成像系统100包括磁体104。磁体104是具有通过其的膛106的超导圆柱型磁体104。不同类型的磁体的使用也是可能的，例如，使用分裂式圆柱形磁体和所谓的开放式磁体两者也是可能的。分裂式圆柱形磁体与标准圆柱形磁体类似，除了低温恒温器已经分裂为两个部分以允许进入磁体的等平面，这样的磁体可以例如结合带电粒子束治疗使用。开放式磁体具有两个磁体部分，一个在另一个上面，期间具有足够大的空间以接收磁体：两个部分区的布置与亥姆霍兹线圈的布置类似。开放式磁体是受欢迎的，因为对象较少地限制。在圆柱形磁体的低温恒温器内部存在超导线圈的集合。在圆柱形磁体104的膛106内部存在成像区108，其中，磁场足够强且均匀以执行磁共振成像。
在磁体的膛106内还存在磁场梯度线圈110的集合，所述磁场梯度线圈被用于采集磁共振数据以空间地编码磁体104的成像区108内的磁自旋。磁场梯度线圈110连接到磁场梯度线圈电源112。磁场梯度线圈110旨在是代表性的。通常，磁场梯度线圈110包含用于在三个正交空间方向上空间地编码的三个独立的线圈集合。磁场梯度电源向磁场梯度线圈供应电流。被供应到磁场梯度线圈110的电流是根据时间来控制的并且可以是斜变的或脉冲的。对象支撑体120支撑成像区108内的对象118。
在磁体104的膛106内是体线圈114。体线圈114可以是QBC。体线圈114被示出为被连接到收发器116。在一些实施例中，体线圈114还可以被连接到全身线圈射频放大器和/或接收器，然而，这未示出在该范例中。如果发射器和接收器116两者被连接到全身线圈114，则可以提供用于在发送模式与接收模式之间切换的模块。例如，具有pin二极管的电路可以被用于选择发送模式或接收模式。
收发器116被示出为被连接到接收天线124。在该范例中，接收天线124被形成为包括多个线圈回路126的多通道线圈阵列。
收发器116和磁场梯度线圈电源112被示出为被连接到计算机130的硬件接口132。计算机130还被示出为包含可操作用于运行计算机可读指令的处理器133。计算机130还被示出为包括用户接口134、计算机存储设备136和计算机存储器138，其全部对处理器133可访问并且被连接到处理器133。
计算机存储设备136被示出为包含脉冲序列数据140。计算机存储设备136还被示出为包含成像磁共振数据142、经校正的磁共振数据144和噪声RF数据146。成像磁共振数据142是经由接收天线114、124使用脉冲序列数据140采集的，并且包括来自被添加到来自对象118(例如，患者)的期望的磁共振数据的环境伪噪声的RF噪声成分。噪声RF数据146指示磁共振成像系统100的环境伪噪声。经校正的磁共振数据144已经使RF噪声成分被移除。计算机存储设备136还被示出为包含已经根据经校正的成像磁共振数据144重建的磁共振图像148。如前所述，接收天线124可以包括多个线圈回路126。在该实例中，成像磁共振数据142包括通道磁共振数据的多个子集，每个子集对应于多个线圈回路126之一。因此，通道磁共振数据的每个子集具有对应的通道RF噪声成分和经校正的通道磁共振数据144。出于说明的目的，主要参考一个通道的成像磁共振数据142描述以下噪声消除算法。
计算机存储器138被示出为包含控制模块160。控制模块包含使得处理器133能够控制磁共振成像系统100的操作和功能的计算机可执行代码。计算机存储138被示出为任选地包含使得处理器133能够根据经校正的磁共振数据144重建磁共振图像148的图像重建模块162。计算机存储器138还被示出为包含噪声消除模块164。噪声消除模块164包含使得处理器133能够执行从成像磁共振数据142的噪声移除以生成经校正的成像磁共振数据144的计算机可执行代码。图1的所图示的范例的范例控制模块、图像重建模块和噪声消除模块由运行指令的处理器实施，但是其可以备选地由ASIC、DSP、FPGA或其他电路实施。
在一个实施例中，噪声消除模块164还包括数据采集模块170、补偿因子计算模块172、噪声估计模块174和数据校正模块176。类似地，图1的所图示的范例的数据采集模块170、补偿因子计算模块172、噪声估计模块174和数据校正模块176由运行指令的处理器133实施，但是其可以备选地由AISC、DSP、FPGA或其他电路实施。数据采集模块170包含使得处理器133能够读取被存储在计算机存储设备136中的成像磁共振数据142和噪声RF数据146的计算机可执行代码。由于成像磁共振数据142包括来自对象18的期望的磁共振信号和来自环境伪噪声的RF噪声成分，因此其可以由等式(1)给定：
SRX＝NEX+SMR (1)
其中，SRX表示经由接收天线124所采集的成像磁共振数据142，NEX表示来自环境噪声的RF噪声成分，并且SMR表示来自对象18的期望的MR信号。如前所述，噪声RF数据146指示磁共振成像系统100的环境噪声。通过考虑扫描室的不同的位置处的环境噪声的幅度和相位差，噪声RF数据146可以通过根据等式(2)乘以补偿因子被转移到RF噪声成分：
NEX＝NR*
其中，NR表示噪声RF数据146。补偿因子是复数比并且因此等式(2)还可以被表达为：
NEX＝NR*Ae-jt
其中，复数比的幅度A表示到达多通道接收天线124中的特定接收通道126的环境噪声的路径损耗，表示环境噪声的载波频率，并且时间延迟t表示到达多通道接收线圈124中的其位置处的不同的线圈回路126的环境噪声的不用的到达时间(TOA)。
此外，如前所述，接收天线124被形成为包括多个线圈回路126的多通道线圈阵列。每个天线通道在磁体共振信号接收之后生成其自身的k空间。通常，环境噪声沿着各个路径传播以在不同的时间处到达每个天线通道。结果，由每个天线通道所捕获的噪声成分在强度方面变化。除不均匀的强度之外，每个天线通道的k空间中的那些噪声成分作为各种到达时间的结果以时间延迟偏移。有利地，如相对于等式(1)、(2)和(3)讨论的噪声消除方法可以被应用到每个通道数据k空间以计算针对对应的天线通道的一维复补偿因子。这样一来，在环境噪声消除中考虑跨天线通道的强度和相位变化。考虑上文，只要可以获得针对特定通道的补偿因子，可以根据等式(2)估计被添加到期望的磁共振数据的RF噪声成分。在一个实施例中，补偿因子计算模块172包含计算机可读代码，所述计算机可读代码使得处理器133能够实施如下文所描述的算法来计算补偿因子。
参考图2a和图2b，将成像磁共振数据142的k空间表示图2a与噪声RF数据146的k空间表示图2b进行比较。在图2a和图2b的范例中，两者k空间具有1000个频率编码梯度(k值)乘400个相位编码梯度(k值)的尺寸。出于清晰和简明的目的，在本文中仅图示了k空间的顶部边缘和中心部分。由于与成像磁共振数据142的采样同时地对噪声RF数据146采样，因此图2a的成像磁共振数据k空间的数据线与图2b的噪声RF数据k空间的数据线对准。对于相位编码梯度中的每个而言，图2a的数据线中的数据样本可以被建模为SRX，其是图2b的对应的数据线中的数据样本(例如，根据等式1)和2)被建模为NR)的函数。
参考图2a，边缘部分201(例如，包含具有从1到4的相位编码梯度(k值)的数据线的部分)存储归因于由最高相位编码梯度场引起的自旋的强移相效应的相当弱的磁共振信号。如存在于边缘部分201处的波203的正弦形主要表示来自环境噪声的RF噪声成分。参考图2b，边缘部分205(例如，包含在从1到4的相同的相位编码梯度中所采集的数据线的部分)示出表示噪声RF数据146的基带数据的清楚和强正弦波207。
由于成像磁共振数据k空间的边缘部分201由RF噪声成分主导，因此等式1)和2)可以通过以下假定被修改以获得等式(4)：在成像磁共振数据k空间的边缘部分201中的数据线上，来自对象118的期望的磁共振信号是零，
SRX_N＝NR_N*
其中，SRX_N表示成像磁共振数据k空间的边缘部分201中的数据线N上的数据样本，NR_N表示噪声RF数据k空间的边缘部分205中的数据线N上的数据样本，并且表示针对MR数据k空间的边缘部分201中的数据线N的补偿因子。解决方案是解决最小二乘最小化问题以最小化M：
M＝∑|SRX_N-NR_N*|2 (5)
对于k空间的中心部分(例如，图2a和图2b中的200周围的相位编码梯度)中的数据线而言，那些数据线的回波中心处的成像磁共振信号太强以致于RF噪声成分不在主导位置中。因此，等式4)不容易地适于k空间的中心部分中的数据线。然而，参考图2a，RF噪声成分仍然主导归因于当回波中心远离时的强移相效应的那些数据线的前和后部分210处的k空间中心周围的数据线。这样一来，等式4)可以通过仅分别使用成像磁共振数据k空间中心和噪声RF数据k空间中心周围的数据线的前和后部分210和220中的数据样本被修改为：
S’RX_N＝N’R_N*。
也就是说，S’RX_N表示成像磁共振数据k空间中心周围的数据线的前和后部分210处的数据样本，并且N’R_N表示噪声RF数据k空间中心周围的数据线的前和后部分220处的数据样本。类似地，成像磁共振数据k空间中心周围的数据线N的解决方案是解决最小二乘最小化问题以最小化M’：
M’＝∑|S’RX_N-N’R_N*|2 (7)
总之，补偿因子计算模块172首先选择存储成像磁共振数据142的k空间的外围部分(201、210)，其中，RF噪声成分主导例如k空间的顶部和底部边缘中的数据线和k空间中心周围的数据线的前和后部分。然后，在数据线N在k空间的顶部和底部边缘处时根据等式(4)和(5)并且在数据线N在k空间中心周围时根据等式(6)和(7)来计算针对每条数据线N的补偿因子。
如前所述，k空间是所测量的MR图像的2D或3D傅里叶变换。实际上，K空间常常指代临时图像空间，其中，来自数字化MR信号的数据以具有好对称性质的2D或3D复矩阵的形式被存储。2D k空间的中心(即，频率编码方向和相位编码方向两者上的中间k值)具有最大的MR信号样本，因为自旋进动保持在同相状态中。由于自旋进动的移相状态，因此矩阵的外围部分(例如，2个2D k空间的相位编码方向的任意频率中的最大/最低k值区域)具有相对低的MR信号样本。例如，具有跨中心相位编码线对称分布的最大/最低k值的总体相位编码线的10％或更少或具有跨中心频率编码线对称分布的最大/最低k值的总体频率编码线的80％或更少，可以被称为2D k空间中的外部部分。在一些实例中，由于MR信号接收或预期的脉冲设计中的延迟，k空间中心相对于矩阵的几何中心向前或者向后偏移，从而使得总体频率编码线的所述80％或更少不均匀地分布。在这两种情况下，被用于噪声消除的k空间的外围部分可以通过多个试验确定，以获得得到最好的图像质量的最优选的补偿因子。对于3DK空间而言，第3维度被相位编码。每个2D K空间切片还具有频率和相位编码方向，对于MR数据K空间和噪声RF数据K空间两者情况的确如此。然后，k空间的每个切片将被视为补偿因子的计算期间的个体通道。
利用针对每条数据线的所计算的补偿因子，噪声估计模块174可以根据等式(2)估计被添加到期望的MR信号SMR的噪声成分NEX。利用所估计的噪声成分NEX，数据校正模块176可以通过从经由接收天线124所采集的成像磁共振数据142减去所估计的噪声成分NEX从对象118获得期望的MR信号SMR，从而实现RF噪声消除。
有利地，通过考虑k空间中的成像磁共振原始数据的分布特性，更特别地，主导k空间的外围部分的RF噪声成分，由RF噪声成分主导的k空间的外围部分被选择用于补偿因子计算。此外，通过考虑每条数据线上的RF噪声分布来个体地计算针对每条数据线的补偿因子。这样一来，获得补偿因子向量，其中，每个向量元素表示针对相位编码梯度N的数据线的补偿因子。这样的方法可以捕获针对每个重复时间TR的环境噪声演化以获得针对每个相位编码梯度的不同的补偿因子，其显著地增强环境噪声消除的时间分辨率。
备选地，作为环境噪声消除的精度与速度之间的折中，贯穿图3a的全部成像磁共振数据k空间的数据线的前和后部分310中的数据样本和贯穿图3b的全部噪声RF数据k空间的数据线的前和后部分320中的数据样本被选择用于根据等式(6)和(7)的补偿因子计算。
此外，应理解，为了实现实时噪声消除，噪声RF数据146需要与成像磁共振数据142同时地采集。以下实施例将更详细地描述如何实现噪声RF数据146和成像磁共振数据142的同时接收。
参考图4，磁共振成像系统400被示出为具有被定位在磁共振成像系统400的膛106外部的嗅探器线圈402。嗅探器线圈402远离成像区108被放置。噪声RF数据146的采集与成像磁共振数据142的采集同步，只是与测量噪声加上来自对象118的磁共振信号142的线圈114或124相反，嗅探器线圈402测量的信号将主导地是噪声RF数据146。
收发器116被示出为还被连接到嗅探器线圈402。收发器116是多通道收发器。在一些实施例中，收发器116可以分裂为若干不同的单元。然而，当所采集的信号将以与使用天线114、124所采集数据的相同的方式被处理时，使用用于嗅探器线圈402的收发器116的额外通道可以是有益的。
通常，磁共振成像系统400将装备有许多标准接收线圈(例如，头部线圈、脊柱线圈、手腕线圈等)。当特定标准接收线圈被放置在成像区108内以检测成像磁共振信号时，备用标准接收线圈在空闲状态中在适当的位置上。有利地，利用当前噪声消除方法，这样的备用标准接收线圈可以被重新用作要放置在成像区108外部以主导地测量环境噪声的嗅探器线圈402。在图5的范例中，一个头部线圈502被滑动到成像区108中以检测成像磁共振信号，而另一备用头部线圈504被放置在远离成像区108的扫描室的地板上，以仅测量环境噪声。由于被放置在成像区108外部的头部线圈504还是标准接收线圈，因此磁共振成像系统400将以与头部线圈502相同的方式对其进行处理。这样一来，对于磁共振成像系统400而言不需要硬件修改来实现与成像磁共振数据的采集同步的环境噪声的采集，也不需要专用嗅探器线圈。换言之，通过将标准接收线圈重新用作嗅探器线圈，常规磁共振成像系统可以容易地适于当环境噪声存在时执行噪声消除功能。在该噪声消除过程中也需要噪声消除模块164。
备选地，对于具有多个线圈回路126的接收天线124而言，多通道原始数据中包括的噪声成分不仅统计上紧密相关而且是线性相关的，其允许从多通道原始数据提取指示环境噪声的噪声RF数据146的统计方法的使用。如在图6中所示，通过包含计算机可执行代码的虚拟嗅探器模块602实施这样的统计方法，以使得处理器133能够从多通道磁共振数据集142提取噪声RF数据146并且生成用于图2a/图2b和图3a/图3b中所图示的去噪流程的参考噪声RF数据146。
yongyu噪声RF数据提取的一个示范性统计方法是主分量分析(PCA)。两个或更多个通道数据上的联合数据分析将随时间并且在k空间框架内的RF噪声分布标识为唯一特征向量并且提取以形成噪声RF数据146。在不类似RF噪声的通道数据之中分布的MR信号还将被识别为不同的特征向量并且被提取以形成成像磁共振数据142。用于噪声消除的以下步骤与上文相同，其为了简明起见不再进行描述。
备选地，还可以使用用于噪声RF数据提取的其他统计方法，诸如独立分量分析(ICA)。有利地，通过使用虚拟嗅探器模块602，不涉及硬件成本并且因此以更成本高效的方式实现噪声消除。
本领域的技术人员应当理解，不需要使用来自所有天线通道的成像MR数据来提取噪声RF数据。
图7图示了根据本发明的一个实施例的用于消除磁共振图像系统中的环境噪声的方法的流程图700。
在步骤702处，经由接收天线采集包括噪声RF成分的磁共振数据。在图1的实施例中，经由接收天线124采集包括来自环境噪声的噪声RF成分的成像磁共振数据142。
在步骤704处，采集指示MRI系统的环境噪声的噪声RF数据。在图4的实施例中，经由嗅探器线圈402采集噪声RF数据。在图6的实施例中，通过经由虚拟嗅探器模块602从多通道磁共振数据142提取其来采集噪声RF数据。
在步骤706处，基于噪声RF数据和存储磁共振数据的k空间的外围部分中的MR数据的部分，来计算补偿因子。在图2a的实施例中，存储成像磁共振数据142的k空间的外围部分201和210被选择用于根据等式5)和7)的补偿因子计算。在图3a的实施例中，存储成像磁共振数据142的k空间的外围部分310被选择用于根据等式7)的补偿因子计算。
在步骤708处，磁共振数据的噪声RF成分被估计为噪声RF数据和所计算的补偿因子的相乘。在图1的实施例中，噪声估计模块174根据等式2)估计成像磁共振数据142的噪声RF成分。
在步骤710处，通过从磁共振数据减去所估计的噪声RF成分来生成经校正的磁共振数据。在图1的实施例中，数据校正模块176根据等式1)通过从成像磁共振数据142减去所估计的噪声RF成分来生成经校正的磁共振数据144。
请注意，根据本发明的装置和方法不应当仅限于上文所提到的装置和方法。对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，可以在脱离这些特定细节的其他范例中实践所请求保护的本发明的各方面。
尽管在互不相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有利地使用这些措施的组合。
应当注意，上文所提到的实施例图示而不是限制本发明，并且本领域的技术人员将能够在不脱离权利要求书的范围的情况下设计备选实施例。在权利要求中，被放置在圆括号之间的任何附图标记不应当被解释为对权利要求的限制。词语“包括”不排除权利要求或说明书中未列出的元件或步骤的存在。在元件前面的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。在枚举若干单元的产品权利要求中，可以通过同一项软件和/或硬件实现这些单元中的若干单元。词语第一、第二和第三等的使用并不指示任何排序。这些词语将被解释为名称。

Claims (15)

1.一种用于消除包括接收天线的磁共振图像(MRI)系统的环境噪声的方法，所述方法包括：
经由所述接收天线来采集磁共振(MR)数据，其中，所述MR数据包括噪声RF成分；
采集指示所述MRI系统的所述环境噪声的噪声RF数据，所述方法特征在于还包括：
-基于所述噪声RF数据和被限制到存储所述MR数据的k空间的外围部分的所述MR数据的部分来计算补偿因子；
-将所述MR数据的所述噪声RF成分估计为所述噪声RF数据与所计算的补偿因子的相乘；并且
-通过从所述MR数据减去所估计的噪声RF成分来生成经校正的MR数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述补偿因子还包括：
-将存储所述MR数据的k空间的数据线与存储所述RF噪声数据的k空间的数据线对准，其中，对准的数据线具有相位编码方向上的相同的k值；并且
-基于对应的k空间的相位编码方向上的最高/最低k值附近的数据线的所述MR数据和对应的k空间的相位编码方向上的所述最高/最低k值附近的数据线的所述RF噪声数据来计算所述补偿因子，其中，所述最高/最低k值附近的数据线的所述MR数据是所述补偿因子与所述最高/最低k值附近的数据线的所述RF噪声数据的相乘。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述补偿因子还包括：
-将存储所述MR数据的k空间的数据线与存储所述RF噪声数据的k空间的数据线对准，其中，对准的数据线具有相位编码方向上的相同的k值；并且
-基于针对对应的k空间的相位编码方向的中心中的数据线的频率编码方向上的最高/最低k值附近的所述MR数据和针对对应的k空间的相位编码方向的中心中的数据线的频率编码方向上的所述最高/最低k值附近的所述RF噪声数据来计算所述补偿因子，其中，所述最高/最低k值附近的所述MR数据是所述补偿因子与所述最高/最低k值附近的所述RF噪声数据的相乘。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述补偿因子还包括：
-将存储所述MR数据的k空间的数据线与存储所述RF噪声数据的k空间的数据线对准，其中，对准的数据线具有相位编码方向上的相同的k值；并且
-基于对应的k空间的频率编码方向上的最高/最低k值附近的所述MR数据和对应的k空间的频率编码方向上的所述最高/最低k值附近的所述RF噪声数据来计算所述补偿因子，其中，所述最高/最低k值附近的所述MR数据是所述补偿因子与所述最高/最低k值附近的所述RF噪声数据的相乘。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述噪声RF数据是经由被定位在所述MRI系统的成像体积外部的嗅探器线圈采集的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述嗅探器线圈是被定位在所述成像体积外部作为所述嗅探器线圈的次级接收天线，并且其中，所述噪声RF数据是与经由被定位在所述成像体积内的所述接收天线对所述MR数据的采集同时地经由所述次级接收天线采集的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接收天线被形成为多通道线圈阵列，并且其中，所述噪声RF数据是经由虚拟嗅探器模块采集的，所述虚拟嗅探器模块由处理器实施以从经由所述多通道线圈阵列采集的所述MR数据提取所述RF噪声数据。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
-使用从包括主分量分析(PCA)和独立分量分析(ICA)的组中选择的统计算法，从经由所述多通道线圈阵列采集的所述MR数据提取所述噪声RF数据。
9.一种磁共振图像系统(100)，其被配置为消除经由MRI系统的接收天线采集的MR数据的噪声成分，所述MRI系统包括：
-数据采集模块(170)，其被配置为采集指示所述MRI系统的环境噪声的噪声RF数据以及经由所述接收天线采集的所述MR数据；
-补偿因子计算模块(172)，其被配置为基于所述噪声RF数据和被限制到存储所述MR数据的k空间的外围部分的所述MR数据的部分来计算补偿因子；
-噪声估计模块(174)，其被配置为将所述MR数据的噪声RF成分估计为所述噪声RF数据与所计算的补偿因子的相乘；
-数据校正模块(176)，其被配置为通过从所述MR数据减去所估计的噪声RF成分来生成经校正的MR数据。
10.根据权利要求9所述的系统(100)，其中，所述噪声RF数据是经由被布置在所述MRI系统的成像体积外部的嗅探器线圈(402、602)采集的。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，被布置在所述成像体积外部的次级接收天线(504)被用作所述嗅探器线圈(402、602)，并且其中，所述噪声RF数据是与经由被布置在所述成像体积内的所述接收天线对所述MR数据的采集同时地经由所述次级接收天线(504)检测的。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述接收天线被形成为多通道线圈阵列，并且其中，所述噪声RF数据是经由虚拟嗅探器模块(602)采集的，所述虚拟嗅探器模块由处理器实施以从经由所述多通道线圈阵列采集的所述MR数据提取所述RF噪声数据。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述虚拟嗅探器模块(602)使用从包括主分量分析(PCA)和独立分量分析(ICA)的组中选择的统计算法来从经由所述多通道线圈阵列采集的所述MR数据提取所述噪声RF数据。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述补偿因子是针对所述多通道线圈阵列的每个通道的一维复向量，并且向量元素的数目等于相位编码梯度的数目以基于不同的向量元素来校正在每个接收时段期间采集的成像磁共振数据。
15.一种包括机器可执行指令的计算机程序产品，所述机器可执行指令用于由控制磁共振成像系统的处理器运行，其中，对所述机器可执行指令的运行令所述处理器：
-采集指示所述MRI系统的环境噪声的噪声RF数据以及经由接收天线采集的MR数据；
-基于所述噪声RF数据和被限制到存储所述MR数据的k空间的外围部分的所述MR数据的部分来计算补偿因子；
-将所述MR数据的噪声RF成分估计为所述噪声RF数据与所计算的补偿因子的相乘；并且
-通过从所述MR数据减去所估计的噪声RF成分来生成经校正的MR数据。
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