CN108663646B - 2d导航技术 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及2D导航技术。本发明涉及在呼吸运动期间生成经呼吸校正的MR图像的方法。在多个心动周期期间连续记录受检体积的MR信号。心动周期具有多个时间片段。连续记录包括：对于每个心动周期，在心动周期的一个时间片段期间记录2D导航图像数据组，用MR信号以笛卡尔记录模式填充原始数据空间，使得在受检体积的三个空间方向中的两个上进行位置分辨；在该心动周期的其它时间片段中记录多个3D图像数据组。在记录图像数据组时，用MR信号以笛卡尔记录模式填充原始数据空间，使得在受检体积的所有三个空间方向上进行位置分辨。根据在多个心动周期中记录的导航数据组确定呼吸运动。在MR信号中校正呼吸运动，以产生经呼吸校正的MR图像。

Description

2D导航技术
技术领域
本发明涉及一种用于在受检者的呼吸运动期间生成受检者的受检体积的经呼吸校正的MR图像的方法，其中，受检体积包括心脏。本发明还涉及相关的MR装置、计算机程序产品和电子可读数据载体。
背景技术
在随着时间的经过产生心脏的3D图像、即所谓的CINE图像时，总获取时间通常在3到5分钟之间。这些记录不会以屏息技术记录，从而受检者在记录MR数据期间自由呼吸。这种呼吸引起的运动在重建的MR图像中导致伪影。为了在心脏相(Herzphase)中对心脏进行三维成像，例如冠状动脉造影、MRA，有不同的方法在检查中检测并且补偿呼吸运动。通过导航技术来检测呼吸运动，然后可以在MR图像的计算中考虑，以补偿呼吸运动。已知外部导航，其中通过外部装置(例如呼吸带或其它装置)来检测呼吸运动，然后在图像记录中或者在图像重建中考虑呼吸运动。此外，已知图像或自导航技术，其中使用MR图像本身，来根据所记录的MR信号推断呼吸运动。
为了对心脏进行动态3D成像，必须在心动周期上连续记录MR信号，以获得心动周期的不同时间点的图像。对于这种在心动周期上的连续的数据记录，自导航技术是选择的技术，因为如果要避免用于获取特殊导航数据的等待时间，则这是检测呼吸的唯一选项。为了对心脏进行三维显示，已知所谓的1D自导航技术，其中周期性地在上下方向上，即周期性地在从头到脚的方向上记录原始数据空间中心的线。该线的傅里叶变换中的每个点表示上半身的轴向平面的投影。在利用多个接收线圈进行测量时，代替来自所有线圈的数据的组合，呼吸运动也可以通过使用单个线圈的图像来检测。该单个线圈必须通过检查所记录的图像数据来手动选择，从而重建这里不是完全自动进行的。然后，可以使用该一维信息来计算呼吸曲线，以便在记录实际的MR图像数据时，通过所谓的门控功能(其中只考虑一定呼吸时相的数据)或者通过校正MR图像中的呼吸引起的运动的其它技术，来考虑呼吸曲线。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，进一步改善呼吸校正并且使其自动化，特别是改善呼吸运动的检测和量化。
上述技术问题通过本发明的特征来解决。在本发明中描述其它特征。
根据第一方面，提供一种用于产生受检者的受检体积的经呼吸校正的MR图像的方法，其中，受检者呼吸，并且受检体积包括心脏。在多个心动周期期间连续产生受检体积的MR信号的记录，其中，一个心动周期具有多个时间片段。在该连续记录中，对于每个心动周期，在心动周期的一个时间片段期间记录至少一个2D导航图像数据组，在该一个时间片段中，受检体积被激励，并且用MR信号以笛卡尔记录模式填充原始数据空间，使得在受检体积的三个空间方向中的两个上进行位置分辨。此外，在心动周期的其它时间片段中记录多个3D图像数据组，其中，在记录图像数据组时，用MR信号以笛卡尔记录模式填充原始数据空间，使得在受检体积的所有三个空间方向上进行位置分辨。随后，利用在不同的心动周期上记录的导航图像数据组来确定呼吸运动。然后，通过校正所记录的MR信号中的特定呼吸运动来产生经呼吸校正的MR图像。可以通过所谓的“门控”(其中只使用特定呼吸时相的图像)来校正呼吸运动，或者通过去除MR信号中的呼吸运动而在经呼吸校正的MR图像中实际校正呼吸运动。
通过在导航图像数据组中在三维中的两个维度上进行位置分辨，可以准确地检测不同的解剖区域以及其运动。通过使用笛卡尔记录模式(其中用原始数据笛卡尔式地填充原始数据空间)，可以使用快速且更简单的图像重建方法。通过用于确定运动的二维的可能性，也可以在两个方向上使用运动补偿。2D导航图像的每个点可以是上半身的左右线的投影。
心动周期被分为多个心脏时相，并且优选每个心脏时相具有多个时间片段。2D导航图像数据组全部在限定的心脏时相期间(例如舒张期)记录。但是，导航图像数据组的记录可以以在该心脏时相(舒张期)的不同时间片段内记录导航图像数据组的方式进行。导航图像数据组的记录并不总是在一个心脏时相期间的同一时间片段内进行，而是分布在该心脏时相的多个时间片段上。由此可以避免从一个时间片段开始没有记录基于MR图像产生影片所需的三维图像数据组。
为了记录2D导航数据组和3D图像数据组，可以使用3D BSSFP(Balanced SteadyState Free Precession(平衡稳态自由进动))成像序列。通过该序列，在磁化的发展中得到平衡状态，MR信号不会完全弛豫回到静止状态。导航图像数据组和3D图像数据组的不同之处可以仅在于第三维度上的位置分辨，激励体积优选是相同的。在当前情况下，这样的序列具有如下的优点，即在可以进行导航图像数据组的记录之前，不必完全等待所激励的核自旋的完全弛豫。
通过二维的导航图像数据组，可以利用限定的解剖区域或不同的解剖区域的运动来确定呼吸运动，例如横隔膜、胸部或肝脏的二维运动。在记录2D导航图像数据组时，优选在两个方向中的进行位置分辨的一个方向上，根据奈奎斯特条件用原始数据不完全地填充原始数据空间。同样在记录3D图像数据组时，在三个空间方向中的进行位置分辨的两个空间方向上，根据奈奎斯特条件用原始数据不完全地填充原始数据空间。导航图像数据组和图像数据组的MR图像的图像重建优选通过压缩传感技术进行，压缩传感技术可以在数据欠采样的情况下使用，尤其是当在使用所产生的MR图像的数学变换(例如小波变换)之后，大多数图像点没有强的信号强度时。
为了计算可以随着时间的经过而显示的经呼吸校正的MR图像、即所谓的CINE图像，可以使用导航图像数据组和图像数据组。这意味着，导航图像数据组也可以用于图像重建，而不仅仅用于确定运动。
心动周期优选可以分为指定数量的时间片段，并且在每个时间片段内记录2D导航图像数据组或者3D图像数据组。在此，导航图像数据组在不同的心动周期上分布在限定的心脏时相的时间片段上，使得在限定的心脏时相的每个时间片段也记录3D图像数据组。这意味着，优选在每个心动周期记录导航图像数据组，并且在所有其它时间片段中记录3D图像数据组，但是其中，并不总是在同一时间片段中记录关于该心动周期的导航图像数据组。
本发明还涉及相关的MR装置，其具有控制单元和存储单元。存储单元可以存储控制单元可执行的控制信息，其中，MR装置构造为，当在控制装置中执行程序装置时，在控制单元中执行控制信息时，执行上面描述的步骤。
此外，提供一种电子可读数据载体，其上存储有电子可读控制信息，电子可读控制信息设计为，当在MR装置的控制单元中使用数据载体时，电子可读控制信息执行上面描述的方法。
上面描述的特征以及下面描述的特征不仅可以在相应地明确示出的组合中使用，而且也可以在其它组合中使用，除非另外明确指出。此外，不同的特征可以单独使用。
附图说明
参考附图更详细地解释本发明。
图1示意性地示出了可以用于根据本发明记录心脏的经呼吸校正的MR图像的MR装置。
图2示意性地示出了将心动周期分成多个时间片段的划分以及记录图像数据组和导航图像数据组的心动周期的划分。
图3示意性地示出了心动周期的两个不同的心脏时相在原始数据空间中的记录模式，其中，在一个心脏时相中仅记录图像数据组，并且在另一个心脏时相中记录图像数据组和导航图像数据组。
图4示意性地示出了具有在图1的MR装置中确定心脏的经呼吸校正的MR图像时所执行的步骤的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出了可以用于根据本发明记录受检者的经呼吸校正的MR图像的MR装置。该磁共振装置具有用于产生极化场B0的磁体10，其中，安置在卧榻11上的受检者12表示受检对象，其被移入磁体10的对称中心Z0，以在此记录受检对象的位置编码的磁共振信号。通过入射高频脉冲并且切换磁场梯度，会由于核自旋从平衡位置偏转而扰乱由极化场B0产生的磁化。在返回到相同的原始位置(Rechtslage)时在接收线圈5到8中感应的电流可以转换成磁共振信号。借助检测磁共振信号来产生MR图像的一般工作方式对于本领域技术人员来说是已知的，从而省去对于MR装置的工作方式的详细描述。
检查装置具有用于控制MR装置的控制单元13。控制单元13具有梯度控制器14和HF控制器15，HF控制器15用于切换和产生HF脉冲，以使核自旋从平衡位置偏转。HF单元可以是多通道HF单元或者单通道HF单元。在存储单元16中例如可以存储记录MR图像所需的成像序列以及执行本发明所需的所有其它控制信息。图像序列控制器17控制图像记录，因此根据所选择的成像序列控制磁场梯度、HF脉冲和MR信号的接收间隔的顺序。由此，图像序列控制器17也控制梯度控制器14和HF控制单元15。在计算单元20中可以计算MR图像，该图像可以在显示器18上显示。操作人员可以通过输入单元19控制MR装置。特别地，计算单元20和图像序列控制器17可以构造为产生2D导航图像数据组，其中，计算单元20然后识别和量化呼吸运动并且计算经呼吸校正的MR图像。计算单元20可以具有处理存储在存储单元16中的控制信息的一个或多个处理器。
图1中所示的各个功能单元之间的连接可以是有线或无线的。
图2示意性地示出了心脏活动的时间曲线22。心动周期23被分为多个时间片段24。如下面将更详细地解释的，在这些时间片段中的每一个期间记录3D图像数据组或者2D导航图像数据组。记录导航图像数据组的时间片段用叉号表示，在图2中为时间片段25和26。从第一心动周期和所示出的第二心动周期的比较可以看出，在该时间曲线中，不在同一时间片段内、而是在心脏时相(在此是舒张期)的不同的时间片段中记录导航图像数据组。优选记录以连续记录MR信号的方式进行。例如，如果将心动周期分为20个时间片段，则在19个时间片段中记录3D图像数据组并且在一个时间片段中记录导航图像数据组。在时间片段25和26之外的所有时间片段内记录3D图像数据组。
例如，在心动周期的舒张期的末尾期间，借助BSSFP序列记录2D图像数据组。通过原始数据空间的这种二维笛卡尔记录，产生MR图像，其中，仅累积显示激励体积的第三维度上的分辨率。进行位置分辨的两个空间方向可以是前后方向和上下方向，从而仅第三维度上的MR信号的平均值存在横向方向。由此，例如可以二维地确定胸腔的位置和其运动，这在一维的导航数据中是不可能的。当然，也可以使用其它器官或解剖区域、如肝脏或横膈膜以及其二维运动来确定呼吸运动。
图3示意性地示出了用原始数据填充的两个不同的心脏时相的原始数据空间。左侧示出了原始数据空间31，其示出了收缩心脏时相期间的原始数据空间。每个原始数据点32对应于进入绘图平面(在此是Kx方向)的记录的原始数据线。在此，数据记录以如下方式进行：原始数据点产生3D图像数据组，其中，在所示出的空间方向Kz和Ky上进行欠采样，使得在这两个方向Kz、Ky上不满足用于无伪影重建的奈奎斯特条件。3D图像数据组的重建可以借助压缩传感技术来进行。图3的右侧示出了舒张时相期间的原始数据空间35。在此，图像数据组又用原始数据点36表示，而原始数据点37表示记录导航图像数据组的原始数据点。如在图3的右侧图中可以看出的，导航图像数据组的获取分布在舒张心脏时相的不同时间片段上，从而存在对于Kz不等于零的不同的图像数据组。如在图3中的原始数据组35中可以看到的，所有导航图像数据记录在Kz等于零的情况下进行，从而在该第三空间方向上不存在位置分辨。还对该2D投影数据组在一个空间方向(在此是Ky)上进行欠采样，并且例如可以借助TPAT(Temporal Parallel Acquisition Technique(时间并行获取技术))进行记录。
然后，可以借助压缩传感技术在两个步骤中进行数据重建。在第一步骤中，从连续的数据记录中滤出导航图像数据组或者确定其。然后，重建该数据组并用于确定运动。
结合图4再次更详细地解释用于产生经呼吸校正的MR图像的方法。在步骤S41中进行连续的信号记录。然后，在步骤S42中检查该方法是否是第一次通过。如果是这种情况，则在步骤S43中，在连续的信号记录中确定导航图像数据组。如结合图2和图3所解释的，导航图像数据组与图像数据组的不同之处在于，其仅在两个空间方向上是位置分辨的，而不像图像数据组，是在三个空间方向上是位置分辨的。随后，在步骤S44中重建导航图像数据组。然后，在步骤S45中识别要用来确定呼吸运动的解剖区域。运动检测可以以不同的方式进行。例如，可以将心脏确定为关注区域，随后在所有图像上与参考导航图像数据组进行配准。借助通过配准确定的运动场，可以计算运动的大小的平均值，并且如果运动小于特定边界值，则该时间片段的数据可以用于重建经呼吸校正的MR图像。
此外，可以通过搜索导航图像数据组中的结构的相似性来确定呼吸运动。在这种名称为结构相似性(SSIM，Structural Similarity)的已知方法中，将整个MR图像或者其部分彼此进行比较，并且如果相似性值大于特定边界值，则使用该数据。另一种可能性是，在所有导航图像数据组中分割心脏。随后，将心脏的重心选择为参考位置，并且在重心位于同一位置的情况下，使用3D图像数据组的所有记录。
在步骤S46中该对呼吸运动的确定之后，如果要仅考虑单个呼吸时相的图像(步骤S47)，则在步骤S47中过滤呼吸时相之后的3D图像数据组和2D导航图像数据组。但是，该依据呼吸时相的过滤并不是强制性的，也可以考虑所有呼吸时相的图像。
如果在步骤S42中确定已经在第一次通过中确定了呼吸运动，则又可以在步骤48中过滤呼吸时相之后的记录的MR数据组，以便在步骤S49中产生经呼吸校正的MR信号之前，仅考虑特定的呼吸时相。
上面描述的方法具有以下优点：可以在导航图像数据组中显示包含肺、肝脏和心脏的整个上半身，从而可以很好地监视心脏的位置。使得能够在两个方向上进行运动补偿。另一个优点是，上面描述的方法可以完全自动化。MR装置与人的交互并不是强制的。

Claims (11)

1.一种用于产生表现出呼吸运动的患者的受检体积的经呼吸校正的磁共振(MR)图像的方法，所述受检体积包含心脏，所述方法包括：
利用计算机操作MR装置，以在心脏的多个心动周期期间执行来自受检体积的MR信号的计算机控制的连续记录，其中，每个心动周期包括多个时间片段；
利用所述计算机操作所述MR装置，以通过对于每个心动周期，在每个相应的心动周期的一个时间片段期间记录2D导航图像数据组，在该时间片段中，受检体积被激励，并且用MR信号以笛卡尔记录模式填充原始数据空间，使得在受检体积的三个空间方向中的两个上进行位置分辨，并且还通过在每个心动周期中，在相应的心动周期的、记录所述2D导航数据记录的时间片段之外的相应的时间片段期间，记录多个3D图像数据记录，通过获取另外的原始MR数据并且使所述另外的原始MR数据沿着笛卡尔轨迹进入k空间，以在受检体积的所有三个空间方向上形成具有空间分辨率的所述多个3D图像数据记录中的每一个，来执行所述MR信号的计算机控制的连续记录；
在所述计算机中，根据分别在所述多个心动周期中记录的所述2D导航数据记录确定所述呼吸运动；
在所述计算机中，根据分别在多个心动周期中记录的相应的3D图像数据记录重建受检体积的MR图像；以及
在所述计算机中，在重建所述MR图像之前或者之后，使用所述确定的呼吸运动，以补偿所述呼吸运动在所述MR图像中的影响，由此产生经呼吸校正的MR图像，并且使得经呼吸校正的MR图像能够作为至少一个数据文件以电子的形式从计算机获得。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述心动周期包括多个心脏时相，并且所述心脏时相中的每一个在其中具有多个所述时间片段，并且所述方法包括操作所述MR装置以执行所述MR信号的计算机控制的连续记录，以在相同的心脏时相期间、但是在所述相同的心脏时相的相应地不同的时间片段中记录所述2D导航记录中的每一个。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法包括操作所述MR装置以执行所述MR信号的计算机控制的连续记录，其中，所述相同的心脏时相是心脏的舒张期。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括操作所述MR装置，以通过执行3D平衡稳态自由进动序列，来执行所述MR信号的计算机控制的连续记录，以记录每个2D导航数据记录和每个3D图像数据记录。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：通过识别在每个2D导航数据记录中表示的、受检体积内的至少一个预定解剖区域的运动来确定所述呼吸运动。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，操作所述MR装置以执行所述MR信号的计算机控制的连续获取包括：在记录2D导航数据组时，在两个方向中的进行位置分辨的方向上，根据奈奎斯特条件用原始数据不完全地填充原始数据空间，并且使所获取的另外的MR数据在所述空间分辨率的所述三个空间方向中的两个上根据奈奎斯特标准以不完全填充进入所述3D图像数据记录中的每一个的k空间，并且确定所述呼吸运动，并且利用压缩传感技术根据每个3D图像数据记录重建MR图像。
7.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：产生所述经呼吸校正的MR图像，以表示在所述计算机中使用所述2D导航数据记录和所述3D图像数据记录计算的所述心脏运动的时间曲线。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述心动周期包括多个心脏时相，并且所述心脏时相中的每一个在其中具有多个所述时间片段，并且所述方法包括操作所述MR装置以执行所述MR信号的计算机控制的连续记录，以在相同的心脏时相期间、但是在所述相同的心脏时相的相应地不同的时间片段中记录所述2D导航记录中的每一个，并且其中，以如下方式在所述相同的心脏时相的每个时间片段中记录2D导航数据记录的MR信号或者3D图像数据记录的MR信号，即，在所述多个心动周期中，从心动周期到心动周期在所述相同的心脏时相中的时间片段中记录2D导航数据记录，并且在所述相同的心脏时相的其它时间片段内记录3D图像数据记录。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：在所述2D导航数据记录的所述两个空间方向中的每一个上针对所述呼吸运动进行确定和校正。
10.一种磁共振(MR)装置，用于产生表现出呼吸运动的患者的受检体积的经呼吸校正的MR图像，所述受检体积包含心脏，所述MR装置包括：
MR数据获取扫描仪；
计算机，被配置为操作所述MR数据获取扫描仪，以在心脏的多个心动周期期间执行来自受检体积的MR信号的计算机控制的连续记录，其中，每个心动周期包括多个时间片段；
所述计算机被配置为，操作所述MR装置，以执行所述MR信号的计算机控制的连续记录，以便对于每个心动周期，在每个相应的心动周期的一个时间片段期间记录2D导航图像数据组，在该时间片段中，受检体积被激励，并且用MR信号以笛卡尔记录模式填充原始数据空间，使得在受检体积的三个空间方向中的两个上进行位置分辨，并且以便还通过获取另外的原始MR数据并且使所述另外的原始MR数据沿着笛卡尔轨迹进入k空间，以在受检体积的所有三个空间方向上形成具有空间分辨率的所述多个3D图像数据记录中的每一个，来在每个心动周期中，在相应的心动周期的、记录所述2D导航数据记录的时间片段之外的相应的时间片段期间，记录多个3D图像数据记录；
在所述计算机中，根据分别在所述多个心动周期中记录的所述2D导航数据记录确定所述呼吸运动；
所述计算机中被配置为，根据分别在多个心动周期中记录的3D图像数据记录重建受检体积的MR图像；以及
所述计算机被配置为，在重建所述MR图像之前或者之后，使用所述确定的呼吸运动，以补偿所述呼吸运动在所述MR图像中的影响，由此产生经呼吸校正的MR图像，并且使得经呼吸校正的MR图像能够作为至少一个数据文件以电子的形式从计算机获得。
11.一种用编程指令编码的非易失性的计算机可读数据存储介质，所述存储介质被加载到磁共振(MR)装置的计算机系统中，以便产生表现出呼吸运动的患者的受检体积的经呼吸校正的MR图像，所述受检体积包含心脏，所述编程指令使所述计算机系统：
操作MR装置，以在心脏的多个心动周期期间执行来自受检体积的MR信号的计算机控制的连续记录，其中，每个心动周期包括多个时间片段；
操作所述MR装置，以通过对于每个心动周期，在每个相应的心动周期的一个时间片段期间记录2D导航图像数据组，在该时间片段中，受检体积被激励，并且用MR信号以笛卡尔记录模式填充原始数据空间，使得在受检体积的三个空间方向中的两个上进行位置分辨，并且还通过在每个心动周期中，在相应的心动周期的、记录所述2D导航数据记录的时间片段之外的相应的时间片段期间，记录多个3D图像数据记录，通过获取另外的原始MR数据并且使所述另外的原始MR数据沿着笛卡尔轨迹进入k空间，以在受检体积的所有三个空间方向上形成具有空间分辨率的所述多个3D图像数据记录中的每一个，来执行所述MR信号的计算机控制的连续记录；
根据分别在所述多个心动周期中记录的所述2D导航数据记录确定所述呼吸运动；
根据分别在多个心动周期中记录的相应的3D图像数据记录重建受检体积的MR图像；以及
在重建所述MR图像之前或者之后，使用所述确定的呼吸运动，以补偿所述呼吸运动在所述MR图像中的影响，由此产生经呼吸校正的MR图像，并且使得经呼吸校正的MR图像能够作为至少一个数据文件以电子的形式从计算机获得。
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