CN109073724A - 用于确定磁共振扫描仪的脉冲序列的系统、方法和计算机程序 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于提供脉冲序列的至少一部分的系统、相应的方法和相应的计算机程序，所述脉冲序列用于使用磁共振扫描仪获取成像信息。该系统包括：序列模块提供单元(10)，其中，一个或更多个序列模块包括层次描述和参数描述；序列层次生成单元(20)，用于基于序列模块和层次描述来生成序列层次；参数依赖关系图生成单元(30)，用于基于在序列模块的参数描述中包括的参数依赖关系来生成参数依赖关系图。参数依赖关系与序列层次解耦。本发明的系统、方法和计算机程序使得能够改进对脉冲序列的至少一部分的确定。

Description

用于确定磁共振扫描仪的脉冲序列的系统、方法和计算机 程序

技术领域

本发明涉及用于提供脉冲序列的至少一部分的系统、相应的方法和相应的计算机程序，所述脉冲序列用于使用磁共振扫描仪获取成像信息。

在磁共振扫描仪的背景下的脉冲序列可以被定义为用于在磁共振(MR)扫描仪中对成像信息的获取的控制指令序列。脉冲序列可以包括要辐射到对象组织中的一个或更多个射频(RF)脉冲，以及控制该对象周围的磁场诸如其方向、强度和结构(例如梯度)的指令。可以根据所得到的MR信号来获取被检查对象的断层图像。脉冲序列的一部分可以是脉冲序列的参数、脉冲序列的时间子范围或者甚至整个脉冲序列。脉冲序列的参数在本领域中是已知的，并且包括例如持续时间或测量时间、总能量、功率以及在时间子范围的范围内定义的参数，例如梯度脉冲和RF脉冲的幅度、持续时间和形状或用于获取过程的线圈设置。其他重要的物理参数是对象吸收的能量的比吸收率(SAR)、周围神经刺激(PNS)或与声学有关的参数，例如MR扫描仪的声共振影响。

MR成像(MRI)脉冲序列和序列元素或用于脉冲序列的方法的概述在例如以下文献中给出：M.Bernstein等人的“Handbook of MRI Pulse Sequences”，Elsevier，2004，其内容通过引用全部并入本文。

已知根据多个序列块或方法产生脉冲序列，其数量和复杂性高，使得方法的手动组合和上下文重新开发在开发、方法学专业知识和质量保证方面需要大量资源。因此，在开发MRI序列时，目的是获得可灵活再使用的复杂序列块或方法。

通常通过抽象为序列模块的层次来组装序列块或方法以形成更复杂的MRI序列元素。对应于设备指令的基本元素集，即设置线圈电压，对应于低层次的序列模块。在层次的另一端，提供表示完整MRI序列的序列模块，其根据被称为序列协议的更抽象的参数集来直接或间接地控制一个或更多个其他序列模块，例如方法或基本元素。MRI序列和序列协议可以用于对脉冲序列进行实例化。

由于与各个序列块或方法相关联的参数的依赖关系深度，因此组合序列块或方法是具有挑战性的，因为方法和参数依赖关系——即计算各个序列块所必需的依赖关系——难以抽象。更确切地，操作者必须确切地知道各个序列块或方法依赖于哪些参数，以使相应参数在计算该序列块时容易获得。

换句话说，序列遵循分层结构。例如，对诸如梯形梯度脉冲或正弦形射频脉冲的基本脉冲进行组合以实现切片(slice)选择。然后，它们例如被进一步组合以获得激励模块，并且可以与诸如读出、背景抑制、扰相(spoiling)、环结构等的甚至更多模块组合成能够获取医学图像的适当序列。开发用于磁共振治疗的序列的特殊性在于模块之间的依赖关系经常跨越分层边界。例如，切片选择的基础脉冲的参数和读出的基础脉冲的参数直接相互依赖。因此，开发序列的主要任务是将根深蒂固的概念(concept)改变成另一概念，同时使序列和层次的其余部分保持不变。然而，新概念可能意味着与其他模块的完全不同的连接或依赖关系，这连同可能的副作用(side effect)一起必须由序列开发者考虑和解决。

用于确定用于磁共振成像的脉冲序列的现有解决方案混合了序列的整体定义和模块化定义。两种极端对于开发过程都具有显著的缺点，并且两种概念的混合共享两种概念的缺点。

在整体概念中，所有依赖关系都在中心位置处收集和组织。使用该解决方案，序列开发者甚至可以在多个分层上直接采用结构改变，因为所有依赖关系在中心位置处都是明确已知的。然而，参数依赖关系并非逻辑封装的，也不能被捆绑，因此序列开发者必须理解整个序列才能将一个概念交换成另一概念，而他/她必须具有对参数依赖关系可能导致的所有可能的副作用的了解。在实践中，这通常对应于对整个序列的完全重新开发。序列定义的某些部分将不能被重复使用，因为根据整体概念，它们不能与序列定义的其他部分分离。

另一方面，在模块化概念中，不允许跨越分层的参数依赖关系，因为它们会妨碍模块的可重用性。例如，在需要多个层上的新的依赖关系的情况下，必须调整每个中间序列对象，例如序列模块的树结构层次中的每个模块，以支持新的依赖关系。因此，为了应用结构改变，要调整大量的模块，这也是非常复杂和费力的任务。然而，模块化概念的优点是在部分以相同的形式被使用的情况下能够重复使用部分即模块，因此不需要像整体概念那样重新开发整个部件。

根据DE 10 2012 204 625 B4已知，为了确定包括多个脉冲序列模块的脉冲序列的完整参数，将包括被配置成操作磁共振设备的脉冲序列的脉冲序列模块的参数信息以电子方式存储在树结构的叶和节点中，借助于处理器来访问和检索存储在所述树结构中的参数信息，并执行树结构评估算法以确定完整参数。

该解决方案的不利之处在于，在计算之前必须准确地知道树结构中包括的序列模块的参数依赖关系。必须在每个模块内明确定义参数依赖关系，或者在对树结构进行结构修改的情况下，必须调整模块，更准确地是每个模块的参数依赖关系。这极大地限制了复杂序列模块的通用性，因为序列结构的结构改变需要高度的专业知识和针对每次调整的过量工作。此外，由于模块所依赖的参数的高的数量和复杂性深度，因此这增加了误差和错误的可能性。最后，在应用导致超过必要的能量或治疗持续时间的非最佳或有误差的脉冲序列的情况下，出现患者的健康风险。

根据DE 10 2009 057 582 A1已知一种用于配置用于操作磁共振设备的脉冲序列的至少一个部分范围的方法，其中，脉冲序列包括至少两个不同的程序单元，其中，由计算机化的中介单元在各个程序单元之间交换信息和/或至少一个参数。

该解决方案的不利之处在于，参数交换的编排(orchestration)紧密耦合至各个程序单元或集中位置。这分别产生了模块化概念和整体概念的所有问题。取决于模块化程度，结构改变和可重用性仍然受到阻碍。

通常开发用于提供或开发脉冲序列的框架或系统，目的是控制或指示磁共振扫描仪的硬件，即实现由硬件施加的逻辑结构，使得可以基于所开发的脉冲序列容易地驱动磁共振扫描仪。然而，模块之间的互连，即包括在脉冲序列本身中的逻辑，难以通过硬件指令再现，因此不能通过已知的框架或系统实现，这最终使得序列开发成为复杂、费力且容易出错的任务。

发明内容

因此，本申请的目的是提供使得能够改进对脉冲序列的至少一部分的确定的上面指出类型的系统、方法和计算机程序。

在第一方面，提供了一种用于提供脉冲序列的至少一部分的系统，所述脉冲序列用于使用磁共振扫描仪获取成像信息。该系统包括：序列模块提供单元，用于提供序列模块，其中，一个或更多个序列模块包括被布置成包括一个或更多个分层从属序列模块的层次描述和/或被布置成包括一个或更多个参数依赖关系的参数描述；序列层次生成单元，用于基于序列模块和层次描述来生成序列层次；参数依赖关系图生成单元，用于基于在序列模块的参数描述中包括的参数依赖关系并且基于序列层次来生成参数依赖关系图；以及参数确定单元，用于基于参数依赖关系图的至少一部分来确定脉冲序列的参数。

优选地，参数的显式确定，即用于确定参数所需的计算指令，不必由意图开发脉冲序列的序列开发者提供，而是由根据本发明的系统基于所生成的参数依赖关系图来确定。换句话说，计算不必由用户直接指定，而是基于生成的参数依赖关系图来生成，该参数依赖关系图表示参数之间的依赖关系的结构。从中解耦，系统生成序列模块的序列层次，其相当于本领域已知的序列层次。然而，由于参数依赖关系图与层次解耦，因此用于确定参数所需的计算不必由用户指定，并且所述计算使得能够实现更有效的计算，同时使得序列开发者能够更容易且更不易出错地编程或开发序列。

进一步优选地并且甚至换句话说，序列开发者可以定义序列必须遵循的规则，例如，线获取环方案、特定编码或特定激励。基于序列必须遵循的这些规则，确定通过图表示的两个解耦结构。这些例如是已知模块序列层次和参数依赖关系图，该参数依赖关系图与该已知模块序列层次解耦。参数依赖关系图基于节点和将节点互连的边来提供明确定义且易于理解的结构。用于确定参数的计算不绑定到模块，源参数和目标参数之间的方式或路径，即确定参数所需的步骤或计算，可以通过遵循参数依赖关系图来直接获得，因此可以和与目标参数不相关的计算分开。此外，由于参数依赖关系图使得能够将用于确定参数的相关计算和不相关计算分离，因此可以实现对脉冲序列的参数的更有效的确定。

最后，由于参数依赖关系的结构——即如参数依赖关系图中所表示的——易于识别，因此可以容易地实现在硬件上执行准备好的脉冲序列的实现。此外，还可以支持用户对计算的图形理解。

由于参数确定单元基于参数依赖关系图的至少一部分来确定脉冲序列的参数，并且由于参数依赖关系图基于参数依赖关系并且基于序列层次，因此参数确定单元可以直接根据参数依赖关系图来确定脉冲序列的参数，而不必考虑序列层次的一部分或整个序列层次。有利地，可以以更有效且更准确的方式确定脉冲序列的参数，例如对象对能量的比吸收率(SAR)。由此，可以执行使得对对象的能量影响最小化的参数优化。

由于参数依赖关系图生成单元基于序列层次来生成参数依赖关系图，因此参数依赖关系不必遵循预定义的次序或顺序。因此，有利地，可以在另一序列层次或顺序中重复使用序列模块，而不必对包括在各个模块的参数描述中的参数依赖关系执行校正或更新。换句话说，序列模块可以包括不管序列层次中的序列模块的特定顺序如何而总是有效的参数依赖关系。这在其中各种序列模块的许多参数依赖关系可以跨越分层障碍而交织的复杂序列中是特别有利的。

基于参数依赖关系图，可以通过用于确定脉冲序列的特定参数的参数确定单元来实现改进的确定方法。该参数可以例如是脉冲序列的完整参数，其中，完整参数是作为整体来表征脉冲序列的物理参数。例如，完整参数可以是脉冲序列的总能量、脉冲序列的总持续时间、吸收的能量，即随时间的SAR、最大PNS、MR扫描仪的声共振影响或者可以根据脉冲序列确定的任何其他技术/物理参数。通过基于参数依赖关系图来确定参数，可以以有效的方式来确定非物理或不可行参数。

例如，脉冲序列的参数由扫描仪的操作者配置。由操作者设置或定义的参数可以对作为整体的脉冲序列以及对脉冲序列的其他参数产生影响。重要的是提供关于物理上或逻辑上不实际的参数的信息。换句话说，目标可以是，针对作为特定于脉冲序列的计算结果的有效间隔和无效间隔来检查参数值范围。例如，操作者可以引入明显可行的参数，这些参数由于复杂的依赖关系而导致其他参数不实际，例如导致物理脉冲的持续时间小于零。

在该实施方式中，一个或更多个序列模块包括层次描述和参数描述。然而，在该实施方式或另外的实施方式中，一个或更多个序列模块可以仅包括层次描述，并且一个或更多个序列模块可以仅包括参数描述。

由于参数依赖关系与序列层次解耦，因此序列模块可以在各种背景下使用，而不必调整相应参数依赖关系。因此，便于新的物理上有利的脉冲序列的研究和开发。

在实施方式中，该系统还包括脉冲序列实例化单元，该脉冲序列实例化单元用于基于参数依赖关系图的至少一部分和序列层次的至少一部分来实例化脉冲序列的至少一部分。

例如，脉冲序列实例化单元首先计算已经基于参数依赖关系图解析的参数，然后基于根据所解析的参数依赖关系所计算的参数并且基于由序列层次生成单元提供的序列层次、使用序列层次来实例化脉冲序列的至少一部分。换句话说，由于参数依赖关系与序列层次解耦，因此可以容易地交换脉冲序列的结构元素，即序列模块，而未暗含对参数依赖关系的调整。

在该系统的实施方式中，一个或更多个序列模块的层次描述还被布置成包括用于定义对序列层次的结构操作的至少一个结构操作描述，其中，序列层次生成单元被布置成还基于序列模块中的至少一个结构操作描述来生成序列层次。

例如，在一个或更多个序列模块中定义的对序列层次的结构操作可以是复制和/或克隆操作，其将一个序列模块复制/克隆到序列层次内的特定位置。这使得能够例如但不限于在脉冲序列内实现优化方法或在脉冲序列内的各个位置处重复利用模块。优选地，结构操作是上下文感知的，使得在执行结构操作时考虑序列层次内的上下文，例如参数依赖关系和分层连接。

在该系统的实施方式中，层次描述被布置成包括分层直接从属序列模块和/或具有一个或更多个分层中间序列模块的分层从属序列模块。

在该示例中，直接从属的分层从属序列模块明确地定义一个分层上的其他序列模块。例如，这种层次描述可以描述具有直接从属准备序列模块、激励序列模块和读出序列模块的定时方案。在另一示例中，分层从属序列模块从属于中间序列模块，并且可以明确定义在多个分层上。例如，序列模块的层次描述可以描述用于激励的从属序列模块应当使用特定脉冲，而不明确地定义激励序列模块。

在系统的实施方式中，序列模块被布置成隐式地定义至少一个分层从属序列模块或参数依赖关系。隐式定义被用作通过参考另一序列模块或参数而不显式定义该参考的隐含定义。

在该实施方式中，序列模块依赖于其自身不提供的序列元素属性。需要在序列层次和参数依赖关系图生成过程期间在其他地方提供参数依赖关系图的缺失的分层元素或节点，例如通过包括不同序列元素描述的另一序列模块来提供，以使得能够实现明确定义的结构。

在该系统的实施方式中，序列模块还被布置成包括用于层次描述中的分层从属序列模块中的至少一个分层从属序列模块的标识符。

可以将一个或更多个序列模块实例化在脉冲序列内的多于一个实例中。为了区分相同序列模块的多于一个实例，可以使用标识符，例如序列模块的名称。换句话说，可以避免从属序列模块之间的参数依赖关系不一致。

在系统的实施方式中，序列模块还被布置成包括作为参数描述的一部分的计算指令。计算指令实现实际的方法或序列，例如包括用于操作MR扫描仪的指令。在一个示例中，梯形梯度脉冲可以通过其在一定百分比的系统能力下上升到系统范围的最大幅度的开始时间、积分、持续时间和条件来定义。基于这些参数，适当的计算集可以被实现为产生脉冲的开始时间、斜坡时间、平稳时间和幅度的参数图依赖关系，从而将序列元素唯一地定义为用于操作MR扫描仪的一个或更多个系统指令。显然，预期序列模块和计算指令的其他示例。

在该系统的实施方式中，序列层次生成单元被布置成基于序列模块和层次描述的分别包括的分层从属序列模块来生成序列层次。更确切地，序列层次生成单元通过考虑包括在各个序列模块的层次描述中的分层从属序列模块并且将从属序列模块布置在比包括分层从属序列模块的序列模块更低的层次来生成整个序列层次。如上所述，分层从属序列模块可以直接从属、隐式定义或通过多个分层而从属。另外，在一些实施方式中，序列层次生成单元可以考虑包括在一个或更多个序列模块内的用于对序列结构执行结构操作的结构操作。

在该系统的实施方式中，脉冲序列实例化单元被布置成将序列层次和参数依赖关系图组合成序列参数图，并根据序列参数图内的解析的参数依赖关系来确定参数。因此，脉冲序列的参数可以有利地不被确定为相应关联的序列模块的属性，而被确定为对于整个脉冲序列是全局的序列参数图的一部分。

在该系统的实施方式中，序列层次生成单元被布置成将序列层次提供为有向树结构并且/或者参数依赖关系图生成单元被布置成将参数依赖关系图提供为有向无环图。表示为有向无环图的参数的评估和操纵在处理和因果关系方面是有益的，例如，在参数改变的情况下，代替重新评估整个参数图或者甚至整个脉冲序列，评估无环图中的后继元素就足够了。

在另一方面，提供了一种用于确定脉冲序列的至少一部分的方法，所述脉冲序列用于使用磁共振扫描仪获取成像信息。该方法包括：提供序列模块，其中，一个或更多个序列模块包括被布置成包括一个或更多个分层从属序列模块的层次描述和/或被布置成包括一个或更多个参数依赖关系的参数描述；基于序列模块和层次描述来生成序列层次；基于在序列模块的参数描述中包括的参数依赖关系来生成参数依赖关系图；以及基于参数依赖关系图的至少一部分来确定脉冲序列的至少一部分。优选地，脉冲序列的至少一部分是脉冲序列的参数。

在该方法的实施方式中，该方法还包括基于参数依赖关系图和序列层次来实例化脉冲序列的至少一部分。

在该方法的实施方式中，序列层次被表示为有向树结构，参数依赖关系图被表示为有向无环图。

在另一方面，提供了一种用于确定脉冲序列的至少一部分的计算机程序，所述脉冲序列用于使用磁共振扫描仪获取成像信息。该计算机程序包括程序代码装置，该程序代码装置用于在计算机程序在根据权利要求1所限定的系统上运行时使该系统执行根据权利要求11所限定的方法。

在另一方面，提供了一种用于驱动或模拟磁共振扫描仪的计算机程序。该计算机程序包括程序代码装置，该程序代码装置用于通过执行以下步骤来使磁共振扫描仪或磁共振扫描仪的模拟执行用于获取成像信息的脉冲序列的至少一部分：i)接收包括一个或更多个序列模块的序列层次，其中，序列模块包括被布置成包括一个或更多个分层从属序列模块的层次描述以及被布置成包括一个或更多个参数依赖关系的参数描述；ii)接收参数依赖关系图，所述参数依赖关系图包括通过参数依赖关系连接的脉冲序列的参数；以及iii)通过基于参数依赖关系图计算脉冲序列的参数来执行脉冲序列的至少一部分。

由于参数依赖关系图与序列层次解耦，因此用于计算或确定脉冲序列参数的逻辑不必在序列模块或序列层次中明确地提供，而是可以单独基于参数描述和参数依赖关系图来确定。这使得能够实现序列模块在不同结构中的可重用性，而无需对若干序列模块提供调整，因为即使参数依赖关系跨越分层边界，参数之间的依赖关系和所需的计算顺序也通过与序列层次解耦的参数依赖关系图而确定。

由于该原因，即使参数依赖关系跨越分层边界，也可以通过遍历序列层次和与序列层次结构解耦的参数依赖关系图来容易地确定脉冲序列的至少一部分。因此，便于甚至在不同类型的磁共振扫描仪上直接实现用于驱动或模拟磁共振扫描仪的计算机程序。

应当理解，权利要求1所述的用于确定用于使用磁共振扫描仪获取成像信息的脉冲序列的至少一部分的系统、权利要求11所述的用于确定用于使用磁共振扫描仪获取成像信息的脉冲序列的至少一部分的方法以及权利要求14所述的用于确定用于使用磁共振扫描仪获取成像信息的脉冲序列的至少一部分的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施方式，特别是如从属权利要求中所限定的优选实施方式。

应当理解，本发明的优选实施方式还可以是从属权利要求或上述实施方式与相应独立权利要求的任何组合。

参考下文描述的实施方式，本发明的这些方面和其他方面将明显并且得到阐明。

附图说明

在附图中：

图1示意性且示例性地示出了磁共振(MR)扫描仪，

图2示意性且示例性地示出了根据本发明的用于确定脉冲序列的至少一部分的系统，所述脉冲序列用于使用磁共振扫描仪获取成像信息，

图3a至图3d示意性且示例性地示出了本领域已知的脉冲序列的缺陷，

图4a、图4b示意性且示例性地示出了用于本发明的确定系统的序列模块和所得到的序列结构和参数依赖关系结构，

图5a至图5c示意性且示例性地示出了根据本发明的对结构的操作，

图6a示意性且示例性地示出了采用结构抽象的结构层次，

图7示意性且示例性地示出了用于抽象参数确定的结构层次，

图8示意性且示例性地示出了实现参数优化的结构层次，以及

图9示意性且示例性地示出了实现结构操作的结构层次。

具体实施方式

图1示意性且示例性地示出了接收来自根据本发明的确定系统1的输入的磁共振(MR)扫描仪5，将参照图2更详细地描述确定系统1。在MR扫描仪5中检查对象时实现和执行不同的脉冲序列。MR扫描仪5由实际扫描仪7组成，其包括至少一个磁体(未示出)、梯度磁场源诸如梯度线圈(未示出)、射频(RF)源诸如RF线圈(未示出)以及用于接收MR响应的RF接收线圈(未示出)。确定系统1被布置成确定用于使用MR扫描仪5获取成像信息的脉冲序列的至少一部分。在这方面，参考例如以下文献的内容：Rinck P.的“Magnetic Resonance inMedicine.The Basic Textbook of the European Magnetic Resonance Forum.9thedition；2016.”，电子版9,2016年3月1日公开，其内容在此通过引用全部并入本文。

图2示意性且示例性地示出了确定系统1，确定系统1包括序列模块提供单元10、序列层次生成单元20、参数依赖关系图生成单元30、参数确定单元40以及脉冲序列实例化单元50。

序列模块提供单元10被布置成提供序列模块。序列模块包括层次描述，层次描述被布置成包括一个或更多个分层从属序列模块。另外或替选地，序列模块包括被布置成包括一个或更多个参数依赖关系的参数描述。此外，序列模块可以包括描述对序列层次的结构操作的至少一个结构操作描述。与参数描述一起，序列模块可以包括计算指令，该计算指令在被实例化并输入到扫描仪之后最终操作MR扫描仪。现有技术中使用的结构模块的示例在图3a至图3d中提供。然后，在图4至图9中给出由序列模块提供单元10提供的序列模块的实际示例。

序列层次生成单元20基于由序列模块提供单元10提供的序列模块和包含在所提供的序列模块中的一个或更多个序列模块内的层次描述来生成序列层次。在该示例中，序列层次生成单元20将序列层次生成为树结构，该树结构包括作为树结构的叶和节点的序列模块。不具有分层从属序列模块的序列模块可以用叶表示，其中，包括一个或更多个分层从属序列模块的序列模块可以表示为具有到各个从属序列模块的链接的节点。层次描述可以包括在一个或多个分层上明确定义的从属模块或者从属模块的隐式/克隆定义，其可以例如通过对序列层次的结构操作来解析。

参数依赖关系图生成单元30基于序列模块的参数描述中包括的参数依赖关系来生成参数依赖关系图。参数依赖关系表示目标参数如何依赖于其他参数。由于参数依赖关系图生成单元30生成不依赖于序列层次的参数依赖关系图，即参数依赖关系与序列层次解耦，因此不必在由序列模块提供单元10提供的描述或序列模块中对输入参数进行预定义。此外，目标参数不必与定义它的序列模块相关联。例如，作为低分层上的序列模块的示例的脉冲可以包括作为其依赖的参数的翻转角。该参数即翻转角可以通过协议参数来定义，该协议参数将对应于高分层的参数属性。此外，该参数，或者更准确地参数的依赖关系，不一定必须在高分层处定义，而是替代地可以在中间分层中定义。所产生的优点是模块的职责可以通过其功能来分离，从而可以被重复使用。同时，通过多个分层对序列结构的结构改变变得可能，而无需操纵中间序列模块的定义。

换句话说，序列模块可以提供抽象策略以描述与脉冲序列相关的某些参数。在本发明中，模块不需要提供完全自包含的操作集，但可以被保持不完整以允许其他序列模块影响该策略。这样，序列模块可以更通用。在没有其他序列模块给出的添加的上下文的情况下，当序列模块并非自包含时，参数计算未被很好地定义。出于该原因，需要参数依赖关系图确定单元30以更全面的方式解析整个序列的参数依赖关系以产生参数图结构。

参数确定单元40基于参数依赖关系图的至少一部分确定脉冲序列的参数。由于参数确定单元40仅依赖于参数依赖关系图来确定参数，因此可以以有效的方式确定参数，而无需对参数之间的可能相互作用进行不必要的计算或探讨。因此，参数确定单元40可以确定关于物理上或逻辑上不实际的参数的信息，这使得能够检查参数段以得到有效子段和无效子段，这将是脉冲序列具体计算的结果。

脉冲序列实例化单元50基于参数依赖关系图的至少一部分和序列层次的至少一部分来实例化脉冲序列的至少一部分。MRI序列内的逻辑结构元素的模块化和连接性是非平凡的，并且在其理论性质上与严格的层次不兼容。由于模块不是被直接定义，而是被隐式地定义，因此结构元素的连接是序列模块描述的一部分。通过允许序列模块的开放定义和序列模块的模块化结构定义的所产生的可能性，开发脉冲序列的开发过程被简化为仅定义差异。这样，可以进一步开发脉冲序列，而不必复制具有复杂结构连接的准备例程。

图3a至图3d示意性且示例性地示出了定义本领域已知的脉冲序列的序列模块的缺陷。已知组装多个MRI序列元素或序列模块以形成最终产生脉冲序列的更复杂的序列元素。该过程的基础，即最低层次的序列模块，是对应于诸如设置线圈电压的设备指令的基本元素集。抽象的最高级别，即最高层次的序列模块，是完整的MRI脉冲序列，其最终根据被称为序列协议的更抽象参数集来控制那些基本序列模块。

图3a示出了整体定义的序列300，即，在不具有模块化的情况下定义的自包含序列的示例。包括五个序列元素302的序列300的层次从外部被配置并且针对每个序列被手动组装。手动指定两个序列元素302的两个参数304和308之间的所需计算306。这样，模块和计算例程可以被交换，而不管它们的层次关系如何。然而，从外部的这种配置的高度责任对抗了模块化。

图3b示出了模块化序列层次310，其中，序列元素312被高度模块化。不存在超出多个分层的信息交换，并且每个序列模块312仅负责配置其直接从属层次。与图3a中的整体配置相比，参数314和316之间的参数依赖关系，即跨越分层边界的计算依赖关系，需要通过每个中间层被传递。因此，较低分层中的结构改变需要操纵所有中间模块。

如图3c所示，两种策略可以被组合。图3c示出了包括多个序列模块322的序列层次320，其组合了两个自包含的模块化方法321。每个方法321需要来自另外的模块的参数324、326、328，这些参数在其原始实现中未提供，因为它们只与这种特定的组合有关。用连接模块化方法321的线325和327表示依赖关系。然而，依赖关系325和327是不可行的，因为它们跨越分层边界。在这种情况下，两种方法321都需要以图3d所示的方式进行调整，以使新的需要的参数324、326和328可用。模块化阻碍了结构改变。那样，逻辑依赖方法321并非自主可重用的。

图4a示出了包括三个序列模块410、420和430的序列描述400。序列描述包括层次描述402和参数描述404。模块410的参数描述404包括三个参数412、414和416。在该示例中，参数412和416是常数值，其中，参数414依赖于参数416。模块410具有作为直接从属序列模块的模块420和430。

序列模块420包括参数422和424。参数422依赖于参数412，参数424依赖于参数422和414。换句话说，参数424具有对同一模块的参数即参数422和另外的模块的参数即参数414的依赖性。

另外，序列模块430包括参数依赖关系，即：参数432，其依赖于参数424和416，即模块410和420的参数；参数434，其仅依赖于参数432；以及参数436，其依赖于参数416。

基于图4a中所示的模块描述，对遵循两个数据结构以实现参数依赖关系和分层依赖关系的对象进行实例化。在图4b中，序列描述400由有向树表示，该有向树示出了顶部的模块410和下方的分层从属模块420和430。此外，表示参数依赖关系的有向无环图(directed acyclic graph)叠加在有向树上，使得参数是序列全局参数图的一部分，并且可以被查看链接到它们所关联的模块。换做其他更一般的话来说，通过将部分隐式分层属性和完全隐式参数依赖关系组装成有向树和无环图的显式连接，将序列描述400转换为准备好的序列。所得到的参数的无环图结构使得能够实现无法通过命令性计算指令实现的简化。

在该示例中，序列描述400具有可以用于简化和加速参数计算和开发过程的逻辑。这些参数嵌入到全局数据结构中，全局数据结构使得参数的副作用和相关性是可得到的，并且能够实现针对脉冲序列的更通用的算法和参数操作的潜能。所得到的数据结构是复杂的，因为它们包含定义序列描述400的所有模块410、420、430的累积复杂度。因此，序列开发者不能期望与该结构直接交互或直接操纵该结构。这是隐式模块描述的结果，应当仅通过这些来操纵。模块410、420、430可以被灵活地重使用，因为取决于上下文，可以注入和不同地重新组装任何层的从属模块的依赖关系以产生期望的结果。例如，可以将相位编码梯度配置成在虚拟(dummy)周期期间以最大幅度运行，但在实际测量期间具有通过行索引定义的其幅度。在该示例中，诸如回绕(rewinder)梯度的依赖参数在它们根据例如相位编码梯度幅度来定义时在两个背景下保持一致。

通过将参数计算过程404与模块层次402解耦来实现隐式配置。在实例化步骤中，部分隐式结构定义和参数依赖关系被组装以产生特定于上下文和应用的序列层次和参数依赖关系图。参数不是作为其关联的序列模块的一部分被计算、保存和操纵，而是替代地作为序列全局参数图的一部分。总之，可以不依赖于序列层次来实现对参数的计算和操纵，并且可以减少计算操作。

图5a示出了序列层次500的树结构，其中，执行遍历操作。遍历504在层次顶部的序列模块502处开始并沿树结构遵循其路径。在该示例中，遍历各种序列模块510，直到遍历到达环模块506。环循环模块506指示在包括基本模块520的从属模块上的重复。在该示例中，还可以在序列层次500上执行诸如深度搜索和宽度搜索的另外的算法而不是遍历504。深度搜索是从序列模块502开始并且扩展从属序列模块中的相应第一从属序列模块或者后续节点的、越来越深入地搜索层次的盲目(uninformed)搜索。宽度搜索是从序列模块502开始并扩展序列层次500的各个层次级别的、搜索序列层次500的宽度以寻找序列模块的盲目搜索。

图5b示出了三个序列模块555的参数依赖关系图550。在序列模块555内表示为圆圈的各种参数与表示依赖关系的边连接。在图5b中，对参数560执行操纵操作。该操纵操作导致所有依赖参数570的无效，依赖参数570将在参数560被操纵之后直接地或者根据请求被重新评估。在一些示例中，计算操作的执行对于重新评估参数570可能是必要的。其余参数580不依赖于参数560，因此不必被重新评估。

图5c指示与图5b相同的参数依赖关系图550，其中，对参数565执行计算操作。为了确定参数565，还必须评估参数565所依赖的所有参数575和585。在该示例中，参数585已经有效并且被评估，因此可以直接被考虑。参数575被标记为无效并且必须被评估，以在确定参数565之前变得有效。

通常，在硬件即磁共振扫描仪上对脉冲序列的执行对应于序列结构树的遍历504和计算指令的相应执行。在先前的用于确定脉冲序列的系统中，计算指令被包括在序列模块502中，即树结构本身的节点中。在这种情况下，用户的任务是确保准确地且以正确的顺序来实现序列的分层较低部分中的计算。与此相比，根据本发明的系统使得用户能够将计算顺序的确定留给系统，因为该复杂度在参数依赖关系图结构内表示。因此，执行序列的逻辑确实限于遍历树结构以及在某些遍历点处设置和/或获得参数依赖关系图550的参数。例如，参数的“设置”的示例可以是由MRI扫描仪的操作者在操作终端处调整的参数或者在执行期间调整环计数参数的参数，其对应于特定图像线的获取。作为参数例如梯形梯度脉冲的性质的“获得”的示例，可以给出安全性相关参数或脉冲序列的总时间。

然后，基本模块520可以包括用于直接操作硬件即磁共振扫描仪的指令。

进一步对于促进计算过程的有利构思，序列模块可以规定结构操作，所述结构操作涉及或作用于序列结构本身。

将参照图6至图9讨论结构操作的示例。

图6示出了通过本发明的序列模块能够实现的结构抽象的示例。提供了抽象准备模块610、激励模块620和读出模块630。在许多应用中，希望以通用的方式组合激励结构、准备和读出。为此目的，定义了结构序列模块640，结构序列模块640包括三个分层从属序列模块642、644和646，这三个分层从属序列模块642、644和646被隐式地定义成在这些从属序列模块之间具有参数连接643和645。然而，此时未定义要用作序列模块642、644和646的实际部件。在实际的序列结构650中，根序列模块652定义以使用抽象序列模块640并定义要插入序列模块640中的显式序列模块610、620和630。根据这些结构操作，定义实际序列结构650。

图7示意性且示例性地示出了实现结构和模块依赖参数计算的序列结构700的示例。根序列模块702将补偿序列模块704和计算序列模块708定义为分层从属序列模块。在该示例中，补偿序列模块704用于重新聚焦信号以抵消T2*衰减并且包括参数依赖关系706，参数依赖关系706依赖于实际脉冲序列。然而，补偿模块可以独立于序列来描述，并且仅依赖于表示为参数706的所产生的参数。出于该原因，计算序列模块708包括用于插入要执行的实际脉冲序列或其一部分的占位符710。在该示例中，脉冲序列模块720插入占位符710的位置，并且用于重新聚焦MR响应的RF脉冲在通过序列模块720定义的序列上计算。在该示例中，序列模块720与其从属层次模块一起被克隆到计算序列模块708的上下文，使得可以确定补偿序列模块704所需的RF脉冲。换句话说，序列结构700使得能够一般地确定用于重新聚焦的RF脉冲，而无需对实际序列进行必要的调整。尽管已经在重新聚焦MR响应的背景下给出了该示例，但是也可以替选地独立于序列来描述其他物理模型、周边神经刺激、梯度矩等，并且因此同样可以使用其他物理模型、周边神经刺激、梯度矩等。例如，在另外的示例中，可以计算并且补偿涡电流的影响。

图8示例性且示意性地示出了序列结构800的示例，该序列结构800实现了作为通用结构模块的另一示例的优化例程。根序列模块802定义了从属序列模块808，从属序列模块808包括用于在其中插入包括依赖序列层次的另一序列模块的占位符810。序列模块808定义不依赖于结构上下文的优化例程812。在该示例中，序列模块820被插入到占位符810中，并且优化例程812在序列模块820的克隆实例上执行。在优化之后，参数814已经被优化并且经优化的参数822被提供给原始序列模块820。

图9示意性且示例性地示出了实现结构操作的序列结构900的另一示例。根模块或主模块902包括作为分层从属模块的序列模块908。序列模块908定义了两个从属环结构910和912。序列模块908和两个环结构910和912包括占位符914，在该示例中，序列模块920的副本被插入该占位符914中。序列模块920包括对参数922的依赖关系。该示例中的参数922是梯度脉冲的幅度，而不限于梯度脉冲的幅度，并且在不同的示例中可以是不同的。分别在环模块911和913下针对两个环结构910、912来实例化序列模块920，如利用链接线916所示。在该示例中，如通过参数924所定义，虚拟环910被执行50次。对于每个环，如通过线926所示，序列模块920以固定幅度922被执行。在实际测量环912中，环模块913被重复取决于参数928的次数，其中，序列模块920根据环索引接收用于幅度922的值930。在该示例中，因此可以针对图像的每个相应行来调整幅度。总之，序列结构900使得能够实现不依赖于源结构模块的结构的虚拟循环和测量环。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施方式的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。

单个单元或设备可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

根据用于确定用于使用磁共振扫描仪获取成像信息的脉冲序列的至少一部分的方法的、用于确定用于使用磁共振扫描仪获取成像信息的脉冲序列的至少一部分的系统1可以被实现为计算机程序的程序代码装置和/或被实现为专用硬件。

计算机程序可以存储/分布在诸如光学存储介质或固态介质的合适的介质上，与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供，但是也可以以其他形式例如通过因特网或其他有线或无线电信系统被分布。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

本发明涉及用于提供脉冲序列的至少一部分的系统、相应的方法和相应的计算机程序，所述脉冲序列用于使用磁共振扫描仪获取成像信息。该系统包括：序列模块提供单元(10)，其中，一个或更多个序列模块包括层次描述和参数描述；序列层次生成单元(20)，用于基于序列模块和层次描述来生成序列层次；参数依赖关系图生成单元(30)，用于基于在序列模块的参数描述中包括的参数依赖关系来生成参数依赖关系图。参数依赖关系与序列层次解耦。本发明的系统、方法和计算机程序使得能够改进对脉冲序列的至少一部分的确定。

Claims (15)

1.一种用于确定脉冲序列的至少一部分的系统，所述脉冲序列用于使用磁共振扫描仪获取成像信息，所述系统包括：

序列模块提供单元(10)，用于提供序列模块，其中，一个或更多个序列模块包括被布置成包括一个或更多个分层从属序列模块的层次描述以及被布置成包括一个或更多个参数依赖关系的参数描述，

序列层次生成单元(20)，用于基于所述序列模块和所述层次描述来生成序列层次，

参数依赖关系图生成单元(30)，用于基于在所述序列模块的所述参数描述中包括的参数依赖关系并且基于所述序列层次来生成参数依赖关系图，以及

参数确定单元(40)，用于基于所述参数依赖关系图的至少一部分来确定所述脉冲序列的参数。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括：

脉冲序列实例化单元(50)，用于基于所述参数依赖关系图的至少一部分和所述序列层次的至少一部分来实例化所述脉冲序列的至少一部分。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，一个或更多个序列模块的所述层次描述还被布置成包括用于定义对所述序列层次的结构操作的至少一个结构操作描述，其中，所述序列层次生成单元被布置成还基于所述序列模块中的所述至少一个结构操作描述来生成所述序列层次。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述层次描述被布置成包括分层直接从属序列模块和/或具有一个或更多个分层中间序列模块的分层从属序列模块。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述序列模块被布置成隐式地定义至少一个分层从属序列模块或参数依赖关系。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述序列模块还被布置成包括用于所述层次描述中的所述分层从属序列模块中的至少一个分层从属序列模块的标识符。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述序列模块还被布置成包括作为所述参数描述的一部分的计算指令。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述序列层次生成单元被布置成基于所述序列模块和所述层次描述的分别包括的分层从属序列模块来生成所述序列层次。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述脉冲序列实例化单元被布置成将所述序列层次和所述参数依赖关系图组合成序列参数图，并且根据所述序列参数图内的解析的参数依赖关系来确定参数。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，

所述序列层次生成单元被布置成将所述序列层次提供为有向树结构，并且/或者其中，

所述参数依赖关系图生成单元被布置成将所述参数依赖关系图提供为有向无环图。

11.一种用于确定脉冲序列的至少一部分的方法，所述脉冲序列用于使用磁共振扫描仪获取成像信息，所述方法包括：

提供序列模块，其中，一个或更多个序列模块包括被布置成包括一个或更多个分层从属序列模块的层次描述以及被布置成包括一个或更多个参数依赖关系的参数描述，

基于所述序列模块和所述层次描述来生成序列层次，

基于在所述序列模块的所述参数描述中包括的参数依赖关系并且基于所述序列层次来生成参数依赖关系图，以及

基于所述参数依赖关系图的至少一部分来确定所述脉冲序列的至少一部分。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

基于所述参数依赖关系图和所述序列层次来实例化所述脉冲序列的至少一部分。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述序列层次被表示为有向树结构，并且其中，所述参数依赖关系图被表示为有向无环图。

14.一种用于确定脉冲序列的至少一部分的计算机程序，所述脉冲序列用于使用磁共振扫描仪获取成像信息，所述计算机程序包括程序代码装置，所述程序代码装置用于在所述计算机程序在根据权利要求1所述的系统上运行时使所述系统执行根据权利要求11所述的方法。

15.一种用于驱动或模拟磁共振扫描仪的计算机程序，所述计算机程序包括程序代码装置，所述程序代码装置用于通过执行以下步骤来使磁共振扫描仪执行用于获取成像信息的脉冲序列的至少一部分：

接收包括一个或更多个序列模块的序列层次，其中，所述序列模块包括被布置成包括一个或更多个分层从属序列模块的层次描述以及被布置成包括一个或更多个参数依赖关系的参数描述，

接收参数依赖关系图，所述参数依赖关系图包括通过参数依赖关系连接的所述脉冲序列的参数，以及

通过基于所述参数依赖关系图计算所述脉冲序列的参数来执行所述脉冲序列的至少一部分。