CN109477879A - 动脉结构的磁共振成像 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种操作用于对对象(118)进行成像的磁共振成像系统(100、200)的方法。所述方法包括通过利用标注脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集(300)标注的磁共振数据(144)。所述标注脉冲序列命令包括用于对所述对象内的标注位置(122、122’)进行自旋标记的标注反转脉冲部分(404)。所述标注脉冲序列命令包括相位对比读出部分(406)。所述相位对比读出部分包括在至少一个方向上的相对对比编码。所述方法还包括通过利用所述控制脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集(302)控制磁共振数据,其中,所述控制脉冲序列命令包括控制反转脉冲部分(500),其中,所述控制脉冲序列命令包括所述相位对比读出部分。所述方法还包括使用所述标注的磁共振数据来重建(304)标注的幅值图像(148)。所述方法还包括使用所述控制磁共振数据来重建(306)控制幅值图像(150)。所述方法还包括通过减去所述控制幅值图像和所述标注的幅值图像来构建(308)动脉图像(152)。所述方法还包括使用所述标注的磁共振数据和/或所述控制磁共振数据来重建(312)至少一幅相位图像(156、158、160)。所述相位图像使用在所述至少一个方向上的相位编码来重建。

Description

动脉结构的磁共振成像
技术领域
本发明涉及磁共振成像,具体地,本发明涉及动脉自旋标注(tagging)磁共振成像技术。
背景技术
磁共振成像(MRI)扫描器使用大的静态磁场来对准原子的核自旋,作为用于产生患者身体内的图像的流程的部分。该大的静态磁场被称为B0场。
在MRI扫描期间,由一个或多个发射器线圈生成的射频(RF)脉冲引起所谓的B1场。额外施加的梯度场和B1场引起对有效局部磁场的扰动。然后,由核自旋发射RF信号并且由一个或多个接收器线圈来检测所述RF信号。这些RF信号被用于构建MR图像。这些线圈也能够被称为天线。
MRI扫描器能够构建切片或体积的图像。切片是仅一个体素厚的薄的体积。体素是MR信号在其上被平均化的小的体积元素,并且表示MR图像的分辨率。如果考虑单个切片,则体素也可以被称为像素(图片元素)。
通过执行不同的磁共振成像协议(其被实施为脉冲序列或脉冲序列命令),能够测量关于对象的不同类型的信息。例如,存在实现对自旋的编码使得流体的流动或扩散能够被直接测量的各种技术。动脉自旋标注是经过一组动脉或者甚至单条动脉的血液的自旋能够被标注并且然后被成像的技术。Bersnstein等人在Elsevier,2004,ISBN 978-0-12-092861-3上的参考书“Handbook of MRI Pulse Sequences”(在下文中“Handbook of MRIPulse Sequences”)中的17.1章(第802至829页)描述了对若干种不同的动脉自旋标注技术的评论。
O’Gorman等人在Magnetic Resonance in Medicine 55:1291-1297(2006)上的期刊文章“In Vivo Estimation of the Flow-Driven Adiabatic Inversion Efficiencyfor Continuous Arterial Spin Labeling:A Method Using Phase Contrast MagneticResonance Angiography”中描述了动脉自旋标记与流动驱动的绝热反转效率的估计的组合。轴向速度图使用外围门控2D触发的相位对比序列来采集,并且使用多切片CASL技术与灌注测量分离地采集。
Wu W C等人在Neuroimage,Elsevier,Amsterdam NL,第32卷,第1期,2006,第122-128页上的“Intravascular effect in velocity selective arterial spin labeling:The choice of inflow time and cut off velocity”一文描述了在自旋速度而非空间分布的基础上的速度选择性动脉自旋标记。
发明内容
本发明在独立权利要求中提供了磁共振成像系统、计算机程序产品以及方法。在从属权利要求中给出了实施例。
本发明的实施例提供了一种经改进的动脉自旋标注技术。用于执行所述动脉自旋标注技术的脉冲序列包含相位对比读出部分。在脉冲序列中包括相位对比读出部分使得额外的信息与自旋标注被同时地采集。所采集的磁共振数据可以以若干种方式被处理以获得不同的信息。幅值图像能够被重建,以通过检测已经被标注的血液流动对动脉进行定位。相同的磁共振数据然后可以被用于重建相位图像。所述相位图像也可以被用于检测诸如血液的流体的流动。
将该相位信息与来自幅值图像的数据进行组合提供了关于静脉和动脉系统的详细信息。例如,所述幅值图像能够被用于直接推测标注的动脉的位置。根据这些标注的图像的动脉位置的了解能够被用于创建定义已知动脉的位置的掩模。所述相位图像中的在由动脉定义的位置内的流动信息能够归因于这些动脉内的流动。相位图然后能够被用于确定通过由动脉掩模识别的动脉的血液的流动模式。
所述动脉掩模外部的所述相位图像内的流动信息能够归因于静脉(或者可能未被标注的动脉)内的流动。所述相位图然后能够被用于制作静脉血液流动图。甚至能够制作详述动脉血液流动和静脉血液流动两者的复合图像。
磁共振(MR)数据在本文中被定义为是在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线所记录的对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(MRI)图像在本文中被定义为是对磁共振成像数据之内包括的解剖学数据所重建的二维可视化或三维可视化。能够使用计算机来执行该可视化。
在一个方面中,本发明提供了一种用于对对象进行成像的磁共振成像系统。所述对象例如可以至少部分地处在所述磁共振成像系统的成像区之内。所述磁共振成像系统包括用于存储机器可执行指令的存储器。所述存储器还包含标注脉冲序列命令和控制脉冲序列命令。所述标注脉冲序列命令包括用于对所述对象内的标注位置进行自旋标记的标注反转脉冲部分。所述标注脉冲序列命令还包括相位对比读出部分。所述相位对比读出部分包括在至少一个方向上的相位对比编码。所述控制脉冲序列命令包括控制反转脉冲部分。所述控制脉冲序列命令包括所述相位对比读出部分。
标注脉冲序列命令和控制脉冲序列命令被用于动脉自旋标注,如在Handbook ofMRI Pulse Sequences的17.1章中所描述的。标注反转脉冲部分被用于标记正在行进通过一个或多个动脉的一团血液。标注反转脉冲部分导致将在幅值图像中可见的磁化传递效应,所述幅值图像是根据使用标注脉冲序列命令采集的磁共振数据来计算的。所述控制反转脉冲部分被构建为使得其引起的磁化传递效应相当于或者几乎相当于由标注反转脉冲部分引起的磁化传递效应。
所述磁共振成像系统还包括用于控制所述磁共振成像系统的处理器。所述机器可执行指令的执行使所述处理器通过利用所述标注脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集标注的磁共振数据。所述标注的磁共振数据例如可以从感兴趣区域中采集。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过利用所述控制脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集控制磁共振数据。所述控制磁共振数据可以从与所述标注的磁共振数据相同的感兴趣区域来采集。
所述机器可执行指令的执行还使所述处理器使用所述标注的磁共振数据来重建标注的幅值图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器使用所述控制磁共振数据来重建控制幅值图像。
所述机器可执行指令的执行还使所述处理器使用所述标注的磁共振数据和/或所述控制磁共振数据来重建。所述相位图像至少部分地使用在至少一个方向上的相位编码来重建。可以存在针对所述至少一个方向中的每个方向而重建的相位图像。
在该实施例中,动脉的位置可以使用幅值图像来确定,并且静脉的位置是使用所述相位图像来定位的。相位编码不受标注反转脉冲部分和控制反转脉冲部分的影响。因此,所述标注的磁共振数据和/或所述控制磁共振数据可以被用于创建第一、第二和第三相位图像。在一些实例中,使用所述标注的磁共振数据和所述控制磁共振数据两者来增加第一相位图像、第二相位图像和第三相位图像中的信噪比可能是有益的。
在另一实施例中,所述至少一个方向是第一方向、第二方向和第三方向。第一方向、第二方向和第三方向可以是正交的。然而,第一方向、第二方向和第三方向不必是正交的。该实施例可以是有益的,因为磁共振成像系统通常配备有三个正交的磁场梯度。当三个方向被选择为对应于磁场梯度线圈的取向时,其可以是高效的,并且产生良好的成像结果。
在另一实施例中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器使用所述标注的磁共振数据和/或所述控制磁共振数据来重建第一相位图像、第二相位图像和第三相位图像。所述第一相位图像是使用在第一方向上的相位编码来重建的。所述第二相位图像是使用在第二方向上的相位编码来重建的。所述第三相位图像是使用在第三方向上的相位编码来重建的。当第一方向、第二方向和第三方向正交时,将获得最佳结果。然而,当第一方向、第二方向和第三方向不正交时,在本文中所描述的范例仍然起作用。
使用多于三个方向也可以是有益的。来自多幅图像的相位对比信息能够被组合以改善图像质量。
在另一实施例中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器至少部分地通过将所述相位图像的在所述动脉掩模外部的像素设置为预定背景值来构建选择性相位对比动脉图像。如果存在多个方向,这可以针对在所述方向中的每个方向上重建的相位图像来执行以创建中间动脉相位对比图像。
在另一实施例中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过减去所述控制幅值图像和所述标注的幅值图像来构建动脉图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过识别所述动脉图像中的动脉来使用所述动脉图像构建动脉掩模。对动脉的识别可以以许多种不同的方式来执行。所述动脉图像包含具有比大部分其他体素更大的值的体素。这些将最可能是动脉的各部分。因此,在一个范例中,对动脉的定位可以通过对图像进行阈值化来执行。在其他范例中,可能能够检查动脉的连通性。例如,预期到动脉将遵循血液将流动通过的路径。在一些实例中,比正常更亮或者在阈值之上但是未被连接到其他体素的体素可以被舍弃。在其他范例中,诸如来自图集或形状可变形模型的解剖模型可以适配到动脉图像。
如在本文中所使用的掩模涵盖医学图像数据的图像或可视化的定义或识别的区域。例如,所述动脉掩模是使用动脉图像来重建的。所述动脉掩模被用于识别图像内的被识别为所识别的动脉的部分或者部分地由所识别的动脉组成的体素或像素。所述动脉掩模然后能够被应用于其他图像或者与其他图像进行比较,并且被用于确定其他图像中的体素是否包含所识别的动脉。如果图像中的体素在动脉掩模“之内”或“内部”,那么其包含所识别的动脉或者所识别的动脉的部分。如果体素在所述动脉掩模“外部”,那么所述体素不包含或者部分地包含识别的动脉。这意味着用于创建掩模的图像与掩模正在被应用至的图像的体素之间存在已知的关系。通常,这是体素之间的一对一的关系,然而,这不是必要的。当与由单个医学成像系统(诸如单个磁共振成像系统)产生的图像一起工作时,不同图像中的体素之间的关系或映射是众所周知的。
在另一实施例中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过将所述第一相位图像的在所述动脉掩模外部的体素设置为预定背景值来构建第一中间动脉相位对比图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过将所述第二相位图像的在所述动脉掩模外部的体素设置为预定背景值来构建第二中间动脉相位对比图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过将所述第三相位图像的在所述动脉掩模外部的体素设置为预定背景值来构建第三中间动脉相位对比图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过将所述第一中间动脉相位对比图像、所述第二中间动脉相位对比图像、所述第三中间动脉相位对比图像相加来计算选择性相位对比动脉图像。该实施例可以具有以下优点:选择性相位对比动脉图像被构建,其中,流动和标注信息被同时采集。这例如可以减少采集时间。其也可以减少运动伪影的量。
在另一实施例中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器至少部分地通过将静脉图像内的对应于动脉掩模或者在动脉掩模之内的体素设置为预定背景值来计算静脉图像。
在另一实施例中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过将所述第一相位图像、所述第二相位图像和所述第三相位图像相加来计算组合的相位图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过设置组合的相位图像内的在预定值之上并且也在动脉掩模外部的所有体素来计算静脉图像。这可以提供计算静脉的位置的鲁棒的手段。
在另一实施例中,所述静脉图像是选择性相位对比静脉图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过将所述第一相位图像的在所述动脉掩模外部的体素设置为预定背景值来构建第一中间静脉相位对比图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过将所述第二相位图像的在所述动脉掩模外部的体素设置为预定背景值来构建第二中间静脉相位对比图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过将所述第三相位图像的在所述动脉掩模外部的体素设置为预定背景值来构建第三中间静脉相位对比图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过将所述第一中间静脉相位对比图像、所述第二中间静脉相位对比图像和所述第三中间静脉相位对比图像相加来计算所述静脉图像。
在以上实施例中,所述标注脉冲序列命令和所述控制脉冲序列命令被用于执行动脉自旋标注。所述相位对比读出部分加到标注反转脉冲部分和控制反转脉冲部分两者使得能够使用单次动脉自旋标注采集来确定静脉的位置。动脉在幅值图像中被定位。这提供了动脉在哪里的了解。这使得属于动脉的那些具体像素能够从组合的相位图像中排除。这可以提供检测动脉和静脉两者在对象内的位置的经改进的手段。
在另一实施例中,所述静脉图像和所述动脉图像被组合成单幅图像。在一些范例中,伪色或其他色度可以被用于指示哪些是图像的静脉部分和动脉部分。
在另一实施例中,所述静脉图像和所述选择性相位对比动脉图像被组合成单幅图像。在一些范例中,伪色或其他色度可以被用于指示哪些是图像的静脉部分和动脉部分、以及通过动脉或静脉的流动的幅值。
在另一实施例中,所述动脉图像和所述静脉图像两者都是三维图像。在其他范例中,其可以是二维厚片或二维图像的堆叠。换言之,以上实施例可以被执行为二维、一系列二维采集,或者被执行为三维磁共振成像协议。
在另一实施例中,标注体积被选择性地定位为涵盖单条动脉的横截面。标注体积然后可以被解读为选择性标记。该实施例可以是有益的,因为到感兴趣区域的血液流动可以针对单条动脉进行绘制。
在另一实施例中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器针对不同的标注体积重复采集所述标注的磁共振数据和所述控制磁共振数据。这例如可以针对预定数量的标注体积来执行。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器针对预定数量的标注体积中的每个标注体积来计算动脉图像。该实施例在对由多于一条动脉供应的区域进行成像的过程中可能是有用的。例如,脑部由许多不同的动脉来供应。针对个体动脉中的每条动脉的血液供应可以被单独地成像。
当多于一条动脉被成像时,所述动脉掩模可以使用针对不同动脉中的每条动脉的所有重建的动脉图像的复合来构建。类似地,所述静脉图像可以根据针对不同动脉而采集的磁共振数据中的一个、全部或组合的标注的磁共振数据和/或控制磁共振数据来重建。
在另一实施例中,所述标注位置是由一个或多个标注体素来定义的标注体积。在一些范例中,这可以是在初步磁共振图像中识别的被用于确定不同动脉的位置的体素。各种体素能够被选择为使得不同的动脉被选择。
在另一实施例中,所述标注位置是非选择性的。例如,所述标注位置可以是标注平面。例如,当对到脑部中的血液流动进行成像时,可以选择给同时对脑部进行馈送的所有动脉加标注的平面。在这种情况下,所述动脉图像对到脑部的总体血液供应进行成像,并且所述静脉图像对由这些动脉供馈送的静脉进行成像。
在另一实施例中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器接收所述标注位置。例如,所述处理器可以经由用户接口接收所述标注位置。在其他情况下,所述标注位置可以被自动地接收。例如,初步医学图像可以提供或包含描述对象内的动脉的位置的数据。操作者可以手动地勾画一个或多个标注位置在对象内哪里。在其他实例中,系统可以对此自动地执行。
在另一实施例中,所述标注位置通过分割初步医学图像来接收。初步医学图像可以使用不同的成像模态来采集,诸如PET扫描或CT图像。在其他范例中,所述初步医学图像可以是在对象已经位于所述磁共振成像系统中的情况下首先被执行的侦查扫描或其他图像。分割算法可以自动地识别动脉的位置,或者其可以简单地被用于定位针对非选择性标注的标注平面。
在另一实施例中,所述静脉图像和所述动脉图像两者是以下中的任何一项:平面图像、平面图像的堆叠和三维图像。亦即,实施例可以被应用于二维采集、多个二维采集或者完全三维磁共振成像协议。
在另一实施例中,所述机器可执行指令的执行使所述处理器通过将所述动脉图像与所述静脉图像组合成复合图像来计算复合图像。所述复合图像可以采取不同的形式。在一些范例中,不同的颜色可以被用于指示血液流动的速度和/或其是否是动脉和/或静脉。将所述动脉图像与所述静脉图像组合成一幅图像可能是有益的,因为其可以提供从感兴趣区域的血液供应和排出的更好的图片。具体地,在成像脑部扫描中,其可以帮助从业者更容易地识别对象中的异常状况。
在另一实施例中,多幅动脉图像是针对不同的标注体积来采集的。这些各种动脉图像也可以被组合成复合图像,所述复合图像也可能与静脉图像进行组合。在多于一个标注体积被使用并且其被选择性地用于标记不同的动脉的情况下,针对不同动脉的血液供应可以被标记,因此更易于对由彼此不同并且也与静脉系统不同的动脉供应的血液供应进行可视化。
在另一实施例中,所述复合图像中的动脉和静脉由颜色或不同的色度来进行区别。
在另一实施例中,所述标注脉冲序列命令包括在所述标注反转脉冲部分之前的预饱和部分。所述控制脉冲序列命令包括在所述控制反转脉冲部分之前的预饱和部分。所述预饱和部分可以被用于扼杀感兴趣区域内的自旋的磁化。当构建动脉图像时,使用预饱和部分可以提供更好的结果。其可以提供更高的信噪比,并且也可以去除图像伪影。然而,执行所述标注脉冲序列命令和所述控制脉冲序列命令中的预饱和部分不是必要的。
在另一实施例中,所述动脉掩模通过使用预定阈值对所述动脉图像进行阈值化来创建。所述动脉图像的在所述预定阈值之上的各部分被识别为是动脉区域。
在另一实施例中,所述动脉掩模至少部分地通过分割所述动脉图像来创建。分割算法可以被用于识别所述动脉图像内的动脉。例如,所述动脉的起源可以被知晓,并且所述分割算法可以使用与其相比较被连接到彼此的像素体素值。
在另一实施例中,所述动脉掩模至少部分地通过将解剖学图集应用于动脉图像来重建。例如,具有正常解剖结构的对象内的动脉可以是相似的,该解剖学图集可以被用于帮助识别动脉图像的哪些部分是动脉。
在另一实施例中,所述动脉掩模至少部分地通过将可变形形状模型适配到所述动脉图像来创建。例如,所述可变形形状模型可以具有对象的典型动脉系统的定义。这然后可以被变形,使得其适配在所述动脉图像之内。
在其他实施例中,前面提到的创建所述动脉掩模的方法被组合者或被单独地使用,并且结果被组合以检查并降低在创建所述动脉掩模过程中的空气的几率。
在另一实施例中,由所述磁共振成像系统对所述标注反转脉冲部分的执行引起所得到的标注的幅值图像中的标注磁化传递效应。所述控制反转脉冲部分引起所述控制幅值图像中的控制磁化传递效应。所述标注磁化传递效应通过所述控制磁化传递效应从所述动脉图像中提取出来。当执行动脉自旋标注时,正常的实践是执行标注的图像和控制图像。以这种方式对脉冲序列的构建使得能够执行动脉系统的更好的图像。在Handbook of MRIPulse Sequences中的17.1章中描述了创建标注图像和控制图像的标注和非标注的使用。
在另一方面中,本发明提供了一种计算机程序产品,包括用于由处理器执行的指令,所述处理器控制用于对对象进行成像的磁共振成像系统。所述机器可执行指令的执行使所述处理器通过利用所述标注脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集标注的磁共振数据。所述标注脉冲序列命令包括用于对所述对象内的标注位置进行自旋标记的标注反转脉冲部分。所述标注脉冲序列命令包括相位对比读出部分。所述相位对比读出部分包括在至少一个方向上的相位对比编码。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过利用所述控制脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集控制磁共振数据。所述控制脉冲序列命令包括控制反转脉冲部分。所述控制脉冲序列命令包括所述相位对比读出部分。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器使用所述标注的磁共振数据来重建标注的幅值图像。
所述机器可执行指令的执行还使所述处理器使用所述控制磁共振数据来重建控制幅值图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过从所述控制幅值图像中减去所述标注的幅值图像来构建动脉图像。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器使用所述标注的磁共振数据和/或所述控制磁共振数据来重建相位图像。可以存在针对所述至少一个方向中的每个方向来重建的相位图像。
在另一方面中,本发明提供了一种操作所述磁共振成像系统以对对象进行成像的方法。所述方法包括通过利用标注脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集标注的磁共振数据。所述标注脉冲序列命令包括用于对所述对象内的标注位置进行自旋标记的标注反转脉冲部分。所述标注脉冲序列命令包括相位对比读出部分。所述相位对比读出部分包括在至少一个方向上的相位对比编码。
所述方法还包括通过利用所述控制脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集控制磁共振数据。所述控制脉冲序列命令包括控制反转脉冲部分。所述控制脉冲序列命令包括所述相位对比读出部分。所述方法还包括使用所述标注的磁共振数据来重建标注的幅值图像。所述方法还包括使用所述控制磁共振数据来重建控制幅值图像。
所述方法还包括通过从所述控制幅值图像中减去所述标注的幅值图像来构建动脉图像。
所述方法还包括使用所述标注的磁共振数据和/或所述控制磁共振数据来重建相位图像。所述相位图像可以针对所述至少一个方向中的每个方向。
如本领域技术人员将意识到的,本发明的各方面可以体现为装置、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)的形式或者组合软件和硬件方面的实施例,这些实施例通常在本文可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外,本发明的各方面可以采取在一个或多个计算机可读介质中体现的计算机程序产品的形式,在该计算机可读介质上体现有计算机可执行代码。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。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。这里使用的‘计算机可读存储介质’涵盖可以存储能由计算设备的处理器执行的指令的任何有形存储介质。计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非瞬态存储介质。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,磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩盘(CD)和数字通用盘(DVD),例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还指代能够由计算机设备经由网络或通信链路访问的各种类型的记录介质。例如,可以通过调制解调器、通过互联网或通过局域网来取回数据。在计算机可读介质上体现的计算机可执行代码可以使用任何适当的介质来传输,包括但不限于:无线、有线、光纤线缆、RF等或者前述的任何合适的组合。
计算机可读信号介质可以包括传播的数据信号,在其中体现有计算机可执行代码,例如,在基带中或者作为载波的部分。这样的传播的信号可以采用多种形式中的任何形式,包括但不限于:电磁、光学或者其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质,其不是计算机可读存储介质并且能够通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或者与之结合使用。
‘计算机存储器’或‘存储器’是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是处理器能直接访问的任何存储器。‘计算机存储装置’或‘存储装置’是计算机可读存储介质的另外的范例。计算机存储装置是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中,计算机存储装置也可以是计算机存储器,或者反之亦然。
如本文使用的‘处理器’包括能够执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多于一个处理器或处理核心。处理器例如可以是多核处理器。处理器还可以指代单个计算机系统内的处理器的集合或分布在多个计算机系统之中。术语计算设备还应当被解释为能够指代每个都包括一个或多个处理器的计算设备的集合或网络。计算机可执行代码可以由多个处理器执行,这些处理器可以在同一计算设备内或者甚至可以跨多个计算设备来分布。
计算机可执行代码可以包括使处理器执行本发明的一方面的机器可执行指令或程序。用于执行本发明的各方面的操作的计算机可执行代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写,所述编程语言包括诸如Java、Smalltalk、C++等的面向对象的编程语言以及诸如C编程语言或类似的编程语言并编译成机器可执行指令的传统的过程编程语言。在一些实例中,计算机可执行代码可以是高级语言的形式或者是预编译的形式,并且可以与即时生成机器可执行指令的解释器结合使用。
计算机可执行代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立的软件包、部分在用户的计算机上以及部分在远程计算机上、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景中,远程计算机可以通过任何类型的网络被连接到用户的计算机,包括局域网(LAN)或广域网(WAN),或者可以连接到外部计算机(例如,通过使用互联网服务提供商的互联网)。
参考根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本发明的各方面。应当理解,流程图、图示和/或框图的每个框或框的部分能够在适用时以计算机可执行代码的形式由计算机程序指令来实施。还应当理解,当不相互排斥时,可以组合不同的流程图、图示和/或框图中的框的组合。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以生产机器,使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实施在流程图和/或框的一个或多个框中指定的功能/动作的单元。
这些计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中,该计算机可读介质能够指示计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运行,使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品,包括实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令。
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设备上,以使在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤,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/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的过程。
本文使用的‘用户界面’是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的界面。‘用户界面’也可以被称为‘人机界面设备’。用户界面可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户界面可以使得来自操作者的输入能够被计算机接收,并且可以从计算机向用户提供输出。换言之,用户界面可以允许操作者控制或操纵计算机,并且界面可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。在显示器或图形用户界面上显示数据或信息是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、轨迹球、触摸板、定位杆、图形输入板、操纵杆、游戏手柄、网络摄像头、耳机、踏板、有线手套、遥控器和加速度计接收数据都是用户界面部件的范例,其使得能够接收来自操作者的信息或数据。
本文使用的‘硬件接口’涵盖使计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器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,以及数字输入接口。
本文使用的‘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用户界面。显示器可以输出视觉、音频和/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使用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(MR)图像在本文中定义为包含在磁共振成像数据内的解剖数据的重建的二维或三维可视化。能够使用计算机执行该可视化。
应当理解,只要组合的实施例不是相互排斥的,可以组合本发明的前述实施例中的一个或多个实施例。
附图说明
在下文中将仅以范例的方式并且参考附图来描述本发明的优选实施例,在附图中:
-图1图示了磁共振成像系统的范例;
-图2图示了磁共振成像系统的另外的范例;
-图3示出了图示操作图1或图2的磁共振成像系统的方法的流程图;
-图4示出了图示标注脉冲序列命令的一个TR的时序图;
-图5示出了图示控制脉冲序列命令的一个TR的时序图;
-图6示出了图示产生选择性相位对比血管造影照片的方法的流程图;
-图7示出了图示对静脉进行可视化的方法的流程图;
-图8图示了右颈内动脉的绘制的范例;并且
-图9图示了脑部中的三条动脉的绘制。
参考标记列表
100 磁共振系统
104 磁体
106 磁体的孔
108 成像区
109 感兴趣区域
110 磁场梯度线圈
112 磁场梯度线圈电源
114 射频线圈
116 收发器
118 对象
120 对象支撑体
122 标注位置
126 计算机系统
128 硬件接口
130 处理器
132 用户接口
134 计算机存储装置
136 计算机存储器
140 标注脉冲序列命令
142 控制脉冲序列命令
144 标注的磁共振数据
146 控制磁共振数据
148 标注的幅值图像
150 控制幅值图像
152 动脉图像
154 动脉掩模
156 第一相位图像
156’ 第一中间动脉相位对比图像
158 第二相位图像
158’ 第二中间动脉相位对比图像
160 第三相位图像
160’ 第三中间动脉相位对比图像
162 选择性相位对比动脉图像
162’ 选择性相位对比动脉图像
164 静脉图像
166 复合图像
170 机器可执行指令
200 磁共振成像系统
300 通过利用标注脉冲序列命令控制磁共振成像系统来采集标注的磁共振数据
302 通过利用控制脉冲序列命令控制磁共振成像系统来采集控制磁共振数据
304 使用标注的磁共振数据来重建标注的幅值图像
306 使用控制磁共振数据来重建控制幅值图像
308 通过从控制幅值图像中减去标注的幅值图像来构建动脉图像
310 通过识别动脉图像中的动脉而使用动脉图像来构建动脉掩模
312 使用标注的磁共振数据和/或控制磁共振数据来重建第一相位图像、第二相位图像和第三相位图像,其中,所述第一相位图像是使用在第一方向上的相位编码来重建的,其中,所述第二相位图像是使用在第二方向上的相位编码来重建的
314 通过将第一相位图像、第二相位图像和第三相位图像的在动脉掩模外部的体素设置为预定背景值来构建第一中间动脉相位对比图像、第二中间动脉相位对比图像和第三中间动脉相位对比图像
316 通过将第一中间动脉相位对比图像、第二中间动脉相位对比图像、第三中间动脉相位对比图像相加来计算选择性相位对比动脉图像
400 脉冲重复
402 预饱和部分
404 标注反转脉冲部分
406 相位对比读出
500 控制反转脉冲部分
600 选择性相位对比血管造影照片
700 复合动脉掩模
900 选择性相位对比血管造影照片
902 右颈内动脉中的血液流动
904 左颈内动脉中的血液流动
906 后循环中的血液流动
具体实施方式
在这些附图中的相似附图标记的元件要么是等价元件要么执行相同的功能。如果功能是等价的,则先前已经讨论的元件在后续附图中将不必进行讨论。
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是超导圆柱型磁体104,具有穿过其的孔106。也能够使用不同类型的磁体。在圆柱磁体的低温恒温器内部,存在超导线圈的集合。在圆柱磁体104的孔106之内,存在成像区108,其中,磁场足够强和均匀以执行磁共振成像。
在磁体的孔106内还存在磁场梯度线圈110的集合,其被用于采集磁共振数据以对磁体104的成像区108内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈110被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包含线圈的三个单独的集合,用于在三个正交空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源向磁场梯度线圈供应电流。根据时间控制被供应给磁场梯度线圈110的电流,并且该电流可以是斜变的或脉冲的。
与成像区108相邻的是射频线圈114,其用于操纵成像区108内的磁自旋的取向,并且用于接收来自也在成像区108内的自旋的无线电传输。所述射频天线可以包含多个线圈元件。所述射频天线也可以被称为信道或天线。射频线圈114被连接到射频收发器116。射频线圈114和射频收发器116可以由单独的发射线圈和接收线圈以及单独的发射器和接收器来替代。可以理解,射频线圈114和射频收发器116是代表性的。射频线圈114还旨在表示专用发射天线和专用接收天线。类似地,收发器116还可以表示单独的发射器和接收器。射频线圈114还可以具有多个接收/发射元件,并且射频收发器116可以具有多个接收/发射信道。
在磁体104的孔106之内,存在对象支撑体120,其支撑成像区108中的对象。能够在成像区108之内看到感兴趣区域109。
收发器116、磁场梯度线圈电源112被视为被连接到计算机系统126的硬件接口128。
计算机126还包括处理器130、用户接口132、计算机存储装置134和计算机存储器136。硬件接口128使得处理器130能够发送和接收命令和数据,以便控制磁共振成像系统100的运行。处理器130还被连接到用户接口132、计算机存储装置134和计算机存储器136。
计算机存储装置134和计算机存储器136的内容可以是能互换的。在一些范例中,计算机存储装置134的内容可以在计算机存储器136中被复制。
计算机存储装置134被示为包含标注脉冲序列命令140。计算机存储装置134还被示为包含控制脉冲序列命令142。标注脉冲序列命令140包括用于对对象118内的标注位置122进行自旋标记的标注反转脉冲部分。所述标注脉冲序列命令还包括相位对比读出部分。所述相位对比读出部分包括在第一方向、第二方向和第三方向上的相位对比编码。这三个方向通常将与磁共振磁体104的x、y和z轴对齐。然而,这不是必要的。所述控制脉冲序列命令包括控制反转脉冲部分。控制脉冲序列命令142包括相位对比读出部分。计算机存储装置134还被示为包含已经通过使用标注脉冲序列命令140控制磁共振成像系统100来采集的标注的磁共振数据144。计算机存储装置134还被示为包含已经通过使用控制脉冲序列命令142控制磁共振成像系统100来采集的控制磁共振数据146。
如在本文中所使用的脉冲序列命令涵盖命令或者可以被转换为用于根据时间控制磁共振成像系统100的功能的命令的时序图。脉冲序列命令是被应用于具体磁共振成像系统100的磁共振成像协议的实施方式。
在感兴趣区域109内能够看见标注位置122。所述标注位置是标注反转脉冲部分对经过对象118的动脉的一团血液进行标记的地方。在这种情况下,感兴趣区域109被示为涵盖头部。在这种情况下,标注位置122是平面。所述标注因此是非选择性的,并且经过平面122的任何血液都将被标记。标注位置122的平面在对象118的颈部附近的定位实质上意味着进入对象118的脑部的所有血液都将被有效地标注。在图1中所示的范例示出了非选择性标注。
计算机存储装置134还示出了已经根据标注的磁共振数据而重建的标注的幅值图像148。计算机存储装置134还示出了根据控制磁共振数据146而重建的控制幅值图像。当磁共振数据被采集时,可以存在可以被重建的不同类型的图像。例如幅值图像和相位图像两者都可以被重建。在正常临床情况下,所述幅值图像将指示具体位置处的氢原子的密度。
计算机存储装置134还被示为包含通过从控制幅值图像148中减去标注的幅值图像150而构建的动脉图像152。计算机存储装置134还被示为包含动脉掩模154。动脉掩模154实质上是动脉图像152内的动脉的位置的标识。动脉掩模154能够以不同的方式来构建。对所述动脉图像的简单阈值化在一些情况下可能是足够的。在其他范例中,可以使用更复杂的方法(诸如分割算法或者将解剖学图集或模型适配到动脉图像154)。
计算机存储装置134还被示为包含第一相位图像156、第二相位图像154和第三相位图像160。第一相位图像156、第二相位图像154和第三相位图像160可以通过使用在第一、第二和第三方向上的相位编码使用标注的磁共振数据144和/或控制磁共振数据146来重建。在图1中所图示的范例是例示性的,因为三个编码方向被使用。在其他范例中,可以存在更多或更少的编码方向。
计算机存储装置134还被示为包含通过将所述第一相位图像的在所述动脉掩模外部的体素设置为预定背景值而计算的第一中间动脉相位对比图像156’。计算机存储装置134被示为还包含通过将所述第二相位图像的在所述动脉掩模外部的体素设置为预定背景值而计算的第二中间动脉相位对比图像158’。计算机存储装置134还被示为包含通过将所述第三相位图像的在所述动脉掩模外部的体素设置为预定背景值而构建或计算的第三中间动脉相位对比图像。
所述计算机存储装置还被示为包含通过将所述第一中间动脉相位对比图像、所述第二中间动脉相位对比图像和所述第三中间动脉相位对比图像相加而计算的选择性相位对比动脉图像162。如果存在更多或更少的相位编码方向,则可以相应地存在更多或更少的选择性相位对比动脉图像。
在其他范例中,计算机存储装置134也可以包含静脉图像164。所述静脉图像能够通过将动脉掩模154应用于组合的相位图像156、158、160以排除被识别为属于对象118的动脉系统的体素来创建。预定阈值或值之上的其余体素然后可以被解读为属于静脉系统。
计算机存储装置134还被示为包含通过将静脉图像164与动脉图像152或选择性相位对比动脉图像相组合而创建的复合图像166。在一些情况下,所述复合图像也可以通过将静脉图像164与动脉掩模154相组合来创建。在一些情况下,复合图像166可以使用不同的颜色或其他强调标记在图像之内的动脉与静脉之间进行区别。
图2示出了磁共振成像系统200的另外的范例。磁共振成像系统200类似于在图1中所示的系统100。然而,在该范例中,存在于多于一个标注位置。两个标注位置122、122’可以被定位为使得个体动脉被选择性地标注。这是选择性标注的范例。在该范例中,计算机存储装置134还被示为包含对应于当标注位置是122’时进行的采集的选择性相位对比动脉图像162’。对应于标注位置122、122’的动脉图像都能够被组合以制作动脉掩模154。以此方式,个体动脉能够对动脉掩模154做出贡献,并且从静脉图像164中减去。所述采集可以在不同标注位置122、122’的情况下被运行任意次数,使得能够制作包括来自任意数量的动脉的贡献的复合图像166。例如,不同的动脉可以在图像中以不同的方式进行颜色编码或标记,使得来自个体动脉的血液贡献能够在对象118的区域内进行绘制。
图3示出了图示操作图1的磁共振成像系统100或图2的磁共振成像系统200的方法的流程图。首先,在步骤300中,所述磁共振成像系统利用标注脉冲序列命令140来控制以采集标注的磁共振数据144。接下来,在步骤302中,磁共振成像系统100或200利用控制脉冲序列命令142来控制以采集控制磁共振数据146。接下来,在步骤304中,标注的幅值图像148是根据标注的磁共振数据144来重建的。接下来,在步骤306中,控制幅值图像150是根据控制磁共振数据146来重建的。接下来,在步骤308中,动脉图像152或152’是通过从控制幅值图像148中减去标注的幅值图像150来构建的。然后,在步骤310中,动脉掩模154是使用动脉图像152并且识别动脉图像152中的动脉来构建的。接下来,在步骤312中,第一相位图像156、第二相位图像158和第三相位图像160被重建。
任选的步骤可以包括步骤314,其中,第一中间动脉相位对比图像156’是通过将所述第一相位图像的在动脉掩模154外部的体素设置为预定背景值。步骤314也可以包括通过将所述第二相位图像的在动脉掩模154外部的体素设置为预定背景值来构建第二中间动脉相位对比图像158’。步骤314还可以包括通过将所述第三相位图像的在动脉掩模154外部的体素设置为预定背景值来构建第三中间动脉相位对比图像160’。步骤316可以包括通过将所述第一中间动脉相位对比图像、所述第二中间动脉相位对比图像、所述第三中间动脉相位对比图像相加来计算选择性相位对比动脉图像162。
范例可以提供一种用于动脉选择性的方法,提出了非对比增强的磁共振血管造影。其可以基于选择性动脉自旋标记(ASL)的磁共振成像来结合相位编码的信息对单个感兴趣动脉进行可视化,以对在单次采集中所采集的血液流动速度和方向进行可视化。通过动脉自旋标记而获得的选择性图像可以使用相位编码的采集的信息来分析和处理。从一次采集提取选择性ASL和具有不同方向编码的相位对比信息两者的信息导致显示单条选定动脉的速度、流动方向和形态的最终图像。此外,静脉系统也能够被可视化。
对颅内或其他动脉的选择性可视化是放射学应用中的重要鉴别诊断工具。尤其是在神经血管成像中,关于单条选定动脉(例如,颈动脉)的信息对于高级诊断会变得至关重要。范例包括具有狭窄动脉的患者中的颅内错流,其中,对侧部分地或完全地供应两个大脑半球。然而,一次对所有血管进行成像将不足以发现该信息。另一范例是动静脉畸形(AVM),因为对个体馈送动脉的识别对于随后的处置规划是至关重要的。不仅选定动脉的识别和流域是重要的,而且包括流动方向、湍流的识别和血液流动速度的显示的血流动力学性质也是重要的。目前的黄金标准方法(包括X射线数字减影血管造影(DSA)、计算机断层摄影血管造影(CTA)以及甚至磁共振成像(MRI))目前在通过及时方式并且在不将患者暴露于任何风险(例如,电离辐射)的情况下递送所有信息方面受限制。
在MRI中,对个体动脉的选择性可视化能够通过使用选择性空间饱和或选择性动脉自旋标记(ASL)方法应用预脉冲来实现。ASL基于减去两幅图像的原理;一个被表示为“控制”(没有血液自旋的反转),并且另一个被表示为“标记”(血液自旋的反转)。血液自旋的磁化的反转是使用在血液的入流期间被应用的专用RF脉冲来实现的。通过减去这些图像,静态组织抵消。在选择性方法中,针对非标记的动脉也是这种情况,并且仅来自标注的动脉的信号是可见的。ASL技术使得能够对血管形态和流域进行可视化。使用时间分辨的采集也能够获得关于血流动力学的信息;然而,量化受限制。这是由于这样的采集在空间和时间分辨率两者上受限制以便将测量时间保持于临床可接受持续时间的事实。
相位对比血管造影(PCA)是使得能够测量血液流动方向和速度的方法。在仅单个感兴趣动脉中的这样的参数的测量和可视化不是可能的。然而,这是重要的,因为在具有脑血管疾病的患者中,血液流动能够被改变,并且高级诊断(例如,颅内错流)在所有血管被同时可视化时受阻碍。此外,静脉流动也在PCA测量中被可视化,可能使图像质量退化并且降低动脉脉管系统的诊断置信度。
范例可以在临床可接受扫描时间内的单次采集中并且通过对所采集的数据的高级分析和处理来实现对动脉选择性信息结合重要血流动力学参数(如脑血管系统中的血液流动方向和速度)的收集。
需要通过显著延长扫描时间并且使测量易于受对象运动影响的选择性ASL和相位对比血管造影的至少两次采集。此外,动脉信号和静脉信号能够被分开,以便仅对动脉或静脉脉管系统进行可视化。
获得选择性血管造影照片的黄金标准方法是X射线数字减影血管造影(DSA)。该方法依赖于选择性地放置血管内导管通过髂(或肱)动脉和对比剂的注射。然而,由于需要放置动脉入口以及X射线和对比剂的应用,该方法是有创的。其他可用图像模态(诸如计算机断层摄影血管造影(CTA)和对比增强的MRA)妨碍动脉选择性成像,因为这些方法需要外源性对比剂的注射。在经过肺动脉并且然后从心脏喷射之后,团剂横穿到动脉(“动脉相位”)中,其中,图像采集随后被尽可能快地执行以捕获首通动脉流入并且对血流动力学性质进行可视化。在快速CE-MRA方法中,在首通对比剂已经进入脑部之后,到达动脉血液的后者与静脉出流被同时地可视化,这可能妨碍对动脉脉管系统的评价。尽管非对比增强方法提出对对比剂注射的吸引人的备选方案,但是其通常不能够被动脉选择性地执行。神经-MRA中最常使用的方法是TOF血管造影,其中,非饱和动脉血液的流入被用于形成颅内动脉的图像。然而,该方法仅允许用于脑脉管系统的形态评价的所有动脉的静态可视化,但是不能够获得关于单条动脉的信息。此外,血流动力学性质不能够被可视化或被量化。
血流动力学信息能够通过使用PCA来获得。在此,关于流动的信息通过在动脉自旋的(一个或多个)流动方向上应用相位编码梯度来收集。取决于血液流动速度,个体自旋经历相移,其能够被用于得出关于血液流动的方向和速度的结论。用于颅内动脉的采集的另一种方法基于动脉自旋标记(ASL)。ASL血管造影的基本原理是单条动脉或所有动脉的上流血液中的动脉水自旋的立即反转。在具有反转的图像(标记)和没有反转的图像(控制)的采集之后,随后的相减导致具有高SNR的血管造影照片,因为背景信号被理想地抵消。尽管能够使用ASL用于选择性和时间分辨的成像,但是关于血液流动速度或血液流动方向的详细信息是不可用的。
在一些范例中,选择性ASL和PCA信息是在单次采集中获得的,由此允许动脉选择性速度和流动成像。以下对比能够从一个ASL-PCA测量来生成:
-结构性脑部图像(未减去标记/控制采集)
-方向编码的血液流动图像(PCA相位采集)
-静态非选择性血管造影图像(PCA幅值图像)
-选定动脉的静态血管造影(未减去标记/控制采集)
-在将所生成的图像掩模应用于相位编码的图像之后的选择性相位对比血管造影照片
-每条动脉的具有速度信息的图像
-在从PCA图像中移除动脉信号之后的仅静脉图像
范例脉冲序列可以包括使用90°饱和模块(WET),以便使静态组织信号饱和。然后,ASL标记在定义的时间量(例如,1000ms)内被执行。该时间是根据血液流动速度来选取的,使得所有血管在图像采集的时间填充有先前反转的血液。这样的信息能从文献中的先前测量获得。在读出期间,(例如,梯度回波)方向性编码是使用相位编码梯度来执行的。相位编码能够在一个方向(例如,右-左、脚-头、前-后)或者多个方向上被执行。该实验被执行两次,以采集如在常规ASL方法中的整个标记和控制图像。序列结构的示意图被显示在图4和图5中。
图4被用于图示标注脉冲序列命令140。图4示出了标注脉冲序列命令140的一个TR或脉冲重复400。脉冲重复400包括任选预饱和部分402、标注反转脉冲部分404和相位对比读出406。预饱和部分402不是必要的,但是如果其被使用,其可以降低在标注的幅值图像中的信噪比和伪影。在这种情况下,标注反转脉冲部分404是用于选择性地标记小体积,而不用于平面。在图4中,选择性标记是使用选择性ASL技术来实现的。在该方法中,超选择性动脉自旋标记被使用。读出是在对所有动脉的足够填充之后被执行的。相位编码梯度在一个、两个逻辑轴中或者在所有三个逻辑中被顺序地应用。
图5示出了控制脉冲序列命令142的一个脉冲重复400的范例。图5的脉冲重复类似于图140的脉冲重复。其包括相同的预定任选预饱和部分402、控制反转脉冲部分500和相同的相位对比读出406。控制反转脉冲部分500类似于标注反转脉冲部分404,除了控制反转脉冲部分500不引起标注位置内的反转。控制反转脉冲部分500可以被选取为使得感兴趣区域内的磁化传递效应基本上相当于由标注反转脉冲部分404引起的磁化传递效应。
对该数据的后处理允许血液流动的动脉选择性功能评价。根据ASL数据,使用算术图像减法生成选择性血管造影照片。根据这些血管造影照片,生成二元掩模,其然后被应用于PCA数据集的三幅方向编码的图像。对这三幅图像的随后融合导致最终的选择性PCA图像,呈现在所有相位编码方向上的血液流动速度。在图6和图7中示出了数据分析和处理如何被执行的流程图。
图6示出了对单条动脉进行选择性地可视化并且构建针对该动脉的动脉图像152并且也同时构建静脉图像164的方法。在标注的磁共振数据144和控制磁共振数据146已经被采集之后,标注的幅值图像148和控制幅值图像150被重建。标记或标注的幅值图像150然后从控制幅值图像148中减去。这被用于计算动脉图像152。然后,通过阈值化或者使用更复杂的分割技术,来计算动脉掩模154。所述标注的磁共振数据或所述控制磁共振数据然后被用于在不同的方向上创建三幅相位图像。所示出的是第一相位图像156、第二相位图像158和第三相位图像160。所述方法可以以若干种不同的方式来形成。例如,三幅相位图像156、158和160可以首先被组合,并且然后可以应用掩模154。在该图中所示的范例中,所述掩模被独立地应用于三幅相位图像156、158、160中的每幅相位图像。图像156’是第一相位图像156的掩模版本156’。图像158’是第二相位图像158的掩模版本,并且图像160’是图像160的掩模版本。仅采取掩模区域154内的体素。表示在三个不同方向上的血液流动的这三幅掩模图像然后可以被组合成选定的相位对比动脉图像600。例如,图像600内的不同颜色或其他标记可以被用于表示不同方向内的血液流动。
图6示出了显示图像数据分析和处理如何被执行用于对右颈内动脉的可视化的流程图。根据所述幅值图像,能够获得静态选择性ASL血管造影。该图像然后被后处理(二元掩模创建),并且被应用于非选择性相位对比图像。所有相位编码的方向的组合导致最终图像。
图7图示了能够如何分析静脉系统。在该范例中,三个不同的动脉被选择性地标记。其使用标注体积122、122’和122”来标记。根据磁共振数据中的每个磁共振数据,来重建控制图像150和幅值图像148。根据每对标注的幅值图像148和控制幅值图像150,来计算动脉图像152、152’和152”。然后,根据这些动脉图像中的每幅动脉图像,创建掩模154、154’、154”。然后,这些可以全部被融合成复合动脉掩模700。如同图6,在三个不同方向上的三幅相位图像156、158、160被重建。然后,复合动脉掩模700被应用于相位图像156、158和160中的每幅图像。在这种情况下,对应相位图像156、158和160中的动脉掩模内的体素被设置为预定值,诸如零。在掩模已经被应用于图像156、158、160中的每幅图像之后,三幅图像然后被融合或被组合以形成静脉图像164。静脉图像164然后示出了在不同方向上的血液流动的绘制。例如,颜色编码系统能够被用于指示三维图像内的血液流动的方向。
图8显示了图像分析和处理如何被执行以仅对静脉系统进行可视化。根据所有选择性标记的动脉的幅值图像,能够获得静态选择性ASL血管造影图像。这些图像然后被后处理(二元掩模创建)并且被放到一个帧中,以便生成完整动脉脉管系统的掩模。随后,该掩模被应用于非选择性相位对比图像,以便区别动脉血管和静脉血管。最后,仅呈现静脉信息的个体相位编码的图像(RL、AP、FH)能够被组合成一幅图像。
能获得的图像对比:
最初,用于解剖学结构的评估的幅值图像是能容易获得。此外,通常在扫描器坐标系的所有三个逻辑轴上执行的方向相位编码的图像是能获得的。这些图像也被用于对非选择性静态血管造影图像进行可视化。
对ASL数据的后处理被执行为对控制图像和标记图像的相减,使得静态背景信号和非标记的动脉被抵消,仅留下标记的动脉的信号。这是针对每个标记的动脉来执行的。
根据这些血管造影照片,创建了二元掩模,其被应用于来自PCA数据的三幅方向编码的图像。为了生成该掩模,能够使用若干种技术。这些技术例如包括对源图像的阈值化、分割算法的使用或者通过测量的速度的区别(即,快的速度对应于动脉,而慢的速度被识别为静脉)。这三幅掩模图像的随后的融合导致最终图像,因为所有不想要的(对侧和静脉)血管信息在图像掩模的应用之后被舍弃。所述最终图像仅呈现针对个体选定动脉的速度信息和流动方向。在图6中示出了如何执行数据分析和处理的流程图。
为了采集静脉系统的图像,数据分析和处理被不同地执行。因此,需要关于所有脑动脉的信息,因为动脉的定位能够被用于间接地获得静脉的位置。出于该目的,所有动脉选择性图像必须被组合成单个掩模以显示整个动脉树。将该信息应用在相位图像上,能够仅对静脉流动进行可视化。在图7中显示了该流程图。
图像表示能够以若干种方式来执行。例如,方向性信息被呈现在单条动脉中,或者针对每个单条动脉的速度信息被示出在单幅图像上,其中,个体颜色条表示每条动脉的速度。在图8和图9中在没有颜色条的情况下示出了这些范例。
图8示出了选择性相位对比动脉图像600的范例。图8是三维图像到纸面或平面上的投影。图8示出了右颈内动脉的方向性绘制。前后方向在原始三维图像中以红色来显示。右左方向可以以蓝色来显示,并且脚头流动方向可以以绿色来显示。然而,在图8的投影中未示出颜色。
图9示出了选择性相位对比动脉图像900的另外的范例。在该范例中,显示了健康志愿者中的三条主要脑部馈送动脉的速度绘制。在图9中所示的图像是三维图像到平面上的投影。在原始三维图像中,右颈内动脉以红色来显示,左颈内动脉以绿色来显示,并且后循环以蓝色来显示。这些不同颜色的强度被缩放以示出通过每条动脉的血液的速度。然而,这未被显示在图9上。虚线被用于指示图9的哪个部分属于右颈内动脉902、左颈内动脉904和后循环906。存在两个区域902和904交叠的区域,其中,一些血液流动是由于右颈内动脉902,并且一部分血液流动是由于左颈内动脉904。图9图示了健康志愿者中的三条主要脑部供给动脉的速度绘制。右颈内动脉以红色来显示,左颈内动脉以绿色来显示,并且后循环以蓝色来显示。强度根据血液流动速度来进行缩放。
应用包括具有复杂并且扩散的流动模式的脑血管疾病,对于所述脑血管疾病,不仅关于动脉的选择性信息是重要的,而且基本血流动力学性质也是重要的。这些尤其是动静脉畸形(AVM),而且也有瘘和肿瘤供给动脉。其他应用包括可能导致卒中的狭窄动脉。
静脉疾病也能够单独通过该方法来可视化,因为能够使用预处理的动脉信息从数据中提取所述信息。在此,应用可以包括(例如,伪脑肿瘤患者中的)静脉狭窄或者静脉窦中的血栓形成。
范例不一定受限于脑脉管系统,而且也可以用于对其他动脉进行可视化。这些包括对肾动脉、冠状动脉以及外周下肢动脉的选择性可视化。
尽管已经在附图和前面的描述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认为是图示性或示范性的,而非限制性的;本发明不限于所公开的实施例。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求,在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中,“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。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管特定措施被记载在互不相同的从属权利要求中,但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上,例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质,但是也可以被以其他形式分布,例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。权利要求中的任何附图标注都不应当被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于对对象(118)进行成像的磁共振成像系统(100、200),其中,所述磁共振成像系统包括:
-存储器(136),其用于存储机器可执行指令,其中,所述存储器还包含标注脉冲序列命令(140)和控制脉冲序列命令(142),其中,所述标注脉冲序列命令包括用于对所述对象内的标注位置(122、122’)进行自旋标记的标注反转脉冲部分(404),其中,所述标注脉冲序列命令包括相位对比读出部分(406),其中,所述相位对比读出部分包括在至少一个方向上的被配置为对血液流动速度和方向进行可视化的相位对比编码,其中,所述控制脉冲序列命令包括控制反转脉冲部分(500),其中,所述控制脉冲序列命令包括所述相位对比读出部分(406);以及
-处理器(130),其用于控制所述磁共振成像系统,其中,所述机器可执行指令的执行使所述处理器:
-通过利用所述标注脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集(300)标注的磁共振数据(144);
-通过利用所述控制脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集(302)控制磁共振数据(146);
-使用所述标注的磁共振数据来重建(304)标注的幅值图像(148);
-使用所述控制磁共振数据来重建(306)控制幅值图像(150);
-通过减去所述控制幅值图像和所述标注的幅值图像来构建(308)动脉图像(152);并且
-至少部分地使用在所述至少一个方向上的相位编码使用所述标注的磁共振数据和/或所述控制磁共振数据来重建(312)相位图像(156、158、160),其中,所述相位图像被配置为被用于检测血液流动。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统,其中,所述机器可执行指令的执行使所述处理器通过识别所述动脉图像中的动脉来使用所述动脉图像构建(310)动脉掩模(154)。
3.根据权利要求2所述的磁共振成像系统,其中,所述动脉掩模是根据以下中的任一项使用所述动脉图像来创建的:
-通过使用预定阈值对所述动脉图像进行阈值化,其中,所述动脉图像的在所述预定阈值之上的部分被识别为是动脉区域;
-通过对所述动脉图像进行分割;
-通过将解剖学图集应用于所述动脉图像;
-通过将可变形形状模型适配到所述动脉图像;以及
-通过其组合。
4.根据权利要求2或3所述的磁共振成像系统,其中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器至少部分地通过将所述相位图像的在所述动脉掩模外部的像素设置为预定背景值来构建(316)选择性相位对比动脉图像(162、162’、600)。
5.根据权利要求2、3或4所述的磁共振成像系统,其中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器至少部分地通过将静脉图像内的在所述动脉掩模内的像素设置为所述预定背景值来构建所述静脉图像。
6.根据权利要求5所述的磁共振成像系统,其中,所述机器可执行指令的执行使所述处理器通过将所述动脉图像与所述静脉图像组合成复合图像来计算复合图像(166)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统,其中,所述标注脉冲序列命令包括在所述标注反转脉冲部分之前的预饱和部分(402),并且其中,所述控制脉冲序列命令包括在所述控制反转脉冲部分之前的所述预饱和部分。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统,其中,所述标注位置是针对单条动脉选择性的。
9.根据权利要求8所述的磁共振成像系统,其中,所述机器可执行指令的执行使所述处理器针对预定数量的标注体积重复采集所述标注的磁共振数据和所述控制磁共振数据,并且其中,所述机器可执行指令的执行使所述处理器计算针对所述预定数量的标注体积中的每个标注体积的所述动脉图像。
10.根据权利要求1至7中的任一项所述的磁共振成像系统,其中,所述标注位置是非选择性的。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统,其中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器接收所述标注位置。
12.根据权利要求11所述的磁共振成像系统,其中,所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过对初步医学图像进行分割来接收所述标注位置。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统,其中,由所述磁共振成像系统对所述标注反转脉冲部分的执行引起所述标注的幅值图像中的标注磁化传递效应,并且其中,由所述磁共振成像系统对所述控制反转脉冲部分的执行引起所述控制幅值图像中的控制磁化传递效应,并且其中,所述标注磁化传递效应通过所述控制磁化传递效应从所述动脉图像中减去。
14.一种计算机程序产品,包括用于由处理器(130)执行的机器可执行指令(170),所述处理器控制用于对对象(118)进行成像的磁共振成像系统(100、200),其中,所述机器可执行指令的执行使所述处理器:
-通过利用标注脉冲序列命令(140)控制所述磁共振成像系统来采集(300)标注的磁共振数据(144),其中,所述标注脉冲序列命令包括用于对所述对象内的标注位置(122、122’)进行自旋标记的标注反转脉冲部分(404),其中,所述标注脉冲序列命令包括相位对比读出部分(406),其中,所述相位对比读出部分包括在至少一个方向上的被配置为对血液流动速度和方向进行可视化的相位对比编码;
-通过利用控制脉冲序列命令(142)控制所述磁共振成像系统来采集(302)控制磁共振数据(146),其中,所述控制脉冲序列命令包括控制反转脉冲部分(500),其中,所述控制脉冲序列命令包括所述相位对比读出部分;
-使用所述标注的磁共振数据来重建(304)标注的幅值图像(144);
-使用所述控制磁共振数据来重建(306)控制幅值图像(146);
-通过减去所述控制幅值图像和所述标注的幅值图像来构建(308)动脉图像(152);并且
-至少部分地使用在所述至少一个方向上的相位编码使用所述标注的磁共振数据和/或所述控制磁共振数据来重建(312)相位图像(156、158、160),其中,所述相位图像被配置为被用于检测血液流动。
15.一种操作用于对对象(118)进行成像的磁共振成像系统(100、200)的方法,其中,所述方法包括:
-通过利用标注脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集(300)标注的磁共振数据(144),其中,所述标注脉冲序列命令包括用于对所述对象内的标注位置(122、122’)进行自旋标记的标注反转脉冲部分(404),其中,所述标注脉冲序列命令包括相位对比读出部分(406),其中,所述相位对比读出部分包括在至少一个方向上的被配置为对血液流动速度和方向进行可视化的相位对比编码;
-通过利用控制脉冲序列命令控制所述磁共振成像系统来采集(302)控制磁共振数据,其中,所述控制脉冲序列命令包括控制反转脉冲部分(500),其中,所述控制脉冲序列命令包括所述相位对比读出部分;
-使用所述标注的磁共振数据来重建(304)标注的幅值图像(148);
-使用所述控制磁共振数据来重建(306)控制幅值图像(150);
-通过减去所述控制幅值图像和所述标注的幅值图像来构建(308)动脉图像(152);并且
-使用所述标注的磁共振数据和/或所述控制磁共振数据来重建(312)相位图像(156、158、160),其中,所述相位图像是至少部分地使用在所述至少一个方向上的相位编码来重建的,其中,所述相位图像被配置为被用于检测血液流动。
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