CN109901087A - 用于提高磁共振成像中的信噪比的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提高磁共振成像中的信噪比的方法。公开了一种使用磁共振成像对受试者进行成像的成像装置和成像方法，其中，所述成像装置使用信号和噪声的不同时间特性来区分噪声信号，从而提高了整体的信噪比。

Description

用于提高磁共振成像中的信噪比的方法

交叉引用以及优先权声明

本专利申请要求2017年11月10日递交的名称为“METHOD FOR IMPROVING SIGNAL-TO-NOISE RATIO IN MAGNETIC RESONANCE IMAGING”的美国临时专利申请No.62/584,469的优先权，上述美国临时专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

公开的实施方式提供了用于生物的磁共振成像(MRI)或无生命物体的检查的方法和装置。

背景技术

在传统的MRI扫描仪中，图像中信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)的最大化对于在图像用于诊断疾病时取得高精度是至关重要的。传统的MRI系统试图通过长时间收集图像来最大化SNR。这种传统上可接受的长采集时间通过增加计数统计有效地降低了噪声。然而，这种传统的解决方案还会导致长时间的MRI会话，这增加了MRI检查的人工成本，并降低了使用实时MRI对临床程序指导的能力，该临床程序需要在一段时间内传送精确的图像，使得能够依赖于位于这些图像中显示的位置的物体，这种依赖随着时间而减少。

发明内容

所公开的实施方式提供了一种新的成像装置和成像方法，以使用MRI对受试者进行成像，其中，所述成像装置使用信号和噪声的不同时间特性来区分噪声信号，从而提高了整体的SNR。

附图说明

特别地参考附图进行详细的描述，其中：

图1为从k空间的单个位置获得的在时间上的典型MRI信号以及趋势线的示例。

图2示出了可以获得的用于实现所述方法的步骤。

具体实施方式

众所周知，在MRI的视场中从感兴趣的物体发出的MRI信号将会具有随时间常数的整体衰减，所述时间常数是物体中材料的特征。该特性由著名的布洛赫方程(Blochequation)描述。

例如，如果物体是水，则衰减常数可以是几秒的量级，并且整个衰减曲线的形状在时间上是指数的。有时，额外的因素(例如，非均匀磁场)可以进一步延长或缩短衰减时间，但是通常来自特定位置的MRI信号衰减曲线的形状仍然在时间上呈指数衰减。噪声可以来自本地的广播电台、或来自身体辐射、或来自许多其它来源。一般情况下，噪声在时间上不一定是指数的。

因此，公开的实施方式，使用信号和噪声的不同时间特性来区分噪声信号，从而提高整体的SNR。

作为本发明实施方式的示例，图1示出了从MRI的视场中的物体获得的在时间上的射频(RF)信号幅度的一组MRI测量值。两种代表性测量数据点分别被标记为40-60(实心圆圈)和70-80(空心圆圈)。

如图1所示，横轴是时间，且纵轴是信号的绝对幅度。所述测量值是在k空间中的特定位置从MRI的视场中的物体获得的。通过k空间，可以理解，x值轴(x-value-axis)表示在RF激励之后RF信号在时间上的演变。Y值轴表示在给定数量的相位编码步骤之后同样在时间上演变。因此，k空间中的x值的集合可以被认为是频率方向，并且k空间中的y值的集合可以被认为是相位方向，在某种意义上，这通常被理解为MRI中的k空间表示。在传统的MRI系统中，许多值(如果不是全部的话)40和50将用于使用傅里叶变换重建图像。

图1中还示出了趋势线10，该趋势线10是在k空间的特定位置处的测量值的指数拟合。在绘制趋势线时，使用拟合例程，该拟合例程在衰减常数处的初始猜测值可以已经由拟合到整个k空间阵列的整体幅度的指数曲线确定。上边界20和下边界30分别是趋势线10的某个倍数的曲线。

可以由用户选择或者可以自动设置这些边界限制以便区分噪声。这种区分的理由(justification)是边界之外的点不遵循指数曲线并且因此可能表示噪声。

如图1中所示出的，点70在上边界之上，点80在下边界之下，而点40-60在上边界和下边界之间。

根据公开的实施方式，从重建的下一步骤中移除点70和点80(以及曲线边界之外的其它点)。因此，之后仅使用剩余的测量点来重建图像。

图2示出了上述识别过程的示例，该过程包括各种操作以提供重建图像。更具体地，所述操作从200开始并且控制进行到205，在205处，从MRI系统提供的整个图像数据或者图像数据的部分收集用于来自感兴趣物体的MRI信号的衰减的衰减常数的第一近似值。然后控制进行到210，在210处，使用该衰减常数来帮助将衰减曲线拟合到来自k空间的单个位置的测量值。然后控制进行到215，在215处，不符合衰减曲线的测量值作为噪声被拒绝。然后控制进行到220，在220处，仅使用剩余的测量值来重建整个物体的图像。然后控制进行到225，在225处，将重建的图像数据输出到显示器、存储器或其它设备以供后续处理使用。

应当理解，在感兴趣对象中的位置处的不同成分可能具有不同的衰减时间。因此，可能难以将来自整个图像的信号幅度拟合到单个衰减常数。一种解决方案是将时间依赖性的值拟合到具有多个衰减常数的曲线。另一种解决方案是评估图像的多个部分(例如，在各个方向上为一毫米的立体像素)，这些部分非常小以至于它们主要是由一种材料构成。这样，一种材料的衰减常数将主导衰减曲线并使得能够拟合。

应当理解，术语“趋势线”意味着拟合例程，该拟合例程可以在计算上实现得缓慢，但是可以快速地实现到曲线的拟合的相同要求(例如，使用最小二乘算法)。

尽管已经用脉冲序列的单个代表性k空间公式示出了所公开的实施方式，但是应当理解，相同的发明构思可以应用于不同类型的脉冲序列。最广泛地，所公开的创新应用了收集到的MRI测量值类型的先验知识，以便区分噪声(该噪声不遵循这种特征行为)。

在示出的示例中，使用指数衰减来对MRI测量值进行建模。然而，其它MRI数据集合在时间上可以具有不同的行为，这些行为可以用于应用于边界以包含作为信号的一些测量点并且排除作为噪声的一些测量点。

如果时间序列中的值与衰减指数或指数不对应，则这些值可以作为噪声被拒绝(并且不是来自被检查的实际对象)。应当理解，不同类型(并且具有不同的衰减时间)的化学物质可以驻留在单个像素中。然而，本发明假定对于足够小的像素，可以存在一些(例如，小于五种，又例如，为一种)化学物种中的大部分，使得衰减曲线将由这些物种的衰减特征来主导。

应当理解，术语“信噪比”是图像质量的多种可行的描述符中的一种。出于本发明的目的，可以使用其它描述符(例如，对比噪声比)来测量图像改善。

出于本说明书的目的，术语“受试者”应理解为患有或不患有疾病的人或其它动物。

应当理解，根据所公开的方法用于分析上面描述的MRI图像数据的装置可以与其它部件结合使用，例如，可以与用于产生磁场和/或电磁场的计算机和/或电源和/或线圈结合使用，以便获得有意义图像的预期结果。应当理解，图像可以使用质子磁共振成像的原理、或其它粒子(例如，电子或钠原子)的磁共振成像的原理或其它成像原理(例如磁性粒子成像、或阻抗成像)。

还应当理解，所述装置可以通过使用由MRI产生的磁场来操纵可磁化的材料而用于传输治疗。应当理解，可以在一个时刻执行这种操纵，并且在另一时刻进行成像，以便引导所述操纵。

出于所公开的实施方式的目的，术语“成像”包括利用部件使用磁共振或磁性粒子成像来形成图像的成像技术。应当理解，这种部件包括使一个或多个待成像结构中的质子或其它原子核或电子极化的线圈或磁体(或电永磁体)，其中，梯度线圈和/或射频线圈形成图像。因此，尽管本文没有详细示出，但应该理解的是，所公开的实施方式可以与支撑结构结合使用，该支撑结构可以保持成像系统并且可以包含操作或移动所述成像系统所需的其它部件，例如，轮子和/或电池。

此外，应当理解的是，尽管未示出相关的显示系统，但应理解为显示系统存在以便查看由所述成像系统产生的图像。

此外，应当理解的是，因为在单侧的MRI中可能难以在待成像的整个结构上获得非常好的均匀性，所以所公开的实施方式可以一次为一个或多个结构的片段成像一个或多个结构。应当理解，取决于在图像采集时应用的梯度，待成像的一个或多个结构的某些部分(例如，胸部组织)的空间分辨率可以与其它部分不同，这可以用于更好的表征组织的某些区域。

应当理解，本文阐述的操作可以与运行软件算法的一个或多个通用计算机结合或在其控制下实现，以提供当前公开的功能并将这些计算机转换成专用计算机。

此外，考虑到上述教导，本领域技术人员将认识到，上述示例性实施方式可以基于由合适的计算机程序编程的一个或多个编程处理器的使用。然而，可以使用硬件部件等同物(诸如专用硬件和/或专用的处理器)来实现公开的实施方式。类似地，通用计算机、基于微处理器的计算机、微控制器、光学计算机、模拟计算机、专用处理器、应用程序专用电路和/或专用硬连线逻辑可以用于构建可替选的等同实施方式。

此外，应当理解，可以使用可以存储在有形的非暂时性存储设备(诸如存储指令的非暂时性计算机可读存储设备)中的软件指令来提供上述部件的控制和协作，当所述软件指令在一个或多个编程处理器上执行时，该软件指令执行上面描述的方法操作和产生的功能。在这种情况下，术语“非暂时性”旨在排除发送的信号和传播波，但不排除可擦除或依赖于电源以保留信息的存储设备。

考虑到上述教导，本领域技术人员将理解，用于实现上述特定实施方式的程序操作和进程以及相关数据可以使用磁盘存储器以及其它形式的存储设备来实现，其它形式的存储设备包括但不限于非暂时性存储介质(其中非暂时性旨在仅用于排除传播信号而不排除暂时性信号，因为暂时性信号是通过移除电源或明确的擦除动作来擦除的)，所述非暂时性存储介质诸如例如只读存储器(ROM)设备、随机存取存储器(RAM)设备、网络存储设备、光存储元件、磁存储元件、磁光存储元件、闪存、磁心存储器和/或其它等同的不脱离特定实施方式的易失性和非易失性存储技术。这样的替选存储设备应被视为等同设备。

尽管已经描述了特定的示例性实施方式，但是显然根据上面的描述，很多替选、修改、置换和变化对于本领域技术人员而言将变得显而易见。因此，如上所述的各种实施方式旨在是示例性的而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。

Claims (10)

1.一种用于对至少一个感兴趣的物体进行磁共振成像的装置，所述装置包括：

磁共振成像系统，所述磁共振成像系统用于执行成像处理以对所述至少一个感兴趣的物体进行成像，所述磁共振成像系统包括至少一个连接到处理器的电源，所述处理器控制所述磁共振成像系统的操作，以生成至少一个磁场梯度并且生成无线电波以施加到所述至少一个感兴趣的物体，从而引发来自包含在所述至少一个感兴趣的物体中的原子和分子的电磁响应，

其中，所述磁共振成像系统包括至少一个检测所述电磁响应的检测器，并且所述处理器基于检测到的所述电磁响应生成所述至少一个感兴趣的物体的图像，其中，所述处理器基于不具有磁共振信号特征的时间依赖性行为来应用排除噪声的限制。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，选择的立体像素的尺寸足够小，使得一种化学物种的衰减特征占主导。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述不具有磁共振信号特征的时间依赖性行为是小于五种化学物种的指数衰减。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置使用信号和噪声的不同时间特性来区分噪声信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器还执行重建以生成所述至少一个感兴趣的物体的图像，并且其中，在所述处理器执行重建之前执行噪声的排除。

6.一种用于对至少一个感兴趣的物体进行磁共振成像的方法，所述方法包括：

使用磁共振成像系统执行成像处理以对所述至少一个感兴趣的物体进行成像，其中，所述磁共振成像系统包括至少一个连接到处理器的电源，所述处理器控制所述磁共振成像系统的操作，以生成至少一个磁场梯度并且生成无线电波以施加到所述至少一个感兴趣的物体，从而引发来自包含在所述至少一个感兴趣的物体中的原子和分子的电磁响应，其中，所述磁共振成像系统包括至少一个检测所述电磁响应的检测器，

其中，所述处理器基于检测到的所述电磁响应生成所述至少一个感兴趣的物体的图像，其中，所述处理器基于不具有磁共振信号特征的时间依赖性行为来应用排除噪声的限制。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，选择的立体像素的尺寸足够小，使得一种化学物种的衰减特征占主导。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述不具有磁共振信号特征的时间依赖性行为是小于五种化学物种的指数衰减。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，使用信号和噪声的不同时间特性来区分噪声信号。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述处理器还执行重建以生成所述至少一个感兴趣的物体的图像，并且其中，在所述处理器执行重建之前执行噪声的排除。