CN111190131A

CN111190131A - 用于磁共振图像重建的方法和磁共振系统

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Publication number: CN111190131A
Application number: CN201911112585.5A
Authority: CN
Inventors: T.本克特; M.D.尼克尔
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2039-11-14
Also published as: US10789740B2; US20200151919A1; CN111190131B; DE102018219457B3

Abstract

本发明涉及一种用于磁共振图像重建的方法和磁共振系统。在用于MR图像重建的方法中，记录低分辨率的预扫描MR数据组，将预扫描MR数据组调整为同样要记录的更高分辨率的扫描MR数据组的设置的构造，借助几何线圈压缩产生压缩的预扫描MR数据组，记录扫描MR数据组，借助几何线圈压缩产生压缩的扫描MR数据组，然后借助压缩的预扫描MR数据组对压缩的扫描MR数据组进行校正。MR系统(1)具有：MR线圈装置(2)，其被配置为，在要检查的对象的位置处产生静磁场和高频磁场，并且检测从对象输出的响应信号；以及数据处理设备(3)，其被配置为处理根据响应信号产生的对象的数据，其中，数据处理设备被构造为用于执行所述方法。

Description

用于磁共振图像重建的方法和磁共振系统

技术领域

本发明涉及一种用于磁共振(MR)图像重建的方法，在所述方法中，记录低分辨率的预扫描MR数据组，并且将其调整为同样要记录的更高分辨率的扫描MR数据组的设置的构造，记录扫描MR数据组，借助几何线圈压缩产生压缩的扫描MR数据组，然后借助预扫描MR数据组对压缩的扫描MR数据组进行校正。本发明还涉及一种磁共振系统，所述磁共振系统被配置为用于执行所述方法。

背景技术

在现代的磁共振断层成像(MRI或者MR)设备中，通过静磁场与高频磁场的组合激励要检查的对象，并且利用大量的N_cr个不同的接收线圈，记录作为对激励的反应而从对象输出的信号。一般单独针对这些接收线圈中的每一个，执行在磁共振断层成像的过程中执行的图像重建，并且在最后的步骤中，将根据各个MR数据组计算的图像合成为最终的图像。针对每个接收线圈的单独重建可能导致长的重建时间，这在临床实践中，特别是在使用费时的重建技术(例如所谓的“Compressed Sensing(压缩感测)”)的情况下，可能是有问题的。

为了解决这个问题，过去开发了用于将在结构上存在的N_cr个实际线圈组合或者“压缩”为数量N_cc个所谓的虚拟线圈的设计，其中，适用N_cc<N_cr。

通过所谓的“几何线圈压缩”来实现在图像质量保持不变的情况下显著提高的压缩，其例如在Zhang等,Magn Reson Med,2013,69:571-582,US2013/044960 A1和US 2016/306019 A1中进行了描述。在此，首先，沿着预先给定的完全扫描维度(例如如在US 2016/306019 A1中所描述的，沿着层方向)，将三维的测量空间体积解耦为多个二维体积、尤其是层和/或平面。可以单独对这些二维体积进行压缩。通过这种在空间上分辨的方法，可以实现明显更高的压缩率，这例如在US 2013/044960 A1的图3中示出。

在执行高分辨率的测量过程或者“扫描”之前，经常还执行所谓的“预扫描”，在预扫描中，记录低分辨率的“预扫描”MR数据组。在预扫描期间，执行不同的校准和/或校正，以根据特定的协议获得改善的记录。预扫描的一般步骤例如包括所谓的“Quick Shimming(快速匀场)”、调谐和调整线圈、调整中心频率、调整发射器和接收器侧的信号衰减和放大等。此外，一般还借助预扫描来针对通常的自适应组合(“adaptive-combine”)的线圈组合执行相位校正。

几何线圈压缩中的至今未解决的问题是由于压缩MR数据组而形成的强度变化以及相位奇点，强度变化以及相位奇点可能在由此重建的图像中导致抹消伪影

发明内容

本发明要解决的技术问题是，至少部分地克服现有技术的缺点，并且尤其是提供一种在磁共振断层成像领域用于抑制、特别是消除几何线圈压缩中的强度变化和/或相位奇点的可能性。

根据本发明的特征来解决上述技术问题。有利的实施方式是下面的描述和附图的内容。

上述技术问题通过用于MR图像重建的方法来解决，在所述方法中，

-在低分辨率下记录MR数据组(下面，在不限制一般性的情况下，将其称为“预扫描MR数据组”)，

-将预扫描MR数据组调整为同样要记录的更高分辨率的MR数据组(下面，在不限制一般性的情况下，将其称为“扫描MR数据组”)的设置的构造，

-借助几何线圈压缩，优选根据调整后的预扫描MR数据组，产生压缩的预扫描MR数据组，

-记录扫描MR数据组，

-借助几何线圈压缩，优选根据所记录的扫描MR数据组，产生或者记录压缩的扫描MR数据组，然后

-借助或者基于压缩的预扫描MR数据组，对压缩的扫描MR数据组进行校正。

这种方法产生以下优点：通过借助压缩的预扫描MR数据组，对压缩的扫描MR数据组进行校正，可以减少或者甚至完全避免压缩的扫描MR数据组中的强度变化和/或相位奇点。在此，利用以下知识：这种强度变化和/或相位奇点迄今为止至少部分是因为根据未压缩的预扫描MR数据组对压缩的扫描MR数据组进行校正而出现的。

一般来说，MR数据组具有在空间上分布的多个数据点，下面也将其称为“像素”。像素特别是可以与均匀分布的模式(Muster)相关联，该模式具有空间坐标(x，y，z)，并且特别是在这些坐标中的每一个处具有复数值。如果使用N_cr>1个真实存在的接收线圈来进行数据记录，则以笛卡尔坐标描述的未压缩的MR数据组(“多通道MR数据组”)具有N_x·N_y·N_z·N_cr个像素的像素量，其中，对于真实存在的或者检测使用的线圈中的相应的一个，N_x是x方向上的像素的数量，N_y是y方向上的像素的数量，并且N_z是z方向上的像素的数量，由此表示图像分辨率。因此，MR数据组对应于相同的空间上三维的测量空间体积的N_cr个子数据组的叠加，但是这些子数据组与不同的真实存在的线圈相关联。换言之，一个空间像素与具有N_cr个单值的值组相关联。每个像素是复数值的像素。

在此，多通道MR数据组的像素在全局相位的选择中具有随意性，所有单通道MR数据组都与该全局相位相乘。预扫描MR数据组包含使得能够确定该全局相位、更确切地说使得也能够用于扫描MR数据组的信息。例如，作为接收线圈，不仅可以使用至少一个身体线圈，而且可以使用至少一个表面线圈，其中，仅根据身体线圈对全局相位进行校正。特别是，至少一个表面线圈可以用于稍后的图像重建，而不在成像测量中使用至少一个身体线圈。

也就是说，MR数据组或者其像素原则上不仅可以包括成像本身所需要的信息，而且还可以包括相位信息。特别是，这也可以表述为，MR数据组具有MR图像和附加的相位信息。在此，在一个扩展方案中，预扫描MR数据组也可以仅针对每个像素包括相应的相位信息。

在此，在一个扩展方案中，MR数据组也可以针对每个像素包括相应的线圈灵敏度，尤其是经过相位校正的线圈灵敏度。在最简单的情况下，线圈在特定位置处或者一个像素处的线圈灵敏度，简单地对应于该位置或者该像素处的所有线圈的信号上的该线圈的相对的部分(例如根据l²标准)。

预扫描MR数据组具有低分辨率特别是包括：在至少一个空间维度上，与要校正的扫描MR数据组相比，每个长度单位或者像素密度，具有更低的分辨率或者更小数量的像素。也就是说，这里，分辨率特别是可以理解为像素密度。在此，有利的是，每个维度上的预扫描MR数据组和扫描MR数据组的分辨率，对应于2的幂，特别是对于每个检测器线圈。

一个扩展方案是，未压缩的预扫描MR数据组具有

Nps_x x Nps_y x NpS_z x N_cr

个像素的像素量或者数据组，其中，对于真实存在的或者检测使用的线圈中的相应的一个，Nps_x表示x方向上的像素的数量，Nps_y表示y方向上的像素的数量，Nps_z表示z方向上的像素的数量，并且N_cr对应于真实存在的线圈的数量。因此，预扫描MR数据组特别是对应于相同的空间上三维的测量空间体积、但是与不同的真实存在的线圈相关联的N_cr个子数据组的叠加。换言之，一个空间像素与具有N_cr个单值的值组相关联。因此，未压缩的预扫描MR数据组具有Nps_x·Nps_y·Nps_z·Nc_r个像素。每个像素是复数值像素。

扫描MR数据组是“同样”要记录的数据组特别是包括：扫描MR数据组和预扫描MR数据组在共同的MR测量流程或者MR测量程序期间，特别是在相同的边界条件、例如相同的测量设置等下运行。在所述方法期间，特别是设置为，自动在共同的程序流程的过程中产生预扫描MR数据组和扫描MR数据组。

在一个扩展方案中，扫描MR数据组是“同样”要记录的数据组可以包括：在时间上在扫描MR数据组之前，记录预扫描MR数据组。在另一个扩展方案中，扫描MR数据组是“同样”要记录的数据组可以包括：在记录扫描MR数据组期间，记录预扫描MR数据组(所谓的“集成预扫描”或者“集成参考扫描”)。也就是说，可以在共同的测量期间产生扫描MR数据组和预扫描MR数据组。在一个变形方案中，可以在测量期间同时利用至少一个身体线圈进行测量。

可以借助原则上已知的方法，由经过压缩和校正的扫描MR数据组重建MR图像。

一个设计方案是，预扫描MR数据组由多个层或者一组(Schar)Nps_z个在空间上平行的平面组成。平行的平面的数量也可以称为N_par。扫描MR数据组同样可以由多个层或者一组Ns_z个平行的平面组成，其中，平面的数量可以不同或者相同。

一个设计方案是，将预扫描MR数据组调整为扫描MR数据组的设置的构造的步骤包括：将预扫描MR数据组的像素密度调整为扫描MR数据组的像素密度(其也可以称为获取的图像分辨率)。这也可以表述为，对于相同的绝对图像大小，根据下式，使原始的预扫描MR数据组的像素密度与扫描MR数据组的像素密度相适应：

Nps_x x Nps_y x Nps_z x N_cr→Ns_x x Ns_y x Ns_z x N_cr，

其中，Ns_x是在获取的图像分辨率下x方向上的像素的数量，Ns_y是在获取的图像分辨率下y方向上的像素的数量，并且Ns_z是在获取的图像分辨率下z方向上的像素的数量。特别是，可以适用Ns_x>Nps_x和/或Ns_y>Nps_y和/或Ns_z>Nps_z。为了实现这种设计方案，例如可以对应地对预扫描MR数据组进行插值。

一个设计方案是，将预扫描MR数据组调整为三维的扫描MR数据组的设置的构造的步骤包括：将预扫描MR数据组修剪为与同样要记录的扫描MR数据组相同的、特别是在空间上三维的图像片段(“Field-of-View(视场)”，FOV)。由此避免由于不同的图像片段引起的伪影。

因此，预扫描MR数据组在分辨率和空间范围(Ausdehnung)方面对应于扫描MR数据组。这产生如下优点：可以特别容易地逐像素地进行扫描MR数据组与预扫描MR数据组的关联，特别是利用预扫描MR数据组对扫描MR数据组进行校正。

然而，利用调整为获取的像素密度并且进行了修剪的预扫描MR数据组对扫描MR数据组的校正，根据压缩的数据组来进行，从而其首先也经过了相同的几何线圈压缩。这可以特别容易地实现，因为预扫描MR数据组在分辨率和空间范围方面对应于扫描MR数据组。

在预扫描MR数据组的几何线圈压缩中，根据下式，对调整为获取的像素密度并且进行了修剪的预扫描MR数据组的数据组进行转换：

Nps_x x Nps_y x Nps_z x N_er→Nps_x x Nps_y x Nps_z x N_cc，

其中，像素的数量Nps_x、Nps_y和Nps_z现在涉及调整为获取的像素密度并且进行了修剪的预扫描MR数据组，N_cc是得到的压缩的线圈的数量，并且适用N_cc<N_cr。

扫描MR数据组的几何线圈压缩与预扫描MR数据组的几何线圈压缩类似地进行。

一个设计方案是，借助压缩的预扫描MR数据组，对压缩的扫描MR数据组进行相位校正。这特别是可以被执行，使得根据下式，逐像素地对压缩的扫描MR数据组进行相位校正：

V_{sc_korr_ph，i}＝V_sc，i·e^-iα，

其中，V_{sc_korr_ph,i}对应于压缩的扫描MR数据组的校正后的第i个像素，V_sc,i对应于未校正的压缩的扫描MR数据组的相应的第i个像素，并且α对应于压缩的预扫描MR数据组的相应的第i个像素的相位角。第i个像素具有坐标{x,y,z,N_cc}。

一个设计方案是，根据(几何线圈压缩之前或者之后的)扫描MR数据组，确定与像素有关的线圈灵敏度，并且借助相应的(尚未压缩或者压缩的)预扫描MR数据组，对这些线圈灵敏度进行相位校正。因此，使得能够进行特别有效的图像校正。特别是，与上面所描述的类似，可以将扫描MR数据组的与像素有关的线圈灵敏度，逐像素地乘以因数exp(-i·α)。

一个设计方案是，借助压缩的预扫描MR数据组，对压缩的扫描MR数据组进行强度校正。这特别是可以被执行，使得根据下式，逐像素地对压缩的扫描MR数据组进行强度校正：

V_{sc_korr_int，i}＝V_sc，i/B，

其中，V_{sc_korr_int,i}对应于压缩的扫描MR数据组的经强度校正的第i个像素，V_sc,i对应于未校正的压缩的扫描MR数据组的相应的第i个像素，并且B对应于强度因数，在一个扩展方案中，强度因数可以根据下式来计算：

其中，V_psc,i对应于压缩的预扫描MR数据组的第i个像素，并且其中，还关于压缩的线圈的数量N_cc求和。

一个替换的扩展方案是，根据l²标准，作为下式来计算强度因数：

上述技术问题还通过如下磁共振系统来解决，该磁共振系统至少具有：MR线圈装置，该MR线圈装置被配置为，在要检查的对象的位置处产生静磁场和高频磁场，并且检测从对象输出的响应信号；以及数据处理设备，其被配置为，处理根据响应信号产生的对象的数据，其中，数据处理设备用于执行上面描述的方法。磁共振系统可以与所述方法类似地构造，并且具有相同的优点。

接收线圈可以包括固定地安装在设备中的接收线圈、身体线圈等。

数据处理设备可以是专用的、特别是特定于设备的数据处理设备。数据处理设备可以在服务器、特别是网络服务器上和/或作为所谓的基于云的应用来运行。

附图说明

上面描述的本发明的特性、特征和优点以及其实现方式，结合下面结合附图详细说明的对实施例的示意性描述，将变得更清楚并且更容易理解。

图1示出了被配置为用于执行图2中的方法的系统，以及

图2示出了根据本发明的方法的可能的流程图。

具体实施方式

图1示出了具有线圈装置2的MR系统1。线圈装置2被配置为，在要检查的对象O的位置处产生静磁场和高频磁场，并且检测从对象O输出的响应信号。特别是，线圈装置2可以具有N_cr个检测器线圈2a。

MR系统1还具有数据处理设备3，数据处理设备3被配置为，处理根据响应信号产生的对象O的数据，特别是重建三维MR图像。数据处理设备3还可以被配置为，根据用户期望对MR图像进行预处理(例如用于显示特定的截面等)，并且例如还在显示器4上进行显示。这种MR系统1原则上上是公知的，因此在此不再更详细地说明。

图2示出了根据本发明的用于MR图像重建的方法的可能的流程图。

在步骤S1中，例如借助MR系统1，记录空间上三维的预扫描MR数据组，预扫描MR数据组例如具有Nps_x x Nps_y x Nps_z x N_cr＝64x 64x 64x N_cr个像素，或者每长度单位(例如cm)具有Nps_x x Nps_y x Nps_z x N_cr＝64x 64x64x N_cr个像素，其中，预扫描MR数据组特别是可以由N_par＝N_cr＝64个平行的平面组成。

在步骤S2中，根据要校正的扫描MR数据组的获取的像素密度或者分辨率，对预扫描MR数据组的像素密度进行插值，其中，获取的像素密度相应地优选可以处于每长度单位128和512个像素之间(即，比原始记录的预扫描MR数据组的像素密度高2至8倍)，但是不局限于此。

在步骤S3中，将先前进行了插值的预扫描MR数据组，裁剪为要校正的扫描MR数据组的可视片段(Sichtausschnitt)。

在步骤S4中，借助几何线圈压缩，根据先前进行了插值和裁剪的预扫描MR数据组，产生压缩的预扫描MR数据组，由此线圈的数量从N_cr减少为N_cc，其中，N_cc<N_cr，并且压缩的预扫描MR数据组因此具有比相应的未压缩的预扫描MR数据组以N_cc/N_cr少的像素。

在步骤S5中，借助MR系统1(特别是在与针对预扫描MR数据组相同的边界条件下)记录扫描MR数据组，扫描MR数据组具有与经过插值和裁剪的预扫描MR数据组相同的相对像素密度(获取的像素密度或者图像分辨率)和相同的可视片段。

在步骤S6中，像在预扫描MR数据组中一样，借助类似的几何线圈压缩，将扫描MR数据组转换为压缩的扫描MR数据组。

在步骤S7中，根据下式，借助压缩的预扫描MR数据组，逐像素地对压缩的扫描MR数据组进行相位校正：

V_{sc_korr_ph，i}＝V_sc，i·e^-iα，

其中，V_{sc_korr_ph,i}对应于压缩的扫描MR数据组的校正后的第i个像素，V_sc,i对应于未校正的压缩的扫描MR数据组的相应的第i个像素，并且α对应于压缩的预扫描MR数据组的相应的第i个像素的相位角。在此，利用像素是复数像素。

在步骤S8中，根据下式，借助压缩的预扫描MR数据组，逐像素地对经过相位校正的扫描MR数据组进行强度校正：

V_{sc_korr_int，i}＝V_{sc-korr_ph，i}/B，

其中，V_{sc_korr_int,i}对应于压缩的扫描MR数据组的经过强度校正的、先前经过相位校正的第i个像素，并且B对应于强度因数，强度因数根据下式来计算：

其中，还关于所有压缩的线圈N_cc对V_psc,i求和。

然后，可以使用经过校正的压缩的扫描MR数据组，作为在显示器4上进行显示的基础。

可以针对每一个MR扫描执行上面的步骤，也就是说，可以在每一个扫描之前执行预扫描，或者在每一个扫描期间执行预扫描。

可以在任意方向上应用几何线圈压缩，在笛卡尔测量的情况下，特别是也可以在完全扫描的所谓的“Readout(读出)”方向上应用几何线圈压缩。

当然，本发明不局限于所示出的实施例。

因此，步骤的顺序不限于所描述的示例。例如，也可以按照不同的顺序执行步骤S7和S8。如果如在实施例中所示出的，首先在步骤S7中执行相位校正，则可以在步骤S8中，根据先前经过相位校正的像素执行强度校正。反之，如果首先在步骤S7中执行强度校正，则可以在步骤S8中，根据先前经过强度校正的像素执行相位校正。也可以在单个步骤中将步骤S7和S8组合，在该步骤中，根据下式，借助压缩的预扫描MR数据组，逐像素地对压缩的扫描MR数据组进行校正：

V_{sc_korr_ph，i}＝V_sc，i·e^-ia/B。

此外，也可以仅执行步骤S7，而不执行步骤S8(也就是说，可以省去步骤S8)，或者相反。

一般来说，只要没有例如通过表述“恰好一个”等明确排除，“一”、“一个”等可以理解为单数或者复数，特别是在“至少一个”或者“一个或多个”等的意义上。

只要没有明确排除，数值给定也可以包括正好给定的数值以及常见的公差范围。

Claims

1.一种用于MR图像重建的方法(S1-S8)，其中，

-记录低分辨率的预扫描MR数据组(S1)，

-将预扫描MR数据组调整为同样要记录的更高分辨率的扫描MR数据组的设置的构造(S2，S3)，

-借助几何线圈压缩产生压缩的预扫描MR数据组(S4)，

-记录扫描MR数据组(S5)，

-借助几何线圈压缩产生压缩的扫描MR数据组(S6)，然后

-借助所述压缩的预扫描MR数据组，对所述压缩的扫描MR数据组进行校正(S7，S8)。

2.根据权利要求1所述的方法(S1-S8)，其中，借助所述压缩的预扫描MR数据组，对所述压缩的扫描MR数据组进行相位校正(S7)。

3.根据权利要求2所述的方法(S1-S8)，其中，根据下式，借助所述压缩的预扫描MR数据组，逐像素地对所述压缩的扫描MR数据组进行相位校正：

V_{sc_korr_ph，i}＝V_sc，i·e^-iα，

其中，V_{sc_korr_ph,i}对应于压缩的扫描MR数据组的校正后的第i个像素，V_sc,i对应于未校正的压缩的扫描MR数据组的相应的第i个像素，并且α对应于压缩的预扫描MR数据组的相应的第i个像素的相位角(S7)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法(S1-S8)，其中，根据扫描MR数据组确定线圈灵敏度，并且借助预扫描MR数据组对所述线圈灵敏度进行相位校正。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法(S1-S8)，其中，借助压缩的预扫描MR数据组，对压缩的扫描MR数据组进行强度校正(S8)。

6.根据权利要求5所述的方法(S1-S8)，其中，根据下式，借助压缩的预扫描MR数据组，逐像素地对压缩的扫描MR数据组进行强度校正：

V_{sc_korr_int，i}＝V_sc，i/B，

其中，V_{sc_korr_int,i}对应于压缩的扫描MR数据组的经强度校正的第i个像素，V_sc,i对应于未校正的压缩的扫描MR数据组的相应的第i个像素，并且B对应于强度因数，所述强度因数根据下式：

或者根据下式：

来计算，其中，V_psc,i对应于压缩的预扫描MR数据组的相应的第i个像素(S8)。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法(S1-S8)，其中，将预扫描MR数据组调整为同样要记录的扫描MR数据组的设置的构造的步骤(S2，S3)包括：将预扫描MR数据组调整为扫描MR数据组的像素密度(S2)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法(S1-S8)，其中，将预扫描MR数据组调整为扫描MR数据组的设置的构造的步骤(S2，S3)包括：将预扫描MR数据组修剪为与扫描MR数据组相同的图像片段(S3)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法(S1-S8)，其中，扫描MR数据组和预扫描MR数据组分别由多层二维的图像平面组成。

10.一种MR系统(1)，其至少具有

-MR线圈装置(2)，所述MR线圈装置被配置为，在要检查的对象(O)的位置处产生静磁场和高频磁场，并且检测从所述对象(O)输出的响应信号，以及

-数据处理设备(3)，所述数据处理设备被配置为，处理根据所述响应信号产生的所述对象(O)的数据，

-其中，所述数据处理设备(3)被构造为用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法(S1-S8)。