CN1696728B - 用部分平行采集技术在非笛卡尔k域中的磁共振成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用部分平行采集技术在非笛卡尔布局k域中的磁共振成像方法，采用多个接收磁共振信号的围绕成像区域(7)设置的天线(12.1，12.2，12.3，12.4)，并在该成像区域中借助磁梯度场对磁共振信号位置编码，即不完全地用至少一个围绕k域原点(26)的包含磁共振信号的轨迹(24)来占据k域。从每个天线的接收信号中，在k域中从用加权因子(W)加权后的、位于一条从原点出发的直线段(P1，P2，P3，P4)上的轨迹的扫描值(34)来确定同样位于该直线段上的缺乏扫描值(32)。由此k域被完全占据。从完全占据的k域用傅立叶变换产生成像区域的部分图像(44)，并根据该部分图像产生成像区域的图像。

Description

用部分平行采集技术在非笛卡尔k域中的磁共振成像方法
技术领域
本发明涉及一种用于借助部分平行采集技术在非笛卡尔布局的k域中进行磁共振成像的方法，采用多个为了接收磁共振信号而围绕成像区域设置的天线，并在该成像区域中借助磁梯度场这样对磁共振信号进行位置编码，即只是不完全地用至少一个围绕k域原点的包含磁共振信号的轨迹来占据k域。
背景技术
开头所述类型的方法在Pruessmann、Weiger、Boernert、Boesinger的文章“Advances in Sensitivity Encoding with Arbitrary k-Space Trajectories”，MagneticResonance in Medicine，Vol.46，638-651，2001中公开。在该文章中，为了借助部分平行采集技术进行磁共振成像，利用SENSE再现方法将多个围绕检查区域设置的天线的接收信号进一步处理为该成像区域的无褶皱的图像。在SENSE方法中，根据接收天线的各个图像进行无褶皱的再现，其中各个图像本身具有褶皱。因此，对应的k域不完全被各天线的接收信号占据，并因此是欠扫描的。该文章中给出的用于无褶皱再现的方法允许沿着任意轨迹、尤其是沿着螺旋形轨迹用接收信号来占据k域。螺旋形轨迹用于神经和心脏成像。k域轨迹通过用于位置编码的磁梯度场来确定。但是再现的花费在该方法中非常高。
在非笛卡尔布局的k域中减小了伪影比例。例如减小了所谓的“模糊”伪影和生理参数的波动(生理噪声)。此外，该方法较少受到设备缺陷的影响，如非均匀性。
DE10126078A1公开了一种利用另一种部分平行的成像技术的方法。在此如在SENSE技术中那样接收多个天线的接收信号，并整理到对应于天线的k域中。在此k域也是被不完全占据的。与SENSE方法的区别是，借助事先确定的加权矩阵从给出的扫描值中确定欠扫描k域中缺乏的扫描点。这种方法属于SMASH系列，并以SMASH、AUTO-SMASH、VD-AUTO-SMASH和GRAPPA而公知。然后借助傅立叶变换从各天线信号的完整k域中产生部分图像，然后将这些部分图像进一步处理为成像区域的整体图像。但是该方法是针对笛卡尔布局的k域的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种借助部分平行采集技术在非笛卡尔布局的k域中进行磁共振成像的方法，其中的再现花费很小。
本发明的技术问题通过一种用于借助部分平行采集技术在非笛卡尔布局的k域中进行磁共振成像的方法来解决。其中，采用多个为了接收磁共振信号而围绕成像区域设置的天线，并在该成像区域中借助磁梯度场这样对磁共振信号进行位置编码，即只是不完全地用至少一个围绕k域原点的包含磁共振信号的轨迹来占据k域。从每个天线的接收信号中，在k域中这样从用加权因子加权后的、位于一条来自原点的直线上的轨迹的扫描值来确定同样位于该直线上的缺乏的扫描值，即使k域被完全占据。从被完全占据的k域中借助傅立叶变换产生成像区域的部分图像。根据该部分图像产生成像区域的图像。通过本发明的方法，在非笛卡尔的部分平行成像中的再现时间比开始引用的方法显著减少。利用Matlab程序仿真和再现可以将再现时间减少到百分之一至十分之一。通过显著减少的再现时间，利用非笛卡尔扫描的部分平行成像就能实际用于临床磁共振成像。
总之，扫描值这样密集地分布在轨迹上，使得可以足够小的误差，用离直线和轨迹的交点最近的扫描值就能确定所缺少的扫描值。但是如果提高精度，则根据优选实施方式，在轨迹上的扫描值之间补充插值的扫描值，后者分别恰好位于直线与轨迹的交点上。
在另一优选实施方式中，所述轨迹的变化过程对应于阿基米德螺旋。阿基米德螺旋允许扫描点在轨迹上对称分布，由此允许简单重构出缺乏的扫描值。
在特别优选的实施方式中，所述轨迹围绕原点卷绕，并且扫描值这样在伪笛卡尔k域中排列，即根据角度将属于各个卷绕的扫描值分配给各个直线。伪笛卡尔k域或混合域通过这些直线的角度以及通过卷绕数来伸展。K域值在混合域中的这种排列允许直接对数据进行普通公知的再现，例如GRAPPA再现。由此虽然不再考虑扫描值在卷绕过程中变化的径向距离，但可以忽略其中出现的误差。
在另一优选实施方式中，为了改善重构所缺乏的扫描值的精度，还使用直接相邻的直线的扫描值。
重构了所缺乏的扫描值并由此填充了混合域之后，可以借助极性傅立叶变换产生对应于相应天线的部分图像。但在本发明的优选实施方式中，包括被重构的扫描值在内的扫描值又从混合域变换回笛卡尔k域中。然后借助快速傅立叶变换技术产生部分图像。由此可以将应用广泛的快速傅立叶变换技术用于螺旋轨迹。
附图说明
下面借助6个附图解释本发明的实施例。其中示出：
图1以平面图示出磁共振设备，其用于实施本发明的实施方式。
图2示出本发明方法实施方式的主要方法步骤，
图3示出k域中螺旋形轨迹的原理变化过程，
图4示出k域中具有从原点出发的直线段的螺旋轨迹的变化，
图5示出混合域的一段，其中对来自k域的扫描值进行排列并确定所缺乏的扫描值，
图6示出该混合域的一段，其中显示出用于再现的扫描值。
具体实施方式
图1以原理图示出诊断磁共振设备的主要功能单元，该磁共振设备构造为用于实施本发明的实施例。其中示出一个具有基本场磁铁2的磁共振设备，该基本场磁2在圆柱形的患者区域4中在圆形的成像空间6内产生均匀的磁场。为了成像，患者的成像区域7设置在该成像空间6内。基本磁场平行于圆柱形患者区域4的纵轴。为了对激励以成像的磁共振信号进行位置编码而设置了梯度系统8，其在成像空间6中在3个相互垂直的方向上产生线性梯度场，梯度系统8基本上由3个线圈对组成，用于在x、y、z方向上产生梯度场，其中z方向一般与患者区域4的纵轴重合。为了产生磁共振信号，在圆柱形体内4设置高频天线10，其既用于激励又用于接收磁共振信号。由于高频天线10的内部空间构造得大得足以容纳患者，因此该天线也称为整体天线。除了高频天线10之外，还设置了局部天线12.1、12.2、12.3、12.4，它们为了检查而与例如头部等边界区域相匹配。
梯度系统8与梯度控制器14连接，后者提供产生梯度场所需的电流。天线10和12.1至12.4都与高频系统16连接，后者一方面提供为激励磁共振信号而在人体内所需的高频功率，另一方面制备来自人体的非常微弱的磁共振信号并作进一步处理。这样，对接收的信号例如进行放大、滤波和数字化。再现单元18从数字磁共振信号中借助傅立叶变换再现出检查区域7的图像，其中也使用用于位置编码的梯度信号。再现的图像显示在图像显示单元20上，有时是在图像处理之后。用于图像显示的整个流程根据用户的相应输入由控制单元22预先给定。
部分平行成像的基本思想在于，减少数据采集所需的时间，并由此缩短成像时间，其中只产生磁共振信号的一个不完整数据组。没有其它措施就可以从这种原始数据组中产生图像，但具有褶皱。但是图像中的褶皱可以这样来避免，即采用多个具有不同灵敏特性的接收天线12.1、12.2、12.3、12.4来同时接收磁共振信号。其中将采集的数据组在考虑灵敏特性的条件下进一步处理为一幅无褶皱的图像。在开始引用的DE 10126078中详细描述了这种方法，但只是针对笛卡尔布局的k域。但在这里，沿着非笛卡尔变化的轨迹占据k域。
首先参考图3。在此示出螺旋形k域轨迹24，其从k域的原点26出发以逐渐增大的距离围绕该原点26卷绕。在此，轨迹24的变化对应于阿基米德螺旋或“恒定角速度”螺旋。每个卷绕的数据点的个数是恒定的。沿着螺旋形轨迹产生位置编码一般是公知的，因此在此省略对其的详细描述。原则上，为此由梯度系统14用正弦或余弦形电流产生两个相互垂直的梯度场，其中振幅还随时间线性增长。在此，振幅的增长非常迅速或振幅上升得非常快，以至于螺旋形轨迹的各个卷绕在k域中具有很大的距离，使得在k域中出现欠扫描。
图3只示出螺旋形轨迹24的开始，在该实施例中该轨迹实际上具有围绕原点26的32个卷绕。但是各个卷绕之间的距离很大，以至于只有一部分k域可以被扫描值占据。在完全占据k域或完全扫描时，允许各个卷绕之间存在最大为1/FOV的距离，其中FOV等于待显示成像区域7的最大尺寸。在图3中作为示例示出加倍的距离2/FOV，由此k域总共只被一半所需的扫描值占据。但有利的是，由此图像拍摄时间减半。
参照图2，分别以对应k域矩阵的形式读取各天线12.1至12.4的接收信号。这通过图2的方法步骤28表现。为清楚起见，在图2中只简单给出各个方法步骤的符号，但是分别在单独的信号处理信道中对天线信号进行信号处理。
在方法步骤30中，将来自k域的扫描值在混合域30中进行排列。在图3中显示了这一步。混合域30通过作为横坐标的角度φ来定义，该角度利用k域的例如kx轴形成从原点26出发的直线段P1。纵坐标给出卷绕数。这种排列对每个由局部线圈12.1至12.4产生的数据组分别进行。
图4和图5再次详细解释了该排列的原理。从直线段P1至P4出发，这些直线段与相邻直线段之间的角度距离分别相等，位于直线段P1至P4与轨迹交点上的扫描值对每个卷绕都被排列到混合域中。在图5中示出在卷绕W1上的第一组4个扫描值1至4。在此，为清楚起见，放大显示这些直线段之间的距离，实际上直线段之间的距离大约等于1度。由此每个卷绕产生大约360个扫描点，对整个轨迹24，在32个卷绕时大约产生12000个扫描值。
总之，扫描值不是恰好位于直线段P1至P4与轨迹24的交点上。在布局足够密集时采用最近的扫描值。但为了提高精度也内插一个值。
现在借助图6解释对所缺乏的扫描值的重构。由于混合域30中的扫描值又是笛卡尔设置，因此它们可与公知的GRAPPA方法类似地用于重构。为了确定所缺乏的扫描值32，例如在直线段P2上，GRAPPA重构使用在直线段P2上与所缺乏的扫描值32相邻的已知扫描值34以及必要时还使用在相邻直线段P1和P3上的已知和相邻扫描值36。这些扫描值在用事先确定的加权因子W加权后用于重构。
GRAPPA重构所需的加权因子从实际成像序列前实施的校准扫描中获得，其中k域至少在一个围绕原点26的区域中被完全占据。用于确定加权因子的方法说明应当何时产生图像序列。在为图像序列而开始数据采集之前，实施一次用于确定加权因子的校准扫描。
为了提高重构所缺乏的扫描值32的精度，可以分别针对k域的分段来分开确定加权因子W。然后，校准扫描必须为相应的分段导致用扫描值进行完全的占据。
加权因子W可以或者用所谓的自动校准来确定。在此事先不需要校准扫描。该原理在于，在中心k域中进行完整的扫描，并只在该k域的外部区域中减小扫描密度。由此在k域中出现进行了完整扫描的中心区域，但分辨率相应很小。但为了确定重构所缺乏的扫描值32所需要的加权因子W，这些信息就足够了。为此，轨迹24在中心k域中这样设置，使得可以达到完全的k域覆盖。从与k域的原点26的特定距离开始，螺旋臂或螺旋圈之间的距离会增加，从而在外k域中存在欠扫描。
再次参考图2，在于混合域30中重构所缺乏的扫描值之后在步骤38反变换到笛卡尔k域中，现在该k域是完全被占据的。由于在非笛卡尔轨迹上存在扫描值，因此在另一个方法步骤40中，在k域中将扫描值“再栅格化”为笛卡尔栅格。在方法步骤42中，对局部天线12.1至12.4的每个数据组都进行傅立叶变换，其提供成像区域7的部分图像44。该部分图像在最后一个步骤46中与一幅整体图像叠加，例如将各个部分图像44的图像值的平方进行逐点相加。

Claims (11)

1.一种用于借助部分平行采集技术在非笛卡尔布局的k域中进行磁共振成像的方法，采用多个为了接收磁共振信号而围绕成像区域(7)设置的天线(12.1，12.2，12.3，12.4)，并在该成像区域(7)中借助磁梯度场这样对磁共振信号进行位置编码，即只是不完全地用至少一个围绕k域原点(26)的包含磁共振信号的轨迹(24)来占据k域，其特征在于，从每个天线的接收信号中，在k域中从用加权因子(W)加权后的、位于一条从原点(26)出发的直线段(P1，P2，P3，P4)上的轨迹(24)的扫描值(34)来确定同样位于该直线段(P1，P2，P3，P4)上的缺乏的扫描值(32)，使得k域被完全占据，并且从被完全占据的k域中借助傅立叶变换(42)产生成像区域(7)的部分图像(44)，根据该部分图像(44)产生成像区域(7)的图像(46)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述轨迹(24)上的扫描值之间添加内插的扫描值，这些内插的扫描值分别位于所述直线段(P1，P2，P3，P4)与轨迹(24)的交点上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述轨迹(24)围绕所述原点(26)螺旋形变化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述轨迹(24)具有阿基米德螺旋的变化过程。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直线段(P1，P2，P3，P4)具有与相邻直线段(P1，P2，P3，P4)相等恒定的角度距离。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述轨迹(24)在卷绕(W1，W2)中围绕原点变化，并且将所述扫描值这样在伪笛卡尔混合域(30)中排列，即根据角度将属于各个卷绕的扫描值分配给各个直线段(P1，P2，P3，P4)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所缺乏的扫描值(32)，还使用直接相邻的直线段的扫描值(36)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将包括被重构的扫描值在内的扫描值变换回笛卡尔k域中(38)，并借助快速傅立叶变换技术(42)产生部分图像(44)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轨迹(24)这样密集地穿过围绕k域原点(26)的区域，即从围绕原点的该区域中产生(26)无褶皱但粗略分辨的部分图像，并借助来自该区域的扫描值确定所述加权因子(W)。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加权因子(W)从部分平行采集之前进行的预扫描中获得，其中所述k域至少在围绕该k域原点(26)的一个区域内是被完全占据的。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所缺乏的扫描值(32)的重构在分段的k域中用对应于各个分段的加权因子(W)来进行。
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