CN1825136B - 显示磁共振图像中血流情况的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显示磁共振图像中血流的方法，其中，拍摄检查对象的第一磁共振图像，对在检查对象中出现的第一空间方向上的血流不进行补偿。拍摄第二磁共振图像，对在第一空间方向上出现的血流进行补偿。计算第一和第二磁共振图像的磁化相位并计算第一和第二相位图像间的相位差，该相位差是沿第一空间方向血流速度的度量。拍摄第三磁共振图像，对在与该第一空间方向垂直的第二空间方向上的血流不进行补偿。拍摄第四磁共振图像，对在第二空间方向上出现的血流进行补偿。计算第三和第四磁共振图像的相位，并计算该第三和第四磁共振图像的相位差，该相位差是沿第二空间方向血流值的度量，并通过将两个血流分量进行向量相加，计算结果血流速度向量。

Description

显示磁共振图像中血流情况的方法

技术领域

本发明涉及一种用于显示磁共振图像中血流的方法。

背景技术

正如很久以来在磁共振成像中已知的那样，磁共振成像对受检对象中的运动很敏感，比如人体中的血液流动。通过对在MR成像中出现的效应及其对MR图像的影响的更好认识，可以发展基于由运动的自旋感应的信号变化的成像技术，以显示MR图像中的血流。

在此出现的效应一方面是时间飞跃(Time-of-Flight)效应，另一方面是相位效应。时间飞跃效应基于这样的事实：在成像时有新的自旋飞入图像平面，其在信号读出时会给出与在图像平面中先前由高频脉冲激励的自旋不同的其它信号。

MR图像中血流效应的显示由于相位效应而建立在以下基础上：被激励的自旋(即具有横向磁化的自旋)沿着磁场梯度方向运动，由此运动的自旋的相位依赖于速度而变化。

上述运动的自旋对MR信号的影响例如可以用来产生MR血管造影。至今，只能给出关于沿一个空间方向血流速度大小的说明，也可以在该空间方向的反方向上进行。但迄今尚不能在不限于一个空间方向上给出血流方向的说明。

此外，公知的有彩色多普勒超声波系统，其基于下述事实：在接收波和发送波频率之间的超声波频率依赖于发送机和接收机之间的相对速度。在彩色多普勒超声波方法中，通过对血流的彩色编码可以快速获得关于血流速度和血流方向的概况。

US 6,409,872公开了一种用于显示血流的方法，其中拍摄血流补偿的和非血流补偿的相位图像，以获得血流信息。

在M·A·Bernstein等人所著的“Handbook of MRI Pulse Sequence”(Elsevier学术出版社，阿姆斯特丹，2004年)第15.2和13.5章公开了一种如何通过改变梯度电路来获得相位信息的方法。在此，对通过双极电路的血流不进行补偿而在血流补偿的梯度电路中使用三极梯度。

DE 102 60 372 A1公开了一种用于在使用磁共振造影剂的情况下显示血流的方法。

在M·H·Buonocore等人所著的“Analysis of flow patterns using MRI”(见《International Journal of Cardiac Imaging》15：99-103，1999)中描述了为了显示血流而拍摄非血流补偿和血流补偿的图像并将它们彼此相减，以获得血流信息。此外还公开了可以颜色编码地显示血流速度。同样，还公开了通过引入向量来显示血流方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种显示血流的方法，利用该方法可以更好地说明血流方向以及血流速度。

本发明的方法具有下列步骤：拍摄被检查对象的第一磁共振图像，其中，对在被检查对象中出现的血流在第一空间方向上不进行补偿。这意味着：对由血液流动对检测信号产生的影响以及由此对MR图像的影响不进行补偿，因而在图像中包含血流信息。此外，拍摄第二磁共振图像，其中，对在第一空间方向上出现的血流进行补偿。在拍摄该另一磁共振图像时要注意，对由运动的自旋对MR信号产生的影响以及由此对MR图像产生的影响进行补偿，就是说，MR信号不依赖于血流速度。接着计算该第一和第二磁共振图像的磁化相位。然后计算第一和第二相位图像之间的相位差。如上所述，拍摄MR图像所用的横向磁化的相位受血流速度的影响。通过构成有血流补偿相位图像和无血流补偿相位图像的相位差，可以得到对血流速度的度量，因为第一空间方向上的血流速度是一次被补偿和一次无补偿的。该相位差是沿第一空间方向血流速度的度量。在此其既是第一空间方向上血流速度的度量，也是在第一空间方向的反方向上的血流速度的度量。接着拍摄第三磁共振图像，其中，对在与该第一空间方向垂直的第二空间方向上的血流不进行补偿。同样，拍摄第四磁共振图像，这次对在第二空间方向上出现的血流进行补偿。与对第一和第二磁共振图像一样，计算该第三和第四磁共振图像中横向磁化的相位，并接着计算该第三和第四磁共振图像的相位差。该相位差是沿第二空间方向(与第一个空间方向垂直)血流的绝对值和方向的度量。现在在已知沿第一空间方向和沿第二空间方向的血流之后，可以通过把两个血流分量进行向量相加计算出结果血流速度向量。通过在两个相互垂直的空间方向上对血流进行编码，可以计算出速度向量，并由此计算出在第一空间方向和第二空间方向上张开的平面内的精确方向。由此可以在两个空间方向上确定精确的速度方向和速度大小。

优选将显示的向量叠加到解剖学的MR图像上，借此，诊断专家就可看到解剖关系中的血流状况。观察者通过显示可立即判断出血流方向和血流速度的大小。直到现在，在一幅图像中得到有关MR图像中血流的这两个重要参数的这种判断、即速度的大小和方向还不可能做到。

根据另一优选实施方式，同样可以在与前两个空间方向垂直的剩下的第三个空间方向上产生有血流补偿的相位图像和无血流补偿的相位图像，并运用如上所述的方法计算相位差。由此能够得到关于第三空间方向上血流速度的判断。然后通过向量相加，就可以在三维空间中显示血流速度向量的情况。由此可以在拍摄三维数据组时，显示例如沿一条血管的血流情况。

在一优选实施方式中，在无血流补偿的磁共振图中使用在第一空间方向上的无血流补偿的梯度连接。与此相反，在另一个优选实施方式中，在有血流补偿的磁共振图中，在第一空间方向上使用有血流补偿的梯度连接。相位差是对沿该第一空间方向上的血流的绝对值和方向的度量。如在现有技术中公知的，接通两个相同大小的双极梯度导致一种与运动的自旋的速度成正比的相位效应。但同样也可以这样改变梯度的接通，即使相位不依赖于血流速度(例如，通过三次接通梯度)。优选采用在信号读取期间、即在读出梯度期间的有血流补偿和无血流补偿的梯度连接。也可以在第二空间方向上应用有血流补偿和无血流补偿的梯度连接。

优选在受检对象的磁共振图中识别出出现血流的区域。然后，在该区域中选择血流速度的向量表示，并在需要时与解剖图像相叠加。根据优选实施方式，还可以产生幅度图，在其中计算有血流补偿和无血流补偿图像之间绝对值差。在该幅度图中，不考虑相位差，而是考虑各图像中的信号强度。通过无血流补偿图像和有血流补偿图像的差，该幅度图包括下列信息：被检查对象中何处是静态组织，何处是运动的血液，在此使用该幅度图以识别检查对象中有血流的区域。接着可以采用相位图像本身来识别被检测对象中具有血流的区域。不言而喻，还可以使用相位图像和幅度图来更可靠地识别被检测对象中出现血流的区域。同样，可以只使用两种图像中的一种来识别其中血流特性用颜色来显示的血流区域。

根据本发明，应沿其识别血流的第一空间方向位于图像平面中，从而通过如上所述构成相位差就可知图像平面中沿该一方向的血流速度分量。此外在第三、第四磁共振图像中，在图像平面中与该第一空间方向垂直的另一空间方向上进行有血流补偿和无血流补偿的梯度接通。为此，如上所述同样计算有血流补偿和无血流补偿的MR图中磁化的相位，并形成相位差。此相位差即是沿该另一空间方向的血流的绝对值和方向的度量。这样频繁地沿读出方向采取有血流偿和无血流补偿的梯度接通。如果将图像平面中的读出梯度和相位编码梯度交换，则得到MR图像的图像平面中沿另一空间方向的速度信息。

此外还可以对结果速度向量的相位用彩色进行显示。当速度向量的相位以彩色显示时，可以利用预定的彩色表格，如在彩色多普勒超声波方法中公知。在此情况下，例如对从0度到360度的相位值可以选择从浅蓝经深蓝至黑色，直至红色和黄色。当然还可以进行各种其它的彩色表格的选择，以便用颜色来显示相位值。当用颜色来说明方向时，例如可以用速度向量的长度来说明血流速度的绝对值。对每个图像点或对多个图像点求平均，可以选择该图像点中所显示向量的长度与血流速度绝对值成正比，从而可以通过颜色来获得关于方向的信息，以及通过向量长度获得关于血流速度的大小的信息。

但在另一种实施方式中，也可以用颜色来表示速度向量的绝对值。在此例如也可使用在彩色超声波中所使用的颜色表格，其中如选用蓝色来表示较小的速度值，而红色至黄色则对应于较大的速度值。利用对速度向量绝对值的颜色编码，可以简单的方式获得关于血流速度的图像。在此有一个图解的例子。在有强烈弯曲曲线的血管中，例如在采用彩色多普勒超声波方法时，尽管血流速度的绝对值大小相同却对一个方向得到一个颜色(如红色)，而对另一个相反的方向得到另一颜色(如蓝色)。在主动脉的彩色多普勒超声波中，由于相反的血流速度而使主动脉的上行分支具有与下行分支不同的颜色。现在如果用颜色来显示血流速度向量的绝对值，则例如通过主动脉弓的血流在整个一段上都用一致的一种颜色来表示，前提是血流速度的绝对值不变。在血管中有狭窄的情况中，血流速度的绝对值由于狭窄而改变。这样通过对绝对值的颜色显示就可以例如识别出狭窄。

在此情况下，颜色编码给出速度信息。还可通过标示给出速度的方向信息的速度向量得到有关方向的信息。以此方式可以得到速度信息，在此该信息是指血流速度的方向和大小。

正如从上述实施方式中得出的，根据本发明，一方面可以得到关于血流方向的信息，另一方面可以得到关于血流速度大小的信息，其中一个信息通过彩色编码得到，另一个信息则通过改变向量自身的显示得到。如果对向量绝对值进行颜色编码，则向量自身表示方向；如果对向量方向进行颜色编码，则通过向量自身的实施可以对血流速度的绝对值进行编码地显示。

此外可以对磁共振图像中的N个图像点进行平均来计算结果速度向量，并且计算N个图像点的平均速度向量。比如，N可以在4至20之间，优选在4至15之间，此外优选在大约为8。对该N-平均的图像点，平均速度向量给出在这些图像点的速度大小的信息，及关于方向的信息。在此可以产生表示血流的流动线路类型的模式，其中例如产生血管的流动模式，此时总是综合N个相邻图像点，并为它们计算一个平均速度向量。然后，从各图像点的强度的和中得出沿流动路线的强度。使用这种显示例如可以识别血管狭窄，因为在该狭窄处流动方向和流动速度发生了改变。

按照本发明的另一实施方式，可以对一个图像点或多个平均的图像点这样选择结果速度向量的显示，使得所显示的向量的长度是所显示区域中的血流速度的度量。例如，可以选择向量的长度与血流速度成正比。如果综合多个图像点，并为这些图像点计算一个结果速度向量，则所显示的向量的长度可以是血流速度大小的度量。

在另一种实施方式中，还可以将结果速度向量的线条宽度作为血流速度绝对值的度量。如在一种实施方式中所显示的速度向量的线条宽度可以与血流速度的绝对值成正比。

在上面最后两个实施例中，都是通过向量的几何描述来显示速度向量的绝对值的。在这两种情况中，例如可以对向量的相位或角度信息应用颜色编码。

附图说明

下面，借助附图详细解释本发明。其中，

图1：示出在沿一个空间方向编码时用于彩色显示血流的方法的流程图，

图2：示出用于显示速度向量方向值的方法，和

图3：借助主动脉弓示出血流剖面。

具体实施方式

图1示出沿一个空间方向对血流进行编码的各个步骤。在步骤10中，拍摄被检测对象的有血流补偿的测量序列，在步骤11中，产生属于血流补偿测量序列的相位图像。用有血流补偿的测量序列拍摄MR图像是本领域技术人员公知的，比如说，这在读出梯度时可以通过接通三个相反的梯度实现。接着在步骤12拍摄无血流补偿的测量序列，以及在步骤13计算无血流补偿测量序列的相位图像。在在读出方向采用双极性梯度的情况下相位例如与速度直接成正比，因此在步骤13中计算的相位图像包含速度信息。不言而喻，在拍摄有血流补偿的序列和拍摄无血流补偿的序列时，可以使用EKG-触发，即图像的拍摄同心脏的跳动同步。同样可以不相继地拍摄有血流补偿的测量和无血流补偿的测量而是重叠地进行。在此，在图像采集时对每个傅立叶行相继用血流补偿和不用血流补偿来测量MR图像。由此，在接着将图像相减时，可使可能的患者形状以及由此产生的伪影最小化。图像拍摄的EKG触发可能是必要的，以便在拍摄有血流补偿和无血流补偿的图像时考虑心跳的影响，即脉动血流的影响。

最后在步骤14，对每个图像点计算有血流补偿的相位图像和无血流补偿的相位图像之间的相位差。可选地，可以在步骤15对该相位差进行颜色编码地显示，在此通过颜色显示可得到了有关血流速度的方向和这一方向上血流速度的大小的信息。

由于在这一技术中，速度被关于相位角编码，并由此仅有0度至360度或-180度至+180度的有限定义范围可供使用，因此必须避免相位多义性。不会带来多义性的最大速度取决于流编码梯度的强度及其开关时间。这些参数必须这样来选择，使得能够对图像中出现的最大速度进行成像。为此优选应在测量前了解测量区域中的大致速度。如果知道了这些，则须这样设置梯度场的强度和开关时间，使得能够以相位值或颜色值唯一地显示出现的速度。

在图2中示出产生速度向量所需的步骤。

在第一步骤21中，产生图像平面的第一空间方向上的速度信息，如结合图1中第10至14步骤所描述的。对于步骤21，产生有血流补偿相位图像和无血流补偿相位图像，并计算它们的相位差，其中，相位差与血流速度成正比。在步骤21，得到沿有血流补偿梯度和无血流补偿梯度曾沿其被接通的空间方向上的血流速度信息，在此步骤21中的该梯度位于MR图像的图像平面中。现在，在步骤22中产生第二空间方向上的速度信息，该第二空间方向在图像平面中与第一空间方向垂直。为此，例如可以交换相位编码梯度和读出梯度，从而使读出梯度位于第二空间方向上，而在前面的第21步骤中，在该空间方向上为相位编码梯度。相位编码梯度的方向与读出梯度的方向被交换。由此通过相位差得到沿另一个第二空间方向的速度信息，该第二空间方向在图像平面中与第一空间方向垂直。接着在第23步骤中，可以用这两个方向信息，经过将两个分量进行向量相加产生速度向量，从而对MR图像中的每个图像点都可以产生一个速度向量。然后对在第23步骤中计算出的速度向量的相位在第24步骤中用颜色值进行编码，从而通过彩色显示得到关于图像平面中血流方向的概况。

可选的是，替代步骤24而计算多个图像点的平均速度向量，其中，每个图像点的结果速度向量通过对多个图像点、例如4至20个图像点求平均值得到。然后由结果平均速度向量的大小和方向，还可以确定血管内的流动路线或流动模式。

代之以在第24步骤中的用颜色值显示速度向量的相位，还可以用颜色值来显示速度向量的绝对值，其中，例如可以使用箭头或不用箭头来标明速度向量，以显示血流速度的方向。在用颜色值显示速度向量的相位时，可以使用向量自身的几何变化给出速度大小的描述，如通过改变所显示向量的长度或改变所显示向量的宽度。

例如在图3中示出，如何将血流速度信息与解剖图像相叠加来显示，以便为诊断专家提供关于检查对象的血流方向和血流速度的概貌。

在图3中示出一种流动模式，其与解剖图像相叠加地显示。在所示的情况中，这是从心脏出发的主动脉弓的示意图。在图3中示意示出的是：31是心脏，以及与其连接的主动脉的上行分支32和主动脉的下行分支33。

在图3中，血流信息是与解剖图像叠加来显示的，为此，必须在所拍摄的MR图像中识别包含血流的区域。例如，为此产生一个掩模，把它放到图像上，其包含下列信息：在图像中哪些地方有血流发生，哪些地方没有。然后利用该掩模就可以将血流信息与解剖信息相叠加。为了检测图像中有血流的区域，既可以使用相位图像本身，也可以使用所谓的幅度图。在应当使用相位图像时，为识别有血流的区域，例如可以使用剖面过滤器(Profilfilter)，此时就可以观察相位值与直接邻近的相位值的关系。剖面过滤器在现有技术中是公知的，不用详细解释。同样，还可以使用磁化的幅度图或数值图，以识别图像中有血流的区域。此外还可以将相位图像和数值图结合使用，以产生可以在MR图像中把有血流区域与无血流区域分开的掩模。

在图3所示的例子中，示出了主动脉弓的血流剖面。为此，为预定数量的图像点确定结果速度向量，其中，为清楚起见未用箭头显示向量34。在上述情况中，向量34只通过图中的位置给出血流速度的方向的信息。如在图3中可见，由此可显示整个主动脉弓中的血流。同时可以可选地将关于血流大小的信息用颜色表示，其中，对每个图像点或多个图像点求平均值，计算速度绝对值，并用颜色值进行编码。在此情况下可以识别出图3中示意成像的狭窄部35，因为一方面在这里血流方向改变了并由此改变了血流路线的方向或向量的方向。当还用颜色显示速度绝对值时，可以通过血流颜色的改变识别出速度在狭窄部35的高处的提高。而在主动脉弓的其它处，在用颜色显示血流速度时速度基本是常数，并因此而除了狭窄部35区域外是颜色一致显示的。同样，还可以在不使用或不能使用颜色显示时，以显示的向量的线宽或显示的向量的长度对速度信息进行编码。

在另一种实施方式中，还可以用彩色显示相位、即方向，并通过改变向量的显示来对速度的绝对值进行编码。

在显示向量时，为清楚起见垂直于血流方向对多个图像点求平均值，从而不必在每个图像点中标示向量。在两个所标示的向量之间，应当至少舍去1个或2个图像点的位置，由此使观察者可以识别血流的路线模式。

当然，本发明还提供了人体中许多其它的应用范围。本发明方法的优点是：在显示血流的同时可以很好地识别解剖结构，而这在彩色多普勒超声波测量中，不可能如此简单。

当然，图1到图3所描述的方法也可以相互任意组合。

总之，本发明提供一种方法，它使诊断专家能够用简单的方式得到有关血流方向和血流速度的概况。

Claims (10)

1.一种在磁共振图像中显示血流的方法，具有下述步骤，

拍摄被检查对象的第一磁共振图像，其中，对在被检查对象中出现的血流在位于图像平面上的第一空间方向上不进行补偿，

拍摄第二磁共振图像，其中，对在第一空间方向上出现的血流进行补偿，

计算在该第一和第二磁共振图像中的磁化相位，并计算第一和第二相位图像之间的相位差，该相位差是沿第一空间方向血流速度的度量，以及

拍摄第三磁共振图像，其中，对在与该第一空间方向垂直的在所述图像平面内的第二空间方向上的血流不进行补偿，

拍摄第四磁共振图像，其中，对在第二空间方向上出现的血流进行补偿，

计算该第三和第四磁共振图像中的相位，并计算该第三和第四磁共振图像的相位差，该相位差是沿第二空间方向血流值的度量，并且

通过将第一空间方向和第二空间方向上的两个血流分量进行向量相加，计算在所述图像平面上的结果血流速度向量，

其中，显示关于血流方向和血流绝对值的信息，其中将两项信息之一颜色编码地进行显示，而另一信息则通过血流速度向量本身的显示的变化来显示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对于无血流补偿的磁共振图像采用在第一空间方向上的无血流补偿梯度接通，对于有血流补偿的磁共振图像，采用在第一空间方向上的有血流补偿的梯度接通，在此相位差表示沿第一空间方向血流的绝对值和方向。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：在被检查对象的磁共振图像中识别出有血流的区域。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：产生幅度图，在其中计算有血流补偿和无血流补偿图像间的绝对值差，其中，该幅度图包括下列信息：被检查对象中何处是静态组织，何处是运动的血液，其中，使用该幅度图以识别检查对象中有血流的区域。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：采用相位图像来识别被检查对象中具有血流的区域。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：用颜色显示所述结果速度向量的相位。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：用颜色显示所述速度向量的绝对值。

8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于：对磁共振图像的N个图像点的结果速度向量进行平均，并计算平均速度向量。

9.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于：在显示图像的一个区域的结果速度向量时，与该区域中血流速度成正比地选择所显示的向量的长度。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：结果速度向量的线条宽度是血流速度绝对值的度量。

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