CN1930485A - 用于优化mri扫描参数的预扫描 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于产生磁共振图像的方法和装置。为了结合磁共振设备的用户友好操作实现高质量磁共振成像，提出使用从参考扫描获得的包括SENSE参考数据的数据，以考虑例如扫描时间或信噪比的特定扫描参数的选定目标值，确定最佳扫描参数集。基于参考扫描，为扫描参数的各种集合(SENSE或无SENSE的固有叠影的择一使用；切片平面内相位编码方向的各种取向)预测图像噪声。确定最佳扫描参数集(匹配目标SNR的最短扫描时间或匹配目标扫描时间的最高SNR)。

Description

用于优化MRI扫描参数的预扫描

本发明涉及用于产生磁共振图像的方法和设备。

为了获得高质量磁共振图像，必须在磁共振扫描之前设置大量可变参数。除了像序列、对比度、分辨率等的正常检查参数之外，磁共振设备的操作者必须选择每个切片上的视野(取决于待扫描对象的尺寸)，选择切片的取向和每个切片内的感兴趣区域。另外有经验的操作者可以通过优化多个图像参数来将扫描时间最小化。例如，他可以在切片内最小对象直径的方向上选择相位编码方向和调整矩形视野百分比或(R)FOV以紧密地包围对象。通过选择甚至小于对象尺寸的(R)FOV，使叠影信号保持在感兴趣区域外部，他可以进一步利用固有叠影。最后他可以使用灵敏度编码或SENSE，一种使用多元件协同线圈(相控阵列线圈)的平行磁共振成像技术。然而，SENSE不能与固有叠影结合，因此对于SENSE，视野必须在切片中相位编码方向上包围整个对象。此外预先并不清楚这两种方法(固有叠影或SENSE)中的哪一个更快。为了获得高质量结果，必须另外检查哪一种方法具有最佳信噪比。

(R)FOV、固有叠影和SENSE的精确调谐是一项耗时的工作。所以在过去大多相当粗略地执行该计划，导致非最佳的扫描结果。此外，由于优化这些变量需要熟练操作者，因此在一些情况下由于操作者无经验而导致结果未达最优。

在美国专利申请2002/0087066 A1中公开了一种用于生成磁共振图像的方法。其中由包括处理器和数据库的控制系统确定序列参数的最佳设置。将例如待检查对象的质量、高度或质子密度的特定对象参数，和例如序列类型、对比度预选择或待成像区域的特定检查参数，提供给控制系统。特定对象参数、特定检查参数和从先前检查获得的序列参数存储在数据库中并且彼此链接。控制系统根据提供的特定对象和特定检查参数，从存储在数据库中的参数选择合适的序列参数。因此不利的是，所选序列参数的质量完全取决于存储在数据库中的数据的数量和质量。

本发明的目标是与磁共振设备的用户友好操作相结合实现高质量磁共振成像。

根据本发明，该目标通过一种使用磁共振设备产生磁共振图像的方法实现，所述方法包括以下步骤：采集参考扫描；为磁共振设备提供特定扫描参数的目标值；以及，根据所述特定扫描参数的目标值，由磁共振设备基于参考扫描数据确定最佳扫描参数集。

本发明的目标也通过一种用于生成磁共振图像的设备实现，该设备包括用于采集参考扫描的采集装置；用于为该设备提供特定扫描参数的目标值的操作装置；以及，控制装置，用于根据所述特定扫描参数的目标值，基于参考扫描数据确定最佳扫描参数集。

该磁共振设备还包括用于产生梯度磁场的线圈、电流源装置、高频发生器、控制装置、RF信号天线、读出装置等。所有设备都适于执行本发明的方法。所有装置，例如采集装置、操作装置和控制装置，以如下方式构造和编程：使得用于获得数据和用于数据处理的程序根据本发明的方法运行。

本发明的目标也通过一种包括计算机指令的计算机程序实现，当在计算机中执行所述计算机程序时所述计算机指令适于执行根据本发明的方法。因此可以在根据本发明的计算机程序的指令的基础上实现根据本发明必不可少的技术效果。这样的计算机程序可以存储在诸如CD-ROM的载体上或者它可以在互联网或其它计算机网络上获得。在执行之前通过借助于例如CD-ROM驱动器从载体或者从互联网读取该计算机程序并将其存储到计算机的存储器中，将该计算机程序存储在装载在计算机内。计算机还包括中央处理器单元(CPU)、总线系统、内存装置(例如RAM或ROM)、存储装置(例如软盘或硬盘单元)和输入/输出单元。优选地计算机是磁共振设备的组成部分。

由于磁共振设备自动确定最佳扫描参数集，因此本发明能实现高质量磁共振成像。人为误差可以大大减小。而且由于只需提供特定扫描参数的目标值，因此磁共振设备的操作是用户友好的。这甚至可以由无经验的操作者容易地执行。最佳扫描参数集仅仅使用在参考扫描之后早已可用的数据确定。由于这样的参考扫描缺省采集，因此与已有技术相比不需额外的任务。换句话说，将早已可用的数据用来增强和优化磁共振成像过程。作为进一步的结果，待检查的对象将不会不必要地暴露于高频磁场。

本发明的这些和其它方面将在从属权利要求所限定的以下实施例的基础上进一步阐述。

在本发明的优选实施例中，参考扫描数据包括用于每个体素的磁共振设备的每个线圈元件的灵敏度数据。换句话说，在参考扫描期间，获得成像体积内的系统身体线圈和所有线圈元件的整个对象的三维体积线圈灵敏度图。优选地，使用根据标准协议的SENSE参考扫描。使用该扫描，获得磁共振设备的所有灵敏度数据。不需要进一步进行图像采集以在其它取向获得视图。

在本发明的另一个实施例中，确定限定感兴趣区域的最佳扫描参数集。换句话说执行感兴趣区域扫描。为了该目的，操作者指出待扫描对象的特定切片内的任意形状的感兴趣区域。为了向操作者提供所需图像数据，可以执行调查扫描。

在本发明的进一步实施例中，特定扫描参数是扫描时间。换句话说，例如20秒的理想扫描时间作为目标值被提供给磁共振设备。现在磁共振设备确定满足该规定的最佳扫描参数集。在本发明的又一优选实施例中，特定扫描参数是信噪比。在该情况下，磁共振设备确定满足该特定信噪比的最佳扫描参数集。同样可以使用其它特定扫描参数。

最佳扫描参数集的确定优选地包括为多个预定扫描参数集确定特定扫描参数的值。由此预定扫描参数集优选地包括具有相位编码方向的不同取向的集合。在另一实施例中，预定扫描参数集包括具有不同(R)FOV的集合。同样有利的是，将具有相位编码方向的不同取向的多个集合和具有不同(R)FOV的多个集合相结合。附加参数是SENSE的使用。于是，有可能考虑多个不同参数组合确定最佳扫描参数集。

优选最后使用所确定的最佳扫描参数集执行对象的实际扫描。除了提供特定扫描参数的目标值之外，在这种情况下不需要操作者的进一步交互作用。最终扫描图像将在不需要操作者知道视野、(R)FOV、相位编码方向或SENSE的使用的情况下获得。

在下文中将以举例的方式参考以下实施例和附图具体描述本发明的这些和其它方面；其中：

图1是显示根据本发明的设备的框图；

图2是显示用于执行根据本发明的方法的步骤的流程图。

在图1的简化框图中显示了能实现本发明的优选实施例的磁共振设备。设备1主要包括采集装置2、操作装置3以及连接采集装置2和控制装置4的控制装置4。采集装置2适用于采集包括调查扫描和参考扫描的磁共振扫描。它还包括用于产生梯度磁场的线圈5、RF信号天线、读出装置、电流源装置、高频发生器等。对象6被放置在对象台7上位于磁体内。操作装置3适于为该设备提供特定扫描参数的目标值。它包括具有输入和输出装置(例如计算机监视器8和键盘9)的计算机控制台。同样可以使用其它输入装置，例如触摸屏或鼠标。控制装置4适于确定最佳扫描参数集并适于控制采集装置2。它包括计算机10，该计算机包括CPU、内存和存储装置等，用于计算图像噪声和确定最佳扫描参数集。为了该目的，计算机10包括适于执行本发明的方法的计算机程序。

在图2中，流程图显示了执行本发明的步骤。在待检查的对象16已经位于对象台7上之后，在第一步骤11中执行调查扫描。该标准调查扫描例如包括组合矢状、冠状和横向图像，以快速确定对象6的位置和尺寸。

在仅仅历时几秒的调查扫描之后，在第二步骤12中自动开始标准三维体积SENSE参考扫描。将成像的参考体积调整到用调查图像的信号阈值测量所发现的对象尺寸。通过自动调整成像的参考体积，在参考扫描时间内获得最高分辨率。

在下一步骤13中，操作装置3的操作者例如使用诸如计算机鼠标的指点装置指出调查图像上的特定感兴趣区域。在本发明的第一实施例中，操作者现在在下一步骤14中指出理想的信噪比。在随后的步骤15中，控制装置4随后使用多个不同的预定扫描参数集计算预期的图像噪声。随后在步骤16中，由控制装置4自动确定最佳扫描参数集，也就是具有与目标信噪比匹配的最短扫描时间的扫描参数集。最后在步骤17中由采集装置2使用所确定的最佳扫描参数集自动执行对对象6的扫描。

另外操作装置3也可以适于接受来自操作者的具体手动指令。这可以通过在易用外壳程序(shell)之下定义相应的用户界面而实现。于是，除了易用操作之外，也有可能实现磁共振设备1的很灵活操作。在该情况下，最佳扫描参数集可以例如以图形或文本反馈的形式呈现给操作者。有经验的操作者然后可以基于最佳扫描参数集竭尽所能地单独调谐每个单独的扫描参数。

在本发明的第二实施例中，在步骤14中，操作者借助于操作装置3指出理想扫描时间而非信噪比。在步骤15中，控制装置4再次使用多个不同的预定扫描参数集计算预期的图像噪声。然后在步骤16中，由控制装置4自动确定最佳扫描参数集，也就是具有与目标扫描时间匹配的最高信噪比的扫描参数集。最后在步骤17中，由采集装置2使用所确定的最佳扫描参数集自动执行对对象6的扫描。

在步骤15中由控制装置4为十二个不同的预定扫描参数集计算图像噪声的值。这些预定集合被分成两个子集，每个子集描述相位编码方向的六个取向，这六个取向在切片平面内相对于彼此旋转30度。第一子集由一(R)FOV表征，该(R)FOV被选择成使得固有叠影信号落在感兴趣区域外部。第二子集由具有(R)FOV的SENSE的使用表征，该(R)FOV被选择成使得它包围对象尺寸。根据目标扫描时间选择SENSE减缩因数(reduction factor)。相应地可以使用其它预定扫描参数集。

换句话说，在步骤15中，控制装置4预测十二个图像的噪声而无需任何进一步的测试扫描。由于每厘米灵敏度并不发生大变化，因此这些图像的分辨率可以很低，例如大约1cm²像素。然后在步骤16中由控制装置4确定最佳扫描参数。所有计算可以在很短时间段内执行。所以几乎可以在目标值被提供给操作装置3之后，立即开始步骤17中的对象16的实际磁共振扫描。

在步骤15中使用从实际成像前的三维参考扫描获得的灵敏度矩阵计算每个图像的噪声。换句话说，重新使用参考数据以用于优化对象6的实际磁共振扫描的扫描参数。根据下式计算图像像素的信号值 p：

p＝(S^HΨ^-1S)^-1S^HΨ^-1 m

其中S是灵敏度矩阵，Ψ是噪声相关矩阵， m是所有线圈元件5的测量数据。

在实际实验中，在测量数据中存在噪声 n，其中噪声的平均值为零并且噪声平方的平均值为噪声方差σ²。

测量数据 m中的噪声根据下式导致信号值 p中的噪声：

$\widehat{\stackrel{\‾}{p}}={\left(S^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}S\right)}^{-1}{S}^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}(\stackrel{\‾}{m}+\stackrel{\‾}{n})=\stackrel{\‾}{p}+{\left(S^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}S\right)}^{-1}{S}^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}\stackrel{\‾}{n}$

具有噪声的信号值

和没有噪声的信号值 p之间的平均差值为零，具有噪声的信号值 和没有噪声的信号值 p之间的平均差的平方再次为噪声方差σ²。

基于参考图像灵敏度矩阵根据下式计算噪声方差：

${\mathrm{\σ}}^2=\⟨{|\widehat{\stackrel{\‾}{p}}-\stackrel{\‾}{p}|}^2\⟩=\⟨(\widehat{\stackrel{\‾}{p}}-\stackrel{\‾}{p}){(\widehat{\stackrel{\‾}{p}}-\stackrel{\‾}{p})}^H\⟩$

$=\⟨\left({\left(S^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}S\right)}^{-1}{S}^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}\stackrel{\‾}{n}\right){\left({\left(S^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}S\right)}^{-1}{S}^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}\stackrel{\‾}{n}\right)}^H\⟩$

$=\⟨{\left(S^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}S\right)}^{-1}{S}^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}\stackrel{\‾}{n}{\stackrel{\‾}{n}}^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}S{\left(S^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}S\right)}^{-1}\⟩$

$=\⟨{\left(S^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}S\right)}^{-1}{S}^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}{\mathrm{\Ψ\Ψ}}^{-1}S{\left(S^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}S\right)}^{-1}\⟩$

$=\⟨{\left(S^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}S\right)}^{-1}\⟩$

换句话说对于图像中的每个像素，可以根据下式预测噪声标准偏差：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{{\left(S^H{\mathrm{\Ψ}}^{-1}S\right)}_{\mathrm{pp}}^{-1}}$

对于图像的典型噪声，在步骤15中使用平均噪声标准偏差或最大噪声标准偏差。

本领域的技术人员将显而易见的是，本发明并不局限于前述示例性实施方式的细节，在不脱离其精神或基本属性的情况下，本发明可以表现为其它特定形式。所以无论从哪个方面来看本实施方式都应当被视为示例性的而非限定性的，本发明的范围由后附权利要求而非前面的具体描述限定，并且因此意味着将在权利要求的等效替换形式的含义和范围内的所有变化包含于此。进一步显而易见的是，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，词语“一”并不排除多个，并且单个元件，例如计算机系统或另一单元，可以实现在权利要求中叙述的若干装置的功能。权利要求中的任何参考标记不应当被理解成限制相关权利要求。

Claims (11)

1.一种使用磁共振设备(1)产生磁共振图像的方法，所述方法包括以下步骤：

-采集参考扫描，

-为磁共振设备(1)提供特定扫描参数的目标值，和

-由磁共振设备(1)基于参考扫描数据，根据所述特定扫描参数的目标值确定最佳扫描参数集。

2.如权利要求1所述的方法，其中参考扫描数据包括每个体素的磁共振设备(1)的每个线圈元件(5)的灵敏度数据。

3.如权利要求1所述的方法，其中为限定的感兴趣区域确定最佳扫描参数集。

4.如权利要求1所述的方法，其中特定扫描参数是扫描时间。

5.如权利要求1所述的方法，其中特定扫描参数是信噪比。

6.如权利要求1所述的方法，其中确定最佳扫描参数集的步骤包括以下步骤：

-为多个预定扫描参数集确定图像噪声。

7.如权利要求6所述的方法，其中预定扫描参数集包括具有相位编码方向的不同取向的集合。

8.如权利要求6所述的方法，其中预定扫描参数集包括具有不同RFOV的集合。

9.如权利要求1所述的方法，包括进一步的步骤：

-使用所确定的最佳扫描参数集自动执行扫描。

10.一种用于产生磁共振图像的设备，包括：

-用于采集参考扫描的采集装置(2)，

-用于为该设备提供特定扫描参数的目标值的操作装置(3)，和

-控制装置(4)，其用于基于参考扫描数据，根据所述特定扫描参数的目标值确定最佳扫描参数集。

11.一种使用磁共振设备(1)产生磁共振图像的计算机程序，包括：

-采集参考扫描的计算机指令，

-为磁共振设备(1)提供特定扫描参数的目标值的计算机指令，

-当在计算机(10)中执行该计算机程序时，基于参考扫描数据，根据所述特定扫描参数的目标值确定最佳扫描参数集的计算机指令。

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