CN1934457A - Mr系统的非专家控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁共振成像，并提供一种方式以使即使非专家用户也能够完全控制磁共振成像器。本发明通过提供一用户界面实现该目的，该用户界面被设置成将值赋给至少一个用于影响所采集磁共振图像的可视显示的属性，并且其中所述至少一个属性的值被设置成选自指示它们的赋值对可视显示的所采集磁共振图像的内容的影响的信息。因此，可以根据待实现的结果给出命令(例如“相对于z轴使切片旋转30°”)。可以执行语音控制。

Description

MR系统的非专家控制

本发明涉及一种磁共振成像器的用户界面，其设置成将值赋给至少一个用于影响所采集磁共振图像的可视显示的属性。

US 6,400,157公开了一种用于遥控磁共振成像器的磁共振系统。更具体地说，其描述了一种由在外科手术期间使用磁共振扫描的外科医生控制这样一种成像器的系统。这种扫描例如可用于在神经外科手术期间定位手术工具。外科医生可控制计算机，例如，该计算机使他可以控制诸如回波时间TE、重复时间TR、切片轴和分辨率的扫描参数。

US 6,400,157中描述的系统需要使用者(在该情况中为外科医生)操纵通常由技术专家控制的扫描参数。因此，外科医生需要详细了解磁共振图像的物理产生，以便准确控制这些参数。即使假设在这种情况中的外科医生已经获得相当多的磁共振扫描知识，US 6,400,157中公开的系统仍然将扫描控制从磁共振扫描采集的专家转移给其所擅长的领域并非磁共振扫描技术的人。

本发明的目的是制造可以由在磁共振成像领域非专家的人使用的用户界面。该目的根据本发明的方法实现，通过本发明，至少一个属性的值被设置成选自指示它们的赋值对可视显示的所采集磁共振图像的内容的影响的信息。

人体的磁共振扫描需要外部施加磁场、射频场和构成人体的核子的核磁矩的叠加之间的相互作用，并被认为是理解起来复杂的成像模式。在磁共振专业人员中公认磁共振成像器的正确和有利操作需要培训和对大量变量之间的相互作用的具体知识。在没有这种知识的情况下，磁共振扫描的采集变成机会事件，依靠实验操作组合变量，这可能或不能产生诊断有用扫描。

磁共振成像产生以一定的分辨率有利地区分很多软组织类型的医学图像，这使得其对于诊断是有用的。这使磁共振成像与不能显示良好软组织对比度的传统X射线成像模式，例如X射线计算机断层摄影相比更吸引人。因此在放射医学中已经趋向于将磁共振的应用拓展到越来越多的临床领域。这些领域中的一些涉及医疗人员的参与，他们未必都是磁共振成像技术专家。

一个这种例子是将磁共振拓展到介入手术中。在此，在手术过程期间使用磁共振成像以使外科医生能够成像并因此显现他或她正在手术的解剖结构。病人和外科医生必须物理地处于合适成像器的位置，并且所采集的图像必须以这样一种方式对医生有用，即所述图像可以从他或她正在手术的位置观看。为了使外科医生在这些环境下从磁共振成像的可用性中获得最大利益，外科医生应当能够直接控制成像过程。如果考虑如下事实这可以被容易地解释：最好是进行切开、并因此需要关于切口位置周围解剖结构的非常特定和确切的可视信息的外科医生，评估是否显示给他的图像实际显示了所考虑的解剖区域。同样，如果所显示的图像未以适当方式显示需要的确切解剖结构，最好是外科医生考虑在图像平面对准手术刀的位置前图像平面应当改变多少，并且进一步如果图像不够清楚，图像对比度或分辨率应当以什么方式改变。因此这是为何应当将成像设备的控制移交外科医生的最好原因。

然而，虽然外科医生在自己的领域是高水平专家，但他很少是磁共振成像的专家。通过使用户使用多个属性控制磁共振图像的显示，本发明使非专家用户能够正确控制图像的采集，每个所述属性对最终磁共振图像具有影响。

磁共振成像器中不同的设备部件由输入值控制，这些输入值控制这些图像限定器，例如，自旋序列选择、切片或体积选择、切片厚度或切片排列。这些输入值由成像器的控制系统转换成各种扫描参数。这些扫描参数直接控制设备的各个部件的操作，例如产生梯度场的线圈或发射或接收射频线圈。本发明改变由用户将管理扫描参数选择的信息传送到成像器的控制系统的方式。在通常使用中，输入值由用户输入到控制台上的输入显示屏中并作为一系列指令传送到系统控制。因此例如，指导梯度线圈精确工作的值可以通过输入所需图像的精确平面排列提供给控制系统。因此，对最终切片图像的特定平面排列的要求变成可变梯度场强度的组合，该梯度场强度组合产生源于具有恰好所需排列的几何平面的磁共振信号。

以类似方式，自旋序列的选择给控制系统提供指令以准确定时带有各种梯度线圈的射频发射线圈和射频接收线圈的相关工作。这从受检者导出磁共振信号，所述磁共振信号当被重建成图像时，将显示程度和种类变化的组织对比度，取决于所选自旋序列。

另外，由用户对磁共振成像器进行的各种附加操作模式的选择指导控制系统如何有效地采集由磁和射频场的相互作用产生的数据。例如，可以通过控制系统指导成像器以若干数据顺序种的任何一种采集数据，每个顺序具有自身的优势和劣势。这种选择的一个例子是选择使用k空间的哪种采样。在k空间采样数据的顺序和速率直接影响最终图像质量。涉及解剖结构运动(例如心脏跳动或顺磁造影剂通过动脉系统的流动)的图像得益于在采集外围数据前从k空间中心采集数据的采样顺序。这增加了编码总体解剖细节的图像信号的比例，损失了编码细微细节的图像信号，但是在时间有限时产生了诊断有用图像。

已经研发了各种采样顺序来实现磁共振数据的这种采集，并且这些顺序之间的选择可以由有经验的操作者进行并输入到控制台的显示屏中。

除此之外，可以指导成像器使用射频接收线圈以高密度采样数据，或采集数据子集并根据样本子集重建丢失的数据。例如，可以仅从高频k空间采样一半或四分之一的数据，并根据所采样数据的共轭重建剩下的未采样数据。同样，在特定磁共振成像采集的范围内是否这样做的选择最好由有经验的操作者决定。

可以以几个已知方式中的任何一种将值输入控制台的输入屏，这些方式包括在键盘或鼠标控制下以及利用操纵杆使用光标。经常在扫描会话过程中显示给用户系统菜单限定的设置图案之后，输入数据。例如，系统菜单将使用户能控制以下参数的输入值：扫描平面位置、扫描平面方向、扫描平面尺寸和所用的自旋序列以及最终扫描分辨率。数据可以以系统菜单允许的任何顺序输入。

代替输入用于控制扫描参数的一般数据值，本发明允许用户将根据其产生的结果定义的信息提供给磁共振成像器的控制系统。换句话说，用户选择他愿意得到的结果并将其作为信息输入控制系统，而不是用户必须知道和理解特定扫描参数或输入值具有什么影响。然后，控制系统将这些指令翻译成必要的扫描参数。换句话说，用户选择某些属性，这些属性的选择直接影响用户指挥的磁共振扫描的最后显示。

定义扫描结果的信息可以以各种方式提供给用户。

为了避免非专家用户困惑，以离散选择的形式提供信息。例如外科医生是非专家用户，在用户使用和控制磁共振成像器时，用户已经面对多个选择和视觉空间任务。仅给这种用户提供离散数目的选择将限制他所面对的和被迫回应的信息量。所述信息可以作为选项的离散列表提供并且这样的列表可以是每个选择的结果的一组描述。因此例如，在颅部进行外科手术并且希望对他进行手术的脑部进行扫描的外科医生可能面临具有自旋序列的两个可能选项的列表，一个列表被描述为‘白质增强扫描’，另一个名称为‘灰质增强扫描’。同样，各种自旋序列在它们被用于总体解剖结构的其它区域时可以同样根据它们的最显著视觉区别特征进行描述。

已经发现一个特别成功的显示是可视显示。这使用户能以与其评估最终图像相同的方式评估属性的选择，并且这样做减少了吸引用户注意的不同形式信息的总数目。在可视显示的情况中，例如自旋序列的属性的选择以一系列分立显示图像的形式提供给用户，每个图像提供使用该特定自旋序列采集时图像将看起来如何的样本。用户从可视样本图像的分立列表或排列中选择看起来最像他要得到的最终图像的形式的那个。该选择可以作为输入属性输入到系统，并且然后由控制系统转换成将所选自旋序列用于磁共振成像器所需的参数。

允许用户输入值的特别有用的方式是通过语音控制。在外科医生进行用户控制的情况中，这允许直接控制系统，而不需要在用户和控制台之间存在任何物理接触，从而避免了由用户引起的污染或用户的消毒状况遭到破坏。

语音控制可以通过一般的语音控制方法实现，例如通过麦克风和语音识别软件实现。用户界面可以以这样的方式构造，即输入值在通过语音控制系统被输入到系统控制的同时仍然可视再现在输入显示屏上，从而用户可以知道已经被输入到磁共振成像器的是什么指令。

为了便于控制系统和选择属性，可以制定用于控制系统的语音命令集。这个语音命令集被合理化为不特别依靠磁共振成像的深奥或深入知识的最小命令集。这允许用户控制磁共振系统而不需了解任何磁共振成像中使用的术语。因此，使用一般词语和命令在输入显示屏上进行属性选择，这些词语和命令有时被排列在一起以形成总命令序列。

将参考附图进一步阐释本发明的这些和其它方面。

图1显示了可以在使用本发明的磁共振成像器的用户界面上显示的双显示系统，在该双显示系统中一个显示用于当前图像数据，另一显示用于提供环境信息(contextual information)，该环境信息用于给用户提供本发明给他控制权的属性的选择。

图2显示了扫描平面到新切片位置或方向的运动，所述运动在感兴趣区域或解剖结构的单独显示的三维透视解剖模型上模拟。

图3显示了如何利用本发明控制图像变焦的例子。

图4显示了当用于图3中的图像时变焦作用的结果、

图5显示了使用本发明控制图像对比度。

图6是示出用于T2加权成像的参数的表格。

图7显示了使用本发明控制图像分辨率。

图8显示了使用本发明控制图像分辨率。

图1显示了双显示系统，其中一个显示用于当前图像数据，另一显示用于所提供的环境信息。这个环境信息可以是覆盖在现有图像上的另外的参考图像，三维透视图，或者实际上是为了提供方便用户选择属性的可视提示的任何另外的显示。在图1中，所采集的图像(在这种情况下是颅切片)显示在双显示系统的左边，同时在双显示系统的右边在环境显示(在这种情况下是头)上示出所采集的图像平面的位置。这允许用户察看刚采集的图像的环境并且在思想上对切片的确切位置形成概念。以类似的方式，环境显示可用于显示将要采集的切片的位置。在该情况中，环境显示将显示已经采集的切片在周围环境中的位置，该显示然后随着用户输入的控制下个待采集切片的位置的多个命令而改变。这样，显示内容给用户显示如果所输入的命令被执行，它们的效果是什么。在这种情况下，所述属性可以不精确地描述为采集切片的位置坐标或采集切片的方向。人们可能根据在解剖空间内精确限定图像切片的排列的数学正交坐标想到该方向。例如，这些正交坐标可以是切片的法向矢量的x、y、z坐标或r、Θ、Φ坐标。在这种情况下，使用直接应用于环境显示本身的属性选择结果，从环境显示选择这些坐标和属性。换句话说，该显示示出了希望采集的虚拟表示，用户自己对切片方向或属性的选择根据这个显示确定。

可以将允许语音控制磁共振成像器的命令集设计成允许简化控制切片的定位。从而用户不需根据几何坐标规定希望采集切片的位置。替代地，可以将命令词汇表和语音控制系统设计成利用参考命令。换句话说，用于选择采集切片的排列属性的命令可以通过改变描述在前选择的属性，表示此选择。当用户给出命令时，显示采集切片位置的环境显示描绘采集切片位置的所选变化。换句话说，采集切片的位置在环境显示上移动。

图2显示了扫描平面到新切片位置或方向的这种移动。希望的切片采集平面的这种移动也可以被实时，换句话说在磁共振采集运行的同时模拟。它可以显示在感兴趣区域或解剖结构的单独显示三维透视解剖模型上。这样，当操作者给出改变位置的语音命令时，叠加在三维模型上的采集切片的移动在不调节磁共振采集的情况下被模拟。所需方向上的运动应当具有在显示上提供足够运动分辨率的速率，因此使用户可以发觉切片何时位于临床有用的位置或方向。这使操作者可以舒适地给出停止运动的命令。当在所模拟切片上完成运动时，磁共振采集更新为新切片位置信息。于是，新切片的图像在主图像显示上被更新。

感兴趣区域的三维透视解剖图像可在单独的环境显示中得到，当前切片位置叠加在该环境显示上。这可用于操作者的可视参考，如同地球的地球仪。可选地，切片位置的投影可以通过激光等形成在解剖自身上。

由系统使用的参考命令的种类可以示例为，例如下面的语音命令序列(左边显示命令，右边提供解释)：

LOCATION        调用切片定位模式

HOME            将切片移动到预定开始位置(解剖中心)

AXIAL           基本切片方向

CORONAL

SAGITTAL

TILT            进行倾斜

FORWARD         开始向前倾斜所模拟切片

BACKWARD        开始向后倾斜所模拟切片

STOP            停止所模拟切片的倾斜并在该位置进行采集

ROTATE

LEFT            开始向左旋转所模拟的切片

RIGHT

STOP            停止所模拟切片的旋转并在该位置进行采集

UP              沿垂直于图像平面的轴向上移动切片位置

STOP            停止所模拟切片的运动并在该位置进行采集

DOWN            沿垂直于图像平面的轴向上移动切片位置

STOP            停止所模拟切片的运动并在该位置进行采集

CONTINUE        结束当前模式并在新位置继续采集

从上面的例子可以看出使用这种命令结构的一个方式是使用嵌套命令，从而命令语句的使用使用户可以访问控制特定属性或属性集的另外的命令菜单。

除了采集切片的方向，可以使用本发明选择其它属性。例如，本发明可用于改变采集的视野或将一部分所采集的图像变焦或放大。

图3显示了用于将图像区域变焦的ZOOM模式的例子。作为其如何使用的例子，操作者请求Zoom Mode(变焦模式)。然后，环境显示内容显示覆盖有粗网格的当前图像，并且网格上的每个方格由不同索引号标记。为使一区域变焦，操作者选择最接近感兴趣区域的网格方格，并说出标记那个方格的索引号。因此，例如，为变焦区域F6，用户说出“F6”。所选区域然后位于环境显示的中心并开始进行数字变焦。当变焦水平足够时，用户通过说出词语STOP来完成该动作。采集被重新配置以采集新视野或者图像显示被插入当前变焦设置。操作者通过说出CONTINUE或ACQUIRE可以选择这些动作的一个或另一个。

图4显示了变焦动作的结果。

在简化的命令系统内，使用普通词语控制磁共振成像器。因此例如，在ZOOM命令之后的命令CONTINUE使当前扫描继续，同时所述数字变焦应用于图像显示。ZOOM命令之后的命令ACQUIRE使得用当前定位和变焦的视野设置更新采集。

本发明可用于改变其它可称作描述图像的可视外观的属性。这种属性的一例子可以由图像的对比度描述。作为使用本发明这是如何实现的例子，用户说出被设计成使系统进入允许这个特定的属性改变的操作模式的命令。这可以是，例如词语CONTRAST。这将调用在环境显示中的多个样本或合成图像的显示，它们反映了多种不同的图像对比度和成像方法。

这在图5中示出。操作者说出图像标记或匹配所需对比度的成像方法。规定了对比度后，操作者将说出命令CONTINUE，并且系统立即切换到提供所需对比度的成像方法，同时保持在前图像的所有其它属性，这些属性例如可以是切片定位和视野。

当存在提供相似对比度的多个不同成像方法时，而后可以按采集时间增加的顺序提供每个方法的范例图像。采集时间可以紧接图像被显示为整个图像集的相对百分比，并将有助于选择。因此，操作者可以选择在6％的采集时间的对比度C。这将指定特定种类的对比度和特定种类的成像方法。例如，多种成像方法可用于产生T2加权图像。这些在图6所示的表格中作出比较。

本发明也可用于控制图像分辨率。然而，图像分辨率也可以被实时控制。因此，操作者能够看到图像分辨率随着磁共振信号数据的进一步采集而逐渐提高，并且因此当图像质量令人满意时可以选择停止采集或固定分辨率。

因此例如，为了引起分辨率改变，操作者将给出命令RESOLUTION，其后是INTERACTIVE。然后，成像方法可以切换成中心编码次序，同时保持当前定位和视野，并且继续采集同时显示连续更新的图像。操作者将在图像显示窗中看到极低分辨率图像，所述图像随着更高k空间线被采样而实时变得分辨率越来越高。当达到所需分辨率时操作者给出命令STOP。在STOP命令之后，以所选分辨率继续成像。如果需要，成像方法可以切换回其原始的编码次序。

图7和8示例了操作者可以看到的内容的例子。横条指示了百分比分辨率，该分辨率也与在该时间扫描完成的水平有关。通过以这种方式进行分辨率选择，用户不仅感受到对于手边任务分辨率的适用性，还感受到到达所需分辨率要花费的时间。当图像的某些所需特征足够清楚时，操作者可以继续以最佳分辨率扫描。

然后，这个进展中的图像总是以满足操作者分辨率需要的最有效的方式被采集。

可选地，在RESOLUTION命令后，操作者可以选择说出固定分辨率命令，例如“3MM”。这将简单改变成像方法以在没有交互程序的情况下用新分辨率进行采集。

可以看到，本发明在传统磁共振系统的使用上具有优势，该系统即使在具有实时交互磁共振成像能力时，通常需要操作者进行复杂参数变化。由于避免使用手动输入机构，语音控制的加入确保了更多的优势。在外科用户的情况中，这意味着外科医生的手仍可自由给病人进行手术，而且此外外科医生可以进一步与磁共振成像器交互作用，而不会破坏病人周围的消毒环境。

Claims (13)

1、一种用于磁共振成像器的用户界面，其设置成将值赋给至少一个用于影响所采集磁共振图像的可视显示的属性，其特征在于所述至少一个属性的值被设置成选自指示它们的赋值对可视显示的所采集磁共振图像的内容的影响的信息。

2、根据权利要求1的用户界面，其中所述至少一个属性的值确定控制磁共振信号采集的参数，该磁共振信号被重建以形成所采集的磁共振图像，其特征在于所述至少一个属性的值被设置成选自指示所确定参数对被重建以形成所采集磁共振图像的磁共振信号的影响的信息。

3、根据权利要求1的用户界面，其特征在于指示属性的赋值对可视显示的磁共振图像的内容的影响的信息，呈现为一系列分立的选择。

4、根据权利要求3的用户界面，其特征在于以一系列分立的选择呈现的信息呈现为一系列可视样本。

5、根据权利要求1的用户界面，其特征在于

它包括用于向用户呈现属性赋值的影响的可视显示装置，

并且还包括将所述至少一个属性的赋值传送到磁共振成像器的指令输入装置。

6、根据权利要求5的用户界面，其特征在于属性的值通过语音控制被传送到磁共振成像器。

7、根据权利要求1的用户界面，其特征在于所述至少一个属性被设置成在磁共振图像采集期间从该用户界面选择。

8、根据权利要求7的用户界面，其特征在于

在磁共振图像采集期间通过该用户界面更新磁共振图像的可视显示的内容，

并且所述至少一个属性被设置成在磁共振图像的内容的可更新显示的发展期间从该用户界面选择。

9、根据权利要求7的用户界面，其特征在于所述至少一个属性是图像分辨率。

10、根据权利要求9的用户界面，其特征在于使用中心编码次序采集磁共振图像。

11、一种用于控制用于采集磁共振扫描的用户界面的计算机程序，该计算机程序设置成将值赋给至少一个用于影响所采集磁共振图像的可视显示的属性，其特征在于

该计算机程序被设置成显示指示所述值对可视显示的所采集磁共振图像的内容的影响的信息，

并且该计算机程序进一步设置成接收所述值作为输入值。

12、一种用于采集磁共振图像的磁共振系统，其中该磁共振系统被设置成将值赋给至少一个用于影响所采集磁共振图像的可视显示的属性，其特征在于

该磁共振系统被设置成显示指示所述值对可视显示的所采集磁共振图像的内容的影响的信息，

该磁共振系统被进一步设置成接收所述值作为输入值。

13、一种操作用于磁共振成像器的用户界面的方法，包括如下步骤：

显示指示属性赋值的影响的信息，所述属性用于影响所采集磁共振图像的可视显示的内容，

基于所显示的信息为至少一个这种赋值选择值，

将所选择的值赋值给所述属性。

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