CN1950715A

CN1950715A - 磁共振成像

Info

Publication number: CN1950715A
Application number: CNA2005800136072A
Authority: CN
Inventors: M·考文霍芬
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2007-04-18
Also published as: US7702377B2; EP1743189A1; US20080154121A1; JP2007534417A; WO2005103750A1

Abstract

一种磁共振成像方法涉及检测一系列触发事件并从k－空间的相应段中捕获磁共振信号的相继段。例如，在检测到的一系列触发事件的基础上，通过移动平均，预测下一触发事件的出现。在预测的触发事件出现的基础上，触发磁共振信号的至少一个个别段的捕获。捕获的触发是基于预测的触发事件的，例如，在触发事件的预测的基础上，调整捕获的时刻和持续时间。最后，从磁共振信号的若干段中，重建磁共振图像。

Description

磁共振成像

技术领域

本发明涉及磁共振成像方法，其中从动态变化的物体获得磁共振信号，并且从磁共振信号中重建磁共振图像。

背景技术

从M.T.Vlaardingerbroek和J.A.den Boer的手册“磁共振成像”(第二版，Springer Verlag Berlin 1999)中，知道这样的磁共振成像方法，其特别涉及成像待检查的病人的跳动心脏。跳动心脏的形状以及大小的运动和变化形成该物体的动态变化。

M.T.Vlaardingerbroek和J.A.den Boer的手册“磁共振成像”(第二版，Springer Verlag Berlin 1999)提及：在磁共振成像中处理心脏运动的一种方式是使用心电图(ECG)利用心脏节律触发磁共振信号的捕获。在其中心脏返回到同一位置的相同心脏阶段，获得磁共振信号的简表(profile)。在检测到R-峰值的预定延迟之后，仅测量一个简表，并且R-R间隔的剩余部分能够用于捕获来自其他时间片(slice)的数据。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种磁共振成像方法，实现改进的图像质量以及信号捕获的效率，以成像物体的动态变化。

这个目的是利用根据本发明的磁共振成像方法实现的，其中

-检测一系列触发事件，

-根据相应检测的触发事件，从k-空间的相应段中获得磁共振信号的段，以及

-根据其检测到的触发事件捕获磁共振信号的个别段是依赖于先前检测到的触发事件的。

本发明基于能够预期考虑动态变化中的不规律性或改变的见识。特别地，动态变化时常涉及某种程度的规律性，例如某一周期性。在设定磁共振信号的当前段的捕获时，考虑先前检测到的触发事件，这实现了在捕获磁共振信号的当前段时，适当考虑动态变化中的改变。例如，准确地考虑例如待检查病人的心跳的周期性的缓慢漂移。因此，降低或避免由于不正确引起的错误或不考虑动态变化中的改变。因而，避免在重建的磁共振图像中的混乱，例如运动人为现象。此外，改进了信号捕获的效率，因为不需要丢弃相对于其检测的触发事件不正确捕获的磁共振信号。

以相应段的形式捕获磁共振信号。通过扫描k-空间的相应段，捕获磁共振信号的个别段。特别地，在k-空间中的行或少量行的组形成这样的k-空间的段。从来自磁共振信号的若干段的磁共振信号中，重建磁共振图像。根据不同的触发事件，捕获这些相应的磁共振信号。根据本发明，在一系列先前触发事件的基础上，预测下一触发事件。在心脏的磁共振成像中典型的触发事件是病人ECG中R-峰的检测。根据下一触发事件的预测以及下一触发事件的实际发生，设定下一段磁共振信号的捕获。该捕获的设定可以涉及根据磁共振信号的当前段的当前触发事件的捕获的时刻以及持续时间，或该设定可以涉及丢弃根据当前触发事件预见的捕获，以及在后面出现触发事件时完成下一捕获。例如，当

注意，在Radiology(放射学)212(1999)579-587上M.Stuber等人的论文“Sub-millimetre three-dimensional coronary MR-anglographywith real-time navigator correction：comparison of navigatorlocations”报告相对于ECG的R-波采用触发延迟，其线性依赖于两个相继R-波(R-R间隔)即实际心率之间的时间差以及心脏收缩的持续时间。此外，这个论文提及利用心脏循环的心脏收缩部分的相对恒定的持续时间。

本发明的这些和其他方面将参考在从属权利要求中定义的实施例进一步阐述。

根据本发明的一个方面，将检测到的当前触发事件的实际时刻和当前触发事件的预测进行比较。根据这个比较，完成磁共振信号的当前段的捕获。特别地，在触发事件的实际时刻显著不同时，例如实际时刻与其预测之间的差大于预定的阈值时，磁共振信号的当前段的捕获被丢弃，并在下一触发事件时再次执行。当前触发事件的实际和预测时刻之间的如此显著差别通知动态变化的规律性的实质偏差。因此，磁共振信号的当前段的捕获非常有可能受人为现象例如运动人为现象的影响。丢弃并重新捕获磁共振信号的当前段避免了在重建的磁共振信号中这些人为现象的激增。

根据本发明的进一步方面，进行检测到的系列触发事件的选择，并在选定的触发事件的基础上，进行磁共振信号的当前段的捕获的依赖性。本发明的这一方面基于在许多情形中有可能将涉及动态的规则动态行为的触发事件和反映动态行为的不规则性的触发事件区分开来的见识。对于下一触发事件的预测，不考虑检测到的触发事件的部分，特别地，不考虑反映不规则动态行为的触发事件。以这样的方式，错误的触发事件或由于未包含在选择中的不规则性引起的触发事件没有不利地影响下一触发事件的预测。因此，实现这下一触发事件的更准确预测。

能够在监测事件的基础上，完成触发事件的选择。这些监测事件是不同于触发事件的其他事件。这些监测事件表示其具有的现象不同于触发事件所基于的现象的动态行为。特别地，在心脏磁共振成像中，触发通常基于ECG信号，而监测事件则涉及待检查病人的呼吸状态。更具体地，ECG中的R-峰形成的触发事件也可以在和病人呼吸的呼气状态或吸气状态的出现相一致的基础上进行选择。可以用于触发事件选择的监测事件的另一个例子是病人的运动。例如，为了检测病人的呼吸状态，还能使用病人胸部的运动。

根据本发明的进一步方面，在以前触发事件时刻的统计分析的基础上，预测下一触发事件。特别地，这样的统计分析能够区分属于规律动态行为的触发事件和反映显著不可预测的不规则性的触发事件。在心脏磁共振成像中，这样的不规则性可以是涉及附加的心脏收缩或稍前或稍后心脏收缩的R-峰。通过在先前触发事件之间的时间间隔上采用移动平均(running average)，获得非常好的结果。通过仅对选定的触发事件进行移动平均，能使下一触发事件的预测更为准确，例如，在监测出现的基础上，以致于先前触发事件和确定的呼吸状态相一致。已发现，和吸气状态相一致的R-峰之间的时间间隔通常短于和呼气状态相一致的R-峰之间的时间间隔。因此，在争论的呼吸状态的R-峰之间的时间间隔的移动平均的基础上，更正确地完成在确定的呼吸状态中下一R-峰值的预测。通过对10-20(选择的)先前触发事件进行移动平均，特别地实现准确的结果。为了强调某些先前触发事件的影响，采用加权的移动平均。特别地，加权的移动平均涉及不随时间递减的加权；即，用于触发事件的加权是时间的非递减函数。因此，至少一些不太新近的触发事件具有较小的加权，并因此在加权的移动平均中影响较小。

根据本发明的另一方面，作为触发事件出现之间的间隔的递归估计，实施统计分析。这个实施涉及可易于调整的递归参数，并且对于不太最近的触发事件得到按指数规律衰减的加权。

本发明进一步涉及如在权利要求8中定义的根据本发明的磁共振成像系统。本发明的磁共振成像系统的进一版本在权利要求9中进行定义。本发明的磁共振成像系统能执行本发明的磁共振成像方法，并相应地执行磁共振信号捕获的更准确触发。

本发明进一步涉及如在权利要求10或11中定义的计算机程序。当被装载到磁共振成像系统的处理器的工作存储器中时，本发明的计算机程序允许磁共振成像系统执行本发明的磁共振成像方法。这将实现磁共振信号捕获的更准确触发。该计算机程序可在诸如CD-rom的数据载体上提供。作为另一个选择，计算机程序可从远程站点通过数据网络例如全球网(world-wide web)进行下载；更显著地，可通过互联网从网页的网页地址中下载计算机程序。

附图说明

本发明的这些和其他方面将参考下面描述的实施例并参考附图进行阐述，其中：

图1图解地显示其中使用本发明的磁共振成像系统，以及

图2显示表示在移动平均中采用的加权函数的图表。

具体实施方式

图1图解地显示其中使用本发明的磁共振成像系统。该磁共振成像系统包括用于生成稳定的均匀磁场的一组主线圈10。例如，以这样的方式构成主线圈，以致于这些主线圈封闭隧道形状的检查空间。待查的病人被放置在滑入这个隧道形状的检查空间中的病人托架。磁共振成像系统还包括多个梯度(gradient)线圈11，12，借此显著地在各个方向以时间(temporary)梯度的形式呈现出空间变化的磁场被生成，以便被重叠在均匀磁场上。梯度线圈11，12被连接到可控电源单元21。通过利用电源单元21施加电流来对梯度线圈11，12激励(赋能)。通过控制电源单元来控制梯度的强度、方向和持续时间。该磁共振成像系统还包括发射线圈和接收线圈13，16，分别用于生成RF激励脉冲和用于拾取磁共振信号。发射线圈13优选地被构成为体线圈(body coil)13，借此能够封闭待检的目标(一部分)。该体线圈通常以这样的方式被安排在磁共振成像系统中，以致于在待查病人被安置在磁共振成像系统中时，待查病人30被体线圈13封闭。体线圈13用作用于发射RF激励脉冲以及RF重新聚焦脉冲的发射天线。优选地，该体线圈13涉及发射的RF脉冲(RFS)的空间均匀强度分布。可替换地，同一线圈或天线通常用作发射线圈和接收线圈。此外，发射和接收线圈通常形状为线圈，但是其中发射和接收线圈用作RF电磁信号的发射和接收天线的其他几何结构也是可行的。发射和接收线圈13被连接到电子发射和接收电路15。

应当注意到，可替换地，有可能使用独立的接收和/或发射线圈16。例如，可使用表面线圈16作为接收和/或发射线圈。这样的表面线圈在相当小的体积内具有高的灵敏度。诸如表面线圈的接收线圈被连接到解调器24，并且接收的磁共振信号(MS)通过解调器24来解调。解调的磁共振信号(DMS)被施加到重建单元。接收线圈被连接到前置放大器23。该前置放大器23放大利用接收线圈16接收的RF谐振信号(MS)，并且放大后的RF共振信号被施加到解调器24。解调器24解调放大的RF共振信号。解调的共振信号包含关于待查目标的部分内的局部自旋密度的实际信息。此外，发射和接收电路15还连接到调制器22。调制器22以及发射和接收电路15启动发射线圈13，以发射RF激励和重新聚焦脉冲。重建单元从解调的磁共振信号(DMS)中导出一个或多个图像信号，其中图像信号表示待检查目标的成像部分的图像信息。重建单元25实际上优选地被构成为数字图像处理单元25，其被编程，以便从解调的磁共振信号中导出表示待检查目标的部分的图像信息的图像信号。在重建的输出上的信号被施加到监测器26，以致于该监测器能显示磁共振图像。可选地，有可能将来自重建单元25的信号存储在缓冲单元27中，等待进一步处理。

还为根据本发明的磁共振成像系统提供例如以包括(微)处理器的计算机形式的控制单元20。控制单元20控制RF激励的执行以及时间梯度场的应用。

控制单元20的操作又受触发单元40的控制，该触发单元施加触发信号给控制单元，以便在出现触发事件的基础上启动磁共振成像系统，从而从k-空间的相应段中捕获磁共振信号的段。通常在向量心电图的基础上运行的心电图学单元42从病人心脏捕获ECG信号。运行在向量心电图基础上的ECG装置合适地被用作心电图学单元，并从国际申请WO99/04688的磁共振成像中公知这样的单元。ECG信号被施加到统计分析器单元41，它进行接收ECG信号的统计分析，以预测下一触发事件的出现。显著地，统计分析单元41预测病人的ECG的下一R-峰何时将出现。此外，统计分析单元计算受控制单元20控制的磁共振信号下一段捕获的时刻和持续时间。例如，统计分析单元在准确确定与其中病人心脏几乎不运动的心脏舒张阶段精确一致的时间间隔时考虑病人心率的变化。在该时间间隔期间，捕获磁共振信号的当前段，并且运动几乎不影响这个段的磁共振信号。进一步为本发明的磁共振成像系统提供监视器43，其用于检测特别地以病人呼吸状态的形式的监测事件。检测到的监测事件被传送到统计分析单元41，该分析单元在预测下一触发事件出现时考虑检测到的监测事件。例如，该监测单元可被安排为测量病人的呼吸状态，即确定吸气和呼气。然后，统计分析单元被配置用于计算在呼气期间稍长的例如病人ECG中R-峰之间的5-10％的时间间隔。特别地，个人的R-峰之间的时间间隔在吸气和呼气之间可能变化5-10％。

更具体地，可以给统计分析单元提供软件，其可以包含电子电路，以便为最后的N(i＝1，...N)R-R时间间隔在时刻n使用加权函数w_i计算触发事件上的加权移动平均<RR>_n(N)：

&lang; RR {&rang;}_{n} (N) = \frac{Σ_{i = 1}^{N} {RR}_{i + n - N - 1} w_{i}}{Σ_{i = 1}^{N} w_{i}}

然后，预测下一R-R间隔等于当前加权的移动平均：

RR_n+1＝<RR>_n(N)

作为进一步的改进，加权函数w_i是作为时间函数的非递减函数或递增函数。在图2的图表中显示出例子。在图2中，加权因子的值被标绘为相继触发事件或等效地时间的函数。当前时刻被指示为点n。图表(a)显示在间隔(n-N，n)内具有恒定值的简单加权因子。图表(b)显示在间隔(n-N，n)内线性增加的加权因子。图表c显示出在间隔(n-N，j)内线性增加并且在间隔(j，n)内保持恒定的加权因子。因为这些加权对于之前较长时间出现的R-R间隔是较小的，所以加权的移动平均提供对病人当前心率的更准确的预测。此外，这些加权(w_i’而非w_i)可以根据检测到的监测事件来确定，例如基于病人的呼吸和/或ECG的不规律性，例如心律不齐：

W_i′＝w_if(G_i)g(RR_i)

其中w_i是图2所示的非递减函数之一，f是呼吸门接受(gateacceptance)的函数，而g是R-R间隔的当前持续时间的函数。门接受的若干替换方式是可能的：最简单的是接受所有的(f＝1，g＝1)。例如，如果RR_i≤A.<RR>_i(N)，则可以排除心律不齐的R-R间隔，g(RR_i)＝0，其中参数A是可调乘数；对于A＝0.5，获得好的结果。这就是早于当前移动平均一半出现的触发事件即检测到的R峰值被拒绝。函数f还可以实现呼吸接受选通，其中

f (G_{i}) = \{\begin{matrix} 1 if G_{i} = 1 \\ 0 if G_{i} = 0 \end{matrix}

。通过将呼吸接受选通和心律不齐R-R间隔的排除，实现进一步的改进。

加权移动平均计算的还一种实施方式是递归移动平均：

<RR>_n(N)＝aRR_n+(a-1)<RR>_n-1(N)

这得到按指数规律衰减到过去(past)的时间加权函数。

另一种替换方案是采用Kalman过滤，以预测下一R-R间隔。Kalman过滤器是公知的，例如从Trans AMSE，J.Basic Engineering 82series D(1060)35-45中的“A new approach to linear filtering andprediction problems”中得知。为此，将根据本发明的计算机程序例如装载到控制单元20和重建单元25中。

Claims

1.一种磁共振成像方法，其中

-检测一系列触发事件，

-根据相应检测到的触发事件，从k-空间的相应段中捕获磁共振信号的段，以及

-根据其检测到的触发事件捕获磁共振信号的个别段依赖于先前检测到的触发事件。

2.如权利要求1所述的磁共振成像方法，其中与磁共振信号的所述个别段的捕获的其检测到的触发事件相关的定时和/或持续时间依赖于先前检测到的触发事件。

3.如权利要求1所述的磁共振成像方法，其中

-从先前检测到的触发事件中，导出当前触发事件的时刻的预测，

-将检测到的当前触发事件的实际时刻和当前触发事件的预测进行比较，以及

-根据其检测到的触发事件捕获磁共振信号的个别段依赖于检测到的当前触发事件的实际时刻和当前触发事件的预测的比较。

4.如权利要求1所述的磁共振成像方法，其中

-从一系列检测到的触发事件中，进行选择，以及

-根据其检测到的触发事件捕获磁共振信号的个别段依赖于先前检测到的触发事件的选择。

5.如权利要求1所述的磁共振成像方法，其中在先前检测到的触发事件的时刻的统计分析的基础上，实现根据其检测到的触发事件捕获磁共振信号的个别段对于先前检测到的触发事件的依赖性。

6.如权利要求1或2所述的磁共振成像方法，其中统计分析涉及在先前触发事件的出现之间特别地在选定的触发事件的出现之间的时间间隔的移动平均，特别地，在[10-20]先前触发事件的范围上进行移动平均。

7.如权利要求6所述的磁共振成像方法，其中统计分析包括触发事件出现之间的间隔的加权的移动平均或递归估计。

8.一种磁共振成像系统，包括：

-控制单元(20)，用于控制磁共振成像系统的操作；

-检测单元(42)，具体地，心电图学单元，用于检测触发事件；

-分析单元(40)，用于从检测的触发事件中导出触发信号；

-触发单元(40)，用于提供触发信号，以激活控制单元。

9.如权利要求8所述的磁共振成像系统，进一步包括：

-监测单元(43)，用于检测监测事件；

-该监测单元(43)耦合到分析单元(41)，以便在检测到的监测事件的基础上调整分析单元。

10.一种计算机程序产品，包括指令用于：

-检测一系列触发事件；

-在至少一部分检测到的系列触发事件的基础上，预测下一触发事件的出现；

-根据预测的触发事件，触发磁共振信号的至少一个个别段的捕获。

11.如权利要求10所述的计算机程序，进一步包括指令，用于检测一系列监测事件，并且相对于触发事件的出现，在监测事件出现的基础上，选择检测到的触发事件。