專利名稱：借助磁共振采集相應(yīng)于對象的呼吸運(yùn)動(dòng)的信號數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于借助磁共振采集相應(yīng)于檢查對象的呼吸運(yùn)動(dòng)的信號數(shù)據(jù)的 方法和一種用于執(zhí)行該方法的計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
磁共振技術(shù)(以下用簡稱MR表示磁共振)是一種公知的技術(shù)，利用該技術(shù)例如可 以產(chǎn)生檢查對象的內(nèi)部的圖像。簡言之，在MR檢查中，即在一個(gè)或多個(gè)MR測量中，將檢查 對象定位在MR設(shè)備中在相對較強(qiáng)的靜態(tài)的、通常是均勻的基本磁場(場強(qiáng)由0. 2特斯拉至 7特斯拉以及更高)中，使得其核自旋沿著基本磁場取向。為了觸發(fā)核自旋共振，將高頻的 激勵(lì)脈沖入射到檢查對象中、測量觸發(fā)的核自旋共振并且在其基礎(chǔ)上例如重建MR圖像。為 了對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行位置編碼，將快速切換的梯度磁場疊加到基本磁場上。將所記錄的測量 數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化并且作為復(fù)數(shù)值存儲在k空間矩陣中。從存放了值的k空間矩陣中，借助 多維傅里葉變換重建相關(guān)聯(lián)的MR圖像。要借助MR進(jìn)行檢查的患者的呼吸運(yùn)動(dòng)，在磁共振成像(英語 "magneticresonance imaging”_MRI)中首先在胸廓和腹部的器官的檢查中，也就是由通過 患者的呼吸運(yùn)動(dòng)影響的檢查區(qū)域的檢查中，會導(dǎo)致所謂的鬼影(英語“gh0Sting”)、模糊 (英語“blUrring”)和/或?qū)е庐a(chǎn)生的圖像中的強(qiáng)度損失，以及導(dǎo)致在產(chǎn)生的圖像之間的 配準(zhǔn)誤差。這些偽影會使得例如由醫(yī)生基于這些圖像來診斷變得困難，并且會導(dǎo)致漏掉損 傷。已經(jīng)存在大量技術(shù)，用以減少呼吸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的偽影。例如所謂的呼吸觸發(fā)和所謂 的呼吸門控描述了這些方法的兩類，其兼容地利用多個(gè)在MR檢查中采用的例如成像的或 光譜的序列，其中可達(dá)到的分辨率原則上不受限制，并且無需或最少僅需相對小的患者合作。在此，呼吸門控被理解為一種MR測量，在該MR測量期間，采集患者的呼吸并且與 采集的測量數(shù)據(jù)對應(yīng)，但是MR測量(特別是其TR、即在一層的連續(xù)的激勵(lì)之間的時(shí)間)的 重復(fù)率不取決于患者的呼吸。而是，重復(fù)率通過參數(shù)來控制或者還可以通過其它生理信號 (例如EKG)來控制。呼吸信息然后例如被用來，重復(fù)地采集例如在強(qiáng)的呼吸運(yùn)動(dòng)期間采集 的各個(gè)測量的測量數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)分組)，直到其在呼吸的一個(gè)平靜階段被采集。呼吸信息的 另一個(gè)應(yīng)用可以是，在一個(gè)特殊的(ausgezeichneten)(平靜的)呼吸階段中或在一個(gè)與 其相應(yīng)的隔膜位置前瞻性地采集特別地運(yùn)動(dòng)敏感的或確定圖像印象的k空間行(所謂的 “ROPE-respiratory ordered phase encoding，，)。呼吸觸發(fā)被理解為一種這樣的技術(shù)該技術(shù)例如將成像的MR測量與自由呼吸的 患者的呼吸同步，并且試圖，僅僅在呼吸周期的特殊的階段期間采集測量數(shù)據(jù)的確定的數(shù) 據(jù)分組。特殊的階段通常是在呼氣末端(英語“endeXpirati0n”)時(shí)呼吸周期的相對平靜 的階段。也就是，通過呼吸周期的該階段來觸發(fā)測量數(shù)據(jù)的記錄。在此如果每個(gè)觸發(fā)僅僅 一次激勵(lì)特定的層，則測量數(shù)據(jù)的有效的重復(fù)率(TR)是患者的平均呼吸周期的整數(shù)倍(ν=1 …k) ο用于呼吸觸發(fā)和呼吸門控的前提條件是在測量期間作為生理信號采集患者的呼 吸。呼吸的采集在此例如可以利用氣動(dòng)傳感器進(jìn)行。另一種公知的可能性在于利用所謂的 導(dǎo)航序列(Navigatorsequenz)的MR信號探測患者的呼吸。導(dǎo)航序列通常是例如采集隔膜 (胸隔)的MR信號的短序列，從中例如可以提取在采集的時(shí)刻患者的隔膜位置。導(dǎo)航序列 在此例如與對于圖像拍攝而采集對于MR檢查所期望的測量數(shù)據(jù)的成像序列交錯(cuò)。利用導(dǎo) 航序列確定的隔膜位置在此提供對于使用的觸發(fā)或門控算法的輸入信號。這樣的導(dǎo)航序列相對于外部的傳感器例如用于采集呼吸的氣動(dòng)傳感器來說具有 經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椴恍枰郊拥挠布?。此外，使用?dǎo)航序列對于應(yīng)用者來說通常感覺比使 用外部的呼吸傳感器例如氣動(dòng)傳感器更簡單或者開銷更小。也就是，這樣的外部傳感器在 測量準(zhǔn)備期間需要根據(jù)患者的調(diào)整。在導(dǎo)航序列中不需要這樣的調(diào)整。導(dǎo)航序列結(jié)合呼吸門控和呼吸觸發(fā)例如在心臟成像中有廣泛應(yīng)用。在此，導(dǎo)航序 列通常采集肝尖(Leberkuppe)的信號，而成像序列采集心臟的信號。對于導(dǎo)航序列在肝尖上的定位的原因是，那里由于在從肝到肺的過渡中強(qiáng)的信號 差對隔膜邊沿的可能穩(wěn)健探測。然而，在此在現(xiàn)代的所謂“Short-Bore-Systemen”中存在 困難。這些系統(tǒng)具有比經(jīng)典的MR系統(tǒng)更短的z-FOV(F0V 視野，英語,field of view")。 z-FOV是MR系統(tǒng)的主磁體內(nèi)部球形或圓柱形體積在軸向方向上，即沿著在其中基本磁 場BO具有一個(gè)特定的均勻性(該均勻性對于成像來說是足夠的)的磁體的軸的伸展。 “Short-Bore-Systemen”由此例如具有太短的z_F0V，不能例如在高的患者和/或在腹部或 盆腔中的期望的成像的情況下在該均勻性區(qū)域FOV內(nèi)部既定位導(dǎo)航序列又定位成像層。在由隔膜的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)出患者的生理呼吸信號的一系列方法中，通常在一個(gè)在從腳到 頭的方向上取向的讀出梯度下采集一維的MR信號。各個(gè)方法區(qū)別在于激勵(lì)，其中習(xí)慣上激 勵(lì)的目的是不一起激勵(lì)靜態(tài)的結(jié)構(gòu)，例如胸部，因?yàn)殪o態(tài)的結(jié)構(gòu)與在由一維導(dǎo)航信號重建 的“導(dǎo)航圖像”中的運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)重疊，而這使得隔膜運(yùn)動(dòng)的探測變得困難。在 Tetsuya Matsuda et al.的發(fā)表于期干Ij "Magnetic Resonance Imaging，，27, 238-246(1992)的文章“Spin-Echo M-Mode匪R Imaging”中描述了如何利用自旋回波序列 來實(shí)現(xiàn)這樣的激勵(lì)，其激勵(lì)層相對于重聚焦層傾斜。僅對在兩個(gè)層的交界處定位的自旋這 樣重聚焦并且形成一個(gè)自旋回波，其在讀出梯度下被采集。該方法的一個(gè)缺陷是在兩個(gè)層 面中磁化的飽和。^"Rapid NMR Cardiography with a Half-Echo M-Mode Method" by C. Hardy, J.Pearlman,J. Moore,P. Roemer and H. Cline ；J.Comput.Assist. Tomogr. 15,868(1991)中 描述的第二種方法在梯度回波導(dǎo)航序列中使用所謂的2D-RF脈沖用于激勵(lì)，其具有一個(gè)圓 柱形的激勵(lì)輪廓。這解決了上面提到的方法的飽和問題。然而，這種激勵(lì)不是特別穩(wěn)健并 且因此對于臨床應(yīng)用不合適。在現(xiàn)有技術(shù)中還公知不是從隔膜的位置推導(dǎo)出生理信號的方法。例如在US 4761613中，在一個(gè)自旋回波序列的每個(gè)讀出預(yù)相位梯度條件下采集 具有恒定的相位編碼動(dòng)量的附加的信號。然后，將該所謂的監(jiān)視回波與參考監(jiān)視回波比較 并且從比較中決定，是否將在隨后的自旋回波期間采集的成像數(shù)據(jù)用于圖像重建。在Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 14(2006), p2977 中描述了一種梯度回波序
5列，其中在一個(gè)20 μ S長的時(shí)間窗中在層重聚焦梯度和延遲接通的相位編碼梯度(或讀出 預(yù)相位梯度)之間沒有梯度切換的情況下采集導(dǎo)航信號。來自具有最大信號的組件線圈的 導(dǎo)航信號的絕對值形成一個(gè)信號點(diǎn)。然后，由一系列這樣的導(dǎo)航器(Navigator)獲得的一 系列信號點(diǎn)，由低通濾波器濾波并且作為對于呼吸門控算法的輸入信號使用。該方法的一 個(gè)缺陷是，序列的最小回波時(shí)間通過層重聚焦和相位編碼梯度(讀出預(yù)相位梯度)的時(shí)間 上的分離而被延長。此外不利的是，作為導(dǎo)航信號使用完整的激勵(lì)體積的投影。也就是說 在存在空間上不恒定的BO非均勻性的情況下，這會導(dǎo)致信號的去相位。此外，該方法(諸 如所有提到的“自門控(Self-gated) ”或“自導(dǎo)航(klf-navigated)，，方法，其中在一個(gè)激 勵(lì)脈沖之后既采集導(dǎo)航數(shù)據(jù)也采集圖像數(shù)據(jù))與呼吸觸發(fā)不兼容。在US4961426中也描述了對采集的導(dǎo)航信號通過數(shù)字的濾波進(jìn)行的類似分析。然 而在那里，或者在一個(gè)第二讀出梯度下在采集圖像數(shù)據(jù)之后并且在相位編碼動(dòng)量的一個(gè)反 轉(zhuǎn)之后采集導(dǎo)航數(shù)據(jù)，或者在每個(gè)本身的激勵(lì)之后交錯(cuò)地采集圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)。在 W. S. Kim et al.的文章"Extraction of Cardiac and Respiratory Motion Cycles by Use of Projection Data and Its Applications to NMR Imaging";Magnetic Resonance in Medicine 13,25-37(1990)中描述了如何能夠從投影數(shù)據(jù)中提取胸部的運(yùn) 動(dòng)作為與呼吸相關(guān)的生理的信號。在此在成像的自旋回波序列的激勵(lì)脈沖和重聚焦脈沖之 間采集投影數(shù)據(jù)。呼吸門控和呼吸觸發(fā)方法不僅對于心臟的成像的或光譜的MR檢查被采用，而且 例如對于腹部或盆腔的MR檢查也被采用。然而在此與心臟的MR檢查相比，在腹部和盆腔 中借助導(dǎo)航序列對呼吸運(yùn)動(dòng)的采集更困難，對于導(dǎo)航序列的激勵(lì)體積和對于MR檢查的檢 查體積二者可以位于腹部區(qū)域中并且也可以重合。為了減少干擾，例如作為對檢查體積也起作用的導(dǎo)航激勵(lì)的結(jié)果，呼吸觸發(fā)的成 像的MR檢查的解剖圖像中的飽和條紋，允許導(dǎo)航序列的激勵(lì)脈沖僅產(chǎn)生激勵(lì)的自旋的一 個(gè)小的翻轉(zhuǎn)角，從而例如僅發(fā)生磁化的小的飽和。然而利用這樣的小的翻轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的信號， 具有差的信噪比(SNR，英語“signal to noise ratio”)。此外，該條件排除了小翻轉(zhuǎn)角的 自旋回波技術(shù)。不僅導(dǎo)航激勵(lì)會對呼吸觸發(fā)的MR檢查的激勵(lì)具有干擾影響，而且反之亦然。因 此例如對產(chǎn)生的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的分析由于呼吸觸發(fā)的MR檢查的影響而變得困難。例如，通 過使用的成像序列還會在所謂的導(dǎo)航圖像中產(chǎn)生飽和條紋，其位置例如在交錯(cuò)的(英語 "interleaved")多層測量中在空間上改變并且其強(qiáng)度在時(shí)間上衰減。在其中顯示了采集 的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的一系列導(dǎo)航圖像中，飽和條紋是在時(shí)間上改變的結(jié)構(gòu)。其例如必須與如下那 些結(jié)構(gòu)相區(qū)別其時(shí)間上的改變是待探測的呼吸運(yùn)動(dòng)的結(jié)果(例如胸隔邊沿的結(jié)構(gòu))。存在對一種方法的進(jìn)一步需求，以便獲得反映患者的呼吸運(yùn)動(dòng)、并且可以被用于 呼吸門控和呼吸觸發(fā)技術(shù)的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種方法和一種計(jì)算機(jī)程序，利用其能夠可靠 地獲得與待檢查的檢查對象的呼吸運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的信號并且其可以在通常的MR設(shè)備上應(yīng)用， 其中，獲得的信號可以被用于MR檢查的呼吸觸發(fā)或呼吸門控。
本發(fā)明基于以下思路。待借助MR檢查的患者的呼吸產(chǎn)生檢查所使用的MR設(shè)備的 主磁場(B0場)的時(shí)間上的變化。由此同樣產(chǎn)生共振頻率的時(shí)間上的變化。由MR設(shè)備的接收線圈接收的、事先借助MR設(shè)備在患者中產(chǎn)生的信號與橫向磁化 M(t)成比例。按照Bloch等式，激勵(lì)的層(“slice”)的橫向磁化M(t)在忽略T2衰減的情況下 可以如下表達(dá)
權(quán)利要求
1.一種用于借助磁共振(MR)采集相應(yīng)于檢查對象的呼吸運(yùn)動(dòng)的信號數(shù)據(jù)的方法，包 括以下步驟a)加載第一和第二數(shù)據(jù)組，這兩個(gè)數(shù)據(jù)組分別基于利用導(dǎo)航序列從檢查對象的共同的 激勵(lì)體積中被采集的、以復(fù)數(shù)的k空間數(shù)據(jù)的形式的測量數(shù)據(jù)，b)處理第一和第二數(shù)據(jù)組，使得獲得第一數(shù)據(jù)組的相位和第二數(shù)據(jù)組的相位的相位差 或與該相位差成比例的值，作為結(jié)果，c)與取決于第一數(shù)據(jù)組所基于的測量數(shù)據(jù)的采集的時(shí)刻，和/或第二數(shù)據(jù)組所基于的 測量數(shù)據(jù)的采集的時(shí)刻的時(shí)間值一起，存儲步驟b)的結(jié)果，d)重復(fù)步驟a)至c)直到存儲了一系列的結(jié)果，這些結(jié)果反映了感興趣的呼吸運(yùn)動(dòng)，其 中，在每個(gè)重復(fù)中兩個(gè)在步驟a)中加載的數(shù)據(jù)組的至少一個(gè)，在與兩個(gè)之前最后在步驟a) 中加載的數(shù)據(jù)組不同的時(shí)刻被采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，用來采集第一和第二數(shù)據(jù)組所基于的測量數(shù)據(jù) 的導(dǎo)航序列，產(chǎn)生至少一個(gè)回波，并且在一個(gè)讀出梯度下對于測量數(shù)據(jù)的采集掃描每個(gè)回 波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，對第一和第二數(shù)據(jù)組的處理，包括沿著第一和第 二數(shù)據(jù)組的復(fù)數(shù)k空間數(shù)據(jù)的讀出方向的各一個(gè)傅里葉變換的至少一次計(jì)算。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，對第一和第二數(shù)據(jù)組的處理，包括第 一數(shù)據(jù)組和第二數(shù)據(jù)組的復(fù)數(shù)的k空間數(shù)據(jù)的傅里葉變換的共軛復(fù)數(shù)相乘。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，第一和第二數(shù)據(jù)組所基于的測量數(shù) 據(jù)的采集，利用各個(gè)導(dǎo)航序列借助至少兩個(gè)接收線圈進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，借助不同的接收線圈采集的測量數(shù)據(jù)被互相分 離地處理，以便獲得新的數(shù)據(jù)組，其中，新的數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)點(diǎn)的相位與第一和第二數(shù)據(jù)組的 如下的測量數(shù)據(jù)的相位差成比例所述測量數(shù)據(jù)被互相處理以獲得新的數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，所述處理包括由不同的接收線圈采集的測量 數(shù)據(jù)的組合，所述組合包括在接收線圈上的求和。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，對第一和第二數(shù)據(jù)組的處理，包括在 與位置坐標(biāo)相關(guān)的維上按照預(yù)先給出的間隔在導(dǎo)航序列的讀出方向上的求和。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，在各個(gè)求和中進(jìn)行加數(shù)的加權(quán)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，將按照權(quán)利要求1的步驟b)的結(jié)果 和/或按照權(quán)利要求1的步驟c)的已經(jīng)存儲的結(jié)果作為相應(yīng)于檢查對象的呼吸運(yùn)動(dòng)的信 號數(shù)據(jù)與觸發(fā)條件比較，并且在滿足該觸發(fā)條件的情況下對于待檢查的體積的成像的或光 譜的MR檢查觸發(fā)測量數(shù)據(jù)的采集。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，按照權(quán)利要求1的步驟b)的結(jié)果 和/或按照權(quán)利要求1的步驟c)的已經(jīng)存儲的結(jié)果作為相應(yīng)于檢查對象的呼吸運(yùn)動(dòng)的信 號數(shù)據(jù)，被用于對于待檢查的體積的成像的或光譜的MR檢查的呼吸門控方法。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，待檢查的體積由操作人員預(yù)先給出，并 且，自動(dòng)地根據(jù)該待檢查的體積設(shè)置對于用于采集第一和第二數(shù)據(jù)組的導(dǎo)航序列的激勵(lì)體 積。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，用來采集第一和第二數(shù)據(jù)組所基于的測量數(shù)據(jù)的導(dǎo)航序列，是梯度回波序列，其產(chǎn)生并掃描至少一個(gè)梯度回波。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，用于采集第一和第二數(shù)據(jù)組的測量 數(shù)據(jù)的導(dǎo)航序列，產(chǎn)生并掃描兩個(gè)回波，其中，第一數(shù)據(jù)組基于在第一回波期間采集的測量 數(shù)據(jù)，并且第二數(shù)據(jù)組基于在第二回波期間采集的測量數(shù)據(jù)。
15.一種計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)該計(jì)算機(jī)程序在與磁共振設(shè)備相連的計(jì)算單元上被運(yùn)行時(shí)，其 在該計(jì)算單元上執(zhí)行按照權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種借助MR采集相應(yīng)于檢查對象的呼吸運(yùn)動(dòng)的信號數(shù)據(jù)的方法，包括步驟a)加載第一和第二數(shù)據(jù)組，其分別基于利用導(dǎo)航序列從檢查對象的共同的激勵(lì)體積中被采集的以復(fù)數(shù)的k空間數(shù)據(jù)的形式的測量數(shù)據(jù)，b)處理第一和第二數(shù)據(jù)組，使得獲得第一數(shù)據(jù)組的相位和第二數(shù)據(jù)組的相位的相位差或與該相位差成比例的值，作為結(jié)果，c)與取決于第一數(shù)據(jù)組所基于的測量數(shù)據(jù)的采集的時(shí)刻，和/或第二數(shù)據(jù)組所基于的測量數(shù)據(jù)的采集的時(shí)刻的時(shí)間值一起存儲步驟b)的結(jié)果，d)重復(fù)步驟a)至c)直到存儲了一系列的結(jié)果，其反映了感興趣的呼吸運(yùn)動(dòng)，其中在每個(gè)重復(fù)中兩個(gè)在步驟a)中加載的數(shù)據(jù)組的至少一個(gè)在與兩個(gè)之前最后在步驟a)中加載的數(shù)據(jù)組不同的時(shí)刻被采集。
文檔編號A61B5/113GK102078196SQ20101056804
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者阿爾托·斯泰默 申請人:西門子公司