專利名稱：在磁共振斷層造影中加速自旋編碼成像的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及核自旋斷層造影(同義語磁共振斷層造影MRT)，如 其在醫(yī)學中用于對患者進行檢查那樣。在此本發(fā)明尤其涉及用于加速MRT成 像的自旋編碼方法和適于實施該方法的核自旋斷層造影設(shè)備。
背景技術(shù)：
MRT基于核自旋共振的物理現(xiàn)象，并作為成像方法成功地應(yīng)用于醫(yī)療和生 物物理學已有超過15年的歷史。在該檢查方法中，對物體施加強的恒定磁場。 由此使物體內(nèi)原本無規(guī)則取向的原子的核自旋定向。高頻波現(xiàn)在可以將該"有 序"的核自旋激勵成特定的振蕩。該振蕩在MRT中產(chǎn)生可借助適當?shù)慕邮站€ 圈接收的實際測量信號。在此通過采用由梯度線圈產(chǎn)生的不均勻磁場，可以在 所有3個空間方向上對測量對象進行空間編碼。該方法允許任意選擇待成像的 層，由此可以獲得在所有方向上的人體截面圖像。MRT作為醫(yī)學診斷中的截面 圖像方法，首先突出的是通過多方面的對比能力的"非介入"檢查方法。由于其 對軟組織的優(yōu)秀表現(xiàn)性，MRT已發(fā)展成為比X射線計算機斷層造影(CT)優(yōu) 秀得多的方法。當今MRT基于自旋回波序列和梯度回波頻率的應(yīng)用，其在分 鐘數(shù)量級的測量時間內(nèi)能夠獲得出色的圖像質(zhì)量。
MRT設(shè)備組件的不斷技術(shù)進展以及更快成像序列的引入，開辟了 MRT在 醫(yī)療中越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域。支持最小介入手術(shù)的實時成像、神經(jīng)學中的功能 成像以及心臟病學中的灌注測量僅是其中的少數(shù)例子。盡管在MRT設(shè)備制造 中取得了技術(shù)上的進步，但MRT圖像拍攝時間仍是限制MRT在醫(yī)學診斷的很 多領(lǐng)域中應(yīng)用的因素。就拍攝時間而言繼續(xù)提高MRT設(shè)備的性能從技術(shù)層面 (可實現(xiàn)性)和出于患者保護的原因(刺激和組織加熱)而受到限制。因此近 年來進行了多方面的努力以通過新的措施來進一步降低圖像測量時間。
一種縮短采集時間的措施在于減少要記錄的圖像數(shù)據(jù)的量。為了從這樣的 所減少的數(shù)據(jù)組中獲得完整的圖像，必須在圖像中用適當?shù)乃惴▉碓佻F(xiàn)缺失的
數(shù)據(jù)，或者必須對來自縮減數(shù)據(jù)的包含錯誤的圖像進行校正。
在MRT中數(shù)據(jù)的記錄是在所謂的k空間(同義詞頻域)中進行的。在 所謂的圖像空間中的MRT圖像借助傅立葉變換與k空間中的MRT數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。 對在k空間中展開的對象進行的位置編碼可以借助梯度在所有空間方向上進 行。在此，要區(qū)分層選擇(確定對象中的拍攝層，通常為z軸)、頻率編碼(確 定該層中的方向，通常為x軸)和相位編碼(確定該層中的第二維，通常為y 軸)。
根據(jù)將三個梯度組合或連接成的所謂的成像序列，對k空間的掃描可以笛 卡爾式(即逐行)地或徑向地或螺旋形地進行。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，僅考慮對k空間的螺旋形掃描，其是非常有效的方法。 螺旋形k空間軌道由Likes首次作為笛卡爾掃描的可能替代方案提出(R. S. Likes US 4307343, 1981)。其中示出，與例如笛卡爾掃描相反，就T2加權(quán)的 MRT成像來說對k矩陣的螺旋形讀取導致各向同性的HF脈沖響應(yīng)信號。尤其 是在采用快速螺旋掃描(快速自旋成像)時，作為回波平面成像(EPI)的附屬 物由此獲得增加的極性，并且尤其是在功能MRT、灌注MRT、 MR光鐠學、擴 散MRT以及基于相位-對比度的MRT流測量領(lǐng)域內(nèi)。
在快速MRT成像(快速單點自旋掃描以及快速多點自旋掃描和EPI)中迄 今尚未解決的問題普遍的是在HF響應(yīng)信號的讀取時間中由于頻率和相位誤差 而造成的圖像質(zhì)量下降。在EPI中這種下降表現(xiàn)為再現(xiàn)圖像中的圖像失真。
在快速螺旋MRT成像中，再現(xiàn)的圖像的局部模糊和不清晰由k空間中受 區(qū)域限制的頻移引起。在螺旋成像中將該錯誤一般地稱之為"模糊(blurring )" (相對于例如笛卡爾EPI序列中的失真)。其原因主要是待檢查對象組織中的敏 感邊界和非均勻性，在此這些一般在越高場強下會表現(xiàn)得越明顯。
如果縮短讀出時間就會使"模糊"的問題大大減小，因為相關(guān)的相位誤差 不能如此快或如此強地建立。在現(xiàn)有技術(shù)中這通過對于掃描區(qū)域大小不變而減 少旋轉(zhuǎn)的次數(shù)來實現(xiàn)。還存在在螺旋編碼中采用平行成像技術(shù)(PPA技術(shù))來 縮短讀出持續(xù)時間的措施。但這種方法極度消耗計算時間并因此而在目前尚不 能實際使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，顯著縮短螺旋形采集方法的讀出持續(xù)時
間，并且不必忍受其它缺點。
本發(fā)明的技術(shù)問題通過一種在磁共振斷層造影中進行螺旋形k空間掃描的 方法來解決，其特征在于，對于所基于的k矩陣進行螺旋形欠掃描，使得通過 對測量值的點鏡像在k矩陣的中心得到一個附加的螺旋，該附加螺旋與輸出信 息 一起構(gòu)成的第 一螺旋形成該k矩陣的完全數(shù)據(jù)組。
為了避免在整個圖像上的相位變化，在k矩陣中心區(qū)域利用完全或超高的
密度進行掃描。
按照本發(fā)明利用例如Margosian和/或Pocs算法進行相位校正。 此外本發(fā)明還涉及適用于實施本發(fā)明方法的核自旋斷層造影設(shè)備。 本發(fā)明還涉及一種計算機軟件產(chǎn)品，其特征在于，當其在與核自旋斷層造 影設(shè)備連接的計算裝置上運行時，可以實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
以下結(jié)合附圖借助實施例對本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和特性進行描述。其 中示出


圖1示意性示出核自旋斷層造影設(shè)備；
圖2示意性示出在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)螺旋編碼中兩個相互交錯的k空間
軌道；
圖3示意性示出在按照本發(fā)明的的螺旋編碼中欠掃描的k空間軌道； 圖4示意性示出通過點鏡像由欠掃描的第一 k空間軌道得到的兩條欠掃描 的k空間4i道；
圖5示意性示出利用在k矩陣的中心區(qū)域的完全或過掃描得到的欠掃描k 空間軌道。
具體實施例方式
圖1示意性示出按照本發(fā)明的用于產(chǎn)生對象的核自旋圖像的磁共振成像設(shè) 備或核自旋斷層造影設(shè)備。在此該核自旋斷層造影設(shè)備的結(jié)構(gòu)相應(yīng)于常規(guī)的磁 共振斷層造影設(shè)備?；敬艌龃盆F1產(chǎn)生時間不變的強磁場，用于極化或校準 對象的檢查區(qū)域(如人體的檢查部位)中的核自旋。核自旋測量所需的高度均 勻的基本磁場定義在球形測量空間M中，人體的被檢查部位被置于其中。為了 支持均勻性要求，尤其是為了消除在時間上不變的影響，在適當?shù)奈恢蒙显O(shè)置
了由鐵磁材料制成的所謂的填隙片。隨時間變化的影響通過由補償電源15控制 的補償線圈2來消除。
在基本磁場磁鐵1中采用由三個部分繞組構(gòu)成的圓柱形梯度線圈系統(tǒng)3。 每個部分繞組都由一個放大器14提供電流，以在笛卡爾坐標系的各個方向上分 別產(chǎn)生一個線性梯度場。在此，梯度場系統(tǒng)3的第一部分繞組產(chǎn)生x方向上的 梯度Gx,第二部分繞組產(chǎn)生y方向上的梯度Gy，而第三部分繞組產(chǎn)生z方向上 的梯度Gz。每個放大器14包括一個數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其由用于及時產(chǎn)生梯度 脈沖的序列控制器18控制。
在梯度場系統(tǒng)3內(nèi)設(shè)置了高頻天線4，該高頻天線4將由高頻功率放大器 23輸出的高頻脈沖轉(zhuǎn)換為交變磁場，以激勵待檢查對象或?qū)ο蟮拇龣z查區(qū)域中 的原子核并校準核自旋。高頻天線4優(yōu)選由組件線圏的線性排列形式的一個或 多個HF發(fā)送線圏和多個HF接收線圈構(gòu)成。高頻天線4的HF接收線圏還將由 確定的核自旋發(fā)出的交變場、即通常由一個或多個高頻脈沖和一個或多個梯度 脈沖組成的脈沖序列引起的核自旋回波信號，轉(zhuǎn)換為電壓，該電壓通過放大器 7輸入高頻系統(tǒng)22的高頻接收信道8。高頻系統(tǒng)22還包括發(fā)送信道9，在其中 產(chǎn)生用于激勵磁核共振的高頻脈沖。在此，根據(jù)設(shè)備計算機20預先給定的脈沖 序列，在序列控制器18中將各高頻脈沖數(shù)字化地表示為復數(shù)序列。該數(shù)列分別 作為實部和虛部通過輸入端12輸入到高頻系統(tǒng)22中的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，并由 該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸入到發(fā)送信道9。在發(fā)送信道9中，將該脈沖序列調(diào)制為 高頻載波信號，其基本頻率對應(yīng)于測量空間內(nèi)核自旋的基本頻率。
通過發(fā)送-接收轉(zhuǎn)接器6實現(xiàn)發(fā)送運行和接收運行的轉(zhuǎn)換。高頻天線4的 HF發(fā)送線圏將用于激勵核自旋的高頻脈沖入射到測量空間M中，HF接收線圈 對產(chǎn)生的回波信號進行掃描。在高頻系統(tǒng)22的接收信道8中對相應(yīng)獲得的核共 振信號進行相^t解調(diào)，并通過相應(yīng)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別轉(zhuǎn)換為測量信號的實 部和虛部。通過圖像計算機17從這樣獲得的測量數(shù)據(jù)中再現(xiàn)圖像。對測量數(shù)據(jù)、 圖像數(shù)據(jù)和控制程序的管理都通過設(shè)備計算機20進行。序列控制器18根據(jù)預 先給定的控制程序控制各期望的脈沖序列的產(chǎn)生以及相應(yīng)的對k空間的掃描。 在此，序列控制器18尤其控制梯度的及時接通、具有特定相位和振幅的高頻脈 沖的發(fā)送以及對核共振信號的接收。高頻系統(tǒng)22和序列控制器18的時基由合 成器19提供。通過終端21選擇用于產(chǎn)生核自旋圖像的相應(yīng)控制程序，并顯示 所產(chǎn)生的核自旋圖像，該終端21包括鍵盤以及一個或多個顯示屏。
如在現(xiàn)有技術(shù)中一樣，在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)也首先通過用戶(通常為醫(yī) 生)輸入測量參數(shù)，也就是通過一般為在終端21的顯示屏上顯示的輸入窗口(彈 出窗口 )形式的用戶接口。在輸入?yún)?shù)的基礎(chǔ)上這樣配置核自旋斷層造影設(shè)備
的測量系統(tǒng)，使得該測量系統(tǒng)能夠在發(fā)送信道9中通過設(shè)備計算機20以及序列 控制器18產(chǎn)生快速螺旋掃描序列。按照圖2，這樣的常規(guī)序列在k空間中螺旋 形地掃描一個矩陣，其中，該掃描基于一個或多個相互交錯的或相互錯開的螺 旋軌道(圖2中以一條虛螺旋線和一條實螺旋線的形式舉例示出兩條螺旋軌 道)。
為了利用傅立葉變換將k空間數(shù)據(jù)變換成MRT圖像，須將整個螺旋數(shù)據(jù) 組投影到笛卡爾柵格上(在圖2、 3、 5中作為背景示出)。在此，柵格光柵 (Gitterraster)的柵格常數(shù)由螺旋線之間的距離以及k空間的大小來確定。通過 近似方法(內(nèi)插法)根據(jù)螺旋數(shù)據(jù)組中的最接近點來內(nèi)插出柵格交叉點的值。
借助傅立葉變換在位置空間(Ortsraum)中的再現(xiàn)雖然給出解剖圖像，但 這些圖像具有本文開始所述的在螺旋編碼中常見的"模糊"。
為了抑制"模糊"，按照本發(fā)明，應(yīng)能對螺旋序列通過其它用戶輸入或自 動地進行改變，使得僅對基于k矩陣的輸出序列的縮減部分進行螺旋形掃描， 在此其也被稱之為"欠掃描"。圖3示出這樣的縮減的螺旋掃描。按照本發(fā)明該 縮減例如是通過將螺旋線之間的距離加寬或去掉一條或多條螺旋線實現(xiàn)的。圖 3中例如僅示出了圖2中的實線螺旋，去掉了圖2中的虛線螺旋。以這種方式 例如可以將掃描持續(xù)時間縮短約2的系數(shù)。
本發(fā)明利用在螺旋編碼時的掃描特性與在徑向?qū)ΨQ掃描時相似這一點。本 發(fā)明的原理基于這樣的事實，即相對于k空間中心對稱的鏡像點包含相同的信 息，即在k矩陣的中心Z鏡像的點是相互復數(shù)共軛的。如果例如觀察利用兩個 相互交4晉的螺旋軌道(英語2-interleave-spiral-experiment)進行的螺旋掃描， 則(一個螺旋臂的) 一個螺旋的測量值可以純計算地通過復數(shù)共軛得到。換言 之相應(yīng)的圖像可以僅從第一螺旋臂的數(shù)據(jù)但也可以僅從第二螺旋臂的數(shù)據(jù)完 全再現(xiàn)出來。圖4中借助四個點A、 B、 C、 D來解釋該再現(xiàn)方法。這些點在中 心Z鏡像并映射到點A，、 B，、 C，、 D，上。最后，實線螺旋軌道所有點的鏡像 或映射給出第二螺旋軌道(虛線所示)，通過將其與第一螺旋軌道相組合得到完 整的數(shù)據(jù)組。
但在現(xiàn)實的螺旋掃描中 一般會在整個k矩陣上出現(xiàn)相位變化，其數(shù)學地表 達為與復數(shù)共軛特性的偏差并導致在整個再現(xiàn)的圖像上的其它偽影。按照本發(fā) 明，該問題是這樣解決的在按照本發(fā)明的螺旋形欠掃描中，不在k矩陣的中
心區(qū)域內(nèi)進行欠掃描，而是進行完全掃描、不然的話甚至是進行過掃描。圖5 示出這樣的"非均勻"螺旋(英語variable density spiral,可變密度螺旋)?？?變密度螺旋軌道使得公知的相位校正方法成為可能，如在部分傅立葉技術(shù)中采 用的借助低分辨率圖像的Margosian或Pocs算法。這樣的可變密度螺旋軌道典 型地具有優(yōu)點地造成不明顯延長的讀出時間，并因此而可以毫無問題地實現(xiàn)。
綜上所述，本發(fā)明的方法在于，有利地縮短讀出過程以使螺旋掃描中的圖 像質(zhì)量明顯改善。同時本發(fā)明的方法還顯著提高了時間分辨率。本發(fā)明的方法 沒有增加對硬件的需求。所增加的計算開銷以及由此帶來的計算機功率的增大 并不明顯。
權(quán)利要求
1.一種在磁共振斷層造影中進行螺旋形k空間掃描的方法，其特征在于，對于所基于的k矩陣進行螺旋形欠掃描，使得通過對測量值的點鏡像在k矩陣的中心得到一個附加的螺旋，該附加螺旋與輸出信息一起構(gòu)成的第一螺旋形成該k矩陣的完全數(shù)據(jù)組，其中，在k矩陣中心區(qū)域利用完全或超高的密度進行掃描。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用Margosian和/或Pocs 算法進行相位校正。
3. —種核自旋斷層造影設(shè)備，用于實施權(quán)利要求1或2所述的方法。
4. 一種計算機軟件產(chǎn)品，其特征在于，當其在與核自旋斷層造影設(shè)備連 接的計算裝置上運行時，可以實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明一般地涉及在磁共振斷層造影中進行螺旋形k空間掃描的方法，其特征在于，對于所基于的k矩陣進行螺旋形欠掃描，使得通過對測量值的點鏡像在k矩陣的中心得到一個附加的螺旋，該附加螺旋與輸出信息一起構(gòu)成的第一螺旋形成該k矩陣的完全數(shù)據(jù)組。
文檔編號G01R33/561GK101105523SQ20071012875
公開日2008年1月16日 申請日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者岡納·克魯格 申請人:西門子公司