專利名稱：用于確定失真校正數(shù)據(jù)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定對用磁共振系統(tǒng)采集的磁共振圖像進行失真校正的失 真校正數(shù)據(jù)的方法以及一種實施這樣的失真校正的方法。此外本發(fā)明還涉及一種用于確定 失真校正數(shù)據(jù)的裝置和一種具有這樣的裝置的磁共振系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁共振斷層造影儀、也稱為核自旋斷層造影儀，是目前廣泛使用的用于獲得活體 檢查對象身體內(nèi)部圖像的技術(shù)。為了用該方法獲得圖像，首先必須將患者或者受檢者的身 體或者待檢查的身體部位置于盡可能均勻的靜態(tài)基本磁場中，該基本磁場由磁共振系統(tǒng)的 基本磁鐵產(chǎn)生。在拍攝磁共振圖像時快速接通的用于位置編碼的梯度場疊加在該基本磁場 上，該梯度磁場由所謂的梯度線圈產(chǎn)生。此外用高頻天線將定義的場強的高頻脈沖入射到 檢查對象中。借助該高頻脈沖激勵檢查對象中原子的核自旋，使其以所謂的“激勵翻轉(zhuǎn)角” 從其平行于基本磁場的平衡位置偏轉(zhuǎn)。然后核自旋圍繞基本磁場的方向進動。由此產(chǎn)生的 磁共振信號由高頻接收天線接收。最后基于接收的磁共振信號建立檢查對象的磁共振圖 像。在此，磁共振圖像中的每個圖像點對應(yīng)于一個小的身體體積，即，一個所謂的“體素”，并 且圖像點的每個亮度值或者強度值與從該體素接收的磁共振信號的信號振幅相關(guān)聯(lián)。不利的是，磁場_梯度線圈的成像特征僅僅在基本磁場磁鐵的同心附近近似為線 性的和單一的。該體積被稱作相關(guān)的梯度線圈的“線性體積”。但是在許多情況下成像體積 大于物理可實現(xiàn)的梯度線圈的線性體積。由此在線性體積外的非理想磁場導(dǎo)致在成像體積 中的成像錯誤(通常稱為“失真”)，這例如在自旋密度圖像的幾何失真中可以察覺。由此 產(chǎn)生對于這些應(yīng)用的限制，在這些應(yīng)用中僅允許在忠實成像中的微小偏差，例如在頭部區(qū) 域中的立體定向(Stereotaxie)應(yīng)用中。這些失真在綜合對檢查對象的相鄰區(qū)域成像的多 幅圖像時也是有問題的。例如在完整的脊柱檢查中通常不可能利用一次測量再現(xiàn)整個脊柱 的完整圖像，而是逐段地拍攝脊柱的圖像，然后再將這些圖像綜合起來以產(chǎn)生整體圖像。這 樣，圖像邊緣上的失真會使得組合圖像變得困難。原則上可以利用事后的失真校正來最小化失真。在此例如使用在圖像層面中進行 去畸的梯度變化。除此之外還可以進行三維失真校正，在該失真校正中附加地校正垂直于 圖像層面的圖像誤差。對于二維和三維校正方法來說梯度線圈的三軸的磁場的球函數(shù)頻譜 都是它們的基礎(chǔ)。為此考慮半徑為R的無源球體，在其中紅色S消失。為此可以通過按照 具有系數(shù)a(l，m)，A(l，m)和B(l，m)的直到第N階的正交球函數(shù)Ylm展開場，來如下描述在 球內(nèi)位置H = r(r, θ，Φ)處的磁場B 互Et^1-).").^^，。)具有軸向場分量
1=0 m=-/。 (1)
4 在此從所謂的相關(guān)的勒讓德多項式Plm按照下式來計算球函數(shù)Ylm 其中 對于以下的考慮，考慮軸向磁場分量Bz就足夠了( 一般地在基本磁場BO方向上 的場分量)。下表舉例示出了在圓柱形梯度線圈的內(nèi)部空間中對于前5個展開階數(shù)的球函數(shù) 展開項以及球函數(shù)系數(shù)A(l，m)，B(l，m) 由于對稱性原因，在理想梯度線圈的情況下χ和y方向上具有奇數(shù)階m的項以及 在ζ方向上(對于縱向梯度線圈)m>0的所有項都應(yīng)該消失。對于迄今為止的失真校正， 從場線圈的復(fù)雜的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)典型地直到展開階數(shù)N= 13(即，1 =0至N)來計算展開系數(shù) 和由此的磁場。然而在該方法中，迄今為止不考慮梯度線圈的制造公差。這樣的制造公差， 除了經(jīng)過設(shè)計計算的展開階數(shù)，還導(dǎo)致出現(xiàn)實際上由于對稱性原因不應(yīng)該出現(xiàn)的、顯著的 其它正交項。此外同樣地，例如實際上應(yīng)該只具有在χ方向上的A(l，l)線性項的χ梯度線 圈，附加地還產(chǎn)生B (1，1)(即在y方向上的線性項)或者B (2，2)項。這樣的附加干擾項的出現(xiàn)，在具有新的薄壁梯度線圈的磁共振系統(tǒng)中產(chǎn)生較大影 響。一種用于精確確定系數(shù)的公知方法是在MR系統(tǒng)中精確測量每個場線圈的磁場。在此
5利用磁場探針在測量空間內(nèi)的多個位置上測量。此處典型地是數(shù)百個測量點，然后將這些 測量點用作用于進一步確定球函數(shù)系數(shù)的網(wǎng)格點。該測量與在啟動MR設(shè)備時的附加的測 量開銷和時間開銷相關(guān)，使得在目前的磁共振系統(tǒng)中通常不進行單獨的磁場測量。如果在 已經(jīng)安裝了客戶設(shè)備的情況下要進行磁場測量，則通過由服務(wù)技術(shù)人員從現(xiàn)場訂購必要的 測量裝置而產(chǎn)生附加的開銷。

發(fā)明內(nèi)容
由此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提出一種用于確定失真校正數(shù)據(jù)的方法和裝 置，其無需昂貴的附加測量手段就可以更快且更精確地測量梯度線圈的失真校正數(shù)據(jù)。上述技術(shù)問題通過一種用于確定失真校正數(shù)據(jù)的方法和裝置解決。在按照本發(fā)明的方法中首先進行以下方法步驟i)基于梯度線圈的導(dǎo)線幾何形狀計算表示磁共振系統(tǒng)的、所涉及的梯度線圈的磁 場的開始球函數(shù)。該開始球函數(shù)例如相應(yīng)于理論上計算的磁場球函數(shù)，其數(shù)據(jù)迄今為止被 用于失真校正。在此如迄今為止那樣，由制造者對每個梯度線圈進行一次該計算并將數(shù)據(jù) 提供給相關(guān)的應(yīng)用者就足夠了。ii)在使用定義的測量對象、例如通常的球模體的條件下附加地確定三維參數(shù)圖， 其中相應(yīng)的參數(shù)表示由梯度線圈產(chǎn)生的磁場。在此對于涉及的梯度線圈設(shè)置定義的梯度強 度，也就是說，用合適的電流值對梯度線圈通電流。iii)然后基于事先記錄的參數(shù)圖和參考參數(shù)圖產(chǎn)生偏差參數(shù)圖。在此參考參數(shù)圖 是利用斷開的梯度線圈、但在其它方面在與前面提到的對于相應(yīng)的梯度線圈的參數(shù)圖是相 應(yīng)的條件下，也就是說利用相同的磁共振序列和在相同的位置上在使用相同的測量對象等 等的條件下產(chǎn)生的參數(shù)圖。可以在利用設(shè)置的梯度電流建立參數(shù)圖之前或之后，產(chǎn)生該參 考參數(shù)圖。原則上也可以對于多個隨后的、例如記錄在X、y和Z方向上的不同梯度線圈的 參數(shù)圖的測量使用這樣的參考參數(shù)圖。iv)然后通過將代表梯度線圈的磁場的球函數(shù)擬合到偏差參數(shù)圖來確定梯度磁場 的球函數(shù)系數(shù)，其中作為對于擬合過程的輸出點使用上面已經(jīng)解釋的開始球函數(shù)。為了擬 合磁場球函數(shù)例如可以使用最小均方擬合(Least-Mean-Square-Fit)或者類似的方法。ν)然后可以基于經(jīng)擬合的球函數(shù)的球函數(shù)系數(shù)代替迄今為止通常使用的、僅基于 導(dǎo)線幾何形狀計算的球函數(shù)來確定失真校正數(shù)據(jù)。失真校正數(shù)據(jù)在此例如可以是球函數(shù)系 數(shù)本身，但也可以是從中計算的失真校正數(shù)據(jù)，例如位移矢量的三維圖。因此在按照本發(fā)明的方法中，以相對簡單的方式通過利用通常應(yīng)用者本來就現(xiàn)有 的模體的磁共振測量來確定改進的球函數(shù)系數(shù)，其也考慮通過制造公差導(dǎo)致的干擾項。在 此作為對于確定球函數(shù)系數(shù)的基礎(chǔ)可以使用僅基于在設(shè)計理論上計算的球函數(shù)系數(shù)。這特 別具有如下優(yōu)點可以最大程度地以習(xí)慣的方式進行基于球函數(shù)系數(shù)的失真校正數(shù)據(jù)確定 和用于實施按照本發(fā)明的失真校正的其它方法，其中僅僅必須進行利用模體的附加的測量 以及擬合過程，以獲得并且在按照本發(fā)明的失真校正中可以使用改進的失真校正數(shù)據(jù)。在不同的測試測量中利用按照本發(fā)明的方法在考慮0至3階附加干擾項的情況下 已經(jīng)可以實現(xiàn)失真校正的重大改進。為此所需的用于測量三維參數(shù)圖和其它計算以及擬合 過程的時間在10至20分鐘范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明的、用于確定失真校正數(shù)據(jù)的裝置需要至少以下組件i)開始球函數(shù)確定單元，用于根據(jù)梯度線圈的導(dǎo)線幾何形狀獲得表示磁共振系統(tǒng) 的梯度線圈的磁場的開始球函數(shù)。在此可以是獨立地計算開始球函數(shù)的計算單元。但也可 以是接口，其從存儲器或者經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用例如由制造商事先已經(jīng)計算的開始球函數(shù)。ii)參數(shù)圖確定單元，用于在使用定義的測量對象的條件下確定表示由梯度線圈 產(chǎn)生的磁場的三維參數(shù)圖，其中對于涉及的梯度線圈設(shè)置定義的梯度強度。這樣的參數(shù)圖 確定單元例如同樣可以是接口，該接口例如接收由磁共振系統(tǒng)確定的參數(shù)圖或者接收相應(yīng) 的原始數(shù)據(jù)并且從中產(chǎn)生參數(shù)圖。但是特別是當(dāng)其直接嵌入于磁共振系統(tǒng)控制中時，這樣 的參數(shù)圖確定單元也可以包括合適的控制單元，該控制單元相應(yīng)地控制磁共振系統(tǒng)，以測 量用于建立參數(shù)圖的原始數(shù)據(jù)。例如可以這樣構(gòu)造該控制單元，使得其發(fā)送對于參數(shù)圖確 定來說最佳的磁共振序列并且分別用合適的值對梯度線圈通電流。該參數(shù)圖確定單元可以 被用來確定用未通電流的梯度線圈記錄的參考參數(shù)圖。iii)偏差參數(shù)圖計算單元，用于根據(jù)參數(shù)圖和用斷開的梯度線圈確定的參考參數(shù) 圖來確定偏差參數(shù)圖。iv)系數(shù)確定單元，用于在使用開始球函數(shù)的條件下，通過將表示梯度線圈的磁場 的球函數(shù)擬合到偏差參數(shù)圖，確定梯度磁場的球函數(shù)系數(shù)。ν)校正數(shù)據(jù)確定單元，用于根據(jù)經(jīng)擬合的球函數(shù)的球函數(shù)系數(shù)確定失真校正數(shù) 據(jù)。按照本發(fā)明的磁共振系統(tǒng)可以包含這樣的按照本發(fā)明的、用于確定失真校正數(shù)據(jù) 的裝置，例如作為圖像再現(xiàn)單元的一部分。但是這樣的裝置也可以作為獨立的組件在圖像 再現(xiàn)單元附近存在于磁共振系統(tǒng)中并且將失真校正數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D像再現(xiàn)單元或者在后連 接的失真校正單元。同樣用于確定失真校正數(shù)據(jù)的該裝置還可以完全獨立地在合適的計算 機單元上實現(xiàn)，只要提供相應(yīng)的接口，使得能夠確定開始球函數(shù)和參數(shù)圖并且輸出所確定 的失真校正數(shù)據(jù)。用于確定失真校正數(shù)據(jù)的裝置的組件的主要部分特別可以完全或者至少部分地 以軟件模塊的形式實現(xiàn)。這主要適用于首先進行計算的偏差參數(shù)圖計算單元、系數(shù)確定單 元和校正數(shù)據(jù)確定單元。但是諸如開始球函數(shù)確定單元或者參數(shù)圖確定單元的其它組件 (也包括它們在此是接口的情況)，既可以作為純軟件模塊實現(xiàn)(例如當(dāng)可以由已經(jīng)在相同 的計算機上實現(xiàn)的其它軟件組件接收數(shù)據(jù)時)，也可以作為通過軟件具體配置的硬件接口 來實現(xiàn)。由此本發(fā)明還包括一種計算機程序產(chǎn)品，其可直接加載到醫(yī)學(xué)設(shè)備的可編程的控 制裝置的存儲器中并且具有程序代碼段，當(dāng)程序在控制裝置中執(zhí)行時，用來實施按照本發(fā) 明的方法的所有步驟。這樣的按照軟件形式的實現(xiàn)就此而言是具有優(yōu)勢的，因為由此很容 易事后裝備已經(jīng)存在的醫(yī)學(xué)技術(shù)設(shè)備，以便根據(jù)按照本發(fā)明的方法來工作。如已經(jīng)解釋的，這樣選擇三維參數(shù)圖，使其代表或者表征分別在位置上呈現(xiàn)的磁 場。在最簡單的情況下，作為參數(shù)圖確定三維的所謂“相位圖”。在此“相位”是在一個位 置上實際測量的拉莫爾頻率(磁共振頻率)與在相關(guān)的位置上期望的拉莫爾頻率的差。該 局部拉莫爾頻率與(以正常方式測量的)自旋密度并且與分別呈現(xiàn)的磁場成比例。因此從 測量的拉莫爾頻率與期望的拉莫爾頻率的偏差，也就是說從相位中也可以計算出在各位置
7上的磁場，因為相位改變是磁場的空間導(dǎo)數(shù)。為此優(yōu)選在記錄三維相位圖、即在對模體進 行測量時，這樣選擇測量區(qū)域，使得保持在相鄰體素之間的相位關(guān)系并且不出現(xiàn)相位超出 (Phasenilberlauf)。例如在DE 19511791 Cl中解釋了在使用相位的條件下計算磁場分布 的方法。因為在相應(yīng)位置上相位和磁場強度可以互相換算，原則上也可以計算根據(jù)位置描 述相位的球函數(shù)。于是球函數(shù)系數(shù)應(yīng)該相應(yīng)于當(dāng)球函數(shù)直接根據(jù)位置描述磁場強度時被確 定的球函數(shù)系數(shù)，如上面通過公式(1)預(yù)先給出的那樣。但是當(dāng)然也可以如在公式(1)中那樣選擇直接根據(jù)位置描述磁場強度的球函數(shù)。 在這種情況下，有不同的可能性。例如可以將相位圖或者參考相位圖分別換算為磁場強度 圖。然后可以從中確定偏差磁場強度圖。但是同樣還可以首先確定偏差相位圖然后將其換 算為偏差磁場強度圖。后者具有如下優(yōu)點需要更少的計算操作，因為僅要求相位圖到強度 圖的換算。同樣對于形成偏差參數(shù)圖也有不同的可能性。一方面可以通過確定相應(yīng)的參數(shù)圖 和參考參數(shù)圖之間的差來建立差參數(shù)圖。另一種可能性在于，通過確定在參數(shù)圖和參考參 數(shù)圖之間的商，作為偏差參數(shù)圖建立商參數(shù)圖。這樣的商參數(shù)圖是純定性分析。由此該方 法更簡單和更具有魯棒性。而差參數(shù)圖的建立還包括定量分析，也就是說原則上可以確定 磁場的絕對值。然而這樣的測量是開銷大的，因為必須更精確并且由此更容易出錯。因此 當(dāng)期望定量分析時，它是具有優(yōu)勢的。有意義的是，對在不同空間方向上產(chǎn)生磁場梯度的多個梯度線圈實施所述方法， 即對X梯度線圈以及y和Z梯度線圈都實施所述方法。在此可以分別使用相同的參考參數(shù) 圖。在χ、y和ζ方向上的參數(shù)圖的測量例如可以直接依次進行，然后可以在相應(yīng)的換算步 驟中并行地或者先后地使用所有三個參數(shù)圖，以計算對于各個梯度線圈的相應(yīng)干擾項。為了提高測量精度，可以對每個梯度軸確定不同極性的多個不同梯度強度的干擾 場項。該方式例如對定量測量梯度敏感性(A1(l、An、Bn)是具有優(yōu)勢的。優(yōu)選通過線性擬合 來確定系數(shù)的最終值。為了盡可能快地實施該方法，優(yōu)選采用快速三維磁共振測量序列(例如梯度回波 序列DESS (double echo steady state，雙回波穩(wěn)態(tài)，參見US 4825159))來確定參數(shù)圖和/ 或確定參考參數(shù)圖。除了純測量時間，計算時間也影響按照本發(fā)明方法的總持續(xù)時間，特別是通過將 球函數(shù)擬合到偏差參數(shù)圖來確定球函數(shù)系數(shù)的時間。隨著展開階數(shù)的增加的結(jié)果是不僅計 算更精確，而且也要求更長的計算時間。由此，優(yōu)選存在如下可能性由用戶預(yù)先給出最大 展開階數(shù)并進行直到選擇的計算階數(shù)的計算。為此該裝置必須具有用于輸入展開階數(shù)最大 值的用戶接口，并且優(yōu)選這樣構(gòu)造系數(shù)確定單元，使得在考慮展開階數(shù)最大值的條件下來 確定梯度磁場的球函數(shù)展開項，即，只將球函數(shù)展開到選擇的最大展開階數(shù)。在此為了輸入 展開階數(shù)最大值可以使用在設(shè)備上原本存在的用戶接口。只需要通過合適的程序進行為此 的詢問。輸入展開階數(shù)最大值使應(yīng)用者對于相應(yīng)的具體情況可以自己選擇總測量時間和精 度之間的合適折衷。
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以下借助附圖結(jié)合實施例再次詳細解釋本發(fā)明。其中圖1示出表示按照本發(fā)明的用于確定失真校正數(shù)據(jù)的方法的可能的過程的流程圖，圖2示出具有按照本發(fā)明的用于確定失真校正數(shù)據(jù)的裝置的磁共振系統(tǒng)的原理 圖。
具體實施例方式在圖1示出的方法流程圖中遍歷一次測量所有的梯度線圈，以從中確定球函數(shù)系 數(shù)以及基于此的失真校正數(shù)據(jù)。在此不失一般性地假定，作為參數(shù)圖確定上面已經(jīng)解釋的 相位圖。該方法首先在步驟I以將測量模體定位在磁共振掃描器的測量空間中開始。該測 量模體例如可以是球形模體、橢球形模體、圓柱形模體等等。優(yōu)選使用球形模體。在此也可 以以通常方式構(gòu)造該模體，例如簡單地用水填充。在步驟II中可以由用戶預(yù)先給出最大展開階數(shù)。此外，在此他還可以附加地選擇 矩陣大小和成像空間(視野=FoV)。在此矩陣大小給出在FoV中體素的數(shù)量，即，3D圖的 分辨率。例如在使用直徑為24cm的球形模體的情況下，選擇矩陣大小為64、FoV為350mm。 于是每個體素的邊長為5. 4mm。這些數(shù)據(jù)并且特別是最大展開階數(shù)最后決定了測量時間。 結(jié)果表明，在前面提到的展開階數(shù)為N= 12的數(shù)據(jù)的情況下實現(xiàn)了失真校正數(shù)據(jù)的極大改 善。作為替換還可以這樣設(shè)置程序，使得用戶可以簡單地僅選擇最大可用的測量時 間，然后對于可用的測量時間自動地選擇最佳體素數(shù)和展開階數(shù)。在此可以將選擇的數(shù)據(jù) 首先顯示給用戶用以確認(rèn)。然后在步驟III中接著進行沒有對梯度軸通電流的參考測量，即，記錄參考相位 圖PKtlt5該測量例如利用三維梯度回波序列來進行，就像其例如在大多數(shù)磁共振設(shè)備中用于 檢查設(shè)備允許(Geraetefreigabe)的基本磁場均勻性那樣。但是還可以使用其它磁共振序 列來測量相位圖，例如自旋回波序列。然而梯度回波序列具有如下優(yōu)點，即其通常更快。然后在下一步驟IV中，對于在χ、y和ζ方向上的三個梯度線圈依次記錄相位圖 PKx、PKy、PKz。例如首先對X梯度線圈通電流并記錄該梯度線圈的相位圖PKX，然后是y梯度 線圈再后是ζ梯度線圈。在所有這些測量中使用與在步驟III的參考測量中相同的磁共振 序列。通常所有的設(shè)置也是相同的。在所有的測量中，即在記錄相位圖PKx、PKy、PKz和在記錄參考相位圖PKtl時優(yōu)選要 注意以下事項i)要保持相鄰體素之間的相位關(guān)系，即，這樣選擇參數(shù)，使得不發(fā)生相位超出。ii)這樣選擇位置分辨率，即體素大小以及矩陣大小，使它們按照香農(nóng)定理適合于 最高的展開階數(shù)。iii)這樣選擇測量精度，使其位于千分范圍內(nèi)，S卩，可以可靠探測干擾項振幅的 0.1%。例如測量重復(fù)精度應(yīng)該低于0. 2ppm。因為原始數(shù)據(jù)精度位于12比特，所以可以以 千分范圍內(nèi)的精度進行測量。然后首先在步驟V中再次檢查并過濾相位圖PKx、PKy、PKz和PKtlt5在此例如可以丟棄由于實際上不可避免的相位超出而無用的體素或者信噪比太差區(qū)域中的體素。然后在步驟VI中從相位圖中分別確定出差相位圖作為偏差參數(shù)圖，即，分別從所 確定的相位圖PKX、PKy,PKz中逐體素地減去參考相位圖PKtlt5對所有相位圖，即對每個梯度 線圈和每個測得的梯度強度進行該操作。然后在步驟VII中通過擬合球函數(shù)來計算球函數(shù)系數(shù)，其中，在該步驟中也可以 事先將差相位圖換算為差磁場強度圖，然后進行磁場球函數(shù)的擬合，如其例如通過公式(1) 描述的。作為擬合方法例如可以使用最小均方方法。在此作為開始函數(shù)采用具有如事先僅 根據(jù)梯度線圈的幾何設(shè)計計算出的系數(shù)的球函數(shù)。這例如可以在步驟VIII中在任意在前 的時刻進行。然后在步驟X中使用在步驟VII中確定的改進的球函數(shù)系數(shù)，以代替和/或補充 已有的失真校正數(shù)據(jù)VKDS并由此產(chǎn)生改善的失真校正VKD，然后將該失真校正存儲起來以 用于后面的失真校正或者直接傳輸?shù)绞д嫘Ｕ龁卧?。為此使用的迄今為止的失真校正?shù)據(jù) VKDS例如可以事先以通常的方式基于純理論的球函數(shù)系數(shù)來確定(參考步驟IX)。在圖2中示出了通常的磁共振系統(tǒng)1，然而在該磁共振系統(tǒng)中可以以合適的方式 修改系統(tǒng)控制裝置5，從而使磁共振系統(tǒng)1具有用于實施按照本發(fā)明的方法的按照本發(fā)明 的裝置15。該磁共振系統(tǒng)1的核心部件是拍攝裝置2，也稱為“斷層造影儀”或者“掃描器”， 在其中為了測量將模體0定位在測量空間3中的臥榻4上。在斷層造影儀2中有(未示出 的)用于發(fā)送磁共振高頻脈沖的高頻天線、基本場磁鐵以及用于設(shè)置必要的磁場梯度的合 適的梯度線圈。由此處單獨示出的系統(tǒng)控制裝置5來控制斷層造影儀2。終端14經(jīng)過接口 9連接到系統(tǒng)控制裝置5，該終端用作用戶接口，用戶可以通過該用戶接口操作系統(tǒng)控制裝 置5并由此可以操縱斷層造影儀2。系統(tǒng)控制裝置5還包括海量存儲器6，其用于存儲例如 借助磁共振系統(tǒng)1記錄的圖像數(shù)據(jù)KBD或者在測量期間用于自動流程控制的測量規(guī)程MP。系統(tǒng)控制裝置5還具有斷層造影儀接口 7，其與斷層造影儀2相連并相應(yīng)于借助系 統(tǒng)控制裝置5預(yù)先給出的測量規(guī)程MP，將具有合適振幅和相位的高頻脈沖以及合適梯度脈 沖輸出到斷層造影儀2的合適組件用以實施特定的測量。在此借助測量序列控制單元11 基于預(yù)先給出的測量規(guī)程MP對測量序列進行控制。操作者可以借助終端14與該測量序列 控制單元11通信并且調(diào)用以及必要時改變特定的測量規(guī)程MP或者也可以預(yù)先給出新的測 量規(guī)程MP。此外系統(tǒng)控制裝置5通過采集接口 8與斷層造影儀2相連。經(jīng)過該采集接口 8采 集來自斷層造影儀2的原始數(shù)據(jù)RD，該原始數(shù)據(jù)在圖像再現(xiàn)單元12中被再現(xiàn)為期望的磁共 振圖像。此處非常簡化地示出了斷層造影儀接口 7和采集接口 8?？梢郧宄乜吹剑@些接 口包括多個收發(fā)機或者說接收機，它們通常來說是為了發(fā)送高頻信號、以正確的順序接通 梯度線圈等等所必需的，以及是為了以合適的方式讀取不同的接收線圈以及進一步處理其 信號、如數(shù)字化所必需的。此外整個磁共振系統(tǒng)1還具有所有其它通常的組件及特征，例如用于連接到通信 網(wǎng)、如圖像信息系統(tǒng)的接頭。但在圖2中為清楚起見而沒有全部示出這些對于理解本發(fā)明 來說不是必需的組件。
在此，在圖像再現(xiàn)裝置12之后連接了失真校正裝置13，該失真校正裝置首先對由 圖像再現(xiàn)裝置12產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)BD進行失真校正，從而經(jīng)失真校正的圖像數(shù)據(jù)KBD例如 被存儲在海量存儲器6中。當(dāng)然也可以不僅將經(jīng)校正的圖像數(shù)據(jù)KBD，而且也可以將圖像數(shù) 據(jù)BD本身存儲在那里。同樣失真校正裝置還可以是圖像再現(xiàn)裝置12的一部分，或者該失 真校正裝置在后面調(diào)用存儲在海量存儲器6中的圖像數(shù)據(jù)BD并且當(dāng)例如由操作者經(jīng)過終 端14發(fā)起失真校正時，進行失真校正。為進行失真校正，失真校正裝置單元13需要失真校正數(shù)據(jù)VKD。在此這些數(shù)據(jù)由 校正數(shù)據(jù)建立單元15產(chǎn)生并直接提供給失真校正單元13或者存儲在海量存儲器6中，然 后失真校正單元13可以從該海量存儲器中調(diào)用這些數(shù)據(jù)。校正數(shù)據(jù)建立單元15在此完全以軟件模塊的形式在系統(tǒng)控制裝置5內(nèi)的處理器 (未示出)中實現(xiàn)，并且具有不同的子模塊。在此，參數(shù)圖確定單元17屬于這些子模塊，其 用于以預(yù)先規(guī)定的方式產(chǎn)生參數(shù)圖PKx、PKy、PKz和參考參數(shù)圖PKtlt5例如由該參數(shù)圖確定單 元17可以將控制命令輸出到測量序列控制單元11，該測量序列控制單元接著發(fā)送合適的 梯度回波序列GRE并通過斷層造影儀接口 7輸出合適的命令，以對相應(yīng)的梯度線圈通以合 適的電流。模體0由操作者事先定位在測量空間3中正確的位置上并且操作者還可以如前 面已經(jīng)解釋的，經(jīng)過終端14執(zhí)行相應(yīng)的輸入，以預(yù)先給出用于測量的參數(shù)，例如體素大 小及密度、使用的序列的種類、最大展開項的數(shù)量等等，并通過參數(shù)圖確定單元17啟動 (anstossen)所述測量。在由參數(shù)圖確定單元17記錄了對于三個梯度線圈的所有必須的參數(shù)圖PKX、PKy, PKz以及也記錄了參考圖PKtl之后，將它們傳輸?shù)狡顓?shù)圖計算單元18，如上面所述，偏差 參數(shù)圖計算單元例如產(chǎn)生不同的差相位圖作為偏差參數(shù)圖APK并然后將其傳輸?shù)较禂?shù)確 定單元19。如上所述，系數(shù)確定單元19使用僅基于各個梯度線圈的幾何設(shè)計計算出的開始 球函數(shù)SKF。該開始球函數(shù)SKF例如可以由開始球函數(shù)確定單元16事先產(chǎn)生或者從海量存 儲器6中調(diào)用，在該海量存儲器中已經(jīng)由制造商存儲了用于磁共振系統(tǒng)的開始球函數(shù)。但 是當(dāng)現(xiàn)場沒有開始球函數(shù)時，開始球函數(shù)確定單元16還可以經(jīng)過接口 10通過外部網(wǎng)絡(luò)例 如從制造商處調(diào)用開始球函數(shù)SKF。在系數(shù)確定單元19中確定的球函數(shù)展開系數(shù)A(l，m)、B(l，m)被傳輸?shù)叫Ｕ龜?shù)據(jù) 確定單元20，該校正數(shù)據(jù)確定單元20基于該球函數(shù)系數(shù)產(chǎn)生失真校正數(shù)據(jù)VKD并傳輸?shù)绞?真校正單元13和/或?qū)⑦@些數(shù)據(jù)存儲在海量存儲器6中。系統(tǒng)控制裝置5和終端14都可以是斷層造影儀2的集成的組成部分。但是系統(tǒng) 控制裝置5同樣也可以由多個單組件組成。特別是例如海量存儲器6可以如終端14那樣 經(jīng)過接口與系統(tǒng)控制裝置5相連，而不是集成在系統(tǒng)控制裝置5中。此外，校正數(shù)據(jù)建立單元15和/或失真校正單元13還可以外部地實現(xiàn)在例如經(jīng) 過網(wǎng)絡(luò)連接的圖像計算機上，在過后必要時才對圖像數(shù)據(jù)BD進行失真校正。在這種情況下 應(yīng)該確保，由磁共振系統(tǒng)提供相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)來建立參數(shù)圖PKx、PKy、PKz，即，必須或者經(jīng)過 合適的單元自動地、或者通過由操作者選擇相應(yīng)的測量規(guī)程保證，利用合適接通的梯度線 圈和定位在正確的位置上的模體0記錄合適的測量序列，然后將這些數(shù)據(jù)提供給校正數(shù)據(jù) 建立單元。然后優(yōu)選這樣構(gòu)造這樣的外部校正數(shù)據(jù)建立單元的參數(shù)圖確定單元17，使其從
11在相應(yīng)的測量中所提供的原始數(shù)據(jù)中，例如如上面所述的那樣建立期望的參數(shù)圖PKX、PKy, PKz、PK0。 最后再次指出的是，前面詳細描述的方法以及示出的磁共振系統(tǒng)僅僅是實施例， 專業(yè)人員在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以不同的方式進行修改。在此主要結(jié)合在醫(yī)學(xué)中 使用的磁共振系統(tǒng)中的應(yīng)用解釋了本發(fā)明。然而本發(fā)明不限于這樣的應(yīng)用，而是可以在科 學(xué)和/或工業(yè)應(yīng)用中使用。為完整性起見還要指出，使用不定冠詞“一”并不排除，所涉及 的特征也可以是多個。同樣，概念“單元”或“模塊”也不排除其由必要時可以是空間上分 布的多個組件組成。
1權(quán)利要求
一種用于確定對用磁共振系統(tǒng)(1)采集的磁共振圖像(BD)進行失真校正的失真校正數(shù)據(jù)(VKD)的方法，至少包括以下方法步驟基于梯度線圈的導(dǎo)線幾何形狀計算表示磁共振系統(tǒng)(1)的梯度線圈的磁場的開始球函數(shù)(SKF)；在使用定義的測量對象(O)的條件下確定表示由梯度線圈產(chǎn)生的磁場的三維參數(shù)圖(PKx，PKy，PKz)，其中，對于涉及的梯度線圈設(shè)置定義的梯度強度；基于所述參數(shù)圖(PKx，PKy，PKz)并且基于利用斷開的梯度線圈確定的參考參數(shù)圖(PK0)產(chǎn)生偏差參數(shù)圖(APK)；在使用所述開始球函數(shù)(SKF)的條件下通過將表示梯度線圈的磁場的球函數(shù)擬合到所述偏差參數(shù)圖(APK)來確定梯度磁場的球函數(shù)系數(shù)(A(1，m)，B(1，m))；基于該經(jīng)擬合的球函數(shù)的球函數(shù)系數(shù)(A(1，m)，B(1，m))確定所述失真校正數(shù)據(jù)(VKD)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，作為參數(shù)圖(PKX，PKy,PKz)確定相位圖 (PKx，PKy，PKz)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述球函數(shù)根據(jù)位置描述相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述球函數(shù)根據(jù)位置描述磁場強度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，將所述相位圖(PKx，PKy，PKz) 和/或所述參考相位圖(PKtl)換算成磁場強度圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，將偏差相位圖(APK)換算成 偏差磁場強度圖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，為了形成偏差參數(shù)圖 (APK)，確定所述參數(shù)圖(PKX，PKy，PKz)和參考參數(shù)圖(PKtl)之間的差。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，為了形成偏差參數(shù)圖 (APK)，確定所述參數(shù)圖(PKX，PKy，PKz)和所述參考參數(shù)圖(PKtl)之間的商。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，對在不同空間方向上產(chǎn)生磁 場梯度的多個梯度線圈實施該方法。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，為了確定所述參數(shù)圖(PKX， PKy, PKz)和/或所述參考參數(shù)圖(PKtl),使用快速三維磁共振測量序列。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，為了確定所述參數(shù)圖 (PKX, PKy, PKz)和/或所述參考參數(shù)圖(PKtl)，使用梯度回波序列。
12.一種用于對利用磁共振系統(tǒng)(1)采集的磁共振圖像(BD)進行失真校正的方法，其 中，借助根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的方法來確定失真校正數(shù)據(jù)(VKD)。
13.一種用于確定對用磁共振系統(tǒng)(1)采集的磁共振圖像(BD)進行失真校正的失真校 正數(shù)據(jù)(VKD)的裝置(15)，具有以下組件開始球函數(shù)確定單元(16)，用于根據(jù)梯度線圈的導(dǎo)線幾何形狀獲得表示磁共振系統(tǒng) (1)的梯度線圈的磁場的開始球函數(shù)(SKF)；參數(shù)圖確定單元(17)，用于在使用定義的測量對象(0)的條件下確定表示由梯度線圈 產(chǎn)生的磁場的三維參數(shù)圖(PKX，PKy, PKz)，其中。對于涉及的梯度線圈設(shè)置定義的梯度強 度；偏差參數(shù)圖計算單元(18)，用于根據(jù)所述參數(shù)圖(PKX，PKy, PKz)和用斷開的梯度線圈 確定的參考參數(shù)圖(PKtl)來確定偏差參數(shù)圖(APK)；系數(shù)確定單元(19)，用于在使用所述開始球函數(shù)(SKF)的條件下，通過將表示梯度線 圈的磁場的球函數(shù)擬合到所述偏差參數(shù)圖(APK)上，來確定梯度磁場的球函數(shù)系數(shù)(A(l， m)，B(l，m))；校正數(shù)據(jù)確定單元(20)，用于基于經(jīng)擬合的球函數(shù)的球函數(shù)系數(shù)(A(l，m)，B(l，m))來 確定所述失真校正數(shù)據(jù)(VKD)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，具有用于輸入展開階數(shù)最大值的接口，其中，這樣構(gòu) 造所述系數(shù)確定單元(19)，使得在考慮該展開階數(shù)最大值的條件下來確定梯度磁場的球函 數(shù)展開項。
15.一種磁共振系統(tǒng)(1)，具有根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的裝置(15)。
16.一種計算機程序產(chǎn)品，該計算機程序產(chǎn)品可直接加載到可編程的計算機單元的存 儲器中，具有程序代碼段，當(dāng)在計算機單元上執(zhí)行該程序時，實施根據(jù)權(quán)利要求1至12中任 一項所述的方法的所有步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定對用磁共振系統(tǒng)采集的磁共振圖像進行失真校正的失真校正數(shù)據(jù)的方法，至少包括方法步驟基于梯度線圈的導(dǎo)線幾何形狀計算表示磁共振系統(tǒng)梯度線圈的磁場的開始球函數(shù)(SKF)；使用定義的測量對象(O)來確定表示由梯度線圈產(chǎn)生的磁場的三維參數(shù)圖(PKx，PKy，PKz)，其中，對于涉及的梯度線圈設(shè)置定義的梯度強度；基于所述參數(shù)圖并且基于利用斷開的梯度線圈確定的參考參數(shù)圖(PK0)產(chǎn)生偏差參數(shù)圖(APK)；在使用開始球函數(shù)的條件下通過將表示梯度線圈磁場的球函數(shù)擬合到偏差參數(shù)圖上來確定梯度磁場的球函數(shù)系數(shù)(A(1，m)，B(1，m))；基于該經(jīng)擬合的球函數(shù)的球函數(shù)系數(shù)確定所述失真校正數(shù)據(jù)。
文檔編號G01R33/385GK101900798SQ20091025420
公開日2010年12月1日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者安德烈亞斯·韋德曼, 拉爾夫·金林根, 薩布里納·克雷赫 申請人:西門子公司