用于減少磁共振圖像中的運動偽影的方法以及磁共振設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于以第一組單獨的局部天線（6.1至6.5）和第二組單獨的局部天線（6.6至6.10）減少磁共振圖像中的運動偽影的方法，其中，待成像區(qū)域的基本上不運動的區(qū)帶位于第一組單獨的局部天線（6.1至6.5）的高靈敏度區(qū)域中，并且運動的區(qū)帶位于第二組局部天線（6.6至6.10）的高靈敏度區(qū)域中。單獨地進一步處理由第一組局部天線（6.1至6.5）所接收的位置編碼的核自旋信號。借助權(quán)重因子對由第二組局部天線（6.6至6.10）所接收的位置編碼的核自旋信號進行加權(quán)組合。在此，將權(quán)重因子確定為使得減小局部天線（6.5至6.10）的加權(quán)組合的、取決于位置的靈敏度的梯度。
【專利說明】用于減少磁共振圖像中的運動偽影的方法以及磁共振設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于減少磁共振圖像中的運動偽影的方法。本發(fā)明同樣涉及一種用于執(zhí)行該方法的磁共振設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]心臟的磁共振成像是特別的挑戰(zhàn)，因為心臟運動還與呼吸運動重疊。為了減少由于心臟運動造成的偽影而使用分段的拍攝技術(shù)。此外，要求患者在采集數(shù)據(jù)時屏住呼吸。所需的呼吸屏住時間位于20秒的范圍中。然而，尤其是心臟病患者通常不可能在這樣長的時段中屏住呼吸。這導(dǎo)致在分段的采集中不連續(xù)的原始數(shù)據(jù)(k空間數(shù)據(jù))。于是，重建的圖像具有阻礙臨床判讀的運動偽影。根據(jù)k空間采樣方案或重排方案，相位編碼裝置中的圖像中的偽影在對比度跳變的邊界上作為“Ghosting (鬼影)”或也作為“Blurring (模糊)/Ringing (環(huán)形偽影)”出現(xiàn)。在對瞬變的對比特性成像的應(yīng)用中，更遠結(jié)構(gòu)的不連續(xù)的幻影結(jié)構(gòu)(Geisterstrukturen)會重疊。這例如在以“Dark_Blood (黑血)”快速自旋回波技術(shù)拍攝的形態(tài)學(xué)圖像中出現(xiàn)。在瞬變對比特性中小的對比度變化在診斷上重要的拍攝中，例如在以“Late Gadolinium Enhancement (禮對比劑延遲強化)”進行的活動檢查或者在以T2對比度進行的水腫成像中，運動偽影阻礙可靠的診斷。前面描述的這兩個成像技術(shù)也是最常見的臨床心臟檢查，并且因此必須盡可能魯棒性地設(shè)計。
[0003]為了避免由于數(shù)據(jù)采集期間不足夠的呼吸保持時間而造成的上述運動偽影，例如頻繁地重復(fù)采集，直至呈現(xiàn)沒有運動偽影的圖像數(shù)據(jù)。也產(chǎn)生了未分割的圖像數(shù)據(jù)，其卻具有比分割后的圖像數(shù)據(jù)低的質(zhì)量。
[0004]在數(shù)據(jù)采集時也使用將局部天線與成像區(qū)帶的間隔擴大的墊子。然而這也涉及信噪比的成本和由此圖像質(zhì)量的成本。
[0005]為了改進圖像質(zhì)量而使用越來越多具有高信噪比的線圈陣列?，F(xiàn)有技術(shù)是32至128個通道。在此，借助硬件切換矩陣或以純電子方式將為測量所需的局部天線與磁共振設(shè)備的信號處理通道連接。此外，在此為了減少所需的接收通道而將多個局部天線所接收的核自旋信號彼此組合。
[0006]在DE 10 2009 012 109A1 (對應(yīng)于 US 2010/0225317A1)中，描述了一種用于在 MR
接收系統(tǒng)中數(shù)字地減少通道的方法。從以低分辨率進行的之前的測量中，確定對于組合所需的權(quán)重因子。所形成的組合在那里表示為已知的硬件模式矩陣的擴展的軟件版本。在那里描述的方法允許減少通道數(shù)目，而同時在所選擇的成像區(qū)域中實現(xiàn)最優(yōu)信噪比。成像區(qū)域可以由用戶規(guī)定或自動規(guī)定。
[0007]DE 690 25 513 T2涉及一種用于借助磁共振產(chǎn)生圖像的裝置，其中要在高信噪比情況下進行動態(tài)過程的快速測量。為此，使用了可以同時采集磁共振信號的多個表面線圈，其中那里的磁共振系統(tǒng)還包括卷積積分裝置和結(jié)合或綜合裝置，以便對所采集的磁共振信號進行加權(quán)/相加處理，以便結(jié)合多個所采集的磁共振信號。以像素方式將所有表面線圈的圖像數(shù)據(jù)相加，以便獲得唯一圖像。在那里還教導(dǎo)的是，在表面線圈間的低關(guān)聯(lián)情況下可以在采樣間隔內(nèi)以時間偏移方式進行讀出。
[0008]US 4，825，162公開了一種方法，以便從多個靠近地彼此并排設(shè)置的表面線圈獲得不同的核自旋應(yīng)答信號。在此，將這些磁共振應(yīng)答信號中的每個都組合成該樣本自己的圖像，這些圖像然后又逐點地組合，以便獲得整個樣本單個的、結(jié)合的磁共振圖像。在此假設(shè)，表面線圈不具有彼此間的交互。于是，在圖像重建中，將單個圖像加權(quán)組合為使得將目標函數(shù)最大化，以便獲得整個重建圖像改進的SNR。
[0009]這兩個文獻于是涉及從所有局部天線的數(shù)據(jù)中重建整個磁共振圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明現(xiàn)在基于如下任務(wù):提出用于減少磁共振圖像中的運動偽影的一種方法和一種裝置，其中由單獨的局部天線接收位置編碼的核自旋信號。
[0011]首先所提及的涉及方法的第一任務(wù)通過權(quán)利要求1的主題實現(xiàn)，并且其次所提及的涉及裝置的任務(wù)通過權(quán)利要求8的主題實現(xiàn)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的方法使用第一組和第二組單獨的局部天線來減少磁共振圖像中的運動偽影，其中，待成像區(qū)域的基本上不運動的區(qū)帶位于第一組單獨的局部天線的較高靈敏度區(qū)域中，并且運動的區(qū)帶位于第二組局部天線的較高靈敏度的區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，單獨地進一步處理由第一組局部天線接收的位置編碼的核自旋信號，和借助權(quán)重因子對由第二組局部天線接收的位置編碼的核自旋信號進行加權(quán)組合，其中，將權(quán)重因子確定為使得減小局部天線的加權(quán)組合的、取決于位置的靈敏度的梯度。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的裝置涉及一種磁共振設(shè)備，具有第一和第二組單獨的局部天線以及與第二組局部天線連接的信號處理單元，該信號處理單元構(gòu)建為，將由第二組局部天線所接收的位置編碼的核自旋信號組合為使得減小第二組局部天線的加權(quán)組合的、取決于位置的靈敏度的梯度。
[0014]與單獨的局部天線的取決于位置的靈敏度的梯度相比，減小了局部天線的組合的、取決于位置的靈敏度的梯度。減小靈敏度的梯度意味著將靈敏度曲線均勻化或者還平滑。
[0015]本發(fā)明人已知的是，在具有高局部天線密度的接收線圈陣列中的單個局部天線情況下靈敏度的高梯度是上面已經(jīng)描述的、如“Ghosting”或者“Blurring/Ringing”那樣的偽影的相對強度的成因。線圈陣列中的局部天線密度越大，則偽影越強。高局部天線密度意味著單獨的局部天線的縮小。靈敏度在緊鄰局部天線處非常大，并且然后隨著與局部天線距離增大而減小，這意味著強梯度。運動的對象在相位編碼中成像為幻影圖像。因為幻影圖像源自具有高靈敏度的區(qū)域，所以其具有高強度并且在圖像的靈敏度較低的其它區(qū)域中以該高強度顯現(xiàn)，使得靈敏度梯度越強，則相對的偽影幅度越大。
[0016]現(xiàn)在，用于避免這種偽影的基本思想在于，將多個小的、單獨的局部天線虛擬地連接在一起成為具有更均勻靈敏度曲線的較大的局部天線。由此，靠近局部天線的成像區(qū)域在信號方面也并不被過度檢測，由此強烈避免了偽影。待組合的局部天線的信號的虛擬互連或組合借助權(quán)重因子來進行，其中將權(quán)重因子確定為使得減小靈敏度的梯度。在此，權(quán)重因子是局部天線特定的，即對于每個局部天線是固定的。
[0017]一個對于該目的有利的局部天線組合例如通過模擬CP模式(圓極化的局部天線)來給出，如例如在開頭已經(jīng)引用的DE 10 2009 012 109 Al中描述的那樣。然而，這里僅對于待成像區(qū)域中運動的區(qū)帶位于其靈敏度或成像區(qū)域中的局部天線組實現(xiàn)組合。并不組合僅不運動的區(qū)帶位于其靈敏度或成像區(qū)域中的局部天線組?；旧喜贿\動在此應(yīng)該指的是，來自該區(qū)帶的可能確實存在的運動偽影并不損害可靠的診斷。
[0018]因此，組合可以合乎目的地在k空間中已經(jīng)進行，這意味著，將還在k空間中存在的磁共振信號在其在反向計算到位置空間中之前進行組合。例如，組合可以用行的形式在k空間中進行。
[0019]通常來說，將核自旋信號的僅借助在靈敏度區(qū)域中的運動所選擇的部分、即第一組合核自旋信號，按根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的方式進行加權(quán)組合，其中該組合在最后將所有核自旋信號(即未改變的第二組局部天線和該組合的結(jié)果)相結(jié)合之前進行，以便重建待成像區(qū)域的整個圖像或整個圖像數(shù)據(jù)集。
[0020]借助向著盡可能均勻的信號強度去優(yōu)化的成本函數(shù)來給出包括權(quán)重因子的有利組合。
[0021]這對應(yīng)于將靈敏度的梯度場優(yōu)化直至可接受的梯度(目標梯度)，該梯度位于存在的強度梯度與固定的信號強度之間。
[0022]如已經(jīng)提及那樣，僅以在運動的區(qū)域或?qū)ο蟾浇木植刻炀€組執(zhí)行組合。在呼吸運動的情況下，安置在患者上身上的局部天線本身通常也運動。于是，待組合的局部天線可以根據(jù)患者上的已知布置來識別。
[0023]在本發(fā)明的一個有利擴展方案中，為了確定權(quán)重因子而使用借助局部天線本身來接收的、位置編碼的核自旋信號。該方法可以利用來自預(yù)掃描的或者還來自測量本身的信號。線性組合從由所有待組合的局部天線所采集的空間點的信號相位(和必要時的信號幅度)中形成。
[0024]本發(fā)明的另一有利擴展方案的特征在于:將以全身天線接收的位置編碼的核自旋信號用于確定權(quán)重因子。全身天線的信號用作確定權(quán)重因子的基準。全身天線由于其遠離成像區(qū)域和其幾何尺寸而具有相對均勻的靈敏度曲線。
[0025]如果天線陣列的部分、例如嵌入到患者臥榻中的局部天線在信號采集時不運動，則通常將這些部分單獨地進一步處理，以便獲得其良好的信噪比。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]本發(fā)明的其它有利擴展方案從借助兩幅附圖對實施例的描述中得出。其中:
[0027]圖1示意性地在橫截面中示出了帶有所施加的天線陣列以及與其連接的信號處理單元的患者，以及
[0028]圖2以流程圖示出了一個實施例的基本方法步驟。
【具體實施方式】
[0029]圖1示意性地作為診斷用磁共振設(shè)備的部分僅示出了在帶有所施加的天線陣列6的患者臥榻4上的患者2。磁共振設(shè)備的帶有重要功能單元磁體、梯度系統(tǒng)、控制器、操作和顯示單元的結(jié)構(gòu)已經(jīng)多次描述，從而在此可以將其省去。為了確定xyz坐標系8的定向，將由磁體所產(chǎn)生的主磁場的方向用z (z看起來從紙平面伸出)表示，橫向于患者的方向以X表示，并且在圖1中向上的方向以y表示。在所描述的實施例的情況中重要的是，天線陣列6包括多個單獨的局部天線。
[0030]其它天線在z方向上連接，使得天線陣列6整體上例如覆蓋患者2的整個上身。局部天線6.1至6.5設(shè)置在患者臥榻4之中或者還在其之上，而局部天線6.6至6.10被支撐在患者2的上身上，于是其根據(jù)患者2的呼吸而運動，這將通過雙箭頭9來示出。
[0031]天線陣列的實施方式例如包括患者臺中的局部天線4 (Spine-Array,脊柱陣列)和患者2身體上分別具有6個局部天線的3排(18通道身體矩陣)。為了清楚起見而在圖1中示例性地僅示出10個局部天線。
[0032]局部天線6.1至6.10與信號處理單元10連接，該信號處理單元在此為了清楚起見而分離地示出。在信號處理單元10中，在與不運動的和與運動的局部天線6.1至6.5和6.6至6.10連接的通道之間進行區(qū)分。信號處理單元10從在此未示出的上級布置的控制器獲得關(guān)于運動還是不運動的信息。信號處理單元10數(shù)字地構(gòu)建，并且以程序控制方式工作。信號處理單元10實現(xiàn)為磁共振設(shè)備的控制器的一部分，并且包括可運行的程序，下面借助圖2描述該程序的基本結(jié)構(gòu)。
[0033]運動地設(shè)置的局部天線6.6至6.10的信號按照下面還要更詳細描述的方法以加權(quán)方式組合成單個信號12。優(yōu)選地，分別將在χ方向上分布設(shè)置的局部天線的信號進行組合，使得根據(jù)z方向上的排的數(shù)目來得出組合的核自旋信號的數(shù)目。
[0034]還可能的是，僅將線圈元件6.6至6.10的子組分別組合成一個信號，例如將6.6、
6.8和6.10組合成一個信號，并且將6.7和6.9組合成另一信號。這用于改進并行成像方法的能力。
[0035]相反，不運動地設(shè)置的局部天線6.1至6.5的信號分別被單獨地進一步處理。
[0036]圖2以流程圖方式示出了一個用于減少磁共振圖像中運動偽影的實施例的基本信號處理步驟。如開頭已經(jīng)討論過的那樣，出于該目的而將所使用的局部天線6.6至6.10的接收信號加權(quán)組合。由此虛擬地形成具有靈敏度曲線的減小的梯度的單個接收天線。于是，運動偽影不再是干擾性的。在此重要的是，將權(quán)重因子確定為使得組合后的局部天線的靈敏度曲線具有所希望的分布。優(yōu)選地，從調(diào)整測量或者從在實際測量之前的偵查掃描(Scoutscan)中確定權(quán)重因子。
[0037]復(fù)數(shù)的(在實部和虛部的意義上)權(quán)重因子的確定在原始數(shù)據(jù)重建后的圖像數(shù)據(jù)偵U、即在接收的位置編碼的核自旋信號上的調(diào)整測量中進行。假設(shè)有從單個局部天線6.6至6.10的核自旋信號中重建的復(fù)數(shù)圖像數(shù)據(jù)12。與此同時，由在磁共振設(shè)備中存在的全身天線接收核自旋信號。由于全身天線的幾何結(jié)構(gòu)和其與成像區(qū)帶的間隔，所以其靈敏度近乎均勻，或者靈敏度曲線具有僅小的至可忽略不計的梯度。將由全身線圈所接收的核自旋信號同樣重建為復(fù)數(shù)的圖像數(shù)據(jù)14。
[0038]借助復(fù)數(shù)的圖像數(shù)據(jù)14，在信號處理步驟16中確定局部天線6.6至6.10的共同的靈敏度曲線。這基本上通過局部天線6.5至6.10的組合的與全身天線的(必要時濾波后的)圖像數(shù)據(jù)的除法運算來進行。
[0039]在下面的信號處理步驟18中，必要時將該共同的靈敏度曲線平滑。這用于對于下面的步驟22為強度下降給出合理規(guī)定或目標值，可以穩(wěn)定地逼近該強度下降。該強度下降的斜率位于天線的無法實現(xiàn)的、帶有均勻的靈敏度曲線的理想情況與局部天線的組合之間。優(yōu)選地，平滑以用小于I的冪進行取冪運算來進行。也可以使用其它方法以弱化梯度。
[0040]在方法步驟20中，平滑后的靈敏度曲線通過乘法而應(yīng)用到全身天線的圖像數(shù)據(jù)上。由此，將全身天線的靈敏度曲線修改為使得其可以用作確定權(quán)重因子的逼近目標。
[0041]在信號處理步驟22中，將局部線圈6.6至6.10的圖像數(shù)據(jù)加權(quán)組合。在此，一直改變權(quán)重因子，直至該組合盡可能良好地對應(yīng)于在規(guī)定區(qū)域24中的平滑后的靈敏度曲線。
[0042]然后，將在最優(yōu)地擬合組合后的靈敏度曲線時使用的復(fù)數(shù)權(quán)重因子，在方法步驟26中用于接下來的實際測量，以便將運動的局部天線6.6至6.10的核自旋信號進行組合。單獨地進一步處理在實際測量中由不運動的局部天線6.1至6.5所接收的核自旋信號。由此，這些核自旋信號的高信噪比保持不變。
[0043]替選地，也可以將局部天線6.6至6.10所接收的核自旋信號用于確定權(quán)重因子。為此，可以使用來自DE 10 2009 012 109 Al中的方法。例如，分析局部天線6.6至6.10的如下信號，這些信號來自同樣這些局部天線6.6至6.10的成像區(qū)域中位置合適的區(qū)部。該區(qū)部應(yīng)該為所有局部天線6.6至6.10提供足夠的信號，并且盡可能居中地位于這些局部天線的成像區(qū)域中。根據(jù)這些信號的差相位，直接得出關(guān)于相應(yīng)的局部天線6.6至6.10的復(fù)數(shù)線性組合的相位。
【權(quán)利要求】
1.一種用于以第一組單獨的局部天線(6.1至6.5)和第二組單獨的局部天線(6.6至6.10)減少磁共振圖像中的運動偽影的方法，其中，待成像區(qū)域的基本上不運動的區(qū)帶位于所述第一組單獨的局部天線(6.1至6.5)的高靈敏度區(qū)域中，并且運動的區(qū)帶位于所述第二組局部天線(6.6至6.10)的高靈敏度區(qū)域中，其特征在于，單獨地進一步處理由所述第一組局部天線(6.1至6.5)所接收的位置編碼的核自旋信號，并且借助權(quán)重因子對由所述第二組局部天線(6.6至6.10)所接收的位置編碼的核自旋信號進行加權(quán)組合，其中，將所述權(quán)重因子確定為使得減小所述第二組局部天線(6.6至6.10)的加權(quán)組合的、取決于位置的靈敏度的梯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將以全身天線接收的位置編碼的核自旋信號用于確定所述權(quán)重因子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將以所述第二組局部天線(6.6至6.10)接收的位置編碼的核自旋信號用于確定所述權(quán)重因子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，借助于向著盡可能固定的信號強度去優(yōu)化的成本函數(shù)確定所述權(quán)重因子。
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，這樣確定權(quán)重因子，從而將所述第二組局部天線(6.6至6.10)的組合的靈敏度的梯度場優(yōu)化為使得形成位于現(xiàn)存的梯度與固定的靈敏度之間的可接受的梯度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，基于在所述第二組局部天線(6.6至6.10)中所接收的核自旋信號，形成所述可接受的梯度。
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，將所述局部天線在所述磁共振設(shè)備的主磁場的方向(Z)上相同地定位。
8.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法的磁共振設(shè)備，具有:第一組單獨的局部天線(6.1至6.5);第二組單獨的局部天線(6.6至6.10);和與所述第二組局部天線(6.6至6.10)連接的信號處理單元(10)，所述信號處理單元構(gòu)建為，將由所述第二組局部天線(6.6至6.10)所接收的位置編碼的核自旋信號組合為使得減小所述第二組局部天線(6.6至6.10)的加權(quán)組合的、取決于位置的靈敏度的梯度。
【文檔編號】G01R33/3415GK103543421SQ201310287605
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月12日
【發(fā)明者】W.蘭德許茨, P.斯派爾 申請人:西門子公司