針對(duì)磁共振彌散加權(quán)成像(dwi)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]以下大體涉及醫(yī)學(xué)成像。其具體結(jié)合磁共振彌散加權(quán)成像以及運(yùn)動(dòng)檢測(cè)/校正而應(yīng)用，并將尤其參考該應(yīng)用進(jìn)行描述。然而，將理解其也應(yīng)用于其他使用場(chǎng)景，并且不一定被限制到上述應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]彌散加權(quán)成像(DWI)是對(duì)身體組織(例如肝臟)中的水分子的微觀運(yùn)動(dòng)的研宄。磁共振DWI生成圖像，該圖像通常以顏色對(duì)比示出組織中的微觀運(yùn)動(dòng)的方向和距離。擴(kuò)散的細(xì)節(jié)能夠揭示被成像組織的微觀細(xì)節(jié)，其能夠指示患病或健康狀態(tài)。在對(duì)肝臟的典型MRI掃描中(其中擴(kuò)散一般是各向同性的)，通常利用第一幅度和方向的磁梯度場(chǎng)來采集針對(duì)圖像切片的一整套數(shù)據(jù)點(diǎn)。針對(duì)全部三個(gè)正交方向重復(fù)該過程。進(jìn)一步針對(duì)多種梯度強(qiáng)度重復(fù)成像，以獲得針對(duì)每個(gè)體素的b-曲線值，其示出擴(kuò)散的方向和速率。肝臟中快速生長(zhǎng)的腫瘤將表現(xiàn)為受限擴(kuò)散模式。
[0003]然而，在成像過程期間，患者運(yùn)動(dòng)或整體運(yùn)動(dòng)能夠壓倒測(cè)量到的擴(kuò)散幾個(gè)數(shù)量級(jí)。整體運(yùn)動(dòng)包括諸如咳嗽、打噴嚏、移位等的非重復(fù)運(yùn)動(dòng)和/或諸如呼吸運(yùn)動(dòng)和心臟運(yùn)動(dòng)的重復(fù)運(yùn)動(dòng)。此外，系統(tǒng)導(dǎo)航器回波(其一般能夠針對(duì)患者移動(dòng)調(diào)節(jié))通常在肝臟和隔膜的界面處生成，并且因此對(duì)于肝臟的DWI不可用。
[0004]解決DWI中的整體運(yùn)動(dòng)的一種途徑是垂直于運(yùn)動(dòng)方向重新排序圖像切片。該途徑可以減少圖像偽影，但并未解決DWI測(cè)量的準(zhǔn)確性。另一種途徑是通過修改線圈靈敏度圖，在圖像重建期間將得到的空間變化的非線性相位考慮在內(nèi)，以反映針對(duì)每個(gè)擴(kuò)散方向不同的空間變化的相位信息。該途徑校正了運(yùn)動(dòng)偽影，但需要對(duì)每個(gè)體素的運(yùn)動(dòng)模式的確切知識(shí)(該知識(shí)是不容易得到的)，以恢復(fù)對(duì)彌散加權(quán)的校正量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]以下公開一種用于在MR-DWI中的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與校正的新的且改進(jìn)的方法和系統(tǒng)，其解決了上述問題以及其他問題。
[0006]根據(jù)一個(gè)方面，一種磁共振成像系統(tǒng)包括至少一個(gè)處理器，所述至少一個(gè)處理器被配置為基于彌散加權(quán)成像序列來接收彌散加權(quán)成像數(shù)據(jù)，所述彌散加權(quán)成像序列具有在不同方向上施加的磁梯度場(chǎng)并且具有不同的b-值。所述至少一個(gè)處理器還被配置為基于對(duì)接收到的數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)冗余的比較來確定接收到的成像數(shù)據(jù)中存在的運(yùn)動(dòng)破壞的數(shù)據(jù)；并且用備選數(shù)據(jù)來代替確定的運(yùn)動(dòng)破壞的數(shù)據(jù)。
[0007]根據(jù)另一方面，一種磁共振成像的方法，包括基于彌散加權(quán)成像序列來接收彌散加權(quán)成像數(shù)據(jù)，所述彌散加權(quán)成像序列具有在不同方向上施加的磁梯度場(chǎng)并且具有不同的b_值?；趯?duì)接收到的數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)冗余的比較來檢測(cè)接收到的成像數(shù)據(jù)中存在的運(yùn)動(dòng)破壞的數(shù)據(jù)。用備選數(shù)據(jù)來代替檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)破壞的數(shù)據(jù)。
[0008]根據(jù)另一方面，一種磁共振系統(tǒng)包括重復(fù)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)單元和梯度運(yùn)動(dòng)控制單元。所述重復(fù)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)單元確定對(duì)象的重復(fù)運(yùn)動(dòng)的預(yù)期時(shí)間間隔。所述梯度運(yùn)動(dòng)控制單元將對(duì)象的彌散加權(quán)成像數(shù)據(jù)的采集(其具有對(duì)沿三個(gè)軸施加的梯度場(chǎng)的方向敏感性)調(diào)節(jié)為在所確定的時(shí)間間隔期間在正交于重復(fù)運(yùn)動(dòng)的方向敏感。
[0009]一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在MR-DWI中整體運(yùn)動(dòng)對(duì)擴(kuò)散測(cè)量的影響得以最小化。
[0010]另一優(yōu)點(diǎn)在于避免了彌散加權(quán)成像中的整體重復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0011 ]另一優(yōu)點(diǎn)在于檢測(cè)了在彌散加權(quán)成像數(shù)據(jù)中的整體運(yùn)動(dòng)。
[0012]另一優(yōu)點(diǎn)在于校正了在磁共振彌散加權(quán)成像數(shù)據(jù)中檢測(cè)到的整體運(yùn)動(dòng)。
[0013]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀和理解了以下詳細(xì)描述后，將認(rèn)識(shí)到再另外的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0014]本發(fā)明可以采取各種部件各和部件的布置以及各個(gè)步驟和各步驟的安排的形式。附圖僅出于圖示優(yōu)選的實(shí)施例的目的，并且不應(yīng)被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0015]圖1示意性地圖示了具有整體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與校正的彌散加權(quán)磁共振成像系統(tǒng)的實(shí)施例。
[0016]圖2示意性地圖示了包括重復(fù)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)與梯度場(chǎng)修改的彌散加權(quán)磁共振成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。
[0017]圖3流程圖示了使用包括整體運(yùn)動(dòng)避免、檢測(cè)與校正的彌散加權(quán)磁共振成像的實(shí)施例的一種方法。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參考圖1，示意性地圖示磁共振(MR)系統(tǒng)I的實(shí)施例。系統(tǒng)I包括MR掃描器2，例如以橫截面視圖示出的開放式系統(tǒng)或C-型掃描器、水平膛掃描器等等。掃描器包括開口或膛，其限定對(duì)象4被置于其中以供光譜檢查和/或成像檢查的檢查區(qū)域。MR掃描器2包括具有在開放式系統(tǒng)中的C-型鐵的通量返回路徑的一個(gè)或多個(gè)主磁體6，一個(gè)或多個(gè)射頻(RF)線圈8，以及一個(gè)或多個(gè)梯度線圈10。C-型主磁體6生成垂直靜態(tài)Btl場(chǎng)，例如垂直靜態(tài)場(chǎng)。備選地，膛磁體生成水平靜態(tài)Btl場(chǎng)。
[0019]系統(tǒng)I包括控制DWI序列的操作的序列控制器12、控制RF線圈8的操作的RF發(fā)射器單元14，以及控制梯度線圈10的操作的梯度控制器16。控制單元與對(duì)應(yīng)的線圈之間的通信能夠是無(wú)線或有線的。RF線圈8生成射頻脈沖，其激勵(lì)并操縱對(duì)象4的組織中的共振。RF線圈8能夠包括全身線圈和/或局部線圈，例如軀干線圈、手部線圈、肩部線圈、膝部線圈等。
[0020]一個(gè)或多個(gè)梯度線圈10在靜態(tài)磁場(chǎng)和感興趣區(qū)域(例如對(duì)象4的肝臟)上生成梯度磁場(chǎng)，以對(duì)所誘發(fā)的共振、所誘發(fā)的梯度回波進(jìn)行空間編碼，等等。在不同方向上和/或使用不同的b-值，在感興趣區(qū)域上施加梯度場(chǎng)，從而數(shù)據(jù)冗余由于接收到的圖像數(shù)據(jù)在任意單一體素的重疊而發(fā)生。b-值表示擴(kuò)散編碼梯度持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度的積分，并且是以秒/mm2為單位測(cè)量的。序列控制器12基于DWI序列配置RF線圈和梯度線圈，并且激勵(lì)和操縱對(duì)象的組織中的共振。
[0021]系統(tǒng)I包括RF接收器單元18，其接收MR-DWI信號(hào)。隨著共振在對(duì)象的組織中的衰變，弱的射頻信號(hào)或MR-DWI信號(hào)被射頻天線(例如RF線圈8和/或局部線圈)接收，并被發(fā)送到RF接收器單元18。
[0022]系統(tǒng)包括整體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元20、彌散加權(quán)成像(DWI)校正單元22，以及重建單元24。整體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)單元20從RF接收器接收RF數(shù)據(jù)或MR-DWI數(shù)據(jù)，并基于接收到的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)冗余來檢測(cè)運(yùn)動(dòng)或確定運(yùn)動(dòng)破壞的數(shù)據(jù)。檢測(cè)能夠被應(yīng)用于MR-DWI數(shù)據(jù)或者用于對(duì)MR-DWI數(shù)據(jù)的部分重建。數(shù)據(jù)冗余由于在不同方向梯度場(chǎng)接收的數(shù)據(jù)、指數(shù)信號(hào)衰變率和/或在不同的空間方向上施加的相似b-值，而存在。比較能夠是針對(duì)方向和/或速率的，并且能夠是單變量或多變量的。
[0023]MR-DffI數(shù)據(jù)包括來自在三個(gè)正交方向上施加的不同方向梯度場(chǎng)的數(shù)據(jù)，或者包括三個(gè)正交方向作為分量。所施加的梯度場(chǎng)是三維的。作為不同方向的梯度場(chǎng)的結(jié)果，場(chǎng)在個(gè)體體素中重疊。從兩個(gè)不同方向施加的3維梯度場(chǎng)提供了足夠的信息以測(cè)量擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和/或以與第三正交梯度場(chǎng)度量比較。超過閾值量的度量中的差異被確定為運(yùn)動(dòng)偽影或運(yùn)動(dòng)破壞的。
[0024]沿移動(dòng)的方向和速率的MR-DWI接收的信號(hào)基于脈沖序列和施加的梯度場(chǎng)遵循已知的或預(yù)期的指數(shù)信號(hào)衰變率?；谝苿?dòng)的距離和方向以及預(yù)期指數(shù)信號(hào)衰變率測(cè)量到的指數(shù)信號(hào)衰變率的超過閾值量的改變被確定為運(yùn)動(dòng)破壞的。指數(shù)信號(hào)衰變率能夠被包括在多變量比較中，其包括不同方向的梯度場(chǎng)。
[0025]利用在不同方向相似的b-值施加MR-DWI成像序列。b_值提供對(duì)相同擴(kuò)散移動(dòng)的相似度量，并且每個(gè)b-值都能夠被識(shí)別并且與MR-DWI數(shù)據(jù)的子集相關(guān)聯(lián)。與MR-DWI的比較對(duì)與每個(gè)b-值相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的MR-DWI子集的擴(kuò)散進(jìn)行外延或插值。來自不同b-值的度量中的超過閾值的差異被確定為運(yùn)動(dòng)破壞的。不同的b-值能夠被包括在多變量比較中，其包括不同多方向梯度場(chǎng)和/或指數(shù)信號(hào)衰變率。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，在肝臟的MR-DWI成像數(shù)據(jù)中測(cè)量到的擴(kuò)散能夠包括最鄰近比較。例如，在三個(gè)維度中，每個(gè)體素都被26個(gè)其他體素包圍。盡管擴(kuò)散在肝臟中是各向同性的，但是考慮周圍體素從一個(gè)體素到下一個(gè)的改變?cè)诜较蛏舷鄬?duì)一致并且距離改變是漸變的。超過閾值量的差異被確定為運(yùn)動(dòng)破壞的。最鄰近比較能夠被包括在多變量比較中，其包括不同的b-值、不同的方向梯度場(chǎng)、和/或指數(shù)信號(hào)衰變率。
[0027]DffI校正單元22用備選數(shù)據(jù)來代替被破壞的數(shù)據(jù)。所代替的數(shù)據(jù)能夠是基于不同方向的梯度場(chǎng)、不同b-值的數(shù)據(jù)、和/或修改DWI序列以對(duì)具有所確定的運(yùn)動(dòng)破壞的數(shù)據(jù)的體積進(jìn)行重新采樣。被用于確定運(yùn)動(dòng)破壞的冗余數(shù)據(jù)能夠被用于替換運(yùn)動(dòng)破壞的數(shù)據(jù)。例如，不同方向梯度場(chǎng)中的任意兩個(gè)能夠被用于確定在第三方向梯度場(chǎng)中的體素位置的值，其中，梯度場(chǎng)是正交的、三維的并且全部與體素位置相交。也能夠使用具有不同b-值(代替或額外于不同方向梯度場(chǎng))的MR-DWI數(shù)據(jù)。
[0028]重建單元24(例如經(jīng)配置的處理器)處理來自DWI校正單元的經(jīng)校正的MR-DWI數(shù)據(jù)，并從經(jīng)校正的MR-DWI重建一個(gè)或多個(gè)圖像，例如來自DWI采集序列的圖像切片、體積等?；跈z測(cè)到的運(yùn)動(dòng)和代替的備選數(shù)據(jù)來對(duì)所重建的MR-DWI圖像進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校正。所重建的圖像能夠被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，例如服務(wù)器或處理器存儲(chǔ)器、本地磁盤存儲(chǔ)、云存儲(chǔ)和/或存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，例如圖片存檔及通信系統(tǒng)(PACS)、放射科信息系統(tǒng)(RIS)等等。
[0029]系統(tǒng)包括工作站26，工作站26包括電子處理器或電子處理設(shè)備28、顯示設(shè)備30 (其顯示重建的MR-DWI圖像、菜單、面板和用戶控制)、以及至少一個(gè)輸入設(shè)備32 (其輸入健康照護(hù)醫(yī)師選擇和/或命令)。例如，健康照護(hù)醫(yī)師能夠從顯示設(shè)備上顯示的菜單選擇MR-DffI圖像序列。工作站26能夠是臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型電腦、平板電腦、移動(dòng)計(jì)算設(shè)備、智能手機(jī)等等。顯示設(shè)備30能夠包括計(jì)算機(jī)顯示器、觸摸屏、陰極射線管顯示器(CRT)、存儲(chǔ)管、平板顯示器、發(fā)光二極管(LED)顯示器、電致發(fā)光顯示器(IXD)、等離子顯示面板(PDP)、液晶顯示器(IXD)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、投影機(jī)等等。輸入設(shè)備32能夠是鍵盤、鼠標(biāo)、麥克風(fēng)等等。
[0030]各個(gè)單元或模塊20、22和24適當(dāng)?shù)赜呻娮訑?shù)據(jù)處理設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，例如工作站26的電子處理器或電子處理設(shè)備28，或者由通過網(wǎng)絡(luò)34與工作站26操作性連接的基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器計(jì)算機(jī)，等等來實(shí)現(xiàn)。用戶接口適當(dāng)?shù)赜晒ぷ髡?6來實(shí)現(xiàn)。此外，所公開的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)校正和重建技術(shù)適當(dāng)?shù)厥褂么鎯?chǔ)指令(例如軟件)的永久性存儲(chǔ)介質(zhì)來實(shí)施，該指令可由電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備讀取并且可由電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備運(yùn)行以執(zhí)行所公開的技術(shù)。
[0031]參考圖2，示意性地圖示了包括重復(fù)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和梯度場(chǎng)修