CN101236240A - 磁共振断层造影成像中改进的三维层选择的多层激励方法 - Google Patents

磁共振断层造影成像中改进的三维层选择的多层激励方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磁共振断层造影成像方法，其中，由至少两个沿位置方向相互移位、相邻、并分别在待检查对象的边沿区域(27)重叠的位置区域(OB)中的磁共振信号采集数据组；同样在该位置方向上在非均匀的非边沿区域(FOV，28)内进行相位编码，其中，对于位置区域(OB)中的至少一个确定限于在该整个位置区域(OB)上调制对象信息的调制函数(S)。该方法的特征在于，基于该调制函数(S)计算不同位置区域(OB)的重叠区域(B)中的皱褶，并在考虑所计算的皱褶的情况下无皱褶地组合位置方向上各位置区域(OB)的非边沿区域(FOV，28)的磁共振断层造影图像。

Description

磁共振断层造影成像中改进的三维层选择的多层激励方法
技术领域
本发明一般地涉及核自旋断层造影(同义语：磁共振断层造影，MRT)，如其在医学中用于对患者进行检查那样。在此本发明尤其涉及能够明显提高MRT成像中层选择的多层激励的效率的方法和用于实施该方法的MRT***。
背景技术
MRT基于核自旋共振的物理现象，并作为成像方法成功地应用于医疗和生物物理学已有超过15年的历史。在该检查方法中，对物体施加强的恒定磁场。由此使物体内原本无规则取向的原子的核自旋定向。
高频波现在可以将该“有序”的核自旋激励成特定的振荡。该振荡在MRT中产生可借助适当的接收线圈接收的实际测量信号。在此通过采用由梯度线圈产生的不均匀磁场，可以在所有3个空间方向上对测量对象进行空间编码。该方法允许任意选择待成像的层，由此可以获得在所有方向上的人体截面图像。MRT作为医学诊断中的截面图像方法，突出的首先是通用多方面的对比能力的“非介入”检查方法。由于其对软组织的优秀表现性，MRT已发展成为比X射线计算机断层造影(CT)优秀得多的方法。当今MRT基于自旋回波序列和梯度回波序列的应用，其在若干秒至分钟数量级的测量时间内能够获得出色的图像质量。
为了检查患者的较大的截面或者对于整体拍摄，优选可以将通常在z方向或患者纵轴方向上的连续的卧榻移动(英语：扫描期间移动，MDS)或者逐段的卧榻移动与三维层选择的多层激励相结合。但三维层选择的3D成像的质量极大地依赖于所采用的各HF激励脉冲的形状。该形状不是理想的矩形(即恰好界定水平顶的垂直边)，而是一般在两侧具有或多或少倾斜的边沿，而顶部则不同于线性变化。在图2A和2B中对比地示出了这样的实际形状和理想的形状。***的对于这样的非理想的非矩形激励特性的响应和信号特性(响应功能)同样是非理想的并在层编码方向(z方向)上显示出图像的非均匀性。
根据现有技术，在z方向上防止这样的图像伪影的可能性在于，将各激励块(片)的视野(FOV)仅限制在各非理想的HF激励脉冲的尽可能的水平区域(顶部)。在此出现的问题是在未扫描的HF脉冲边沿信号分量在FOV中(在激励块中)的皱褶；该信号分量即为通过非理想的HF脉冲的位于FOV外的、未扫描的边沿而产生的。
尤其是在沿z方向进行逐段扫描时，其中所获得的逐块的图像数据组同样在z方向上相互接续，该问题导致在整个待成像区域内的皱褶，而这又最终导致极坏的图像质量。
根据现有技术，这样解决该问题：尽管限定在顶宽上的FOV的边界，位置编码(即k空间扫描)仍沿着每个HF激励脉冲的整个HF脉冲的宽度实现，即在编码时以及最后在稍后的图像再现中考虑整个边沿。因此在边沿区域实施所谓的过扫描(过采样)，而这又最终导致测量时间的相应的极度延长。
为了保持该在最大程度上可接受的边界须对HF激励脉冲(片特性)的清晰度进行优化，即使其边沿更陡，而这又要求提高HF脉冲的激励能量并且对患者不利的是进入到待检查的组织中的能量(特定吸收率，SAR)部分地上升到不可容忍的值。
如以上讨论所表明的，本发明所基于的MRT方法存在一个问题链，其根据当前的现有技术通过折衷的解决方案来解决：扫描效率的损失通过过采样来解决，但仅在某种程度上，即通过对片特性的伸展的限制，但仅在保持SAR边界的限度内。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，提出一种用于实施改进磁共振断层造影成像中三维层选择的多层激励方法的方法和***。
本发明的技术问题通过一种磁共振断层造影成像方法来解决，其中，由至少两个沿位置方向相互移位、相邻、并分别在待检查对象的边沿区域重叠的位置区域中的磁共振信号来采集数据组；同样在该位置方向上在非均匀的非边沿区域内进行相位编码，其中，对于位置区域中的至少一个确定限于在该整个位置区域上调制对象信息的调制函数。该方法的特征在于，基于该调制函数计算不同位置区域的重叠区域中的皱褶，并在考虑所计算的皱褶的情况下无皱褶地组合位置方向上各位置区域的非边沿区域的MRT图像。
优选通过确定在相应的位置区域内位置选择的HF激励脉冲的触发角的分布和/或通过确定在相应的位置区域内本地发送线圈的灵敏度特性来确定该位置区域的调制函数。
此外还优选通过计算皱褶减少的目标值来实现不含皱褶的组合，在此该计算通过测得的包含皱褶的值与至少一个调制函数的值的线性组合实现。
按照本发明，在一可能的实施方式中分别在沿位置方向逐步移动对象后采集数据组，或者，在另一可能的实施方式中在位置方向上连续移动对象期间采集数据组。
此外按照本发明优选的是，在计算皱褶时考虑对在重叠区域中的冗余对象信息的知识。
此外本发明还涉及适用于实施本发明方法的核自旋断层造影设备。
本发明还涉及一种计算机软件产品，当其在与核自旋断层造影设备连接的计算装置上运行时，可以实现本发明的方法。
附图说明
以下结合附图借助实施例对本发明的其它优点、特征和特性进行详细描述。其中示出：
图1示意性示出实施本发明方法的按照本发明的MRT设备；
图2A示意性示出理想的片特性(Slab-Profil)(矩形调制函数)；
图2B示意性示出真实的片特性(具有斜边和在顶部的凹陷或非线性变化的调制函数)；
图3示出各层的非线性片特性的重叠在z方向上的三重多层激励。
具体实施方式
图1示意性示出按照本发明的用于产生对象的核自旋图像的磁共振成像设备或核自旋断层造影设备。在此该核自旋断层造影设备的结构相应于常规的断层造影设备的结构。基本磁场磁铁1产生在时间上恒定不变的强磁场，用于极化或校准对象的检查区域(如人体的待***位)中的核自旋。该基本磁场磁铁的核自旋测量所需的高度均匀性定义在球形测量空间M中，人体的待***位被置于其中。为此患者躺卧在可移动的患者卧榻(移动台)上，患者卧榻驶入基本磁场磁铁中，以使患者的待***位定位于该均匀空间中。为了支持均匀性要求，尤其是为了消除在时间上不变的影响，在适当的位置上设置了由铁磁材料制成的所谓的填隙片。随时间变化的影响通过由补偿电源控制的补偿线圈2来消除。
在基本磁场磁铁1中采用由多个绕组、即所谓的部分绕组构成的圆柱形梯度线圈***3。每个部分绕组都由一个放大器14提供电流，以在笛卡尔坐标系的各个方向上分别产生一个线性梯度场。在此梯度场***3的第一部分绕组产生x方向上的梯度Gx，第二部分绕组产生y方向上的梯度Gy，而第三部分绕组产生z方向上的梯度Gz。每个放大器14包括一个数字模拟转换器，其由序列控制器18控制，以及时产生梯度脉冲。
在梯度场***3内设置了高频天线4，该高频天线4将由高频功率放大器输出的高频脉冲转换为交变磁场，以激励待检查对象或对象的待检查区域中的原子核并校准核自旋。高频天线4优选由已描述的组件线圈的线性排列形式的一个或多个HF发送线圈和多个HF接收线圈构成。高频天线4的HF接收线圈还将由确定的核自旋发出的交变场、即通常由一个或多个高频脉冲和一个或多个梯度脉冲组成的脉冲序列引起的核自旋回波信号转换为电压，该电压通过放大器7输入高频***22的高频接收信道8。高频***22还包括发送信道9，在其中产生用于激励磁核共振的高频脉冲。在此，根据设备计算机20预先给定的脉冲序列，在序列控制器18中将各高频脉冲数字化地表示为复数序列。该数列分别作为实部和虚部通过各输入端12输入到高频***22中的数字模拟转换器，并由该数字模拟转换器输入到发送信道9。在发送信道9中，将该脉冲序列调制为高频载波信号，其基本频率对应于测量空间内核自旋的谐振频率。
通过发送-接收转接器6实现发送运行和接收运行的转换。高频天线4的HF发送线圈将用于激励核自旋的高频脉冲入射到测量空间M中，HF接收线圈对产生的回波信号进行扫描。在高频***22的接收信道8’(第一解调器)中将相应获得的核共振信号相敏解调为中间频率，并在模拟数字转换器(ADC)中被数字化。该信号须被解调为频率0。解调为频率0以及分为实部和虚部在数字化之后在数字域内在第二解调器8内进行。通过图像计算机17从这样获得的测量数据中再现图像。对测量数据、图像数据和控制程序的管理都通过设备计算机20进行。序列控制器18根据预先给定的控制程序控制各期望的脉冲序列的产生以及相应的对k空间的扫描。在此序列控制器18尤其控制梯度的及时接通、具有特定相位和振幅的高频脉冲的发送以及对核共振信号的接收。高频***22和序列控制器18的时基由合成器19提供。通过终端21选择用于产生核自旋图像的相应控制程序，并显示所产生的核自旋图像，该终端21包括键盘以及一个或多个显示屏。
本发明的目的在于，明显提高MRT成像中层选择或位置选择的多层激励的效率。
MRT中的层或位置选择的3D成像极大地受到非理想的激励特性的影响。根据图2A所示的理想激励特性23突出地表现为由准确垂直的边沿24限界的准确水平的顶部25。而非理想的、即如图2B所示的真实的激励特性26则具有倾斜的边沿27，其陡度基本上由特殊吸收率(SAR)来限定。顶部28具有中间的非线性性，其虽然在过后再现的图像中不会造成伪影，但却会引起干扰的强度波动。
为了能够测量更大的患者部分，尤其是在由变得越来越短的磁铁孔(缩减的孔长)限定的短测量空间M中，需要进行逐步(逐块)的扫描，该扫描或者在卧榻连续移动时进行，或者同样也可以在卧榻逐步移动时进行。逐步扫描这样进行：激励并测量至少两个沿位置方向(卧榻移动方向，即患者纵轴方向)彼此移位且本身相邻的位置区域。优选这样进行相对移位(如图3所示)，使得达到各位置区域OB的HF激励特性S的各顶部FOV，28尽可能好地邻接，因为实际上只有顶部宽度相应于感兴趣的FOV。但这蕴含着片特性S2的各边沿区域27与相邻片特性S1、S3的相应相邻顶部区域的边沿的重叠，这仅对于相位编码或位置编码而言就会在感兴趣的FOV中(在顶部区域)在移位一个FOV或多个FOV(在边沿很平的情况下其覆盖多个这样的FOV)的FOV的边沿区域内产生边沿27的强烈皱褶。最终，这样的皱褶导致在所述位置方向上极度干扰的图像非均匀性，并且是在所有组合的顶部段、即在整个感兴趣的顶部区域的由所有部分FOV段组成的整个FOV上。
根据现有技术用于减少或消除皱褶以及由此减少或消除图像的非均匀性的过程已经在本文开始进行了详细描述。
相对于此，本发明在于，将消除伪影所需的对所有HF激励特性S的过扫描通过建立和解再现或很好描述成像问题的代数方程***来替代。该方程***的数学解给出了无皱褶的目标值的集合，最终该集合可以模拟所期望的无皱褶的FOV组合。
该代数方程***表现为线性代数方程***并表示为：
J n ( z ) = I ( z ) · S ( z - z n ) + Σ m ≠ 0 I ( z + m · FOV ) · S ( z - z n + m · FOV )
在此相关的定义如下：
z：为位置编码方向、卧榻移动方向以及相位编码方向的坐标，
S(z)：为HF激励脉冲的(目标值调制的)层特性(也称为片特性或调制函数)，
I(z)：表示无皱褶目标值的强度，即关于所有部分FOV的期望的无伪影图像，
Jn(z)：属于块n/层n的测得的强度分布，包括由于相邻FOV测量值的重叠引起的皱褶；但Jn(z)仅在
Figure S2008100088820D00062
的区域上延伸。
重叠本身通过和
Figure S2008100088820D00063
来考虑，其中m值≥2仅对其重叠由于非常平的边沿而延伸超过两个相邻的FOV的片特性有意义。
以下对该公式***进行解释：
Jn(z)是由各FOV区域
Figure S2008100088820D00064
的核共振信号组成的实际测量值，但这些测量值被利用HF层特性(片特性S(z))调制。由于与清楚的矩形特性23的偏差，片特性经历超过中央FOV的展幅并调制(接受影响)其它层n，这通过另外的和项()
Figure S2008100088820D00065
来考虑。由于其调制特性在以下的过程中将HF层特性或片特性一般地称为“调制函数”。测量值的数量至少相当于未知的并因此而要确定的无皱褶目标值I(z)的数量以及该公式***可解的前提是调制函数S(z)是已知的。
在此没有描述如何确定调制函数S(z)。但却提示了这样的调制函数不必只通过位置选择的HF激励脉冲的层特性(触发角分布)来给出，而是它们始终还可以和其它技术背景的其它调制的部分相叠加。这样的部分例如可以是相应位置区域OB中参与灵敏度特性的(可能设置在线圈阵列中的)本地发送和/或接收线圈，如它们在常规的PPA成像方法中用于通过减少耗时的相位编码步骤而降低测量时间那样。
为了确定调制函数S的层特性部分，例如可以对一个单独的HF层特性进行过扫描。由于不同的层n的HF层特性(片特性)只有很小的差别，有意义且有效的是将作为调制函数一次性确定的片特性也应用于所有其它层。此外要注意的是，在计算皱褶时有利的是考虑对重叠区域中冗余的对象信息的知识。一般来说HF层特性也可以通过所采用的HF脉冲的形式分析地确定。此外还可以考虑，通过采用来自多个HF接收信道的信息通过采用类似平行成像的方法还可以同时估计I(z)和S(z)。

Claims (9)

1.一种磁共振断层造影成像方法，其中，由至少两个沿位置方向相互移位、相邻、并分别在待检查对象的边沿区域(27)重叠的位置区域(OB)中的磁共振信号采集数据组；同样在该位置方向上在非均匀的非边沿区域(FOV，28)内进行相位编码，其中，对于位置区域(OB)中的至少一个确定限于在该整个位置区域(OB)上调制对象信息的调制函数(S)，
其特征在于，基于该调制函数(S)计算不同位置区域(OB)的重叠区域(üB)中的皱褶，并在考虑所计算的皱褶的情况下无皱褶地组合位置方向上各位置区域(OB)的非边沿区域(FOV，28)的磁共振断层造影图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过确定在相应的位置区域(OB)内位置选择的HF激励脉冲的触发角的分布来确定该位置区域(OB)的调制函数(S)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过确定在相应的位置区域(OB)内本地发送线圈的灵敏度特性来确定该位置区域(OB)的调制函数(S)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过计算皱褶减少的目标值(I(z))来实现不含皱褶的组合，在此该计算通过测得的包含皱褶的值(Jn(z))与至少一个调制函数(Sn)的值(S(z))的线性组合实现。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，分别在沿位置方向逐步移动对象后采集数据组。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，分别在沿位置方向连续移动对象期间采集数据组。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在计算皱褶时考虑对在重叠区域(B)中的冗余对象信息的知识。
8.一种适用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的核自旋断层造影设备。
9.一种计算机软件产品，其特征在于，当其在与核自旋断层造影设备连接的计算机上执行时，实现根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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