CN105683772B - 具有3d搜索扫描的按钮式脉管壁成像 - Google Patents
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Abstract
一种医学***(10)和方法(100)，自动对脉管壁进行成像。使用磁共振(MR)来自动执行(102)对患者的搜索扫描，以定位患者的目标脉管。所述搜索扫描是三维(3D)且各向同性的。所述搜索扫描的MR数据集被自动重建(104)为脚至头(FH)投影、左至右(LR)投影以及后至前(PA)投影。根据所述投影来自动确定(106)涵盖目标脉管的3D成像体积(16)，并且使用MR来执行(108)对3D成像体积(16)的诊断扫描。
Description
技术领域
本申请总体上涉及磁共振(MR)成像。本申请尤其应用于与脉管壁成像结合，并将尤其参考脉管壁成像进行描述。然而，应当理解，本申请还应用于其他使用情形，而不必限于上述应用。
背景技术
基于MR的脉管壁成像，诸如基于MR的斑块成像，具有优于基于诸如计算机断层摄影(CT)和超声(US)的其他成像模态的脉管壁成像的许多优点。这些优点包括更好的软组织对比和更弹性的图像对比。虽有这些优点，基于MR的脉管壁成像的临床采用已经相对缓慢。在其他事物中间，与基于其他成像模态的脉管壁成像相比，基于MR的脉管壁成像缓慢并且具有复杂工作流程。在硬件和成像序列中的最近发展已经将常规的四十五分钟成像时间减少了达三分之二。例如，由于这些最近发展，现在能够以少至十五分钟来执行规律的双侧颈动脉成像。尽管如此，但是复杂的成像工作流程仍然是基于MR的脉管壁成像的更广泛临床采用的挑战。
参考图1A-D，图示了关于颈动脉的针对基于MR的脉管壁成像的已知工作流程。工作流程包括在能够执行诊断扫描之前的三至四个***和/或搜索扫描(scout scan)。第一扫描是搜索扫描，在图1A中图示了其范例。随后的扫描包括亮血液渡越时间(TOF)扫描和倾斜暗血液扫描。在图1B和1C中对应地图示了这两个扫描的范例。取决于诊断扫描的目的，额外的倾斜暗血液扫描可以被需要以捕获来自颈动脉的两侧的矢状暗血液图像。在三至四个***和/或搜索扫描之后，诊断扫描被执行，在图1D中图示了诊断扫描的范例。在Balu等人的Serial MRI of carotid plaque burden：influence of subject repositioningon measurement precision，Magnetic Resonance in Medicine 2007.57:592-599中更详细地描述了工作流程。
工作流程是复杂的，其原因之一是其要求许多扫描。搜索扫描和亮血液TOF扫描被用于识别目标脉管的位置。此外，因为分支的位置被用作在诊断扫描中的界标，一个或多个倾斜暗血液扫描被用于实现可重现的诊断扫描。倾斜暗血液扫描不能够容易地由亮血液TOF扫描代替，因为倾斜暗血液扫描的脚至头(FH)方向上的分辨率为近似0.6毫米(mm)，而亮血液TOF的FH方向上的分辨率为近似2mm。此外，使用暗血液序列比亮血液序列更可靠。除了工作流程的复杂性之外，扫描中的每个要求来自熟练技师的人工交互。因此，所有扫描的成功完成要求全面训练并且然后甚至仍然易于出错。
本申请提供了克服这些问题和其他问题的新的和改进的***和方法。
发明内容
根据一个方面，提供了一种用于脉管壁成像的医学***。所述医学***包括控制器，所述控制器包括搜索单元。所述搜索单元使用磁共振(MR)来执行对患者的搜索扫描以定位所述患者的目标脉管。搜索扫描是三维(3D)且各向同性的。所述控制器还包括搜索重建单元，所述搜索重建单元将所述搜索扫描的MR数据集重建为脚至头(FH)投影、左至右(LR)投影以及后至前(PA)投影。此外，所述控制器包括：成像-体积单元，其根据所述投影来确定涵盖所述目标脉管的3D成像体积；以及诊断单元，其使用MR来执行对所述3D成像体积的诊断扫描。
根据另一方面，提供了一种用于脉管壁成像的医学方法。使用磁共振(MR)来自动执行对患者的搜索扫描以定位所述患者的目标脉管。所述搜索扫描是三维(3D)且各向同性的。所述搜索扫描的MR数据集被自动重建为脚至头(FH)投影、左至右(LR)投影以及后至前(PA)投影。根据所述投影来自动确定涵盖所述目标脉管的3D成像体积。使用MR来执行对所述3D成像体积的诊断扫描。
根据另一方面，提供了一种用于脉管壁成像的医学***。所述医学***包括磁共振(MR)扫描器，所述磁共振(MR)扫描器使用磁共振(MR)来执行对患者的搜索扫描以定位所述患者的目标脉管。所述搜索扫描是三维(3D)且各向同性的。所述医学***还包括重建处理器，所述重建处理器将所述搜索扫描的MR数据集重建为脚至头(FH)投影、左至右(LR)投影以及后至前(PA)投影。甚至更加地，所述医学***包括控制器，所述控制器根据所述投影来自动确定涵盖所述目标脉管的3D成像体积。所述MR扫描器还执行对所述3D成像体积的诊断扫描。
一个优点在于，除了起始外完全自动(即，不要求用户输入)的基于磁共振(MR)的脉管壁成像。
另一优点在于，***和/或搜索扫描的持续时间的减少。
另一优点在于，从三或四个至仅一个的***和/或搜索扫描的数量的减少。
另一优点在于，在***和/或扫描与诊断扫描之间的配准准确度中没有损害。
本领域的普通技术人员在阅读和理解了下面的详细描述后将认识到本发明的另外的优点。
附图说明
本发明可以采取各种部件和各部件的布置的形式，并且可以采取各步骤和步骤安排的形式。附图仅是为了图示优选实施例，而不应被解释为对本发明的限制。
图1A图示了针对用于基于磁共振(MR)的脉管壁成像的已知途径的搜索扫描。
图1B图示了针对图1A的途径的亮血液渡越时间(TOF)扫描。
图1C图示了针对图1A的途径的倾斜暗血液扫描。
图1D图示了针对图1A的途径的诊断扫描。
图2图示了采用用于脉管壁成像的增强的途径的MR成像***。
图3A图示了亮血液扫描的左至右(LR)投影。
图3B图示了图3A的亮血液扫描的前至后(AP)投影。
图3C图示了图3A的亮血液扫描的脚至头(FH)投影。
图4是图2的用于脉管壁成像的增强的途径的方框图。
具体实施方式
用于基于磁共振(MR)的脉管壁成像的已知途径包括复杂的工作流程，所述复杂的工作流程在能够执行诊断扫描之前通常要求三至四个***和/或搜索扫描。此外，规划扫描要求全面训练，并且能够易于出错。本申请使用硬件和三维(3D)成像的进展来提供用于脉管壁成像的增强的途径，所述增强的途径包括减少要求的人交互的工作流程。工作流程能够包括少至简单敲击或按钮(例如，“开始”按钮)的推动的用户交互。
参考图2，成像***10利用MR和用于脉管壁成像的增强的途径来生成患者12的目标脉管(诸如，颈动脉)的一幅或多幅诊断图像。***10包括扫描器14，所述扫描器定义被调整尺寸以适应目标脉管的成像(或扫描)体积16。患者支撑体能够被用于支撑患者12，并且将目标脉管定位接近成像体积16的等中心。
扫描器14包括创建延伸通过成像体积16的强静态B0磁场的主磁体18。主磁体18通常采用超导线圈来创建静态B0磁场。然而，主磁体18也能够采用永久或常导磁体。只要超导线圈被采用，主磁体18就包括针对超导线圈的冷却***，诸如液氦冷却低温恒温器。在成像体积16中，静态B0磁场的强度通常是以下之一：0.23特斯拉、0.5特斯拉、1.5特斯拉、3特斯拉、7特斯拉等，但是预期其他强度。
扫描器14的梯度控制器20被控制，以使用扫描器14的多个磁场梯度线圈22来将磁场梯度，诸如x，y和z梯度，叠加在成像体积16中的静态B0磁场上。磁场梯度空间地编码成像体积16内的磁自旋。通常，多个磁场梯度线圈22包括在三个正交空间方向上进行空间编码的三个单独的磁场梯度线圈。
此外，一个或多个发射器24，诸如收发器，被控制以利用扫描器14的一个或多个发射线圈阵列，诸如全身线圈26和/或表面线圈28，来将B1共振激励和操纵射频(RF)脉冲发射到成像体积16中。B1脉冲通常是短持续时间的，并且当与磁场梯度一起被获取时，实现对磁共振的选择的操纵。例如，B1脉冲激励氢偶极子进行共振，并且磁场梯度对在共振信号的频率和相位中的空间信息进行编码。通过调节RF频率，在其他偶极子，诸如磷中能够激励共振，磷倾于聚集在已知组织，诸如骨骼中。
序列控制器30根据成像序列控制梯度控制器20和/或发射器24，以在成像体积16内产生空间编码的MR信号。成像序列定义B1脉冲和/或磁场梯度的序列。此外，能够从序列控制器的远程或本地的设备或***，诸如序列存储器32接收成像序列。
一个或多个接收器34，诸如收发器，接收来自成像体积16的空间编码的磁共振信号，并且将所接收的空间编码的磁共振信号解调为MR数据集。例如，MR数据集包括k-空间数据轨迹。为了接收空间编码的磁共振信号，接收器34使用扫描器14的一个或多个接收线圈阵列，诸如全身线圈26和/或表面线圈28。接收器34通常将MR数据集存储在数据存储器36中。
重建处理器38将MR数据集重建为成像体积16的MR图像或映射。这包括针对由MR数据集捕获的每个MR信号，空间地解码通过磁场梯度编码的空间，以确定来自诸如像素或体素的每个空间区域的MR信号的性质。通常确定MR信号的强度或幅度，但是也能够确定与相位、弛豫时间、磁化传递等有关的其他性质。MR图像或映射通常被存储在图像存储器40中。
主控制器42控制重建处理器38和序列控制器30，以使用目标脉管的一个或多个扫描和用于脉管壁成像的增强的途径，来生成目标脉管的一幅或多幅诊断图像。针对每个扫描，目标脉管被定位在成像体积16内。例如，患者12被定位在患者支撑体上。然后，表面线圈28被定位在患者12上，并且患者支撑体将ROI移动到成像体积16中。成像体积16的尺寸能够在扫描之间变化。
一旦目标脉管被定位在成像体积16内，主控制器42就根据诸如切片的数量的扫描参数控制序列控制器30，并且向序列控制器30提供成像序列。例如，成像序列能够被存储在序列存储器32中。如上所述，成像序列定义从成像体积16产生空间编码的MR信号的B1脉冲的序列和/或磁场梯度。此外，主控制器42能够根据扫描参数来控制接收器34。例如，主控制器42能够调节接收器34的增益。
如上面讨论的，用于脉管壁成像的已知途径包括在能够执行诊断扫描之前的三至四个***和/或搜索扫描。第一扫描是搜索扫描，在图1A中图示了其范例。随后的扫描包括亮血液渡越时间(TOF)扫描和倾斜暗血液扫描。在图1B和1C中对应地图示了这两个扫描的范例。取决于诊断扫描的目的，能够需要额外的倾斜暗血液扫描。在三至四个***和/或搜索扫描之后，执行诊断扫描，在图1D中图示了诊断扫描的范例。
本申请采用用于脉管壁成像的增强的途径，其包括在执行各向同性诊断扫描之前的仅单个***和/或搜索扫描。需要来自MR***10的用户的对***和/或搜索扫描的仅起始(例如，选择“开始”按钮)。能够自动实施所有其他步骤。
根据本申请的脉管壁成像通过将搜索扫描和亮血液渡越时间(TOF)扫描组合为亮血液扫描有利地实现了该简化工作流程。亮血液扫描具有选择的范围，使得确保覆盖比目标脉管更大的体积(例如，目标体积的体积的两倍)并且目标脉管被定位在所述体积内。此外，搜索扫描的各向同性的分辨率矩阵允许在任何方向上的柔性图像重建，由此维持相同的配准准确度，不管平板(或切片)被定位在何处，并且由此消除对于一个或多个倾斜暗血液扫描的需要。
主控制器42响应于用户输入(例如，来自用户输入设备44，诸如按钮的推动的输入)，来执行用于脉管壁成像的增强的途径。增强的途径包括通过搜索单元或模块46执行覆盖成像体积16的亮血液搜索扫描，脉管壁已知被定位在所述成像体积内。成像体积16的尺寸被适当地调整地足够大(例如，在脚至头(FH)方向上10-15厘米(cm)以及其他方向的视场的界限)，以包括居中于目标脉管的近似已知位置上的目标脉管。在这个意义上，亮血液扫描的覆盖区是大的。亮血液扫描还是各向同性、3D和高分辨率(例如，1-1.5mm)的。能够使用任何技术，诸如渡越时间(TOF)或其他磁共振血管造影(MRA)技术，来生成亮血液扫描。
在执行亮血液扫描之后，搜索-重建单元或模块48使用重建处理器38，来使用已知技术将对应的MR数据集自动重建为FH、左至右(LR)和后至前(PA)亮血液投影。换言之，亮血液扫描的3D图像或映射被投影为二维(2D)图像或映射(即，投影)。图3A-C图示了这些投影的范例。图3A图示了LR投影，图3B图示了PA投影，并且图3C图示了FH投影。
根据投影，由成像-体积单元或模块50自动确定3D成像体积。这包括自动确定在投影中的每个中的2D成像体积。2D成像体积被适当地调整尺寸以包括完整的目标脉管，并且同时最小化体积以保持时间效率。确定2D成像体积的一个途径采用针对信号强度的边缘检测以识别目标脉管的边缘。然后诸如5-10cm的余裕被添加在检测的边缘周围以定义2D成像体积。图3A-C的虚线图示了被自动确定的2D成像体积的范例。在一些实施例中，(例如以在图3A-C中图示的方式)在显示设备52上向MR***10的用户显示2D成像体积，以允许用户使用用户输入设备44来修改2D成像体积。
一旦确定2D成像体积，它们被组合为3D成像体积。能够通过将2D成像体积中的每个逆向投影到3D成像体积中(即，逆向投影)来组合2D成像体积。在逆向投影中，对应的2D成像体积在新的第三维中无限地延伸。然后确定逆向投影的交叉。其是表示3D成像体积的交叉。因此，LR、PA和FH投影的2D成像体积定义了在对应方向上的3D成像体积的形状。例如，针对LR投影的2D成像体积定义了在LR方向上的3D成像体积的形状。
随后由诊断单元或模块54执行对3D成像体积的一个或多个诊断扫描。诊断扫描是各向同性和高分辨率(例如，小于.7mm)的。此外，诊断扫描能够使用加速技术和/或折叠成像技术。诊断扫描中的每个能够是T1加权、T2加权或T1和T2两者加权的。此外，诊断扫描中的每个能够是取决于诊断扫描的应用的亮或暗血液扫描。能够被用于诊断扫描的成像序列的范例包括3D MERGE暗血液成像序列和3D SNAP暗或亮血液成像序列。在一些实施例中，在时间被限制之处，亮血液成像扫描能够被用作诊断扫描。
由诊断-重建单元或模块56使用重建处理器38将来自诊断扫描的MR数据集重建为目标脉管的图像或映射。这些图像或映射能够被显示在显示设备52上，或以其他方式呈现到MR***10的用户。额外地，这些图像或映射能够被存储在图像存储器40中。
主控制器42能够通过软件、硬件或两者来执行用于脉管壁成像的增强的途径。在这方面，能够由软件、硬件或两者的单元或模块来执行单元或模块46、48、50、54、56中的每个。针对软件单元或模块中的每个，主控制器42包括运行软件的至少一个处理器。在单元或模块46、48、50、54、56全部是软件时，主控制器42是运行软件的至少一个处理器。软件的处理器可执行指令被适当地存储在程序存储器58中，所述程序存储器能够是本地的或远离主控制器42。根据优选实施例，主控制器42是被编程为执行用于脉管壁成像的增强的途径的一个或多个处理器。在这样的实施例中，处理器通常运行实现增强的途径的处理器可执行指令。
此外，尽管重建处理器38和序列控制器30被图示为在主控制器42的外部，但是应当认识到这些部件中的一个或两者能够与主控制器42一起被集成为软件、硬件或两者的组合。例如，重建处理器38能够与主控制器42一起被集成为在主控制器42的处理器上运行的软件模块。
参考图4，提供了增强的方法的方框图100。如上面讨论的，由主控制器(42)适当地执行增强的方法。根据增强的方法，使用磁共振(MR)来执行102(对应于搜索单元46的动作)对患者的搜索扫描，以便定位患者的目标脉管。搜索扫描适当地是三维(3D)和各向同性的。搜索扫描的MR数据集被重建(104)(对应于搜索-重建单元58的动作)为脚至头(FH)、左至右(LR)以及后至前(PA)投影，并且根据投影自动地确定106(对应于成像-体积单元50的动作)涵盖目标脉管的3D成像体积(16)。使用MR来执行108(对应于诊断单元54的动作)对3D成像体积(16)的诊断扫描，并且诊断扫描的MR数据集被重建110(对应于诊断-重建单元56的动作)为目标脉管的图像。
如本文所述使用的，存储器包括存储数据的任何设备或***，诸如随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)。此外，如本文所使用的，处理器包括处理输入设备以产生输出数据的任何设备或***，诸如微处理器、微控制器、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、FPGA等；控制器包括控制另一设备或***的任何设备或***；用户输入设备包括允许用户输入设备的用户将输入提供到另一设备或***的任何设备，诸如鼠标或键盘；并且显示设备包括用于显示数据的任何设备，诸如液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)显示器。
已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解了上述详细描述之后可以进行修改和变型。本发明旨在被解释为包括所有这样的修改和变化，只要其落入权利要求书或其等价方案的范围内。
Claims (20)
1.一种用于对患者中的目标脉管的脉管壁进行成像的医学***(10)，所述医学***(10)包括：
控制器(42)，其包括：
搜索单元(46)，其使用磁共振(MR)来执行对患者的单个搜索扫描以定位所述患者的所述目标脉管，所述搜索扫描是三维(3D)且各向同性的；
搜索重建单元(48)，其将所述搜索扫描的MR数据集重建为脚至头(FH)投影、左至右(LR)投影以及后至前(PA)投影；
成像-体积单元(50)，其根据所述投影来确定涵盖所述目标脉管的3D成像体积(16)；以及
诊断单元(54)，其使用MR来执行对所述3D成像体积(16)的诊断扫描。
2.根据权利要求1所述的医学***(10)，其中，所述控制器(42)还包括：
诊断重建单元(56)，其将所述诊断扫描的MR数据集重建为所述目标脉管的图像。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的医学***(10)，其中，所述搜索扫描是亮血液扫描。
4.根据权利要求1-2中的任一项所述的医学***(10)，其中，所述搜索扫描涵盖在脚至头方向上延伸10-15厘米(cm)并且在左至右和后至前方向上跨越视场的体积。
5.根据权利要求1-2中的任一项所述的医学***(10)，其中，所述搜索扫描的分辨率是1-1.5毫米(mm)。
6.根据权利要求1-2中的任一项所述的医学***(10)，其中，搜索重建包括：
将所述MR数据集重建为3D图像或映射；并且
将所述3D图像或映射投影至在脚至头、左至右以及后至前方向上的二维(2D)图像或映射，所述2D图像或映射对应于所述投影。
7.根据权利要求1-2中的任一项所述的医学***(10)，其中，所述成像-体积单元(50)确定涵盖所述投影中的每个中的所述目标脉管的2D成像体积，并且将所述2D成像体积组合为所述3D成像体积。
8.根据权利要求1-2中的任一项所述的医学***(10)，其中，所述诊断扫描的分辨率优于0.7毫米(mm)。
9.根据权利要求1-2中的任一项所述的医学***(10)，其中，所述诊断扫描是各向同性的。
10.根据权利要求1-2中的任一项所述的医学***(10)，还包括由所述控制器(42)使用的MR扫描器(14)和重建处理器(38)中的至少一个，所述MR扫描器和所述重建处理器分别用于对所述单个搜索扫描和所述诊断扫描以及所述搜索扫描的所述MR数据集的所述重建的执行。
11.根据权利要求1-2中的任一项所述的医学***(10)，其中，所述搜索单元(46)、所述搜索重建单元(48)、所述成像-体积单元(50)和所述诊断单元(54)是软件，并且所述控制器(42)是运行所述软件的一个或多个处理器。
12.一种用于对脉管壁进行成像的医学方法(100)，所述医学方法包括：
使用磁共振(MR)来自动执行(102)对患者的单个搜索扫描以定位所述患者的目标脉管，所述搜索扫描是三维(3D)且各向同性的；
将所述搜索扫描的MR数据集自动重建(104)为脚至头(FH)投影、左至右(LR)投影以及后至前(PA)投影；
根据所述投影来自动确定(106)涵盖所述目标脉管的3D成像体积(16)；并且
使用MR来执行(108)对所述3D成像体积(16)的诊断扫描。
13.根据权利要求12所述的医学方法(100)，还包括：
将所述诊断扫描的MR数据集重建(110)为所述目标脉管的图像。
14.根据权利要求12和13中的任一项所述的医学方法(100)，其中，以下中的至少一个：
所述搜索扫描是亮血液扫描；
所述搜索扫描涵盖在脚至头方向上延伸10-15厘米(cm)并且在左至右和后至前方向上跨越视场的体积；并且
所述搜索扫描的分辨率是1-1.5毫米(mm)。
15.根据权利要求12-13中的任一项所述的医学方法(100)，其中，所述的搜索重建(104)包括：
将所述MR数据集重建为3D图像或映射；并且
将所述3D图像或映射投影至在脚至头、左至右以及后至前方向上的二维(2D)图像或映射，所述2D图像或映射对应于所述投影。
16.根据权利要求12-13中的任一项所述的医学方法(100)，其中，所述的确定(106)包括确定涵盖所述投影中的每个中的所述目标脉管的2D成像体积，并且将所述2D成像体积组合为所述3D成像体积。
17.根据权利要求12-13中的任一项所述的医学方法(100)，其中，以下中的至少一个：
所述诊断扫描的分辨率小于0.7毫米(mm)；并且
所述诊断扫描是各向同性的。
18.至少一个处理器(42)，其被配置为执行根据权利要求12-17中的任一项所述的方法(100)。
19.一种承载软件的非暂态计算机可读介质(58)，所述软件控制一个或多个处理器(42)执行根据权利要求12-17中的任一项所述的方法(100)。
20.一种用于对脉管壁进行成像的医学***(10)，所述医学***(10)包括：
磁共振(MR)扫描器(14)，其使用磁共振(MR)来执行对患者的单个搜索扫描以定位所述患者的目标脉管，所述搜索扫描是三维(3D)且各向同性的；
重建处理器(38)，其将所述搜索扫描的MR数据集重建为脚至头(FH)投影、左至右(LR)投影以及后至前(PA)投影；
控制器(42)，其根据所述投影来自动确定涵盖所述目标脉管的3D成像体积(16)，其中，所述MR扫描器(14)还执行对所述3D成像体积的诊断扫描。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| US201361875273P | 2013-09-09 | 2013-09-09 | |
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| CN102334045A (zh) * | 2009-01-13 | 2012-01-25 | 艾斯拜克特磁铁技术有限公司 | 用于提供高分辨率的磁共振成像的装置和方法 |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102334045A (zh) * | 2009-01-13 | 2012-01-25 | 艾斯拜克特磁铁技术有限公司 | 用于提供高分辨率的磁共振成像的装置和方法 |
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| Title |
|---|
| Sub-millimeter isotropic MRI for segmentation of subcortical brain regions and brain visualization;Ying Wu ET AL;《Journal of Magnetic Resonance Imaging》;20100430;第31卷(第4期);第980页右栏第2段 |
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