專利名稱：用于優(yōu)化mri掃描參數(shù)的預(yù)掃描的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生磁共振圖像的方法和設(shè)備。
為了獲得高質(zhì)量磁共振圖像，必須在磁共振掃描之前設(shè)置大量可變參數(shù)。除了像序列、對(duì)比度、分辨率等的正常檢查參數(shù)之外，磁共振設(shè)備的操作者必須選擇每個(gè)切片上的視野(取決于待掃描對(duì)象的尺寸)，選擇切片的取向和每個(gè)切片內(nèi)的感興趣區(qū)域。另外有經(jīng)驗(yàn)的操作者可以通過(guò)優(yōu)化多個(gè)圖像參數(shù)來(lái)將掃描時(shí)間最小化。例如，他可以在切片內(nèi)最小對(duì)象直徑的方向上選擇相位編碼方向和調(diào)整矩形視野百分比或(R)FOV以緊密地包圍對(duì)象。通過(guò)選擇甚至小于對(duì)象尺寸的(R)FOV，使疊影信號(hào)保持在感興趣區(qū)域外部，他可以進(jìn)一步利用固有疊影。最后他可以使用靈敏度編碼或SENSE，一種使用多元件協(xié)同線圈(相控陣列線圈)的平行磁共振成像技術(shù)。然而，SENSE不能與固有疊影結(jié)合，因此對(duì)于SENSE，視野必須在切片中相位編碼方向上包圍整個(gè)對(duì)象。此外預(yù)先并不清楚這兩種方法(固有疊影或SENSE)中的哪一個(gè)更快。為了獲得高質(zhì)量結(jié)果，必須另外檢查哪一種方法具有最佳信噪比。
(R)FOV、固有疊影和SENSE的精確調(diào)諧是一項(xiàng)耗時(shí)的工作。所以在過(guò)去大多相當(dāng)粗略地執(zhí)行該計(jì)劃，導(dǎo)致非最佳的掃描結(jié)果。此外，由于優(yōu)化這些變量需要熟練操作者，因此在一些情況下由于操作者無(wú)經(jīng)驗(yàn)而導(dǎo)致結(jié)果未達(dá)最優(yōu)。
在美國(guó)專利申請(qǐng)2002/0087066 A1中公開了一種用于生成磁共振圖像的方法。其中由包括處理器和數(shù)據(jù)庫(kù)的控制系統(tǒng)確定序列參數(shù)的最佳設(shè)置。將例如待檢查對(duì)象的質(zhì)量、高度或質(zhì)子密度的特定對(duì)象參數(shù)，和例如序列類型、對(duì)比度預(yù)選擇或待成像區(qū)域的特定檢查參數(shù)，提供給控制系統(tǒng)。特定對(duì)象參數(shù)、特定檢查參數(shù)和從先前檢查獲得的序列參數(shù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中并且彼此鏈接?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)提供的特定對(duì)象和特定檢查參數(shù)，從存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的參數(shù)選擇合適的序列參數(shù)。因此不利的是，所選序列參數(shù)的質(zhì)量完全取決于存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量。
本發(fā)明的目標(biāo)是與磁共振設(shè)備的用戶友好操作相結(jié)合實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量磁共振成像。
根據(jù)本發(fā)明，該目標(biāo)通過(guò)一種使用磁共振設(shè)備產(chǎn)生磁共振圖像的方法實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟采集參考掃描；為磁共振設(shè)備提供特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值；以及，根據(jù)所述特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值，由磁共振設(shè)備基于參考掃描數(shù)據(jù)確定最佳掃描參數(shù)集。
本發(fā)明的目標(biāo)也通過(guò)一種用于生成磁共振圖像的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，該設(shè)備包括用于采集參考掃描的采集裝置；用于為該設(shè)備提供特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值的操作裝置；以及，控制裝置，用于根據(jù)所述特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值，基于參考掃描數(shù)據(jù)確定最佳掃描參數(shù)集。
該磁共振設(shè)備還包括用于產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的線圈、電流源裝置、高頻發(fā)生器、控制裝置、RF信號(hào)天線、讀出裝置等。所有設(shè)備都適于執(zhí)行本發(fā)明的方法。所有裝置，例如采集裝置、操作裝置和控制裝置，以如下方式構(gòu)造和編程使得用于獲得數(shù)據(jù)和用于數(shù)據(jù)處理的程序根據(jù)本發(fā)明的方法運(yùn)行。
本發(fā)明的目標(biāo)也通過(guò)一種包括計(jì)算機(jī)指令的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，當(dāng)在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)所述計(jì)算機(jī)指令適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。因此可以在根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序的指令的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明必不可少的技術(shù)效果。這樣的計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)在諸如CD-ROM的載體上或者它可以在互聯(lián)網(wǎng)或其它計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上獲得。在執(zhí)行之前通過(guò)借助于例如CD-ROM驅(qū)動(dòng)器從載體或者從互聯(lián)網(wǎng)讀取該計(jì)算機(jī)程序并將其存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，將該計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在裝載在計(jì)算機(jī)內(nèi)。計(jì)算機(jī)還包括中央處理器單元(CPU)、總線系統(tǒng)、內(nèi)存裝置(例如RAM或ROM)、存儲(chǔ)裝置(例如軟盤或硬盤單元)和輸入/輸出單元。優(yōu)選地計(jì)算機(jī)是磁共振設(shè)備的組成部分。
由于磁共振設(shè)備自動(dòng)確定最佳掃描參數(shù)集，因此本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量磁共振成像。人為誤差可以大大減小。而且由于只需提供特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值，因此磁共振設(shè)備的操作是用戶友好的。這甚至可以由無(wú)經(jīng)驗(yàn)的操作者容易地執(zhí)行。最佳掃描參數(shù)集僅僅使用在參考掃描之后早已可用的數(shù)據(jù)確定。由于這樣的參考掃描缺省采集，因此與已有技術(shù)相比不需額外的任務(wù)。換句話說(shuō)，將早已可用的數(shù)據(jù)用來(lái)增強(qiáng)和優(yōu)化磁共振成像過(guò)程。作為進(jìn)一步的結(jié)果，待檢查的對(duì)象將不會(huì)不必要地暴露于高頻磁場(chǎng)。
本發(fā)明的這些和其它方面將在從屬權(quán)利要求所限定的以下實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步闡述。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，參考掃描數(shù)據(jù)包括用于每個(gè)體素的磁共振設(shè)備的每個(gè)線圈元件的靈敏度數(shù)據(jù)。換句話說(shuō)，在參考掃描期間，獲得成像體積內(nèi)的系統(tǒng)身體線圈和所有線圈元件的整個(gè)對(duì)象的三維體積線圈靈敏度圖。優(yōu)選地，使用根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的SENSE參考掃描。使用該掃描，獲得磁共振設(shè)備的所有靈敏度數(shù)據(jù)。不需要進(jìn)一步進(jìn)行圖像采集以在其它取向獲得視圖。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，確定限定感興趣區(qū)域的最佳掃描參數(shù)集。換句話說(shuō)執(zhí)行感興趣區(qū)域掃描。為了該目的，操作者指出待掃描對(duì)象的特定切片內(nèi)的任意形狀的感興趣區(qū)域。為了向操作者提供所需圖像數(shù)據(jù)，可以執(zhí)行調(diào)查掃描。
在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，特定掃描參數(shù)是掃描時(shí)間。換句話說(shuō)，例如20秒的理想掃描時(shí)間作為目標(biāo)值被提供給磁共振設(shè)備?，F(xiàn)在磁共振設(shè)備確定滿足該規(guī)定的最佳掃描參數(shù)集。在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，特定掃描參數(shù)是信噪比。在該情況下，磁共振設(shè)備確定滿足該特定信噪比的最佳掃描參數(shù)集。同樣可以使用其它特定掃描參數(shù)。
最佳掃描參數(shù)集的確定優(yōu)選地包括為多個(gè)預(yù)定掃描參數(shù)集確定特定掃描參數(shù)的值。由此預(yù)定掃描參數(shù)集優(yōu)選地包括具有相位編碼方向的不同取向的集合。在另一實(shí)施例中，預(yù)定掃描參數(shù)集包括具有不同(R)FOV的集合。同樣有利的是，將具有相位編碼方向的不同取向的多個(gè)集合和具有不同(R)FOV的多個(gè)集合相結(jié)合。附加參數(shù)是SENSE的使用。于是，有可能考慮多個(gè)不同參數(shù)組合確定最佳掃描參數(shù)集。
優(yōu)選最后使用所確定的最佳掃描參數(shù)集執(zhí)行對(duì)象的實(shí)際掃描。除了提供特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值之外，在這種情況下不需要操作者的進(jìn)一步交互作用。最終掃描圖像將在不需要操作者知道視野、(R)FOV、相位編碼方向或SENSE的使用的情況下獲得。
在下文中將以舉例的方式參考以下實(shí)施例和附圖具體描述本發(fā)明的這些和其它方面；其中

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的框圖；圖2是顯示用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟的流程圖。
在圖1的簡(jiǎn)化框圖中顯示了能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的磁共振設(shè)備。設(shè)備1主要包括采集裝置2、操作裝置3以及連接采集裝置2和控制裝置4的控制裝置4。采集裝置2適用于采集包括調(diào)查掃描和參考掃描的磁共振掃描。它還包括用于產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的線圈5、RF信號(hào)天線、讀出裝置、電流源裝置、高頻發(fā)生器等。對(duì)象6被放置在對(duì)象臺(tái)7上位于磁體內(nèi)。操作裝置3適于為該設(shè)備提供特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值。它包括具有輸入和輸出裝置(例如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器8和鍵盤9)的計(jì)算機(jī)控制臺(tái)。同樣可以使用其它輸入裝置，例如觸摸屏或鼠標(biāo)?？刂蒲b置4適于確定最佳掃描參數(shù)集并適于控制采集裝置2。它包括計(jì)算機(jī)10，該計(jì)算機(jī)包括CPU、內(nèi)存和存儲(chǔ)裝置等，用于計(jì)算圖像噪聲和確定最佳掃描參數(shù)集。為了該目的，計(jì)算機(jī)10包括適于執(zhí)行本發(fā)明的方法的計(jì)算機(jī)程序。
在圖2中，流程圖顯示了執(zhí)行本發(fā)明的步驟。在待檢查的對(duì)象16已經(jīng)位于對(duì)象臺(tái)7上之后，在第一步驟11中執(zhí)行調(diào)查掃描。該標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查掃描例如包括組合矢狀、冠狀和橫向圖像，以快速確定對(duì)象6的位置和尺寸。
在僅僅歷時(shí)幾秒的調(diào)查掃描之后，在第二步驟12中自動(dòng)開始標(biāo)準(zhǔn)三維體積SENSE參考掃描。將成像的參考體積調(diào)整到用調(diào)查圖像的信號(hào)閾值測(cè)量所發(fā)現(xiàn)的對(duì)象尺寸。通過(guò)自動(dòng)調(diào)整成像的參考體積，在參考掃描時(shí)間內(nèi)獲得最高分辨率。
在下一步驟13中，操作裝置3的操作者例如使用諸如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的指點(diǎn)裝置指出調(diào)查圖像上的特定感興趣區(qū)域。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，操作者現(xiàn)在在下一步驟14中指出理想的信噪比。在隨后的步驟15中，控制裝置4隨后使用多個(gè)不同的預(yù)定掃描參數(shù)集計(jì)算預(yù)期的圖像噪聲。隨后在步驟16中，由控制裝置4自動(dòng)確定最佳掃描參數(shù)集，也就是具有與目標(biāo)信噪比匹配的最短掃描時(shí)間的掃描參數(shù)集。最后在步驟17中由采集裝置2使用所確定的最佳掃描參數(shù)集自動(dòng)執(zhí)行對(duì)對(duì)象6的掃描。
另外操作裝置3也可以適于接受來(lái)自操作者的具體手動(dòng)指令。這可以通過(guò)在易用外殼程序(shell)之下定義相應(yīng)的用戶界面而實(shí)現(xiàn)。于是，除了易用操作之外，也有可能實(shí)現(xiàn)磁共振設(shè)備1的很靈活操作。在該情況下，最佳掃描參數(shù)集可以例如以圖形或文本反饋的形式呈現(xiàn)給操作者。有經(jīng)驗(yàn)的操作者然后可以基于最佳掃描參數(shù)集竭盡所能地單獨(dú)調(diào)諧每個(gè)單獨(dú)的掃描參數(shù)。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，在步驟14中，操作者借助于操作裝置3指出理想掃描時(shí)間而非信噪比。在步驟15中，控制裝置4再次使用多個(gè)不同的預(yù)定掃描參數(shù)集計(jì)算預(yù)期的圖像噪聲。然后在步驟16中，由控制裝置4自動(dòng)確定最佳掃描參數(shù)集，也就是具有與目標(biāo)掃描時(shí)間匹配的最高信噪比的掃描參數(shù)集。最后在步驟17中，由采集裝置2使用所確定的最佳掃描參數(shù)集自動(dòng)執(zhí)行對(duì)對(duì)象6的掃描。
在步驟15中由控制裝置4為十二個(gè)不同的預(yù)定掃描參數(shù)集計(jì)算圖像噪聲的值。這些預(yù)定集合被分成兩個(gè)子集，每個(gè)子集描述相位編碼方向的六個(gè)取向，這六個(gè)取向在切片平面內(nèi)相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)30度。第一子集由一(R)FOV表征，該(R)FOV被選擇成使得固有疊影信號(hào)落在感興趣區(qū)域外部。第二子集由具有(R)FOV的SENSE的使用表征，該(R)FOV被選擇成使得它包圍對(duì)象尺寸。根據(jù)目標(biāo)掃描時(shí)間選擇SENSE減縮因數(shù)(reduction factor)。相應(yīng)地可以使用其它預(yù)定掃描參數(shù)集。
換句話說(shuō)，在步驟15中，控制裝置4預(yù)測(cè)十二個(gè)圖像的噪聲而無(wú)需任何進(jìn)一步的測(cè)試掃描。由于每厘米靈敏度并不發(fā)生大變化，因此這些圖像的分辨率可以很低，例如大約1cm2像素。然后在步驟16中由控制裝置4確定最佳掃描參數(shù)。所有計(jì)算可以在很短時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行。所以幾乎可以在目標(biāo)值被提供給操作裝置3之后，立即開始步驟17中的對(duì)象16的實(shí)際磁共振掃描。
在步驟15中使用從實(shí)際成像前的三維參考掃描獲得的靈敏度矩陣計(jì)算每個(gè)圖像的噪聲。換句話說(shuō)，重新使用參考數(shù)據(jù)以用于優(yōu)化對(duì)象6的實(shí)際磁共振掃描的掃描參數(shù)。根據(jù)下式計(jì)算圖像像素的信號(hào)值pp＝(SHΨ-1S)-1SHΨ-1m其中S是靈敏度矩陣，Ψ是噪聲相關(guān)矩陣，m是所有線圈元件5的測(cè)量數(shù)據(jù)。
在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，在測(cè)量數(shù)據(jù)中存在噪聲n，其中噪聲的平均值為零并且噪聲平方的平均值為噪聲方差σ2。
測(cè)量數(shù)據(jù)m中的噪聲根據(jù)下式導(dǎo)致信號(hào)值p中的噪聲p‾^=(SHΨ-1S)-1SHΨ-1(m‾+n‾)=p‾+(SHΨ-1S)-1SHΨ-1n‾]]>具有噪聲的信號(hào)值 和沒(méi)有噪聲的信號(hào)值p之間的平均差值為零，具有噪聲的信號(hào)值 和沒(méi)有噪聲的信號(hào)值p之間的平均差的平方再次為噪聲方差σ2。
基于參考圖像靈敏度矩陣根據(jù)下式計(jì)算噪聲方差σ2=⟨|p‾^-p‾|2⟩=⟨(p‾^-p‾)(p‾^-p‾)H⟩]]>=⟨((SHΨ-1S)-1SHΨ-1n‾)((SHΨ-1S)-1SHΨ-1n‾)H⟩]]>=⟨(SHΨ-1S)-1SHΨ-1n‾n‾HΨ-1S(SHΨ-1S)-1⟩]]>=⟨(SHΨ-1S)-1SHΨ-1ΨΨ-1S(SHΨ-1S)-1⟩]]>=⟨(SHΨ-1S)-1⟩]]>換句話說(shuō)對(duì)于圖像中的每個(gè)像素，可以根據(jù)下式預(yù)測(cè)噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差σ=(SHΨ-1S)pp-1]]>對(duì)于圖像的典型噪聲，在步驟15中使用平均噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差或最大噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是，本發(fā)明并不局限于前述示例性實(shí)施方式的細(xì)節(jié)，在不脫離其精神或基本屬性的情況下，本發(fā)明可以表現(xiàn)為其它特定形式。所以無(wú)論從哪個(gè)方面來(lái)看本實(shí)施方式都應(yīng)當(dāng)被視為示例性的而非限定性的，本發(fā)明的范圍由后附權(quán)利要求而非前面的具體描述限定，并且因此意味著將在權(quán)利要求的等效替換形式的含義和范圍內(nèi)的所有變化包含于此。進(jìn)一步顯而易見的是，詞語(yǔ)“包括”并不排除其它元件或步驟，詞語(yǔ)“一”并不排除多個(gè)，并且單個(gè)元件，例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或另一單元，可以實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求中敘述的若干裝置的功能。權(quán)利要求中的任何參考標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被理解成限制相關(guān)權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種使用磁共振設(shè)備(1)產(chǎn)生磁共振圖像的方法，所述方法包括以下步驟-采集參考掃描，-為磁共振設(shè)備(1)提供特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值，和-由磁共振設(shè)備(1)基于參考掃描數(shù)據(jù)，根據(jù)所述特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值確定最佳掃描參數(shù)集。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中參考掃描數(shù)據(jù)包括每個(gè)體素的磁共振設(shè)備(1)的每個(gè)線圈元件(5)的靈敏度數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中為限定的感興趣區(qū)域確定最佳掃描參數(shù)集。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中特定掃描參數(shù)是掃描時(shí)間。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中特定掃描參數(shù)是信噪比。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定最佳掃描參數(shù)集的步驟包括以下步驟-為多個(gè)預(yù)定掃描參數(shù)集確定圖像噪聲。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中預(yù)定掃描參數(shù)集包括具有相位編碼方向的不同取向的集合。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中預(yù)定掃描參數(shù)集包括具有不同RFOV的集合。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，包括進(jìn)一步的步驟-使用所確定的最佳掃描參數(shù)集自動(dòng)執(zhí)行掃描。
10.一種用于產(chǎn)生磁共振圖像的設(shè)備，包括-用于采集參考掃描的采集裝置(2)，-用于為該設(shè)備提供特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值的操作裝置(3)，和-控制裝置(4)，其用于基于參考掃描數(shù)據(jù)，根據(jù)所述特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值確定最佳掃描參數(shù)集。
11.一種使用磁共振設(shè)備(1)產(chǎn)生磁共振圖像的計(jì)算機(jī)程序，包括-采集參考掃描的計(jì)算機(jī)指令，-為磁共振設(shè)備(1)提供特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值的計(jì)算機(jī)指令，-當(dāng)在計(jì)算機(jī)(10)中執(zhí)行該計(jì)算機(jī)程序時(shí)，基于參考掃描數(shù)據(jù)，根據(jù)所述特定掃描參數(shù)的目標(biāo)值確定最佳掃描參數(shù)集的計(jì)算機(jī)指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生磁共振圖像的方法和裝置。為了結(jié)合磁共振設(shè)備的用戶友好操作實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量磁共振成像，提出使用從參考掃描獲得的包括SENSE參考數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，以考慮例如掃描時(shí)間或信噪比的特定掃描參數(shù)的選定目標(biāo)值，確定最佳掃描參數(shù)集。基于參考掃描，為掃描參數(shù)的各種集合(SENSE或無(wú)SENSE的固有疊影的擇一使用；切片平面內(nèi)相位編碼方向的各種取向)預(yù)測(cè)圖像噪聲。確定最佳掃描參數(shù)集(匹配目標(biāo)SNR的最短掃描時(shí)間或匹配目標(biāo)掃描時(shí)間的最高SNR)。
文檔編號(hào)G01R33/561GK1930485SQ200580007932
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月12日
發(fā)明者J·B·M·沃恩特杰斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司