專利名稱：磁共振成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁共振成像方法，其中從動態(tài)變化的物體獲得磁共振信號，并且從磁共振信號中重建磁共振圖像。
背景技術(shù)：
從M.T.Vlaardingerbroek和J.A.den Boer的手冊“磁共振成像”(第二版，Springer Verlag Berlin 1999)中，知道這樣的磁共振成像方法，其特別涉及成像待檢查的病人的跳動心臟。跳動心臟的形狀以及大小的運動和變化形成該物體的動態(tài)變化。
M.T.Vlaardingerbroek和J.A.den Boer的手冊“磁共振成像”(第二版，Springer Verlag Berlin 1999)提及在磁共振成像中處理心臟運動的一種方式是使用心電圖(ECG)利用心臟節(jié)律觸發(fā)磁共振信號的捕獲。在其中心臟返回到同一位置的相同心臟階段，獲得磁共振信號的簡表(profile)。在檢測到R-峰值的預(yù)定延遲之后，僅測量一個簡表，并且R-R間隔的剩余部分能夠用于捕獲來自其他時間片(slice)的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種磁共振成像方法，實現(xiàn)改進的圖像質(zhì)量以及信號捕獲的效率，以成像物體的動態(tài)變化。
這個目的是利用根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像方法實現(xiàn)的，其中-檢測一系列觸發(fā)事件，-根據(jù)相應(yīng)檢測的觸發(fā)事件，從k-空間的相應(yīng)段中獲得磁共振信號的段，以及-根據(jù)其檢測到的觸發(fā)事件捕獲磁共振信號的個別段是依賴于先前檢測到的觸發(fā)事件的。
本發(fā)明基于能夠預(yù)期考慮動態(tài)變化中的不規(guī)律性或改變的見識。特別地，動態(tài)變化時常涉及某種程度的規(guī)律性，例如某一周期性。在設(shè)定磁共振信號的當前段的捕獲時，考慮先前檢測到的觸發(fā)事件，這實現(xiàn)了在捕獲磁共振信號的當前段時，適當考慮動態(tài)變化中的改變。例如，準確地考慮例如待檢查病人的心跳的周期性的緩慢漂移。因此，降低或避免由于不正確引起的錯誤或不考慮動態(tài)變化中的改變。因而，避免在重建的磁共振圖像中的混亂，例如運動人為現(xiàn)象。此外，改進了信號捕獲的效率，因為不需要丟棄相對于其檢測的觸發(fā)事件不正確捕獲的磁共振信號。
以相應(yīng)段的形式捕獲磁共振信號。通過掃描k-空間的相應(yīng)段，捕獲磁共振信號的個別段。特別地，在k-空間中的行或少量行的組形成這樣的k-空間的段。從來自磁共振信號的若干段的磁共振信號中，重建磁共振圖像。根據(jù)不同的觸發(fā)事件，捕獲這些相應(yīng)的磁共振信號。根據(jù)本發(fā)明，在一系列先前觸發(fā)事件的基礎(chǔ)上，預(yù)測下一觸發(fā)事件。在心臟的磁共振成像中典型的觸發(fā)事件是病人ECG中R-峰的檢測。根據(jù)下一觸發(fā)事件的預(yù)測以及下一觸發(fā)事件的實際發(fā)生，設(shè)定下一段磁共振信號的捕獲。該捕獲的設(shè)定可以涉及根據(jù)磁共振信號的當前段的當前觸發(fā)事件的捕獲的時刻以及持續(xù)時間，或該設(shè)定可以涉及丟棄根據(jù)當前觸發(fā)事件預(yù)見的捕獲，以及在后面出現(xiàn)觸發(fā)事件時完成下一捕獲。例如，當注意，在Radiology(放射學)212(1999)579-587上M.Stuber等人的論文“Sub-millimetre three-dimensional coronary MR-anglographywith real-time navigator correctioncomparison of navigatorlocations”報告相對于ECG的R-波采用觸發(fā)延遲，其線性依賴于兩個相繼R-波(R-R間隔)即實際心率之間的時間差以及心臟收縮的持續(xù)時間。此外，這個論文提及利用心臟循環(huán)的心臟收縮部分的相對恒定的持續(xù)時間。
本發(fā)明的這些和其他方面將參考在從屬權(quán)利要求中定義的實施例進一步闡述。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將檢測到的當前觸發(fā)事件的實際時刻和當前觸發(fā)事件的預(yù)測進行比較。根據(jù)這個比較，完成磁共振信號的當前段的捕獲。特別地，在觸發(fā)事件的實際時刻顯著不同時，例如實際時刻與其預(yù)測之間的差大于預(yù)定的閾值時，磁共振信號的當前段的捕獲被丟棄，并在下一觸發(fā)事件時再次執(zhí)行。當前觸發(fā)事件的實際和預(yù)測時刻之間的如此顯著差別通知動態(tài)變化的規(guī)律性的實質(zhì)偏差。因此，磁共振信號的當前段的捕獲非常有可能受人為現(xiàn)象例如運動人為現(xiàn)象的影響。丟棄并重新捕獲磁共振信號的當前段避免了在重建的磁共振信號中這些人為現(xiàn)象的激增。
根據(jù)本發(fā)明的進一步方面，進行檢測到的系列觸發(fā)事件的選擇，并在選定的觸發(fā)事件的基礎(chǔ)上，進行磁共振信號的當前段的捕獲的依賴性。本發(fā)明的這一方面基于在許多情形中有可能將涉及動態(tài)的規(guī)則動態(tài)行為的觸發(fā)事件和反映動態(tài)行為的不規(guī)則性的觸發(fā)事件區(qū)分開來的見識。對于下一觸發(fā)事件的預(yù)測，不考慮檢測到的觸發(fā)事件的部分，特別地，不考慮反映不規(guī)則動態(tài)行為的觸發(fā)事件。以這樣的方式，錯誤的觸發(fā)事件或由于未包含在選擇中的不規(guī)則性引起的觸發(fā)事件沒有不利地影響下一觸發(fā)事件的預(yù)測。因此，實現(xiàn)這下一觸發(fā)事件的更準確預(yù)測。
能夠在監(jiān)測事件的基礎(chǔ)上，完成觸發(fā)事件的選擇。這些監(jiān)測事件是不同于觸發(fā)事件的其他事件。這些監(jiān)測事件表示其具有的現(xiàn)象不同于觸發(fā)事件所基于的現(xiàn)象的動態(tài)行為。特別地，在心臟磁共振成像中，觸發(fā)通常基于ECG信號，而監(jiān)測事件則涉及待檢查病人的呼吸狀態(tài)。更具體地，ECG中的R-峰形成的觸發(fā)事件也可以在和病人呼吸的呼氣狀態(tài)或吸氣狀態(tài)的出現(xiàn)相一致的基礎(chǔ)上進行選擇?？梢杂糜谟|發(fā)事件選擇的監(jiān)測事件的另一個例子是病人的運動。例如，為了檢測病人的呼吸狀態(tài)，還能使用病人胸部的運動。
根據(jù)本發(fā)明的進一步方面，在以前觸發(fā)事件時刻的統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，預(yù)測下一觸發(fā)事件。特別地，這樣的統(tǒng)計分析能夠區(qū)分屬于規(guī)律動態(tài)行為的觸發(fā)事件和反映顯著不可預(yù)測的不規(guī)則性的觸發(fā)事件。在心臟磁共振成像中，這樣的不規(guī)則性可以是涉及附加的心臟收縮或稍前或稍后心臟收縮的R-峰。通過在先前觸發(fā)事件之間的時間間隔上采用移動平均(running average)，獲得非常好的結(jié)果。通過僅對選定的觸發(fā)事件進行移動平均，能使下一觸發(fā)事件的預(yù)測更為準確，例如，在監(jiān)測出現(xiàn)的基礎(chǔ)上，以致于先前觸發(fā)事件和確定的呼吸狀態(tài)相一致。已發(fā)現(xiàn)，和吸氣狀態(tài)相一致的R-峰之間的時間間隔通常短于和呼氣狀態(tài)相一致的R-峰之間的時間間隔。因此，在爭論的呼吸狀態(tài)的R-峰之間的時間間隔的移動平均的基礎(chǔ)上，更正確地完成在確定的呼吸狀態(tài)中下一R-峰值的預(yù)測。通過對10-20(選擇的)先前觸發(fā)事件進行移動平均，特別地實現(xiàn)準確的結(jié)果。為了強調(diào)某些先前觸發(fā)事件的影響，采用加權(quán)的移動平均。特別地，加權(quán)的移動平均涉及不隨時間遞減的加權(quán)；即，用于觸發(fā)事件的加權(quán)是時間的非遞減函數(shù)。因此，至少一些不太新近的觸發(fā)事件具有較小的加權(quán)，并因此在加權(quán)的移動平均中影響較小。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，作為觸發(fā)事件出現(xiàn)之間的間隔的遞歸估計，實施統(tǒng)計分析。這個實施涉及可易于調(diào)整的遞歸參數(shù)，并且對于不太最近的觸發(fā)事件得到按指數(shù)規(guī)律衰減的加權(quán)。
本發(fā)明進一步涉及如在權(quán)利要求8中定義的根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)。本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)的進一版本在權(quán)利要求9中進行定義。本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)能執(zhí)行本發(fā)明的磁共振成像方法，并相應(yīng)地執(zhí)行磁共振信號捕獲的更準確觸發(fā)。
本發(fā)明進一步涉及如在權(quán)利要求10或11中定義的計算機程序。當被裝載到磁共振成像系統(tǒng)的處理器的工作存儲器中時，本發(fā)明的計算機程序允許磁共振成像系統(tǒng)執(zhí)行本發(fā)明的磁共振成像方法。這將實現(xiàn)磁共振信號捕獲的更準確觸發(fā)。該計算機程序可在諸如CD-rom的數(shù)據(jù)載體上提供。作為另一個選擇，計算機程序可從遠程站點通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)例如全球網(wǎng)(world-wide web)進行下載；更顯著地，可通過互聯(lián)網(wǎng)從網(wǎng)頁的網(wǎng)頁地址中下載計算機程序。


本發(fā)明的這些和其他方面將參考下面描述的實施例并參考附圖進行闡述，其中圖1圖解地顯示其中使用本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)，以及圖2顯示表示在移動平均中采用的加權(quán)函數(shù)的圖表。
具體實施例方式
圖1圖解地顯示其中使用本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)。該磁共振成像系統(tǒng)包括用于生成穩(wěn)定的均勻磁場的一組主線圈10。例如，以這樣的方式構(gòu)成主線圈，以致于這些主線圈封閉隧道形狀的檢查空間。待查的病人被放置在滑入這個隧道形狀的檢查空間中的病人托架。磁共振成像系統(tǒng)還包括多個梯度(gradient)線圈11，12，借此顯著地在各個方向以時間(temporary)梯度的形式呈現(xiàn)出空間變化的磁場被生成，以便被重疊在均勻磁場上。梯度線圈11，12被連接到可控電源單元21。通過利用電源單元21施加電流來對梯度線圈11，12激勵(賦能)。通過控制電源單元來控制梯度的強度、方向和持續(xù)時間。該磁共振成像系統(tǒng)還包括發(fā)射線圈和接收線圈13，16，分別用于生成RF激勵脈沖和用于拾取磁共振信號。發(fā)射線圈13優(yōu)選地被構(gòu)成為體線圈(body coil)13，借此能夠封閉待檢的目標(一部分)。該體線圈通常以這樣的方式被安排在磁共振成像系統(tǒng)中，以致于在待查病人被安置在磁共振成像系統(tǒng)中時，待查病人30被體線圈13封閉。體線圈13用作用于發(fā)射RF激勵脈沖以及RF重新聚焦脈沖的發(fā)射天線。優(yōu)選地，該體線圈13涉及發(fā)射的RF脈沖(RFS)的空間均勻強度分布?？商鎿Q地，同一線圈或天線通常用作發(fā)射線圈和接收線圈。此外，發(fā)射和接收線圈通常形狀為線圈，但是其中發(fā)射和接收線圈用作RF電磁信號的發(fā)射和接收天線的其他幾何結(jié)構(gòu)也是可行的。發(fā)射和接收線圈13被連接到電子發(fā)射和接收電路15。
應(yīng)當注意到，可替換地，有可能使用獨立的接收和/或發(fā)射線圈16。例如，可使用表面線圈16作為接收和/或發(fā)射線圈。這樣的表面線圈在相當小的體積內(nèi)具有高的靈敏度。諸如表面線圈的接收線圈被連接到解調(diào)器24，并且接收的磁共振信號(MS)通過解調(diào)器24來解調(diào)。解調(diào)的磁共振信號(DMS)被施加到重建單元。接收線圈被連接到前置放大器23。該前置放大器23放大利用接收線圈16接收的RF諧振信號(MS)，并且放大后的RF共振信號被施加到解調(diào)器24。解調(diào)器24解調(diào)放大的RF共振信號。解調(diào)的共振信號包含關(guān)于待查目標的部分內(nèi)的局部自旋密度的實際信息。此外，發(fā)射和接收電路15還連接到調(diào)制器22。調(diào)制器22以及發(fā)射和接收電路15啟動發(fā)射線圈13，以發(fā)射RF激勵和重新聚焦脈沖。重建單元從解調(diào)的磁共振信號(DMS)中導出一個或多個圖像信號，其中圖像信號表示待檢查目標的成像部分的圖像信息。重建單元25實際上優(yōu)選地被構(gòu)成為數(shù)字圖像處理單元25，其被編程，以便從解調(diào)的磁共振信號中導出表示待檢查目標的部分的圖像信息的圖像信號。在重建的輸出上的信號被施加到監(jiān)測器26，以致于該監(jiān)測器能顯示磁共振圖像?？蛇x地，有可能將來自重建單元25的信號存儲在緩沖單元27中，等待進一步處理。
還為根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)提供例如以包括(微)處理器的計算機形式的控制單元20。控制單元20控制RF激勵的執(zhí)行以及時間梯度場的應(yīng)用。
控制單元20的操作又受觸發(fā)單元40的控制，該觸發(fā)單元施加觸發(fā)信號給控制單元，以便在出現(xiàn)觸發(fā)事件的基礎(chǔ)上啟動磁共振成像系統(tǒng)，從而從k-空間的相應(yīng)段中捕獲磁共振信號的段。通常在向量心電圖的基礎(chǔ)上運行的心電圖學單元42從病人心臟捕獲ECG信號。運行在向量心電圖基礎(chǔ)上的ECG裝置合適地被用作心電圖學單元，并從國際申請WO99/04688的磁共振成像中公知這樣的單元。ECG信號被施加到統(tǒng)計分析器單元41，它進行接收ECG信號的統(tǒng)計分析，以預(yù)測下一觸發(fā)事件的出現(xiàn)。顯著地，統(tǒng)計分析單元41預(yù)測病人的ECG的下一R-峰何時將出現(xiàn)。此外，統(tǒng)計分析單元計算受控制單元20控制的磁共振信號下一段捕獲的時刻和持續(xù)時間。例如，統(tǒng)計分析單元在準確確定與其中病人心臟幾乎不運動的心臟舒張階段精確一致的時間間隔時考慮病人心率的變化。在該時間間隔期間，捕獲磁共振信號的當前段，并且運動幾乎不影響這個段的磁共振信號。進一步為本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)提供監(jiān)視器43，其用于檢測特別地以病人呼吸狀態(tài)的形式的監(jiān)測事件。檢測到的監(jiān)測事件被傳送到統(tǒng)計分析單元41，該分析單元在預(yù)測下一觸發(fā)事件出現(xiàn)時考慮檢測到的監(jiān)測事件。例如，該監(jiān)測單元可被安排為測量病人的呼吸狀態(tài)，即確定吸氣和呼氣。然后，統(tǒng)計分析單元被配置用于計算在呼氣期間稍長的例如病人ECG中R-峰之間的5-10％的時間間隔。特別地，個人的R-峰之間的時間間隔在吸氣和呼氣之間可能變化5-10％。
更具體地，可以給統(tǒng)計分析單元提供軟件，其可以包含電子電路，以便為最后的N(i＝1，...N)R-R時間間隔在時刻n使用加權(quán)函數(shù)wi計算觸發(fā)事件上的加權(quán)移動平均<RR>n(N)⟨RR⟩n(N)=Σi=1NRRi+n-N-1wiΣi=1Nwi]]>然后，預(yù)測下一R-R間隔等于當前加權(quán)的移動平均
RRn+1＝<RR>n(N)作為進一步的改進，加權(quán)函數(shù)wi是作為時間函數(shù)的非遞減函數(shù)或遞增函數(shù)。在圖2的圖表中顯示出例子。在圖2中，加權(quán)因子的值被標繪為相繼觸發(fā)事件或等效地時間的函數(shù)。當前時刻被指示為點n。圖表(a)顯示在間隔(n-N，n)內(nèi)具有恒定值的簡單加權(quán)因子。圖表(b)顯示在間隔(n-N，n)內(nèi)線性增加的加權(quán)因子。圖表c顯示出在間隔(n-N，j)內(nèi)線性增加并且在間隔(j，n)內(nèi)保持恒定的加權(quán)因子。因為這些加權(quán)對于之前較長時間出現(xiàn)的R-R間隔是較小的，所以加權(quán)的移動平均提供對病人當前心率的更準確的預(yù)測。此外，這些加權(quán)(wi’而非wi)可以根據(jù)檢測到的監(jiān)測事件來確定，例如基于病人的呼吸和/或ECG的不規(guī)律性，例如心律不齊Wi′＝wif(Gi)g(RRi)其中wi是圖2所示的非遞減函數(shù)之一，f是呼吸門接受(gateacceptance)的函數(shù)，而g是R-R間隔的當前持續(xù)時間的函數(shù)。門接受的若干替換方式是可能的最簡單的是接受所有的(f＝1，g＝1)。例如，如果RRi≤A.<RR>i(N)，則可以排除心律不齊的R-R間隔，g(RRi)＝0，其中參數(shù)A是可調(diào)乘數(shù)；對于A＝0.5，獲得好的結(jié)果。這就是早于當前移動平均一半出現(xiàn)的觸發(fā)事件即檢測到的R峰值被拒絕。函數(shù)f還可以實現(xiàn)呼吸接受選通，其中f(Gi)=1ifGi=10ifGi=0]]>。通過將呼吸接受選通和心律不齊R-R間隔的排除，實現(xiàn)進一步的改進。
加權(quán)移動平均計算的還一種實施方式是遞歸移動平均<RR>n(N)＝aRRn+(a-1)<RR>n-1(N)
這得到按指數(shù)規(guī)律衰減到過去(past)的時間加權(quán)函數(shù)。
另一種替換方案是采用Kalman過濾，以預(yù)測下一R-R間隔。Kalman過濾器是公知的，例如從Trans AMSE，J.Basic Engineering 82series D(1060)35-45中的“A new approach to linear filtering andprediction problems”中得知。為此，將根據(jù)本發(fā)明的計算機程序例如裝載到控制單元20和重建單元25中。
權(quán)利要求
1.一種磁共振成像方法，其中-檢測一系列觸發(fā)事件，-根據(jù)相應(yīng)檢測到的觸發(fā)事件，從k-空間的相應(yīng)段中捕獲磁共振信號的段，以及-根據(jù)其檢測到的觸發(fā)事件捕獲磁共振信號的個別段依賴于先前檢測到的觸發(fā)事件。
2.如權(quán)利要求1所述的磁共振成像方法，其中與磁共振信號的所述個別段的捕獲的其檢測到的觸發(fā)事件相關(guān)的定時和/或持續(xù)時間依賴于先前檢測到的觸發(fā)事件。
3.如權(quán)利要求1所述的磁共振成像方法，其中-從先前檢測到的觸發(fā)事件中，導出當前觸發(fā)事件的時刻的預(yù)測，-將檢測到的當前觸發(fā)事件的實際時刻和當前觸發(fā)事件的預(yù)測進行比較，以及-根據(jù)其檢測到的觸發(fā)事件捕獲磁共振信號的個別段依賴于檢測到的當前觸發(fā)事件的實際時刻和當前觸發(fā)事件的預(yù)測的比較。
4.如權(quán)利要求1所述的磁共振成像方法，其中-從一系列檢測到的觸發(fā)事件中，進行選擇，以及-根據(jù)其檢測到的觸發(fā)事件捕獲磁共振信號的個別段依賴于先前檢測到的觸發(fā)事件的選擇。
5.如權(quán)利要求1所述的磁共振成像方法，其中在先前檢測到的觸發(fā)事件的時刻的統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)根據(jù)其檢測到的觸發(fā)事件捕獲磁共振信號的個別段對于先前檢測到的觸發(fā)事件的依賴性。
6.如權(quán)利要求1或2所述的磁共振成像方法，其中統(tǒng)計分析涉及在先前觸發(fā)事件的出現(xiàn)之間特別地在選定的觸發(fā)事件的出現(xiàn)之間的時間間隔的移動平均，特別地，在[10-20]先前觸發(fā)事件的范圍上進行移動平均。
7.如權(quán)利要求6所述的磁共振成像方法，其中統(tǒng)計分析包括觸發(fā)事件出現(xiàn)之間的間隔的加權(quán)的移動平均或遞歸估計。
8.一種磁共振成像系統(tǒng)，包括-控制單元(20)，用于控制磁共振成像系統(tǒng)的操作；-檢測單元(42)，具體地，心電圖學單元，用于檢測觸發(fā)事件；-分析單元(40)，用于從檢測的觸發(fā)事件中導出觸發(fā)信號；-觸發(fā)單元(40)，用于提供觸發(fā)信號，以激活控制單元。
9.如權(quán)利要求8所述的磁共振成像系統(tǒng)，進一步包括-監(jiān)測單元(43)，用于檢測監(jiān)測事件；-該監(jiān)測單元(43)耦合到分析單元(41)，以便在檢測到的監(jiān)測事件的基礎(chǔ)上調(diào)整分析單元。
10.一種計算機程序產(chǎn)品，包括指令用于-檢測一系列觸發(fā)事件；-在至少一部分檢測到的系列觸發(fā)事件的基礎(chǔ)上，預(yù)測下一觸發(fā)事件的出現(xiàn)；-根據(jù)預(yù)測的觸發(fā)事件，觸發(fā)磁共振信號的至少一個個別段的捕獲。
11.如權(quán)利要求10所述的計算機程序，進一步包括指令，用于檢測一系列監(jiān)測事件，并且相對于觸發(fā)事件的出現(xiàn)，在監(jiān)測事件出現(xiàn)的基礎(chǔ)上，選擇檢測到的觸發(fā)事件。
全文摘要
一種磁共振成像方法涉及檢測一系列觸發(fā)事件并從k－空間的相應(yīng)段中捕獲磁共振信號的相繼段。例如，在檢測到的一系列觸發(fā)事件的基礎(chǔ)上，通過移動平均，預(yù)測下一觸發(fā)事件的出現(xiàn)。在預(yù)測的觸發(fā)事件出現(xiàn)的基礎(chǔ)上，觸發(fā)磁共振信號的至少一個個別段的捕獲。捕獲的觸發(fā)是基于預(yù)測的觸發(fā)事件的，例如，在觸發(fā)事件的預(yù)測的基礎(chǔ)上，調(diào)整捕獲的時刻和持續(xù)時間。最后，從磁共振信號的若干段中，重建磁共振圖像。
文檔編號G01R33/567GK1950715SQ200580013607
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
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