專利名稱：在磁共振斷層造影中加速自旋編碼成像的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及核自旋斷層造影(同義語(yǔ)磁共振斷層造影MRT)，如 其在醫(yī)學(xué)中用于對(duì)患者進(jìn)行檢查那樣。在此本發(fā)明尤其涉及用于加速M(fèi)RT成 像的自旋編碼方法和適于實(shí)施該方法的核自旋斷層造影設(shè)備。
背景技術(shù)：
MRT基于核自旋共振的物理現(xiàn)象，并作為成像方法成功地應(yīng)用于醫(yī)療和生 物物理學(xué)已有超過(guò)15年的歷史。在該檢查方法中，對(duì)物體施加強(qiáng)的恒定磁場(chǎng)。 由此使物體內(nèi)原本無(wú)規(guī)則取向的原子的核自旋定向。高頻波現(xiàn)在可以將該"有 序"的核自旋激勵(lì)成特定的振蕩。該振蕩在MRT中產(chǎn)生可借助適當(dāng)?shù)慕邮站€ 圈接收的實(shí)際測(cè)量信號(hào)。在此通過(guò)采用由梯度線圈產(chǎn)生的不均勻磁場(chǎng)，可以在 所有3個(gè)空間方向上對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行空間編碼。該方法允許任意選擇待成像的 層，由此可以獲得在所有方向上的人體截面圖像。MRT作為醫(yī)學(xué)診斷中的截面 圖像方法，首先突出的是通過(guò)多方面的對(duì)比能力的"非介入"檢查方法。由于其 對(duì)軟組織的優(yōu)秀表現(xiàn)性，MRT已發(fā)展成為比X射線計(jì)算機(jī)斷層造影(CT)優(yōu) 秀得多的方法。當(dāng)今MRT基于自旋回波序列和梯度回波頻率的應(yīng)用，其在分 鐘數(shù)量級(jí)的測(cè)量時(shí)間內(nèi)能夠獲得出色的圖像質(zhì)量。
MRT設(shè)備組件的不斷技術(shù)進(jìn)展以及更快成像序列的引入，開辟了 MRT在 醫(yī)療中越來(lái)越多的應(yīng)用領(lǐng)域。支持最小介入手術(shù)的實(shí)時(shí)成像、神經(jīng)學(xué)中的功能 成像以及心臟病學(xué)中的灌注測(cè)量?jī)H是其中的少數(shù)例子。盡管在MRT設(shè)備制造 中取得了技術(shù)上的進(jìn)步，但MRT圖像拍攝時(shí)間仍是限制MRT在醫(yī)學(xué)診斷的很 多領(lǐng)域中應(yīng)用的因素。就拍攝時(shí)間而言繼續(xù)提高M(jìn)RT設(shè)備的性能從技術(shù)層面 (可實(shí)現(xiàn)性)和出于患者保護(hù)的原因(刺激和組織加熱)而受到限制。因此近 年來(lái)進(jìn)行了多方面的努力以通過(guò)新的措施來(lái)進(jìn)一步降低圖像測(cè)量時(shí)間。
一種縮短采集時(shí)間的措施在于減少要記錄的圖像數(shù)據(jù)的量。為了從這樣的 所減少的數(shù)據(jù)組中獲得完整的圖像，必須在圖像中用適當(dāng)?shù)乃惴▉?lái)再現(xiàn)缺失的
數(shù)據(jù)，或者必須對(duì)來(lái)自縮減數(shù)據(jù)的包含錯(cuò)誤的圖像進(jìn)行校正。
在MRT中數(shù)據(jù)的記錄是在所謂的k空間(同義詞頻域)中進(jìn)行的。在 所謂的圖像空間中的MRT圖像借助傅立葉變換與k空間中的MRT數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。 對(duì)在k空間中展開的對(duì)象進(jìn)行的位置編碼可以借助梯度在所有空間方向上進(jìn) 行。在此，要區(qū)分層選擇(確定對(duì)象中的拍攝層，通常為z軸)、頻率編碼(確 定該層中的方向，通常為x軸)和相位編碼(確定該層中的第二維，通常為y 軸)。
根據(jù)將三個(gè)梯度組合或連接成的所謂的成像序列，對(duì)k空間的掃描可以笛 卡爾式(即逐行)地或徑向地或螺旋形地進(jìn)行。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，僅考慮對(duì)k空間的螺旋形掃描，其是非常有效的方法。 螺旋形k空間軌道由Likes首次作為笛卡爾掃描的可能替代方案提出(R. S. Likes US 4307343, 1981)。其中示出，與例如笛卡爾掃描相反，就T2加權(quán)的 MRT成像來(lái)說(shuō)對(duì)k矩陣的螺旋形讀取導(dǎo)致各向同性的HF脈沖響應(yīng)信號(hào)。尤其 是在采用快速螺旋掃描(快速自旋成像)時(shí)，作為回波平面成像(EPI)的附屬 物由此獲得增加的極性，并且尤其是在功能MRT、灌注MRT、 MR光鐠學(xué)、擴(kuò) 散MRT以及基于相位-對(duì)比度的MRT流測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)。
在快速M(fèi)RT成像(快速單點(diǎn)自旋掃描以及快速多點(diǎn)自旋掃描和EPI)中迄 今尚未解決的問(wèn)題普遍的是在HF響應(yīng)信號(hào)的讀取時(shí)間中由于頻率和相位誤差 而造成的圖像質(zhì)量下降。在EPI中這種下降表現(xiàn)為再現(xiàn)圖像中的圖像失真。
在快速螺旋MRT成像中，再現(xiàn)的圖像的局部模糊和不清晰由k空間中受 區(qū)域限制的頻移引起。在螺旋成像中將該錯(cuò)誤一般地稱之為"模糊(blurring )" (相對(duì)于例如笛卡爾EPI序列中的失真)。其原因主要是待檢查對(duì)象組織中的敏 感邊界和非均勻性，在此這些一般在越高場(chǎng)強(qiáng)下會(huì)表現(xiàn)得越明顯。
如果縮短讀出時(shí)間就會(huì)使"模糊"的問(wèn)題大大減小，因?yàn)橄嚓P(guān)的相位誤差 不能如此快或如此強(qiáng)地建立。在現(xiàn)有技術(shù)中這通過(guò)對(duì)于掃描區(qū)域大小不變而減 少旋轉(zhuǎn)的次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。還存在在螺旋編碼中采用平行成像技術(shù)(PPA技術(shù))來(lái) 縮短讀出持續(xù)時(shí)間的措施。但這種方法極度消耗計(jì)算時(shí)間并因此而在目前尚不 能實(shí)際使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，顯著縮短螺旋形采集方法的讀出持續(xù)時(shí)
間，并且不必忍受其它缺點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)一種在磁共振斷層造影中進(jìn)行螺旋形k空間掃描的 方法來(lái)解決，其特征在于，對(duì)于所基于的k矩陣進(jìn)行螺旋形欠掃描，使得通過(guò) 對(duì)測(cè)量值的點(diǎn)鏡像在k矩陣的中心得到一個(gè)附加的螺旋，該附加螺旋與輸出信 息 一起構(gòu)成的第 一螺旋形成該k矩陣的完全數(shù)據(jù)組。
為了避免在整個(gè)圖像上的相位變化，在k矩陣中心區(qū)域利用完全或超高的
密度進(jìn)行掃描。
按照本發(fā)明利用例如Margosian和/或Pocs算法進(jìn)行相位校正。 此外本發(fā)明還涉及適用于實(shí)施本發(fā)明方法的核自旋斷層造影設(shè)備。 本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品，其特征在于，當(dāng)其在與核自旋斷層造 影設(shè)備連接的計(jì)算裝置上運(yùn)行時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法。
以下結(jié)合附圖借助實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和特性進(jìn)行描述。其 中示出


圖1示意性示出核自旋斷層造影設(shè)備；
圖2示意性示出在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)螺旋編碼中兩個(gè)相互交錯(cuò)的k空間
軌道；
圖3示意性示出在按照本發(fā)明的的螺旋編碼中欠掃描的k空間軌道； 圖4示意性示出通過(guò)點(diǎn)鏡像由欠掃描的第一 k空間軌道得到的兩條欠掃描 的k空間4i道；
圖5示意性示出利用在k矩陣的中心區(qū)域的完全或過(guò)掃描得到的欠掃描k 空間軌道。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性示出按照本發(fā)明的用于產(chǎn)生對(duì)象的核自旋圖像的磁共振成像設(shè) 備或核自旋斷層造影設(shè)備。在此該核自旋斷層造影設(shè)備的結(jié)構(gòu)相應(yīng)于常規(guī)的磁 共振斷層造影設(shè)備?；敬艌?chǎng)磁鐵1產(chǎn)生時(shí)間不變的強(qiáng)磁場(chǎng)，用于極化或校準(zhǔn) 對(duì)象的檢查區(qū)域(如人體的檢查部位)中的核自旋。核自旋測(cè)量所需的高度均 勻的基本磁場(chǎng)定義在球形測(cè)量空間M中，人體的被檢查部位被置于其中。為了 支持均勻性要求，尤其是為了消除在時(shí)間上不變的影響，在適當(dāng)?shù)奈恢蒙显O(shè)置
了由鐵磁材料制成的所謂的填隙片。隨時(shí)間變化的影響通過(guò)由補(bǔ)償電源15控制 的補(bǔ)償線圈2來(lái)消除。
在基本磁場(chǎng)磁鐵1中采用由三個(gè)部分繞組構(gòu)成的圓柱形梯度線圈系統(tǒng)3。 每個(gè)部分繞組都由一個(gè)放大器14提供電流，以在笛卡爾坐標(biāo)系的各個(gè)方向上分 別產(chǎn)生一個(gè)線性梯度場(chǎng)。在此，梯度場(chǎng)系統(tǒng)3的第一部分繞組產(chǎn)生x方向上的 梯度Gx,第二部分繞組產(chǎn)生y方向上的梯度Gy，而第三部分繞組產(chǎn)生z方向上 的梯度Gz。每個(gè)放大器14包括一個(gè)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其由用于及時(shí)產(chǎn)生梯度 脈沖的序列控制器18控制。
在梯度場(chǎng)系統(tǒng)3內(nèi)設(shè)置了高頻天線4，該高頻天線4將由高頻功率放大器 23輸出的高頻脈沖轉(zhuǎn)換為交變磁場(chǎng)，以激勵(lì)待檢查對(duì)象或?qū)ο蟮拇龣z查區(qū)域中 的原子核并校準(zhǔn)核自旋。高頻天線4優(yōu)選由組件線圏的線性排列形式的一個(gè)或 多個(gè)HF發(fā)送線圏和多個(gè)HF接收線圈構(gòu)成。高頻天線4的HF接收線圏還將由 確定的核自旋發(fā)出的交變場(chǎng)、即通常由一個(gè)或多個(gè)高頻脈沖和一個(gè)或多個(gè)梯度 脈沖組成的脈沖序列引起的核自旋回波信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電壓，該電壓通過(guò)放大器 7輸入高頻系統(tǒng)22的高頻接收信道8。高頻系統(tǒng)22還包括發(fā)送信道9，在其中 產(chǎn)生用于激勵(lì)磁核共振的高頻脈沖。在此，根據(jù)設(shè)備計(jì)算機(jī)20預(yù)先給定的脈沖 序列，在序列控制器18中將各高頻脈沖數(shù)字化地表示為復(fù)數(shù)序列。該數(shù)列分別 作為實(shí)部和虛部通過(guò)輸入端12輸入到高頻系統(tǒng)22中的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，并由 該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸入到發(fā)送信道9。在發(fā)送信道9中，將該脈沖序列調(diào)制為 高頻載波信號(hào)，其基本頻率對(duì)應(yīng)于測(cè)量空間內(nèi)核自旋的基本頻率。
通過(guò)發(fā)送-接收轉(zhuǎn)接器6實(shí)現(xiàn)發(fā)送運(yùn)行和接收運(yùn)行的轉(zhuǎn)換。高頻天線4的 HF發(fā)送線圏將用于激勵(lì)核自旋的高頻脈沖入射到測(cè)量空間M中，HF接收線圈 對(duì)產(chǎn)生的回波信號(hào)進(jìn)行掃描。在高頻系統(tǒng)22的接收信道8中對(duì)相應(yīng)獲得的核共 振信號(hào)進(jìn)行相^t解調(diào)，并通過(guò)相應(yīng)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別轉(zhuǎn)換為測(cè)量信號(hào)的實(shí) 部和虛部。通過(guò)圖像計(jì)算機(jī)17從這樣獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)中再現(xiàn)圖像。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)、 圖像數(shù)據(jù)和控制程序的管理都通過(guò)設(shè)備計(jì)算機(jī)20進(jìn)行。序列控制器18根據(jù)預(yù) 先給定的控制程序控制各期望的脈沖序列的產(chǎn)生以及相應(yīng)的對(duì)k空間的掃描。 在此，序列控制器18尤其控制梯度的及時(shí)接通、具有特定相位和振幅的高頻脈 沖的發(fā)送以及對(duì)核共振信號(hào)的接收。高頻系統(tǒng)22和序列控制器18的時(shí)基由合 成器19提供。通過(guò)終端21選擇用于產(chǎn)生核自旋圖像的相應(yīng)控制程序，并顯示 所產(chǎn)生的核自旋圖像，該終端21包括鍵盤以及一個(gè)或多個(gè)顯示屏。
如在現(xiàn)有技術(shù)中一樣，在本發(fā)明方法的范圍內(nèi)也首先通過(guò)用戶(通常為醫(yī) 生)輸入測(cè)量參數(shù)，也就是通過(guò)一般為在終端21的顯示屏上顯示的輸入窗口(彈 出窗口 )形式的用戶接口。在輸入?yún)?shù)的基礎(chǔ)上這樣配置核自旋斷層造影設(shè)備
的測(cè)量系統(tǒng)，使得該測(cè)量系統(tǒng)能夠在發(fā)送信道9中通過(guò)設(shè)備計(jì)算機(jī)20以及序列 控制器18產(chǎn)生快速螺旋掃描序列。按照?qǐng)D2，這樣的常規(guī)序列在k空間中螺旋 形地掃描一個(gè)矩陣，其中，該掃描基于一個(gè)或多個(gè)相互交錯(cuò)的或相互錯(cuò)開的螺 旋軌道(圖2中以一條虛螺旋線和一條實(shí)螺旋線的形式舉例示出兩條螺旋軌 道)。
為了利用傅立葉變換將k空間數(shù)據(jù)變換成MRT圖像，須將整個(gè)螺旋數(shù)據(jù) 組投影到笛卡爾柵格上(在圖2、 3、 5中作為背景示出)。在此，柵格光柵 (Gitterraster)的柵格常數(shù)由螺旋線之間的距離以及k空間的大小來(lái)確定。通過(guò) 近似方法(內(nèi)插法)根據(jù)螺旋數(shù)據(jù)組中的最接近點(diǎn)來(lái)內(nèi)插出柵格交叉點(diǎn)的值。
借助傅立葉變換在位置空間(Ortsraum)中的再現(xiàn)雖然給出解剖圖像，但 這些圖像具有本文開始所述的在螺旋編碼中常見的"模糊"。
為了抑制"模糊"，按照本發(fā)明，應(yīng)能對(duì)螺旋序列通過(guò)其它用戶輸入或自 動(dòng)地進(jìn)行改變，使得僅對(duì)基于k矩陣的輸出序列的縮減部分進(jìn)行螺旋形掃描， 在此其也被稱之為"欠掃描"。圖3示出這樣的縮減的螺旋掃描。按照本發(fā)明該 縮減例如是通過(guò)將螺旋線之間的距離加寬或去掉一條或多條螺旋線實(shí)現(xiàn)的。圖 3中例如僅示出了圖2中的實(shí)線螺旋，去掉了圖2中的虛線螺旋。以這種方式 例如可以將掃描持續(xù)時(shí)間縮短約2的系數(shù)。
本發(fā)明利用在螺旋編碼時(shí)的掃描特性與在徑向?qū)ΨQ掃描時(shí)相似這一點(diǎn)。本 發(fā)明的原理基于這樣的事實(shí)，即相對(duì)于k空間中心對(duì)稱的鏡像點(diǎn)包含相同的信 息，即在k矩陣的中心Z鏡像的點(diǎn)是相互復(fù)數(shù)共軛的。如果例如觀察利用兩個(gè) 相互交4晉的螺旋軌道(英語(yǔ)2-interleave-spiral-experiment)進(jìn)行的螺旋掃描， 則(一個(gè)螺旋臂的) 一個(gè)螺旋的測(cè)量值可以純計(jì)算地通過(guò)復(fù)數(shù)共軛得到。換言 之相應(yīng)的圖像可以僅從第一螺旋臂的數(shù)據(jù)但也可以僅從第二螺旋臂的數(shù)據(jù)完 全再現(xiàn)出來(lái)。圖4中借助四個(gè)點(diǎn)A、 B、 C、 D來(lái)解釋該再現(xiàn)方法。這些點(diǎn)在中 心Z鏡像并映射到點(diǎn)A，、 B，、 C，、 D，上。最后，實(shí)線螺旋軌道所有點(diǎn)的鏡像 或映射給出第二螺旋軌道(虛線所示)，通過(guò)將其與第一螺旋軌道相組合得到完 整的數(shù)據(jù)組。
但在現(xiàn)實(shí)的螺旋掃描中 一般會(huì)在整個(gè)k矩陣上出現(xiàn)相位變化，其數(shù)學(xué)地表 達(dá)為與復(fù)數(shù)共軛特性的偏差并導(dǎo)致在整個(gè)再現(xiàn)的圖像上的其它偽影。按照本發(fā) 明，該問(wèn)題是這樣解決的在按照本發(fā)明的螺旋形欠掃描中，不在k矩陣的中
心區(qū)域內(nèi)進(jìn)行欠掃描，而是進(jìn)行完全掃描、不然的話甚至是進(jìn)行過(guò)掃描。圖5 示出這樣的"非均勻"螺旋(英語(yǔ)variable density spiral,可變密度螺旋)?？?變密度螺旋軌道使得公知的相位校正方法成為可能，如在部分傅立葉技術(shù)中采 用的借助低分辨率圖像的Margosian或Pocs算法。這樣的可變密度螺旋軌道典 型地具有優(yōu)點(diǎn)地造成不明顯延長(zhǎng)的讀出時(shí)間，并因此而可以毫無(wú)問(wèn)題地實(shí)現(xiàn)。
綜上所述，本發(fā)明的方法在于，有利地縮短讀出過(guò)程以使螺旋掃描中的圖 像質(zhì)量明顯改善。同時(shí)本發(fā)明的方法還顯著提高了時(shí)間分辨率。本發(fā)明的方法 沒(méi)有增加對(duì)硬件的需求。所增加的計(jì)算開銷以及由此帶來(lái)的計(jì)算機(jī)功率的增大 并不明顯。
權(quán)利要求
1.一種在磁共振斷層造影中進(jìn)行螺旋形k空間掃描的方法，其特征在于，對(duì)于所基于的k矩陣進(jìn)行螺旋形欠掃描，使得通過(guò)對(duì)測(cè)量值的點(diǎn)鏡像在k矩陣的中心得到一個(gè)附加的螺旋，該附加螺旋與輸出信息一起構(gòu)成的第一螺旋形成該k矩陣的完全數(shù)據(jù)組，其中，在k矩陣中心區(qū)域利用完全或超高的密度進(jìn)行掃描。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用Margosian和/或Pocs 算法進(jìn)行相位校正。
3. —種核自旋斷層造影設(shè)備，用于實(shí)施權(quán)利要求1或2所述的方法。
4. 一種計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品，其特征在于，當(dāng)其在與核自旋斷層造影設(shè)備連 接的計(jì)算裝置上運(yùn)行時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明一般地涉及在磁共振斷層造影中進(jìn)行螺旋形k空間掃描的方法，其特征在于，對(duì)于所基于的k矩陣進(jìn)行螺旋形欠掃描，使得通過(guò)對(duì)測(cè)量值的點(diǎn)鏡像在k矩陣的中心得到一個(gè)附加的螺旋，該附加螺旋與輸出信息一起構(gòu)成的第一螺旋形成該k矩陣的完全數(shù)據(jù)組。
文檔編號(hào)G01R33/561GK101105523SQ20071012875
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者岡納·克魯格 申請(qǐng)人:西門子公司