用于磁共振圖像處理的信號(hào)壓縮度的動(dòng)態(tài)匹配的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由利用磁共振斷層造影設(shè)備(101)的多個(gè)(N)線圈(40)分別從身體(105)的待檢查區(qū)域(K)接收的信號(hào)(SIG)的N個(gè)接收信號(hào)數(shù)據(jù)組(EDS)利用圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)產(chǎn)生(KR,REKON)圖像(IMG)的裝置和方法,其中利用壓縮度確定裝置(KBE)考慮至少也表示圖像處理計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源(SR)的多個(gè)參數(shù)(SY、SR、VG)確定由利用多個(gè)線圈(40)接收的信號(hào)(SIG)產(chǎn)生的N個(gè)接收信號(hào)數(shù)據(jù)組(EDS)的數(shù)量N與模式數(shù)據(jù)組(MDS)的較小的(M<N)數(shù)量M的比率N/M,其中利用壓縮計(jì)算機(jī)(KR)將N個(gè)接收信號(hào)數(shù)據(jù)組(EDS)壓縮為M個(gè)模式數(shù)據(jù)組(MDS),據(jù)此利用M個(gè)模式數(shù)據(jù)組(MDS)利用圖像處理計(jì)算機(jī)產(chǎn)生身體(105)的區(qū)域(K)的圖像(IMG)。
【專利說(shuō)明】用于磁共振圖像處理的信號(hào)壓縮度的動(dòng)態(tài)匹配
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于MRT成像的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]磁共振斷層造影設(shè)備(MRT)或壓縮法例如由如下公知:
[0003]-DE102005018814A1
[0004]-DE102009012109A1
[0005]-Huang, Vi jayakumar, Li, Hertel, Duensing所著“Magnetic Resonance Imaging,,中的 “A software channel compression technique for faster reconstruction withmany channels,,
[0006]-http: //epub.ub.un1-muenchen.de/12456/l/BA Berger, pdf (第三章)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是,優(yōu)化一種MRT。
[0008]上述技術(shù)問(wèn)題分別通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來(lái)解決。優(yōu)選的擴(kuò)展在從屬權(quán)利要求和描述中給出。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0009]本發(fā)明的可能的實(shí)施的其它特征和優(yōu)點(diǎn)借助于附圖由下面對(duì)實(shí)施例的描述給出。附圖中(圖1-7也作為【背景技術(shù)】,盡可能按照DE102005018814A1):
[0010]圖1示出了用于執(zhí)行方法的MRT設(shè)備的示意圖,
[0011]圖2示意性示出了根據(jù)GRAPPA的圖像重建的原理過(guò)程,
[0012]圖3A針對(duì)包括參考行的三個(gè)減小的數(shù)據(jù)組詳細(xì)示出了 k矩陣的拍攝特性,
[0013]圖3B示出了按照?qǐng)D3A的重建的(變完整的)數(shù)據(jù)組,
[0014]圖4A示意性示出了常規(guī)的GRAPPA重建矩陣對(duì)不完整的數(shù)據(jù)組塊的影響,
[0015]圖4B示出了縮減的GRAPPA重建矩陣對(duì)不完整的數(shù)據(jù)組塊的影響,
[0016]圖5示意性示出了用于確定4X2縮減矩陣的PCA算法,
[0017]圖6示意性示出了在使用縮減矩陣以及GRAPPA重建矩陣的條件下由三個(gè)輸入信道按照本發(fā)明縮減為兩個(gè)輸出信道,和
[0018]圖7示意性示出了與PPA編碼方向正交的中央k空間段,其可以針對(duì)在PCA算法中獲得最大的PPA編碼信息而被應(yīng)用。
[0019]圖8簡(jiǎn)化示意性示出了用于確定壓縮度K=M/N的按照本發(fā)明的方法,其中通過(guò)縮減矩陣CM(m0將利用MRT陣列的N個(gè)線圈產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)組壓縮為少于N的可用于隨后的MRT圖像重建的M個(gè)模式數(shù)據(jù)組,
[0020]圖9簡(jiǎn)化示意性示出了縮減矩陣CM (NxM)的按照本發(fā)明的應(yīng)用,用于將利用MRT陣列的N個(gè)線圈產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)組壓縮為少于N的可用于隨后的MRT圖像重建的M個(gè)模式數(shù) 據(jù)組。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在使用多信道線圈的情況下特別是與并行的成像(SENSE、GRAPPA、SMASH等)相結(jié)合會(huì)導(dǎo)致要求極其高的計(jì)算功率和存儲(chǔ)容量。這一點(diǎn)在讀取特別是圖像重建計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)內(nèi)存的情況下以及在其計(jì)算功率的情況下產(chǎn)生開(kāi)銷。在計(jì)算功率較小的情況下產(chǎn)生對(duì)于重建圖像來(lái)說(shuō)明顯更長(zhǎng)的等待時(shí)間,該等待時(shí)間例如可以在3至20分鐘的時(shí)間范圍內(nèi)延伸,該等待時(shí)間這么長(zhǎng)是不希望的。多信道線圈雖然可以加速測(cè)量時(shí)間,但圖像的可用性決定性地通過(guò)重建時(shí)間而不通過(guò)測(cè)量時(shí)間確定。
[0022]基于基本知識(shí)(預(yù)掃描測(cè)量或校準(zhǔn)數(shù)據(jù))來(lái)壓縮信道的方法例如在Griswold, Kannengiesser, Jellus 的 DE 102005018814 Al 或 Biber 的 2008E15617DE 中描述。
[0023]在此尤其采用主成分分析(PCAprincipal component analysis)。
[0024]這例如也在Huang, Vijayakumar, Li, Hertel, Duensing 的出版物 “Asoftwarechannel compression technique for faster reconstruction with manychannels”,Magnetic Resonance Imaging及其中引用的作品中描述,并且尤其在Griswold, Kannengiesser等人的申請(qǐng)DE 102005018814A1中詳細(xì)描述。在那里解釋了,(例如來(lái)自于線圈陣列的N個(gè)線圈的)N個(gè)輸入信道可以通過(guò)乘以大小為NxM的壓縮矩陣而被壓縮為M個(gè)“模式”(在此也稱為進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)組或進(jìn)一步處理信道)或者特別是在PCA的情況下也稱為“主成分”。在此可能的是,明顯地壓縮了數(shù)據(jù),例如N=32個(gè)線圈信道被壓縮為僅M=16個(gè)主成分(參見(jiàn)DE 102005018814么1,圖5,6)并且在此僅須接受少的百分比的關(guān)于圖像平均的SNR損失。
[0025]該SNR壓縮面臨如下事實(shí),即,在信道減半的情況下儲(chǔ)存和計(jì)算需求例如可接受地降低2至4倍。
[0026]但誠(chéng)實(shí)地講在迄今的出版物中存在如下問(wèn)題:為了進(jìn)一步處理,應(yīng)當(dāng)引入多少模式或主成分。也就是涉及壓縮矩陣的參量的數(shù)量M的確定。此外,在DE 102005018814A1中沒(méi)有詳細(xì)描述對(duì)于確定數(shù)量M而引入的標(biāo)準(zhǔn)。
[0027]在技術(shù)文件中公知用于選擇主成分?jǐn)?shù)量的各種方法。例如可以參考http://epub.ub.un1-muenchen.de/12456/l/BA_Berger.pdf 第三章。但其都與品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(Gutekriterium)的擴(kuò)展有關(guān),其描述了在特定數(shù)量的主成分中包含多少信息。
[0028]但在對(duì)于醫(yī)學(xué)技術(shù)以及特別是對(duì)于MRT的應(yīng)用的背景中也一起考慮技術(shù)上的邊界條件。在此設(shè)定的問(wèn)題在于,可以采用哪種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇主成分或模式的數(shù)量以及怎樣選擇可以有助于最優(yōu)地使用系統(tǒng)的硬件設(shè)備。
[0029]按照至少在內(nèi)部公知的解決方案,具有內(nèi)部VD13公知版本的軟件壓縮法的實(shí)施是可用的。在此,主成分的數(shù)量M通過(guò)在http://epub.ub.un1-muenchen.de/12456/l/BA_Berger, pdf中第三章描述的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定。
[0030]同樣至少在內(nèi)部公知如下軟件方法,其這樣限制測(cè)量的參數(shù)化,使得不能超過(guò)可用的計(jì)算功率或通用的MRT設(shè)備功率(例如HF放大器的、梯度放大器的作為時(shí)間、振幅和上升時(shí)間的函數(shù)的功率)。為此軟件組件包括如下模型,其可以依據(jù)測(cè)量參數(shù)在系統(tǒng)上預(yù)先計(jì)算功率要求并且由此可以防止設(shè)置技術(shù)上不能實(shí)現(xiàn)的測(cè)量參數(shù)。由此可用的存儲(chǔ)器例如也可以限制到可測(cè)量的層的數(shù)量(例如在3D成像的情況下)。
[0031]按照本發(fā)明的實(shí)施,作為對(duì)于壓縮度M/N (來(lái)自于N個(gè)線圈元件的M個(gè)主成分;M〈N)的計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn),也可以使用參數(shù),所述參數(shù)也可以表示圖像處理計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源SR,例如:
[0032]1.對(duì)于在圖像處理計(jì)算機(jī)方面的圖像重建可用的、圖像處理計(jì)算機(jī)REKON的存儲(chǔ)器SP可以反作用于所選擇的主成分或模式的數(shù)量。由此例如在具有較小的計(jì)算功率/存儲(chǔ)容量的計(jì)算機(jī)的情況下還是能夠例如重建高的層數(shù)量或具有大的矩陣大小(例如512x512像素)的圖像。在此折衷地考慮,在較小的存儲(chǔ)器的情況下有些較高的SNR損失,因?yàn)樵撦^小的存儲(chǔ)器可以處理少的主成分。但是有利的是如下事實(shí),即,只要大致M>N/5 (在此以及下面可以由公知的用于最小質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定不應(yīng)當(dāng)?shù)陀诖说南孪轒_min。如果違反了該限制條件,則系統(tǒng)例如拒絕執(zhí)行測(cè)量),則SNR損失非常連續(xù)地隨著數(shù)量M的降低而上升并且不具有大的跳變。由此可能的是,在給出的存儲(chǔ)器的情況下用測(cè)量參數(shù)、諸如層數(shù)量和矩陣大小以及加速因數(shù),可以換取漸增的SNR損失,這在http://epub.ub.un1-muenchen.de/12456/l/BA_Berger.pdf中給出的方法中不可能出現(xiàn),因?yàn)樵摲椒偸且蠊潭〝?shù)量的主成分以滿足品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。如果該數(shù)量會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)器超出,則上面描述的以該方法的壓縮不能實(shí)現(xiàn)。
[0033]2.例如當(dāng)原始信道的重建超出重建計(jì)算機(jī)REKON的功率時(shí),實(shí)施才采用PCA。所使用的主成分的數(shù)量M以及是否完全采用該方法的問(wèn)題可以取決于重建系統(tǒng)的特性。預(yù)測(cè)計(jì)算功率/存儲(chǔ)器需求的模型可以用于這樣限制主成分的數(shù)量,使得在給出的存儲(chǔ)器的情況下可以進(jìn)行重建。
[0034]3.除了存儲(chǔ)量之外也可以引入(單獨(dú)或附加的)其它標(biāo)準(zhǔn)、諸如重建時(shí)間(處理器功率)來(lái)確定數(shù)量M。
[0035]4.該方法相對(duì)于 http://epub.ub.un1-muenchen.de/12456/l/BA_Berger.pdf中描述的方法還提供如下優(yōu)點(diǎn),即,(只要原始信道的應(yīng)用超出存儲(chǔ)器需求)存儲(chǔ)器可以總是被完全滿載并且相對(duì)于使用來(lái)自于http://epub.ub.un1-muenchen.de/12456/l/BA_Berger, pdf的固定標(biāo)準(zhǔn)(其可能選擇比存儲(chǔ)器可以處理的更少的主成分)可以使SNR損失最小化。
[0036]5.為此也可以由客戶設(shè)置參數(shù)(下面也稱為高級(jí)參數(shù),High Level Parameter)、諸如速度("Speed")和/或質(zhì)量("Quality"),系統(tǒng)基于這些參數(shù)判斷,使用多少個(gè)主成分(在此可以應(yīng)用 http://epub.ub.un1-muenchen.de/12456/l/BA_Berger.pdf 中的方法)。
[0037]6.邊界條件可以由測(cè)量的性質(zhì)給出。由此,具有交互特性的測(cè)量典型地比在圖像計(jì)算結(jié)束后為了之后的診斷而首先傳送到存檔系統(tǒng)(PACS)中的測(cè)量更快地被重建。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式,形成在所選擇的模式或主成分的數(shù)量與MRT測(cè)量系統(tǒng)的另外的特性之間的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。由此,動(dòng)態(tài)的壓縮度控制可以允許依據(jù)現(xiàn)有的系統(tǒng)資源優(yōu)化圖像質(zhì)量。
[0039]在按照?qǐng)D8的本發(fā)明的實(shí)施方式的示例中,接收器R(在此例如由具有多個(gè)線圈40的線圈陣列4,例如局部線圈陣列和/或身體線圈)從待檢查的區(qū)域K、例如(圖1中在MRT之外示出的并且可以移入體積V中的)身體105的身體軀干K接收信號(hào)(SIG),并且其作為接收信號(hào)數(shù)據(jù)組EDS (輸入數(shù)據(jù))進(jìn)一步傳輸?shù)綁嚎s度確定裝置KBE和壓縮計(jì)算機(jī)KR。
[0040]壓縮度確定裝置KBE基于一個(gè)或多個(gè)不同的其已知的或由使用者手動(dòng)輸入的參數(shù)VG、SY、SR確定由利用多個(gè)線圈40接收的來(lái)自于身體區(qū)域K的信號(hào)SIG (必要時(shí)利用放大、AD轉(zhuǎn)換等)產(chǎn)生的N個(gè)接收信號(hào)數(shù)據(jù)組EDS的數(shù)量N與模式數(shù)據(jù)組MDS的較小的(M〈N)數(shù)量M的(額定)比率N/M。(M也稱為模式或進(jìn)一步處理信道或主成分。)
[0041]用于確定(額定)比率N/Μ的可能的參數(shù)例如是:
[0042]-系統(tǒng)資源SR,諸如對(duì)于圖像重建可用的、圖像處理計(jì)算機(jī)REKON的存儲(chǔ)器SP和/或?qū)τ趫D像重建可用的、圖像處理計(jì)算機(jī)REKON的至少一個(gè)處理器PR (例如CPU、GPU)的計(jì)算功率或處理器功率,和/或
[0043]-預(yù)給定參數(shù)(也稱為“高級(jí)參數(shù)”)VG,諸如預(yù)計(jì)的利用圖像處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像重建所需的圖像重建時(shí)間、作為MRT的使用者的輸入來(lái)接收或選擇的、該使用者最大可接受的需要的圖像重建時(shí)間,圖像重建的允許的信噪比損失,和/或
[0044]-來(lái)自于(圖像處理的)系統(tǒng)模型的參數(shù)SY,和/或
[0045]-(局部線圈)陣列L的線圈40的數(shù)量。
[0046]特別地,當(dāng)壓縮法基于PCA時(shí)還可以確定以特征向量矩陣的形式的矩陣C。
[0047]在通過(guò)壓縮度確定裝置KBE確定(額定)比率N/Μ之后計(jì)算矩陣CM,該矩陣CM (下面也稱為[CM]nxm)可以用來(lái)從接收信號(hào)數(shù)據(jù)組EDS形式的輸入數(shù)據(jù)利用壓縮計(jì)算機(jī)KR產(chǎn)生模式數(shù)據(jù)組MDS形式的輸出數(shù)據(jù)。從M個(gè)模式數(shù)據(jù)組中可以利用(具有簡(jiǎn)化示出的存儲(chǔ)器SP和處理器PR的)(本身公知的MRT)圖像處理計(jì)算機(jī)REKON產(chǎn)生(“重建”)身體105的區(qū)域K的圖像MG (并且然后存儲(chǔ)或在顯示屏上輸出等)。
[0048]圖9簡(jiǎn)化示意性示出了縮小矩陣[CM]NxM的應(yīng)用,其用于將利用MRT線圈陣列4的N個(gè)線圈(1,2..N)從身體的區(qū)域(例如身體軀干K)接收(以及必要時(shí)放大、數(shù)字化等)的N個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)組EDS壓縮為可以用于隨后的MRT圖像重建的M (并且小于N)個(gè)模式數(shù)據(jù)組MDS,所述模式數(shù)據(jù)組MDS可以用于通過(guò)例如GRAPPA、SENSE等方法的圖像重建。
[0049]本發(fā)明的關(guān)于【背景技術(shù)】的其他詳細(xì)描述和可能的應(yīng)用由DE102005018814A1給出,其通過(guò)參考成為該申請(qǐng)的部分并且引用如下:
[0050]圖1示出了按照本發(fā)明用于產(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)備的示意圖。核自旋斷層造影設(shè)備的結(jié)構(gòu)在此相應(yīng)于常規(guī)的斷層造影設(shè)備的結(jié)構(gòu)。基本場(chǎng)磁鐵I產(chǎn)生時(shí)間上恒定的強(qiáng)磁場(chǎng),其用于極化或?qū)R在對(duì)象的檢查區(qū)域、例如人體的待檢查的部位中的核自旋。在測(cè)量體積V中定義對(duì)于核自旋共振測(cè)量所需的基本場(chǎng)磁鐵的高均勻性,將人體的待檢查的部位引入該測(cè)量體積。為了滿足均勻性要求并且特別是為了消除時(shí)間上不變的影響在合適的位置上安裝由鐵磁材料構(gòu)成的所謂的勻場(chǎng)片。通過(guò)勻場(chǎng)線圈2消除時(shí)間上可變的影響,該勻場(chǎng)線圈通過(guò)勻場(chǎng)電源來(lái)控制。
[0051]在基本場(chǎng)磁鐵I中置入梯度線圈系統(tǒng)3,后者由多個(gè)繞組(所謂的子繞組)組成。每個(gè)子繞組由放大器供電以用于產(chǎn)生在笛卡爾坐標(biāo)系的各個(gè)方向上的線性梯度場(chǎng)。梯度場(chǎng)系統(tǒng)3的第一子繞組在此產(chǎn)生在X方向上的梯度Gx,第二子繞組產(chǎn)生在y方向上的梯度Gy并且第三子繞組產(chǎn)生在z方向上的梯度Gz。每個(gè)放大器包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器,后者由序列控制器18控制以用于時(shí)間正確地產(chǎn)生梯度脈沖。[0052]在梯度場(chǎng)系統(tǒng)3內(nèi)存在高頻天線4,后者將由高頻功率放大器輸出的高頻脈沖轉(zhuǎn)換為用于激勵(lì)待檢查對(duì)象或?qū)ο蟮拇龣z查區(qū)域的核以及對(duì)齊核自旋的交變磁場(chǎng)。高頻天線4在PPA成像系統(tǒng)中由一個(gè)或多個(gè)以例如組件線圈的線性的布置的形式的HF發(fā)送線圈以及多個(gè)HF接收線圈組成。由高頻天線4的HF接收線圈將從進(jìn)動(dòng)的核自旋出發(fā)的交變場(chǎng),即,通常通過(guò)由一個(gè)或多個(gè)高頻脈沖以及一個(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,該電壓經(jīng)由放大器7傳送到高頻系統(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,在該發(fā)送信道中產(chǎn)生用于激勵(lì)核磁共振的高頻脈沖。在此,在序列控制器18中將各個(gè)高頻脈沖根據(jù)由設(shè)備計(jì)算機(jī)20預(yù)定的脈沖序列數(shù)字地作為復(fù)數(shù)的序列表示。該數(shù)字序列作為實(shí)部以及作為虛部分別經(jīng)由輸入端12傳送到高頻系統(tǒng)22中的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器并且從該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器傳送到發(fā)送信道9。在發(fā)送信道9中將脈沖序列加調(diào)制到高頻載波信號(hào),其基頻相應(yīng)于測(cè)量體積中核自旋的共振頻率。
[0053]從發(fā)送運(yùn)行到接收運(yùn)行的切換通過(guò)發(fā)送-接收轉(zhuǎn)換器6進(jìn)行。高頻天線4的HF發(fā)送線圈將用于激勵(lì)核自旋的高頻脈沖入射到測(cè)量體積V中并且通過(guò)HF接收線圈采樣所產(chǎn)生的回波信號(hào)。將相應(yīng)獲得的核共振信號(hào)在高頻系統(tǒng)22的接收信道8中相位敏感地解調(diào)并且經(jīng)由各自的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(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)中重建圖像。測(cè)量數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)和控制程序的管理通過(guò)設(shè)備計(jì)算機(jī)20進(jìn)行。序列控制器18根據(jù)規(guī)定利用控制程序控制各個(gè)期望的脈沖序列的產(chǎn)生和k空間的相應(yīng)采樣。序列控制器18在此特別控制時(shí)間正確地接通梯度、發(fā)送具有定義的相位和振幅的高頻脈沖以及接收核共振信號(hào)。用于高頻系統(tǒng)22和序列控制器18的時(shí)間基礎(chǔ)由合成器19提供。用于產(chǎn)生核自旋圖像的相應(yīng)的控制程序的選擇以及產(chǎn)生的核自旋圖像的顯示通過(guò)終端21來(lái)進(jìn)行,該終端包括鍵盤以及一個(gè)或多個(gè)顯示屏。
[0054]為了能夠利用MRT設(shè)備進(jìn)行PPA測(cè)量,目前的標(biāo)準(zhǔn)是,特別是在相位編碼方向上(y方向,LIN)不使用單個(gè)的線圈,而是使用由多個(gè)線圈組成的裝置。所述所謂的組件線圈連接為線圈陣列并且互相相鄰或重疊地布置,由此同樣可以拍攝相鄰的重疊的線圈圖像。如果在改善SNR的情況下不應(yīng)當(dāng)延長(zhǎng)采集時(shí)間,則線圈陣列的線圈必須同時(shí)接收。因此,每個(gè)線圈需要其單獨(dú)的接收器,如已經(jīng)提到的由前置放大器、混合器和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器組成的那樣。該硬件極其昂貴,這在實(shí)踐中導(dǎo)致陣列中的線圈數(shù)量受到限制。目前,陣列通常最大具有32個(gè)單個(gè)線圈。
[0055]但是打算顯著提高PPA線圈陣列的組件線圈的數(shù)量。具有直至96個(gè)輸入信道的系統(tǒng)處于試驗(yàn)階段。在此已經(jīng)示出,該高的數(shù)量的PPA線圈極大地提高了對(duì)設(shè)備計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)控制器的硬件和軟件關(guān)于計(jì)算功率和存儲(chǔ)器容量的要求。在一些PPA方法中功率要求的提高特別高,例如在GRAPPA中,其具有圖像重建計(jì)算時(shí)間與參與的組件線圈的數(shù)量的超二次方的依賴關(guān)系。本發(fā)明的目的是,這樣加速GRAPPA圖像重建方法,使得在高的線圈數(shù)量的情況下也保持計(jì)算時(shí)間在可接受的范圍內(nèi)。
[0056]這一點(diǎn)如下地實(shí)現(xiàn),即,在輸出側(cè)縮減參與GRAPPA圖像重建的信道(PPA線圈)的總數(shù),方法是不再將所有參與的N個(gè)線圈借助NxN-GRAPPA重建矩陣(X)又映射到N個(gè)線圈(例如圖4A),而是按照?qǐng)D圖4B從數(shù)量N個(gè)輸入信道40出發(fā)(圖5)現(xiàn)在借助縮減的NxM-GRAPPA重建矩陣(X')映射到較小數(shù)量M個(gè)輸出信道。輸出信道的少量縮減已經(jīng)這樣降低了 GRAPPA重建矩陣的復(fù)雜性,即明顯減小了對(duì)于GRAPPA重建所需的計(jì)算時(shí)間。[0057]即,通過(guò)不再將所有N個(gè)不完整測(cè)量的數(shù)據(jù)組通過(guò)GRAPPA重建變完整并且進(jìn)行傅里葉變換,而是由N個(gè)不完整測(cè)量的數(shù)據(jù)組僅形成子集M個(gè)不完整的數(shù)據(jù)組并且現(xiàn)在將該減小數(shù)量的不完整的數(shù)據(jù)組通過(guò)GRAPPA重建變完整、進(jìn)行傅里葉變換以及疊加,總體上可以明顯減小計(jì)算時(shí)間。N和M是正整數(shù),其中成立N>M。
[0058]按照本發(fā)明形成子集M (其在另外的過(guò)程中稱為“縮減(Reduktion)”)基于NxM縮減矩陣45的應(yīng)用,該縮減矩陣可以以不同的方式并且根據(jù)不同的視角形成。
[0059]用于確定這樣的NxM縮減矩陣的可能的方法在于對(duì)協(xié)方差矩陣41進(jìn)行特征向量分析,該協(xié)方差矩陣41由N個(gè)不完整測(cè)量的數(shù)據(jù)組構(gòu)成。下面按照?qǐng)D5針對(duì)從N=4至M=2的信道縮減解釋該方法,也稱為PCA算法(英文Principal-Component-Analysis PCA,主成分分析):
[0060]出發(fā)基礎(chǔ)是N=4個(gè)由四個(gè)在相位編碼方向上布置的組件線圈(4個(gè)輸入信道)測(cè)量的不完整的數(shù)據(jù)組40。
[0061]各個(gè)數(shù)據(jù)組40以A、B、C和D來(lái)表示并且分別由相同數(shù)量的值(測(cè)量的頻率條目或k矩陣的系數(shù))組成。通過(guò)構(gòu)成協(xié)方差矩陣41cov(),現(xiàn)在彼此統(tǒng)計(jì)地比較這些數(shù)據(jù)組A、B、C、D。協(xié)方差cov(A,B, C,D)描述了測(cè)量值系列A、B、C、D的共同變化(或共變,Kovariieren)的程度并且是參與的變量的平均偏差乘積的和。協(xié)方差矩陣的隨后的特征向量分析能夠確定PPA線圈系統(tǒng)的特征向量42,該特征向量并排寫入地形成系統(tǒng)的特征向量48eig (),以及與各個(gè)特征向量42對(duì)應(yīng)的特征值43。特征值43的大小表示各個(gè)特征向量42的信息含量。
[0062]如果特征向量42按照其特征值43的大小分類(例如最大的特征值在最左邊,最小的特征值在最右邊),則特征向量矩陣48保持列(特征向量42)的重要性的從左到右的漸變。
[0063]如果現(xiàn)在進(jìn)行從N=4個(gè)信道到例如M=2個(gè)信道的信道縮減,則在盡可能小的信息損失的情況下(N-M=4-2=2個(gè)其余的特征向量被舍棄)選擇M=2個(gè)左邊的特征向量,其總地來(lái)說(shuō)構(gòu)成該信道縮減的NxM縮減矩陣45。縮減系數(shù)構(gòu)成縮減矩陣45的內(nèi)容。
[0064]如果將由此獲得的NxM縮減矩陣45應(yīng)用到N個(gè)不完整測(cè)量的數(shù)據(jù)組A、B、C、D(在矩陣44和45的矩陣相乘的意義上),則獲得M個(gè)縮小的數(shù)據(jù)組α、β,其本身構(gòu)成以矩陣46的形式的M個(gè)輸出信道。
[0065]通過(guò)將測(cè)量值Α、B、C、D彼此連成一串產(chǎn)生矩陣44,其中,只要其對(duì)于所有信道Α、B、C和D以同樣的方式進(jìn)行,按照哪種順序列出這些測(cè)量值是不重要的。這些測(cè)量值的數(shù)量可以是幾千并且通過(guò)點(diǎn)來(lái)表示。獲得的縮小的數(shù)據(jù)組α、β雖然分別包含與A、B、C、D相同數(shù)量的測(cè)量值,但對(duì)于其不再表示實(shí)際的測(cè)量順序,因?yàn)橥ㄟ^(guò)縮減已經(jīng)減少并混合了 A、B、C和D的值,更確切地說(shuō),在縮減時(shí)保持最大的圖像信息。
[0066]但每個(gè)縮減的數(shù)據(jù)組α、β在與A、B、C或D相同的度量中還是不完整的并且在借助傅里葉變換獲得位置空間上的完整圖像34的M變量之前,必須通過(guò)GRAPPA重建才能
變完整。
[0067]圖6提供了一種關(guān)于總的本發(fā)明方法的改進(jìn)的概覽,其示意性示出了從三個(gè)輸入信道A、B、C縮減到2個(gè)輸出信道α、β。
[0068]每個(gè)輸入信道A、B、C由十個(gè)測(cè)量的行31、33組成,其中在中間有兩行表示參考行(校準(zhǔn)數(shù)據(jù)點(diǎn)33)。在PPA技術(shù)的意義上省略六個(gè)行32,因此A、B、C是不完整的。
[0069]通過(guò)將NxM縮減矩陣應(yīng)用到A、B、C來(lái)選擇A、B、C的特定的值并且這樣組合,使得僅得到兩個(gè)所謂的縮減的數(shù)據(jù)組α、β。α、β在與Α、Β和C相同的度量中是不完整的(各六個(gè)省略行32)。但α和β的各六個(gè)省略行可以基于GRAPPA重建借助NxM-GRAPPA重建矩陣47被重建,由此獲得所謂的重建的GRAPPA數(shù)據(jù)組α '、β '。為此根據(jù)GRAPPA方法確定重建系數(shù),更確切地說(shuō)既在考慮N個(gè)輸入信道Α、B、C的所有測(cè)量的行的情況下又在考慮通過(guò)縮減的切割而獲得的M個(gè)輸出信道α、β的行的情況下確定重建系數(shù)。如在圖6中可以識(shí)別的那樣,縮減的數(shù)據(jù)組α、β的行與重建的GRAPPA數(shù)據(jù)組α '、β'的重建的行是錯(cuò)列的,從而α和α '或β和β '的組合分別又形成完整的數(shù)據(jù)組,其按照GRAPPA根據(jù)傅里葉變換在位置空間上得到完整的圖像34,該完整的圖像在位置空間上逐像素地被組
入
口 ο
[0070]這最終導(dǎo)致相應(yīng)于GRAPPA的和圖像35 (高SNR),然而在總體上減小了的計(jì)算時(shí)間,因?yàn)橥ㄟ^(guò)縮減,現(xiàn)在僅考察M個(gè)而不是N個(gè)輸出信道。
[0071]但除了 GRAPPA重建之外在按照本發(fā)明的縮減的情況下縮減本身也有開(kāi)銷,即,將縮減矩陣應(yīng)用到輸入信道的數(shù)據(jù)組(矩陣相乘44*45),又必須投入計(jì)算時(shí)間,但總體上不會(huì)極大地影響計(jì)算時(shí)間的節(jié)約。
[0072]在基于PCA算法確定縮減矩陣45的情況下該方法對(duì)節(jié)約計(jì)算時(shí)間具有另外的影響,因?yàn)閰f(xié)方差矩陣41的形成是計(jì)算時(shí)間集中的步驟(所有N個(gè)輸入信道A、B、C、D的全部測(cè)量值必須互相比較)。
[0073]出于這個(gè)原因在本發(fā)明的范圍內(nèi)建議一種用于確定縮減矩陣45的替換,其導(dǎo)致在節(jié)約計(jì)算時(shí)間和得到圖像質(zhì)量之間的有意義的折衷。
[0074]由此,例如可以基于參與的組件線圈40的SNR分析來(lái)確定縮減矩陣45,其中同樣在節(jié)約計(jì)算時(shí)間的意義上具有優(yōu)勢(shì)的是,保持縮減系數(shù)的數(shù)量最小。每個(gè)縮減矩陣列僅一個(gè)縮減系數(shù)是特別具有優(yōu)勢(shì)的,因?yàn)樵谶@種情況下縮減步驟在嚴(yán)格意義上不再要求計(jì)算功率(僅須將數(shù)據(jù)矩陣44的相應(yīng)的值引入矩陣46)。
[0075]此外還可以具有的優(yōu)點(diǎn)是,級(jí)聯(lián)地實(shí)施按照本發(fā)明的方法,從而例如從已經(jīng)進(jìn)行的之前的縮減獲得N個(gè)輸出信道。還具有優(yōu)勢(shì)地(特別是在這樣的情況下),組合每個(gè)級(jí)聯(lián)的縮減矩陣和重建矩陣。
[0076]在級(jí)聯(lián)應(yīng)用的情況下在確定第一縮減矩陣45時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮,在前面縮減的N個(gè)不完整的數(shù)據(jù)組α、β,取決于要拍攝的層的選擇,包含最大的PPA編碼信息。
[0077]這可以在PCA算法的情況下如下地實(shí)現(xiàn),使得基于在PPA編碼方向的方向上的、k矩陣的中央的列或中央的段構(gòu)成協(xié)方差矩陣41。這在圖7中示出,其中中央的段表示在PPA編碼方向上的k矩陣的向量。向量的值以點(diǎn)象征,更確切地說(shuō)以如下三種不同的表示形式象征:
[0078]-在頻率空間(k空間)中的相位編碼方向和讀取方向,
[0079]-在k空間中的相位編碼方向和在位置空間X中的讀取方向,以及
[0080]-在位置空間y中相位編碼方向和在k空間中的讀取方向。
[0081]另外的組合也是可能的,只要與PPA編碼方向正交地考慮或比較不同的分別相鄰的段。在此指出,按照本發(fā)明的方法也可以在二維的PPA編碼(英文:integrated ParallelAkquisition Technique square iPAT2)中例如在兩個(gè)互相正交的相位編碼方向上應(yīng)用。
[0082]在利用具有帶有模式矩陣的(--Μ)(英文:Total Imaging Matrix --Μ)線圈系統(tǒng)的MRT設(shè)備執(zhí)行PPA測(cè)量的情況下,基于模式矩陣的特征可以確定縮減矩陣45。(在US2004/0193038Α1中詳細(xì)描述的)模式矩陣線圈系統(tǒng)提供了極大數(shù)量的線圈元件(組件線圈),其中通常將相鄰的線圈基于硬件地綜合為組并且由此(必要時(shí)利用不同的組合系數(shù))不同地組合。通過(guò)這種方式可以利用關(guān)于信道縮減來(lái)說(shuō)在線圈靈敏度的空間覆蓋的方向上的冗余。三個(gè)分組例如導(dǎo)致主信道、次信道和第三信道。僅考慮主信道作為縮減的結(jié)果由此導(dǎo)致信道縮減了 3倍。
[0083]在這樣的具有模式矩陣的PPA線圈系統(tǒng)(其也具有組件線圈的基于硬件分組)中,可以以簡(jiǎn)單地方式通過(guò)加權(quán)地選擇系數(shù)來(lái)確定縮減矩陣45,該系數(shù)由這樣的系統(tǒng)的模式或模式的子集構(gòu)成。因?yàn)檫@樣的TIM系統(tǒng)的模式矩陣在一定程度上代表按照本發(fā)明的方法的縮減矩陣,所以可以節(jié)約用于確定縮減矩陣的計(jì)算時(shí)間,為此在采用TIM系統(tǒng)的情況下可以特別具有優(yōu)勢(shì)地應(yīng)用按照本發(fā)明的方法。
【權(quán)利要求】
1.一種利用基于由磁共振斷層造影設(shè)備(101)的多個(gè)(N)線圈(40)分別從身體(105)的待檢查區(qū)域(K)接收的信號(hào)(SIG)產(chǎn)生的N個(gè)接收信號(hào)數(shù)據(jù)組(EDS)利用圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)產(chǎn)生(KR,REKON)圖像(MG)的方法, 其中利用壓縮度確定裝置(KBE)在考慮多個(gè)參數(shù)(SY、SR、VG)的條件下確定,由利用多個(gè)線圈(40)接收的信號(hào)(SIG)產(chǎn)生的N個(gè)接收信號(hào)數(shù)據(jù)組(EDS)的數(shù)量N與模式數(shù)據(jù)組(MDS)的較小的(M < N)數(shù)量M的比率N/M,所述參數(shù)(SY、SR、VG)至少也表示圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的系統(tǒng)資源(SR), 其中利用壓縮計(jì)算機(jī)(KR)將N個(gè)接收信號(hào)數(shù)據(jù)組(EDS)壓縮(矩陣CM或[CM]nxm)為M個(gè)模式數(shù)據(jù)組(MDS), 據(jù)此利用M個(gè)模式數(shù)據(jù)組(MDS)利用圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)產(chǎn)生身體(105)的區(qū)域(K)的圖像(MG)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,僅或至少也考慮對(duì)于圖像重建可用的、圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的存儲(chǔ)器(SP)作為表示圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的系統(tǒng)資源(SR)的參數(shù)。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,僅或至少也考慮對(duì)于圖像重建可用的、圖像處理計(jì)算機(jī)的至少一個(gè)處理器(PR)的計(jì)算功率或處理器功率作為表示圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的系統(tǒng)資源(SR)的參數(shù)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,考慮預(yù)計(jì)的利用圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)進(jìn)行圖像重建所需的圖像重建時(shí)間作為表示圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的系統(tǒng)資源(SR)的參數(shù)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,考慮作為MRT(101)的使用者的輸入接收的、該使用者最大可接受的需要的圖像重建時(shí)間作為參數(shù)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,考慮由于圖像產(chǎn)生(KR,REKON)的允許的信噪比損失作為參數(shù)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,在確定壓縮度(N/Μ)之前確定估計(jì)的預(yù)計(jì)的利用圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)進(jìn)行圖像重建所需的圖像重建時(shí)間。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,利用圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的系統(tǒng)資源(SR)按照預(yù)定的尺寸或百分比來(lái)產(chǎn)生身體(105)的區(qū)域(K)的圖像(IMG), 特別是以對(duì)于圖像重建可用的、圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的處理器功率(PR)和/或?qū)τ趫D像重建可用的、圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的存儲(chǔ)器(SP)的形式的系統(tǒng)資源(SR)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述M個(gè)模式分別是進(jìn)一步處理信道和/或主成分和/或k空間數(shù)據(jù)組。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,該方法以部分并行的采集(PPA)為基礎(chǔ)進(jìn)行。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,利用縮減矩陣(CM(nxm))通過(guò)矩陣乘法(CM ;CM (NXS0)將利用MRT局部線圈陣列(4)的N個(gè)線圈(40)產(chǎn)生的接收信號(hào)數(shù)據(jù)組(EDS)壓縮為小于N的對(duì)于隨后的MRT圖像重建(REKON)可用的M個(gè)模式數(shù)據(jù)組(MDS)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述縮減矩陣(CM,CM(NXM))是特征向量矩陣,特別是對(duì)于基于PCA的壓縮法。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述M個(gè)模式數(shù)據(jù)組(MDS)是主成分?jǐn)?shù)據(jù)組,特別是主成分分析的主成分?jǐn)?shù)據(jù)組。
14.一種通過(guò)利用磁共振斷層造影設(shè)備(101)的線圈(40)接收的信號(hào)(SIG)來(lái)產(chǎn)生(KR,REKON)圖像(MG)的裝置(KBE,KR,MG),具有 -N個(gè)線圈(40),其被構(gòu)造為用于從身體(105)的待檢查區(qū)域(K)接收信號(hào)(SIG),由所述信號(hào)(SIG)能夠產(chǎn)生N個(gè)接收信號(hào)數(shù)據(jù)組(EDS), -壓縮度確定裝置(KBE),其被構(gòu)造為在考慮多個(gè)參數(shù)(SY、SR、VG)的條件下確定,接收信號(hào)數(shù)據(jù)組(EDS)的數(shù)量N與待進(jìn)一步處理(REKON)的模式數(shù)據(jù)組(MDS)的較小的(M〈N)數(shù)量1的比率~11,所述參數(shù)(5¥、51?、¥6)至少也表示圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的系統(tǒng)資源(SR, SP, PR), -壓縮計(jì)算機(jī)(KR),其被構(gòu)造為由來(lái)自于N個(gè)線圈的接收信號(hào)數(shù)據(jù)組(EDS)產(chǎn)生(CM(Ν>αο)Μ個(gè)模式數(shù)據(jù)組(MDS), -圖像處理計(jì)算機(jī)(REK0N),其被構(gòu)造為由模式數(shù)據(jù)組(MDS)產(chǎn)生身體(105)的區(qū)域(K)的圖像(MG)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置,其特征在于,表示圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的系統(tǒng)資源(SR)的參數(shù)僅或至少也是對(duì)于圖像重建可用的、圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的存儲(chǔ)器(SP)0
16.根據(jù)權(quán)利要求14-15中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,表示圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的系統(tǒng)資源(SR)的參數(shù)僅或至少也是對(duì)于圖像重建可用的、圖像處理計(jì)算機(jī)的處理器(PR)的計(jì)算功率或處理器功率。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,表示圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的系統(tǒng)資源(SR)的參數(shù)是預(yù)計(jì)的利用圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)進(jìn)行圖像重建所需的圖像重建時(shí)間。
18.根據(jù)權(quán)利要求14-17中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,參數(shù)是作為MRT(101)的使用者的輸入接收的、該使用者最大可接受的需要的圖像重建時(shí)間。
19.根據(jù)權(quán)利要求14-18中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,參數(shù)是由于圖像產(chǎn)生(KR,REK0N)引起的允許的信噪比損失。
20.根據(jù)權(quán)利要求14-19中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,能夠利用圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的系統(tǒng)資源(SR)按照預(yù)定的尺寸或百分比來(lái)產(chǎn)生身體(105)的區(qū)域(K)的圖像(IMG), 特別是以對(duì)于圖像重建可用的、圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的處理器功率(PR)和/或?qū)τ趫D像重建可用的、圖像處理計(jì)算機(jī)(REKON)的存儲(chǔ)器(SP)的形式的系統(tǒng)資源(SR)。
21.根據(jù)權(quán)利要求14-20中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,所述M個(gè)模式分別是進(jìn)一步處理信道和/或主成分和/或k空間數(shù)據(jù)組。
22.根據(jù)權(quán)利要求14-21中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,所述裝置構(gòu)造為用于部分并行的采集(PPA)。
23.根據(jù)權(quán)利要求14-22中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,所述裝置被構(gòu)造為,利用縮減矩陣(CM (NXM))通過(guò)矩陣乘法(CM (NXM))將利用MRT局部線圈陣列(4)的N個(gè)線圈(40)產(chǎn)生的N個(gè)接收信號(hào)數(shù)據(jù)組(EDS)壓縮為小于N的對(duì)于隨后的MRT圖像重建可用的M個(gè)模式數(shù)據(jù)組(MDS)。
24.根據(jù)權(quán)利要求14-23中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,所述縮減矩陣(CM(nxm))是特征向量矩陣,特別是基于PCA的壓縮。
25.根據(jù)權(quán)利要求14-24中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,所述M個(gè)模式數(shù)據(jù)組(MDS)是主成分?jǐn)?shù)據(jù)組,特別是PCA或主成分分析的主成分?jǐn)?shù)據(jù)組。
【文檔編號(hào)】G01R33/561GK103837851SQ201310549729
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】S.比伯, S.坎南基爾瑟 申請(qǐng)人:西門子公司