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專利名稱：平行磁共振成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對(duì)放置在穩(wěn)定和基本均勻的主磁場(chǎng)中的身體進(jìn)行磁共振成像的設(shè)備。
并且，本發(fā)明涉及用于磁共振成像的方法和用于磁共振成像設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序。
在磁共振成像(MRI)中，包括RF和磁場(chǎng)梯度脈沖的脈沖序列被應(yīng)用到目標(biāo)(患者)上以生成相位編碼的磁共振信號(hào)，通過接收天線對(duì)其掃描以從該目標(biāo)獲得信息并重建其圖像。由于其開始的發(fā)展，MRI應(yīng)用的醫(yī)療相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)量得到了巨大增長。MRI可以應(yīng)用于幾乎身體的每一部分，并且可以用于獲得關(guān)于人體的多個(gè)重要功能的信息。該用于MRI掃描期間的脈沖序列完全確定了重建圖像的特征，例如目標(biāo)中的位置和方向、尺寸、分辨率、信噪比、對(duì)比度、移動(dòng)靈敏度等。MRI設(shè)備的操作者必須對(duì)于各個(gè)應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)男蛄胁⑶艺{(diào)節(jié)和優(yōu)化其參數(shù)。
在已知的平行MRI技術(shù)中，應(yīng)用具有不同空間靈敏度曲線的多個(gè)接收天線以減少用于診斷圖像的掃描時(shí)間。這是通過采集比根據(jù)Nyquist定理完全覆蓋預(yù)定視場(chǎng)所實(shí)際需要的更少的一組相位編碼磁共振信號(hào)而實(shí)現(xiàn)的。
在已知的所謂SENSE技術(shù)中(例如參見Pruessmann等人的Magnetic Resonance in Medicine，第42卷，第952頁，1999)，當(dāng)使用磁共振設(shè)備的多個(gè)表面接收線圈時(shí)，以子采樣的方式采集磁共振信號(hào)。相對(duì)于在幾何空間中的完整預(yù)定視場(chǎng)所實(shí)際需要的相位編碼步驟，在k-空間中的相位編碼步驟增加。該子采樣產(chǎn)生了減少的視場(chǎng)。根據(jù)SENSE技術(shù)，對(duì)于每個(gè)接收線圈，分別從該子采樣數(shù)據(jù)重建圖像。由于該子采樣，這些中間圖像包含重疊或所謂混疊現(xiàn)象。基于該接收線圈的已知空間靈敏度曲線，可以通過矩陣運(yùn)算將該中間圖像的重疊圖像值的各種影響分解(展開)為在完整視場(chǎng)內(nèi)的空間位置上的圖像值。以這種方式，使用該接收線圈的空間靈敏度曲線對(duì)該采集磁共振信號(hào)進(jìn)行空間編碼以顯著加速該圖像采集過程。當(dāng)應(yīng)用已知的SENSE技術(shù)來計(jì)算完整視場(chǎng)的最終圖像時(shí)，還將該完整視場(chǎng)相對(duì)于減少場(chǎng)的尺寸稱為縮減因子或者簡單地作為SENSE因子。
上述已知的SENSE技術(shù)還可以用于三維成像(所謂3D SENSE)。在這種情況下，在兩個(gè)相位編碼方向上應(yīng)用子采樣，例如該MRI設(shè)備的笛卡爾坐標(biāo)系的y和z方向。因此，有兩個(gè)獨(dú)立的縮減因子，通常稱為Ry和Rz。在2D和3D SENSE中都存在的一個(gè)已知問題是，對(duì)于高SENSE因子，在SENSE重建期間必須展開的視場(chǎng)內(nèi)位置之間的距離變小。由于在接收天線的局部靈敏度之間的相應(yīng)較小的差別，這就導(dǎo)致了由于不穩(wěn)定矩陣求逆而導(dǎo)致的非預(yù)期的圖像偽影(artifact)。在3D SENSE中，重疊位置之間的距離通常大于在2D情況下的距離。但是，出現(xiàn)了一個(gè)問題，依賴于該獨(dú)立縮減因子Ry和Rz的選擇，重疊圖像值的數(shù)量(所謂局部SENSE因子)在預(yù)定視場(chǎng)內(nèi)變化很大。因此，圖像質(zhì)量在整個(gè)圖像中不恒定。在該重建圖像的一些區(qū)域中，甚至可以證據(jù)不足地說明，該SENSE算法的矩陣求逆運(yùn)算對(duì)局部圖像質(zhì)量有很不利的影響。
因此，很容易認(rèn)識(shí)到，需要一種改進(jìn)的磁共振成像設(shè)備，其能夠使用SENSE技術(shù)采集和重建高質(zhì)量三維MR圖像。因此，本發(fā)明的基本目的是提供一種MR設(shè)備，其被設(shè)置成自動(dòng)選擇子采樣方案以避免高的局部SENSE因子。
根據(jù)本發(fā)明，公開了一種用于對(duì)放置在穩(wěn)定和基本均勻的主磁場(chǎng)內(nèi)的身體進(jìn)行磁共振成像的設(shè)備。該設(shè)備提供有接收天線，其具有用于從該身體接收相位編碼磁共振信號(hào)的不同靈敏度曲線。本發(fā)明的設(shè)備被設(shè)置成通過在與預(yù)定視場(chǎng)一致的兩個(gè)相位編碼方向上子采樣而采集磁共振信號(hào)，重建包含重疊圖像值的三維圖像，以及根據(jù)該重疊圖像值和接收天線的靈敏度曲線而計(jì)算所述視場(chǎng)內(nèi)空間位置上的圖像值。其中，選擇子采樣方案以使重疊圖像值的最大數(shù)量最小化，并且同時(shí)使該重疊圖像值的位置之間的距離最大化。
本發(fā)明有利地能夠使用3D SENSE生成高質(zhì)量MR圖像，其中自動(dòng)選擇兩個(gè)相位編碼方向上的子采樣方案，例如基于由該MR設(shè)備的用戶所指定的總SENSE因子。本發(fā)明是基于這樣的理解，當(dāng)重疊圖像值的最大數(shù)量(局部SENSE因子)最小化并且同時(shí)該重疊圖像位置(所謂折疊距離)之間的距離最大化時(shí)，最終獲得的圖像質(zhì)量是最優(yōu)的。由于在理論上已知該縮減因子、所得局部SENSE因子和該重疊圖像位置之間的距離之間的相互依賴性，所以能夠很容易地通過對(duì)磁共振成像設(shè)備的計(jì)算機(jī)裝置適當(dāng)編程而自動(dòng)選擇根據(jù)本發(fā)明的子采樣方案。
根據(jù)本發(fā)明，有利地在兩個(gè)相位編碼方向上選擇子采樣方案以使其對(duì)應(yīng)于k-空間中的三角格。在3D SENSE中，以相位編碼方向在非矩形格中采樣k-空間使得能夠獲得任意的甚至非整數(shù)的縮減因子。而且，根據(jù)本發(fā)明使用該三角格是理想的，因?yàn)樗逃械貙⒅丿B圖像位置之間的距離保持為盡可能的大，并且同時(shí)將重疊圖像值的最大數(shù)量保持為盡可能的低。從而實(shí)現(xiàn)了在SENSE重建期間的更穩(wěn)定的矩陣求逆。
所提出的磁共振成像技術(shù)提供了選擇用于在兩個(gè)相位編碼方向(y和z方向)上的相位編碼步驟Δky和Δkz的最優(yōu)值的不同可能。一般地，這些相位編碼步驟遵循以下公式Δky=RyFOVy]]>和Δkz=RzFOVz,]]>其中FOVy和FOVz分別表示該預(yù)定視場(chǎng)在兩個(gè)相位編碼方向上的維度，并且其中Ry和Rz表示相應(yīng)的縮減因子。對(duì)于k-空間的三角采樣，在3D SENSE中的總SENSE因子可以定義為S=12RyRz.]]>根據(jù)本發(fā)明，為了優(yōu)化對(duì)于給定SENSE因子的圖像質(zhì)量，可以根據(jù)以下關(guān)系選擇該縮減因子13FOVyRy≤FOVzRz≤3FORyRy]]>在該關(guān)系的兩種極端情況下，該重疊圖像位置成六角形分布在幾何空間中。從而這些位置之間的距離在所有方向上都是恒定的。
對(duì)于給定的縮減因子Ry和Rz，再次在三角采樣k-空間的情況下，可以通過以下等式計(jì)算重疊圖像位置的最大數(shù)量(最大局部SENSE因子)
Smax=ceil(12·ceil(Ry)·ceil(Rz)),]]>其中ceil函數(shù)得到大于或等于其變量的最低整數(shù)。根據(jù)本發(fā)明選擇縮減因子Ry和Rz是可行的，以便可以滿足上述關(guān)系并且同時(shí)Smax獲得最小值。
在多數(shù)實(shí)際情況下，在一個(gè)相位編碼方向上的視場(chǎng)是一個(gè)至少兩倍于另一相位編碼方向的因子(FOVy＝2FOVz)。如果在這種情況下應(yīng)用三角采樣方案，就發(fā)現(xiàn)對(duì)于預(yù)定的總SENSE因子S，根據(jù)以下規(guī)則來選擇縮減因子Ry和Rz是特別有利的Rz＝2，Ry＝1..7對(duì)1≤S≤7，Rz＝3，Ry＝4.67..6對(duì)7≤S≤9，和Rz＝4，Ry＝4.5..8對(duì)9≤S≤16.
當(dāng)Rz是整數(shù)時(shí)，通過增加Ry可以獲得重疊圖像最大數(shù)量的緩慢增長。從而有效防止了高的局部SENSE因子。當(dāng)Rz以步長1增加時(shí)，該重疊距離也增加。這有助于進(jìn)一步改善圖像質(zhì)量。由于Rz根據(jù)上述等式僅能獲得三個(gè)不同整數(shù)值，所以當(dāng)總SENSE因子連續(xù)增加時(shí)，有利地僅有兩個(gè)間斷，從而對(duì)于本發(fā)明的磁共振設(shè)備用戶來說，重建圖像的圖像質(zhì)量是平穩(wěn)的。這有利地允許用戶選擇性地調(diào)節(jié)該總SENSE因子。
本發(fā)明不僅涉及一種設(shè)備，而且還涉及一種用于對(duì)放置在穩(wěn)定和基本均勻的主磁場(chǎng)內(nèi)的身體至少一部分進(jìn)行磁共振成像的方法。該方法包括以下步驟通過在與預(yù)定視場(chǎng)一致的兩個(gè)相位編碼方向上子采樣而采集磁共振信號(hào)，重建包含重疊圖像值的三維圖像，和根據(jù)該重疊圖像值和接收天線的靈敏度曲線而計(jì)算所述視場(chǎng)內(nèi)空間位置上的圖像值，其中，該子采樣方案對(duì)應(yīng)于三角格，并且被選擇以使重疊圖像值的最大數(shù)量最小化，并且同時(shí)使該視場(chǎng)內(nèi)重疊圖像值的位置之間的距離最大化。
一種適于執(zhí)行本發(fā)明的成像過程的計(jì)算機(jī)程序可以有利地在任何通用計(jì)算機(jī)硬件上執(zhí)行，其目前在醫(yī)療使用中用于磁共振掃描器的控制。該計(jì)算機(jī)程序可以在適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)載體上提供，例如CD-ROM或磁盤。可選地，它也可以由用戶從互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器上下載得到。
以下附圖公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，該附圖僅被設(shè)計(jì)用于示例性目的，而不是對(duì)于本發(fā)明的限定。在圖中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的磁共振掃描器的一個(gè)實(shí)施例，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的三角采樣方案，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明選擇子采樣方案的示意性表示。
在圖1中，將根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像設(shè)備1顯示為框圖。該設(shè)備1包括一組用于產(chǎn)生穩(wěn)定和均勻主磁場(chǎng)的主磁線圈2，和三組梯度線圈3、4和5，用于疊加具有可控強(qiáng)度和在選定方向上具有梯度的其他磁場(chǎng)。按照慣例，主磁場(chǎng)的方向標(biāo)記為z方向，垂直于它的兩個(gè)方向標(biāo)記為x和y方向。該梯度線圈通過電源11供電。設(shè)備1還包括輻射發(fā)射器6，天線或線圈，用于向身體7發(fā)射射頻(RF)脈沖，該輻射發(fā)射器6耦合到調(diào)制器8以產(chǎn)生和調(diào)制該RF脈沖。還提供有用于接收MR信號(hào)的接收天線10a、10b、10c，該接收天線例如可以是具有不同空間靈敏度曲線的分離的表面線圈。該接收的MR信號(hào)被輸入到解調(diào)器9。調(diào)制器8、發(fā)射器6以及用于梯度線圈3、4和5的電源11由控制系統(tǒng)12控制，以產(chǎn)生根據(jù)上述本發(fā)明用于SENSE成像的實(shí)際成像序列。該控制系統(tǒng)通常是具有存儲(chǔ)器和程序控制的微計(jì)算機(jī)。對(duì)于本發(fā)明的實(shí)際實(shí)施，它包括利用如上所述成像過程的描述而編程。解調(diào)器9耦合到數(shù)據(jù)處理單元14，例如計(jì)算機(jī)，用于根據(jù)已知的SENSE重疊算法將接收的磁共振信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像。該圖像可以例如在可視顯示單元15上顯示可見。
圖2示出了k-空間中的三角采樣格，根據(jù)本發(fā)明，它可以有利地使用。向量Δky、Δkz和Δkh定義了所描述的三角格。Δkh指向由Δky和Δkz定義的矩形中心。對(duì)于由幾何空間中的維度FOVy和FOVz定義的給定視場(chǎng)，應(yīng)用以下等式
Δky=RyFOVy]]>和Δkz=RzFOVz,]]>其中Ry和Rz表示在各個(gè)方向子采樣的縮減因子。
圖3的示意圖顯示了根據(jù)本發(fā)明對(duì)于最優(yōu)三角采樣方案的自動(dòng)選擇。曲線20顯示，對(duì)于給定總SENSE因子，Ry和Rz的互相依賴性服從等式S=12RyRz.]]>S可以例如由體現(xiàn)本發(fā)明特點(diǎn)的MR設(shè)備的用戶指定。在由兩條虛線21定義的圖上區(qū)域中，滿足以下關(guān)系13FOVyRy≤FOVzRz≤3FOVyRy]]>在該區(qū)域中，重疊圖像位置之間的距離最大。取決于曲線20的部分22的縮減因子Ry和Rz的組合被選擇為，使得該重疊距離以圖像質(zhì)量的形式最優(yōu)。圖3中所示的網(wǎng)格23示出了具有不同的重疊圖像位置最大數(shù)量Smax的區(qū)域。在實(shí)施k-空間三角采樣的情況下，可以根據(jù)以下等式在不同區(qū)域計(jì)算該最大局部SENSE因子SmaxSmax=ceil(12·ceil(Ry)·ceil(Rz)).]]>為了最優(yōu)的圖像質(zhì)量，自動(dòng)選擇取決于部分22的縮減因子Ry和Rz，以使得Smax獲得最小值。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)放置在穩(wěn)定和基本均勻的主磁場(chǎng)內(nèi)的身體(7)進(jìn)行磁共振成像的設(shè)備，具有用于從該身體(7)接收相位編碼磁共振信號(hào)的接收天線(10a，10b，10c)，該接收天線(10a，10b，10c)具有靈敏度曲線，其中該設(shè)備被設(shè)置成通過在與預(yù)定視場(chǎng)一致的兩個(gè)相位編碼方向(y，z)上進(jìn)行子采樣而采集磁共振信號(hào)，重建包含重疊圖像值的三維圖像，和根據(jù)該重疊圖像值和接收天線(10a，10b，10c)的靈敏度曲線而計(jì)算所述視場(chǎng)內(nèi)空間位置上的圖像值，其中，選擇子采樣方案從而使重疊圖像值的最大數(shù)量最小化，并且同時(shí)使該重疊圖像值的位置之間的距離最大化。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中在該兩個(gè)相位編碼方向(y，z)上的子采樣方案對(duì)應(yīng)于三角格。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中根據(jù)以下等式使用在該兩個(gè)相位編碼方向(y，z)上的相位編碼步驟Δky和ΔkzΔky=RyFOVy]]>和Δkz=RzFOVz,]]>其中FOVy和FOVz分別表示在兩個(gè)相位編碼方向上的該預(yù)定視場(chǎng)，并且其中Ry和Rz表示大于1的縮減因子。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中根據(jù)以下關(guān)系選擇該縮減因子13FOVyRy≤FOVzRz≤3FOVyRy.]]>
5.如權(quán)利要求3或4所述的設(shè)備，其中對(duì)于預(yù)定的SENSE因子S=12RyRz,]]>根據(jù)以下關(guān)系選擇該縮減因子Ry和RzRz＝2，Ry＝1..7對(duì)1≤S≤7，Rz＝3，Ry＝4.67..6對(duì)7≤S≤9，和Rz＝4，Ry＝4.5..8對(duì)9≤S≤16.
6.用于對(duì)放置在穩(wěn)定和基本均勻的主磁場(chǎng)內(nèi)的身體至少一部分進(jìn)行磁共振成像(MRI)的方法，該方法包括以下步驟通過在與預(yù)定視場(chǎng)一致的兩個(gè)相位編碼方向(y，z)上進(jìn)行子采樣而采集磁共振信號(hào)，重建包含重疊圖像值的三維圖像，和根據(jù)該重疊圖像值和接收天線的靈敏度曲線而計(jì)算所述視場(chǎng)內(nèi)空間位置上的圖像值，其中，該子采樣方案對(duì)應(yīng)于三角格，并且被選擇以使重疊圖像值的最大數(shù)量最小化，并且同時(shí)使該重疊圖像值的位置之間的距離最大化。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中根據(jù)以下等式來規(guī)定在該兩個(gè)相位編碼方向(y，z)上的相位編碼步驟Δky和ΔkzΔky=RyFOVy]]>和Δkz=RzFOVz,]]>其中FOVy和FOVz分別表示在兩個(gè)相位編碼方向上的該預(yù)定視場(chǎng)，并且其中Ry和Rz表示大于1的縮減因子，并且其中根據(jù)以下關(guān)系選擇該縮減因子13FOVyRy≤FOVzRz≤3FOVyRy,]]>
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中對(duì)于預(yù)定的SENSE因子S=12RyRz,]]>根據(jù)以下關(guān)系選擇該縮減因子Ry和RzRz＝2，Ry＝1..7對(duì)1≤S≤7，Rz＝3，Ry＝4.67..6對(duì)7≤S≤9，和Rz＝4，Ry＝4.5..8對(duì)9≤S≤16.
9.用于磁共振成像設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序，具有以下指令通過在與用戶預(yù)定視場(chǎng)一致的兩個(gè)相位編碼方向(y，z)上進(jìn)行子采樣而采集磁共振信號(hào)，重建包含重疊圖像值的三維圖像，和根據(jù)該重疊圖像值和接收天線的靈敏度曲線而計(jì)算所述視場(chǎng)內(nèi)空間位置上的圖像值，其中，該子采樣方案對(duì)應(yīng)于三角格，并且被選擇以使重疊圖像值的最大數(shù)量最小化，并且同時(shí)使該重疊圖像值的位置之間的距離最大化。
10.如權(quán)利要求9所述的計(jì)算機(jī)程序，其中根據(jù)以下等式來使用在該兩個(gè)相位編碼方向(y，z)上的相位編碼步驟Δky和ΔkzΔky=RyFOVy]]>和Δkz=RzFOVz,]]>其中FOVy和FOVz分別表示在兩個(gè)相位編碼方向上的該預(yù)定視場(chǎng)，并且其中Ry和Rz表示大于1的縮減因子，并且其中根據(jù)以下關(guān)系選擇該縮減因子13FOVyRy≤FOVzRz≤3FOVyRy.]]>
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)放置在穩(wěn)定和基本均勻的主磁場(chǎng)內(nèi)的身體(7)進(jìn)行磁共振成像的設(shè)備(1)。為了提供被設(shè)置成自動(dòng)選擇用于三維SENSE的最優(yōu)子采樣方案的MR設(shè)備(1)，本發(fā)明建議選擇該子采樣方案以使重疊圖像值的最大數(shù)量最小化，并且同時(shí)使該預(yù)定視場(chǎng)內(nèi)重疊圖像值的位置之間的距離最大化。
文檔編號(hào)G01R33/561GK1977181SQ200580021655
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者M·P·J·于里森, M·福德勒 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司