在記錄磁共振測量數據時確定運動的方法及相關設備的製作方法

2023-07-13 20:36:36

專利名稱：在記錄磁共振測量數據時確定運動的方法及相關設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在記錄磁共振測量數據期間確定受檢對象的運動的方法。 此外，本發明涉及一種相關的磁共振設備。
背景技術：
磁共振技術(在下面筒稱磁共振為MR)是一種公知的技術，用該技術可 以產生受檢對象內部的圖像。為此，將受檢對象在MR設備中定位在相對強的 靜態均勻基本磁場中(場強從0.2特斯拉到7特斯拉或更強)，從而使其核自旋 沿著基本磁場取向。為了觸發核自旋共振，將高頻激勵脈沖入射到受檢對象中， 測量所觸發的核自旋共振並基於它們再現MR圖像。為了對測量數據進行位置 編碼，將快速接通的磁梯度場與基本磁場相疊加。將所記錄的測量數據數位化， 並作為複數值保存在k空間矩陣中。藉助多維傅立葉變換可以由存有值的k空 間矩陣再現所屬的MR圖像。MR成像由於其相對長的測量時間而是運動敏感的，也就是，在記錄測量 數據期間，受檢對象的運動有時可以造成圖像質量的明顯限制。因此，有各種方法，嘗試檢測受檢對象的運動，並將如此獲得的信息要麼 應用於改進的圖像數據的再現，要麼應用於測量系統對隨後的測量數據記錄預 期的匹配。相對昂貴的方法應用外部標記和結構，用這些標誌和結構可以三維地在空 間用光學手段採集並考慮運動。然而，這類方法要求有附加的硬體，因此造成 高昂的成本費用，致使這類方法一般不被採用。此外有一些方法，在這些方法中特殊設計的測量序列使得可以檢測運動。 在PROPELLER技術的對測量數據的記錄中，例如在文獻J.G. Pipe "Periodically Rotated Overlapping Parallel Lines with Enhanced Reconstruction (PROPELLER) MRI; Application to Motion Correction", ISMRM 1999, Abstract Nr. 242中闡述的 那樣，例如分段掃描k空間矩陣，其中各個k空間段相互旋轉，致使用每個k空間段來掃描k空間的中央區域。對k空間中央區域的過掃描使得可以檢測在 掃描各k空間段之間出現的運動並在圖像再現時加以考慮。另 一種方法用在功能MR成像(也作為fMRI "functional MR imaging"而公 知)中，並以名稱PACE ( "prospective acquisition correction")而公知。在此在 給測試人員提供各種刺激時，順序地記錄大腦的完整的多層單觸發(Multi-Slice single-shot)回波平面成像(EPI， "echo planer imaging")數據組。為了能夠將 重複記錄的數據組彼此進行比較，必須使三維數據組彼此相同地定位和定向。 在PACE方法中，在記錄測量數據時對數據組進行分析，使得後續數據組的記 錄是在考慮受檢對象的可能改變的位置下進行的。然而，這裡介紹的這些方法是按照所應用的測量序列的特殊設計制定的， 並且通常不能移植到其它測量序列上。另 一種常用的用於識別和/或校正在記錄測量數據期間出現的運動的方法 應用所謂的導航信號，也稱為導航回波。進行這種記錄時，除了要存儲在相應於要產生的圖像的k空間矩陣中的實 際的測量數據外，還要一起記錄附加的數據，即所謂的導航信號。這些導航信 號使得可以檢測在記錄測量數據期間受檢對象出現的運動，並可以在需要時在 再現MR圖像時加以考慮，從而避免運動偽影的出現。在此，通常通過導航信號掃描k空間矩陣一個較小的區域，例如一個k空 間行或k空間矩陣的一個較小的中央段。通過就其振幅和相位來說比較用導航 信號掃描的k空間值，可以檢測在兩個導航信號掃描之間可能出現的運動，和/ 或在再現圖像時給予考慮。在記錄這類導航信號時，根據導航信號的複雜性有時會使測量序列的測量 持續時間明顯提高。因此，有必要對那些藉助導航信號檢測受檢對象的可能運動的方法進行改進。發明內容因此，本發明要解決的技術問題在於，提供一種用於確定在記錄磁共振數 據組的測量數據期間受檢對象的運動的方法，該方法需要較少的測量時間和計 算時間並可用於很多測量序列。此外，本發明要解決的技術問題還在於提供一種MR設備，用該設備，可以在使用較少的測量時間延長和計算時間延長的同 時，在記錄磁共振數據組的測量數據期間檢測受檢對象的運動並具有多種可用 性。因此，本發明的技術問題通過一種用於在記錄磁共振數據組的測量數據期 間確定受檢對象的運動的方法來解決，其藉助至少兩個具有不同空間位置的天 線元件來實現，其中，測量數據的記錄包括在每個入射的激勵脈衝之後採用一 個導航信號，以及其中，在該至少兩個天線元件中、在考慮該天線元件的空間 位置的情況下、由導航信號的信號強度變化來確定在記錄測量數據期間在兩個 激勵脈衝之間受檢對象的運動。按照本發明的方法，就天線元件的不同空間位置來測量導航信號的強度。 與用一個導航信號掃描k空間矩陣的一段並對由此得到的振幅值和相位值進行 分析的常規方法相反，按照本發明可以只對導航信號的信號強度進行分析，從 而可以較快且簡單的方式記錄導航信號。按照本發明的方法，對於確定受檢對 象的運動所需的導航信號的數據量較小，允許高效和快速地計算運動參數，從而測量序列的性能只受到無關緊要的限制。導航信號的接收可以在不到10ms 內或更少，如在5 ms內或更少時間內完成，無論如何都會在少於100 ms之內 完成，從而序列的測量時間基本不受影響。有利的方式是，在確定受檢對象的運動時，分別考慮至少兩個天線元件的 空間靈敏度特性。由此，可以更準確地確定受^r對象的運動。以優選的方式，直接在一個實施激勵脈沖的再聚焦脈沖之後記錄導航信 號。在該時刻，可測量到較強的核共振信號，從而在此可以良好的信噪比來記 錄導航信號。此外，在該時刻對於大多數常用的測量序列來說並不記錄對實際 圖像信息編碼的數據，從而可以將已經存在的測量序列擴展到記錄導航信號， 從而可以在擴展了的測量序列中實施本發明的方法。以優選的方式，在不射入梯度場的情況下記錄導航信號。可以將這樣實施 的記錄沒有大問題地集成到已有的測量序列中，因為沒有接通用於記錄的梯度 場，而在其它情況下該梯度場須與在測量序列期間接通的其它梯度場相調協。 在此，可以非常好的信噪比來實施記錄。在一優選實施方式中，在確定受檢對象的運動時，還考慮在檢查對象中通 過激勵脈沖^f皮激勵成共振的核自旋相對於天線元件的空間位置的位置。據此就是當MR檢查沒有遵循標準規程時也可以正確的方式檢測運動，在該規程中例 如被激勵的體積、如一個層的位置相對於至少兩個天線元件的空間位置在一開 始就是已知的並且確定受檢對象的運動已與之相協調。在這個實施方式中，例 如也可以任意選擇層的取向並且將對受檢對象運動的確定靈活地與之相調諧。本發明的技術問題還通過一種包括控制單元的磁共振設備來解決，該控制 單元用於實施本發明的方法。


下面對照附圖結合實施例對本發明作進一步說明。其中圖1示意性示出MR設備的結構，圖2示意性示出本發明方法的一個實施方式的概貌，圖3示出受檢查患者的頭部，其定位在包括多個天線元件的天線陣列中，圖4示出天線元件的空間靈敏度特性，圖5示出在受檢的頭部運動之前和之後在天線元件中測得的信號強度，以及圖6示意性示出脈沖序列圖，在該脈沖序列中，在再聚焦脈沖之後記錄導 航信號。
具體實施方式
圖1示意性示出配備有其主要部件的磁共振設備1的結構。為了藉助磁共 振成像檢查身體，施加各種在其時間和空間特性上彼此最準確調諧的磁場。設置在高頻技術屏蔽的測量室3中的強石茲鐵、通常是帶有隧道形開口的低 溫磁鐵5，產生通常為0.2特斯拉至3特斯拉或更高的靜態強主磁場7。待檢查 的身體或身體部分(在此未示出)被安置在患者臥榻9上並定位在主磁場7的 均勻區域中。通過磁高頻激勵脈沖來激勵身體的核自旋，高頻激勵脈沖通過在此作為體 線圈13示出的高頻天線射入。該高頻激勵脈沖由受脈沖序列控制單元17控制 的脈沖發生單元15產生。高頻激勵脈沖在通過高頻放大器19放大之後被傳送 到高頻天線。在此示出的高頻系統只是示意性的。通常在一臺磁共振設備l中 使用多個脈衝發生單元15、多個高頻放大器19和多個高頻天線。此外，磁共振設備1具有梯度線圏21,在測量時用這些線圈射入用於選擇 層激勵和用於對測量信號進行位置編碼的磁梯度場。梯度線圈21由梯度線圏控制單元23控制，其與脈衝發生單元15 —樣也與脈沖序列控制單元17連接。由激勵的核自旋發出的信號，由體線圈13和/或局部線圈25接收，通過對 應的高頻放大器27放大並由接收單元29進一步處理和數位化。對於既可以在發送模式也可以在接收模式下運行的線圏來說，例如體線圏 13,通過連接在前的發送接收轉接器(Weiche) 39來調節正確的信號傳導。圖像處理單元31由測量數據產生圖像，該圖像通過操作控制臺33展示給 應用者或存儲在存儲單元35中。中央計算機單元37控制各個設備組件。在此 該計算機單元37設計成用於實施本發明的方法。圖2示意示出本發明方法的實施方式的概貌。如在MR技術中通常的那樣， 在入射用於觸發受檢對象中的核共振信號的激勵脈衝51之後，記錄測量數據 53。為了能夠確定在兩個不同時刻入射的激勵脈沖51之間受檢對象位置的改 變，對隨後的測量數據53的記錄分別包括一個導航信號。在此利用至少兩個具有不同空間位置的天線元件來記錄測量數據53。受檢 對象在兩個激勵脈沖51之間的位置改變暗示著受檢對象相對於該至少兩個天 線元件的空間位置的改變。這會造成在激勵脈衝51之後記錄的各導4元信號的信 號強度的改變55。由此，與天線元件的空間位置57—起來確定59受檢對象出 現的運動。特別有利的方式是，可以在確定59受檢對象的運動時同樣考慮天線元件 的靈敏度特性61,因此可以更準確地確定59受^r對象的運動。在確定59受檢 對象的運動時，同樣還可以考慮在受檢對象中通過激勵脈沖被激勵成共振的核 自旋相對於天線元件空間位置57的位置62，這尤其在應用具有可自由選擇的 被激勵核自旋的體積的位置、如其層位置/層取向的非標準化的檢查規程時是有 利的。本發明的方法可以在不同類型的序列中使用。 一方面，當分段掃描屬於 MR圖像的k空間矩陣時，其中k空間段的測量數據53分別在激勵脈衝51之 後被掃描，就可以使用該方法。但是另一方面，當順序地產生多個MR圖像時， 其中通過本發明的方法可以4全測到兩個MR圖像之間出現的運動，也可以使用 該方法。通過確定59受檢對象的運動而獲得的信息可以以不同的方式利用。例如， 這些信息可用來減少在由記錄的測量數據53再現MR圖像時的運動偽影。但也 可以以預期的方式應用這些信息，使測量序列在檢測到運動之後與受檢對象的 改變了的位置相匹配。因此，在記錄時就已經產生測量數據53,從這些測量數 據中可以再現具有較微小運動偽影的MR圖像或為後續的處理已經儘可能準確 地彼此對準的MR圖像。圖3示出的是在大腦成像時本發明方法的可行的應用可能性。此時，用天 線陣列63來記錄測量數據53,該天線陣列包括八個單個的天線元件65,這些 元件分別具有不同的空間位置。受檢查患者的頭部67定位在天線陣列63中。 在記錄測量數據期間，頭部67的可能的位置改變69通過虛線表示。圖4示意性示出天線元件65的靈敏度特性。其中，繪出的是由對象在天 線元件65中引起的信號強度與對象到天線元件65的距離r的關係。對象距天 線元件65越遠，在天線元件65中感應出的信號的強度就越弱。這意味著，當 受檢對象相對於天線元件65運動時，由天線元件65測量的導航信號的信號強 度改變，如圖5所示。實線相當於在患者頭部67特定位置上導航信號的信號強 度，虛線相當於頭部67的位置改變69之後的等效導航信號的信號強度。如在圖3中所示，如果頭部67向它的左側運動，則根據在圖4和圖5的 實施方式，在安在左耳上的天線元件65'中導航信號的強度得到最強的增強，而 在安在右耳上的天線元件65〃中導航信號的強度則最明顯地降低。而在前額和 腦後的天線元件65〃'中導航信號的強度則基本上保持不變；在其餘傾斜設置的 天線元件中，導航信號強度的增強或減弱表現得要比在側面的天線元件中的弱。這種信號強度的改變現在可以被定量地進行分析，例如從導航信號的信號 強度的改變中藉助數學計算來實時地確定所出現的運動。替代地也可以將信號 強度的改變與以前測量的並存儲的通過不同的運動模式引起的改變模式進行比 較，並由此確定運動。圖6示出的優選測量序列的示意結構，在該測量序列中對測量數據的記錄 包括在一個激勵脈衝之後記錄導航信號，該導航信號在本發明的方法中用於確 定受檢對象的運動。在第一行顯示的是入射的高頻激勵脈沖RJF (radio frequency,射頻)，在此 其例如是卯。激勵脈沖。下面三行表示在層方向S、相位編碼方向P以及讀出方向R上的被激勵的梯度場Gs， Gp和GR。在此示出在卯。激勵脈衝期間在層方 向S上被激勵的層選擇梯度以及隨後的再聚焦脈沖。由此實現，只將位於受檢 對象特定層的核自旋激勵成共振。此後接著的行示出在受檢對象中感應出的核 共振信號(信號)。在最後一行(ADC-取樣)以黑短線示出通過掃描核共振信 號來記錄測量信號的時間點。所示出的黑短線73表徵對導航信號的記錄，其在 層再聚焦結束之後幾毫秒進行。在此所示出的僅是測量序列中的開始部分，在該部分示出導航信號的記 錄，在激勵脈衝期間接通帶有再聚焦脈衝的梯度場之後，利用該導航信號測量 所感應出的核共振。該測量序列隨後的變化通過灰色矩形71表示，其對於本發 明的方法無關緊要，可以以不同的方式實施。
權利要求
1. 一種用於在記錄磁共振數據組的測量數據(53)期間確定受檢對象的運動的方法，藉助至少兩個具有不同空間位置(57)的天線元件(65)，其中，測量數據(53)的記錄包括在每個入射的激勵脈衝(51)之後採用一個導航信號，以及其中，在該至少兩個天線元件(65)中、在考慮該天線元件(65)的空間位置(57)的情況下、由導航信號的信號強度變化(55)來確定在記錄測量數據期間在兩個激勵脈衝(51)之間受檢對象的運動。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在確定受檢對象的運動時， 分別考慮所述至少兩個天線元件(65)的空間靈敏度特性(61)。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，直接在一個所述激勵脈 衝(51)時實施的再聚焦之後記錄所述導航信號。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，在不射入梯度 場的情況下記錄所述導航信號。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，在確定受檢對 象的運動時，還附加地考慮在受檢對象中通過激勵脈衝激勵成共振的核自旋相 對於天線元件(65)的空間位置(57)的位置(62)。
6. —種磁共振設備，具有控制單元(37)，其用於實施根據權利要求1至 5中任一項所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種用於在記錄磁共振數據組的測量數據(53)期間確定受檢對象的運動的方法，藉助至少兩個具有不同空間位置(57)的天線元件(65)，其中，測量數據(53)的記錄包括在每個入射的激勵脈衝(51)之後採用一個導航信號，以及其中，在該至少兩個天線元件(65)中、在考慮該天線元件(65)的空間位置(57)的情況下、由導航信號的信號強度變化(55)來確定在記錄測量數據期間在兩個激勵脈衝(51)之間受檢對象的運動。此外，本發明還涉及一種用於實施該方法的具有控制單元(37)的磁共振設備。
文檔編號A61B5/055GK101281242SQ200710185790
公開日2008年10月8日 申請日期2007年11月27日 優先權日2006年11月27日
發明者岡納·克魯格, 阿恩·利特曼 申請人:西門子公司