運動校正的多核磁共振成像的製作方法

2023-12-06 12:01:56

運動校正的多核磁共振成像的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種獲取對象的MR圖像(200-216)的方法，所述對象至少包括第一和第二種核子，所述方法包括：採集(300；304)所述對象的第一MR圖像數據(200；202；204)，其中，所述第一核子被激勵；採集(302)所述對象的第二MR圖像數據(206-216)，其中，所述第二核子被激勵；分析所述第一MR圖像數據(200；202；204)；基於所述分析確定描述所述對象的運動的運動參數；使用所述運動參數對所述第一MR圖像數據和/或第二MR圖像數據(206-216)進行運動校正。
【專利說明】運動校正的多核磁共振成像
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於採集對象的磁共振(MR)圖像的方法，一種用於採集對象的MR圖像的磁共振成像設備以及一種包括計算機可執行指令的電腦程式產品。
【背景技術】
[0002]磁共振成像(MRI)是醫學中的主要成像技術之一。MRI能夠產生軟組織的詳細圖像。在MRI中，使用在組織內部發現的各種化合物的特定屬性來產生圖像，例如，最常用於此目的的是水。在受到強外部磁場作用時，質子1H將與該外場對齊，結果產生淨磁矩。在受到射頻RF脈衝激勵之後，這個磁化強度將產生能夠檢測到的RF信號。該RF信號的特點是與磁場強度相關的頻率。因此，使用磁場梯度對空間信息編碼，根據檢測到的信號重構圖像需要用到空間信息。
[0003]在一些情況下，當組織對比度不足以獲得滿意的臨床信息時，使用人工造影劑。一些造影劑具有永久的磁偶極子，這會影響到附近水質子的馳豫過程，從而產生圖像對比度的局部變化。其他造影劑包含不會在人體中自然發生的物質核子，例如用自然同位素的符號19F表示的氟。在這種情況下，如果對所述特定核子進行數據採集，僅僅可檢測到的信號將源自所添加的(氟)造影劑而不是來自周圍組織。
[0004]氟MRI數據中完全沒有質子組織信號使得這種成像方法尤其適用於目標化分子成像，其中，構成目標造影劑(tCA)以結合到身體中特定的生物標記。基於它們對於特定疾病的特異性選擇這些生物標誌，於是，它們包含了有價值的診斷信息。這種生物標記的示例是ανβ3，這是一種血管發生期間上調的受體蛋白質。
[0005]通常，tCA由充當載體的核以及附著於所述核的配位體構成。配位體具體而言是抗體或其片段。核本身通常包含大量的氟原子。這可以是例如氟化合物的乳液或填充了全氟化合物的聚合物膠囊。然而，通常生物標記的濃度將非常低。這種低摩爾濃度使得19F的MR信號相對於1H的信號低。19F信號的高解析度成像是可能的，但這需要對19F信號取平均，以便增大信噪比(SNR)。取平均需要多次採集，因此需要額外的採集時間。此外，像全氟化碳的等容分子表現出大的化學位移，必需要對其進行校正以獲得最佳的SNR和無歧義的結果。因此，必需要採用化學位移校正的採集和相關的頻譜MRI方法，這一般會額外地耗費相當多時間。
[0006]以前已經提出了各種用於對多種核子進行磁共振成像的方法和系統。例如，EP O498 539 BI公開了一種磁共振設備，用於對氫和磷核子同時成像或光譜分析，這也適用於其他多核成像光譜應用。WO 2005/106518 Al公開了一種能夠在幾個RF頻率處進行磁共振成像的磁共振成像設備。在EP 758 75UEP O 955 554 BI和WO 2005/106519中公開了涉及相同主題的其他磁共振成像設備。
[0007]然而，由於採集MR圖像數據通常由多次MRI測量構成，以便對MRI信號取平均來提高信噪比，因此必需確保在測量期間圖像未受到生理性運動或變形的影響，這是由於在對象的不同狀態下進行的這組測量不能立即得到比較。採集MR數據期間對象的運動產生如相位編碼方向中的模糊或重影的圖像缺陷。
[0008]因此，MRI期間對象運動的原因可能有多種。一個示例是心臟的周期性運動或肺的呼吸運動。
[0009]解決由於被成像對象運動導致的MR圖像失真問題的一種可能是在MRI中進行運動校正。用於MRI的運動校正以很多種形式存在。在周期性運動的情況下，可以通過用外部裝置監測運動並始終與運動同時採集信號來進行運動估計。心臟運動是這種運動的典型示例。在通常是呼吸運動的平移運動的情況下，通過被稱為導航儀的鉛筆形體積測量隔膜的位置，基於此進行估計，隔膜位置是在正常MR圖像數據之外採集的。補償通常基於周圍解剖數據的剛性平移或仿射變換。可以在US 7，127，092和US6，888，915中找到用於減少磁共振成像中運動偽影的示例。
[0010]然而，在組織運動隨時間不規則變化且在整個體積中都複雜的情況下，用於運動估計和校正的傳統方法失效了。這種不規則且複雜的運動通常發生在腸內。即使在校正呼吸作用之後，小腸的蠕動也會通過將相鄰的腸段朝著結腸推擠而導致複雜的位移模式。儘管結腸自身也呈現出蠕動，但其重複的局部束窄以不規則模式出現，因此是不可預知的。對腸管進行化學定位，例如，使用東莨菪鹼注射，僅僅在較短時間內有效，這一時間一般對於CT而言是足夠的，但對於MRI而言不夠長。

【發明內容】

[0011]本發明旨在通過同時或交叉採集質子圖像和其他核子，例如13c、19F或31P的圖像來解決這個問題。由此可以將對迅速檢測生理活動高度靈敏的1H圖像用於計算運動校正。
[0012]本發明提供了一種用於採集對象的MR圖像的方法，所述對象至少包括第一和第二種核子，所述方法包括採集所述對象的第一 MR圖像數據，其中，激勵所述第一核子。同時或在下一步驟中，採集對象的第二 MR圖像數據，其中，激勵所述第二核子。分析第一 MR圖像數據，基於所述分析確定描述對象運動的運動參數。最後，利用所述運動參數對所述第一MR圖像數據和/或第二 MR圖像數據進行運動校正。在校正之後，可以對從經校正的第二MR圖像數據得到的多個圖像相加，以提高信噪比。通過執行根據本發明的方法，能夠採集到具有良好信噪比的對象的第二 MR圖像數據。
[0013]對於目標造影劑而言這尤其重要，這使得該方法尤其適於檢測特定疾病。例如，可以通過特異性結合到癌細胞的19F標記抗體檢測所述癌細胞。在注射到人體中之後，氟標記抗體大致均勻地分布在人體中。在採集19F MR圖像數據的情況下，在相應的MR圖像中將僅能見到源於所述均勻分布的19F標記抗體的均勻背景(噪聲)信號。然而，在存在相應癌細胞時，抗體可以結合到所述癌細胞上並聚集在身體中的那些癌細胞區域處。這引起氟原子堆積在所述位置處，可以在相應的19F MR圖像中容易地檢測到這種情況，這是因為由於高濃度氟原子的原因，這些區域在圖像中亮度增大，呈現為亮斑。利用根據本發明的圖像採集，可以在長的時間尺度上進行19F MR圖像數據的採集，這是因為組織的任何幹擾運動都得到了補償。
[0014]對於目標造影劑而言，如果造影劑還包含影響1H圖像中對比度的實體，預計該方法能夠發揮更好效果，例如，可以將基於釔的造影劑用於這一目的。
[0015]通常，僅在可以將採集的圖像數據與被研究組織的內部結構相關的情況下，基於多種核子的磁共振成像才有意義。由此，通過傳統的基於1H核子的MRI揭示出解剖學信息。由於這需要1H數據和第二種被成像核子的數據的適當空間對應，因此必需要避免任何組織運動。然而，通過採用根據本發明的方法，即使在存在組織運動的情況下，也能夠實現質子數據和被成像核子的圖像數據的適當空間對應。
[0016]根據本發明的實施例，同時進行所述第一和第二核子的激勵。或者，所述第一核子的激勵與所述第二核子的激勵交替進行。第一備選方案提供了無需額外掃描時間檢測運動的優點。然而，第二備選方案被視為優選的數據採集方法，這是因為這種方案能夠利用最佳設備測量參數採集第一 MR圖像數據，並利用相應的最佳設備測量參數採集第二 MR圖像數據。典型地，對於不同種類的核子，最佳設備測量參數是不同的。
[0017]示例是使用氟化合物，諸如全氟化碳或也稱為全氟溴烷?的過氟辛基溴化物(PFOB)，PFOB是經FDA批准的19F化合物。這種氟化合物往往表現出大的化學位移。因此，這需要一種校正了化學位移的採集，這相當耗費時間，從而需要較大的體素尺寸，以將總成像時間保持在實際界限之內。由此，體素是像素的3D等價物。採集高解析度圖像，即:具有較小體素尺寸，將對應於大量的數據點，這些都必需要對所述化學位移進行校正。於是，總的數據採集時間將不可接受。解決方案是針對MR場梯度使用相應的控制序列，從而能夠使用較大體素尺寸。
[0018]然而，相反，這種較大的體素體積會使得在1H MR圖像數據採集的情況下相當難以精確地進行運動跟蹤以對第一 MR圖像數據和/或第二 MR圖像數據進行運動校正。這意味著，在同時進行第一和第二核子的激勵時，在同一時刻使那些核子經受相同的磁場梯度，使得兩個數據集的時間和空間解析度緊密耦合。對於像呼吸中的平移運動那樣的簡單大尺度運動模式而言，同時採集質子和其他核子可能是最高效的，這是因為運動估計不需要額外的測量時間。然而，尤其是在複雜運動的情況下，可能難以同時符合上述空間和時間要求。通過以交替或交叉方式進行第一和第二核子的激勵，可以解決這些問題，並可以利用相應的最佳設備測量參數——例如針對19F成像的大體素尺寸，針對1H成像的小體素尺寸——形成每次數據採集。
[0019]根據本發明的實施例，所述運動參數描述採集所述第一 MR圖像數據和/或第二 MR圖像數據期間所述對象的運動。可替代地，所述參數描述採集所述第一 MR圖像數據和/或第二 MR圖像數據之後所述對象的估計運動。這樣能夠以內插或外插方式執行根據本發明的方法。
[0020]根據本發明的實施例，該方法還包括確定質量度量，其中，所述質量度量是描述所確定的運動參數的可靠性的值。基於質量度量確定採集第一 MRI數據的採集時間。這樣的優點在於永久地確保了精確的運動檢測。通過至少單個運動前估計形成質量度量。由此，針對每個時刻產生了用於整個估計或質量度量的多維分布的全局值。任選地，也可以將來自一個或多個時刻的參照數據用作確定質量度量的依據。
[0021 ] 根據本發明的實施例，第一 MR圖像數據和/或第二 MR圖像數據是單維或多維MRI數據。採集第一 MR圖像數據包括第一數據採集步驟和第二數據採集步驟，其中，在第一數據採集步驟和第二數據採集步驟之間進行第二 MR圖像數據的採集。由此，例如，可以將第一採集步驟中採集的第一 MR圖像數據用於確定要應用於在第二數據採集步驟中採集的第二 MR圖像數據的適當運動校正，以便對第二 MR圖像數據進行運動校正。[0022]根據本發明的實施例，在第一時間點針對對象位置進行第一 MR圖像數據的運動校正，且在第二時間點針對所述對象位置進行第二 MR圖像數據的運動校正，其中，所述第一和所述第二時間點基本相同。如果必需要將從第一校正的第一 MR圖像數據獲得的MR圖像疊加到從運動校正的第二 MR圖像數據獲得的MR圖像，這就是必需的。由於在極端情形下，第二 MR圖像僅示出表示身體中特定區域中累積的相應核子的亮斑，因此可以將疊加的第一 MR圖像用於在空間上相對於被成像對象定位所述區域。
[0023]根據本發明的實施例，所述第一種核子包括1H核子，所述第二種核子包括例如13C或19F或31P核子。由此在整個圖像研究期間自然呈現出1H核子，並且由於1H核子的MR靈敏度高，可以容易地基於從所述1H核子採集的MR圖像數據進行運動校正。相反，可以結合目標造影劑使用第二種核子來有效地定位特定種類的疾病，例如癌細胞。
[0024]根據本發明的實施例，利用塊匹配算法和/或相平面算法和/或光學流量計算算法分析所述第一MR圖像數據以確定描述所述對象運動的運動參數。通常，可以使用現有技術公知的任何種類的重構運動對象圖像的方法來執行根據本發明的方法。塊匹配算法可以是3維遞歸搜索(3DRS)。
[0025]根據本發明的實施例，採集第一 MR圖像數據和/或採集第二 MR圖像數據包括多次數據採集。於是，可以實現高信噪比。
[0026]根據本發明的實施例，利用調諧到對應於所述第一種核子的第一拉莫爾頻率的第
一RF線圈進行所述第一 MR圖像數據的採集，且其中利用調諧到對應於所述第二種核子的第二拉莫爾頻率的第二 RF線圈進行所述第二 MR圖像數據的採集。優選地，僅利用一個公共第一 RF線圈進行第一 MR圖像數據的採集和第二 MR圖像數據的採集，其中，第一 RF線圈可分別調諧到第一和第二種核子的第一和第二拉莫爾頻率。
[0027]此外，可以採用雙重諧振(甚至多重諧振)公共第一 RF線圈，其能夠同時從第一和第二種核子採集MR數據，無需在不同核子的採集之間重新調諧。於是，可以使用任何現有技術的磁共振設備來執行根據本發明的方法。為了執行運動校正的多核MR成像，僅需要改造特定放大器、濾波器和其他硬體部件。
[0028]根據本發明的實施例，該方法還包括校正所述第一 MR圖像數據和/或第二 MR圖像數據的化學位移。這是必需的，因為例如與1H MRI相比，19FMRI表現出更大的化學位移，使得由氟原子導致的峰分裂相當大，不容易重新組合成單個信號。由於將「頻率」用作在MRI中位置的指示，這轉換成圖像的重影，因此轉換成MRI滑動選擇的不精確定位。第一 MR圖像數據和/或第二 MR圖像數據的化學位移校正解決了這個問題。
[0029]在另一方面中，本發明涉及一種用於採集對象的MR圖像的磁共振成像設備，所述對象包括至少第一和第二種核子，所述設備包括:用於採集對象的第一 MR圖像數據的部件，用於採集對象的第二 MR圖像數據的部件，用於分析所述第一 MR圖像數據的部件，用於分析所述第一 MR圖像數據的所述部件適於確定描述所述對象運動的運動參數，以及使用所述運動參數對所述第一 MR圖像數據和/或第二 MR圖像數據進行運動校正的部件。
[0030]根據本發明的實施例，該設備還包括用於確定質量度量的部件，其中，所述質量度量是描述所確定的參數的可靠性的值。
[0031 ] 根據本發明的實施例，該設備還包括用於校正所述第一 MR圖像數據和/或第二 MR圖像數據的化學位移的部件。[0032]根據本發明的實施例，用於採集所述第一 MR圖像數據的部件包括可調諧到對應於所述第一種核子的第一拉莫爾頻率的第一 RF線圈，並且其中，用於採集所述第二 MR圖像數據的部件包括可調諧到對應於所述第二種核子的第二拉莫爾頻率的第二 RF線圈。
[0033]根據本發明的實施例，用於採集所述第一 MR圖像數據的部件和用於採集所述第
二MR圖像數據的部件包括第一 RF線圈，第一 RF線圈可分別調諧到第一和第二種核子的第一和第二拉莫爾頻率。
[0034]根據本發明的實施例，用於採集所述第一 MR圖像數據的部件和用於採集所述第
二MR圖像數據的部件包括第一 RF線圈，第一 RF線圈為雙重調諧線圈，其同時分別在第一和第二種核子的第一和第二拉莫爾頻率上諧振。
[0035]在另一方面中，本發明涉及一種包括計算機可執行指令的電腦程式產品，所述可執行指令用於執行根據本發明的採集對象MR圖像的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]在下文中，參考附圖，僅以舉例方式更詳細地描述本發明的優選實施例，附圖中:
[0037]圖1是磁共振成像設備實施例的方框圖；
[0038]圖2示出了方框圖，示出了採集運動校正MR圖像數據的方法；
[0039]圖3示出了流程圖，示出了對MR圖像數據進行運動校正的方法；
[0040]圖4示出了另一詳細方框圖，示出了用於對MR圖像數據進行運動校正的系統。
[0041]附圖標記列表
[0042]
【權利要求】
1.一種用於採集對象的MR圖像(200-216)的方法，所述對象包括至少第一和第二種核子，所述方法包括: -採集(300 ；304)所述對象的第一 MR圖像數據(200 ；202 ;204)，其中，所述第一核子被激勵， -採集(302)所述對象的第二 MR圖像數據(206-216)，其中，所述第二核子被激勵， -分析所述第一 MR圖像數據(200 ；202 ；204)， -基於所述分析確定描述所述對象的運動的運動參數， -使用所述運動參數對所述第一和/或第二 MR圖像數據(206-216)進行運動校正。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，同時進行所述第一和第二核子的激勵。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一核子的激勵與所述第二核子的激勵交替進行。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，利用最佳設備測量參數進行所述第一MR圖像數據(200 ;202 ;204)的採集，且其中，利用最佳設備測量參數進行所述第二 MR圖像數據(206-216)的採集。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述運動參數描述採集所述第一MR圖像數據和/或所述第二 MR圖像數據(206-216)期間所述對象的運動。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述運動參數描述採集所述第一MR圖像數據和/或所述第二 MR圖像數據(206-216)之後所述對象的估計運動。
7.根據權利要求1所述的方法，還包括確定質量度量，其中，所述質量度量是描述所確定的運動參數的可靠性的值。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，基於所述質量度量，確定用於採集所述第一MR圖像數據(200 ；202 ；204)的採集時間。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一和/或第二MR圖像數據(206-216)是單維或多維MRI數據。
10.根據權利要求3所述的方法，其中，採集(300;304)所述第一MR圖像數據(200;202 ；204)包括第一數據採集步驟(300)和第二數據採集步驟(304)，其中，在所述第一數據採集步驟(300)和所述第二數據採集步驟(304)之間執行所述第二MR圖像數據(206-216)的米集。
11.根據權利要求3所述的方法，其中，在第一時間點針對所述對象位置進行所述第一MR圖像數據(200 ;202 ;204)的運動校正(314)，並且其中，在第二時間點針對對象位置進行所述第二MR圖像數據(206-216)的運動校正(312)，其中，所述第一時間點和所述第二時間點基本相同。
12.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一種核子包括1H核子，並且所述第二種核子包括2H或13C或14N或17O或19F或23Na或39K或31P核子。
13.根據權利要求1所述的方法，其中，利用塊匹配算法和/或相平面算法和/或光學流量計算算法分析所述第一 MR圖像數據(200 ；202 ；204)以確定描述所述對象運動的運動參數(308)。
14.根據權利要求1所述的方法，其中，採集所述第一MR圖像數據(200 ；202 ；204)和/或採集所述第二 MR圖像數據(206-216)包括多數據採集。
15.根據權利要求1所述的方法，其中，利用調諧到對應於所述第一種核子的第一拉莫爾頻率的第一 RF線圈進行所述第一 MR圖像數據(200 ;202 ;204)的採集，並且其中，利用調諧到對應於所述第二種核子的第二拉莫爾頻率的第二 RF線圈進行所述第二 MR圖像數據(206-216)的採集。
16.根據權利要求1所述的方法，其中，利用所述第一RF線圈進行所述第一 MR圖像數據(200 ；202 ；204)的採集(300 ；304)以及所述第二 MR圖像數據(206-216)的採集(302)，其中，所述第一 RF線圈被分別調諧到所述第一和第二種核子的所述第一和第二拉莫爾頻率，或者其中，所述第一 RF線圈是雙重調諧線圈，其同時分別在所述第一和第二種核子的所述第一和第二拉莫爾頻率諧振。
17.根據權利要求1所述的方法，還包括校正所述第一和/或第二MR圖像數據(206-216)的化學位移。
18.一種用於採集對象的MR圖像(200-216)的磁共振成像設備，所述對象至少包括第一和第二種核子，所述設備包括: -用於採集(300 ；304)所述對象的第一 MR圖像數據(200 ；202 ；204)的部件(114)， -用於採集(302)所述對象的第二 MR圖像數據(206-216)的部件(114)， -用於分析所述第一 MR圖像數據(200 ；202 ；204)的部件(116)，用於分析所述第一 MR圖像數據(200 ；202 ；204)的所述部件適於確定描述所述對象的運動的運動參數， -使用所述運動參數對所述第一和/或第二 MR圖像數據(206-216)進行運動校正的部件(118)。
19.根據權利要求18 所述的設備，還包括用於確定質量度量的部件(120)，其中，所述質量度量是描述所確定的參數的可靠性的值。
20.根據權利要求18所述的設備，還包括用於校正所述第一和/或第二MR圖像數據(206-216)的化學位移的部件。
21.根據權利要求18所述的設備，其中，用於採集(300;304)所述第一MR圖像數據(200 ；202 ；204)的部件(114)包括被調諧到對應於所述第一種核子的第一拉莫爾頻率的第一RF線圈(128)，並且其中，用於採集(302)所述第二 MR圖像數據(206-216)的部件包括被調諧到對應於所述第二種核子的第二拉莫爾頻率的第二 RF線圈(128)。
22.根據權利要求18所述的設備，其中，用於採集(300;304)所述第一MR圖像數據(200 ；202 ；204)的部件和用於採集(302)所述第二 MR圖像數據(206-216)的部件包括所述第一 RF線圈(128)，所述第一 RF線圈(128)可分別調諧到所述第一和第二種核子的所述第一和第二拉莫爾頻率，或者其中，所述第一 RF線圈是雙重調諧線圈，其同時分別在所述第一和第二種核子的所述第一和第二拉莫爾頻率諧振。
23.一種電腦程式產品，包括計算機可執行指令，所述指令用於執行根據權利要求1到17所述的任何方法步驟。
【文檔編號】G01R33/565GK103443645SQ200880011639
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2008年4月9日 優先權日:2007年4月12日
【發明者】R·M·J·N·拉默裡奇斯, F·J·德布魯伊金, H·格呂爾, J·庫普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司