專利名稱：磁共振方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁共振方法，其中采用了恒定磁場和臨時磁場，并且其中通過比如接收線圈的多個接收天線的陣列來獲取磁共振信號，而由于磁場不均勻和/或快速采樣而在磁圖像中得到通常的失真。本發(fā)明還涉及根據(jù)權利要求5的前序部分用于得到圖像的磁共振成像設備和根據(jù)權利要求6的前序部分的計算機程序產(chǎn)品。
在磁共振成像中通常要在更短的時間內(nèi)得到可接受的圖像。因此，瑞士的大學和ETH Ziirich，生物醫(yī)學工程和醫(yī)學信息研究所(Institute of Biomedical Engineering and MedicalInformations，University and Zurich)最近研究了稱為“SENSE”的靈敏度編碼法。SENSE法以在通過磁共振設備的線圈探測的圖像上直接作用運算法則為基礎。可以跳過隨后的編碼步驟并因而可以使用于成像的信號獲取加速兩到三倍。SENSE法的關鍵是對于布置在所謂靈敏度映象中的線圈的靈敏度的知識。為加速該方法，建議使用可以通過用單一線圈參數(shù)的“平方和”或任選的體線圈參數(shù)分離得到的原始靈敏度映象(例如，見K.Pruessmann等，會議論文集.ISMRM，1998，摘要，第579，799，803頁和2087頁(Proc.ISMRM，1998，abstracts))。
SENSE法最好用于磁共振成像的信號獲取，結(jié)果大大縮短了操作時間.但是，該方法只能在確切知道線圈靈敏度的前提下才能正確應用。否則，不精確會引起導致不正確成像的疊影贗象(圖形失真)。實際上線圈靈敏度是無法精確地估計的并且它將決定于隨時間的波動(病人的移動、溫度影響等)。
另一方面，在切片中所需的位置和RF線圈敏感區(qū)域中的另一位置都產(chǎn)生相同的成像頻率時會產(chǎn)生疊影贗象。梯度系統(tǒng)的非直線性和B0的非均勻性會引起疊影贗象。在磁學研究成像雜志(Journ.Magn.Res.Imaging)，No.12(2000)，第795-797頁中介紹了可以通過從所需數(shù)據(jù)中分離疊影數(shù)據(jù)來從圖像中除去疊影贗象。在校正過的像素中的噪音水平強烈地決定于獨立于用于校正而結(jié)合的圖像中信號的線性測量|ΔS|。這可以用于將來自成像線圈的數(shù)據(jù)的校正限制為只校正被疊影贗象不良影響的區(qū)域以使信噪比損失最小。要求的靈敏度矩陣(S)的值衡量給定掃描儀的基本場，因而不用對給定了一系列序列參數(shù)的每次檢查都重復確定元素S.
盡管靈敏度矩陣(S)的值只決定于基本場特性，但是上述方法需要在圖像域中的這些值。結(jié)果，對每個不同的掃描規(guī)程都要確定線圈靈敏度矩陣。而且，均勻測試目標必須具有相當于被掃描目標的大小，因而該方法不能用于整體掃描。該方法主要只識別從不同線圈測得的兩個空間位置，不能用于快速成像如SENSE.
本發(fā)明的目的是在快速成像技術如SENSE中和/或從磁場和梯度非均勻性中大大減少贗像。
本發(fā)明的這個和其它的目的由權利要求1限定的方法、權利要求5限定的設備和權利要求6限定的計算機程序產(chǎn)品來實現(xiàn)。
本發(fā)明的主要方面基于從圖像域中的像素到空間域的坐標追溯贗像的根源的思想。
根據(jù)本發(fā)明的方法重要的附加優(yōu)點在于只需對在目標或病人和接收線圈之間的位置變化進行新的參考掃描。
本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點在從屬權利要求和隨后的說明中公開了，在隨后的說明中，參考附圖介紹了本發(fā)明示例性的實施例。其中
圖1是空間域中的有限元到圖像域中的像素上的正常成像；圖2是在圖像域中像素上成像的空間域中的簇；圖3是對于有疊影贗象的圖像和線圈靈敏度圖像的來自空間域以及圖像域的的映象；圖4是從特定的像素分離出不同空間位置的作用的基本原則；圖5是校正火焰贗象的流程圖；圖6是用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明方法的設備；圖7是圖6所示設備的電路圖。
術語線圈是用于表示接收器天線，通過該天線獲取來自磁共振激發(fā)的自旋的信號。
在沒有疊影贗象的圖像中，在空間域中只有用其重力中心x1表示的一個體元成像到圖像域中的每個像素上。假設特定的線圈接收來自坐標x的信號，靈敏度為W(x)，則圖像中像素p上的信號強度S可以表示為S(p→)=W(x→1)·I(x→1)---(1)]]>其中I(x)是由在單個像素上成像的區(qū)域的體積大小δV、自旋密度p、T1/T2的加權等限定的空間強度。S(p)是對在所請求的切片或體積中所有坐標x的強度I(x)的估計。假設該區(qū)域足夠小，可以把重力中心看作整個區(qū)域的代表。由于磁體和梯度不是理想的，像素位置p通常是坐標x的非線性函數(shù)。值得注意的是，恒定磁場具有決定于位置的實際值以及形成恒定磁場的實際空間分布。因此，圖像域中的自旋密度是在空間域中自旋密度的變形的圖像。而且，這種變形對不同的掃描規(guī)程也不同，因為它決定于梯度強度和梯度方向。
在有疊影贗象的圖像中，N個不同的空間域會成像到圖像域中的單個像素上。這些空間域可以用其重力中心x1、x2...xN表示。如果使用M個線圈，其以靈敏度W1(x)、W2(x)...WM(x)來測量來自點x的信號，那么來自線圈j的像素p處的信號強度可以表示為Sj(p→)Wj(x→1)·I(x→1)+Wj(x→2)·I(x→2)+......+Wj(x→N)·I(x→N)---(2)]]>為了得到是x的函數(shù)的線圈靈敏度Wj，要執(zhí)行所謂的CoarseCalibration(粗糙校準)掃描，其中將測量兩次圖像一次是用具有按照定義的均勻線圈靈敏度的線圈作為參考，一次是用要確定靈敏度的線圈陣列。
參考線圈通常是體線圈。假設圖像沒有任何疊影贗象，W可以有以下等式確定Sj(p→)=Wj(x→1)·I(x→1)Sref(p→)=1·I(x→1)⇒Sj(p→)Sref(p→)=W~j(p→(x→1))---(3)]]>Wj(p(x))中的代字號表示作為p的函數(shù)的線圈靈敏度只在圖像域中才知道。因此，考慮到借以確定線圈靈敏度的掃描規(guī)程，Wj(p)要通過映象psens(x)轉(zhuǎn)換成Wj(x)，其中定義了空間域和圖像域之間的關系。因此，一部分空間域?qū)⒈患毞殖捎邢拊?或被細分成如圖1所示用戶限定的大小的立方體。假設每個有限元的中心都代表有限元的整個體積。這些有限元1投影到空間(m，p)上，而m是測量方向上的坐標，p是相位編碼方向上的坐標。通過計算機程序會從有限元得到帶有坐標的映象。該計算機程序是程序FLAME的改良版本，在內(nèi)部碼號XJS-154-0892下，在Philips N.V內(nèi)可以獲得程序FLAME，而且在Technische Universiteit Delft的J.J.M.Zwanenburg的論文題目“在用多個線圈編碼的MR成像中與疊影贗象有關的非均勻性的減少(Reduction of Imhomogeneity related Foldover Artefacts in MRImaging using Multiple Coil Encoding)”(出版...？10，2001)中詳細介紹了程序FLAME。事實上，通過計算機程序計算出在特定像素p上成像的任何區(qū)域x的帶有勒讓德多項式的實際磁場分布。所搜索的坐標是映象到單個像素上的不同區(qū)域的體積為δV(xi)的重力中心。但是，上述計算機程序不是提供重力中心，而是映象到單個像素上的所有有限元。因此在沒有贗象的圖像中，幾個有限元也會映象到單個像素上。映象的有限元的數(shù)量尤其決定于有限元的大小。無論如何，為了限定贗象的數(shù)量，如圖2所示，有限元必須要聚集成體元。假設位置x1處的簇1是從要被測量的自旋密度傳輸出來的原始信號，而簇2和3是來自贗象的信號。通過計算機程序確定相關有限元和形成單獨的簇(體元)的有限元之間的差別。區(qū)分不同組有限元的原理是單個簇的有限元形成連接的區(qū)域。對于每個線圈，可以得到Wj(p)的三維計算表，從該三維計算表可以為具有疊影贗象的圖像中的每個像素組成矩陣Wj(xi)。因而通過用上述有限元(FE)法計算坐標x1、x2...xN并通過映象psens(x)就能得到矩陣Wj(xi)。等式(2)可以直接解出來，或者如果是可以得到多于疊影贗象的線圈則通過最小二次方算法解出。如果新引入矩陣Wj(xi)的行沒有變壞或者為0，就每次都要檢測。校正后，在要在其上計算I(x)的空間域中還有坐標x1(p)的集合，即，如果可以得到理想的磁體和完美的梯度，對于每個像素，點xi(p)的坐標最靠近要在像素p上映象的點。該分布I(x)可以以兩種不同方式存在在非線性原始圖像或線性化圖像中的像素位置p處，在是x的線性函數(shù)的像素位置p處。在這兩種情況下，對于由體積大小δV的變化引起的密度變化而要校正圖像密度。通過這種線性圖像的校正稍微更復雜，唯一關心的是是否還要求幾何的校正。
圖3示出對于有疊影贗象的圖像(左)和有線圈靈敏度輪廓的圖像、對N＝2的在空間域和圖像域之間的映象。映象p(x)決定于掃描規(guī)程。因此，要區(qū)分對帶有疊影贗象的圖像有效的空間域和圖像域之間的映象，Pimage(x)和對線圈靈敏度圖像有效的空間域和圖像域之間的映象，psens(x)。要形成帶有疊影贗象的圖像時，原則上是幾個點x1、x2...xN成像到單個像素p上。要形成線圈靈敏度圖像時，注意只有一個點x成像到單個像素p上，即對于每個線圈靈敏度圖像都存在一對一的關系psens(x)。因此，由于必須要成像相同面積的空間域、而單個像素不能表示空間域的幾個區(qū)域，所以線圈靈敏度圖像的FOV必須大于帶有疊影贗象的圖像的FOV。為校正圖像，必須提供在帶有疊影贗象的圖像中的每個像素pimage(x)和在線圈靈敏度圖像中的像素psens(x1)、psens(x2)、...、psens(xN)之間的關系。
在圖4中描述了該問題的解決辦法，其中示出了對于有疊影贗象的圖像的從圖像域到空間域的映象ximage(p)，以及反過來還是N＝2的對于不同的線圈靈敏度的從空間域到圖像域的映象psens(x).Pimage(x)的倒置的映象ximage(p)可以通過上述計算機程序來確定。從映象ximagc(p)，按照映象到相同像素p的點x1和x2。從映象psens(x)和點x1和x2到線圈靈敏度圖像中的像素位置。點x1和x2的線圈靈敏度因而可以根據(jù)下式得到W~(p→SENS(x→))=W(x→)---(4)]]>如果psens(x)只是一對一的函數(shù)，并且該函數(shù)在通過進行參考掃描(比較等式(3))不產(chǎn)生疊影贗象時為真，這時等式(4)只是表達適當?shù)男Ｕ?br>
在圖5中，示出了計算機程序的流程圖。對單個像素有貢獻的空間位置11可以通過有限元(FE)的計算12來確定并儲存在FE映象中13。計算本身是以主磁場和梯度場的從基本磁場B0的磁體和梯度線圈的設計參數(shù)15得到的定量知識14為基礎。這些設計參數(shù)是通過其勒讓德多項式16算術地確定的。然后FE映象13簇集成體元映象17。另一方面，從在病人22處測量的數(shù)據(jù)的沒有疊影贗象的一個或多個切片的測量結(jié)果21確定線圈靈敏度的三維分布20。根據(jù)等式(3)，用線圈陣列測量參考圖像23，用均勻的體線圈測量一個或多個均勻的參考圖像24。從這些圖像23和24，得到了線圈靈敏度圖像25和掩碼26。
對于包括火焰的圖像，在體元映象17中查找來自包括火焰或疊影贗象的圖像28的未經(jīng)校正的像素27的空間位置29。對于參考圖像，通過在體元映象17中查找空間位置來將其傳輸?shù)届`敏度圖像25中的像素位置30。根據(jù)等式(4)，從靈敏度圖像25，可以計算帶有線圈靈敏度的加權矩陣31，可以通過掩碼26改善加權矩陣31的情況。直接從來自含火焰的圖像28的未校正像素27，可以計算具有來自每個單個的線圈的貢獻的矢量32。通過解其中出現(xiàn)了加權矩陣31和矢量32的矩陣等式(2)，得到了校正過的像素33，校正過的像素33形成具有更少或沒有火焰或疊影贗象的圖像34。
應該注意到，由磁場不均勻性或在不均勻磁場中的SENSE獲取引起的疊影贗象都可以通過上述方法處理來獲得更好的圖像。
圖6中所示的設備是包括用于產(chǎn)生穩(wěn)定、均勻的磁場的四個線圈51的系統(tǒng)，該磁場的強度的數(shù)量級從零點幾特斯拉到幾個特斯拉?？梢栽谇蛐伪砻?2上設置相對于z軸共中心地布置的線圈51。要檢查的病人60被安排在定位于這些線圈內(nèi)的桌子54上。為了產(chǎn)生在z方向上延伸并在該方向上線性變化的磁場(該磁場此后稱為梯度磁場)，在球形表面52上布置四個線圈53。還布置產(chǎn)生在x方向延伸(垂直地)的梯度磁場的四個線圈57。和線圈57相同但與線圈57空間彼此偏移90°的位置布置四個線圈55，產(chǎn)生在z方向延伸并在y方向(垂直于圖面)具有梯度的磁性梯度場。這里只示出了四個線圈中的兩個。
由于用于產(chǎn)生磁性梯度場的三線圈系統(tǒng)53、55和57中的每一個都相對于球形表面對稱地排布，因此球形中心的磁場強度只由線圈51的穩(wěn)定、均勻的磁場確定。還提供了RF線圈61，產(chǎn)生垂直于穩(wěn)定、均勻的磁場方向(即垂直于z方向)延伸的基本均勻的RF磁場。RF線圈在每個RF脈沖期間接收來自RF發(fā)生器的RF調(diào)制電流。RF線圈61還可用于接收在檢查區(qū)中產(chǎn)生的自旋共振信號。
如圖7所示，在MR設備中接收的MR信號由裝置70放大并在基本頻帶中轉(zhuǎn)換。這樣得到的模擬信號通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器71轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字值。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器71由控制單元69控制，因而只在讀出相期間才產(chǎn)生數(shù)字數(shù)據(jù)字。通過傅立葉變換裝置72實現(xiàn)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器71，該傅立葉變換裝置72對通過MR信號的數(shù)字化得到的一系列采樣值進行一維傅立葉變換。
由傅立葉變換產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)被寫入其存儲容量足以儲存幾組原始數(shù)據(jù)的存儲器73。從這些組原始數(shù)據(jù)，合成裝置74以所述方式產(chǎn)生合成圖像；該合成圖像儲存在其存儲容量足以儲存大量連續(xù)的合成圖像80的存儲器75中。重組裝置76從這樣獲取的多組數(shù)據(jù)產(chǎn)生MR圖像，存儲所述MR圖像。
通過控制單元69控制裝置70到76。正如向下指的箭頭所示，控制單元對梯度線圈系統(tǒng)53、55和57中電流的時間變化以及RF線圈61產(chǎn)生的RF脈沖的中心頻率、帶寬和包跡線有影響。存儲器73和75和重組裝置76中的MR圖像存儲器(未示)，可以通過有足夠容量的單個存儲器來實現(xiàn)。傅立葉轉(zhuǎn)換裝置72、合成裝置74和重組裝置76可以通過適合于根據(jù)上述方法運行計算機程序的數(shù)據(jù)處理器來實現(xiàn)。
權利要求
1.一種產(chǎn)生磁共振圖像的磁共振成像方法，其中施加恒定磁場，該恒定磁場具有實際空間分布，施加臨時梯度場，通過接收器天線系統(tǒng)獲取磁共振信號，該磁共振信號在臨時梯度場的基礎上被空間地編碼，該接收器天線系統(tǒng)具有接收器靈敏度值，在以臨時梯度場為基礎的空間編碼的基礎上，由磁共振信號重構具有失真像素(體元)的折疊圖像，在接收器靈敏度值和恒定磁場的實際空間分布的基礎上，通過展開折疊圖像的失真像素(體元)來重構磁共振圖像。
2.如權利要求1所述的磁共振成像方法，其中施加該恒定磁場和臨時磁性梯度場；在圖像域中，靈敏度分布(W(p))映象接收器天線系統(tǒng)的接收器靈敏度值，移位值(p(x))在恒定磁場的實際值和臨時梯度場的基礎上將空間域中的位置映象到圖像域中的像素(體元)，在臨時磁場梯度引起的空間編碼的基礎上，由磁共振信號重構具有失真像素(體元)的折疊圖像，該失真像素(體元)包括來自空間域中基本上不同位置的信號分布，和在空間接收器靈敏度映象到源自空間域中不同位置的相應信號分布上的基礎上，展開折疊圖像中的失真像素(體元)以便重構磁共振圖像，由圖像域接收器靈敏度映象組成該空間接收器靈敏度映象，圖像域接收器靈敏度映象用移位值組成。
3.如權利要求2所述的磁共振成像方法，其中在接收器靈敏度映象(W(p))中收集接收器靈敏度值，在移位映象(psense(x))中收集移位值，通過用移位映象組成接收器靈敏度映象形成空間接收器靈敏度值的空間接收器靈敏度映象。
4.如權利要求3所述的磁共振成像方法，其中用相應天線的靈敏度因子(W1(x)、W2(x)...WM(x))和圖像強度(I(x))加權源自于相同成像位置的至少兩個天線記錄信號(S(p))，并且用加權信號重構像素(體元)。
5.用于從多個信號得到圖像的磁共振成像設備包括施加恒定磁場和臨時磁梯度場的裝置；在圖像域中提供映象接收器天線系統(tǒng)的接收器靈敏度值的靈敏度分布(W(p))的裝置，用于在恒定磁場的實際值和臨時梯度場的基礎上提供移位值(p(x))的裝置，該移位值(p(x))將空間域中的位置映象到圖像域中的像素(體元)上，用于在臨時磁場梯度引起的空間編碼的基礎上由磁共振信號重構具有失真像素(體元)的折疊圖像的裝置，該失真像素(體元)包括來自空間域中基本上不同位置的信號分布，和用于在空間接收器靈敏度映象到源自于空間域中不同位置的相應信號分布上的基礎上展開折疊圖像中的失真像素(體元)以便重構磁共振圖像的裝置，由圖像域接收器靈敏度映象組成該空間接收器靈敏度映象，圖像域接收器靈敏度映象用移位值組成。
6.一種儲存在計算機可用介質(zhì)上用于通過磁共振方法形成圖像的計算機程序產(chǎn)品，包括用于使計算機控制以下操作的計算機可讀程序施加恒定磁場和臨時磁梯度場；在圖像域中提供映象接收器天線系統(tǒng)的接收器靈敏度值的靈敏度分布(W(p))，在恒定磁場的實際值和臨時梯度場的基礎上提供移位值(p(x))，該移位值(p(x))將空間域中的位置映象到圖像域中的像素(體元)，在臨時磁場梯度引起的空間編碼的基礎上由磁共振信號重構具有失真像素(體元)的折疊圖像，其中失真像素(體元)包括來自空間域中基本上不同位置的信號分布，和在空間接收器靈敏度映象到源自于空間域中不同位置的相應信號分布的基礎上展開折疊圖像中的失真像素(體元)以便重構磁共振圖像，由圖像域接收器靈敏度映象組成該空間接收器靈敏度映象，圖像域接收器靈敏度映象用移位值組成。
全文摘要
提供了一種新穎的產(chǎn)生磁共振圖像的磁共振成像方法，其中采用了恒定磁場和臨時磁梯度場。在圖像域中，靈敏度分布(W(p))映象接收器天線系統(tǒng)的接收器靈敏度值。移位值(p(x))在恒定磁場的實際值和臨時梯度場的基礎上將空間域中的位置映象到圖像域中的像素(體元)。在臨時磁場梯度引起的空間編碼的基礎上，由磁共振信號重構具有偏移像素(體元)的折疊圖像。在從空間域中不同位置到相應信號分布源的空間接收器靈敏度映象的基礎上，展開折疊圖像中的偏移像素(體元)因而重構磁共振圖像。
文檔編號A61B5/055GK1636144SQ02825165
公開日2005年7月6日 申請日期2002年12月16日 優(yōu)先權日2001年12月17日
發(fā)明者J·J·M·茲旺恩伯格, W·M·普林斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司