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      基于部分并行獲取進行磁共振成像的方法和裝置的制作方法

      文檔序號:1230351閱讀:174來源:國知局
      專利名稱:基于部分并行獲取進行磁共振成像的方法和裝置的制作方法
      技術領域
      本發(fā)明總的涉及在醫(yī)學中用于檢查患者的核自旋斷層造影(同義詞磁共 振斷層造影,MRT)。在此,本發(fā)明涉及一種方法和執(zhí)行該方法的MRT系統, 該方法極大地減少了在基于PPA (partiell parallel Akquisition,部分并行獲取) 的圖像再現或公知的PPA方法如GRAPPA中的計算時間而不會損失信噪比 (SNR)。
      背景技術
      MRT基于核自旋共振的物理現象,并作為成像方法在醫(yī)學和生物物理學領 域成功應用已超過15年的時間。在這種檢查方法中,將對象設置在強的恒定磁 場中。由此使該對象體內原先無規(guī)則取向的原子的核自旋定向。
      現在高頻波可以將這種"定向的"核自旋激勵為特定的振蕩。這種振蕩在 MRT中產生實際的測量信號,借助合適的接收線圈可以接收這種測量信號。通 過采用由梯度線圏產生的非均勻> 茲場,可以在所有3個空間方向上對測量對象 進行空間編碼。該方法使得可以自由選擇待成像的斷層,由此可以在所有方向 上拍攝截面圖像。在醫(yī)學診斷中作為截面圖像方法的MRT,首先作為"非侵入" 檢查方法的特征在于多方面的對比能力。由于軟組織的突出的可顯示性,MRT 已經發(fā)展為比X射線計算機斷層造影(CT)優(yōu)選得多的方法。MRT目前基于 自旋回波序列和梯度回波序列的應用,這些序列在數量級從秒到分鐘的測量時 間內實現優(yōu)異的圖像質量。
      MRT設備部件的不斷的技術擴展以及快速成像序列的引入打開了 MRT在 醫(yī)學中越來越大的應用領域。用于支持最小侵入外科方法、神經學中的功能成 像以及心臟學中的灌注測量的實時成像只是其中少量的例子。雖然在構造MRT 設備中取得了技術進步,對MRT在醫(yī)學診斷中的很多應用來說限制MRT圖像 的拍攝時間和信噪比(SNR)的因素仍然存在。
      尤其是在對象或對象的一部分的主要運動(血流、心臟運動、腹部的蠕動等)被給定的功能成像中,在SNR保持不變的情況下減少拍攝時間(數據采集/ 獲取時間)是所期望的。通常運動會在MRT圖像中引起偽影,如隨著數據獲 取時間增長的運動偽影。為了改善圖像質量,考慮獲取多個圖像并在稍后疊加 這些圖像。但是這尤其就運動偽影而言不會總是導致所計劃的整個圖像質筆的 改善。例如,SNR得到改善而運動偽影增加了。
      縮短測量時間且同時將SNR損失保持在可接受的限度內的措施,在于減少 所拍攝的圖像數據的數量。為了從這樣縮減的數據組中獲得完整的圖像,必須 用合適的算法再現所缺少的數據,或者必須校正由減少的數據產生的有缺陷的 圖像。在MRT中拍攝數據是在所謂的k域(同義詞位置頻域)中進行的。 在所謂圖像空間中的MRT圖像借助傅立葉變換而與k域中的MRT數據相關。 在k域中展開的對象的位置編碼,借助梯度在所有3個空間方向上進行。在此 在2D成像的情況下要區(qū)分斷層選擇(確定對象中的拍攝斷層,通常是z軸)、 頻率編碼(確定斷層中的方向,通常是x軸)以及相位編碼(在該斷層內確定 第二維,通常是y軸)。在3D成像的情況下,斷層選擇被第二相位編碼方向代 替。不限制一般性地,在進一步的過程中假定二維笛卡兒k域,該k域被逐行 掃描。 一個k域行的數據在借助梯度讀取的過程中被頻率編碼。K域中的莓一 行之間具有間距A^,該間距通過相位編碼步驟產生。由于相位編碼與其它位 置編碼相比要花費很多時間,因此為了縮短圖像測量時間大部分方法、如所謂 的"部分并行獲取,,(下面稱為PPA ( partially parallel acquisition))都基于費時的 相位編碼步驟數量的減少。PPA成像的基本思想是,k域數據不是由單個線圈 而是根據圖3A是由例如組件線圈(線圏1至線圈3)、即線圈陣列的線性排列 來記錄的。該陣列中每個在空間上獨立的線圈都攜帶一定的空間信息,該信息 被用于通過組合同時采集的線圏數據來實現完整的位置編碼。這意味著可從一 個單獨記錄的k域行31 (在下面的圖中以灰色顯示)也可以確定、也就是再現 多個未掃描的、在k域中移動的(在下面的圖中用點示出)其它行32。這種完 整再現的數據組在圖3B中針對3個組件線圏的情況示出。
      因此,PPA方法將線圈陣列的部件中包含的信息用于部分替換費時的辨位 編碼,該相位編碼在正常情況下是用相位編碼梯度產生的。由此相應于減;J、的 數據組的行數與傳統(即完整的)數據組的行數之比減少了圖像測量時間。在 典型的PPA獲取中,與傳統的采集相比僅采集相位編碼行的一部分(1/2、 1/3、 1/4等)。然后對該數據應用特殊的再現,以再現出缺少的k域行并由此僅以一部分時間獲得完整的視場(FOV)圖像。
      通常表示代數方法的再現方法對應于相應的PPA技術。最普遍的PPA技 術是基于圖像空間的方法如SENSE ( sensitivity encoding,靈敏度編碼)和基于 k域的方法如GRAPPA ( Generalized Autocalibration PPA,通用自動校準PPA ) 及其相應的書t生方法。
      在所有PPA方法中,還需要采集額外的校準數據點(額外測量的中心參考 行,如圖3中的33),這種校準數據點被插入到實際的測量數據中,并且基于 這些校準數據點才可以使縮減的數據組完整。
      為了優(yōu)化再現的質量和SNR,根據GRAPPA的再現從例如N個不完整測 量的數據組(直到欠掃描線圈圖像的參考行33;圖2:線圈1至線圈N)中又 產生N個數據組(線圈圖像),該N個數據組總是在k域中而本身又分別是完 整的。因此,各個線圈圖像的傅立葉信息產生N個無褶皺的單個線圈圖像,它 們的組合在位置空間(例如借助平方和再現)產生SNR和信號分辨率都得到優(yōu) 化的圖像,但是其缺點是GRAPPA圖像再現的計算時間在線圈數量很大時被極 度提高。
      在有N個部件線圈時又產生N個完整的單個線圈數據組的GRAPPA再現 (圖2 ),基于不完整數據組的測得的行的線性組合,在此獲得為此所需要的(線 性)系數是最重要的。為此嘗試線性組合不完整數據組的規(guī)則測得的(也就是 未漏掉的)行,使得額外測得的參考行(也就是校準數據點)盡可能好地與規(guī) 則測得的行匹配。由此,將該參考行用作目標函數,規(guī)則測得的行(盡可能分 布在不同部件線圏的不完整數據組中)越多,目標函數^C匹配得就越好。
      這意味著,在GRAPPA再現的范圍內N個部件線圈的不完整數據組必須 又被映射到該N個部件線圏上以使得這些數據組完整。在這種情況下也稱為N 個GRAPPA輸入通道,該GRAPPA'輸入通道將被映射為N個GRAPPA輸出通 道。該"映射,,以代數的方式通過向量矩陣乘法實現,其中向量代表規(guī)則測得的 k域行,矩陣表示所確定的GRAPPA系數矩陣。換句話說如果基于系數矩陣 對測得的行進行的線性組合產生對參考行(校準數據點)的良好近似,則可以 用該矩陣同樣良好地再現同級別的漏掉的(以及由此未被測量的)行。系數通 常也稱為加權系數,參考行攜帶關于線圏靈敏度的信息。
      現在可以展示,根據GRAPPA的整個再現方法(也就是用于確定GRAPPA 系數矩陣以及用于映射本身)的計算時間與線圈數N成平方關系(在有些情況下甚至是超過平方),這在線圈數較少時不會產生顯著的影響(8個通道《1分 鐘),但在線圈數較大時(NS2)設備計算機的計算能力和存儲容量都會導致 不可接受的計算時間。
      為了考慮到對PPA成像中的CPU負荷和計算存儲器越來越高的要求,目 前采用具有更多存取和主存儲器(RAM)的性能更強的計算機以及基于多處理 器的并行計算機,并行計算機可以并行地承擔PPA再現算法,但是本身卻是很 大的成本因素。
      此外,DE 102005018814 B4公開了一種類似GRAPPA的方法,該方法加 快了 GRAPPA中的圖像再現方法,使得即使在線圏數很大時也能將計算時間保 持在目前還能容忍的界限內。這通過以下方式實現不再再現每一個線圏的所 有未測得的k域行,而是再現一部分,例如每個線圈的每第三行,這相當于在 所謂P模式中的運行,或者相當于在MRT設備的硬連線或基于軟件的模式矩 陣配置的初級模式中的運行。輸出通道的些微減小就已經降低了 GRAPPA再現 矩陣的復雜度,使得所需要的用于GRAPPA再現的計算時間大大降低。但是由 于不再通過GRAPPA再現使所有N個(參見圖5A)不完整測量的數據組完整 并進行傅立葉變換,而是從N個不完整測量的數據組中通過GRAPPA再現使不 完整數據組的一部分而且是減小的集合完整、進行傅立葉變換和疊加(參見圖 5B),使得可能丟棄可再現信息(被漏掉的k域行)。這帶來了信噪比受到一定 惡化的缺陷,目前該惡化在減少計算時間的同時是必須被接受的。

      發(fā)明內容
      因此本發(fā)明要解決的技術問題在于,提供一種方法和執(zhí)行該方法的系統, 該方法尤其是在使用數量很多的PPA編碼的部件線圏時加快了 PPA再現,而不 象目前那樣出現損失SNR的情況。
      根據本發(fā)明,提供一種用于基于部分并行獲取(PPA)通過激勵核自旋和 測量由所激勵的自旋表示出的高頻信號對人體的關聯區(qū)域進行》茲共振成像的方 法,該方法包括以下步驟
      -步驟A:通過相敏組合方法從事先測得的N個子線圈的一個子線圈序列 的參考行中計算出k域單通道參考圖像[R—kal];
      -步驟B:通過求解方程[R一kal]-[W]x[I一kal]計算GRAPPA系數矩陣[W], 其中[I一kal]表示該子線圈序列中的 一塊;-步驟C:通過將[W]用于所述N個子線圏的事先測量的欠掃描的子線圈 序列的連續(xù)彼此推移的塊[1—z],連續(xù)地使k域單通道圖像[R]完整并將[R]變換 到圖像空間。
      優(yōu)選在步驟A中通過ACC方法計算[I^ka1]。
      此外,優(yōu)選參考行在所述子線圈序列的中間區(qū)域SP一k—kall至SP一k一kalN 形成完整掃描的k域行的塊。
      在本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方式中,將[W]用于塊[I一z]產生[R]的子矩陣 [R_z],其中[I^z]的的同一邊界行總是對應于該塊[Lz]中的測得的k域行,[R_z] 的其余的k域行對應于塊[1—z]中與該邊界行相鄰的漏掉的k域行。
      在本發(fā)明方法的另一個優(yōu)選實施方式中,塊的推移長度在在加速方向上推 移的情況下相當于加速因子AF。
      此外優(yōu)選的,塊[I一kal]在幾何特征上對應于塊[I一z]。
      尤其當步驟B中給定的方程是超定時,矩陣[W]的代數計算以及整個代數 再現會很穩(wěn)定。
      根據本發(fā)明,還提供一種設備,其適合于執(zhí)行根據本發(fā)明的方法。 此外,根據本發(fā)明還提供一種計算機軟件產品,其在與核自旋斷層造影設 備連接的計算裝置上運行時實施根據本發(fā)明的方法。


      下面參照附圖借助實施例詳細解釋本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和特性。
      圖1示出本發(fā)明的用于執(zhí)行本發(fā)明方法的MRT設備的示意圖,
      圖2示意性示出根據GRAPPA再現圖像的過程, '
      圖3A詳細示出包括參考行的3個縮減的數據組的k矩陣的記錄特征,
      圖3B示出圖3A的再現后(完整化)的數據組,
      圖4示出本發(fā)明方法的流程圖,
      圖5A示出在GRAPPA中欠掃描的數據塊的一段,
      圖5B示出在加速的GRAPPA中欠掃描和縮減的數據塊的一段,
      圖5C示出本發(fā)明方法中欠掃描的數據塊的一段,
      圖6示出本發(fā)明的方法步驟一校準,
      圖7示出本發(fā)明的方法步驟~^現。
      具體實施例方式
      圖1示出根據本發(fā)明產生對象的核自旋圖像的磁共振成像設備或核自旋斷 層造影設備的示意圖。該核自旋斷層造影設備的結構在此對應于傳統斷層造影 設備的結構?;緢龃盆F1產生時間上恒定的強磁場,用于極化或定向對象的 檢查區(qū)域內的核自旋,該檢查區(qū)域例如是人體的待檢查部位。該核自旋共振測 量所需要的基本場磁鐵的高度均勻性是在測量空間V中定義的,人體的待檢查 部位將被送入該檢查空間中。為了支持該均勻性要求并尤其是消除不隨時間變 化的影響,在合適的位置上設置由鐵磁材料制成的所謂的填隙片。隨時間變化
      的影響通過補償線圈2消除,該補償線圈由補償電源控制。
      在基本場磁鐵l中設置了由多個繞組、即所謂的子繞組組成的梯度線圈系 統3。每個子繞組由放大器提供電流,以便在笛卡兒坐標系的各個方向上產生 線性梯度場。在此梯度場系統3的第一子繞組產生x方向上的梯度Gx,第二子 繞組產生y方向上的梯度Gy,第三子繞組產生z方向上的梯度Gz。每個放大器 包括數字模擬轉換器,后者由用于及時產生梯度脈沖的序列控制器18控制。
      在梯度場系統3內設置了高頻天線4,其將高頻功率放大器輸出的高頻脈 沖轉換為磁交變場,用于激勵待檢查對象或該對象的待檢查區(qū)域的核并定向核 自旋。高頻天線4由一個或多個高頻發(fā)射線圈和多個高頻接收線圈組成,它們 例如以PPA成像系統中部件線圏線性陣列的形式存在。高頻天線4的高頻接收 線圈還將從占優(yōu)(praezedieren)的核自旋發(fā)出的交變場、也就是通常由一個或 多個高頻脈沖以及一個或多個梯度線圏組成的脈沖序列所引起的核自旋回波信 號轉換為電壓,該電壓通過放大器7輸入高頻系統22的高頻接收通道8中。高 頻系統22還包括發(fā)射通道9,其中產生高頻脈沖用于激勵核磁共振。在此,各 高頻脈沖由于通過設備計算機20預先給定的脈沖序列而在序列控制器18爭數 字地表示為復數序列。該復數序列將作為實部和虛部分別通過輸入端12輸入高 頻系統22中的數字模擬轉換器,并由該轉換器輸入發(fā)射通道9。在發(fā)射通道9 中將該脈沖序列調制到高頻載波信號上,該載波信號的基本頻率等于測量空間 中核自旋的共振頻率。
      將發(fā)射運行轉換為接收運行是通過發(fā)射-接收轉換器6進行的。高頻天線 4的高頻發(fā)射線圈將用于激勵核自旋的高頻脈沖射入測量空間V中,并通過高 頻接收線圏掃描所產生的回波信號。相應獲得的核共振信號將在高頻系統22 的接收通道8中被相敏地解調,并通過相應的模擬數字轉換器轉換為測量信號的實部和虛部。通過圖像計算機17從這樣獲得的測量數據中再現出圖像。對測
      量數據、圖像數據和控制程序的管理通過設備計算機20進行。由于控制程序的 預先給定,序列控制器18控制所期望的各脈沖序列的產生,以及對k域的對應 掃描。尤其是,序列控制器18在此控制梯度的及時通斷、具有限定相位和振幅 的高頻脈沖的發(fā)射、以及核共振信號的接收。高頻系統22和序列控制器18的 時基由同步器19提供。通過包括鍵盤以及一個或多個顯示屏的終端21選擇用 于產生核自旋圖像的對應控制程序,以及顯示所產生的核自旋圖像。
      為了能用MRT設備執(zhí)行PPA測量,目前標準的是尤其在相位編碼方向上 (y方向,LIN)不是使用單個線圈,而是使用由多個線圈組成的陣列。這種所 謂的部件線圈(子線圈)與線圈陣列連接,并且部件線圈相互相鄰或疊加地排 列,由此同樣可以記錄邊界上的、疊加的線圈圖像。如果在改善SNR的同時不 延長采集時間,則線圈陣列的線圈必須同時接收。因此每個線圈都需要自己的 接收器,如上面提到的由放大器、混頻器和模擬數字轉換器組成的接收器:'該 硬件非常昂貴,在實際中會限制陣列中的線圏數量。目前通常采用最多具有32 個單線圈的陣列。
      但是想要明顯提高PPA線圈陣列的部件線圈的數量。多達96個輸入通道 的系統還在試驗階段。其中已經表明,這樣高數量的PPA線圈提高了對設備計 算機或系統控制器例如涉及計算功率和存儲器空間的硬件和軟件要求。在幾種 PPA方法中,功率要求的提高尤其明顯,例如在圖像再現計算時間與參與部件 線圈的數量成過平方關系的GRAPPA中。
      如在導言中介紹的那樣,圖像再現的計算時間雖然可以通過減少再現后的
      行的數量來減少,但是僅在有限的程度內,而且僅在極大地損失SNR的條件下, 這導致了惡化的圖像質量。
      本發(fā)明的目標是提供一種方法來減少在線圈數量很多時的用于再現圖像 的計算時間,同時不會引起對SNR的影響。
      本發(fā)明的方法與以前一樣基于在校準后用預定數量的PPA線圈欠掃描位 于MR設備的均勻空間中的對象(例如患者),也就是根據加速因子(acceleration factor, AF)僅測量每第二、第三、第四等k域行,并重新再現由于欠掃描而缺 少的4亍。
      下面借助圖4、 5A至5C以及圖6、圖7詳細解釋本發(fā)明的方法。該方法 基本上由兩個片段組成校準(圖6)和再現(圖7)。圖4示出流程圖,其中顯示本發(fā)明方法的各個步驟。圖6和圖7進一步顯 示了這些步驟。
      在第一步驟Sl中,在k域中測量N個子線圈(SP1至SPN)的一個子線閨序 列(SP—k一kall至SP—k一kalN)的N組參考行,優(yōu)選在相應k矩陣的中心區(qū)域中 (SPk_i, i=l至N)。圖6示出N-6的情況。
      在線圈數量為N個子線圈(PPA線圈)時,在k域中獲得N個子數據組 (SP_k—kall至SP—k_kalN)(不是欠掃描的而是不完整的,因為該子數據組包含 的4亍太少)。
      在另 一個步驟S2中,通過傅立葉變換(FT )將所有N個子數據組(SP—k一kall 至SP—k一kalN)變換到圖像空間中。這產生了 N個對象斷層圖像(子圖像 SP—B—kail至SP一B一kalN)的序列,這些對象斷層圖像根據不同的子線圈排列 和線圈靈敏度而具有隨位置不同的強度分布。
      每第i個子數據組的測量值AOc,力是復數
      5, (;c,力=力|. e'"w). |s, (x,力i.,'"'力
      其中,i-l...N表示線圈下標。15(;c,力l大致相當于質子密度p(x,力,但是也受到 外部影響(例如橫向或縱向馳豫)的干擾。s,(JC,力叫f,Oc,力IV"")代表線圈i的
      復數線圈靈敏度,并優(yōu)選標準化為
      此外p(x,力表示MR信號的相位,而且對所有通道來說大小相等。該相位 還應當在各個通道的信號組合之后保留在虛擬通道內。最后,y,(x,力代表各線
      圈靈敏度的相位,其對每個線圏i都可以是不同的,而且在本發(fā)明方法中應當 通過相敏的組合方法(例如ACC)來消除。
      由于每個子數據組本身表示雖然不是欠掃描但卻是不完整的數據組,因此 所產生的子圖像雖然沒有褶皺,卻只有粗略的分辨率(在圖6中通過粗略的菱 形圖案表示),但是這種分辨率對于校準的目的是足夠的。
      在下個步驟S 3中,將所有子圖像組合為圖像空間中的唯 一 的 一 個圖像(組 合圖像KB),而且通過該組合不產生或只產生最小的信息損失,該信息損失通 過SNR的損失表示。
      存在不同的方法來執(zhí)行圖像空間中的這種"優(yōu)化組合"。非常適合的方法在下面示出
      所謂的ACC (Adaptive Coil Combine, ACC )方法在任意的SNR條件下, 在保持相位信息的同時實現最佳的、也就是最大程度無SNR損失的圖像組合。 因此,該方法是目前最適合本發(fā)明方法的組合方法。因此下面該方法將作為描 述本發(fā)明方法的基礎。
      在ACC方法中,用每個線圈i的復數共扼的線圈靈敏度e;(;c,力對每個線圏 圖像的各個測量值萬,Oc,力進行加權并進行累加(自適應線圈組合)
      <formula>formula see original document page 11</formula>
      在如上所述優(yōu)選標準化線圈靈敏度,使得fh(x,力l24的前提下(但不是
      一定的)進行最后步驟。
      線圈靈敏度例如可以通過校準矩陣的本征值計算來確定。通過ACC形成 的組合圖像KB仍然是粗略分辨的,但是沒有褶皺而且是復數的,因此具有相 位,并且就SNR來說是所有子線圏圖像的最佳的、也就是最大程度無損失的參 考行組合。
      由于該組合圖像KB在圖像空間中仍然是復數的,可以在本發(fā)明方法的另 一個步驟S4中通過反傅立葉變換(IFT)重新變換回k域。該IFT反變換的步 驟S4提供了 ( 二維的)k域矩陣[R一kal],其是通過ACC從低分辨率的特定于 線圈的參考行塊序列(k域矩陣SP—k—kail至SP—k—kalN)中獲得的,并因此同樣 不是高分辨率的,也就是不是完整的。由于該經過反變換的k域矩陣[R—kal]沒 有分配給特定的通道(同義詞線圈),而是通過ACC方法表示由所有線圈(通 道)的參考行形成的組合,因此該k域矩陣在下面稱為"k域單通道參考圖像 [R一kal]"或稱為"虛擬通道[R一kal]"。
      該虛擬通道[R—kal]仍具有參考行(優(yōu)選的是中央k域行),這些參考行如
      在GRAPPA中的參考行一樣用作用于計算由再現系數組成的(GRAPPA)再現矩陣[W]的目標函數。
      該矩陣[W]的(再現)系數的計算如在GRAPPA或在根據DE 102005018814 B4中的加速GRAPPA中(在該文獻中稱為"校準方法,,或"校準") 一樣通過根據 按照步驟S5的矩陣[W]求解優(yōu)選超定的線性方程進行 [R—kal] = [W] x [l一kai;i
      校準公知的尋找的公知的。:表示在校準中即在S1中獲得的測量值(參考行)中的一塊,該測
      據步驟S13通過"塊,,幾何地定義哪些測得的行借助線性組合(代數地)被用于 再現哪些漏掉的或虛擬的行。
      在圖5C中以虛線示出這樣的一塊。示出測得的行的橫截面,而且該行被 映射為小圓。對再現行示出橫截面并作為十字示出。塊映射來自所有測得的和 漏掉的k域行的一個幾何區(qū)域或片段(例如橫截面),對該區(qū)域或片段采用再現 矩陣,以便用測量值占據(也就是再現)待再現的k域區(qū)域(例如在校準方法 中是待再現的矩陣[R—kal],在再現方法中是待再現的矩陣[R]或形成[R]并使 其完整的子矩陣[R—z])。這樣在N個子線圈以及加速因子AF = 2時的"塊大小4" 例如表示.'4個測得的行以及3個漏掉的行(根據圖5C: 4列和每一列N個由 N個子線圈測得的k域行)。:如上所述表示變換回k域的、粗略分辨^f旦是完整無褶皺的組合圖 像[KB],其形式為具有參考行的k域矩陣,其中這些k域行(參考行)用作目 標函數,用于代數地通過線圏圖像(SP-k一ka11至SP—k_kalN或矩陣[I一kal])的線 性組合按照上述等式來確定GRAPPA再現矩陣[W]。在本發(fā)明方法中AF=2的 情況下,[R—kal]是由通過ACC產生的k域單通道參考圖像(虛擬通道)的兩 個相鄰行(在圖5C中是虛擬通道中的兩個相鄰十字)組成的矩陣,其中一行 總是代表測得的行,另一行代表塊[I一kal]的漏掉的行,或用作目標函數用于通 過[W]將[1—kal]的值與[R—kal]匹配。
      在AF-3, AF:4等等的情況下,[R—kal]表示由3個、4個等等相鄰的行 組成的矩陣,其中[P^kal]參考行總是對應于[Lkal]的一個測得的行,[RJcal]的 其余行總是對應于[1—kal]中漏掉的相鄰的行。通過在[R一kal]的參考行內移動塊 [I—kal],所述待解的方程可以成為超定的,并且產生數值更穩(wěn)定的解。:表示再現矩陣,其通過上述給定的方程計算。目標是利用在校準中確定的矩陣[W]在再現方法中從欠掃描的子線圈序列(SP一k一Rekl至SP—k—RekN) 中再現出高分辨率的MR圖像[R—FT]。
      上面詳細示出的校準方法(步驟S1至S5以及S13)主要在于,以代數方 法確定矩陣[W],從而可以在緊接于后的再現方法(步驟S6至S10以及S14) 中也用代數方式獲得完整的二維k域數據組[R],該k域數據組在圖像空間中對 應于高分辨率的、沒有相位信息損失并且具有最小SNR損失的2D圖像數據組。
      該再現方法的前提條件是不完整或首先是空的(也就是沒有被測量點占用 的)k域數據組[R],該k域數據組如[R一kal]表示虛擬通道,而且可通過子矩陣 [R—z]表示其待再現的k域行。根據本發(fā)明,這樣進行再現即再現矩陣[W]被 用于塊[1—z],該塊在幾何特征上對應于塊[1—kal],而另一方面其代表在步驟S6 中欠掃描的子線圏序列的子數據組。
      在再現([R])的第一步驟S6中,測量k域的具有i=N個通道的欠掃描的 子線圈序列。在下個步驟S14中,在該數據組內定位上面描述的塊[I一z]。在下 個步驟S7中,將矩陣[W]用于[1—z],由此子矩陣[R—z](在AF = 2時兩個在矩 陣[R]內的相鄰行)被完整化。在圖5C中這兩行被表示為虛擬通道[R]內的十字, 其中右側的虛擬再現行對應于測得的行,左側的虛擬再現行對應于漏掉的行(在 AF>2時存在多個漏掉的行,由此也存在多個虛擬再現行分別位于這些漏掉行 的位置上)。兩個虛擬再現行以及[R一z]是在步驟S8中根據 = [R] + [R一z]
      在虛擬通道[R]中記錄的;[R]在[I^z]的當前位置上被測量值占據。[R]的系統地 完整化通過例如根據步驟S10將塊[I一z]以及將子矩陣[R^z]垂直于通道軸和垂直 于k域行方向地、連續(xù)地在一個或另一個方向推移,而且在沿著加速方向推移 的情況下圍繞AF列或在沿著非加速方向(典型的是讀取方向)推移的情況下 逐點地推移。在每次塊推移之后,必須根據步驟S14將子線圈序列的數據組在 現在推移后的塊中更新。在新的重復的步驟S7中,將再現矩陣[W]按照以下等 式用于推移后的塊[I一z]或用于在該塊中更新的測量值 = [W] x [I一z] 再現所查找的 已知的 已知的, 由此新的、與以前完整化的子矩陣相鄰的子矩陣[I^z]被完整化,而且再現的測 量值按照上述等式記錄在[R]中。塊推移,也就是步驟S7、 S8、 S10和S14—直 重復到在重復的查詢S9中識別出矩陣[R]被完全完整化以及不再需要下一次塊推移為止。在這種情況下,按照步驟Sll將完整化的k域數據組[R]通過傅立葉 變換變換到圖像空間,由此在步驟S12中獲得高分辨率的MR圖像[R—FT]。 [R—FT]沒有相位信息的損失,而且只有最小的SNR損失,并且沒有褶皺。
      本發(fā)明方法在計算時間方面的效率或節(jié)省通過與GRAPPA或與加速 GRAPPA的比較明顯地示出(參見圖5A、 5B和5C):
      前提是N = 30個子線圈(30個輸入通道),塊大小為4 (也就是[1—kal]=[I_z] 有4列,每一列有30個測得的k域行)、AF = 2 (也就是[1—z]由于各漏掉的行 而具有3列,每一列分別具有30個未測得的k域行)。
      這樣,根據GRAPPA的再現(圖5A ),根據加速GRAPPA的再現(圖5B ) 以及根據本發(fā)明方法的再現(圖5C)要求[R一z]的每次再現
      GRAPPA: 30 x 30 x 4 = 3600
      再現的通道 輸入通道 塊大小 復數的相乘
      加速的GRAPPA (AF = 2, 減小1/2):
      15 x
      30 x 4 = 1,
      本發(fā)明的 方法
      2
      X
      30 x 4 = 240 。
      本發(fā)明方法的優(yōu)點在加速因子更大時(例如AF-4)表現得更為明顯:
      GRAPPA: 3 x 30x 30x4 = 10800
      加速的GRAPPA (AF = 4,
      減小1/2):3 x 15 x 30 x 4 = 5400 待再現的漏掉的行塊[I]中測得的行
      本發(fā)明的 方法
      4 x
      x 30x 4 =480待再現的漏掉的行 +邊界行。
      下面為了更好的了解將按照圖4的14個步驟的本發(fā)明的方法(步驟S1至 S14),用3個步驟A、 B、 C總結如下
      -步驟A:從事先測得的子線圈序列的參考行中通過相敏的組合方法計算 出k域單通道參考圖像[R一kal],該子線圈序列具有N個子線圈;
      -步驟B:通過求解以下方程 = [W] x [I—kal]
      計算出GRAPPA系數矩陣[W],其中[Lkal]表示來自所述子線圏序列的塊; -步驟C:通過將[W]用于事先測得的N個子線圈的欠掃描的子線圈序列
      的連續(xù)相互推移的塊[1—z],連續(xù)地使k域單通道圖像[R]完整,并將[R]變換到
      圖像空間。
      還要注意,三維地實施本發(fā)明的方法也是可以的。由此可以在k域中進行 再現,或者在k域以及圖像空間中混合地進行再現。
      權利要求
      1. 一種用于基于部分并行獲取(PPA)通過激勵核自旋和測量由所激勵的自旋表示出的高頻信號對人體的關聯區(qū)域進行磁共振成像的方法,該方法包括以下步驟步驟A通過相敏組合方法從事先測得的N個子線圈的一個子線圈序列的參考行中計算出k域單通道參考圖像[R_kal],步驟B通過求解方程[R_kal]=[W]×[I_kal]計算GRAPPA系數矩陣[W],其中[I_kal]表示該子線圈序列中的一塊,步驟C通過將[W]用于所述N個子線圈的事先測得的欠掃描的子線圈序列的連續(xù)的相互推移的塊[I_z],連續(xù)地使k域單通道圖像[R]完整,并將[R]變換到圖像空間。
      2. 根據權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟A中通過ACC方法 計算[R—kal]。
      3. 根據權利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述參考行在所述子 線圈序列的中間區(qū)域(SP一k—kall至SP一k—kalN)形成完整掃描的k域行的塊。
      4. 根據權利要求1至3之一所述的方法,其特征在于,將[W]用于塊[1—z] 而產生[R]的子矩陣[R—z],其中,[R—z]的同一邊界行總是對應于該塊[1—z]中的 一個測得的k域行,而[R—z]的其余k域行則對應于塊[I一z]中與該邊界行相鄰的 漏掉的k域行。
      5. 根據權利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,塊的推移長度在 加速方向上相當于加速因子AF。
      6. 根據權利要求1至5之一所述的方法,其特征在于,塊[I一kal]在幾何特 征上對應于塊[1—z]。
      7. 根據權利要求1至6之一所述的方法,其特征在于,步驟B中給是的 方程是超定的。
      8. —種設備,用于執(zhí)行根據權利要求1至7之一所述的方法。
      9. 一種計算機軟件產品,其在與核自旋斷層造影設備連接的計算裝置上 運行時實施根據權利要求1至7之一所述的方法。
      全文摘要
      本發(fā)明總的涉及醫(yī)學中用于檢查患者的核自旋斷層造影(MRT)。本發(fā)明特別涉及一種基于部分并行獲取(PPA)通過激勵核自旋并測量由所激勵的自旋表示出的高頻信號對人體的關聯區(qū)域進行磁共振成像的方法,包括步驟A.通過相敏組合方法從事先測得的N個子線圈的一個子線圈序列的參考行中計算出k域單通道參考圖像[R_kal];B.通過求解方程[R_kal]=[W]×[I_kal]計算GRAPPA系數矩陣[W],其中[I_kal]表示該子線圈序列中的一塊;C.通過將[W]用于所述N個子線圈的事先測得的欠掃描的子線圈序列的連續(xù)的相互推移的塊[I_z],連續(xù)地使k域單通道圖像[R]完整,并將[R]變換到圖像空間。
      文檔編號A61B5/055GK101435858SQ20081017823
      公開日2009年5月20日 申請日期2008年11月17日 優(yōu)先權日2007年11月16日
      發(fā)明者弗拉迪米爾·杰勒斯 申請人:西門子公司
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