專利名稱：移動臺mri的制作方法
技術領域：
本發明涉及磁共振成像(MRI)系統。而且，本發明涉及一種使用MRI系統生成圖像的方法和用于生成這種圖像的計算機程序。
更特別地，本發明涉及一種在大視場(FOV)情況下采集磁共振(MR)圖像的技術。特別是當要采集整個人體的圖像數據時，該FOV延伸超出了磁體的均勻區(homogeneity)，超出了梯度的線性區，以及超出了發射線圈的靈敏區。已知通過使用“移動床技術”來根據所采集的MR信號生成這種圖像，該技術是對于對比度增強(contrast-enhanced)的MR血管造影術特別有用的。
已知兩種不同的實現“移動床技術”的方法在稱為“MOBITRAK”的第一種方法中，在MRI系統中的多個站之間移動患者，并且當患者位于這種靜止位置時執行成像。這種方法的主要缺點是它的時間低效率，即載體移動花費了相當多時間而沒有采集數據。并且患者的舒適度會降低，這是由于患者平臺的高速加速度和減速度而導致的，特別是當在對比度增強的MR血管造影研究中捕獲動脈造影時更需要這樣。在稱為“連續移動床成像”或“COMBI”的第二種方法中，當患者以相對較低的恒定速度移動通過MRI系統時執行連續成像。這種方法的主要優點是它的患者舒適度水平更高。COMBI的主要缺點是它有限的分辨率和大量的偽影(artefact)。當患者移動一個系統均勻區的距離(典型地＜30cm)時，必須覆蓋捕獲特定圖像分辨率所需的所有k-空間線。典型地對于120cm(對應于外圍血管MR血管造影范圍)所允許的掃描時間＜50秒，每30cm行進距離僅允許10秒。這意味著，對于5ms的全身采集時間TR，在Y和Z方向僅能采樣2000個k值。這些線對于充分高分辨率的MR成像而言太少。
本發明的目的是提供一種具有高質量MR信號采集的MR成像技術，其為患者提供高水平的舒適度。
根據本發明，該目的是通過MRI系統實現的，該系統包括可以在MRI系統內移動的目標載體，用于控制該MRI系統的控制單元，該控制單元適應于控制目標載體的移動，以便當目標以可變速度相對于該MRI系統移動時，獲取目標載體的位置和從目標采集圖像數據。該MRI系統還包括處理單元，適應于利用k-空間MR數據來重建該目標部分的圖像，組合該部分的圖像數據，以及重建完整目標的圖像。
術語“目標以可變速度相對于該MRI系統移動”包括速度＞0的移動，以及速度＝0的“虛擬”移動。換句話說，上述術語包括該目標相對于MRI系統移動的情況以及該目標相對于MRI系統靜止的情況。
該MRI系統此外還包括線圈，用于形成梯度磁場、電流供給設備、高頻生成器、控制設備、RF天線、讀出設備等。所有應用都適應于執行根據本發明的方法。所有設備例如控制單元和處理單元都被構建和編程以使得，該用于獲得數據和數據處理的過程根據本發明的方法運行。
本發明的目的還通過一種利用MRI系統來生成圖像的方法來實現，該方法包括步驟當目標以可變速度相對于MRI系統移動時，在MRI系統中定位該目標，控制該目標載體的移動，從該目標采集圖像數據，以及組合該采集的圖像數據和重建該目標的圖像。
本發明的目標還通過一種計算機程序來實現，包括適應于當計算機程序在計算機中運行時執行根據本發明的方法的計算機指令。從而可以基于該根據本發明的計算機程序的指令而實現根據本發明的必要的技術效果。這種計算機程序可以存儲在例如CD-ROM的載體上，或者可以通過因特網或其他計算機網絡而獲得。在運行之前，通過例如利用CD-ROM播放器從該載體中讀出或者從因特網獲得該計算機程序而將該計算機程序加載到計算機中，并將其存儲在計算機的存儲器中。該計算機還包括中央處理單元(CPU)，總線系統，記憶裝置例如RAM或ROM，存儲裝置例如軟盤或硬盤單元，和輸入/輸出單元。優選地，該計算機是MRI系統的集成部件。
本發明能夠實現高質量MR信號采集以及高水平的患者舒適度。這是通過將圖像數據的靜止和移動采集結合到單個過程中而實現的。這意味著以可變的目標速度采集圖像數據。換句話說，提出了一種MRI系統和方法，其中當目標靜止以及目標移動時都從目標采集圖像數據，其中組合該圖像數據并重建該目標的圖像。
本發明為患者提供了高度舒適度，這是通過目標的相對低速連續移動以及在目標載體的任何靜止位置(其中數據被采集)之間的并行圖像數據采集而實現的。如果使用在目標的靜止位置期間的時間來采集圖像數據，就減少了應用高速率加速度和減速度的需要。
基于在從屬權利要求中限定的以下實施例，進一步對本發明的這些和其他方面進行詳細說明。
在本發明的一個優選實施例中，該控制單元適應于根據被采集的k-空間部分而驅動該目標載體。在另一優選實施例中，控制單元適應于當目標相對于MRI系統靜止時從目標采集圖像數據，以及當目標相對于MRI系統移動時從目標采集圖像數據。
在本發明的另一優選實施例中，控制單元適應于依賴于目標的位置而采集圖像數據。優選地，在目標以低速在靜止位置附近移動期間采集圖像數據。該技術是對MOBITRAK的增強，該增強應用了這樣一個事實，即磁場均勻性(和梯度線性以及線圈靈敏度)不會在一些“均勻區”的邊緣急劇下降，在高均勻性區域少許外側的區域也可以用于成像。由于來自這些區域的數據看起來有略高的失真，優選地在位移期間僅采集高k值。另一方面，在目標相對于站的顯著位移期間不進行圖像數據采集。在本發明的這個實施例中，通過在混合X-k空間移位或調節RF頻率偏移以補償移動載體的偏心變化，從而根據目標的位置和/或目標的速度來修改該視場的位置。
在本發明的另一優選實施例中，該視場是相對于磁體靜止的。控制單元適應于依賴于被采集的k值區域而應用更高的目標速度。這是對COMBI技術的增強。從而可以增強MR圖像采集的效率。在緩慢移動期間，如果在低速期間采集低k值而在目標高速期間采集高k值，會減少運動偽影的數量。在特殊情況下，該載體在k-空間的中心80％是處于靜止位置，而當該載體移動時采集對應于20％的k-空間覆蓋的高k值。在另一種情況下，其中k-空間被不對稱地覆蓋(應用部分傅里葉)，當k值超過預定閾值時該目標載體啟動。該閾值通過每一站允許的掃描時間加上行進到下一站所需的時間與可用于數據采集的移動所需時間片段的比率來獲得。在典型示例中，該行進時間總計達到6秒，其中50％可用于數據采樣(站的兩側各為25％)，并且該站的總允許時間被給定為15秒。這意味著，數據采集在靜止條件下進行9秒，而在移動條件下進行(0.5*6＝)3秒。假定為均勻的圓形k-空間覆蓋(沿著Y和Z方向)，可以理解，該載體對于k-空間線移動，其中|(kY，kZ)|＞(1-3/(9+3))*|(kY，kZ)|MAX＝0.75*|(kY，kZ)|MAX。對于不同的k-空間覆蓋方式可以獲得類似的規則。
根據本發明的另一實施例，其關注點是針對MR掃描的分辨率需求。自然地，被掃描目標的一些部分需要比該目標其他部分更高的分辨率。如果被掃描目標是人體，那么人體的外部周邊部分即頭頸區和腳/小腿區域通常需要比人體中心部分更高的分辨率掃描(由于固有的更小的關注結構，例如脈管系統)。已經發現，MR系統的不完善(例如點傳播函數的加寬，重影)會影響COMBI技術的分辨率。所以，例如使用COMBI技術采集很高的k值線不會顯著提高圖像的真實分辨率。根據本發明，靜止掃描和在目標移動期間掃描的組合解決了這一問題。換句話說，利用反映不同覆蓋需要和不同目標部分分辨率的采集方法來采集目標的不同部分。
在本發明的這個實施例中，控制單元適應于，使得在目標位于靜止位置期間掃描外圍部分，從而采集高分辨率圖像數據。這就防止了在COMBI方法中會發生的運動模糊。該采集的圖像數據包括完整的k-空間，即高和低k-空間線。而且，考慮到關于目標中心部分的分辨率需求低于其外圍部分控制單元適應于，使用例如已知的COMBI方法或類似方法以可變的非零速度采集目標中心部分的圖像數據。該采集的圖像數據還包括完整的k-空間，其中k的最高值小于在靜止位置的采集。使用上述實施例，相對較快的移動是可能的，例如跟蹤目標內的對比塊，這對于例如增強對比的MR血管造影術是特別有用的。
下文中將參照以下實施例和附圖以示例的方式詳細說明本發明的這些和其他方面，其中
圖1是示出了根據本發明的MRI系統的框圖；圖2是根據本發明的圖像數據采集的圖形表示。
在圖1的簡化框圖中示出了可以在其上實現優選實施例的MRI系統。該MRI系統1包括用于形成梯度磁場、RF信號天線、讀出設備、電流供給設備、高頻生成器等的特別線圈2。目標3被放置在磁體內和目標載體4上。該MRI系統1還包括控制單元5和處理單元6。控制單元5適應于為MRI系統1提供特定的掃描參數。它包括具有輸入和輸出設備例如計算機監視器和鍵盤的計算機控制臺。也可以使用其他輸入設備例如觸摸屏或鼠標。控制單元5適應于控制目標載體4的移動和確定其位置，以及控制該圖像數據采集。移動控制優選地包括用于根據被采集k-空間部分而改變和控制運動速率以及驅動載體的裝置。此外，控制單元5適應于根據該載體的位置選擇k-空間部分。為此，控制單元5包括計算機，該計算機包括CPU、記憶器和存儲裝置等。該計算機包括適應于執行本發明方法的計算機程序。處理單元6適應于組合被采集的圖像數據和重建目標3的圖像。處理單元6包括計算機，該計算機包括適應于執行這些步驟的計算機程序。
優選地，處理單元6適應于將k-空間MR數據重建為目標部分的圖像，以及組合該部分的圖像數據和重建完整目標的圖像。在本發明的另一實施例中，在移動時重建該目標部分的圖像并顯示在監視器上，而不重建該完整目標的圖像。
圖2示出了目標載體位置與時間曲線，其被分割為五個區間。第一區間10對應于圖像數據采集周期，其中目標載體4位于其第一靜止位置11(開始位置)。在目標載體4的移動開始12之后，第二區間13開始，其中目標載體具有較低的加速度。在該加速的第一部分期間，目標3仍然相對接近于其原始靜止位置11，例如小于5cm。
根據本發明，該MRI系統適應于以與MOBITRAK相似的方法采集圖像數據。然而，在靜止位置下僅僅完成每個站的一部分采集。最好地，在靜止期間采集較低的k值。在運動期間完成“站”的另一部分數據。從而在目標3的低加速度期間依賴于目標3的位置而改變FOV的位置。為此，通過在處理模塊中移位該MR數據以對齊混合X-k空間中的數據，或者通過改變該發射和接收路徑的RF頻率偏移，而使得該FOV隨著目標而移動。換句話說，該MRI系統1調節其發射頻率、解調頻率等以補償該目標的移動。這樣進行直到該FOV的大部分位于磁體的不均勻部分、梯度線圈的非線性部分和/或RF發射/接收線圈的不靈敏部分中為止。對于相對于該原始靜止位置11的較大位移，會發生圖像的退化。因此利用高k值完成在較大位移處的掃描，其一般包含較少的MR信號。
在本實施例中，當目標載體4達到某個速度時，在某個時間點14停止該數據采集。在第二區間13之后是第三區間15，對應于目標載體4的恒定速度。如果目標載體4到達其第二靜止位置16，那么減速區間17開始。在某個時間點18，當目標載體4達到某個速度時，數據采集再次開始。對于該減速，應用與該移動的加速部分相同的過程。最后，在第五區間19，目標載體4位于其第二靜止位置16，其中該數據采集繼續。對應于本發明的這個實施例的掃描時間使用速度曲線上方的條“A”來顯示。
如果MRI系統1的梯度和RF單元保持在運行模式，那么就能維持渦電流和/或旋轉系統的穩定狀態。另一個優點是，由于聲學噪聲繼續存在，可以提高患者的舒適度。
根據本發明的另一實施例，當目標處于(或者可能處于)移動時，FOV在數據采集期間保持在相對于磁體的相同位置。與COMBI相比，(x，ky，kz)空間被填充數據，其中x平行于運動的方向。再次，這里利用條“A”表示掃描時間。在本發明的這個實施例中，可以在整個移動期間進行圖像數據采集。對應于本發明的這個實施例的掃描時間使用速度曲線上方的條“B”顯示。從而目標載體的高速移動對應于所導致運動偽影的高度可能。因此，在最高速度期間采集高k值，而在低速時采集低k值。在本發明的特殊情況下，在高速期間不進行采集。
在另一實施例中，掃描人類目標的全身，例如全身血管造影術。從而利用靜止目標載體來執行對于頭頸區域的圖像數據采集。從那以后，目標載體連續移動，從而僅允許相對較短的掃描時間。對于腳/小腿區域，其中再次需要高分辨率，使用靜止目標載體執行圖像數據采集。從而外部站被涵蓋在單一的靜止采集中以獲得較長的掃描時間，從而得到高分辨率。典型地，該外部站具有專用接收線圈以增強SNR和允許以高減少因子并行成像(SENSE)。該目標的中心部分優選地不被用于信號接收的專用表面線圈所覆蓋。這里，使用正交體線圈(quadrature body coil)或大型定相陣列線圈(嵌入在該系統中的)進行信號接收。
在另一實施例中，執行外圍脈管血管造影術。因而，該上部站可以對應于骨盆站，或者在胸部區域提供“BolusTrak”(對比度增強定時)采集。因為對比到達時間很難預測，所以對于對比到達檢測掃描，很難預先確定在COMBI下允許的位移。這里，優選為一個靜止載體位置，其可以通過本發明的方法容易地獲得。
對使用本發明的方法進行外圍脈管血管造影術包括BolusTrak的典型過程的說明如下首先，典型地通過以橢圓-中心k-空間順序進行1-2分鐘的掃描來采集下部站(腳-小腿)的屏蔽圖像，如US6577127中所述。下一步，目標載體開始移動。然后，在連續的移動下，對于每個對應于該系統均勻區(典型地＜30cm)的FOV以典型地為10秒種的采集時間來采集直到主動脈分叉的屏蔽FOV。如果目標載體已經到達第二靜止位置，那么目標載體停止，并且利用靜止的目標載體采集最終站的屏蔽。然后，例如通過使用在線減去背景數據的時間分辨掃描(BolusTrak)來執行掃描以檢測對比塊的到達。在檢測對比到達的基礎上，使用靜止的目標載體采集該對比度增強的上部站。下一步，目標載體再次開始移動。在連續移動下，向下采集該對比度增強的FOV直到小腿-腳站，這時該目標載體再次停止，并且使用1-2分鐘的掃描采集該對比度增強的下部站。當由于較小的系統均勻區而使得要采集相對較多數量的站時，該序列變得特別有效。
下面，將對已知的MOBITRAK技術和根據本發明的方法進行比較。根據現有技術的儀器使得載體速度和加速度分別為180mm/s和150mm/s2。
在第一個例子中，應用了300mm的FOV、1200mm的覆蓋和四個站，其中在上部站位置使用BolusTrak。使用已知的MOBITRAK技術，時間需求如下上部站15秒，兩個中間站10秒，下部站90秒，三個內部站等待時間300(mm)/180(mm/s)+180(mm/s)/150(mm/s2)＝2.9秒，總時間134秒。使用根據本發明的方法，時間需求如下上部站15秒，采集兩個中間站的時間3*10＝30秒，下部站90秒，總時間135秒。
在第二個例子中，應用了300mm的FOV、1800mm的覆蓋和6個站。使用已知的MOBITRAK技術，時間需求如下上部站25秒，四個中間站11秒，下部站90秒，五個內部站等待時間300(mm)/180(mm/s)+180(mm/s)/150(mm/s2)＝2.9秒，總時間174秒。使用根據本發明的方法，時間需求如下上部站25秒，采集四個中間站的時間5*11＝55秒，下部站90秒，總時間170秒。
在第三個例子中，應用了300mm的FOV、1200mm的覆蓋和4個站，其中在上部站位置使用BolusTrak。使用已知的MOBITRAK技術，時間需求如下上部站10秒，兩個中間站10秒，下部站90秒，三個內部站等待時間300(mm)/180(mm/s)+180(mm/s)/150(mm/s2)＝2.9秒，總時間129秒。從而在BolusTrak切換時間和呼吸保持指令期間，目標載體移動到第一站。使用根據本發明的方法，時間需求如下采集三個中間站的時間4*10＝40秒，下部站90秒，總時間130秒。
可以認識到，該組合靜止和移動的方法是非常時間高效的。只有用于三站采集時(系統均勻區大約為40cm)，MOBITRAK在時間上更高效。然而，如果使用根據本發明的方法，為了減少與高加速度/減速度速率相關的患者不舒適度，該5-10秒的延長掃描時間也是可以接受的。
本發明的方法的一個顯著優點是，它不需要額外的平臺行程。另外的優點是，很容易實現靈敏度編碼(SENSE)掃描，其中使用與接收陣列的線圈相關的空間信息以減少常規的傅里葉編碼，因為目標的中心部分(在連續運動下成像的)不需要SENSE以獲得充分的分辨率和在10-15秒掃描時間中的覆蓋。因而，僅僅在外部站中應用SENSE，其需要較短的呼吸保持，或者很高的分辨率。
對于本領域普通技術人員顯而易見地，本發明并不限于前述實施例的細節，并且本發明可以以其他特定形式實現而不脫離其精神或關鍵屬性。因此，所給出的實施例在所有方面都應當被認為是示例性和非限制性的，本發明的范圍由所附的權利要求而不是由前述說明表示，并且因而，所有在該權利要求的等效含義和范圍內作出的改變都被認為是涵蓋在其中。另外，顯而易見地，單詞“包括”不排除其他元件或步驟，單詞“一個”不排除多個，并且單個元件例如計算機系統或另一單元可以完成在權利要求中所述多個裝置的功能。權利要求中的任何參考標記都不應對被解釋為對所涉及權利要求的限制。
權利要求
1.一種磁共振成像(MRI)系統，該系統包括可以在該MRI系統內移動的目標載體，用于控制該MRI系統的控制單元，該控制單元適應于控制該目標載體的移動，獲得該目標載體的位置，當該目標以可變速度相對于該MRI系統移動時從該目標采集圖像數據，和處理單元，適應于組合所采集的圖像數據，和重建該目標的圖像。
2.如權利要求1所述的MRI系統，其中該控制單元適應于根據被采集的k-空間部分驅動該目標載體。
3.如權利要求1所述的MRI系統，其中該控制單元適應于當該目標相對于該MRI系統靜止時，從目標采集圖像數據，和當該目標相對于該MRI系統移動時，從該目標采集圖像數據。
4.如權利要求1所述的MRI系統，其中該控制單元適應于采集該目標的清晰部分的圖像數據，從而在該目標的該部分相對于默認位置或靜止位置位移期間采集該數據的一部分。
5.如權利要求1所述的MRI系統，其中該控制單元適應于當該目標顯示與該默認位置或靜止位置有小的位移時采集圖像數據。
6.如權利要求1所述的MRI系統，其中該控制單元適應于根據該位移而移位該視場。
7.如權利要求1所述的MRI系統，其中該控制單元適應于對于靜止部分采集低k值和對于位移采集高k值。
8.如權利要求1所述的MRI系統，其中該控制單元適應于根據該目標載體的位置而選擇k-空間部分。
9.如權利要求1所述的MRI系統，其中該控制單元適應于保持該視場相對于該MRI系統的磁體固定，和平行于該運動方向執行頻率編碼，以及其中，該處理單元適應于在每個剖面的運動方向上執行傅里葉變換，和將該數據填充在(x，ky，kz)空間中。
10.如權利要求1所述的MRI系統，其中該控制單元適應于在高速移動期間采集高k值和在低速移動期間采集低k值。
11.如權利要求1所述的MRI系統，其中該控制單元適應于當該目標處于靜止位置時采集該目標部分的高分辨率圖像數據，和當該目標移動時以低分辨率采集該目標的其他部分的圖像數據。
12.如權利要求1所述的MRI系統，其中該控制單元適應于當該目標處于靜止位置時采集很高的k-空間值。
13.如權利要求1所述的MRI系統，其中對于對應于該靜止位置的目標部分使用多元件RF接收線圈。
14.如權利要求1所述的MRI系統，其中對于任何目標部分使用多元件RF接收線圈。
15.一種利用MRI系統產生圖像的方法，該方法包括步驟在該MRI系統中定位目標，控制該目標載體的移動，當該目標以可變速率相對于該MRI系統移動時，從該目標采集圖像數據，和組合所采集的圖像數據并且重建該目標的圖像。
16.一種使用MRI系統產生目標的圖像的計算機程序，該計算機程序包括用于控制該目標載體的移動的計算機指令，用于當該目標以可變速率相對于該MRI系統移動時，從該目標采集圖像數據的計算機指令，和用于組合所采集的圖像數據和用于重建該目標的圖像的計算機指令。
全文摘要
本發明涉及一種MRI系統和使用這種系統產生圖像的方法。為了提供一種為患者提供高度舒適度的、具有高效MR信號采集的MR成像技術，提出了一種MRI系統和方法，其中當目標以可變速度相對于該MRI系統移動時從目標采集圖像數據，并且組合該圖像數據和重建該目標的圖像。
文檔編號G01R33/563GK1954231SQ200580015443
公開日2007年4月25日 申請日期2005年5月12日 優先權日2004年5月14日
發明者C·L·G·哈姆, M·弗德爾, J·S·范登布林克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司