用于三維磁共振成像的測量序列以及磁共振設備的制作方法

專利名稱：用于三維磁共振成像的測量序列以及磁共振設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于三維磁共振成像的測量序列，如特別是用于生成 盡可能無運動偽影的磁共振圖像的測量序列。本發明還涉及一種有關的磁 共振設備。
背景技術：
磁共振技術(下面以縮寫MR代表磁共振)是一種可以用來產生檢查 對象的內部的圖像的公知的技術。為此，將檢查對象在MR設備中定位在 一個相對強的靜態均勻基本磁場(磁場強度為0.2特斯拉至7特斯拉或更高) 中，使得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 沖入射到檢查對象中，對所觸發的核自旋共振進行測量并且在其基礎上重 建MR圖像。為了對測量數據進行位置編碼，在基本磁場上疊加一個快速 通斷磁梯度場。將所記錄的測量數據進行數字化并且以復數值的形式存放 在k空間矩陣中。可以借助于多維傅立葉變換根據填充了值的k空間矩陣 重建所屬的MR圖像。MR成像由于其相對較長的測量時間而是對運動敏感的，也就是說，在 記錄測量數據期間檢查對象的運動可以對圖像質量造成一些明顯的限制。因此，存在不同的方法和/或測量序列，其目標是降低對檢查對象的運 動的靈敏度，從而允許對圖像數據的改善的重建。相對開銷較大的方法采用外部標記和超結構(Aufbauten)，利用它們借 助于光學裝置在空間中采集運動并且加以考慮。不過，這種方法要求額外 的硬件，由此造成了高的造價，并且由于需要在患者上做標記而導致舒適 性的損失，因此這種方法通常僅僅被受限地采用。此外，存在這樣的方法，其中對測量序列的專門設計允許了運動檢觀'J。 例如，可以通過對測量序列的專門設計對k空間的中心區域進行過掃描， 并且將由此獲得的信息用于改善的圖像重建以及用于減小運動偽影。在所謂的PROPELLER技術(也公知為BLADE技術)中對測量數據進
行記錄時，例如將k空間矩陣分割地掃描，其中，各個的k空間片段相互 旋轉，從而利用每個k空間片段掃描中心k空間區域。對中心k空間區域 的過渡掃描使得可以檢測在對各個k空間片段的掃描之間發生的運動，并 且在圖像重建中加以考慮。其它的方法例如采用了螺旋形的和輻射狀的k 空間投影或者對于多重冗余記錄的測量數據的平均。
在這些方法中，過渡掃描所必需的對測量數據的多重需求起到了不利 的作用。此外，在非笛卡兒掃描方案中出現這樣的潛在的偽影，其起源于 將所記錄的測量數據至笛卡兒坐標柵格的非最佳換算(英語為 "Regridding，，)。
這里所介紹的方法通常是針對于對所采用的測量序列的專門設計的， 因此僅僅允許在窄的邊界內部修改測量序列，而沒有考慮有關方法的可實 施性。特別是，這些方法中的許多并不能容易地移植到笛卡兒掃描方案上。另一種廣泛使用的用于識別和/或校正在記錄測量數據期間出現的運動 的方法，是采用所謂的導航儀(Navigator)信號，也稱為導航儀回波。在這種記錄中，除了實際的測量數據(利用其填充與要生成的圖像相 對應的k空間矩陣)之外， 一同記錄額外的數據(所謂的導航儀信號)。所 述導航儀信號允許了對在記錄測量數據期間所出現的檢查對象的運動進行 檢測，并且必要時在MR圖像的重建時加以考慮，從而減少運動偽影的出 現。
在此，通常通過導航儀信號對k空間矩陣的一個較小的區域(例如，k 空間矩陣的一個k空間行或者一個較小的中心片段)進行掃描。通過由該 導航儀信號掃描的k空間值就其幅度和相位進行的比較，可以檢測出在兩 個導航儀信號的掃描之間可能出現的運動和/或在圖像重建中加以考慮。在 此，已知不同類型的導航儀信號。作為例子僅僅提及苜蓿葉形、軌道的或 球形的導航儀信號。
在記錄這種導航儀信號中，根據導航儀信號相互間的不同復雜性顯著 地提高了測量序列的測量持續時間并改善了隨后的圖像重建。因此，存在進一步開發測量序列的必要性，該測量序列允許在檢查對 象的可能運動的條件下改善圖像質量
發明內容
因此，本發明要解決的技術問題是提供這樣一種測量序列盡管檢查 對象可能發生運動也仍然能利用該測量序列實現良好的圖像質量且同時實 現較短的測量時間和廣泛的可應用性。此外，本發明要解決的技術問題還 是，提供一種產生這種測量序列的方法以及一種可以用來實施這種測量序 列的磁共振設備。在按照本發明的用于三維磁共振成像的測量序列中，通過掃描在k空間中的多個k空間行實現對測量數據的記錄，其中將所述多個k空間行分 配到多個子記錄上，從而在每個子記錄上進行對所屬的k空間行的掃描， 并且其中，將所述k空間行這樣分配給所述子記錄，使得該分配對應于下 列的分配規則-以表征有關k空間行至k空間中心的距離的距離指標來分析每個k 空間行，-在考慮所述距離指標的情況下將待掃描的k空間行按一個順序排列，-將以該順序排列的k空間行分成多個組，其中分別將多個依次跟隨 的k空間行綜合為一個組，以及-將所述k空間行分配給所述子記錄，其中，在每個組中將被綜合為 該組的k空間行分配到不同的子記錄上。也就是說，在按照本發明的測量序列中，對k空間行的分配基于如下 的原則將k空間行這樣分配到各個子記錄上，使得在每個子記錄中既掃 描靠近中心的k空間行又掃描遠離中心的k空間行。這是如下地實現的 將至k空間中心的距離大致可比較的k空間行(即，分別把在順序中依次 跟隨的k空間行)綜合為多個組，并且隨后將每個組的k空間行分配到不 同的子記錄上。由此實現了將至k空間中心的距離大致可比較的k空間行 分配到不同的子記錄上。子記錄本身在測量序列中被連續地記錄。也就是說，由此將對靠近和 遠離k空間中心的k空間行盡可能均勻地在測量時間上進行分配。與通過子記錄將k空間分成相關的片段并且這些片段隨后由子記錄連 續地掃描的掃描方案相比，產生了一系列的優點。在這種掃描方案中，多 數情況下對相位編碼系統單獨進行觀察，并且在其上建立對k空間的分割。 k空間的這些片段多數情況下是相關的并且至k空間中心的距離明顯不同。 如果在兩個子記錄之間發生檢查對象(例如患者)的運動，則該運動在k 空間中逐段地反映在所記錄的k空間數據中。從中重建的圖像通常具有可 見的偽影，例如幻像移動。如果該運動發生在對靠近k空間中心的片段的 掃描期間，則尤其強烈和顯著可見地出現這種偽影。與此相反，在按照本發明的測量序列中根據對k空間行在k空間中位 置的分析來進行k空間行的劃分。該分析是通過一個距離指標進行的，在 該距離指標中標識k空間行在三維k空間中的位置的相位編碼方向共同起 作用。在此語境中，分析意味著，為每個被分析的k空間行分配其所屬的 距離指標。通過分配規則，在子記錄中將k空間行按照至k空間中心的距 離在該k空間上均勻地分布。由此，在每個子記錄中針對至k空間中心的 距離對可比較的k空間行進行掃描。如果在子記錄之間僅僅發生^r查對象 的短時間的運動，則由于運動改變的k空間數據針對至k空間中心的距離 均勻地在k空間上分布。因為通常僅有一部分子記錄由于檢查對象的運動 而包含偽影，所以在k空間中心仍然在沒有檢查對象的運動的條件下掃描 了所記錄的k空間行的大部分，這在圖像重建中有利地實現偽影的對正 (Ausmittelung )。被重建的圖像具有明顯更少的偽影。據以將待掃描的k空間行劃分到子記錄上的分配規則，可以被應用在 多種用于三維MR成像的不同類型的測量序列中，特別是也可以被應用在 可以在其中由至少兩個相位編碼方向表征k空間行的測量序列中。例如， 這些測量序列包括三維快速自旋回波序列、三維快速梯度回波序列、例如 三維的全聚焦穩態進動快速成像(英語為True FISP， "True Fast Imaging with Steady Precession")序列的三維穩態序列。如后面還要詳細描述的那樣，將 測量序列劃分成子序列可以由對測量序列的專門設計本身產生，或者也可 以任意地規定。也可以將對按照本發明的測量序列的分配規則移植到帶有 三個相位編碼方向的成像方法上，如應用在^t共振光譜學中的CSI(英語為 "Chemical shift imaging"，化學位移成像)方法。也可以按照多種方式來確定用來確定至k空間中心的距離的距離指標。 例如， 一種筒單確定的距離指標是k空間行至k空間中心(例如在k空間 中的一個預定的點)的歐幾里得距離范數。也可以采用歐幾里得距離范數 的變形(例如，基于待掃描的k空間的大小對k空間或者k空間坐標軸的 比例縮放)或者其它距離范數作為距離指標，如果其表現是有利的。在利用距離指標對k空間行進行分析之后，在考慮距離指標的條件下
將待掃描的k空間行按一個順序排列，特別是根據距離指標將待掃描的k 空間行以升序或降序排列。此時，可以通過分配規則按照簡單的方式將k 空間行這樣分配給子記錄，使得針對其距離指標實現k空間行在子記錄上 盡可能均勻的分布。優選地，在對按該順序排列的k空間行進行分組時，分別將S個依次 跟隨的k空間行綜合到一個組中，其中，S表示子記錄的數目；并且，在將 k空間行分配到S個子記錄時，在每組中將S個依次跟隨的k空間行分配到 該S個子記錄上。由此，可以實現k空間行在各個子記錄上的特別均勻的分布，因為這 樣子記錄基本上被分配了相同數目的k空間行。具有優勢的是，所述k空間行被無重疊地設置在k空間中。優選地， 所述k空間行被平行于讀出方向地設置。在一種優選的實施方式中，所述k 空間行位于三維的笛卡兒坐標柵格(Gitter)上。即使在k空間中的k空間行的笛卡兒設置中，通過分配規則允許對k 空間行的一種簡單的劃分，從而實現k空間在子記錄上行針對其距離指標 的盡可能均勻的分布。此外，在這種設置中，特別是在將k空間行設置在 三維的笛卡兒坐標格柵上的條件下，可以從所記錄的測量數據中特別簡單 地重建圖像，而沒有額外的內插偽影。優選地，所述待掃描的k空間行在該順序中的排列根據所述距離指標 升序地進行，從而以較小的距離指標被分析的k空間行(即，對應于較小 的距離指標的k空間行)在該順序中位于以較大的距離指標被分析的k空 間行(即，對應于較大的距離指標的k空間行)之前。具有優勢的是，額外地在考慮k空間行在k空間中的方位角狀態的條 件下，修改所述待掃描的k空間行按該順序的排列。按照這種方式，可以 這樣額外地影響k空間行在各個子記錄中的劃分，使得此時在各個子記錄 中也實現了 k空間行的所希望的方位角的分布。可以按照不同的方式確定k 空間行在k空間中的方位角狀態。在通過給定相位編碼平面的兩個坐標來 表征k空間行的狀態的條件下，可以通過給定與該坐標對所對應的極坐標 對的對應的角度坐標來確定該方位角狀態。按照類似的方式可以對應地一 般化到三維的球坐標上。有利的是，在考慮所分配的k空間行的距離指標的條件下，在每個子
記錄內部確定所分配的k空間行的掃描順序。由此，在子記錄內部對對k 空間行的掃描進行控制。在此優選的是，在每個子記錄內部這樣將所分配的k空間行的掃描順 序與在對所分配的k空間行的掃描期間改變的圖像對比度相協調一致，使 得對中心的k空間行的掃描在最強的圖像對比度的時刻進行。按照這種方 式，提高了從測量數據中所重建的圖像的質量。通過對k空間行的方位角狀態的考慮以及通過對在子記錄內部k空間 行的所希望的排列順序的考慮，可以額外地實現用于將k空間行盡可能均 勻地分布到子記錄上的不同掃描模式，以及分配給一個子記錄的k空間行 在k空間中的分布。優選地，根據自旋回波和/或梯度回波進行對所述k空間行的掃描。具 有優勢的是，為了對所述k空間行進行掃描采用一種多回波技術，其中， 在一個激勵脈沖之后跟隨著多個用來掃描多個k空間行的回波，其中，再 一個激勵脈沖后跟隨有多個回波。按照這種方式，形成了測量序列在子記 錄中的自然的劃分，其中， 一個子記錄包括分別在一個激勵脈沖之后記錄 的回波。在一種優選的實施方式中，在每個子記錄之前進行一個對比度準備。 按照這種方式提高了由測量序列對待記錄的對比度的可影響性。按照本發明的磁共振設備被構造用于利用根據上述的測量序列來記錄 測量數據。.


下面對照附圖對本發明的實施例以及優選的結構作進 一 步的說明，不 過并不限于此。附圖中圖1示出了 MR設備的示意性結構，圖2示出了據以將k空間行分配給子記錄的分配規則的表示， 圖3示出了一種以其更詳細地實施將k空間行分配給子記錄的方法的 表示圖，圖4示出了一種其中在考慮子記錄內部所希望的掃描順序的條件下實 施將k空間行分配給子記錄的方法的表示圖，圖5示出了一種其中在考慮k空間行的方位角狀態的條件下重新按一
個順序排列的k空間行的方法的表示圖，圖6和圖7分別示出了帶有如現有技術中公知的掃描方案的k空間矩陣，圖8示出了對k空間矩陣的k空間行針對其至k空間中心的距離的分析，圖9至圖12分別示出了具有如通過圖3至圖5所示的方法產生的掃描 方案的k空間矩陣，圖13至圖15示出了在k空間中三種由不同的掃描方案所形成的對比 度分布。
具體實施方式
圖1示意性地示出了磁共振設備1結構。磁共振設備1的用來實施實 際測量的部件位于一個在高頻技術上屏蔽的測量室3內。為了借助于磁共 振成像對身體進行檢查，向該身體照射不同的、按照它們在時間上和空間 上的特性最為精確地相互協調 一致的磁場。一個強磁鐵(通常是帶有隧道形開口的低溫磁鐵5 )產生一個靜態的強 主》茲場7，其通常為0.2特斯拉至7特斯拉或更大，并且該主磁場在測量空 間內部盡可能地均勻。待檢查的身體(在此未示出)被安置在患者臥榻9 上，并且^皮定位在主石茲場7中、更確切地說是在測量空間中。對身體核自旋的激勵通過;茲高頻激勵脈沖進行，該高頻激勵脈沖通過 一個在此被表示為身體線圈13的高頻天線輻射出。該高頻激勵脈沖由脈沖 產生單元15產生，該脈沖產生單元由脈沖序列控制單元17進行控制。在 通過高頻放大器19的放大之后，高頻激勵脈沖被引導到高頻天線。在此所 示出的高頻系統僅僅是示意性表示的。通常，在》茲共振設備1中采用多于 一個脈沖產生單元15、多于一個高頻放大器19和多個高頻天線。此外，磁共振設備1具有梯度線圈21,利用該梯度線圈在測量時輻射 出梯度場，用于有選擇地進行層或體積激勵以及用于對測量信號進行位置 編碼。梯度線圈21由梯度線圈控制單元23進行控制，該后者同樣地與脈 沖產生單元15 —樣地與脈沖序列控制單元17連接。由被激勵的核自旋所發出的信號被身體線圈13和/或局部線圈25接收， 通過對應的高頻前置放大器27被;改大，并且由接收單元29進一步處理和 數字化。在此，接收線圈也可以包括多個線圈單元，利用這些線圈單元同 時記錄核子共振信號。在既可以被運行在發送模式又可以被運行在接收模式的線圈、如身體線圈13的條件下，通過前面接入的收發開關39調整正確的信號傳遞。圖像處理單元31根據測量數據產生圖像，將該圖像通過操作面板33 顯示給使用者或者將其存在存儲器單元35中。中央的計算機單元37控制 各個設備部件。在此，磁共振設備1被構造用于利用按照本發明的測量序 列對測量數據進行記錄。在按照本發明的測量序列中，對測量數據的記錄是通過在k空間中對 多個k空間行進行掃描實現的，其中，將該多個k空間行分布在多個子記 錄上，從而在每個子記錄中進行對對應的k空間行的掃描。在此，對k空 間行的分布符合專門的分配規則，現在結合圖2對該分配規則進行更詳細 的說明。在第一步驟51中，確定待掃描的k空間行。可以按照多種方式確定該 待掃描的k空間行并將其與k空間掃描和測量序列的要求進行匹配。下面 給出幾個可以進行該確定的方式，但本發明并不限于這些方式。待掃描的k空間以及由此待掃描的k空間行是與待顯示的圖像片段(英 語為"Field-of-View",視野)以及空間分辨率(即，單個體素的延伸)匹 配的。例如，沿著一個空間維度上圖像片段的延伸X和圖像片段的分辨率 x與沿著對應的維度對于待掃描的k空間范圍K以及所需要的掃描的厚度k 相對應k = X/27i，K = 27i/x。這點適合于每個空間維度、特別是適合于每個 相位編碼空間維度。待掃描的k空間范圍的延伸以及掃描厚度，對于不同 的空間方向可以是不同的，例如在定義了矩形的圖像片段或者在各向異性 的空間分辨率的條件下。在簡單的笛卡兒掃描類型的條件下，對所有位于坐標柵格上的k空間 行進行掃描。由此出發可以改變掃描類型。例如，可以不對這些行中的每 一個都進行掃描。這種類型的欠掃描允許更快的記錄，不過也導致圖像偽 影，但是可以利用專門的方法至少部分地消除該圖像偽影。對于額外的位 于坐標柵格之間位置上的k空間行的過掃描，使得可以改善信噪比。不必 一定將待掃描的k空間行設置在坐標柵格上，而是可以與其部分地或者完 全i也偏離。
此外，可以多次掃描幾個或者所有的k空間行，并且將該多次的掃描 用于確定信號，以便提供信噪比。此外，可以限制待掃描的k空間坐標的量，以便僅僅部分地掃描一個 或多個k空間維度，和/或可以使用用于重建的部分傅立葉(英語為"Partial Fourier")技術。只要僅僅要產生幅度圖像，則這點例如就是可能的。由于 k空間數據的對稱，在k空間中的(各空間維度的)每個一半中已經包含了 該幅度圖像所需要的信息。再者，可以通過采用橢圓形的k空間掃描來降低待掃描的k空間坐標 的量。在此，將k空間的拐角排除在掃描之外，因為那里所包含的信息對 于圖像內容沒有貢獻或者僅僅有不重要的貢獻。例如，在兩個相位編碼方 向的條件下可以將至多四個拐角排除在掃描之外，而在三個相位編碼方向 的條件下可以將至多八個拐角排除在掃描之外。此外，在采用并行成像技術(例如，所謂的GRAPPA技術，GRAPPA 表示"Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition, 全局自動校 準部分并行采集，，)的條件下，不必對所有的k空間行進行掃描。在第二步驟53中，利用距離指標分別對每個k空間行進行分析。在此， 該距離指標給出k空間行離k空間的中心多遠。例如，l(空間的中心可以是 在k空間中具有k空間坐標值零的點，或者例如是一個其相位編碼方向分 別具有值零的中心的k空間行。在第三步驟55中，將k空間行按照順序km, m=l...N進行排列，其中， N是待掃描的k空間行的總數。該排列在考慮距離指標的條件下這樣進行， 使得k空間行針對其至k空間中心的距離地設置，從而在該順序中使中心 的k空間行位于邊緣的k空間行之前。作為距離指標原則上可以釆用不同的距離指標。 一種簡單的距離指標 是歐幾里得距離范數，利用其分析k空間行至k空間中心的距離。此外， 還可以修改該距離范數，方法是將k空間的軸進行縮放，例如根據k空間 行與待掃描的k空間的特殊形式的對應關系進行匹配(例如與正方體形的k 空間匹配)。下面，將給出一個可以用來計算距離指標的例子。為此，不失一般性 地假設在k空間中的k空間行是被平行設置的，從而其在k空間中的位 置可以通過沿著兩個相位編碼方向x和y給出的兩個坐標、和ky來表征。
此時可以通過下列的關系確定距離指標d:d(kx, ky) = ((kx-k0x)/Kx)2 + ((ky-k0y)/Ky)2，其中，k、和k 給出k空間中心的坐標，而Kx和Ky給出k空間矩陣在x以 及y方向上的大小。在將k空間行針對距離指標按一個順序排列之后，在第四步驟57中， 確定其中分布了 k空間行的子記錄數目。子記錄的特征在于在該子記錄 中對對應于該子記錄的k空間行進行掃描。根據所采用的序列類型，可以根據專門的測量序列設計產生該測量序 列在子記錄中的分布。例如，在三維快速自旋回波序列中，利用分別通過重聚脈沖產生的一 系列的自旋回波的依次跟隨的記錄進行對核自旋的多次激勵。在此，在對 核自旋進行激勵之前出現一個或多個準備脈沖，利用該準備脈沖準備不同 的、在所記錄的測量數據中反映出的所希望的組織的對比度。通過對測量 序列的該設計，將測量序列分布中這樣的子記錄中是具有優勢的其中每 個子記錄包括了該系列的分別跟隨一個激勵脈沖的自旋回波的記錄。在此， 為每個子記錄分配了對應數目的k空間行，這些k空間行由該系列的自旋 回波掃描。在另一種序列(三維快速梯度回波序列)中，借助于分別跟隨在激勵 脈沖之后的梯度回波實現對k空間行的掃描。將各個梯度回波自然地綜合 成子記錄這點可以通過這樣一種對比度準備來給出該對比度準備分別為 預先定義數目的隨后的梯度回波而實施。不過，即使不實施任何對比度準 備(即，如果對k空間行的掃描對應于通常的三維梯度回波序列的話)，也 可以將測量序列任意地分布到子記錄中，方法是例如將預先定義數目的 依次跟隨的梯度回波綜合為一個子記錄。可以將該實施方式按照類似的方式移植到其它測量序列上，例如，移 植到三維穩態序列、三維EPI (EPI表示"Echo-Planar-Imaging,平面回波 成像")序列或者其它上。在一個子記錄中掃描的k空間行的數目在每個子記錄中可以是不同的。 因為k空間行的整體由不同的子記錄掃描，下列關系成立2^￡,=W,其 中，N給定k空間行的數目，而Ej表示在第i個子記錄期間被掃描的k空間 行的數目。在此，S給定子記錄的數目。
在一種優選的實施方式中，在每個子記錄中被掃描的k空間行的數目基本上相同。在這種情況下，子記錄的數目S和待掃描的k空間行的數目N 與在一個子記錄期間被掃描的k空間行的數目E有關 E=N/S,其中，必要時對比值進行舍入 E=Ceil(N/S);函數Ceil將該比值舍入為最近的更大的整數值。由此可能出現如下的情況可通過子記錄掃描的k空間行的可用總數S xE稍微大于待掃描的k空間行的數目N。這點允許了一定的自由度利用 多余的k空間行可以例如重新對已經記錄的k空間行進行掃描，并且稍孩吏 地提高信噪比。必要時，可以記錄額外的k空間行，例如在拐角處的k空 間行，這些拐角在橢圓形k空間掃描中否則將被完全省略。不過，也可以 共計掃描比通過數目SxE所允許的更少的k空間行，從而實現稍微更短的 測量時間。在這種情況下，在子記錄的一部分中可以跳過可最后掃描的k 空間行。然而盡管如此，優選的是，在每個子記錄中對于將不被掃描的k 空間行也分別產生一個信號回波，但是忽略該信號回波。這樣，保持得到 》茲化的穩態，并且仍然按照相同的方式縮短所有回波列(Echoziige)。這點 導致對點圖像函數(英語為"point spread flmction",點擴展函數)的優化。 在第五步驟59中，將按順序排列的k空間行進行分組，方法是分別將 依次跟隨的k空間行綜合到一個組中。在第六步驟61中，將k空間行分配 到單個的子記錄上，方法是在每個組中將綜合成該組的k空間行分布到不 同的子記錄上。在其中在每個子記錄中掃描基本上相同數目的k空間行的優選的實施 方式中，在第五步驟59中，分別將S個依次跟隨的k空間行綜合到一個組 中。在第六步驟61中，將這些k空間行分配到各個子記錄上，方法是為每 個子記錄分別分配來自每個組的一個k空間行。在圖3至圖5中將顯示如 何可以通過算法實現這一點的實施例。其它的步驟可以起到改善該方法的作用。例如，在確定k空間行的順 序之后可以執行第七步驟63,其中，在考慮被按一個順序排列的k空間行 的方位角狀態的條件下在k空間中重新排列這些k空間行。由此，可以對 否則k空間行在各個子記錄上針對k空間行方位角狀態的盡可能的隨機分
布施加影響，并且按照所希望的要求進行實施。例如，通過考慮k空間行的方位角狀態，可以將它們這樣設置，使得 為了掃描k空間行而接通的相位編碼梯度對于不同的k空間行僅僅微小地 改變，使得渦流效應出現得不那么強烈，從而改善圖像質量。后面將根據圖5對考慮k空間行的方位角狀態進行更詳細地說明。在第八步驟65中，可以例如根據k空間行至k空間中心的距離確定分 配給一個子記錄的k空間行的順序，從而按照這種方式可以例如將對k空 間行的掃描與所希望的圖像對比度相協調一致。對此的詳細解釋將根據圖4 進行。在圖2中示出的方法的順序僅僅是一種排列這些步驟的可能順序。例 如，實現在圖2中示出的步驟的算法同樣可以執行另一種順序，并且也被 構造為同時執行多個步驟。圖3示出了一種算法，利用其可以按照所述方法將待掃描的k空間行 分布到各個子記錄上。在按照圖3的算法的第一部分71中，如上面描述的 那樣預先規定N個待掃描的k空間行，根據待掃描的k空間行至k空間中 心的距離將它們按一個順序km，m-l...N排列，并預先規定子記錄的數目S。 在該算法的第二步驟73中，按照圖3的算法將k空間實際分配給子記錄。 在此，進行下列步驟a) 從排過序的k空間行km的順序中提取出至k空間中心距離最短的k 空間行，即h。b) 將該k空間行k,分配給第一子記錄。c) 從排過序的k空間行的順序中提取出下一個k空間行。d) 將該k空間行分配給下一個子記錄。e) 繼續運行，直到為所有的子記錄分配了一個k空間行。f) 從排過序的k空間行的順序中提取出下一個元素。g) 將該k空間行分配給第一子記錄。h) 繼續運行，直到所有k空間行被分布在所有的子記錄上。 也就是說，通過該分配算法將k空間行的排過序的順序綜合為這樣的組，其中分別將S個依次跟隨的k空間行進行了分組。據此，為每個子記 錄從這些組中分別分配一個k空間行。對于下面結合圖4和圖5的說明采取的如下的假設利用三維快速自 旋回波序列對k空間行進行k空間掃描，其中，在子記錄中通過由重聚相位脈沖(Rephasierungspuls ) S j起的回波對所對應的k空間行進行掃描。不 過，這點僅僅是用于使得所描述的實施方式直觀。所描述算法的一般性并 不由此受到限制，而是可以容易地采用到其它的測量序列類型上、例如帶 有可能的對比度準備的快速梯度回波序列。圖4示出一種算法，利用其在將k空間行分配給子記錄時可以按照針 對k空間行至k空間中心距離的預先給定的排列順序實現k空間行在每個 子記錄內部的分配。為了說明作為基礎的概念，下面假設在一個子記錄中記錄9個依次 跟隨的自旋回波。通過預先給定的排列順序確定了，哪個被分配的k空間 行由有關的回波掃描。例如，排列順序可以通過數列Oi, i^.,.9給出l至 9的數字。這些數字分別給出一個k空間行根據其至k空間中心的距離在排 列順序內部的哪個位置上被掃描例如，排列順序OiH2，3,4，5，6，7,8,9〉意味著,離k空間的中心最 近的k空間行是由第一回波掃描的，離k空間的中心第二近的k空間行是 作為第二回波而被掃描的，等等。也就是說，通過該排列順序保證了針對k 空間行至k空間中心的距離對k空間行的線性遞增掃描。例如，排列順序Oi={5,4,6,3,7,2,8, 1，9}意味著，離k空間的中心最 近的k空間行由第五回波掃描，離k空間的中心第二近的k空間行由第四 回波掃描，等等。因此，針對k空間行至k空間中心的距離對k空間行進 行的掃描的順序是有中心的，即，最中心的k空間行在子記錄的中間被掃 描。如果對比度在對回波記錄的開始時最大并且隨著記錄減小，則最先提 到的排列順序是具有優勢的。例如，在如下的條件下出現這種情況利用 快速梯度回波方法進行回波的記錄，并且在對快速梯度回波的記錄之前在 每個子記錄中進行T2加權的對比度準備，例如由Nezafat R等人所著的 "B1-insensitive T2 preparation for improved coronary magnetic resonance angiography at 3 T"，石茲共振醫學(Magn Reson Med.) 2006四月第55(4)巻, 第858-864頁中所公開的那樣。由此準備的T2對比度緊隨在該準備之后為 最大，并且隨著回波的掃描逐漸衰減。因此，按照線性遞增的順序對k空 間行進行的記錄對應于對比度特性在時間上的變化。利用最先提到的排列 順序使得對于圖像重建重要的中心的k空間行以較好的對比度被掃描，而 邊緣的k空間行以較差的對比度被掃描。如果在對回波的記錄期間對比度逐漸地上升并且隨后又下降，則其次提到的排列順序例如是具有優勢的。例如，這點可以在下列的條件下出現 在對快速梯度回波進行記錄之前在子記錄中利用反轉脈沖激勵核自旋。因 此，k空間行的這樣的順序，即，其中在快速梯度回波的中間記錄中心的k 空間行并且在開始和結束時記錄邊緣的k空間行，對應于對比度特性在時 間上的變化，從而以較好的對比度掃描中心的k空間行。也可以進行其它的對比度準備，例如，將擴散對比度或T1 p對比度以 及k空間行的排列順序在子記錄內部與所準備的對比度進行匹配。類似于在圖3中描述的實施例，在圖4所示的算法的第一部分81中， 預先規定N個待掃描的k空間行，根據待掃描的k空間行至k空間中心的 距離將它們按一個順序km，m二l...N來排列，以及預先規定子記錄的數目S。 在圖4所示的算法的第二步驟83中，確定每個子記錄所記錄的回波的數目 E，例如根據對圖2的說明中所描述的公式進行確定。此外，在回波數目E 的基礎上，預先給定所希望的排列順序Oi, i=l...E。可以將該算法的擴展 84引入到該部分中，如后面要結合圖5說明的那樣。從這些預先規定出發，在圖4所示的算法的第三部分85中，通過一個 利用循環實現的算法將k空間行分配到子記錄以及分配到其在所對應的子 記錄中被掃描的位置。在此，進行下列步驟a) 從排過序的k空間行的順序中提取出至k空間中心距離最短的k空 間行。b) 將該k空間行分配給第一子記錄，并且在第一子記錄內部分配給按 照排列順序Oi位于第一位置上的回波。c) 從排過序的k空間行的順序中提取出下一個元素。d) 將該k空間行分配給第二子記錄，并且在第二子記錄內部分配給按 照排列順序Oi位于第一位置上的回波。e) 繼續運行，直到在所有的子記錄中為按照排列順序CM立于第一位置 上的回波分配了一個k空間行。f) 從排過序的k空間行的順序中提取出下一個元素。g) 將該k空間行分配給第一子記錄，并且在第一子記錄內部分配給按
照排列順序Oi位于第二位置上的回波。h )繼續運行，直到為在所有子記錄中的所有回波分配了 一個k空間行。 在此，要注意的是，必要時并不在每個子記錄中利用k空間行占用所有的回波，因為如上面描述的那樣，可以由子記錄掃描的k空間行的總數(SxE)可能大于待掃描的k空間行的總數(N)。因此，可以在分配中排除多余的回波。可以容易地在各種算法中實現在k空間行至回波的分配中 "忽略"幾個回波。同樣，也可以在各種算法中按照筒單的方式將確定的k 空間行冗余地分配到多余的回波上或者分配額外的k空間行。特別是對于要多次掃描k空間行(以及為了提高信噪比進行平均)的 情況，可以隨后進行子記錄的順序的隨機的置換。由此避免了在直接依次 跟隨的片段中進行對相同k空間行的測量。按照這種方式提高了用于減小 運動偽影的平均的效率。按照迄今在圖4中描述的算法，針對k空間行至k空間中心的距離(即， 按照徑向)實現了對分配給一個子記錄的k空間行的排序。在此并未考慮k 空間行在k空間中的方位角排列；因此，就此而言k空間行還遠沒有被排 序。盡管在分配中根據在k空間行被設置在其中的坐標柵格(Raster)和徑 向的排序之間的關系給出了一定的規律；但是，該排序經常是不充分的， 并且在一般情況下與所希望的排列不相對應。因此，在缺少對方位角的排 序的情況下，兩個依次跟隨的回波的相位編碼梯度可以強烈地相互偏差， 這點在不理想的硬件的情況下(例如由于渦流效應)可能在對k空間矩陣 的掃描中導致圖像偽影或者導致提高的噪聲電平。為了避免這些問題，可 以將圖4中的算法擴展一個方位角的排序。現在根據圖5說明這種方位角 的排序。在按照圖5的算法的第一部分91中，在k空間中確定應該通過k空間 行的分配而被考慮的k空間行的角度分布Wi。現在參考上面的例子(其中 在一個子記錄中記錄九個依次跟隨的回波)的條件下對作為基礎的概念進 行說明。例如，角度順序Wi={0, 0,0, 0,0,0, 0,0, 0}意味著，在子記錄內部應該 盡可能恒定地采用k空間行的角度。結合一個如上面描述的線性遞增的排 列順序Oj ={1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9},從中按照良好的近似給出了 一種徑向的 掃描方案以及一種按照近似徑向的片段的對k空間的分割。
例如，角度順序Wi={0, 0, 0, 0, 0，兀，兀，兀，兀}意味著，在子記錄內部應該為回波的第一半配備帶有盡可能恒定的方位角的k空間行，而且又為回波的第二半配備了錯開兀(180°)的方位角。結合中心的排列順序0;={5,4，6, 3,7,2,8,1,9}(見上文)，從中按照良好的近似給出了一種真正的直徑的掃 描方案以及，從而在一個子記錄內部按照大致位置相對的k空間行進行掃 描。例如，角度順序Wi={0，兀/8,兀/4, 3ti/8，兀/2， 5兀/8, 3兀/4, 7兀/8,兀}意味著， 應該逐漸地提高各個k空間行的角度。結合一個線性遞增的排列順序Oi ={ 1 ， 2, 3, 4, 5, 6, 7， 8， 9},每個兀給出了一個螺旋臂，其中，按照類似的方式可 以實現較緊和較寬的螺旋。利用這些預先規定可以將在一個順序中排列的k空間行與所希望的角 度方案相匹配。為此，執行圖5所示算法的第二部分93:a) 考察其中為第一回波配備了一個k空間行的所有子記錄。這些子記 錄的數目是T" 一般地所有子記錄的數目為S。僅僅在最后的回波中出現 其中最后的回波被配備的子記錄的數目可能較小，因為出于上面解釋過的 原因，不必一定為子記錄的所有回波配備k空間行。b) 根據它們在k空間中的角度，對來自k空間行ki的徑向排過序的順 序中的第一 1個k空間行進行排序，并且具體是以角度順序Wi的第 一角度 開始的。c) 考察其中為第二回波配備了一個k空間行的所有子記錄。這些子記 錄的數目是丁2。d )根據它們在k空間中的角度，對k空間行ki的徑向排過序的順序中 的接下來的T2個元素進行排序，以角度順序Wi的第二角度開始。e)繼續運行，直到按照角度為所有的回波排過序。可以按照公知的方式計算k空間行的角度，即其給出了在k空間內部k 空間行的方位角狀態。類似于距離范數，在計算角度時也可以對k空間進 行比例縮放。在帶有笛卡兒掃描坐標柵格的k空間中(其k空間行沿兩個 相位編碼方向x和y設置并且由坐標b和ky表征)，例如可以通過下列關系 確定k空間行的角度a(kx, ky) = atan2 (((kx-k0x)/Kx)， ((ky-k0y)/Ky))， 其中，k、和k 給出k空間中心的坐標，而Kx和Ky給出在x以及y方向上
笛卡兒掃描坐標柵格的坐標柵格點。在此，函數atan2(x, y)計算兩個變量x 和y的反正切。其還對應于來自x/y的反正切，其中分析兩個變量的符號并 且從而確定結果的象限。在排序中注意到了角度的周期性，例如-a=27i-a。 現在，結合圖6至圖12示出了在按照本發明的測量序列的不同實施方 式以及在由現有技術中公知的測量序列中，將k空間行103分布在多個子 記錄上的圖示。該圖示是根據大小為5 x 5的笛卡兒三維k空間矩陣101進 4亍的。在此，示出了兩個相位編碼方向，這里稱為x方向和y方向。沒有 示出的是三維k空間矩陣101的讀出方向，該方向垂直于相位編碼方向的 平面。在此，k空間矩陣101極小的大小(5x5)僅僅用來說明和解釋將k 空間行103分布和分配至子記錄的原理。為了 MR成像通常采用大得多的k 空間矩陣。在這里示出的例子中，將25個k空間行103分布到5個子記錄 中。在此，該5個子記錄是通過不同的字母(A,B,C，D,E)表示的。字母 之前的數字分別給出在一個子記錄內部對k空間行103掃描的位置。圖6和圖7示出了如現有技術中公知的k空間行103在子記錄中的分布。在圖6中將25個k空間行103對應于其在y方向上的坐標進行分組， 并且分配到5個子記錄中。 一個子記錄在x方向上對5個所分配的k空間 行103進行掃描；而在一個子記錄內部k空間行103的掃描的順序是通過 數字(1,2,3,4,5)表征出來的。圖7同樣示出了對k空間行103的類似分組以及向各個子記錄的分配。 不過，與圖6相反，在子記錄內部對k空間行103的掃描是從中心的k空 間行103出發隨著至中心的距離的逐步變大而向兩個方向進行的。圖8示出了對5 x 5的k空間矩陣101的k空間行利用分別計算其至k 空間中心105距離的量度的分析。利用這里示出的距離指標可以對k空間 行103這樣進行分類，使得具有較小量度的k空間行103比具有較大量度 的k空間行103更靠近k空間中心105。由于這種分析按照這樣一個順序實 現了 k空間行103的排列，使得在此基礎上將k空間行103分配給各個子 記錄。圖9通過按照圖4的算法可以產生的那樣的、將25個k空間行103分 布到5個子記錄上。為每個子記錄(A， B， C, D, E )既分配中心的k空間行
也分配邊緣的k空間行，并且將被設置在二維相位編碼平面中的k空間行103盡可能均勻地分布在該5個子記錄上。在此，k空間行103在一個子記 錄內的排列順序0產{1， 2, 3， 4, 5)與從k空間中心105出發的徑向掃描相對 應。這意味著，將k空間行103從內向外地分配給各個子記錄，也就是說， 在一個子記錄內部在掃描更邊緣上的k空間行103之前先掃描更中心上的k 空間行103。在此，在該分配中不考慮k空間行103的方位角狀態，因此k 空間行103在各個子記錄上的方位角分布是盡可能地隨機的。反之，在圖10中類似于圖9進行分配，不過這次按照通過圖5所示的 分配算法的擴展的方案\^={0,0,0,0,0}考慮了角度排序。這意味著，盡管 如前面一樣從中心出發徑向地掃描k空間行103，但是在分配中同樣地考慮 了 k空間行103的角度位置。由此，形成了對k空間行103的基本上片段 狀的掃描。圖11示出了類似于圖9的將k空間行103在5個部分片段上的分布。 與圖9不同的是，在分配中此時考慮一種有中心的排列順序0;={5, 3, 1,2, 4},使得此時在子記錄的中間(在第三個位置上)掃描中心的k空間行103， 并且在子記錄的開始以及結束(在第一以及第五位置上)分別掃描邊緣的k 空間行103。在圖11中在分配到各個子記錄時沒有考慮k空間行103的方 位角狀態。圖12示出了按照圖11的k空間行103的分布，這次考慮了角度排序 Wi ={0,0,0, Ti,兀}。在此，結合來自于圖11的有中心的排列順序形成了直徑 的掃描方案，使得在子記錄中被掃描的k空間行103在k空間中大致沿直 徑地相對。在這里示出的5x5 k空間矩陣101由于極小的矩陣大小而僅僅 示意地看出該直徑的掃描方案。對于先驗的分割方法(例如，快速自旋回波方法或者快速梯度回波方 法)的特殊情況，作為其它的優點，通過按照根據圖3至圖5的分配規則 的k空間行103的特殊排列經常產生一種較清晰的點圖像函數。在該先驗 的分割方法中，在對一個子記錄的k空間行進行掃描期間，由于馳豫效應 而經常使在磁化中存儲的對比度信息和亮度信息發生連續的變化。如果例如與圖6類似，在每個子記錄中沿x方向對k空間的一個完整 的y行進行掃描，在記錄期間待掃描的對比度發生改變；該改變可以利用 變化函數來描述。如果例如在子記錄的開始時對比度最大并且隨后逐步衰
減，則如圖13所示在X方向形成對比度的下降。該變化函數的傅立葉變換反映出了點圖像函數(也稱為點擴展函數，英語為"point-spread-function"):馳豫或者對比度的改變越強烈，圖像輪廓 顯得越模糊。因為對比度的改變(由掃描方案決定)尤其是在x方向上發 生的，而對比度在y方向上保持相同，這點產生了不對稱的點圖像函數 其在x方向上模糊而在y方向上相對清晰。類似于圖7，在中心的掃描方案中下列現象強烈地凸現出來從k空間 中心出發對k空間沿著兩個相位編碼方向向兩側進行掃描直到邊界。如果 隨著掃描的進行對比度衰退，則據此形成了在圖14中示出的、在x方向上 的作為結果的變化函數。在此，在y方向上變化函數保持恒定。據此，還 產生了不對稱的點圖像函數，它在y方向上清晰而在x方向上不清晰。相反，在相同的對比度下降的條件下，利用按照本發明的測量序列的 掃描方案(例如類似于圖9的掃描方案)得到這樣一種變化函數，其在k 空間的中心下降得較緩慢而在邊緣下降得較迅速。該下降既出現在x方向 上(如圖15所示)、又出現在y方向上。如果比較結果的點圖像函數，則 在類似于圖9的測量序列中得到這樣一個對稱的點圖像函數，其(與常規 的掃描方案的點圖像函數相比)在配分方向(Partitionsrichtung )上具有更 緊密的分布，而在線性方向(Linienrichtung)上具有大致更寬的分布。不過， 總的來說在所有相位編碼方向上得到了一種值得期待的對稱點圖像函數。
權利要求
1. 一種用于三維磁共振成像的測量序列，其中，通過掃描在k空間中 的多個k空間行(103 )實現對測量數據的記錄，并且將所述多個k空間行(103)分布到多個子記錄(A，B，C，D，E)上，從而在每個子記錄(A,B,C， D，E)上進行對所屬的k空間行(103)的掃描，其中，將所述k空間行這 樣分配給所述子記錄(A,B,C，D，E),使得該分配對應于下列的分配規則-以表征有關k空間行至k空間中心(105)的距離(107)的距離指標 分析每個k空間行(103),-在考慮所述距離指標的條件下將待掃描的k空間行(103 )按一個順 序排列，-將按該順序排列的k空間行(103)分成多個組，其中分別將多個依 次跟隨的k空間行(103 )綜合為一個組，以及-將所述k空間行(103)分配給所述子記錄(A, B，C，D, E),方法是 在每個組中將被綜合為該組的k空間行分配到不同的子記錄上。
2. 根據權利要求1所述的測量序列，其特征在于，-在對按該順序排列的k空間行(103 )進行分組時，分別將S個依次 跟隨的k空間行(103)綜合成一個組，其中，S表示子記錄(A，B，C,D,E) 的凌t目，以及-在將k空間行(103 )分配到S個子記錄(A,B, C,D,E)時，在每組 中將S個依次跟隨的k空間行(103)分布到該S個子記錄(A,B,C,D,E)上。
3. 根據權利要求1或2所述的測量序列，其特征在于，所述k空間行 (103 )被無重疊地排列在k空間中。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的測量序列，其特征在于，所述 k空間行(103)被平行于讀出方向地設置。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的測量序列，其特征在于，所述 k空間行(103)位于三維的笛卡兒坐標柵格上。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的測量序列，其特征在于，所述 待掃描的k空間行(103 )按該順序的排列根據所述距離指標升序地進行。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的測量序列，其特征在于，額外 地在考慮k空間行(103)在k空間中的方位角狀態的情況下，修改所述待 掃描的k空間行(103 )按該順序的排列。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的測量序列，其特征在于，在考 慮所分配的k空間行(103)的距離指標的情況下，在每個子記錄(A,B，C， D,E)內部確定所分配的k空間行(103 )的掃描順序。
9. 根據權利要求8所述的測量序列，其特征在于，在每個子記錄(A, B， C, D, E )內部這樣地將所分配的k空間行(103 )的掃描順序與在對所分配 的k空間行(103 )進行掃描時改變的圖像對比度相協調一致，使得對中心 的k空間行(103 )的掃描在圖像對比度最強的時刻進行。
10. 根據權利要求1至9中任一項所述的測量序列，其特征在于，根據 自^走回波和/或梯度回波進行對所述k空間行(103 )的掃描。
11. 根據權利要求10所述的測量序列，其特征在于，采用多回波技術 來對所述k空間行(103)進行掃描，其中，在一個激勵脈沖之后跟隨著多 個用來掃描多個k空間行(103)的回波。
12. 根據權利要求10或11所述的測量序列，其特征在于，在每個子記 錄之前分別進行一個對比度準備。
13. 根據權利要求1至12中任一項所述的測量序列，其特征在于，所 述距離指標是所述k空間行至k空間中心的歐幾里得距離范數。
14. 根據權利要求1至13中任一項所述的測量序列，其特征在于，在 以距離指標分析所述k空間行(103)時，在待掃描的k空間的大小的基礎 上進行比例縮放。
15. —種磁共振設備，其構造用于利用根據權利要求1至12中任一項 所述的測量序列來記錄測量^:據。
全文摘要
本發明涉及一種用于三維磁共振成像的測量序列以及一種用于利用對應的測量序列來記錄測量數據的磁共振設備。在該測量序列中，通過掃描在k空間中的多個k空間行(103)實現對測量數據的記錄，并且將所述多個k空間行(103)分配到多個子記錄(A，B，C，D)上，從而在每個子記錄(A，B，C，D)上進行對所屬的k空間行(103)的掃描，其中，將所述k空間行這樣分配給所述子記錄(A，B，C，D)，使得該分配對應于下列的分配規則 按照表征有關k空間行至k空間中心(105)的距離(107)的距離指標分析每個k空間行(103)；在考慮所述距離指標的條件下將待掃描的k空間行(103)按一個順序排列；將按該順序排列的k空間行(103)分成多個組；其中分別將多個依次跟隨的k空間行(103)綜合為一個組，以及-將所述k空間行(103)分配給所述子記錄(A，B，C，D)。其中，在每個組中將被綜合為該組的k空間行分配到不同的子記錄上。
文檔編號G01R33/561GK101144853SQ20071014969
公開日2008年3月19日 申請日期2007年9月13日 優先權日2006年9月13日
發明者索斯藤·費韋爾 申請人:西門子公司