用于提供MR图像的方法和磁共振成像设备、程序和介质与流程

本发明涉及一种用于提供mr图像的方法和磁共振成像设备。此外，本发明涉及一种对应的计算机程序或者计算机程序产品、以及一种对应的计算机可读存储介质。

背景技术：

医学成像领域不断地努力改善对象(subject)(诸如患者)的图像的图像质量。在磁共振成像、或者简称mr成像中，众所周知的问题是，尤其是在低场系统(意味着具有1.5t或更少的静态磁场强度的系统或设备)上，例如天线或者线圈的发送和接收部件(part)的带宽，可以远小于在高场系统(即，产生或者操作在大于1.5t的静态磁场强度的系统或设备)上的带宽。具体地，对于接收部件，即，用于接收或检测或测量mr信号或回波的部件或天线或线圈组件，这可能致使依赖于信号频率，测量的信号或回波的幅度和相位的行为(behaviour)、或者响应或者接收部件的响应的不同或者变化。例如，这反过来能导致在所得到的最终mr图像上的不均匀的图像信号和/或不均匀的对比度。到目前为止，此问题在可用的磁共振成像方法和设备中尚未解决。通过更复杂的硬件，可能至少部分地克服此问题。然而，这将导致开发和设计工作以及对应的成本的显著增加。

技术实现要素：

本发明的一个目的是实现改善mr-图像，即磁共振图像的图像质量。通过独立权利要求的主题实现此目的。在从属权利要求以及说明书和附图中指出了具有本发明的适宜的扩展的有利实施例。

根据本发明的用于提供mr图像的方法包括多个步骤。此方法的一个步骤包括获取至少一个变形(distortion)函数，所述变形函数描述或表征通过mri设备，即磁共振成像设备的接收器部件接收的mr信号的幅度和/或相位的频率依赖性。具体的，所述接收器部件可以是或者包括至少一个接收天线或线圈。通过接收部件接收的mr信号稍后可以用来至少部分地通过使用本领域公知的图像生成或图像重建技术和方法来生成或重建mr图像。根据本发明的方法的另一步骤包括获取使用接收器部件测量的k空间数据。此k空间数据能描述或者编码关于成像对象(诸如患者或患者的一部分)的图像信息。所述k空间数据可以是所提到的mr信号的一个实例，或者通过使用接收器部件接收和测量的这种mr信号承载。优选地，可以在已经获取了变形函数之后获取所述k空间数据。然而，还可能首先获取k空间数据然后获取或确定所述变形函数。

获取变形函数和/或k空间数据可以包括各自的实际测量。然而，能附加地或可替代地包括各自地从其上存储有变形函数和/或k空间数据的、提供的数据存储中检索或者访问所述变形函数和/或k空间数据。因此，根据本发明的方法能适用于活体成像以及处理或再处理先前存在的k空间数据。

根据本发明的方法的另一步骤包括将k空间数据傅里叶变换至图像空间数据，即，从频域变换至空间域或图像域。所述方法的另一步骤包括通过将图像空间中的所述图像空间数据或从所述图像空间数据导出的图像空间数据除以变形函数补偿图像空间数据中的频率依赖性，来生成补偿的图像空间数据。作为根据本发明的方法的另一步骤，将提供补偿的图像空间数据作为mr图像，或者根据补偿的图像空间数据重建mr图像，然后提供或输出mr图像。

在上述处理步骤之前、之间和/或之后，可以执行其他附加的处理步骤。例如，这种附加的处理步骤可以包括传送和/或存储任何所提到的数据以及例如滤波、降噪、伪影校正等类似的步骤。对于这些可能的附加的步骤，可以使用本领域已知的标准技术。

可以借助于将在下面进一步详细描述的磁共振成像设备和/或数据处理设备来进行根据本发明的方法，其可以包括用于获取变形函数和k空间数据的获取装置，以及用于傅里叶变换所述k空间数据来生成补偿的图像空间数据和用于提供mr图像的处理装置。所述获取装置可以包括实际的磁共振成像组件和/或用于取回相应数据的数据接口。

本发明实际上描述了一种后处理(post-processing)方法，使能实现完全补偿，即完全校正上述接收或测量的mr信号幅度和/或相位的频率依赖性。在数学上，所述频率依赖性，即，依赖于信号频率的接收或测量的信号幅度和/或相位的变化，可以被视为在图像域中各个接收或测量的mr信号或对应的发送信号的变形。取决于受有效磁场强度影响的mr频率，成像对象的每个受激旋转(spin)经历不同的变形。关于此问题的mr频率由空间或图像域中的各自自旋转的位置和在信号获取期间，即在获取k空间数据期间使用的重叠读出梯度给出。因此，本发明认识到能在图像域或图像空间中有利地解决所述问题。此外，所述问题依赖于用于每个读出，即，对于每次完全或部分获取k空间数据的读出梯度。获取所述k空间数据，即每个k空间数据的获取，就本发明而言，可以表示获取或测量用于相应mr图像的一个或多个k空间的行(line)或完整的k空间数据集。

本发明描述了一种在接收侧的校正频率依赖性的影响的通用方法。有利地，本发明实现了这种校正或补偿，而无需附加的硬件。有利地，本发明能非常容易地实施或与现有的标准图像获取或构建处理和设备集成。由于本发明使能完全补偿或减轻频率依赖性，因此能避免上述不均匀的图像信号和/或mr图像上的不均匀的对比度，从而改善图像质量。

在本发明的有利的改进方案中，借助于s21测量来获取至少一个变形函数，由此使用预定信号在幅度和相位方面测量作为发送器提供的辅助天线与接收器部件之间的传输。换句话说，可以将具有给定的幅度、相位和频率的预定信号从用作发送器的辅助天线传送到接收器部件，以确定至少接收器部件的频率响应或特性。可以给出，即，在传输之前确定并作为参数提供辅助天线的传输特性和/或其他参数。s21测量是在其他技术领域中已建立的技术，因此有利地，能容易地适应于本发明。使用s21测量提供了一种简单并且可靠的方式来确定或获取至少一个变形函数。

本发明的另一有利的改进方案的特征在于，如果在各个mr图像的整个k空间数据获取中，读出梯度是不变的，则从图像空间数据重建初步mr图像。然后将初步mr图像除以至少一个变形函数，以生成补偿的图像空间数据作为mr图像。这里，所述初步mr图像是导出的图像空间数据。可以在获取k空间数据期间以及之前或之后，确定未改变或恒定的读出梯度，即，其用于获取mr图像的k空间数据的值。具体地，可以为每个单独的测量位置或数据点确定读出梯度，这是由于即使读出梯度对于每个部分获取是相同的，例如，对于每行k空间数据，所述读出梯度仍然能在成像的截面(section)或体积上空间地变化。本发明的见解在于，只在相比之下相对简单的情形下，其中读出梯度在整个k空间数据获取过程中相同，如果所使用的一个读出梯度或多个读出梯度是根据每个位置并且已知的，则可以通过将重建的初步mr图像除以变形函数来校正频率依赖性，即mr信号(即测量的k空间数据)的对应变形。然而，这是大多数笛卡尔获取的情形。在这些情形下，所提出的方法能特别容易地应用或添加到传统的数据获取和图像重建队列作为后处理步骤。然而，如果在读出梯度在接收之间(例如在获取k空间数据的不同行之间)不同中使用了mr成像或脉冲序列，则能更有利地使用下面描述的另一种解决方案。这种序列可以包括或使用径向、螺旋、epi、和/或分段获取或获取模式。

在本发明的替换的另一个有利的改进方案中，确定用于k空间数据的每个部分获取的读出梯度。然后，根据相应使用的读出梯度，将图像空间数据除以至少一个变形函数以生成补偿的图像空间数据。读出梯度可以例如是以像素级精度确定的或针对k空间数据的每一行确定的。k空间数据的一行可以是利用一次部分获取或在一次部分获取中获取的，其中多个这样的部分获取(即，多行k空间数据)组成用于相应的mr图像的完整的k空间数据。然后，基于或从补偿的图像空间数据中重建mr图像。这意味着这里是在mr图像的重建之前完成频率依赖性的校正或补偿。该手段可以作为附加的处理步骤插入先前存在的数据获取和图像重建队列，以改善得到的mr图像的图像质量。有利地，该手段可以在数据获取和图像重建队列中相对较早地消除频率依赖性，特别是在获取k空间数据之后立即消除频率依赖性。这可以有利地防止频率依赖性的任何不希望的影响或效应进一步沿着队列中的行向下。这里提出的方法可以优选地在检测到或确定读出梯度在用于mr图像的k空间数据的获取期间改变时自动使用。可以在获取期间，即，在获取发生时检测读出梯度的变化，或者在例如基于提供的将用于获取k空间数据的mr序列、在实际获取k空间数据之前检测读出梯度的变化。

在本发明的另一个有利的改进方案中，在重建mr图像之前，将补偿的图像空间数据逆傅里叶变换到k空间，即，到频域，并作为输入提供给先前存在的，即传统的图像重建队列。傅立叶反向变换图像空间数据到k空间的附加步骤可以一方面需要附加的计算资源，但另一方面可以有利地使本发明能够非常直接和容易地集成到现有的传统方法和设备中。特别是，先前存在的图像重建队列不必处理数据类型的变化。先前存在的图像重建队列可以从现有技术或现有的磁共振成像设备中得到，并且可以包括众所周知的步骤以从k空间数据重建mr图像。实现这里提出的方法的优点在于，先前存在的图像重建队列然后自动使用已经针对频率依赖性进行补偿或校正的k空间数据，从而得到改善的图像质量。

为了实施或实现所提议的手段，可以获取初始的频率依赖的k空间，并将其写入临时k空间数据存储矩阵，并从那里进行傅里叶变换。在得到的图像空间数据已经针对频率依赖性进行补偿或校正之后，然后可以将逆傅立叶变换的k空间数据写入适当的k空间数据存储矩阵，然后可以将其用作用于进一步的图像重建处理或队列的起点或源。

在本发明的另一个有利的改进方案中，对k空间数据的每一行进行傅里叶变换，借助于除以至少一个变形函数进行频率校正，然后在获取频率校正后对其自身进行逆傅里叶变换。这意味着可以对每行k空间数据完成频率依赖性的补偿，同时仍然获取用于mr图像的更多的k空间数据，即，k空间数据的附加行。由于以这种方式，不必完成对全部的k空间数据集的获取以开始补偿或校正频率依赖性，可以有利地加速获取k空间图像、以及执行频率依赖性的补偿、以及最终重建并提供mr图像的完整处理。如果对于多个连续的k空间数据行使用相同的读出梯度，则可以对这些k空间数据行进行分组，使得可以对它们一起(即，同时)执行对频率依赖性的补偿。这可以有利地减少数据处理期间的i/o操作的数量，并且在仍然加速整个数据获取和图像重建处理的同时提高计算效率。

在本发明的另一个有利的改进方案中，优选自动地确定在相应mr图像的k空间数据的获取期间使用的静磁场的磁场强度。然后，仅当确定的磁场强度≤1.5t时自动执行补偿频率依赖性的步骤。这种手段有利地考虑了以下事实：在磁场强度小于1.5t时，由于带宽减小和相应的频率依赖性导致的图像质量损失特别相关或明显。因此，通过基于实际使用的磁场强度自动决定是否执行频率依赖性校正，可以在不牺牲相应得到的mr图像的图像质量的情况下优化数据采集和图像重建的整体性能。此外，该手段使得本发明能够一旦实施，然后灵活地在不同类型的磁共振成像设备中使用或用于不同类型的磁共振成像设备。实际使用的磁场强度可以从相应的磁共振成像设备或所提供的要使用的序列或所获取的作为参数值的数据中自动收集，这取决于其存储在哪里或可从哪里访问，以及是否被存储或可访问。实际使用的磁场强度也可以被提供为根据本发明的方法的输入或参数，或者用于进行该方法的相应数据处理设备或计算机程序的输入或参数。

本发明的另一方面是一种磁共振成像设备，包括用于获取至少一个变形函数的获取装置，该变形函数描述或表征由设备的接收器部件接收或测量的mr信号的幅度和/或相位的频率依赖性。磁共振成像设备还包括适于测量k空间数据的接收器部件，以及用于自动处理k空间数据和所获取的变形函数的数据处理装置。数据处理装置适于，特别是自动地将k空间数据傅里叶变换成图像空间数据，以通过将图像空间中的所述图像空间数据或从所述图像空间数据导出的图像空间数据除以变形函数补偿图像空间数据中的频率依赖性，来生成补偿的图像空间数据，并提供补偿的图像空间数据或从补偿的图像空间数据重建的图像空间数据作为mr图像。换句话说，根据本发明的磁共振成像设备可以是结合根据本发明的方法提到的磁共振成像设备。因此，根据本发明的磁共振成像设备可以适于，特别是自动或半自动地执行或进行根据本发明的方法。

为此目的，根据本发明的磁共振成像设备，特别是其数据处理装置，可以包括计算机可读存储介质，其上存储有包括指令的计算机程序或程序代码，当由计算机，特别是由磁共振成像设备或其数据处理装置运行计算机程序或程序代码时，使计算机进行根据本发明的方法的步骤。为了运行该计算机程序或程序代码，相应的计算机，特别是根据本发明的磁共振成像设备或其数据处理装置，还可以包括连接到计算机可读存储介质并适于运行存储在其上的计算机程序或程序代码的处理器或处理设备，诸如微处理器、微芯片或微控制器。

所提及的编码或表示根据本发明的方法的步骤的计算机程序或程序代码以及所提及的计算机可读存储介质本身每一个也是本发明的附加方面。

本发明的另一方面是一种载有根据本发明的计算机程序的数据载体信号。

这里针对本发明的至少一个方面，即，至少对于该方法、磁共振成像设备、计算机程序和计算机可读存储介质描述了本发明的实施例和改进，以及相应的优点可以应用于本发明的任何和所有方面。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节源于以下对本发明优选实施例的描述以及与本发明有关的附图。前面在说明书中提到的特征和特征组合以及在附图的以下描述中提到的和/或仅在附图中示出的特征和特征组合在不脱离本发明的范围的情况下不仅可以在分别指示的组合中使用，而且可以在其他组合中使用或者单独使用。在附图中

图1示意性地示出了所接收的信号的幅度的频率依赖性；

图2示意性地示出了用于提供具有改善的图像质量的mr图像的方法的流程图的示例；

图3示意性地示出了用于进行图2中所示的方法的磁共振成像设备；以及

图4示意性地示出了具有针对k空间的每一行的改变的读出方向的k空间数据获取方案。

具体实施方式

以下描述的示例涉及本发明的优选实施例。其中，实施例的各个组件和处理步骤各自构成本发明的各个独立特征，其可以彼此独立地以及未明确描述的组合地进一步开发本发明。可以通过上面已经描述的特征、组件和/或步骤进一步开发或补充所描述的实施例。

图1示意性地示出了具有指示频率f的x轴1，以及指示幅度a的y轴2的图。在该图中，描绘了mr信号3。mr信号3的幅度a明显地依赖于频率f而变化，并且因此也可以被描述为a(f)。mr信号3例如可以响应于已发送的已知特征的预定信号或者在k空间数据的获取期间、使用磁共振成像设备5的接收天线或线圈来测量(参见图3)。以与图1所描绘的类似的方式，mr信号3的相位p也可以随频率f变化，并且因此被写为p(f)。因此，mr信号3示出了其幅度和/或相位的频率依赖性。对于相对低带宽的包括发送或传送部件或线圈(tx)和接收部件或线圈(rx)的传送系统，这种频率依赖性尤其明显，这通常是低场系统或低场磁共振成像设备(诸如磁共振成像设备5)的情况。相对低或小的带宽意味着指示限制mr信号3的较低和较高可用频率的频率f1和f2比用于限制高场系统或设备的较低和较高可用频率更接近。

由于mr信号3的频率依赖性可导致较低的图像质量，因此对该频率依赖性的校正或补偿可相应地导致改善的图像质量。

为此，图2示意性地示出了用于提供具有改善的图像质量的mr图像的方法的流程图4的示例。该方法可以使用图3中示意性示出的磁共振成像设备5来进行。磁共振成像设备5适于并配置成提供对象的磁共振图像或简称mr图像，在这种情况下，例如，将患者6的一部分放置在磁共振成像设备5的成像室中。磁共振成像设备5包括磁系统7，磁系统7又包括多个磁体、线圈等，用于在成像室中生成磁场、生成高频或射频脉冲，以及接收或测量相应的回波，诸如mr信号3或类似的依赖于频率的信号。这里，用于接收回波的接收线圈8被示意性地指示为磁系统7的一部分。磁系统7连接到数据处理设备9，数据处理设备9被配置为处理由接收线圈8测量的任何mr信号和由这些mr信号承载的任何k空间数据。数据处理设备9包括计算机可读存储介质10和与其连接的处理器11。存储介质10目前包含计算机程序，该计算机程序包括指令，当计算机程序由处理器11运行时，该指令使数据处理设备9或磁共振成像设备5进行根据流程图4的方法的步骤。这意味着流程图4的处理步骤s1至s15以及程序路径p1至p6可以是或代表上述计算机程序的模块、功能或功能块。

目前，磁共振成像设备5还包括显示设备12，显示设备12连接到数据处理设备9并且被配置为显示由磁共振成像设备5，特别是由数据处理设备9生成和提供的mr图像。

在处理步骤s1中，优选地，自动确定是否磁共振成像设备5是使用1.5t或更小的静磁场强度的低场系统，或者是否它当前被配置为使用或生成1.5t或更小的静磁场强度用于当前应用或获取。如果不是这种情况，意味着磁共振成像设备5是或者被配置为具有大于1.5t的静磁场强度的高场系统，则该方法或程序可以遵循程序路径p1并在处理步骤s2中结束。这意味着对于高场系统、设备或应用，可以放弃对频率依赖性的补偿或校正。然而，这是可选的，这意味着除低场系统或应用以外，即使对于高场系统或应用，该方法或程序也可以遵循替代的程序路径p2来实际进行频率依赖性校正或补偿。

在这种情况下，在处理步骤s3中，获取或确定用于磁共振成像设备5并且特别是用于接收线圈8的变形函数a(f)和p(f)。

在处理步骤s4中，特别是自动地确定当前或所计划的获取或获取序列是仅使用一个固定的读出梯度，还是在k空间数据获取期间或在不同的部分k空间数据获取之间要求读出梯度的改变。

如果仅使用一个固定的读出梯度，则该方法或程序遵循程序路径p3到处理步骤s5。在处理步骤s5中，获取用于所计划的mr图像的k空间数据并将其填充到相应的存储矩阵中。

一旦填满该存储矩阵，意味着获取了用于所计划的mr图像的所有所需的k空间数据，则在处理步骤s6中将所需的k空间数据傅里叶变换为图像空间，即图像空间数据。

在处理步骤s7中，然后例如使用标准图像重建技术从该图像空间数据重建初步mr图像。

在处理步骤s8中，然后将初步mr图像(即其数据)除以变形函数a(f)、p(f)，以校正相应数据的或接收线圈8的频率依赖性或频率特性。这得到最终校正的mr图像，然后其在处理步骤s9中输出作为数据获取和图像重建处理的结果。例如，最终校正的mr图像可以被显示在显示设备12上。

然而，如果在处理步骤s4中确定读出梯度(例如其强度和/或方向)在用于所计划的mr图像的完整k空间数据集的获取期间改变，那么方法或程序然后遵循程序路径p4到处理步骤s10，而不是遵循程序路径p3。

作为示例，图4示意性地示出了k空间数据获取方案或采样模式，其中在获取每个k空间行之后，反转读出方向逐行地对k空间13进行采样。这意味着对于每隔一个k空间行，可以使用相同的读出方向和读出梯度。作为示例，甚至k空间行14(此处指示了其中的一些)都是以从左到右的读出方向获取的。尽管k空间行15(此处也指示了其中的一些)是使用从右到左的相反读出方向获取的。因此，在获取了每个k空间行14、15之后反转读出梯度，并且因此图像空间中的变形函数a(f)，p(f)随着每次部分获取而改变，即，在k空间行14，15中的一个的每次获取之后。

在处理步骤s10中，执行部分k空间数据获取，意味着获取一行k空间数据并将其填充到临时k空间存储矩阵中。取决于获取方案，填充该临时k空间可以包括网格化(例如，在斜坡采样(rampsampling)的情况下)。

然后，在处理步骤s10中获取的k空间数据行在随后的处理步骤s11中被傅立叶变换到空间域，即，变换为图像空间数据。在螺旋获取或采样方案的特殊情况下，可以使用非均匀快速傅里叶变换(nu-fft)。

在处理步骤s12中，通过将图像空间数据除以已知的变形函数a(f)、p(f)，根据用于当前获取的读出梯度和相应的像素位置来生成补偿的图像空间数据，以校正或补偿对于频率依赖性。

在处理步骤s13中，然后将该补偿的图像空间数据进行傅里叶逆变换(即，逆傅立叶变换)到k空间，并填充到适当的k空间存储矩阵中。

在处理步骤s14中，检查或确定是否完成了用于所计划的mr图像的k空间数据获取，这可以例如由完全填充有所获取的k空间数据的适当的k空间存储矩阵指示。如果不是这种情况，则该方法或程序遵循程序路径p5返回到处理步骤s10以获取下一行k空间数据。换句话说，从s10开始的处理针对所计划的mr图像的测量期间的每个部分获取重复进行。这仅指示顺序、逐行数据获取和处理的想法。实际上，可能已经执行了处理步骤s10的相应下一次迭代，即，下一行k空间数据的获取，而例如仍然针对相应的先前所获取的k空间数据行执行处理步骤s13。

如果完成k空间数据的获取，则该方法或程序遵循程序路径p6到处理步骤s15。在处理步骤s15中，从适当的k空间数据存储矩阵重建最终的mr图像，该存储矩阵包含已经在不期望的频率依赖性方面进行校正的k空间数据。

正如处理步骤s7一样，可以使用标准图像重建技术来进行处理步骤s15。而且，处理步骤s7和/或s15可以包括附加操作，诸如例如滤波、降噪、伪影校正等。

在处理步骤s15中重建最终校正的mr图像之后，还在处理步骤s9中将其输出到例如显示设备12。

总之，提出了一种通用的校正算法，该算法可以在将这些数据填充到k空间存储矩阵中用于重建之前或之后应用于测量数据。所描述的示例示出了如何实现带内信号(in-bandsignal)变化的校正以在得到的mr图像中实现改善的图像质量。