专利名称：利用磁共振设备进行体积片段的成像方法和装置的制作方法
技术领域：
目前在用于电影成像(Cine-Bildgebimg)的心脏磁共振成像测量中典型地在不 同的位置上依次测量不同的层，以便获得例如用于测量心脏功能的容积分析的图像覆盖 (volumetrische Bildabdeckung)。在此心脏磁共振成像测量是指利用磁共振装置(MRT) 进行心血管测量。本发明所述的电影成像指的是以一种电影形式显示在不同时刻瞬间创建 的一系列或者多个系列的图像。换句话说，就是借助用于电影成像的心脏磁共振成像测量 对心脏进行磁共振测量，以显示运动的心脏。为此目前存在三维方法，但其图像质量通常无法与二维方法的图像质量相比，原 因在于例如层轮廓以及垂直于层方向中的折叠伪影。除此之外，待采集的磁共振信号还会 由于持续的体积激励(相对于二维方法而言)而严重饱和，表现为图像对比度较差。在二维方法中典型地在一种初始化的范围内在一个心跳长的时间将磁化转换 到磁化动平衡状态(steady State)，而并不测量磁共振信号或者记录图像数据，由此在 实际成像或者磁共振测量过程中，超过对一幅图像所总共测量的K空间的磁共振信号的 变化不会有因此而产生的显著信号波动。如果放弃这一用于起磁(Einschwingen der Magnetisierung)的初始化过程，例如为了节约心跳时间，则首批图像将会具有不利地影响 成像质量的相应伪影。在多分段的测量中，即对每个层进行多次测量(例如16次)，附加的一次心跳用 于初始化并不意味着值得一提的时间损失，因为至少当每次心跳仅进行一次测量时，反正 要用多次心跳时间来完整测量一个层。但目前已经能够以最近几年尤其在并行成像方面的 研发结果为基础，在充分的空间和时间分辨率的情况下使用少量分段或者仅使用一个分段 (一次激发)就能采集需要用于一个层的所有数据或磁共振信号。因此在极端情况下，附加 的心跳在实时成像过程中会导致效率减少50%。按照现有技术要考虑，一个附加的心跳对于起磁是必要的。因此按照现有技术所 述，如果假定每次心跳仅可进行一次测量，则一个层的最小测量时长为两次心跳。由此在典 型的12秒的屏气阶段中，最多可以测量六个层。因此按照现有技术进行测量来分析心脏功 能时，至少需要两个屏气阶段。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题在于，这样进行体积片段的成像，使得用于起磁的 附加心跳次数尽可能少。本发明提供一种利用磁共振设备进行体积片段的成像的方法，所述方法包括以下 步骤 利用磁共振设备使得体积片段的确定的层转换到磁化动平衡状态。
重复执行其它步骤，但不执行上述步骤1.利用磁共振设备激励预先确定的层。 2.读出该层的磁共振信号，尤其是在该步骤中读出该层的整个K空间。3.适当偏移或移动该层以确定下一个层，从而在偏移前的层与偏移后的层之间形 成一个相交区域。所述相交区域包括一定百分比(例如50%以上)的偏移前的层以及偏移 后的层。偏移层之后，所述方法重新跳转到最上一个步骤1。当从头至尾测量了整个体积片 段之后，所述方法即告结束。本发明所述的方法优选仅在本发明开始之时执行唯一一次使得层转换到磁化动 平衡状态的步骤，在随后用来从头至尾测量整个体积片段以进行成像的各步骤过程中不再 重复执行该步骤。换句话说，要对整个体积片段进行成像时，只要执行唯一一次使得层转换 到磁化动平衡状态的步骤。之所以能够不必继续执行使得体积片段的层转换到磁化动平衡状态的步骤，是因 为将要被激励、读出的新层或下一个层仅仅部分有别于前一个层。在此尤其可在层表面的法向矢量方向上(也就是垂直于当前的双斜位 (doppel-oblique positionierten)层)进行从当前刚刚测量的层到下一个待测量的层的 层偏移或移动。因此在一定程度上就是朝向层厚方向偏移层，尤其不再附加地朝向垂直于 层表面法向矢量的方向移动层。偏移后的层与偏移前的层所共同具有的百分值范围或者百分率一方面会影响成 像质量(例如对比度)，另一方面也会影响可以用来测量确定的体积片段的时间段。百分值 范围越大，则偏移后的层与偏移前的层差异越小，成像质量也就越高，因为层的那些在偏移 前的层或者上一个层中尚未包含的部分尤其会引起伪影出现。从另一方面来说，百分值范 围越小，则用于全部测量确定的体积片段的时间段越短，因为百分值范围越小，则在完成一 次测量之后就能以更大的幅度移动层进行下一次测量。为了不会出现太多的伪影，百分值范围应大于50%。当然如果对成像质量的要求 高于对执行本方法所需时间的要求，则百分值范围也可以高于90%甚至高于95%。按照本发明所述的方法，尤其可以这样放置用来开始执行本方法的第一个层，使 其布置在体积片段的边缘上。换句话说，用来开始执行本方法的第一个层尤其是从体积片 段边缘数起的第一个层，从而整体上能通过逐步移动层位置对整个感兴趣体积进行完整扫 描。本发明所述的方法尤其适用于心脏拍摄，使得体积片段至少部分或者完全包括患 者的心脏。例如可以在实时电影测量(Echtzeit-Cine-Messung)范畴内执行本发明所述的方法。由于磁共振数据存在于几乎连续移动的ζ-t-空间之中，因此可以利用一种基于 模型的心室分析为成像处理和/或分析层的磁共振信号。所谓几乎连续移动的ζ-t-空间 指的是在Z轴方向延伸的空间，其中Z轴垂直于相应的层或层表面，或者平行于层表面的法 向矢量。字母t表示时间，因为要在不同的时刻测量在Z轴方向移动的不同交叠层。基于模型的心室分析是以跳动或运动的心脏为模型。对所述模型进行适当调整，使得调整后的模型尽可能最佳地符合以本发明所述方法记录的测量结果(磁共振信号)。 与层没有交叠区域的传统磁共振数据采集方式相比，基于模型的心室分析更加适合于本发 明所述通过交叠层采集磁共振数据的方式。由此在将要拍摄的体积片段中不存在传统方法 中可能会在各个层之间出现的跃变，由于采用基于模型的心室分析，本发明所述的方法能 够更加平滑地覆盖整个体积片段，这恰恰在心瓣区域很有好处。除此之外，采用本发明所述的方法同样也更加易于可视地分析数据，因为在一个 遍历过程(Durchlauf)中几乎可以连续测量数据，且不必像现有技术通常的那样在电影模 式下逐层分析数据。可以通过下列公式(1)确定在前后相续的两次读出过程之间层被偏移的偏移长 度 其中偏移长度表示读出层的磁共振信号之后用以移动层的长度或者位移量，然后 即可在激励被移动后的层之后读出被移动的层的磁共振信号。体积片段厚度表示体积片段 在移动方向也就是在层表面法向矢量方向上的厚度或者尺寸。读出时间段表示用来读出相 应层的磁共振信号所需的时间段。所述时间段既包括利用磁共振设备激励相应的层，也包 括读出磁共振信号。总测量时间是预先设定的时长(例如患者在此期间必须屏气)，用以全 部测量体积片段之内的所有规划了的层，从而获得对整个体积片段进行成像所需的所有磁 共振数据。如果体积片段例如具有IOcm的厚度、需要60ms来读出磁共振信号(读出时间段) 且估计总测量时间为12s，则得到每次测量的偏移长度或者层位移为0. 5mm长。在典型层厚 为8mm的情况下，因此只有在经过16次时间上的测量之后才会激励一个全新的层。或者换 句话说，在读出磁共振信号之后使得层移动其厚度的1/16或6%，使得前后相续两次测量 的两个层之间的交叠部分或者相交区域的百分值范围大约为94%。由于将要重新激励、测 量的层仅占(至此尚未激励的)新体积的6%，因此即使仅在本发明开始之时转换到磁化动 平衡状态，也不会在成像过程中产生明显的伪影。应当指出公式(1)中并未考虑层厚。因此上述公式(1)特别适用于层厚小于体 积片段厚度的常见情况。本发明所述的方法允许选择适当参数(例如偏移长度，层厚)以几乎连续移动层 的方式(在每一幅图像之后或者每次读出磁共振信号之后)进行实时电影测量，从而·可在一次屏气阶段覆盖整个感兴趣体积(整个体积片段)，并且·每幅图像的层位移小于层厚。可以采用基于模型的算法(例如基于模型的心室分析法)或者可视的评估法，对 通过本发明所述方法采集的数据进行分析。在本发明的范围内还提供一种用于体积片段成像的磁共振设备的装置。所述装置 包括控制单元、接收装置和分析装置。可利用控制装置适当控制磁共振设备，而接收装置则 用来接收磁共振设备所记录的体积片段中某一预定层的磁共振数据。分析装置可用来分 析这些磁共振数据。这样构造本发明所述的装置，使得其可借助控制装置这样控制磁共振 设备，使得磁共振设备能够将体积片段之内的某一预定层转换到磁化动平衡状态(steadystate)。所述装置接着执行后续步骤，直至将体积片段全部测量完毕。所述装置又利用控 制装置这样控制磁共振设备，使得激励刚刚调整好的层。所述装置接着利用接收装置读出 层的磁共振信号。然后所述装置这样移动层(例如层厚的几分之一)，使得在偏移前的层与 偏移后的层之间形成一个相交区域，该相交区域包括预定百分比(例如90%)的偏移前的 层以及偏移后的层。
本发明所述装置的优点基本上等同于本发明所述方法的优点，之前已对此进行了 详细说明，从而不再赘述。此外本发明还公开了 一种包括本发明所述装置的磁共振设备。除此之外，本发明还描述了一种计算机程序产品，尤其是一种可以加载到可编程 控制器或磁共振设备运算单元存储器之中的软件。当所述计算机程序产品在控制器中运行 时，就可以将其用来执行本发明所述方法的所有实施方式或者以上所述的各种实施方式。 所需计算机程序产品可能需要一些程序资源(例如程序库和辅助功能)，以便实现所述方 法的相应实施方式。换句话说，本发明所述的计算机程序产品是能够执行本发明所述方法 的某一种实施方式或者上述实施方式的软件。所述软件可以是一种尚待编译、连接或仅须 翻译的源代码(例如C++语言编写的源代码)，或者是只要加载到相应运算单元之中即可执 行的软件代码。本发明最终还公开了一种电子可读的数据载体，例如保存有电子可读控制信息尤 其是软件(参见上述说明)的DVD、磁带或者U盘。当从数据载体上读出这些控制信息(软 件)并且将其保存到控制器或者磁共振设备的运算单元之中时，就可以执行上述方法的所 有本发明所述实施方式。本发明尤其适合用来进行心脏磁共振测量。当然本发明并非仅限于这些优选应用 领域，而是原则上也可用来对生物体内的任意一个体积片段进行成像，或者用于对任意一 种(例如非生命体)体积的体积片段进行成像。
以下将根据优选实施方式并且参照附图，对本发明进行详细解释。图1所示为本发明所述磁共振设备的示意图。图2a)_c)所示为两种传统的体积片段成像方法以及一种本发明所述方法的对比 示意图。图3和4所示为用于执行本发明所述方法的用户界面局部视图。
具体实施例方式图1所示为本发明所述磁共振设备5的示意图。磁共振设备5主要包括用来在测 量空间4中产生磁共振检查所需磁场的断层扫描装置3、工作台2、用来控制断层扫描装置3 并且从断层扫描装置3取得磁共振数据的控制装置6、以及连接在控制装置6上的终端7。控制装置6包括控制单元11、接收装置12和分析装置13。在磁共振检查过程中， 接收装置12利用断层扫描装置3采集磁共振数据，其中，由控制单元11这样控制断层扫描 装置3，使得能够采集在平躺在工作台2上的患者0体内的某一测量体积15中磁共振数据。分析装置13这样处理磁共振数据，使得能够在终端7的显示屏8上以图形方式将其显示出来，并且显示按照本发明创建的图像。除了图形地显示磁共振数据之外，还可以利用包括显示屏8、键盘9和鼠标10的终端7由用户例如预先设定待测量的体积片段，并且可 执行用于实施本发明所述方法的其它设定。通过终端7也可以将用于控制装置6的软件加 载到控制装置6之中，尤其可加载到分析装置13之中。控制装置6的软件也可以包括本发 明所述的方法，并且同样也可保存在DVD 14上，从而可以从终端7读取DVD 14上的软件， 并且可将其复制到控制装置6之中。在图2中将图2a和2c所示的两种传统的体积片段的成像方法32、33与图2b和 2c示意性所示本发明所述方法31进行对照。图2a所示为以心室22形式的体积片段示意图。按照传统方法32、33将体积片段 划分为多个层1 (本示例中为五个)，然后在前后相续的时段中相互独立地激励、读出这些 层。图2c表示在哪一次心跳(X轴)激励、测量哪一个层(Y轴)。图中可以看出，按照第一 种传统方法33测量一个层需要两次心跳。利用第一次心跳使得层转换到磁化动平衡状态 (以虚线和附图标记34表示这个阶段)，在随后的第二次心跳过程中激励相应的层，然后读 出该层的相应的磁共振信号(以实线和附图标记35表示这一阶段)。按照同样也在图2c中所示的第二种传统方法32，每次心跳分别测量一个层1。与 第一种传统方法33的不同之处在于，第二种传统方法32舍弃了使得相应层1转换到磁化 动平衡状态的准备阶段34 (使得层1转换到steady State)。舍弃准备阶段34尽管比第一 种传统方法33减少了一半执行时间，但代价却是成像质量下降(尤其是对比度较低)。而本发明所述的方法31则几乎连续地全部测量体积片段或心室22，如图2b所示， 前后相续的层1分别大幅度相互交叠。本发明所述的方法31从体积片段22下边缘上的第 一个层开始，其中，在实际测量过程开始之前，采用本发明所述的方法使得第一个层转换到 磁化动平衡状态(steady State)。然后利用磁共振设备激励该层，并且读出该层的磁共振 信号。接着在层表面的法向矢量方向上将层1向上稍微移动0. 5mm，然后激励移动后的 层1并且读出层1的磁共振信号。这时并不使得移动后的层转换到磁化动平衡状态(Steady State)。若层厚为8mm，则移动0. 5mm就意味着移动前的层与移动后的层之间的相交区域几 乎包括层厚的94%，或者(换句话说)将层移动层厚的6%。本发明所述的方法既不要按 照现有技术那样执行使得层转换到磁化动平衡状态的步骤，本发明所述的方法也不受心跳 节律的约束，因此本发明所述方法在单位时间内能够全部测量的层大大多于现有技术所述 的常见方法。由于不必在每次激励层并采集层的磁共振信号之前使得层转换到磁化动平衡 状态，仅这一项就使得本发明所述的方法能够节省两倍的测量时间。除此之外，本发明所述方法31能够无缝地测量整个体积片段，而现有技术所述的 方法32、33则会在两个相邻层1之间留下例如Icm大的间隙，从而不存在或者无法记录这 些间隙或空隙的测量值。换句话说，本发明所述成像方法的空间分辨率大大高于现有技术 所述的方法。图3和4所示为用于执行本发明所述方法的用户界面的局部视图，执行本发明所 述方法的流程如下·垂直于待确定体积片段或待测量对象的最短轴线将一个层安排或置于待测定体 积片段或者待测量对象的中部。最短轴线相当于例如直角平行六面体形状的体积片段中的最小边。
·确定整个体积片段，使得体积片段几乎完全包含待测量对象。·执行本发明所述的体积片段的成像方法。如图3所示，用户将层1置于待全部测量体积片段的中间。然后在层1的法向矢 量21的方向上自动地这样确定体积片段厚度，使得待检查对象(本情况下是心室)完全处 在体积片段20之内。然后就可以根据这样确定的体积片段厚度、可供使用的总测量时间以及已知的每 次测量的读出时间段，通过之前所述的公式(1)确定偏移长度。应当指出图4所示的层并非要通过本发明所述方法对其进行激励的第一个层1。 要通过本发明所述方法激励的第一个层1在法向矢量21方向处在体积片段20的斜上方 (或者斜下方)边缘上，从而可从这里全部测量整个体积片段20，方法是在逐次测量中向下 倾斜移动层1，直至将整个体积片段20全部测量完毕。
权利要求
一种利用磁共振设备进行体积片段的成像的方法，所述方法包括以下步骤利用磁共振设备(5)使得体积片段(20)的某一个层(1)转换到磁化动平衡状态，重复执行以下步骤，直至将体积片段(20)完整地全部测量利用磁共振设备(5)激励层(1)，读出层(1)的磁共振信号，然后如下交叠地偏移层(1)，使得通过偏移前的层和偏移后的层形成一个交叠区域，该交叠区域包括预定百分比的偏移前的层以及偏移后的层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定的百分比大于50%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在层表面的法向矢量(21)方向上偏 移的情况下使得层(1)偏移。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括仅在开始时利 用磁共振设备(5)使得体积片段(20)的层(1)转换到磁化动平衡状态。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述体积片段(20)至少部分 包括患者的心脏(22)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，利用一种基于模型的心室分 析为了成像处理和/或分析层(1)的磁共振信号。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在实时电影测量的范围内执 行所述方法。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过以下公式确定在前后相 续的两次读出过程中层(1)被偏移的偏移长度偏移长度=体积片段厚度* SIS其中体积片段厚度(21)是体积片段(20)在层表面法向矢量(21)方向上的厚度， 读出时间段是读出相应层⑴的磁共振信号所需的时间段，总测量时间是为了对体积片段(20)进行成像执行所有必要测量所需的预定持续时间。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，读出层(1)的磁共振信号包 括读出对整个层(1)进行成像所需的所有磁共振信号。
10.一种用于体积片段的成像的磁共振设备的装置，所述装置(6)包括用来控制磁共振设备(5)的控制单元(11)、用来接收磁共振设备 (5)所记录的体积片段(20)中某一预定层(1)的磁共振数据的接收装置(12)、以及用来分 析磁共振数据的分析装置(13)， 这样构造所述装置(6)，使得所述装置(6)通过控制装置(11)这样控制磁共振设备(5)，使得磁共振设备(5) 将体积片段(20)的某一个层(1)转换到磁化动平衡状态，所述装置(6)执行以下步骤，直至将体积片段(20)完整地全部测量 所述装置(6)通过控制装置(6)这样控制磁共振设备(5)，使得层(1)被激励， 所述装置(6)利用接收装置(12)读出层(1)的磁共振信号，并且 所述装置这样偏移层(1)，使得通过偏移前的层和偏移后的层形成一个交叠区域，该交 叠区域包括预定百分比的偏移前的层以及偏移后的层。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述预定的百分比大于50%。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，这样构造所述装置(6)，使得装置 (6)在层表面的法向矢量(21)方向上的偏移的情况下偏移层(1)。
13.根据权利要求10 12中任一项所述的装置，其特征在于，这样构造所述装置(6)， 使得所述装置(6)仅在开始时通过控制装置(11)这样控制磁共振设备(5)，使得磁共振设 备(5)将层(11)转换到磁化动平衡状态。
14.根据权利要求10 13中任一项所述的装置，其特征在于，所述体积片段至少部分 包括患者的心脏(22)。
15.根据权利要求10 14中任一项所述的装置，其特征在于，这样构造所述装置(6)， 使得所述装置(6)可利用一种基于模型的心室分析为了成像处理和/或分析所读出的层 (1)的磁共振信号。
16.根据权利要求10 15中任一项所述的装置，其特征在于，这样构造所述装置(6)， 使得所述装置(6)可用于执行实时电影测量。
17.根据权利要求10 16中任一项所述的装置，其特征在于，这样构造所述装置(6)， 使得所述装置(6)可通过以下公式来确定在前后相续的两次读出过程之间层(1)被偏移的 偏移长度 其中体积片段厚度(21)是体积片段(20)在层表面法向矢量(21)方向上的厚度，读出时间段是所述装置(6)读出相应层(1)的磁共振信号所需的时间段，总测量时间是所述装置(6)为了对体积片段(20)进行成像执行所有必要测量所需的 预定持续时间。
18.根据权利要求10 17中任一项所述的装置，其特征在于，这样构造所述装置(6)， 使得在利用接收装置(12)读出层(1)的磁共振信号时利用接收装置(12)读出对整个层进 行成像所需的所有磁共振信号。
19.根据权利要求10 18中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置(6)用于执行 权利要求1 9中任一项所述的方法。
20.一种具有权利要求10 19中任一项所述装置(6)的磁共振设备。
21.—种可以直接加载到磁共振设备(5)的可编程控制装置(6)存储器之中的计算机 程序产品，包括在程序在磁共振设备(5)的控制装置(6)中运行时用于执行权利要求1 9中任一项所述方法的所有步骤的程序资源。
22.一种电子可读的数据载体，包括存储在其上的电子可读控制信息，当在磁共振设备 (5)的控制装置(6)中使用数据载体(14)时，所述控制信息可执行权利要求1 9中任一 项所述的方法。
全文摘要
利用磁共振设备(5)进行体积片段成像时执行以下步骤利用磁共振设备(5)使得体积片段(20)的某一个层(1)转换到磁化动平衡状态，重复执行以下步骤，直至将体积片段(20)完整地全部测量利用磁共振设备(5)激励层(1)，读出层(1)的磁共振信号，并且这样交叠偏移层(1)，使得通过偏移前和偏移后的层(1)形成一个交叠区域，该交叠区域包括预定百分比的偏移前的层(1)以及偏移后的层(1)。
文档编号G01R33/48GK101843488SQ20101018714
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月2日 优先权日2009年3月2日
发明者安德烈亚斯·格雷瑟, 斯文·朱尔斯多夫 申请人:西门子公司;美国西门子医疗解决公司