专利名称：借助磁共振采集相应于对象的呼吸运动的信号数据的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于借助磁共振采集相应于检查对象的呼吸运动的信号数据的 方法和一种用于执行该方法的计算机程序。
背景技术：
磁共振技术(以下用简称MR表示磁共振)是一种公知的技术，利用该技术例如可 以产生检查对象的内部的图像。简言之，在MR检查中，即在一个或多个MR测量中，将检查 对象定位在MR设备中在相对较强的静态的、通常是均勻的基本磁场(场强由0. 2特斯拉至 7特斯拉以及更高)中，使得其核自旋沿着基本磁场取向。为了触发核自旋共振，将高频的 激励脉冲入射到检查对象中、测量触发的核自旋共振并且在其基础上例如重建MR图像。为 了对测量数据进行位置编码，将快速切换的梯度磁场叠加到基本磁场上。将所记录的测量 数据进行数字化并且作为复数值存储在k空间矩阵中。从存放了值的k空间矩阵中，借助 多维傅里叶变换重建相关联的MR图像。要借助MR进行检查的患者的呼吸运动，在磁共振成像(英语 "magneticresonance imaging”_MRI)中首先在胸廓和腹部的器官的检查中，也就是由通过 患者的呼吸运动影响的检查区域的检查中，会导致所谓的鬼影(英语“gh0Sting”)、模糊 (英语“blUrring”)和/或导致产生的图像中的强度损失，以及导致在产生的图像之间的 配准误差。这些伪影会使得例如由医生基于这些图像来诊断变得困难，并且会导致漏掉损 伤。已经存在大量技术，用以减少呼吸运动导致的伪影。例如所谓的呼吸触发和所谓 的呼吸门控描述了这些方法的两类，其兼容地利用多个在MR检查中采用的例如成像的或 光谱的序列，其中可达到的分辨率原则上不受限制，并且无需或最少仅需相对小的患者合作。在此，呼吸门控被理解为一种MR测量，在该MR测量期间，采集患者的呼吸并且与 采集的测量数据对应，但是MR测量(特别是其TR、即在一层的连续的激励之间的时间)的 重复率不取决于患者的呼吸。而是，重复率通过参数来控制或者还可以通过其它生理信号 (例如EKG)来控制。呼吸信息然后例如被用来，重复地采集例如在强的呼吸运动期间采集 的各个测量的测量数据(数据分组)，直到其在呼吸的一个平静阶段被采集。呼吸信息的 另一个应用可以是，在一个特殊的(ausgezeichneten)(平静的)呼吸阶段中或在一个与 其相应的隔膜位置前瞻性地采集特别地运动敏感的或确定图像印象的k空间行(所谓的 “ROPE-respiratory ordered phase encoding，，)。呼吸触发被理解为一种这样的技术该技术例如将成像的MR测量与自由呼吸的 患者的呼吸同步，并且试图，仅仅在呼吸周期的特殊的阶段期间采集测量数据的确定的数 据分组。特殊的阶段通常是在呼气末端(英语“endeXpirati0n”)时呼吸周期的相对平静 的阶段。也就是，通过呼吸周期的该阶段来触发测量数据的记录。在此如果每个触发仅仅 一次激励特定的层，则测量数据的有效的重复率(TR)是患者的平均呼吸周期的整数倍(ν=1 …k) ο用于呼吸触发和呼吸门控的前提条件是在测量期间作为生理信号采集患者的呼 吸。呼吸的采集在此例如可以利用气动传感器进行。另一种公知的可能性在于利用所谓的 导航序列(Navigatorsequenz)的MR信号探测患者的呼吸。导航序列通常是例如采集隔膜 (胸隔)的MR信号的短序列，从中例如可以提取在采集的时刻患者的隔膜位置。导航序列 在此例如与对于图像拍摄而采集对于MR检查所期望的测量数据的成像序列交错。利用导 航序列确定的隔膜位置在此提供对于使用的触发或门控算法的输入信号。这样的导航序列相对于外部的传感器例如用于采集呼吸的气动传感器来说具有 经济上的优点，因为不需要附加的硬件。此外，使用导航序列对于应用者来说通常感觉比使 用外部的呼吸传感器例如气动传感器更简单或者开销更小。也就是，这样的外部传感器在 测量准备期间需要根据患者的调整。在导航序列中不需要这样的调整。导航序列结合呼吸门控和呼吸触发例如在心脏成像中有广泛应用。在此，导航序 列通常采集肝尖(Leberkuppe)的信号，而成像序列采集心脏的信号。对于导航序列在肝尖上的定位的原因是，那里由于在从肝到肺的过渡中强的信号 差对隔膜边沿的可能稳健探测。然而，在此在现代的所谓“Short-Bore-Systemen”中存在 困难。这些系统具有比经典的MR系统更短的z-FOV(F0V 视野，英语,field of view")。 z-FOV是MR系统的主磁体内部球形或圆柱形体积在轴向方向上，即沿着在其中基本磁 场BO具有一个特定的均勻性(该均勻性对于成像来说是足够的)的磁体的轴的伸展。 “Short-Bore-Systemen”由此例如具有太短的z_F0V，不能例如在高的患者和/或在腹部或 盆腔中的期望的成像的情况下在该均勻性区域FOV内部既定位导航序列又定位成像层。在由隔膜的运动导出患者的生理呼吸信号的一系列方法中，通常在一个在从脚到 头的方向上取向的读出梯度下采集一维的MR信号。各个方法区别在于激励，其中习惯上激 励的目的是不一起激励静态的结构，例如胸部，因为静态的结构与在由一维导航信号重建 的“导航图像”中的运动的结构重叠，而这使得隔膜运动的探测变得困难。在 Tetsuya Matsuda et al.的发表于期干Ij "Magnetic Resonance Imaging，，27, 238-246(1992)的文章“Spin-Echo M-Mode匪R Imaging”中描述了如何利用自旋回波序列 来实现这样的激励，其激励层相对于重聚焦层倾斜。仅对在两个层的交界处定位的自旋这 样重聚焦并且形成一个自旋回波，其在读出梯度下被采集。该方法的一个缺陷是在两个层 面中磁化的饱和。^"Rapid NMR Cardiography with a Half-Echo M-Mode Method" by C. Hardy, J.Pearlman,J. Moore,P. Roemer and H. Cline ；J.Comput.Assist. Tomogr. 15,868(1991)中 描述的第二种方法在梯度回波导航序列中使用所谓的2D-RF脉冲用于激励，其具有一个圆 柱形的激励轮廓。这解决了上面提到的方法的饱和问题。然而，这种激励不是特别稳健并 且因此对于临床应用不合适。在现有技术中还公知不是从隔膜的位置推导出生理信号的方法。例如在US 4761613中，在一个自旋回波序列的每个读出预相位梯度条件下采集 具有恒定的相位编码动量的附加的信号。然后，将该所谓的监视回波与参考监视回波比较 并且从比较中决定，是否将在随后的自旋回波期间采集的成像数据用于图像重建。在Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 14(2006), p2977 中描述了一种梯度回波序
5列，其中在一个20 μ S长的时间窗中在层重聚焦梯度和延迟接通的相位编码梯度(或读出 预相位梯度)之间没有梯度切换的情况下采集导航信号。来自具有最大信号的组件线圈的 导航信号的绝对值形成一个信号点。然后，由一系列这样的导航器(Navigator)获得的一 系列信号点，由低通滤波器滤波并且作为对于呼吸门控算法的输入信号使用。该方法的一 个缺陷是，序列的最小回波时间通过层重聚焦和相位编码梯度(读出预相位梯度)的时间 上的分离而被延长。此外不利的是，作为导航信号使用完整的激励体积的投影。也就是说 在存在空间上不恒定的BO非均勻性的情况下，这会导致信号的去相位。此外，该方法(诸 如所有提到的“自门控(Self-gated) ”或“自导航(klf-navigated)，，方法，其中在一个激 励脉冲之后既采集导航数据也采集图像数据)与呼吸触发不兼容。在US4961426中也描述了对采集的导航信号通过数字的滤波进行的类似分析。然 而在那里，或者在一个第二读出梯度下在采集图像数据之后并且在相位编码动量的一个反 转之后采集导航数据，或者在每个本身的激励之后交错地采集图像数据和导航数据。在 W. S. Kim et al.的文章"Extraction of Cardiac and Respiratory Motion Cycles by Use of Projection Data and Its Applications to NMR Imaging";Magnetic Resonance in Medicine 13,25-37(1990)中描述了如何能够从投影数据中提取胸部的运 动作为与呼吸相关的生理的信号。在此在成像的自旋回波序列的激励脉冲和重聚焦脉冲之 间采集投影数据。呼吸门控和呼吸触发方法不仅对于心脏的成像的或光谱的MR检查被采用，而且 例如对于腹部或盆腔的MR检查也被采用。然而在此与心脏的MR检查相比，在腹部和盆腔 中借助导航序列对呼吸运动的采集更困难，对于导航序列的激励体积和对于MR检查的检 查体积二者可以位于腹部区域中并且也可以重合。为了减少干扰，例如作为对检查体积也起作用的导航激励的结果，呼吸触发的成 像的MR检查的解剖图像中的饱和条纹，允许导航序列的激励脉冲仅产生激励的自旋的一 个小的翻转角，从而例如仅发生磁化的小的饱和。然而利用这样的小的翻转角产生的信号， 具有差的信噪比(SNR，英语“signal to noise ratio”)。此外，该条件排除了小翻转角的 自旋回波技术。不仅导航激励会对呼吸触发的MR检查的激励具有干扰影响，而且反之亦然。因 此例如对产生的导航数据的分析由于呼吸触发的MR检查的影响而变得困难。例如，通 过使用的成像序列还会在所谓的导航图像中产生饱和条纹，其位置例如在交错的(英语 "interleaved")多层测量中在空间上改变并且其强度在时间上衰减。在其中显示了采集 的导航数据的一系列导航图像中，饱和条纹是在时间上改变的结构。其例如必须与如下那 些结构相区别其时间上的改变是待探测的呼吸运动的结果(例如胸隔边沿的结构)。存在对一种方法的进一步需求，以便获得反映患者的呼吸运动、并且可以被用于 呼吸门控和呼吸触发技术的数据。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种方法和一种计算机程序，利用其能够可靠 地获得与待检查的检查对象的呼吸运动相应的信号并且其可以在通常的MR设备上应用， 其中，获得的信号可以被用于MR检查的呼吸触发或呼吸门控。
本发明基于以下思路。待借助MR检查的患者的呼吸产生检查所使用的MR设备的 主磁场(B0场)的时间上的变化。由此同样产生共振频率的时间上的变化。由MR设备的接收线圈接收的、事先借助MR设备在患者中产生的信号与横向磁化 M(t)成比例。按照Bloch等式，激励的层(“slice”)的横向磁化M(t)在忽略T2衰减的情况下 可以如下表达
权利要求
1.一种用于借助磁共振(MR)采集相应于检查对象的呼吸运动的信号数据的方法，包 括以下步骤a)加载第一和第二数据组，这两个数据组分别基于利用导航序列从检查对象的共同的 激励体积中被采集的、以复数的k空间数据的形式的测量数据，b)处理第一和第二数据组，使得获得第一数据组的相位和第二数据组的相位的相位差 或与该相位差成比例的值，作为结果，c)与取决于第一数据组所基于的测量数据的采集的时刻，和/或第二数据组所基于的 测量数据的采集的时刻的时间值一起，存储步骤b)的结果，d)重复步骤a)至c)直到存储了一系列的结果，这些结果反映了感兴趣的呼吸运动，其 中，在每个重复中两个在步骤a)中加载的数据组的至少一个，在与两个之前最后在步骤a) 中加载的数据组不同的时刻被采集。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，用来采集第一和第二数据组所基于的测量数据 的导航序列，产生至少一个回波，并且在一个读出梯度下对于测量数据的采集扫描每个回 波。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，对第一和第二数据组的处理，包括沿着第一和第 二数据组的复数k空间数据的读出方向的各一个傅里叶变换的至少一次计算。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，对第一和第二数据组的处理，包括第 一数据组和第二数据组的复数的k空间数据的傅里叶变换的共轭复数相乘。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，第一和第二数据组所基于的测量数 据的采集，利用各个导航序列借助至少两个接收线圈进行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，借助不同的接收线圈采集的测量数据被互相分 离地处理，以便获得新的数据组，其中，新的数据组的数据点的相位与第一和第二数据组的 如下的测量数据的相位差成比例所述测量数据被互相处理以获得新的数据组的数据点。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述处理包括由不同的接收线圈采集的测量 数据的组合，所述组合包括在接收线圈上的求和。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，对第一和第二数据组的处理，包括在 与位置坐标相关的维上按照预先给出的间隔在导航序列的读出方向上的求和。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，在各个求和中进行加数的加权。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，将按照权利要求1的步骤b)的结果 和/或按照权利要求1的步骤c)的已经存储的结果作为相应于检查对象的呼吸运动的信 号数据与触发条件比较，并且在满足该触发条件的情况下对于待检查的体积的成像的或光 谱的MR检查触发测量数据的采集。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，按照权利要求1的步骤b)的结果 和/或按照权利要求1的步骤c)的已经存储的结果作为相应于检查对象的呼吸运动的信 号数据，被用于对于待检查的体积的成像的或光谱的MR检查的呼吸门控方法。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，待检查的体积由操作人员预先给出，并 且，自动地根据该待检查的体积设置对于用于采集第一和第二数据组的导航序列的激励体 积。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，用来采集第一和第二数据组所基于的测量数据的导航序列，是梯度回波序列，其产生并扫描至少一个梯度回波。
14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于采集第一和第二数据组的测量 数据的导航序列，产生并扫描两个回波，其中，第一数据组基于在第一回波期间采集的测量 数据，并且第二数据组基于在第二回波期间采集的测量数据。
15.一种计算机程序，当该计算机程序在与磁共振设备相连的计算单元上被运行时，其 在该计算单元上执行按照权利要求1至14中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种借助MR采集相应于检查对象的呼吸运动的信号数据的方法，包括步骤a)加载第一和第二数据组，其分别基于利用导航序列从检查对象的共同的激励体积中被采集的以复数的k空间数据的形式的测量数据，b)处理第一和第二数据组，使得获得第一数据组的相位和第二数据组的相位的相位差或与该相位差成比例的值，作为结果，c)与取决于第一数据组所基于的测量数据的采集的时刻，和/或第二数据组所基于的测量数据的采集的时刻的时间值一起存储步骤b)的结果，d)重复步骤a)至c)直到存储了一系列的结果，其反映了感兴趣的呼吸运动，其中在每个重复中两个在步骤a)中加载的数据组的至少一个在与两个之前最后在步骤a)中加载的数据组不同的时刻被采集。
文档编号A61B5/113GK102078196SQ20101056804
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月29日 优先权日2009年11月27日
发明者阿尔托·斯泰默 申请人:西门子公司