本申请要求2016年1月6日提交的美国专利申请号14/989,024的优先权，该申请全文以引用方式并入本说明书。
背景技术：
本说明书公开的主题的实施例涉及磁共振成像(mri)，并且更具体地涉及校正k空间轨迹。
磁共振成像(mri)是一种医学成像模态，它可以在不使用x射线或其它电离辐射的情况下形成人体内部的图像。mri使用强力磁体以形成强大、均匀的静磁场。当人体或人体的一部分被置于磁场中时，与组织水中的氢核相关的核自旋变得极化，其中与这些自旋相关的磁矩变得优先沿着磁场的方向对齐，从而导致沿着所述轴线的小的净组织磁化。mri系统还包括梯度线圈，其产生具有正交轴线的振幅较小、空间变化的磁场，以通过在身体中的每个位置形成特征共振频率(signatureresonancefrequency)来对mr信号进行空间编码。然后使用射频(rf)线圈在氢核的共振频率处或在其附近形成rf能量的脉冲，这为核自旋系统增加了能量。当核自旋松弛回到其静止能量状态时，它们以rf信号的形式释放吸收的能量。此信号也称作mr信号，其被mri系统检测到，并使用计算机和已知的重构算法将其转换成图像。
在mri扫描期间，mri系统使用时变梯度磁场以对所接收的mr信号进行空间位置编码。如果梯度场是线性的，则可表明所接收的mr信号等于以某个空间频率成像的物体的傅立叶变换的值，随时间所接收的信号映射到通过空间频率空间或k空间的轨迹。轨迹路径由所施加的梯度波形的时间积分确定。mr信号的每个数据点指示空间频率的相位和幅值，全部扫描产生以这些加权空间频率的总和规定mr图像的所观察的数据点的集合。更简便地讲，mri数据的完整集合充分地对k空间采样，以使得可通过逆傅立叶变换重构被成像的物体。
梯度磁场的时间差异可在mri系统的导电结构中诱发大量的涡流。这些涡流又生成附加磁场，其往往阻止梯度磁场变化，结果，涡流影响了k空间轨迹。由于这种涡流效应和其它硬件缺陷引起的k空间轨迹失真会使重构的图像模糊和畸变。即使用现有扫描器的屏蔽梯度和涡流补偿技术，真实k空间轨迹和要求的轨迹之间的偏差仍是非笛卡儿mri中图像伪影的主要原因。
为了降低涡流效应，制造商在当前的扫描器中设置主动屏蔽和预增强滤波器以消除大多数误差。然而，剩余误差仍可引起严重的图像伪影，特别是在非笛卡儿扫描中，例如径向和螺旋扫描中。
技术实现要素：
在一个实施例中，一种系统，包括：配置成产生磁场的线圈；多个磁场探头，所述多个磁场探头定位在所述线圈处并配置成：测量所述磁场；以及控制器，所述控制器通信耦合到所述多个磁场探头，所述控制器包括存储在非暂态存储器中的指令，所述指令被执行时使所述控制器：从所述多个磁场探头接收所述磁场的测量值；基于所接收的测量值在空间频率空间中计算对获取的磁共振信号的位置的校正；将所述校正施加到所述位置以产生校正的磁共振信号；以及从校正的磁共振信号重构图像。以此方式，可降低由涡流引起的图像伪影。
应理解，上述简要说明的提供是为了以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。其并非意指识别所要求的主题的关键或基本特征，所要求的主题的范围唯一地由在具体实施方式之后的权利要求书来界定。此外，所要求的主题不限于解决上文提到或本公开的任一部分中的任何缺点的实施方案。
附图说明
通过参考附图阅读以下非限制性实施例的描述，将更好地理解本发明，在以下附图中：
图1是根据本发明的实施例的示例性成像系统的框图；
图2是说明根据本发明的实施例的定位在梯度线圈处的磁场探头的框图；
图3是说明根据本发明的实施例的定位在体线圈处的磁场探头的框图；
图4是根据本发明的实施例的多个磁场探头定位到其上的示例性线圈的简化透视图；
图5是说明根据本发明的实施例的用于校正k空间轨迹的实例方法的高级流程图；以及
图6是说明根据本发明的实施例的实例k空间轨迹的图形。
具体实施方式
以下描述涉及mri系统的各种实施例。具体来说，提供用于校正mri系统，例如图1中所描绘的mri系统中的k空间轨迹的方法和系统。如图2-4所示，多个磁场探头定位在mri系统的电磁线圈例如梯度线圈或射频(rf)线圈处。校正k空间轨迹的方法，例如图5所示的方法包括在扫描期间用多个磁场探头测量磁场，并基于测量的磁场校正数据获取的k空间轨迹。用校正的k空间轨迹重构的图像将包括由涡流效应和其它硬件缺陷引起的较少的图像伪影。作为示意性实例，图6示出与预期的k空间轨迹相比的实际k空间轨迹。
图1图示实例成像系统10。成像系统10大体上包括超导磁体组件12，所述超导磁体组件12包括超导磁体14。超导磁体14由支撑在磁体线圈支撑件或线圈成形器上的多个磁性线圈形成。在一个实施例中，超导磁体组件12还可包括热屏蔽16。容器18(也称作低温保持器)围绕超导磁体14，热屏蔽16围绕容器18。容器18通常填充液氦以冷却超导磁体14的线圈。可提供围绕容器18的外表面的热绝缘(未示出)。成像系统10还包括主梯度线圈20、屏蔽梯度线圈22和rf发射线圈24。成像系统10大体上还包括控制器30、主磁场控制32、梯度场控制34、存储器36、显示装置38、发射-接收(t-r)开关40、rf发射器42和接收器44。
操作中，物体例如患者(未示出)的身体或被成像的人体模型放置在适当支撑物上的孔46中，所述支撑物例如电动桌(未示出)或其它患者台。超导磁体14在孔46两端产生均匀和静止的主磁场b1。孔46中及相应的患者体内的电磁场的强度由控制器30通过主磁场控制32来控制，主磁场控制32也控制激励电流到超导磁体14的供应。
主梯度线圈20可包括一个或多个梯度线圈元件，主梯度线圈20被提供使得磁场梯度可以三个正交方向x、y和z中的任何一个或多个强加在孔46中的磁场b1上。主梯度线圈20由梯度场控制34激励，且还由控制器30控制。
rf发射线圈24可包括多个线圈(例如谐振表面线圈)，rf发射线圈24布置成发射磁脉冲和/或如果也提供接收线圈元件，则可选地同时检测来自患者的mr信号。rf发射线圈24和接收表面线圈(如果提供的话)可通过t-r开关40被选择性地分别互连到rf发射器42或接收器44中的一个。rf发射器42和t-r开关40由控制器30控制，使得rf场脉冲或信号由rf发射器42产生，并选择性施加到患者以用于激励患者体内的磁共振。
在施加rf脉冲之后，t-r开关40再次被致动，以从rf发射器42上分离rf发射线圈24。检测的mr信号依次传送到控制器30。控制器30包括处理器48，所述处理器48控制mr信号的处理以产生代表患者图像的信号。代表图像的处理后信号还发送至显示装置38以提供图像的可视显示。具体地，mr信号填充或形成k空间，k空间被傅立叶变换以获得可在显示装置38上查看的可查看图像。
如上面提到的，成像系统10可包括配置成测量孔46内的磁场的一个或多个磁场探头50。例如，多个磁场探头50可物理联接到成像系统10的一个或多个部件，包括但不限于超导磁体组件12、超导磁体14、热屏蔽16、容器18、梯度线圈20、屏蔽梯度线圈22、rf发射线圈24和/或任何适合的部件。如描绘的，多个磁场探头50可通信耦合到控制器30，且可以传送在成像孔46内的磁场的测量值到控制器30。为了促进磁场测量值从磁场探头50传送到控制器30，mri系统10还可包括至少一个模数(a/d)转换器52以将由磁场探头50产生的模拟测量值转换成数字信号，提供至控制器30。磁场探头50可包括用于测量磁场的强度(以及可选的方向)的任何适合的装置，所以可包括但不限于磁环、磁力计、霍尔效应传感器等等。
如本文中还描述的，控制器30可使用在扫描期间从多个磁场探头50接收的磁场的测量值，调节或校正k空间中的mr信号，以解决测量的磁场与假设的磁场的偏差。如本领域已知的，k空间是直接从mr信号获得的形式(kx,ky)的原始数据的网格，其中，各值对应于mr图像的空间频率。k空间轨迹路径由施加的梯度波形的时间积分确定。换言之，k空间轨迹路径与梯度波形下方的累计面积成比例，例如：
kx(t)＝a∫gx(τ)dτ
ky(t)＝a∫gy(τ)dτ
其中，a是常数，kx(t)是在x方向上随时间的k空间位置，ky(t)是在y方向上随时间的k空间位置，gx(τ)是在x方向上随时间的梯度场，gy(τ)是在y方向上随时间的梯度场。以此方式，梯度场沿着通过k空间的轨迹移动数据获取。因此，为了解决扫描期间的k空间轨迹失真，控制器30可使用磁场的测量值校正k空间轨迹的偏差。以此方式，可降低由梯度场的误差引起(例如由涡流引起)的图像伪影。
如上面提到的，多个磁场探头50被优选定位成测量成像孔46内的磁场。为此，多个磁场探头50可附接到mri系统10的一个或多个部件或者一体地形成于(即嵌入)mri系统10的一个或多个部件内。例如，图2示出根据实施例的多个磁场探头250附接于其上的示例性梯度线圈220的横截面视图200。具体地，圆柱形梯度线圈220包括内直径(由内半径202指示)和外直径(由外半径204指示)，多个磁场探头250定位在梯度线圈220的内半径202处。在一些实施例中，多个磁场探头250可嵌入在梯度线圈220中。
如上面提到的，多个磁场探头250测量半径214的体积215的边界处的磁场，且可使用这些测量值计算成像孔246内的磁场。具体地，可基于在体积215的边界处的磁场的测量值计算半径212的体积213内的磁场，其中，体积215的半径214大于包围在扫描期间可放置受试者的成像孔246的至少一部分的体积213的半径212。在多个磁场探头250定位在梯度线圈220的内半径202的实例中，体积215的半径214可比梯度线圈220的内半径202小。在多个磁场探头250嵌入梯度线圈220内(优选朝内半径202而不是朝外半径204)的实例中，半径214可等于或大于内半径202但小于外半径204。
作为另一实例，图3示出了根据实施例多个磁场探头350附接到其上的示例性rf线圈324的横截面图300。具体地，圆柱形rf线圈324包括内直径(由内半径302指示)和外直径(由外半径304指示)，多个磁场探头350定位在rf线圈324的外半径304处。在一些实例中，多个磁场探头350可嵌入rf线圈324中。
如上面提到的，多个磁场探头350测量半径314的体积315的边界处的磁场，且可使用这些测量值计算成像孔346内的磁场。具体地，可基于在体积315的边界处的磁场的测量值计算半径312的体积313内的磁场，其中，体积315的半径314大于包围在扫描期间可定位受试者的成像孔346的至少一部分的体积313的半径312。在多个磁场探头350定位在rf线圈324的外半径304的实例中，体积315的半径314可比rf线圈324的外半径304大。在多个磁场探头350嵌入rf线圈324内(优选朝外半径304而不是朝内半径302)的实例中，半径314可等于或小于外半径304但大于内半径302。
注意，在图2和图3中描绘的示例性实施例中，多个磁场探头250和350围绕线圈呈环形地对称分布。以此方式，可沿体积215和315的边界在多个点对磁场采样。如本文中还描述的，在一些实施例中，对称定位的磁场探头的多个这种环可附接到mri系统部件或嵌入mri系统部件内，mri系统部件例如梯度线圈或rf线圈。
图4示出根据实施例的多个磁场探头450附接到其上的圆柱形mri系统部件410的侧视图400。具体地，多个磁场探头450围绕圆柱形线圈410以多个环或多排(由虚线指示)对称设置。作为非限制性实例，圆柱形线圈410可包括rf线圈(例如rf线圈24)或梯度线圈(例如梯度线圈20和/或22)。以此方式，多个磁场探头450可在轴向方向上的不同位置对磁场采样。
应认识到，上面关于图2-4描述的梯度线圈220、rf线圈324和线圈410以简化形式显示，且可包括未示出的附加部件，包括但不限于垫块、屏蔽等等。
图5示出说明根据本发明的实施例的用于校正k空间轨迹的实例方法500的高级流程图。具体地，方法500涉及测量扫描期间成像孔内的磁场，并用基于测量的磁场计算的校正的k空间轨迹重构图像。可关于图1-4中描绘的系统和部件描述方法500，不过应理解，在不偏离本公开的范围的情况下，所述方法可用其它系统和部件实施。
方法500开始于505。在505处，方法500开始扫描。扫描包括在成像孔(例如通过主磁体14)内生成静止磁场，在成像孔内(例如通过梯度线圈20和22)生成时变和空间可变的梯度磁场，生成rf脉冲(例如由rf线圈24)，rf脉冲被施加到定位在成像孔内的受试者以激励受试者体内的核子，并获取沿一个或多个k空间轨迹由核子的激励生成的mr信号(例如通过rf线圈24或附加的接收线圈)。
在510处，方法500测量扫描期间的磁场。可使用定位在成像设备内的一个或多个磁场探头测量磁场。例如，诸如图2-4中描绘的那些探头的多个磁场探头可测量磁场或对磁场采样。方法500记录通过磁场探头随时间获取的磁场测量值，且例如可在本地存储器中存储测量值。
在515处，方法500基于磁场测量值计算成像孔内的磁场。如果在包围成像孔的体积的边界处测量磁场，例如如上面参照图2-4在本文中描述的，则方法500基于测量值计算所述体积或较小体积内的磁场。为此，基于磁场测量值计算磁场可包括，作为非限制性实例，将传递函数施加到磁场测量值。例如，成像孔内的磁场可表示成：
bbore(t)＝t(t)bboundary(t)
其中，bbore(t)是成像孔(例如所述体积内)随时间的磁场，bboundary(t)是在所述体积的边界处随时间测量的磁场，t(t)是传递函数。在一些实例中，作为非限制性实例，可使用圆柱谐波作为基本函数来表示计算的磁场。
在520处，方法500结束扫描。在525处继续，方法500基于计算的磁场计算k空间轨迹校正。在一些实例中，计算k空间轨迹校正包括基于在515处计算的磁场计算k空间轨迹。换言之，可通过如本文上面讨论的求计算的梯度波形对时间的积分，计算校正的k空间轨迹。在其它实例中，计算的磁场可以与命令的磁场成比例，所以计算校正的k空间轨迹可包括用比例因子乘以预期(即命令)的k空间轨迹。
作为实例，图6示出说明实例k空间轨迹的图形600。具体地，k空间轨迹605包括预期的k空间轨迹，而k空间轨迹610包括测量的k空间轨迹。尽管描述了螺旋k空间轨迹，但应了解，本文中描述的系统和方法可替代性地或者另外使用笛卡尔、平面回波和/或径向k空间轨迹。如果根据预期的k空间轨迹605从获取的mr信号重构图像，则可能出现图像伪影，原因是mr信号在预期的k空间轨迹605中的位置基本上与真实的k空间轨迹610不同。校正k空间轨迹包括调节获取的mr信号的位置以匹配实际的k空间轨迹而不是预期的k空间轨迹。
再次参照图5，在计算k空间轨迹校正之后，方法500继续到530。在530处，方法500用计算的k空间轨迹校正来重构图像。重构图像包括例如在k空间中对数据进行逆傅立叶变换。在一些实例中，重构图像包括对数据进行逆傅立叶变换，并另外后向投影转换的数据。通过使用测量的k空间轨迹而不是预期的k空间轨迹，可降低由k空间轨迹失真引起的重构图像中的图像伪影，从而提高图像质量。
在535处，方法500输出图像。输出图像可包括例如将图像输出到显示装置(例如显示装置38)以用于显示给成像系统的用户。另外或者替代性地，方法500可将图像输出到存储器(例如存储器36)以用于在稍后时间检索和查看。然后，方法500结束。
在一些实例中，所述方法可基于测量的磁场另外校准一个或多个控制器、梯度场控制、rf发射器和接收器。例如，如果计算出相同的k空间轨迹校正并在每次扫描中应用，则所述方法可校准mr系统的一个或多个部件，使得在后续扫描中可应用较少的校正。以此方式，在扫描期间，除了或作为反馈控制的替代之外，磁场测量值可用于前馈控制(对于后续扫描)。
本公开的技术效果可包括在扫描期间测量成像孔内的磁场。本公开的另一技术效果可包括显示用校正的k空间轨迹重构的图像，其中，校正的k空间轨迹基于在扫描期间获取的磁场测量值被校正。本公开的另一技术效果可包括降低由涡流和硬件误动作引起的图像伪影。本公开的再一技术效果可包括基于在扫描期间获取的磁场测量值校准成像系统。
在一个实施例中，一种系统，包括：配置成产生磁场的线圈；多个磁场探头，所述多个磁场探头定位在所述线圈处并配置成测量所述磁场；以及控制器，所述控制器通信耦合到所述多个磁场探头。所述控制器包括存储在非暂态存储器中的指令，所述指令被执行时使所述控制器：从所述多个磁场探头接收所述磁场的测量值；基于所接收的测量值在空间频率空间中计算对获取的磁共振信号的位置的校正；将所述校正施加到所述位置以产生校正的磁共振信号；以及从校正的磁共振信号重构图像。在所述系统的第一实例中，所述线圈包括至少部分地包围并限定成像孔的圆柱形结构，并且，所述多个磁场探头定位在所述线圈的表面处以测量所述成像孔内的磁场。在可选地包括第一实例的系统的第二实例中，所述多个磁场探头围绕所述圆柱形结构的圆周均匀地间隔开，以形成磁场探头的至少一个环。在可选地包括第一实例至第二实例中的一个或多个的系统的第三实例中，所述线圈包括梯度线圈，并且，所述多个磁场探头定位在所述梯度线圈的内直径处。在可选地包括第一实例至第三实例中的一个或多个的系统的第四实例中，所述线圈包括射频线圈，并且，所述多个磁场探头定位在所述射频线圈的外直径处。在可选地包括第一实例至第四实例中的一个或多个的系统的第五实例中，所述系统还包括显示装置，并且，所述指令还使得所述控制器输出所述图像到所述显示装置以用于显示。在可选地包括第一实例至第五实例中的一个或多个的系统的第六实例中，所述系统还包括射频接收器线圈，所述射频接收器线圈通信耦合到所述控制器并配置成检测磁共振信号，其中，所述指令还使得所述控制器从所述射频接收器线圈接收获取的磁共振信号。在可选地包括第一实例至第六实例中的一个或多个的系统的第七实例中，所述指令还使得所述控制器基于所述接收的测量值和传递函数计算在远离所述多个磁场探头的距离处的磁场，并且，基于所述接收的测量值计算所述获取的磁共振信号的位置包括基于计算的磁场计算所述获取的磁共振信号的位置。在可选地包括第一实例至第七实例中的一个或多个的方法的第八实例中，重构所述图像包括对所述校正的磁共振信号施加逆傅立叶变换。
在第二实施例中，一种方法包括：在受试者的扫描期间，测量磁场同时获取数据；基于测量的磁场校正获取的数据；以及基于校正的获取数据重构图像。在所述方法的第一实例中，通过远离所述受试者定位的至少一个磁场探头测量所述磁场，且所述方法还包括基于所述测量的磁场计算所述受试者体内的磁场的强度。在可选地包括第一实例的方法的第二实例中，基于所述测量的磁场校正所述获取的数据包括基于所述受试者体内的计算的磁场的强度，计算获取的数据的轨迹，并基于所述轨迹调节所述获取的数据的位置。在可选地包括第一实例和第二实例中的一个或多个的方法的第三实例中，重构所述图像包括对校正的获取数据进行逆傅立叶变换。在可选地包括第一实例至第三实例中的一个或多个的方法的第四实例中，所述磁场的测量值暂时与所述获取的数据相关联。
在又一实施例中，一种方法包括：在扫描期间通过多个磁场探头对体积的边界处的磁场采样；基于采样的磁场计算所述体积内的磁场；基于计算的磁场计算k空间轨迹；以及从在扫描期间获取的磁共振信号用所述k空间轨迹重构图像。在所述方法的第一实例中，计算磁场包括将传递函数施加到所述采样的磁场。在可选地包括第一实例的方法的第二实例中，使用柱形谐波表示所述计算的磁场。在可选地包括第一实例和第二实例中的一个或多个的方法的第三实例中，所述方法还包括基于所述k空间轨迹校正所述磁共振信号，其中，重构图像包括对所述校正的磁共振信号施加逆傅立叶变换。在可选地包括第一实例至第三实例中的一个或多个的方法的第四实例中，所述方法还包括将所述图像输出到显示装置。在可选地包括第一实例至第四实例中的一个或多个的方法的第五实例中，所述方法还包括基于计算的磁场校准梯度场控制。
应当注意，可以以硬件、软件或其组合实施各种实施例。各种实施例和/或部件，例如其中的模块或部件和控制器也可实施为一个或多个计算机或处理器的部分。计算机或处理器可包括计算装置、输入装置、显示单元和接口，例如用于访问因特网。计算机或处理器可包括微处理器。微处理器可联接到通信总线。计算机或处理器还可包括存储器。存储器可包括随机存取存储器(randomaccessmemory；ram)和只读存储器(readonlymemory；rom)。计算机或处理器可进一步包括存储装置，所述存储装置可为硬盘驱动器或可卸除式存储驱动器，例如软盘驱动器、光盘驱动器等等。存储装置也可以是其它用于将计算机程序或其它指令加载到计算机或处理器内的类似构件。
如本文中所用，术语“计算机”或“模块”可包括任何基于处理器或基于微处理器的系统，包括使用微控制器、精简指令集计算机(risc)、专用集成电路(asic)、逻辑电路以及能够执行本文中所描述功能的任何其它电路或处理器的系统。上述实例只是示例性的，且因此并不意图以任何方式限制术语“计算机”的定义和/或意义。
计算机或处理器执行存储于一个或多个存储元件中的指令集，以便处理输入数据。存储元件也可根据需要或要求来存储数据或其它信息。存储元件可呈在处理机器内的信息源或物理存储器元件的形式。
指令集可包括指示计算机或处理器作为处理机来执行诸如本发明的各个实施例的方法和过程的特定操作的各种命令。指令集可呈软件程序形式。软件可呈各种形式，例如系统软件或者应用程序软件，并且其可实施为有形且非暂时性计算机可读介质。另外，软件可呈单独程序或模块的集合、在较大程序内的程序模块或者程序模块的一部分的形式。软件还可包括呈面向对象编程形式的模块化编程。由处理机器对输入数据的处理可响应于操作者命令或者响应于先前处理的结果，或者响应于由另一处理机器做出的请求而进行。
如本文中所使用，术语“软件”和“固件”可互换，并且包括存储在存储器中以供计算机执行的任何计算机程序，所述存储器包括ram、rom、eprom、eeprom和非易失性ram(non-volatileram，nvram)。关于可用于计算机程序的存储的存储器类型，以上存储器类型仅为示例性的，且因此并不是限制性的。
如本文所使用，以单数形式叙述且跟在词语“一”或“一个”后的元件或步骤应理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非明确陈述此类排除。此外，对本发明的“一个实施例”的提及并非旨在被解释为排除同样并入有所述特征的其它实施例的存在。此外，除非明确地陈述为相反情况，否则“包括”或“具有”带有特定特性的一个元件或多个元件的实施例可包括不带有所述特性的其它此类元件。术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包含”和“其中”的普通语言等效体。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等只用作标签，而不是意图对其对象施加数字要求或特定位置次序。
本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的本发明，且还使所属领域的技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明中可申请专利保护的范围由权利要求限定，且可包括所属领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求书的范围内。