用于三维磁共振成像的测量序列以及磁共振设备的制作方法

专利名称：用于三维磁共振成像的测量序列以及磁共振设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于三维磁共振成像的测量序列，如特别是用于生成 尽可能无运动伪影的磁共振图像的测量序列。本发明还涉及一种有关的磁 共振设备。
背景技术：
磁共振技术(下面以缩写MR代表磁共振)是一种可以用来产生检查 对象的内部的图像的公知的技术。为此，将检查对象在MR设备中定位在 一个相对强的静态均匀基本磁场(磁场强度为0.2特斯拉至7特斯拉或更高) 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激励脉 冲入射到检查对象中，对所触发的核自旋共振进行测量并且在其基础上重 建MR图像。为了对测量数据进行位置编码，在基本磁场上叠加一个快速 通断磁梯度场。将所记录的测量数据进行数字化并且以复数值的形式存放 在k空间矩阵中。可以借助于多维傅立叶变换根据填充了值的k空间矩阵 重建所属的MR图像。MR成像由于其相对较长的测量时间而是对运动敏感的，也就是说，在 记录测量数据期间检查对象的运动可以对图像质量造成一些明显的限制。因此，存在不同的方法和/或测量序列，其目标是降低对检查对象的运 动的灵敏度，从而允许对图像数据的改善的重建。相对开销较大的方法采用外部标记和超结构(Aufbauten)，利用它们借 助于光学装置在空间中采集运动并且加以考虑。不过，这种方法要求额外 的硬件，由此造成了高的造价，并且由于需要在患者上做标记而导致舒适 性的损失，因此这种方法通常仅仅被受限地采用。此外，存在这样的方法，其中对测量序列的专门设计允许了运动检观'J。 例如，可以通过对测量序列的专门设计对k空间的中心区域进行过扫描， 并且将由此获得的信息用于改善的图像重建以及用于减小运动伪影。在所谓的PROPELLER技术(也公知为BLADE技术)中对测量数据进
行记录时，例如将k空间矩阵分割地扫描，其中，各个的k空间片段相互 旋转，从而利用每个k空间片段扫描中心k空间区域。对中心k空间区域 的过渡扫描使得可以检测在对各个k空间片段的扫描之间发生的运动，并 且在图像重建中加以考虑。其它的方法例如采用了螺旋形的和辐射状的k 空间投影或者对于多重冗余记录的测量数据的平均。
在这些方法中，过渡扫描所必需的对测量数据的多重需求起到了不利 的作用。此外，在非笛卡儿扫描方案中出现这样的潜在的伪影，其起源于 将所记录的测量数据至笛卡儿坐标栅格的非最佳换算(英语为 "Regridding，，)。
这里所介绍的方法通常是针对于对所采用的测量序列的专门设计的， 因此仅仅允许在窄的边界内部修改测量序列，而没有考虑有关方法的可实 施性。特别是，这些方法中的许多并不能容易地移植到笛卡儿扫描方案上。另一种广泛使用的用于识别和/或校正在记录测量数据期间出现的运动 的方法，是采用所谓的导航仪(Navigator)信号，也称为导航仪回波。在这种记录中，除了实际的测量数据(利用其填充与要生成的图像相 对应的k空间矩阵)之外， 一同记录额外的数据(所谓的导航仪信号)。所 述导航仪信号允许了对在记录测量数据期间所出现的检查对象的运动进行 检测，并且必要时在MR图像的重建时加以考虑，从而减少运动伪影的出 现。
在此，通常通过导航仪信号对k空间矩阵的一个较小的区域(例如，k 空间矩阵的一个k空间行或者一个较小的中心片段)进行扫描。通过由该 导航仪信号扫描的k空间值就其幅度和相位进行的比较，可以检测出在两 个导航仪信号的扫描之间可能出现的运动和/或在图像重建中加以考虑。在 此，已知不同类型的导航仪信号。作为例子仅仅提及苜蓿叶形、轨道的或 球形的导航仪信号。
在记录这种导航仪信号中，根据导航仪信号相互间的不同复杂性显著 地提高了测量序列的测量持续时间并改善了随后的图像重建。因此，存在进一步开发测量序列的必要性，该测量序列允许在检查对 象的可能运动的条件下改善图像质量
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供这样一种测量序列尽管检查 对象可能发生运动也仍然能利用该测量序列实现良好的图像质量且同时实 现较短的测量时间和广泛的可应用性。此外，本发明要解决的技术问题还 是，提供一种产生这种测量序列的方法以及一种可以用来实施这种测量序 列的磁共振设备。在按照本发明的用于三维磁共振成像的测量序列中，通过扫描在k空间中的多个k空间行实现对测量数据的记录，其中将所述多个k空间行分 配到多个子记录上，从而在每个子记录上进行对所属的k空间行的扫描， 并且其中，将所述k空间行这样分配给所述子记录，使得该分配对应于下 列的分配规则-以表征有关k空间行至k空间中心的距离的距离指标来分析每个k 空间行，-在考虑所述距离指标的情况下将待扫描的k空间行按一个顺序排列，-将以该顺序排列的k空间行分成多个组，其中分别将多个依次跟随 的k空间行综合为一个组，以及-将所述k空间行分配给所述子记录，其中，在每个组中将被综合为 该组的k空间行分配到不同的子记录上。也就是说，在按照本发明的测量序列中，对k空间行的分配基于如下 的原则将k空间行这样分配到各个子记录上，使得在每个子记录中既扫 描靠近中心的k空间行又扫描远离中心的k空间行。这是如下地实现的 将至k空间中心的距离大致可比较的k空间行(即，分别把在顺序中依次 跟随的k空间行)综合为多个组，并且随后将每个组的k空间行分配到不 同的子记录上。由此实现了将至k空间中心的距离大致可比较的k空间行 分配到不同的子记录上。子记录本身在测量序列中被连续地记录。也就是说，由此将对靠近和 远离k空间中心的k空间行尽可能均匀地在测量时间上进行分配。与通过子记录将k空间分成相关的片段并且这些片段随后由子记录连 续地扫描的扫描方案相比，产生了一系列的优点。在这种扫描方案中，多 数情况下对相位编码系统单独进行观察，并且在其上建立对k空间的分割。 k空间的这些片段多数情况下是相关的并且至k空间中心的距离明显不同。 如果在两个子记录之间发生检查对象(例如患者)的运动，则该运动在k 空间中逐段地反映在所记录的k空间数据中。从中重建的图像通常具有可 见的伪影，例如幻像移动。如果该运动发生在对靠近k空间中心的片段的 扫描期间，则尤其强烈和显著可见地出现这种伪影。与此相反，在按照本发明的测量序列中根据对k空间行在k空间中位 置的分析来进行k空间行的划分。该分析是通过一个距离指标进行的，在 该距离指标中标识k空间行在三维k空间中的位置的相位编码方向共同起 作用。在此语境中，分析意味着，为每个被分析的k空间行分配其所属的 距离指标。通过分配规则，在子记录中将k空间行按照至k空间中心的距 离在该k空间上均匀地分布。由此，在每个子记录中针对至k空间中心的 距离对可比较的k空间行进行扫描。如果在子记录之间仅仅发生^r查对象 的短时间的运动，则由于运动改变的k空间数据针对至k空间中心的距离 均匀地在k空间上分布。因为通常仅有一部分子记录由于检查对象的运动 而包含伪影，所以在k空间中心仍然在没有检查对象的运动的条件下扫描 了所记录的k空间行的大部分，这在图像重建中有利地实现伪影的对正 (Ausmittelung )。被重建的图像具有明显更少的伪影。据以将待扫描的k空间行划分到子记录上的分配规则，可以被应用在 多种用于三维MR成像的不同类型的测量序列中，特别是也可以被应用在 可以在其中由至少两个相位编码方向表征k空间行的测量序列中。例如， 这些测量序列包括三维快速自旋回波序列、三维快速梯度回波序列、例如 三维的全聚焦稳态进动快速成像(英语为True FISP， "True Fast Imaging with Steady Precession")序列的三维稳态序列。如后面还要详细描述的那样，将 测量序列划分成子序列可以由对测量序列的专门设计本身产生，或者也可 以任意地规定。也可以将对按照本发明的测量序列的分配规则移植到带有 三个相位编码方向的成像方法上，如应用在^t共振光谱学中的CSI(英语为 "Chemical shift imaging"，化学位移成像)方法。也可以按照多种方式来确定用来确定至k空间中心的距离的距离指标。 例如， 一种筒单确定的距离指标是k空间行至k空间中心(例如在k空间 中的一个预定的点)的欧几里得距离范数。也可以采用欧几里得距离范数 的变形(例如，基于待扫描的k空间的大小对k空间或者k空间坐标轴的 比例缩放)或者其它距离范数作为距离指标，如果其表现是有利的。在利用距离指标对k空间行进行分析之后，在考虑距离指标的条件下
将待扫描的k空间行按一个顺序排列，特别是根据距离指标将待扫描的k 空间行以升序或降序排列。此时，可以通过分配规则按照简单的方式将k 空间行这样分配给子记录，使得针对其距离指标实现k空间行在子记录上 尽可能均匀的分布。优选地，在对按该顺序排列的k空间行进行分组时，分別将S个依次 跟随的k空间行综合到一个组中，其中，S表示子记录的数目；并且，在将 k空间行分配到S个子记录时，在每组中将S个依次跟随的k空间行分配到 该S个子记录上。由此，可以实现k空间行在各个子记录上的特别均匀的分布，因为这 样子记录基本上被分配了相同数目的k空间行。具有优势的是，所述k空间行被无重叠地设置在k空间中。优选地， 所述k空间行被平行于读出方向地设置。在一种优选的实施方式中，所述k 空间行位于三维的笛卡儿坐标栅格(Gitter)上。即使在k空间中的k空间行的笛卡儿设置中，通过分配规则允许对k 空间行的一种简单的划分，从而实现k空间在子记录上行针对其距离指标 的尽可能均匀的分布。此外，在这种设置中，特别是在将k空间行设置在 三维的笛卡儿坐标格栅上的条件下，可以从所记录的测量数据中特别简单 地重建图像，而没有额外的内插伪影。优选地，所述待扫描的k空间行在该顺序中的排列根据所述距离指标 升序地进行，从而以较小的距离指标被分析的k空间行(即，对应于较小 的距离指标的k空间行)在该顺序中位于以较大的距离指标被分析的k空 间行(即，对应于较大的距离指标的k空间行)之前。具有优势的是，额外地在考虑k空间行在k空间中的方位角状态的条 件下，修改所述待扫描的k空间行按该顺序的排列。按照这种方式，可以 这样额外地影响k空间行在各个子记录中的划分，使得此时在各个子记录 中也实现了 k空间行的所希望的方位角的分布。可以按照不同的方式确定k 空间行在k空间中的方位角状态。在通过给定相位编码平面的两个坐标来 表征k空间行的状态的条件下，可以通过给定与该坐标对所对应的极坐标 对的对应的角度坐标来确定该方位角状态。按照类似的方式可以对应地一 般化到三维的球坐标上。有利的是，在考虑所分配的k空间行的距离指标的条件下，在每个子
记录内部确定所分配的k空间行的扫描顺序。由此，在子记录内部对对k 空间行的扫描进行控制。在此优选的是，在每个子记录内部这样将所分配的k空间行的扫描顺 序与在对所分配的k空间行的扫描期间改变的图像对比度相协调一致，使 得对中心的k空间行的扫描在最强的图像对比度的时刻进行。按照这种方 式，提高了从测量数据中所重建的图像的质量。通过对k空间行的方位角状态的考虑以及通过对在子记录内部k空间 行的所希望的排列顺序的考虑，可以额外地实现用于将k空间行尽可能均 匀地分布到子记录上的不同扫描模式，以及分配给一个子记录的k空间行 在k空间中的分布。优选地，根据自旋回波和/或梯度回波进行对所述k空间行的扫描。具 有优势的是，为了对所述k空间行进行扫描采用一种多回波技术，其中， 在一个激励脉冲之后跟随着多个用来扫描多个k空间行的回波，其中，再 一个激励脉冲后跟随有多个回波。按照这种方式，形成了测量序列在子记 录中的自然的划分，其中， 一个子记录包括分别在一个激励脉冲之后记录 的回波。在一种优选的实施方式中，在每个子记录之前进行一个对比度准备。 按照这种方式提高了由测量序列对待记录的对比度的可影响性。按照本发明的磁共振设备被构造用于利用根据上述的测量序列来记录 测量数据。.


下面对照附图对本发明的实施例以及优选的结构作进 一 步的说明，不 过并不限于此。附图中图1示出了 MR设备的示意性结构，图2示出了据以将k空间行分配给子记录的分配规则的表示， 图3示出了一种以其更详细地实施将k空间行分配给子记录的方法的 表示图，图4示出了一种其中在考虑子记录内部所希望的扫描顺序的条件下实 施将k空间行分配给子记录的方法的表示图，图5示出了一种其中在考虑k空间行的方位角状态的条件下重新按一
个顺序排列的k空间行的方法的表示图，图6和图7分别示出了带有如现有技术中公知的扫描方案的k空间矩阵，图8示出了对k空间矩阵的k空间行针对其至k空间中心的距离的分析，图9至图12分别示出了具有如通过图3至图5所示的方法产生的扫描 方案的k空间矩阵，图13至图15示出了在k空间中三种由不同的扫描方案所形成的对比 度分布。
具体实施方式
图1示意性地示出了磁共振设备1结构。磁共振设备1的用来实施实 际测量的部件位于一个在高频技术上屏蔽的测量室3内。为了借助于磁共 振成像对身体进行检查，向该身体照射不同的、按照它们在时间上和空间 上的特性最为精确地相互协调 一致的磁场。一个强磁铁(通常是带有隧道形开口的低温磁铁5 )产生一个静态的强 主》兹场7，其通常为0.2特斯拉至7特斯拉或更大，并且该主磁场在测量空 间内部尽可能地均匀。待检查的身体(在此未示出)被安置在患者卧榻9 上，并且^皮定位在主石兹场7中、更确切地说是在测量空间中。对身体核自旋的激励通过;兹高频激励脉冲进行，该高频激励脉沖通过 一个在此被表示为身体线圈13的高频天线辐射出。该高频激励脉冲由脉冲 产生单元15产生，该脉冲产生单元由脉冲序列控制单元17进行控制。在 通过高频放大器19的放大之后，高频激励脉冲被引导到高频天线。在此所 示出的高频系统仅仅是示意性表示的。通常，在》兹共振设备1中采用多于 一个脉冲产生单元15、多于一个高频放大器19和多个高频天线。此外，磁共振设备1具有梯度线圈21,利用该梯度线圈在测量时辐射 出梯度场，用于有选择地进行层或体积激励以及用于对测量信号进行位置 编码。梯度线圈21由梯度线圈控制单元23进行控制，该后者同样地与脉 冲产生单元15 —样地与脉冲序列控制单元17连接。由被激励的核自旋所发出的信号被身体线圈13和/或局部线圈25接收， 通过对应的高频前置放大器27被;改大，并且由接收单元29进一步处理和 数字化。在此，接收线圈也可以包括多个线圈单元，利用这些线圈单元同 时记录核子共振信号。在既可以被运行在发送模式又可以被运行在接收模式的线圈、如身体线圈13的条件下，通过前面接入的收发开关39调整正确的信号传递。图像处理单元31根据测量数据产生图像，将该图像通过操作面板33 显示给使用者或者将其存在存储器单元35中。中央的计算机单元37控制 各个设备部件。在此，磁共振设备1被构造用于利用按照本发明的测量序 列对测量数据进行记录。在按照本发明的测量序列中，对测量数据的记录是通过在k空间中对 多个k空间行进行扫描实现的，其中，将该多个k空间行分布在多个子记 录上，从而在每个子记录中进行对对应的k空间行的扫描。在此，对k空 间行的分布符合专门的分配规则，现在结合图2对该分配规则进行更详细 的说明。在第一步骤51中，确定待扫描的k空间行。可以按照多种方式确定该 待扫描的k空间行并将其与k空间扫描和测量序列的要求进行匹配。下面 给出几个可以进行该确定的方式，但本发明并不限于这些方式。待扫描的k空间以及由此待扫描的k空间行是与待显示的图像片段(英 语为"Field-of-View",视野)以及空间分辨率(即，单个体素的延伸)匹 配的。例如，沿着一个空间维度上图像片段的延伸X和图像片段的分辨率 x与沿着对应的维度对于待扫描的k空间范围K以及所需要的扫描的厚度k 相对应k = X/27i，K = 27i/x。这点适合于每个空间维度、特别是适合于每个 相位编码空间维度。待扫描的k空间范围的延伸以及扫描厚度，对于不同 的空间方向可以是不同的，例如在定义了矩形的图像片段或者在各向异性 的空间分辨率的条件下。在简单的笛卡儿扫描类型的条件下，对所有位于坐标栅格上的k空间 行进行扫描。由此出发可以改变扫描类型。例如，可以不对这些行中的每 一个都进行扫描。这种类型的欠扫描允许更快的记录，不过也导致图像伪 影，但是可以利用专门的方法至少部分地消除该图像伪影。对于额外的位 于坐标栅格之间位置上的k空间行的过扫描，使得可以改善信噪比。不必 一定将待扫描的k空间行设置在坐标栅格上，而是可以与其部分地或者完 全i也偏离。
此外，可以多次扫描几个或者所有的k空间行，并且将该多次的扫描 用于确定信号，以便提供信噪比。此外，可以限制待扫描的k空间坐标的量，以便仅仅部分地扫描一个 或多个k空间维度，和/或可以使用用于重建的部分傅立叶(英语为"Partial Fourier")技术。只要仅仅要产生幅度图像，则这点例如就是可能的。由于 k空间数据的对称，在k空间中的(各空间维度的)每个一半中已经包含了 该幅度图像所需要的信息。再者，可以通过采用椭圆形的k空间扫描来降低待扫描的k空间坐标 的量。在此，将k空间的拐角排除在扫描之外，因为那里所包含的信息对 于图像内容没有贡献或者仅仅有不重要的贡献。例如，在两个相位编码方 向的条件下可以将至多四个拐角排除在扫描之外，而在三个相位编码方向 的条件下可以将至多八个拐角排除在扫描之外。此外，在采用并行成像技术(例如，所谓的GRAPPA技术，GRAPPA 表示"Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition, 全局自动校 准部分并行采集，，)的条件下，不必对所有的k空间行进行扫描。在第二步骤53中，利用距离指标分别对每个k空间行进行分析。在此， 该距离指标给出k空间行离k空间的中心多远。例如，l(空间的中心可以是 在k空间中具有k空间坐标值零的点，或者例如是一个其相位编码方向分 别具有值零的中心的k空间行。在第三步骤55中，将k空间行按照顺序km, m=l...N进行排列，其中， N是待扫描的k空间行的总数。该排列在考虑距离指标的条件下这样进行， 使得k空间行针对其至k空间中心的距离地设置，从而在该顺序中使中心 的k空间行位于边缘的k空间行之前。作为距离指标原则上可以釆用不同的距离指标。 一种简单的距离指标 是欧几里得距离范数，利用其分析k空间行至k空间中心的距离。此外， 还可以修改该距离范数，方法是将k空间的轴进行缩放，例如根据k空间 行与待扫描的k空间的特殊形式的对应关系进行匹配(例如与正方体形的k 空间匹配)。下面，将给出一个可以用来计算距离指标的例子。为此，不失一般性 地假设在k空间中的k空间行是被平行设置的，从而其在k空间中的位 置可以通过沿着两个相位编码方向x和y给出的两个坐标、和ky来表征。
此时可以通过下列的关系确定距离指标d:d(kx, ky) = ((kx-k0x)/Kx)2 + ((ky-k0y)/Ky)2，其中，k、和k 给出k空间中心的坐标，而Kx和Ky给出k空间矩阵在x以 及y方向上的大小。在将k空间行针对距离指标按一个顺序排列之后，在第四步骤57中， 确定其中分布了 k空间行的子记录数目。子记录的特征在于在该子记录 中对对应于该子记录的k空间行进行扫描。根据所采用的序列类型，可以根据专门的测量序列设计产生该测量序 列在子记录中的分布。例如，在三维快速自旋回波序列中，利用分别通过重聚脉冲产生的一 系列的自旋回波的依次跟随的记录进行对核自旋的多次激励。在此，在对 核自旋进行激励之前出现一个或多个准备脉冲，利用该准备脉冲准备不同 的、在所记录的测量数据中反映出的所希望的组织的对比度。通过对测量 序列的该设计，将测量序列分布中这样的子记录中是具有优势的其中每 个子记录包括了该系列的分别跟随一个激励脉冲的自旋回波的记录。在此， 为每个子记录分配了对应数目的k空间行，这些k空间行由该系列的自旋 回波扫描。在另一种序列(三维快速梯度回波序列)中，借助于分别跟随在激励 脉冲之后的梯度回波实现对k空间行的扫描。将各个梯度回波自然地综合 成子记录这点可以通过这样一种对比度准备来给出该对比度准备分别为 预先定义数目的随后的梯度回波而实施。不过，即使不实施任何对比度准 备(即，如果对k空间行的扫描对应于通常的三维梯度回波序列的话)，也 可以将测量序列任意地分布到子记录中，方法是例如将预先定义数目的 依次跟随的梯度回波综合为一个子记录。可以将该实施方式按照类似的方式移植到其它测量序列上，例如，移 植到三维稳态序列、三维EPI (EPI表示"Echo-Planar-Imaging,平面回波 成像")序列或者其它上。在一个子记录中扫描的k空间行的数目在每个子记录中可以是不同的。 因为k空间行的整体由不同的子记录扫描，下列关系成立2^￡,=W,其 中，N给定k空间行的数目，而Ej表示在第i个子记录期间被扫描的k空间 行的数目。在此，S给定子记录的数目。
在一种优选的实施方式中，在每个子记录中被扫描的k空间行的数目基本上相同。在这种情况下，子记录的数目S和待扫描的k空间行的数目N 与在一个子记录期间被扫描的k空间行的数目E有关 E=N/S,其中，必要时对比值进行舍入 E=Ceil(N/S);函数Ceil将该比值舍入为最近的更大的整数值。由此可能出现如下的情况可通过子记录扫描的k空间行的可用总数S xE稍微大于待扫描的k空间行的数目N。这点允许了一定的自由度利用 多余的k空间行可以例如重新对已经记录的k空间行进行扫描，并且稍孩吏 地提高信噪比。必要时，可以记录额外的k空间行，例如在拐角处的k空 间行，这些拐角在椭圆形k空间扫描中否则将被完全省略。不过，也可以 共计扫描比通过数目SxE所允许的更少的k空间行，从而实现稍微更短的 测量时间。在这种情况下，在子记录的一部分中可以跳过可最后扫描的k 空间行。然而尽管如此，优选的是，在每个子记录中对于将不被扫描的k 空间行也分别产生一个信号回波，但是忽略该信号回波。这样，保持得到 》兹化的稳态，并且仍然按照相同的方式缩短所有回波列(Echoziige)。这点 导致对点图像函数(英语为"point spread flmction",点扩展函数)的优化。 在第五步骤59中，将按顺序排列的k空间行进行分组，方法是分别将 依次跟随的k空间行综合到一个组中。在第六步骤61中，将k空间行分配 到单个的子记录上，方法是在每个组中将综合成该组的k空间行分布到不 同的子记录上。在其中在每个子记录中扫描基本上相同数目的k空间行的优选的实施 方式中，在第五步骤59中，分别将S个依次跟随的k空间行综合到一个组 中。在第六步骤61中，将这些k空间行分配到各个子记录上，方法是为每 个子记录分别分配来自每个组的一个k空间行。在图3至图5中将显示如 何可以通过算法实现这一点的实施例。其它的步骤可以起到改善该方法的作用。例如，在确定k空间行的顺 序之后可以执行第七步骤63,其中，在考虑被按一个顺序排列的k空间行 的方位角状态的条件下在k空间中重新排列这些k空间行。由此，可以对 否则k空间行在各个子记录上针对k空间行方位角状态的尽可能的随机分
布施加影响，并且按照所希望的要求进行实施。例如，通过考虑k空间行的方位角状态，可以将它们这样设置，使得 为了扫描k空间行而接通的相位编码梯度对于不同的k空间行仅仅微小地 改变，使得涡流效应出现得不那么强烈，从而改善图像质量。后面将根据图5对考虑k空间行的方位角状态进行更详细地说明。在第八步骤65中，可以例如根据k空间行至k空间中心的距离确定分 配给一个子记录的k空间行的顺序，从而按照这种方式可以例如将对k空 间行的扫描与所希望的图像对比度相协调一致。对此的详细解释将根据图4 进行。在图2中示出的方法的顺序仅仅是一种排列这些步骤的可能顺序。例 如，实现在图2中示出的步骤的算法同样可以执行另一种顺序，并且也被 构造为同时执行多个步骤。图3示出了一种算法，利用其可以按照所述方法将待扫描的k空间行 分布到各个子记录上。在按照图3的算法的第一部分71中，如上面描述的 那样预先规定N个待扫描的k空间行，根据待扫描的k空间行至k空间中 心的距离将它们按一个顺序km，m-l...N排列，并预先规定子记录的数目S。 在该算法的第二步骤73中，按照图3的算法将k空间实际分配给子记录。 在此，进行下列步骤a) 从排过序的k空间行km的顺序中提取出至k空间中心距离最短的k 空间行，即h。b) 将该k空间行k,分配给第一子记录。c) 从排过序的k空间行的顺序中提取出下一个k空间行。d) 将该k空间行分配给下一个子记录。e) 继续运行，直到为所有的子记录分配了一个k空间行。f) 从排过序的k空间行的顺序中提取出下一个元素。g) 将该k空间行分配给第一子记录。h) 继续运行，直到所有k空间行被分布在所有的子记录上。 也就是说，通过该分配算法将k空间行的排过序的顺序综合为这样的组，其中分别将S个依次跟随的k空间行进行了分组。据此，为每个子记 录从这些组中分别分配一个k空间行。对于下面结合图4和图5的说明采取的如下的假设利用三维快速自 旋回波序列对k空间行进行k空间扫描，其中，在子记录中通过由重聚相位脉冲(Rephasierungspuls ) S j起的回波对所对应的k空间行进行扫描。不 过，这点仅仅是用于使得所描述的实施方式直观。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测量序列类型上、例如带 有可能的对比度准备的快速梯度回波序列。图4示出一种算法，利用其在将k空间行分配给子记录时可以按照针 对k空间行至k空间中心距离的预先给定的排列顺序实现k空间行在每个 子记录内部的分配。为了说明作为基础的概念，下面假设在一个子记录中记录9个依次 跟随的自旋回波。通过预先给定的排列顺序确定了，哪个被分配的k空间 行由有关的回波扫描。例如，排列顺序可以通过数列Oi, i^.,.9给出l至 9的数字。这些数字分别给出一个k空间行根据其至k空间中心的距离在排 列顺序内部的哪个位置上被扫描例如，排列顺序OiH2，3,4，5，6，7,8,9〉意味着,离k空间的中心最 近的k空间行是由第一回波扫描的，离k空间的中心第二近的k空间行是 作为第二回波而被扫描的，等等。也就是说，通过该排列顺序保证了针对k 空间行至k空间中心的距离对k空间行的线性递增扫描。例如，排列顺序Oi={5,4,6,3,7,2,8, 1，9}意味着，离k空间的中心最 近的k空间行由第五回波扫描，离k空间的中心第二近的k空间行由第四 回波扫描，等等。因此，针对k空间行至k空间中心的距离对k空间行进 行的扫描的顺序是有中心的，即，最中心的k空间行在子记录的中间被扫 描。如果对比度在对回波记录的开始时最大并且随着记录减小，则最先提 到的排列顺序是具有优势的。例如，在如下的条件下出现这种情况利用 快速梯度回波方法进行回波的记录，并且在对快速梯度回波的记录之前在 每个子记录中进行T2加权的对比度准备，例如由Nezafat R等人所著的 "B1-insensitive T2 preparation for improved coronary magnetic resonance angiography at 3 T"，石兹共振医学(Magn Reson Med.) 2006四月第55(4)巻, 第858-864页中所公开的那样。由此准备的T2对比度紧随在该准备之后为 最大，并且随着回波的扫描逐渐衰减。因此，按照线性递增的顺序对k空 间行进行的记录对应于对比度特性在时间上的变化。利用最先提到的排列 顺序使得对于图像重建重要的中心的k空间行以较好的对比度被扫描，而 边缘的k空间行以较差的对比度被扫描。如果在对回波的记录期间对比度逐渐地上升并且随后又下降，则其次提到的排列顺序例如是具有优势的。例如，这点可以在下列的条件下出现 在对快速梯度回波进行记录之前在子记录中利用反转脉冲激励核自旋。因 此，k空间行的这样的顺序，即，其中在快速梯度回波的中间记录中心的k 空间行并且在开始和结束时记录边缘的k空间行，对应于对比度特性在时 间上的变化，从而以较好的对比度扫描中心的k空间行。也可以进行其它的对比度准备，例如，将扩散对比度或T1 p对比度以 及k空间行的排列顺序在子记录内部与所准备的对比度进行匹配。类似于在图3中描述的实施例，在图4所示的算法的第一部分81中， 预先规定N个待扫描的k空间行，根据待扫描的k空间行至k空间中心的 距离将它们按一个顺序km，m二l...N来排列，以及预先规定子记录的数目S。 在图4所示的算法的第二步骤83中，确定每个子记录所记录的回波的数目 E，例如根据对图2的说明中所描述的公式进行确定。此外，在回波数目E 的基础上，预先给定所希望的排列顺序Oi, i=l...E。可以将该算法的扩展 84引入到该部分中，如后面要结合图5说明的那样。从这些预先规定出发，在图4所示的算法的第三部分85中，通过一个 利用循环实现的算法将k空间行分配到子记录以及分配到其在所对应的子 记录中被扫描的位置。在此，进行下列步骤a) 从排过序的k空间行的顺序中提取出至k空间中心距离最短的k空 间行。b) 将该k空间行分配给第一子记录，并且在第一子记录内部分配给按 照排列顺序Oi位于第一位置上的回波。c) 从排过序的k空间行的顺序中提取出下一个元素。d) 将该k空间行分配给第二子记录，并且在第二子记录内部分配给按 照排列顺序Oi位于第一位置上的回波。e) 继续运行，直到在所有的子记录中为按照排列顺序CM立于第一位置 上的回波分配了一个k空间行。f) 从排过序的k空间行的顺序中提取出下一个元素。g) 将该k空间行分配给第一子记录，并且在第一子记录内部分配给按
照排列顺序Oi位于第二位置上的回波。h )继续运行，直到为在所有子记录中的所有回波分配了 一个k空间行。 在此，要注意的是，必要时并不在每个子记录中利用k空间行占用所有的回波，因为如上面描述的那样，可以由子记录扫描的k空间行的总数(SxE)可能大于待扫描的k空间行的总数(N)。因此，可以在分配中排除多余的回波。可以容易地在各种算法中实现在k空间行至回波的分配中 "忽略"几个回波。同样，也可以在各种算法中按照筒单的方式将确定的k 空间行冗余地分配到多余的回波上或者分配额外的k空间行。特别是对于要多次扫描k空间行(以及为了提高信噪比进行平均)的 情况，可以随后进行子记录的顺序的随机的置换。由此避免了在直接依次 跟随的片段中进行对相同k空间行的测量。按照这种方式提高了用于减小 运动伪影的平均的效率。按照迄今在图4中描述的算法，针对k空间行至k空间中心的距离(即， 按照径向)实现了对分配给一个子记录的k空间行的排序。在此并未考虑k 空间行在k空间中的方位角排列；因此，就此而言k空间行还远没有被排 序。尽管在分配中根据在k空间行被设置在其中的坐标栅格(Raster)和径 向的排序之间的关系给出了一定的规律；但是，该排序经常是不充分的， 并且在一般情况下与所希望的排列不相对应。因此，在缺少对方位角的排 序的情况下，两个依次跟随的回波的相位编码梯度可以强烈地相互偏差， 这点在不理想的硬件的情况下(例如由于涡流效应)可能在对k空间矩阵 的扫描中导致图像伪影或者导致提高的噪声电平。为了避免这些问题，可 以将图4中的算法扩展一个方位角的排序。现在根据图5说明这种方位角 的排序。在按照图5的算法的第一部分91中，在k空间中确定应该通过k空间 行的分配而被考虑的k空间行的角度分布Wi。现在参考上面的例子(其中 在一个子记录中记录九个依次跟随的回波)的条件下对作为基础的概念进 行说明。例如，角度顺序Wi={0, 0,0, 0,0,0, 0,0, 0}意味着，在子记录内部应该 尽可能恒定地采用k空间行的角度。结合一个如上面描述的线性递增的排 列顺序Oj ={1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9},从中按照良好的近似给出了 一种径向的 扫描方案以及一种按照近似径向的片段的对k空间的分割。
例如，角度顺序Wi={0, 0, 0, 0, 0，兀，兀，兀，兀}意味着，在子记录内部应该为回波的第一半配备带有尽可能恒定的方位角的k空间行，而且又为回波的第二半配备了错开兀(180°)的方位角。结合中心的排列顺序0;={5,4，6, 3,7,2,8,1,9}(见上文)，从中按照良好的近似给出了一种真正的直径的扫 描方案以及，从而在一个子记录内部按照大致位置相对的k空间行进行扫 描。例如，角度顺序Wi={0，兀/8,兀/4, 3ti/8，兀/2， 5兀/8, 3兀/4, 7兀/8,兀}意味着， 应该逐渐地提高各个k空间行的角度。结合一个线性递增的排列顺序Oi ={ 1 ， 2, 3, 4, 5, 6, 7， 8， 9},每个兀给出了一个螺旋臂，其中，按照类似的方式可 以实现较紧和较宽的螺旋。利用这些预先规定可以将在一个顺序中排列的k空间行与所希望的角 度方案相匹配。为此，执行图5所示算法的第二部分93:a) 考察其中为第一回波配备了一个k空间行的所有子记录。这些子记 录的数目是T" 一般地所有子记录的数目为S。仅仅在最后的回波中出现 其中最后的回波被配备的子记录的数目可能较小，因为出于上面解释过的 原因，不必一定为子记录的所有回波配备k空间行。b) 根据它们在k空间中的角度，对来自k空间行ki的径向排过序的顺 序中的第一 1个k空间行进行排序，并且具体是以角度顺序Wi的第 一角度 开始的。c) 考察其中为第二回波配备了一个k空间行的所有子记录。这些子记 录的数目是丁2。d )根据它们在k空间中的角度，对k空间行ki的径向排过序的顺序中 的接下来的T2个元素进行排序，以角度顺序Wi的第二角度开始。e)继续运行，直到按照角度为所有的回波排过序。可以按照公知的方式计算k空间行的角度，即其给出了在k空间内部k 空间行的方位角状态。类似于距离范数，在计算角度时也可以对k空间进 行比例缩放。在带有笛卡儿扫描坐标栅格的k空间中(其k空间行沿两个 相位编码方向x和y设置并且由坐标b和ky表征)，例如可以通过下列关系 确定k空间行的角度a(kx, ky) = atan2 (((kx-k0x)/Kx)， ((ky-k0y)/Ky))， 其中，k、和k 给出k空间中心的坐标，而Kx和Ky给出在x以及y方向上
笛卡儿扫描坐标栅格的坐标栅格点。在此，函数atan2(x, y)计算两个变量x 和y的反正切。其还对应于来自x/y的反正切，其中分析两个变量的符号并 且从而确定结果的象限。在排序中注意到了角度的周期性，例如-a=27i-a。 现在，结合图6至图12示出了在按照本发明的测量序列的不同实施方 式以及在由现有技术中公知的测量序列中，将k空间行103分布在多个子 记录上的图示。该图示是根据大小为5 x 5的笛卡儿三维k空间矩阵101进 4亍的。在此，示出了两个相位编码方向，这里称为x方向和y方向。没有 示出的是三维k空间矩阵101的读出方向，该方向垂直于相位编码方向的 平面。在此，k空间矩阵101极小的大小(5x5)仅仅用来说明和解释将k 空间行103分布和分配至子记录的原理。为了 MR成像通常采用大得多的k 空间矩阵。在这里示出的例子中，将25个k空间行103分布到5个子记录 中。在此，该5个子记录是通过不同的字母(A,B,C，D,E)表示的。字母 之前的数字分别给出在一个子记录内部对k空间行103扫描的位置。图6和图7示出了如现有技术中公知的k空间行103在子记录中的分布。在图6中将25个k空间行103对应于其在y方向上的坐标进行分组， 并且分配到5个子记录中。 一个子记录在x方向上对5个所分配的k空间 行103进行扫描；而在一个子记录内部k空间行103的扫描的顺序是通过 数字(1,2,3,4,5)表征出来的。图7同样示出了对k空间行103的类似分组以及向各个子记录的分配。 不过，与图6相反，在子记录内部对k空间行103的扫描是从中心的k空 间行103出发随着至中心的距离的逐步变大而向两个方向进行的。图8示出了对5 x 5的k空间矩阵101的k空间行利用分别计算其至k 空间中心105距离的量度的分析。利用这里示出的距离指标可以对k空间 行103这样进行分类，使得具有较小量度的k空间行103比具有较大量度 的k空间行103更靠近k空间中心105。由于这种分析按照这样一个顺序实 现了 k空间行103的排列，使得在此基础上将k空间行103分配给各个子 记录。图9通过按照图4的算法可以产生的那样的、将25个k空间行103分 布到5个子记录上。为每个子记录(A， B， C, D, E )既分配中心的k空间行
也分配边缘的k空间行，并且将被设置在二维相位编码平面中的k空间行103尽可能均匀地分布在该5个子记录上。在此，k空间行103在一个子记 录内的排列顺序0产{1， 2, 3， 4, 5)与从k空间中心105出发的径向扫描相对 应。这意味着，将k空间行103从内向外地分配给各个子记录，也就是说， 在一个子记录内部在扫描更边缘上的k空间行103之前先扫描更中心上的k 空间行103。在此，在该分配中不考虑k空间行103的方位角状态，因此k 空间行103在各个子记录上的方位角分布是尽可能地随机的。反之，在图10中类似于图9进行分配，不过这次按照通过图5所示的 分配算法的扩展的方案\^={0,0,0,0,0}考虑了角度排序。这意味着，尽管 如前面一样从中心出发径向地扫描k空间行103，但是在分配中同样地考虑 了 k空间行103的角度位置。由此，形成了对k空间行103的基本上片段 状的扫描。图11示出了类似于图9的将k空间行103在5个部分片段上的分布。 与图9不同的是，在分配中此时考虑一种有中心的排列顺序0;={5, 3, 1,2, 4},使得此时在子记录的中间(在第三个位置上)扫描中心的k空间行103， 并且在子记录的开始以及结束(在第一以及第五位置上)分别扫描边缘的k 空间行103。在图11中在分配到各个子记录时没有考虑k空间行103的方 位角状态。图12示出了按照图11的k空间行103的分布，这次考虑了角度排序 Wi ={0,0,0, Ti,兀}。在此，结合来自于图11的有中心的排列顺序形成了直径 的扫描方案，使得在子记录中被扫描的k空间行103在k空间中大致沿直 径地相对。在这里示出的5x5 k空间矩阵101由于极小的矩阵大小而仅仅 示意地看出该直径的扫描方案。对于先验的分割方法(例如，快速自旋回波方法或者快速梯度回波方 法)的特殊情况，作为其它的优点，通过按照根据图3至图5的分配规则 的k空间行103的特殊排列经常产生一种较清晰的点图像函数。在该先验 的分割方法中，在对一个子记录的k空间行进行扫描期间，由于驰豫效应 而经常使在磁化中存储的对比度信息和亮度信息发生连续的变化。如果例如与图6类似，在每个子记录中沿x方向对k空间的一个完整 的y行进行扫描，在记录期间待扫描的对比度发生改变；该改变可以利用 变化函数来描述。如果例如在子记录的开始时对比度最大并且随后逐步衰
减，则如图13所示在X方向形成对比度的下降。该变化函数的傅立叶变换反映出了点图像函数(也称为点扩展函数，英语为"point-spread-function"):驰豫或者对比度的改变越强烈，图像轮廓 显得越模糊。因为对比度的改变(由扫描方案决定)尤其是在x方向上发 生的，而对比度在y方向上保持相同，这点产生了不对称的点图像函数 其在x方向上模糊而在y方向上相对清晰。类似于图7，在中心的扫描方案中下列现象强烈地凸现出来从k空间 中心出发对k空间沿着两个相位编码方向向两侧进行扫描直到边界。如果 随着扫描的进行对比度衰退，则据此形成了在图14中示出的、在x方向上 的作为结果的变化函数。在此，在y方向上变化函数保持恒定。据此，还 产生了不对称的点图像函数，它在y方向上清晰而在x方向上不清晰。相反，在相同的对比度下降的条件下，利用按照本发明的测量序列的 扫描方案(例如类似于图9的扫描方案)得到这样一种变化函数，其在k 空间的中心下降得较緩慢而在边缘下降得较迅速。该下降既出现在x方向 上(如图15所示)、又出现在y方向上。如果比较结果的点图像函数，则 在类似于图9的测量序列中得到这样一个对称的点图像函数，其(与常规 的扫描方案的点图像函数相比)在配分方向(Partitionsrichtung )上具有更 紧密的分布，而在线性方向(Linienrichtung)上具有大致更宽的分布。不过， 总的来说在所有相位编码方向上得到了一种值得期待的对称点图像函数。
权利要求
1. 一种用于三维磁共振成像的测量序列，其中，通过扫描在k空间中 的多个k空间行(103 )实现对测量数据的记录，并且将所述多个k空间行(103)分布到多个子记录(A，B，C，D，E)上，从而在每个子记录(A,B,C， D，E)上进行对所属的k空间行(103)的扫描，其中，将所述k空间行这 样分配给所述子记录(A,B,C，D，E),使得该分配对应于下列的分配规则-以表征有关k空间行至k空间中心(105)的距离(107)的距离指标 分析每个k空间行(103),-在考虑所述距离指标的条件下将待扫描的k空间行(103 )按一个顺 序排列，-将按该顺序排列的k空间行(103)分成多个组，其中分别将多个依 次跟随的k空间行(103 )综合为一个组，以及-将所述k空间行(103)分配给所述子记录(A, B，C，D, E),方法是 在每个组中将被综合为该组的k空间行分配到不同的子记录上。
2. 根据权利要求1所述的测量序列，其特征在于，-在对按该顺序排列的k空间行(103 )进行分组时，分别将S个依次 跟随的k空间行(103)综合成一个组，其中，S表示子记录(A，B，C,D,E) 的凌t目，以及-在将k空间行(103 )分配到S个子记录(A,B, C,D,E)时，在每组 中将S个依次跟随的k空间行(103)分布到该S个子记录(A,B,C,D,E)上。
3. 根据权利要求1或2所述的测量序列，其特征在于，所述k空间行 (103 )被无重叠地排列在k空间中。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的测量序列，其特征在于，所述 k空间行(103)被平行于读出方向地设置。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的测量序列，其特征在于，所述 k空间行(103)位于三维的笛卡儿坐标栅格上。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的测量序列，其特征在于，所述 待扫描的k空间行(103 )按该顺序的排列根据所述距离指标升序地进行。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的测量序列，其特征在于，额外 地在考虑k空间行(103)在k空间中的方位角状态的情况下，修改所述待 扫描的k空间行(103 )按该顺序的排列。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的测量序列，其特征在于，在考 虑所分配的k空间行(103)的距离指标的情况下，在每个子记录(A,B，C， D,E)内部确定所分配的k空间行(103 )的扫描顺序。
9. 根据权利要求8所述的测量序列，其特征在于，在每个子记录(A, B， C, D, E )内部这样地将所分配的k空间行(103 )的扫描顺序与在对所分配 的k空间行(103 )进行扫描时改变的图像对比度相协调一致，使得对中心 的k空间行(103 )的扫描在图像对比度最强的时刻进行。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的测量序列，其特征在于，根据 自^走回波和/或梯度回波进行对所述k空间行(103 )的扫描。
11. 根据权利要求10所述的测量序列，其特征在于，采用多回波技术 来对所述k空间行(103)进行扫描，其中，在一个激励脉冲之后跟随着多 个用来扫描多个k空间行(103)的回波。
12. 根据权利要求10或11所述的测量序列，其特征在于，在每个子记 录之前分别进行一个对比度准备。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的测量序列，其特征在于，所 述距离指标是所述k空间行至k空间中心的欧几里得距离范数。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的测量序列，其特征在于，在 以距离指标分析所述k空间行(103)时，在待扫描的k空间的大小的基础 上进行比例缩放。
15. —种磁共振设备，其构造用于利用根据权利要求1至12中任一项 所述的测量序列来记录测量^:据。
全文摘要
本发明涉及一种用于三维磁共振成像的测量序列以及一种用于利用对应的测量序列来记录测量数据的磁共振设备。在该测量序列中，通过扫描在k空间中的多个k空间行(103)实现对测量数据的记录，并且将所述多个k空间行(103)分配到多个子记录(A，B，C，D)上，从而在每个子记录(A，B，C，D)上进行对所属的k空间行(103)的扫描，其中，将所述k空间行这样分配给所述子记录(A，B，C，D)，使得该分配对应于下列的分配规则 按照表征有关k空间行至k空间中心(105)的距离(107)的距离指标分析每个k空间行(103)；在考虑所述距离指标的条件下将待扫描的k空间行(103)按一个顺序排列；将按该顺序排列的k空间行(103)分成多个组；其中分别将多个依次跟随的k空间行(103)综合为一个组，以及-将所述k空间行(103)分配给所述子记录(A，B，C，D)。其中，在每个组中将被综合为该组的k空间行分配到不同的子记录上。
文档编号G01R33/561GK101144853SQ20071014969
公开日2008年3月19日 申请日期2007年9月13日 优先权日2006年9月13日
发明者索斯藤·费韦尔 申请人:西门子公司