多激发磁共振成像系统和方法与流程

本发明总体上涉及用于通过多激发成像对对象(例如，患者)进行成像的系统和方法，尤其涉及在多激发成像期间的运动检测和/或校正。

背景技术：

多激发成像被广泛地用于临床磁共振成像(mri)中，以获得较高空间分辨率的诊断信息。两种常见的多激发mr成像方法被称为：多激发快速自旋回波(tse)和多激发回波平面成像(ms-epi)。这些成像方法能够用于获得高空间分辨率的扩散加权成像(dwi)。然而，激发间运动几乎是不可避免的，并且在多激发mr图像中由于运动伪影而可能导致降低的图像质量。此外，由于多激发方法要求多次采集，因此它们可能要求比单激发采集所要求的采集时间更长的采集时间。这些更长的采集时间可能会加剧激发间运动。

常规的基于导航器的方法使用具有完全采集的数据的低分辨率图像和高分辨率图像来检测多激发成像期间的激发间运动。然而，这是耗时的并且可能引入导航器与成像数据之间的误配准问题，这也使图像质量劣化。额外地，非笛卡尔轨迹能够用于自导航的多激发成像方法；并且并行成像方法能够用于重建具有用于扫描间运动校正的部分采集的数据的去混叠图像。然而，基于非笛卡尔的自导航方法需要非笛卡尔成像，其仍是临床不稳定的，并且并行成像方法需要基于并行成像的重建，这需要额外的计算成本。

us2012235679a1公开了一种运动补偿方法，其中，反向持续非刚性配准被用于确定激发之间的运动。us2009087057a1通过评估k空间数据来解决运动校正的问题。wo2014037868a1公开了一种具有基于导航器的运动检测的磁共振成像系统。

技术实现要素：

因此，期望提供用于在对象(例如，患者)的多激发成像期间来对激发间运动进行检测和/或校正的系统和方法，其是稳定的并且节省时间，并且可以通过减少存在于mr原始数据中的运动伪影来提高mr图像的图像质量。

本发明提供了一种用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括：采集单元，其用于采集对应于多个激发的mr原始数据；成像单元，其用于根据所述mr原始数据来生成多幅折叠图像，其中，所述多幅折叠图像中的每幅是根据所述mr原始数据的子集来生成的；导出单元，其用于导出每幅折叠图像的每个像素的幅值；检测单元，其用于基于所述多幅折叠图像中的任何两幅折叠图像的相似度测量结果来检测在所述多激发成像期间所述对象的运动，其中，所述检测单元14还包括被配置为导出测得的相似度的第一导出单元201；以及重建单元，其用于根据所述检测单元14的检测结果基于所获得的mr原始数据来重建所述对象的mr图像。

实际上，本发明的要点在于，如果对象在多激发成像期间不移动，则折叠图像中的任何两幅的对应像素的幅值将不改变，即，两幅折叠图像之间不存在差异，只要折叠图像是根据对应于至少一个相继激发的采集的相同量的mr原始数据生成的。

根据本发明，mr原始数据的一部分，即，在多激发成像期间在k空间中部分采集的数据，被直接用于生成折叠图像，并且激发间运动是基于折叠图像的每个像素的幅值来检测的。由于无需生成完全采集的数据，因此这将节省时间并且因而更加成本有效。

在一个实施例中，所述采集单元针对所述多个激发的每个激发采集相同量的mr原始数据；所述成像单元根据包括针对一个激发采集的所述相同量的mr原始数据的所述mr原始数据的所述子集来生成所述多幅折叠图像中的每幅；并且其中，任何两幅不同的折叠图像分别是根据针对两个相继激发所采集的mr原始数据生成的。

根据该实施例，所述折叠图像中的每幅是根据针对一个激发所采集的相同的mr原始数据生成的，并且用于生成任何两幅相继的折叠图像的多个激发也是相继的。以这种方式，能够基于分别对应于任何两个相继激发的任何两幅相继的折叠图像的对应像素的幅值来检测激发间运动；因此，任何两个相继激发之间的激发间运动可以被检测到，并且因此可以实现多激发成像期间的更准确的运动检测。

在另一实施例中，所述检测单元包括：比较单元，其用于将任何两幅不同的折叠图像的对应像素的幅值彼此进行比较，以获得比较结果；以及第一确定单元，其用于基于所述比较结果来确定在所述对象的所述多激发成像期间是否发生所述对象的运动，以获得确定结果。借助于这样的检测单元，将能够检测在所述多激发成像期间任何两个激发之间是否发生激发间运动，并且从而其提供了获得和排除关于激发间运动的mr原始数据的机会。

在另外的实施例中，所述第一确定单元还基于所述多幅折叠图像中的任何两幅折叠图像的所述确定结果来导出所出所述折叠图像中具有最大数量的所述折叠图像的子集，如果确定在所述子集中的任何两幅折叠图像之间不发生运动，从而获得所述mr原始数据的最大静态集群以用于生成所述子集的所述折叠图像，并且所述重建单元基于所述mr原始数据的所述最大静态集群来重建所述对象的所述mr图像。

根据该实施例，可以根据对应于在其期间对象不移动的激发采集的所述mr原始数据来重建没有因激发间运动造成的伪影的所述对象的最终图像，其排除了关于所述激发间运动的所述mr原始数据并且因此实现了针对所述对象的所述最终图像的激发间运动校正。

在另外的实施例中，所述检测单元还包括：第一导出单元，其用于基于所述两幅折叠图像的像素的幅值来导出所述多幅折叠图像中的任何两幅折叠图像相似度，所述相似度指示所述两幅折叠图像的相似度。所述相似度是相异度或相似度的测量结果。

在一个方面中，所述检测单元还可以包括：第二确定单元，其用于基于所述测得的相似度将所述折叠图像聚类为至少一个静态集群，每个静态集群的任何两幅折叠图像具有指示所述两幅折叠图像实质上相同的所述相似度，具有最大数量的所述mr原始数据的所述静态集群被称为参考集群，并且其他静态集群被称为非参考集群，并且其中，所述重建单元被配置为基于所述参考集群的所述mr原始数据来重建所述对象的所述mr图像。

优选地，所述检测单元还包括：第二导出单元，其用于基于所述多幅折叠图像中的任何两幅折叠图像的相似度测量结果来导出所述相似度的矩阵，所述矩阵的每个元素指示对应的两幅折叠图像的所述测得的相似度，其中，所述第二确定单元基于所述相似度的所述矩阵来导出所述折叠图像的所述参考集群。

以这种方式，所述mr图像仅基于与激发间运动无关的所述mr原始数据而被重建，从而降低了所述mr图像中由激发间的运动引起的伪影并且获得了改善的图像质量。额外地，借助于基于所述折叠图像的所述相似度的矩阵的聚类方法，可能更易于获得与激发间运动无关的所述mr原始数据。

在一个方面中，所述检测单元还包括：第三确定单元，其被配置为通过使所述两幅折叠图像之间的所述相似度最大化来确定针对所述非参考集群中的折叠图像相对于所述参考集群中的折叠图像的刚性运动的运动参数，其中，所述重建单元还被配置为基于所述运动参数根据对应于所述多个激发的所述mr原始数据来重建所述mr图像。

以这种方式，运动参数可以被计算并且从而在所述mr原始数据的所述重建期间被用于运动校正，以获得改善的图像质量。

下文更加详细地描述了本公开内容的各方面和特征。参考结合附图进行的描述，本发明的其他目的和优点将变得更加明显并且将容易被理解。

附图说明

在下文中将结合实施例并且参考附图来更加详细地描述和解释本发明，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像系统10的总体示意性框图；

图2是根据本申请的一个实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像系统10a的示意性框图，其中示出了检测单元14的特定配置；

图3是根据本申请的另一实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像系统10b的示意性框图，其中示出了检测单元14的特定配置；

图4示出了根据本申请的另外实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像系统10c的示意性框图，其中示出了检测单元14的特定配置；

图5是根据本发明的实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像方法500的总体流程图；

图6是根据本发明的特定实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像方法500的流程图；

图7是根据本发明的另外的实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像方法500的流程图；并且

图8是根据本发明的又一实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像方法500的流程图。

附图中的相同附图标记指示类似或对应的特征和/或功能。

以下将关于特定实施例并且参考特定附图来描述本发明，但本发明并不局限于此而是仅由权利要求来限定。所描述的附图仅是示意性的并且是非限制性的。在图中，一些要素的大小可能是夸大的并且出于图示性目的而没有按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像系统10的总体示意性框图。该磁共振成像系统10包括采集单元11，成像单元12，导出单元13，检测单元14和重建单元15。

采集单元11在对对象(例如，患者)的多激发成像期间采集的对应于多个激发的mr原始数据。在对象的多激发成像期间，针对每个激发只采集mr原始数据的一部分并且然后针对所有激发的所有mr原始数据可以被用于填充k空间，以产生最终图像。

成像单元12根据mr原始数据来生成多幅折叠图像，并且所述多幅折叠图像中的每幅是根据部分采集的mr原始数据来生成的；所述部分采集的mr原始数据可以被认为是mr原始数据的子集，其包括对应于至少一个相继发射所采集的相同的量的mr原始数据，并具有至少一部分不同于其它子集的mr原始数据。

在第一范例中，如果采集单元11在对象的多激发成像期间采集对应于四个激发的mr原始数据并且针对每次激发所采集的mr原始数据的量是相同的，则成像单元12可以分别针对前两个相继激发和后两个相继激发生成两幅折叠图像。

当然，也可以预期其他数量的折叠图像，只要用于生成折叠图像中的每幅的mr原始数据的量具有彼此相同的大小并且用于生成折叠图像中的每幅的mr原始数据是在时间上相继的，即，对应于相继激发。在第二范例中，也可能的是，成像单元12根据对应于四个激发的mr原始数据生成三幅折叠图像。在这种情况下，根据对应于第一激发和第二激发的mr原始数据生成第一折叠图像，根据对应于第二激发和第三激发的mr原始数据生成第二折叠图像，并且根据对应于第三激发和第四激发的mr原始数据生成第三折叠图像。

将优选的是，在第三范例中，对应于每个激发的mr原始数据被认为是mr原始数据的子集，并且成像单元12根据mr原始数据的包括对应于一个激发的相同量的mr原始数据的子集来生成多幅折叠图像中的每幅。在这种情况下，可分别针对四个激发生成四幅折叠图像。

此外，能够从不同的激发获得的不同量的mr原始数据。本发明可以被应用于这种情况，只要折叠图像中的每幅是根据对应于至少一个相继激发的相同量的mr原始数据生成的。例如，要采集mr原始数据的五个激发，针对前两个激发分别采集针对k空间的40％的mr原始数据，并且针对后三个激发分别采集针对k空间的20％的mr原始数据。在这种情况下，第一激发和第二激发中的每个生成对应的折叠图像，并且第三激发和第四激发的组合生成第三折叠图像。对象的激发间运动可以基于三幅折叠图像来检测，这是因为三幅折叠图像是根据对应于至少一个相继激发的mr原始数据的相同的40％而生成的。如本领域技术人员所理解的，在本文中所使用的范例中，从不同的激发采集的mr原始数据在k空间中空间交叠，使得针对每个激发的mr原始数据的百分比的总和超过1。

本领域技术人员可以理解，折叠图像可以是根据mr原始数据通过快速傅立叶变换(fft)来生成的。尤其地，mr原始数据的每个子集经受fft以获得折叠图像。在fft之后，折叠图像是复值图像，就像所有mr图像那样。

导出单元13根据针对每个像素的复值导出每幅折叠图像的每个像素的幅值，以便便于随后确定折叠图像中的任何两幅是否是相同的，并且从而确定折叠图像之间是否发生激发间运动。

检测单元14基于多幅折叠图像中的任何两幅不同的折叠图像的每个像素的幅值来检测在多激发成像期间对象的运动。可以优选的是，任何两幅不同的折叠图像是在时间上相继采集的，即，对应于相继激发。这可以被应用于实时运动检测或运动校正。例如，在以上提及的第二范例中，检测单元14基于第一折叠图像和第二折叠图像或第二折叠图像和第三折叠图像的每个像素的幅值来检测在多激发成像期间对象的运动；同时，在以上提及的第三范例中，检测单元14基于分别根据任何两个相继激发生成的任何两幅折叠图像的每个像素的幅值来检测在多激发成像期间对象的运动。

然而，有可能的是，任何两幅不同的折叠图像是紧邻的并且是以间隔采集的，或甚至任何两幅不同的折叠图像是完全不紧邻的。

图2示出了根据本申请的一个实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像系统10a，其中示出了检测单元14的特定配置。

根据该实施例，检测单元14包括比较单元101和第一确定单元102。比较单元101将任何两幅不同的折叠图像的对应像素的幅值彼此进行比较，以获得指示所述两幅折叠图像的对应像素的幅值是否全部相同的比较结果。第一确定单元102基于所述比较结果来确定两幅折叠图像之间是否发生运动。一般地，如果两幅折叠图像的针对对应像素的幅值是不一样的，则可以确定两幅折叠图像之间发生运动。

如果确定折叠图像中的任何两幅之间没有发生运动，则重建单元15可以使用对应于所有激发的所有mr原始数据来重建最终图像。

然而，如果确定折叠图像之间发生运动，一般而言，基于任何两幅折叠图像的确定结果，第一确定单元102能够找到具有最大数量的折叠图像的折叠图像的子集，其任何两幅折叠图像都是相同的，即，确定在子集中的任何两幅折叠图像之间没发生运动，并且从而获得对应于折叠图像的子集的mr原始数据的最大静态集群。在该实施例中，第一确定单元102可以执行聚类算法以实现mr原始数据的聚类。在这种情况下，重建单元15可以基于mr原始数据的最大静态集群来重建对象的最终mr图像。考虑到这可能是复杂的过程，稍后将根据另一实施例引入用于实现该过程的更加具体和可行的数学方法。

在备选方式中，如果确定只有两幅折叠图像与其它折叠图像之间发生运动，则基于所述两幅折叠图像的确定结果，本发明的磁共振成像系统10可以控制采集单元11来重新采集mr原始数据，以用于生成两幅折叠图像。在检测单元后14确定根据重新采集的mr原始数据生成的两幅新的折叠图像并不示出相对于其他原始折叠图像的运动之后，重建单元15可以根据包括所述重新采集的mr原始数据的所有mr原始数据来重建最终的mr图像，其中，所述重新采集的mr原始数据可以代替mr原始数据，以用于生成示出相对于其它折叠图像的运动的两幅折叠图像。

图3示出了根据本申请的另一实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像系统10b的示意性框图，其中示出了检测单元14的特定配置。

检测单元14包括：第一导出单元201，第二导出单元203和第二确定单元204。第一导出单元201基于两幅折叠图像的像素的幅值来导出多幅折叠图像中的任何两幅折叠图像的相似度，所述相似度指示两幅折叠图像的相似度。本领域技术人员可以理解，所述相似度可以是相异度和相似度中的一个。额外地，本领域技术人员可以理解，相似度可以被实施为欧几里得距离或互相关。

本领域技术人员可以理解，每幅折叠图像可以被认为是矩阵并且针对折叠图像中的每个像素位置的幅值可以被认为是矩阵的一个元素，因此，导出任何两幅折叠图像的相似度可以被实现为导出两个矩阵的相似度。本领域技术人员应当知晓导出两个矩阵的相似度的许多方法。

第二导出单元203从第一导出单元201接收任何两幅折叠图像的相似度，以形成相似度的矩阵，矩阵的每个元素指示对应的两幅折叠图像的相似度。第二确定单元204基于测得的相似度将折叠图像聚类为至少一个静态集群。每个静态集群的任何两幅折叠图像具有指示两幅折叠图像实质上相同的相似度。换句话说，每个静态集群之中没有发生激发间运动。具有最大数量的mr原始数据的静态集群被称为参考集群，并且其它静态集群被称为非参考集群。重建单元15还基于参考集群的mr原始数据来重建对象的mr图像。折叠图像的基于相似度的矩阵的上述聚类可以基于各种已知的聚类方法，包括但不限于k均值方法。

本领域技术人员可以预期省略第二导出单元203并基于任何两幅折叠图像的相似度直接执行聚类。

第二确定单元202通过以下来确定任何两幅折叠图像之间的对象的运动的运动参数：当对象的运动是刚性运动(例如，肌肉骨骼和头部运动)时，定义两幅折叠图像的相似度参数作为运动参数的函数，并且找到使得相似度参数指示两幅折叠图像实质上相同的运动参数。在这种情况下，可以预期的旋转和平移参数两者都被计算。

如果两幅折叠图像之间的对象的运动仅涉及对象的平移，则两幅折叠图像的相似度参数可以被确定为位移的函数，在这之后，能够通过数学算法找到使得相似度参数指示两幅折叠图像实质上相同的位移，所述数学算法例如为最急剧下降的方法，这对于本领域技术人员是己知的。可以预期的是，旋转运动参数被计算。如果相似度参数是相异度，则也可预期相异度最小化方法。

如果可以计算对象的运动的运动参数，则本领域技术人员会预期的是，重建单元15基于运动参数根据对应于多个激发的mr原始数据来重建mr图像。

图4示出了根据本申请的另外的实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像系统10c的示意性框图，其中示出了检测单元14的特定配置。

检测单元14还包括第三确定单元202。第三确定单元202通过使两幅折叠图像之间的相似度最大化来确定非参考集群中的折叠图像相对于参考集群中的折叠图像的刚性运动。在这种情况下，重建单元15能够基于运动参数根据对应于多个激发的mr原始数据来重建mr图像。

尽管本发明的磁共振成像系统通过参考图1-4中示出的系统10、10a-10c进行描述，但是本领域技术人员将会清楚的是，上述系统可以被组合或被细分以用于另外的优点，并且上述系统中包括的个体单元可以被组合或被细分也用于实现其相同的功能。

也可以预期的是，本发明的磁共振成像系统的个体单元可以通过软件、硬件或固件中的任一种来实现。还可以预期的是，本发明的磁共振成像系统的个体单元被并入到处理器中以用于实现其功能。

请注意，“第一”、“第二”、“第三”仅用于对单元进行命名，并不表示顺序。

图5示出了根据本发明的实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像方法500的总体流程图。

在步骤501中，采集对应于多个激发的mr原始数据。在步骤502，根据mr原始数据来生成多幅折叠图像，其中，所述多幅折叠图像中的每幅是根据mr原始数据的子集来生成的，mr原始数据的每个子集包括对应于至少一个相继激发采集的相同量的mr原始数据，并且具有至少部分不同于其它子集的mr原始数据。将优选的是，针对多个激发中的仅一个激发采集相同量的mr原始数据并且任何两幅不同的折叠图像是根据分别针对两个相继激发所采集的mr原始数据来生成的。

在步骤503中，可以导出每幅折叠图像的每个像素的幅值，并且在步骤504中，可以基于多幅折叠图像中的任何两幅不同的折叠图像的像素中的每个的幅值来检测在多激发成像期间对象的运动。步骤505是用于根据mr原始数据重建smr图像的重建步骤。

图6示出了根据本发明的实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像方法500的特定流程图。

根据本实施例，以上提及的步骤504可以由步骤601和步骤602代替以实现激发间运动检测。可以预期的是，步骤504也包括步骤601和602。

在步骤601中，将任何两幅不同的折叠图像的对应像素的幅值彼此进行比较，以获得比较结果。可以预期的是，所述比较结果可以指示任何两幅不同的折叠图像的对应像素的幅值之间的差异。

在步骤602中，可以基于所述比较结果来确定在对象的多激发成像期间是否发生对象的运动，从而获得确定结果。如果比较结果指示任何两幅不同的折叠图像的所有对应像素的幅值之间不存在差异，则可能显而易见的是，这两幅折叠图像是相同的，并且因此可以确定这两幅折叠图像之间没有发生对象的运动，并且反之亦然。在这种情况下，可以针对多幅折叠图像中的每两幅折叠图像获得多个确定结果，以指示两幅折叠图像之间是否发生对象的运动。

在该实施例中，可以检测对象的运动。

图7示出了根据本发明的另外的实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像方法500的特定流程图。

根据本实施例，以上提及的步骤504可以由步骤701和步骤702代替以实现刚性运动参数确定。可以预期的是，步骤504也包括步骤701和702。

在步骤701中，可以基于两幅折叠图像的像素的幅值来导出多幅折叠图像中的任何两幅折叠图像的相似度，所述相似度指示两幅折叠图像的相似度。

在步骤702中，折叠图像基于测得的相似度被聚类为至少一个静态集群。每个静态集群的任何两幅折叠图像具有指示两幅折叠图像实质上相同的相似度。具有最大数量的mr原始数据的静态集群被称为参考集群，并且其它静态集群被称为非参考集群。

在该实施例中，在步骤505中，mr图像是根据参考集群的mr原始数据被重建的。

图8示出了根据本发明的又一实施例的用于通过多激发成像对对象进行成像的磁共振成像方法500的特定流程图。

根据本实施例，还执行步骤803以采集运动参数。在步骤803中，通过使两幅折叠图像之间的相似度最大化来采集针对非参考集群中的折叠图像相对于参考集群中的折叠图像的刚性运动的运动参数。

在本实施例中，在步骤505中，基于运动参数根据对应于多个激发的mr原始数据来重建mr图像。

尽管己经参考分别在图1-4中示出的磁共振成像系统描述了磁共振成像方法，但是这并不是限制；本领域技术人员可以组合或细分所述方法的步骤以获利。

请注意，根据本发明的磁共振成像系统不应仅限于以上所提及的。对本领域技术人员将明显的是，要求保护的本发明的各个方面可以在偏离这些具体细节的其他范例中得到实践。

另外，尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

应当注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域的技术人员将能够设计备选的实施例而不脱离权利要求书的范围。在权利要求中，在括号中的任何附图标记不得被解释为对权利要求的限制。词语“包括”不排除没有列在权利要求或说明书中的元件或步骤的存在。在元件之前的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。在列举若干单元的产品权利要求中，可以由同一项软件和/或硬件来实现这些单元中的若干单元。词语第一、第二和第三等的使用不表示任何排序。这些词语被解读为名称。