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移动对象的磁化率映射

阅读：894发布：2020-05-11

专利汇可以提供移动对象的磁化率映射专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种磁共振成像系统(10)，所述系统包括：磁共振成像设备(12)，其用于从移动对象(14)采集数据，所述移动对象尤其是胎儿或者所述胎儿的部分；以及图像生成器(30)，其用于生成所述移动对象(14)的图像，其中，所述磁共振成像设备(12)被配置为利用所述对象(14)的移动在所述对象(14)相对于磁化方向B0的不同位置处采集来自所述对象(14)的所述数据；并且其中，所述图像生成器(30)被配置为：-确定相应的数据采集期间的所述对象(14)的位置和/或取向；-根据所采集的数据重建相位图像；并且-基于经重建的相位图像来生成磁化率图。本发明还涉及一种用于生成对象(14)的图像的对应的方法。，下面是移动对象的磁化率映射专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种磁共振成像系统(10)，所述系统包括：磁共振成像设备(12)，其用于从移动对象(14)采集数据，其中，所述对象自身移动，所述对象具体地是胎儿或者所述胎儿的部分；以及图像生成器(30)，其用于生成所述移动对象(14)的图像，
其中，所述磁共振成像设备(12)被配置为利用所述对象(14)的自然移动在所述对象(14)相对于磁化方向B0的不同取向处采集来自所述对象(14)的所述数据；
并且其中，所述图像生成器(30)被配置为：
-确定相应的数据采集期间所述对象(14)的位置和/或取向并且利用所述对象的所述自然运动将丢失数据填充完整；
-针对所述不同取向，根据所采集的数据来重建相位图像；并且
-基于经重建的相位图像来生成磁化率图；使用所述对象(14)的所确定的位置和/或取向来根据“使用多个取向采样对磁化率进行计算”的方法或者使用所述对象(14)的不同位置和/或取向的任何其他方法来执行计算，以克服定量磁化率映射的逆问题的不适定性质。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述图像生成器(30)被配置为确定所述对象(14)是否完全地由预定厚度的液体和/或固体材料(15)围绕。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述图像生成器(30)被配置为确定所述对象(14)的预期平均磁化率与周围材料(15)的预期平均磁化率之间的磁化率差异是否低于预定最大磁化率差异。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的系统，其中，所述图像生成器(30)被配置为执行背景场移除以便当根据所采集的数据来重建所述相位图像时消除与所述对象(14)的局部磁化率源不相关的相位分量。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述图像生成器(30)被配置为在所述图像生成器(30)确定所述对象(14)完全地由所述预定厚度的材料围绕的情况下降低所述背景场移除的努力或者跳过所述背景场移除。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述背景场移除基于球谐函数。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的系统，其中，所述图像生成器(30)被配置为使用导航器或者其他标准磁共振运动检测技术来确定所述移动对象(14)的所述位置和/或所述取向。
8.一种用于对移动对象(14)进行磁共振成像的方法，其中，所述对象自身移动，所述对象具体地是胎儿，所述方法包括：-使用磁共振成像设备(12)来从所述对象(14)采集数据，其中，所述数据是利用所述对象(14)的自然移动在所述对象相对于磁化方向B0的不同位置处采集的(S1)；
-确定在相应的数据采集期间所述对象(14)的位置和/或取向(S2)并且利用所述对象的所述自然运动将丢失数据填充完整；
-根据所采集的数据来重建相位图像(S3)；并且
-基于经重建的相位图像来生成磁化率图(S4)，其中，所述对象(14)的所确定的位置和/或取向被用于根据“使用多个取向采样对磁化率进行计算”的方法或者使用所述对象(14)的不同位置和/或取向的任何其他方法来执行计算，以克服定量磁化率映射的逆问题的不适定性质。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述确定的步骤(S2)还包括对所述对象(14)是否完全地由预定厚度的液体和/或固体材料(15)围绕的确定。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述确定的步骤(S2)还包括对所述对象(14)的预期平均磁化率与周围材料(15)的预期平均磁化率之间的磁化率差异是否低于预定最大磁化率差异的确定。
11.根据权利要求8至10中的一项所述的方法，其中，所述重建的步骤(S3)包括背景场移除以便消除与所述对象(14)的局部磁化率源不相关的相位分量。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在图像生成器(30)确定所述对象(14)完全地由预定厚度的液体和/或固体材料(15)围绕的情况下降低所述背景场移除的步骤的努力或者跳过所述背景场移除。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述背景场移除基于球谐函数。
14.根据权利要求8至13中的一项所述的方法，其中，导航器或者另一标准MR运动检测技术被用于确定所述移动对象(14)的所述位置和/或所述取向。
15.一种计算机程序产品，其用于执行根据权利要求8至14中的一项所述的方法。

说明书全文

移动对象的磁化率映射

技术领域

[0001] 本发明涉及一种磁共振成像系统，所述系统包括用于从对象采集数据的磁共振成像设备和用于生成对象的图像的图像生成器。本发明还涉及一种用于生成对象的图像的对应的方法。

背景技术

[0002] 定量磁化率映射(QSM)提供了一种与常规磁化率加权成像不同的磁共振成像(MRI)中的新颖的对比机制。因此，定量磁化率映射(QSM)已经被已知研究脑部结构(尤其是脑部铁和髓磷脂)的大有前途的技术。QSM中的体素强度与下层组织表观磁性磁化率χ线性地成比例。磁性磁化率χ可以经由容易理解的变换被映射到MRI中的观察到的相位偏移，而逆问题(即，根据相位估计χ)由于正向变换的傅里叶空间中的锥形表面上的零而是不适定的。因此，χ反演受益于额外的正则化，其是通常涉及引入额外的信息以便解决不适定问题或者防止过拟合的方法。

[0003] 文档US 2012/0321162 A1示出了磁共振成像系统，所述系统包括：用于从对象(如人类的脑部结构)采集数据的磁共振成像设备；以及用于应用QSM生成对象的图像的图像生成器。

[0004] 另一方面，胎儿成像是与竞争模态相比较用于子宫中的未出生儿童的经改进的诊断可能性的磁共振成像(MRI)的即将到来的应用。在该背景下，已经成功地采集了若干MR对比，例如，弥散张量成像(DTI)或者驰豫时间。科学文章“S.Jiang等人的Diffusion Tensor Imaging(DTI)of the Brain in Moving Subjects:Application to In-Utero Fetal and Ex-Utero Studies.Magnetic Resonance in Medicine 62:645–655(2009)”讨论了用于映射子宫中的胎儿脑部发育的弥散张量成像的使用。

发明内容

[0005] 本发明的目标是提供一种适于生成移动对象的图像的MRI系统和对应的MRI方法。

[0006] 该目标由独立权利要求的特征来实现。从属权利要求详述本发明的有利的实施例。

[0007] 根据本发明的各种实施例，磁共振成像系统包括：磁共振成像设备(MRI设备)，其用于从移动对象采集数据；以及图像生成器，其用于生成所述移动对象的图像，其中，所述磁共振成像设备被配置为利用对象的移动在所述对象相对于磁化方向B0的不同的位置(或者取向)处采集来自所述对象的所述数据；并且其中，所述图像生成器被配置为：(i)在相应的数据采集期间确定所述对象的位置和/或取向；(ii)根据所采集的数据重建相位图像；并且(iii)基于经重建的相位图像来生成(定量)磁化率图。通常，所述图像生成器包括计算设备，包括如处理器、存储器的通用部件，以及被配置为在所述处理器上运行的应用。在许多情况下，所述图像生成器被配置为基于磁化率图来生成移动对象的图像。原则上，任何3D梯度回波序列可以被用于数据采集。实际上，具有适中地长回波时间的高分辨率成像对于获得足够的磁化率效果是优选的。所生成的磁化率图提供所述对象的三维磁化率分布。根据本发明的实施例的磁共振成像系统使用所述对象的不同位置，以克服QSM的逆问题的不适定性质。QSM的逆问题在k空间的特定区域内是不适定的，其中，偶极子重建核心是零。为了解决该问题，已经提出一些(基于图像的)正则化方法。一个方法是例如在`T.Liu等人：“Calculation of susceptibility through multiple orientation sampling(COSMOS):
a method for conditioning the inverse problem from measured magnetic field map to susceptibility source image in MRI”(Magn Reson Med.2009Jan；61(1):196-
204′)中所描述的“使用多个取向采样对磁化率进行计算”(COSMOS)的方法。该方法在定量地映射磁化率中是鲁棒并且准确的。图像生成器被配置为实现这些方法之一。然而，应对QSM的逆问题的不适定性质的理想方法将是随着相对于B0旋转感兴趣对象的重复的测量。
为了避免疑问，通过多个取向采样(COSMOS)对磁化率的计算应当被解释为对象相对于磁化方向B0的不同的取向的利用。如由Liu等人所公开的方法的其他方面对于本文所公开的方法的执行不是实质性的。例如，如本文所公开的方法可以借助于单回波采集来执行。多回波采集是不必要的。

[0008] 在以上所提到的文档US 2012/0321162A1中讨论了QSM技术的基础以及基于该技术的MRI对比度生成(例如，相位与磁性磁化率之间的傅里叶关系、通过k空间划分的磁化率映射、自适应相位卷褶不敏感背景移除和多回波交错图像采集)。

[0009] 通常，作为对象的患者/人将被告诉针对COSMOS计算逐扫描地改变位置，其使得所述对象的移动“受外部影响”。在目前情况下，移动对象优选地是受外部影响地移动的对象(例如，自身)。执行或多或少可不受影响的移动的对象具体地是胎儿或者所述胎儿的部分(优选地所述胎儿的脑部)。对于(成人)患者，相对于B0的旋转的范围通常由磁共振成像设备限制。对于胎儿脑部成像，然而，所述胎儿的自然运动可以被用于将丢失数据填充完整。应用本发明的该方面的怀孕的最佳相位是胎儿在所述子宫中自由地旋转的能力(即，优选的怀孕的早期相位)与所述胎儿脑部的成熟(即，优选的怀孕的晚期相位)之间的折中。

[0010] 尽管运动可以被用于克服QSM的逆问题的不适定性质，但是如果其在所述对象的特定取向处的图像采集期间发生，则运动可以对图像质量具有消极影响。然而，幸运地许多技术在已经开发解决该问题的MRI的领域中是已知的。这样的技术的范例是加速成像直到运动可以被忽视和/或实时检测运动并且跳过受影响的k空间线和/或实时检测运动并且执行根据运动状态的k空间线的一些适合的分组。

[0011] 对于或多或少不受外部未影响的移动的另一范例由心脏给定。在心动周期期间心肌(的部分)的不同的旋转位置可以被用于与胎儿运动类似的本发明中所描述的QSM重建。在心动周期期间，心脏改变形状。因此，根据本发明的实施例，心脏的特定部分将从心动周期期间的不同的时间点被标识并且映射。所生成的磁化率图包括心脏的部分的特定识别的部分。

[0012] 根据本发明的一个实施例，移动对象优选地由液体和/或固体材料围绕。相比于空气的磁化率，对象的预期平均磁化率更类似于周围材料的预期平均磁化率。

[0013] 根据本发明的优选实施例，所述图像生成器被配置为确定所述对象是否完全地由预定厚度的液体和/或固体材料(尤其是人类组织)围绕。

[0014] 根据本发明的优选实施例，所述图像生成器被配置为确定所述对象的预期平均磁化率与周围材料的预期平均磁化率之间的磁化率差异是否低于预定最大磁化率差异。

[0015] 根据本发明的又一优选实施例，所述图像生成器被配置为执行背景场移除以便当根据所采集的数据重建相位图像时，消除与所述对象的局部磁化率源不相关的相位分量。优选地，背景场移除基于球谐函数。

[0016] 根据本发明的又一优选实施例，所述图像生成器被配置为使用导航器或者另一标准MR 运动检测技术来确定所述移动对象的位置和/或取向。如导航器的标准MR运动检测方法可以应用于跟踪胎儿的位置和取向。

[0017] 成像可以例如使用允许个体切片的高分辨率无伪影图像被收集的快速的单激发序列来执行。随后，单激发图像的堆叠可以在采集后重新对齐以针对每个取向将通过切片的所述脑部的自相一致的体积表示提供到体积重建。

[0018] 根据本发明的各种实施例，用于生成移动对象的图像的方法包括以下步骤：

[0019] 步骤1：使用磁共振成像设备来从所述对象采集数据，其中，利用所述对象的运动在所述对象相对于磁化方向B0的不同的位置(取向)处采集所述数据；

[0020] 步骤2：确定相应的数据采集期间的所述对象的位置和/或取向；

[0021] 步骤3：根据所采集的数据重建相位图像；并且

[0022] 步骤4：基于经重建的相位图像来生成磁化率图。所述对象的不同位置和/或取向被用于通过执行适当的方法克服QSM的逆问题的不适定性质，以使用所述对象(14)的不同的位置和/或取向克服逆问题的所述不适定性质。

[0023] 在许多情况下，所述方法包括另一步骤5：基于所述磁化率图来生成所述移动对象的具体图像(从特定视角)。

[0024] 根据本发明的优选的实施例，确定步骤2还包括所述对象是否完全地由预定厚度的液体和/或固体材料围绕的确定。

[0025] 根据本发明的优选的实施例，确定步骤2还包括所述对象的预期平均磁化率与周围材料的预期平均磁化率之间的磁化率差异是否低于预定最大磁化率差异的确定。

[0026] 根据本发明的又一优选实施例，所述方法的重建步骤3包括背景场移除以便消除与所述对象的局部磁化率源不相关的相位分量。优选地，所述背景场移除基于球谐函数。

[0027] 根据本发明的另一优选实施例，在所述图像生成器确定所述对象完全地由预定厚度的液体和/或固体材料围绕的情况下降低背景场移除步骤的努力或者跳过背景场移除。

[0028] 标准QSM重建中的关键步骤是非期望的相位分量(即，与诊断上相关原点不相关的相位分量)的消除。主要非期望的相位分量起因于空气/组织边界。到该空气/组织边界的距离对于胎儿比成人脑部大得多。围绕胎儿头部的羊膜液体仅产生较小的磁化率不连续性，因此减少非期望的相位分量，缓和背景场移除的问题。在最佳情况下(最佳胎儿位置)，可以完全地跳过所述背景场移除。在其他情况下(次最佳胎儿位置)，胎儿脑部能够太接近于所述外部空气或者母体的肺以忽视所述背景场。然而，在这些情况下，基于球谐函数的背景场移除可以是足够的，其比如SHARP(位数据的复杂谐波伪影降低)或PDF(到偶极场的投影)的用于背景场移除的常规方法更稳定并且更快速。

[0029] 根据本发明的又一优选实施例，导航器或者另一标准MR运动检测技术被用于确定所述移动对象的位置和/或取向。

[0030] 本发明还涉及一种用于在磁共振成像系统的计算设备上执行前述方法的计算机程序产品。附图说明

[0031] 本发明的这些和其他方面将参考下文描述的实施例而显而易见并得到阐述。

[0032] 在附图中：

[0033] 图1示出了MRI系统的示意性表示；并且

[0034] 图2示出了用于对对象进行磁共振成像的对应的流程的流程图。

具体实施方式

[0035] 图1示出了根据本发明的实施例的磁共振成像(MRI)系统10的框图。参考图1，系统10包括MRI设备12。MRI设备12可以被配置用于扫描并且捕获完全地由液体和/或固体材料
15围绕的移动对象14的图像。要被成像的范例对象包括但不限于脑部组织、肾组织、肝组织、心脏组织和胎儿的任何其他身体组织。MRI系统10还包括计算设备16。计算设备16可以包括处理器18、存储器20，以及被配置为在处理器18上运行的目标交互应用22。所示的MRI系统10还包括用户接口24(诸如图像生成器)，所述用户接口被配置为在显示器26上显示图像并且通过用户输入设备(诸如例如键盘28)接收用户输入。计算设备16和用户接口24一起形成系统10的图像生成器30。

[0036] 图2示出了用于对移动对象14进行磁共振成像的对应的流程的流程图。流程在开始点S处开始，经历五个过程步骤(S1-S5)并且在结束点E处结束。

[0037] 在步骤S1处，磁共振成像设备12被用于从对象14采集数据，所述对象优选地是子宫中的胎儿的胎儿脑部。在所述对象14相对于由MRI设备12所生成的磁场的磁化方向B0的不同的位置(取向)处采集数据。位置中的至少一些之间的移动由对象14自身的移动引起，该移动可能未受外部影响。

[0038] 在步骤S2处，在相应的数据采集期间所述对象14的位置和/或取向通过使用导航器或者另一标准MR运动检测技术来确定。此外，在步骤S2处确定对象14是否完全地由预定厚度的液体和/或固体材料15(即，人类组织)围绕。此外，确定该围绕组织的预期平均磁化率具有与靶器官的预期平均磁化率的差异，其低于预定最大磁化率差异(例如，胎儿脑部与羊膜液体之间的平均预期磁化率的差异低于预定最大磁化率差异，但是胎儿脑部与母亲肺组织之间的平均预期磁化率的差异高于预定最大磁化率差异)。

[0039] 在步骤S3处，来自所采集的数据的相位图像被重建；重建步骤S3可以包括背景场移除以便消除与所述对象的局部磁化率源不相关的相位分量；尤其是，在图像生成器30确定对象14完全地由预定厚度的材料围绕的情况下，减少了背景场移除的努力或者甚至跳过背景场移除。

[0040] 在步骤S4处，生成基于经重建的相位图像的磁化率图；以及

[0041] 在步骤S5处，生成基于磁化率图的移动对象14的图像。对象的不同的位置和/或取向被用于通过根据COSMOS方法执行计算来克服QSM的逆问题的不适定性质。

[0042] 尽管已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述将被认为是说明性或示范性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为对范围的限制。

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