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Epi中使用自导航实时相位校正的图像伪影减少系统和方法

  • 专利名称
    Epi中使用自导航实时相位校正的图像伪影减少系统和方法
  • 发明者
    R·S·欣克斯, 徐丹
  • 公开日
    2012年1月11日
  • 申请日期
    2011年2月15日
  • 优先权日
    2010年7月7日
  • 申请人
    通用电气公司
  • 文档编号
    A61B5/055GK102309323SQ201110078809
  • 关键字
  • 权利要求
    1.一种磁共振成像(MRI)装置(10),包括具有定位在磁体(52J4)的孔周围的多个梯度线圈(50)的MRI系统(10),以及由脉冲模块(38)控制以传输射频RF信号到RF线圈组件(56)从而获取MR图像的RF开关(62) 和RF收发器系统(58);以及计算机( ,36,68),其被编程为实现配置为引出扫描数据的扫描序列,其中所述扫描序列包括配置为引出所述图像数据的回波平面成像EPI序列; 获取所述扫描数据;操纵所述扫描数据,以确定所述图像数据中造成Nyquist重影的第一多个相位误差, 其中所操纵的扫描数据不具有导航回波数据;从所述图像数据中移除所述第一多个相位误差;以及基于已经从中移除了所述第一多个相位误差的图像数据重建图像2.如权利要求1所述的MRI装置(10),其中被编程为操纵所述扫描数据以确定所述第一多个相位误差的所述计算机04,36,68)被编程为操纵所述扫描数据以便基于卜丄《 如/〔字+学+如)),"是偶数3.如权利要求2所述的MRI装置(10),其中θ(η, t)具有如下形式 θ (η, t) = a(t)n+b(t),其中a(t)和b(t)为时间帧有关的系数4.如权利要求2所述的MRI装置(10),其中Φ(χ, t)具有如下形式5.如权利要求1所述的MRI装置(10),其中所述扫描序列不具有导航回波脉冲6.如权利要求5所述的MRI装置(10),其中所述计算机04,36,68)被进一步编程为 操纵所述图像数据以确定由Btl场漂移引起的第二多个相位误差;以及从所述图像数据中移除所述第二多个相位误差,其中所述图像的重建进一步基于已经从中移除了所述第二多个相位误差的所述图像数据7.如权利要求6所述的MRI装置(10),其中所述计算机04,36,68)被进一步编程为 在实现配置为引出所述扫描数据的所述扫描序列之前,实现参考扫描序列,其中所述参考扫描序列未进行相位编码;获取通过所述参考扫描序列引出的参考扫描数据; 根据所述参考扫描数据确定第三多个相位误差;以及在所述图像的重建之前从所述图像数据中移除所述第三多个相位扫描误差8.如权利要求1所述的MRI装置(10),其中所述扫描序列进一步包括多个导航回波脉冲,所述多个导航回波脉冲用于获取非相位编码数据9.如权利要求8所述的MRI装置(10),其中所述计算机04,36,68)被进一步编程为 确定由Btl场漂移引起的第二多个相位误差,其中所述第二多个相位误差的确定基于所述非相位编码数据;以及从所述图像数据中移除所述第二多个相位误差,其中所述图像的重建进一步基于已经从中移除了所述第二多个相位误差的图像数据10.如权利要求9所述的MRI装置(10),其中所述计算机04,36,68)进一步被编程为在从所述图像数据中移除所述第一多个相位误差和第二多个相位误差之前,对所述第一多个相位误差和第二多个相位误差进行时间平滑
  • 技术领域
    一般而言,本发明的实施例涉及磁共振(MR)成像,以及更具体地,涉及最小化MR 成像数据中的相位误差
  • 背景技术
  • 具体实施例方式
    参照图1,示出了结合本发明实施例的优选磁共振成像(MRI)系统10的主要组件 从操作者控制台12控制系统的操作,操作者控制台12包括键盘或其它输入设备14、控制面板16以及显示屏18控制台12通过链路20与分离的计算机系统22通信,计算机系统 22使操作者能够控制图像的产生和在显示屏18上的显示计算机系统22包括通过背板 (backplane) 2 彼此通信的多个模块这些模块包括图像处理器模块24,CPU模块沈以及存储器模块观,如现有技术已知的作为用于存储图像数据阵列的帧缓冲器计算机系统 22通过高速串行链路32与分离的系统控制30通信输入设备14可以包括鼠标、手柄、键盘、追踪球、触摸激活屏、光棒(light wand)、声控或者任何类似或等同输入设备,并且可用于交互的几何指不(geometry prescription)系统控制30包括通过背板30a连接在一起的一组模块这些模块包括CPU模块 34和脉冲发生器模块36,该脉冲发生器模块通过串行链路38连接到操作者控制台12系统控制30从操作者接收指示要执行的扫描序列的命令是通过链路38进行的脉冲发生器模块36操作系统组件以执行期望的扫描序列并产生指示产生的RF脉冲的定时、强度和形状的数据,以及数据获取窗口的定时和长度脉冲发生器模块36连接到一组梯度放大器40 以指示在扫描期间产生的梯度脉冲的定时和形状脉冲发生器模块36还能够从生理获取控制器42接收患者数据,该生理获取控制器从多个连接于患者的不同传感器中接收信号, 例如来自附着于患者的电极的ECG信号并且最终,脉冲发生器模块36连接到扫描室接口电路44,其从多个传感器接收与磁体系统和患者情况关联的信号患者定位系统46接收将患者移动到用以扫描的期望位置的命令也是通过扫描室接口电路44进行的脉冲发生器模块36产生的梯度波形被应用到具有fouGy和( 放大器的梯度放大器系统40每个梯度放大器激励概括地被指示为48的梯度线圈组件中相应的物理梯度线圈,以产生用于空间编码获取信号的磁场梯度梯度线圈组件48形成磁体组件50的一部分,其包括极化磁体52和整体RF线圈M系统控制30中的收发器模块56产生脉冲,脉冲由RF放大器58放大并由传输/接收开关60耦合到RF线圈M患者体内被激励的核发出的结果信号可以通过相同的RF线圈M感测并通过传输/接收开关60而耦合到预放大器 62所放大的MR信号在收发器56的接收器部分中被解调、滤波和数字化通过来自脉冲发生器模块36的信号控制传输/接收开关60,以在传输模式期间将RF放大器58电连接到线圈M以及在接收模式期间将预放大器62电连接到线圈M该传输/接收开关60还能使分离的RF线圈(例如,表面线圈)能够用于传输模式或接收模式中RF线圈M所捡取(pick up)的MR信号通过收发器模块56数字化并且传递到系统控制30中的存储器模块64当在存储器模块64中已经获取了原始k-空间数据的阵列时,扫描完成对于每个要重建的图像,该原始k_空间数据重新布置成分离的k_空间数据阵列,并且这些中的每个均输入到操作以将数据傅立叶变换成图像数据阵列的阵列处理器 66中该图像数据通过串行链路32而传递到计算机系统22,在那里图像数据存储在存储器中响应于从操作者控制台12所接收的命令,该图像数据可能以长期存储方式进行归档, 或者其可能由图像处理器M进一步处理并被传递给操作者控制台12及在显示器18上呈现存储器模块28和存储器模块64是有形的和非短暂的(non-transitory)存储介质,例如磁驱动器、光驱动器等预期的是存储器模块观和/或存储器模块64包括用于执行本发明实施例的指令组(例如程序)然而,还可以使用便携的且有形的存储装置(未示出)来存储用于执行本发明实施例的指令已经确定基于导航的校正方法经常假设在中心回波(即,覆盖k_空间的中心或中心区域的回波)中所呈现的附加调制与通过前几个导航回波预测的调制相同还已经确定该假设经常不准确例如,由于梯度线圈的机械共振,附加的线性相位项可以构造(build up)作为反电动势结果的横向回波从而,在只使用基于导航的校正方法时,中心回波的调制经常得不到良好地校正换句话说,导航回波并不总是提供合适的一个(或多个)相位校正项这样,就会产生Nyquist重影的漂移本发明的实施例确定了多个相位校正系数,其可被应用于EPI扫描数据以产生 “已校正的”EPI扫描数据换句话说,可以使用相位校正系数来确定相位误差,相位误差可从EPI扫描数据中移除以产生“已校正的"EPI扫描数据据此,当在图像重建期间采用“已校正的”EPI扫描数据时,减少了图像伪影可以采用相位校正系数来校正各种类型的相位误差例如,可以使用相位校正系数对Nyquist重影相位误差和B场漂移(即中心频率漂移)相位误差进行校正进一步地,本发明的实施例不需要完全依赖于导航回波数据来确定相位误差参考图2,流程图描述了用于在EPI图像中减少伪影的技术70从块72开始,获取参考扫描在块74处,根据参考扫描确定静态相位误差φ(Χ)在块76处,获取包括用于多个图像的EPI数据的MR扫描数据依照本发明的实施例,用以引出MR扫描数据的MR扫描包括EPI序列依照本发明的一个实施例,该MR扫描不具有导航回波脉冲然而,依照本发明另一个实施例,MR扫描可能包括导航回波脉冲即,预期的是导航回波脉冲可能与EPI 序列混合下文将阐明有关每个实施例的进一步的细节在块78处,从EPI扫描数据中移除静态相位误差下文是示出移除静态相位误差的实施例依照此类实施例,φ(χ)表示可以根据参考扫描确定的偶数回波和奇数回波之间的静态相位差,而Φ(Χ,t)表示每时间帧的附加相位差(其中t表示时间帧或时间),以及 θ (η, t)表示了 B0场漂移包含每种类型的相位误差(即,φ(Χ),Φ (χ, t),θ (η, t))的相
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专利名称:Epi中使用自导航实时相位校正的图像伪影减少系统和方法当例如人体组织的物质经受到均勻磁场(极化场Btl)时,组织中自旋的各个磁矩试图与该极化场对齐,却在它周围在它们的特征Larmor频率处以随机顺序旋进。如果物质或组织经受到位于x_y平面内且临近Larmor频率的磁场(激励场,则净对齐矩(net aligned moment),或者“纵向磁化”Mz可能被旋转或“翻转”到χ-y平面中以产生净横向磁矩Mt。如本领域技术人员所意识到的,一般采用一个或多个射频(RF)脉冲来产生激励场 B1,激励场B1被施加到物质或组织,由此操纵(manipulate)其总体自旋。在施加B1激励场之后,获取并处理总体自旋所发出的信号以形成图像。依赖于所采用的技术,总体自旋可以在获取图像信号前经受干涉动作。有多种在MR设置中采用的成像技术。例如,回波平面成像(EPI)是一种在MR成像领域中经常使用的快速成像技术。一般而言,在EPI技术的实现期间,通过使用一个或多个“拍摄(shots) ”而获取整个二维k-空间数据集,其中每个拍摄典型地通过具有交替极性的读出梯度的序列而获取多个k-空间行。EPI生成“快照”图像并已经对于各种MR成像应用采用EPI,包括扩散加权成像和功能 MR 成像(fMRI)。然而,EPI技术能够受到若干缺点的影响。例如,由于具有交替极性的读出梯度, 典型地在k空间内每第二行(every second line)数据向后横越(traversed backward) 因此,在傅立叶变换应用到其上之前,此类数据典型地作时间反转。事实是几乎总有不对称的调制破坏MR信号(由于涡流、接收器滤波器不对称、伴随场等等)以及对每隔一个回波时间反转的需要导致偶数回波和奇数回波之间交替的信号调制,这带来公知的Nyquist重影伪影(Nyquist ghost artifact) 0 EPI中缺点的另一示例是由于漂移B。场,在不同时间点获得的多个图像上成像对象发生的移位。可以采用硬件改善和预补偿(例如,用于减少涡流的梯度预加强)来减少诸如 Nyquist重影伪影等重影伪影效果。然而,在图像重建期间仍然需要一种或多种重影校正方法以在采用EPI技术时将Nyquist重影进一步降低到可接受的水平。此类校正方法典型地被称作相位校正方法,因为它们校正或最小化与读出一起的相位调制或误差,其通常是幅度调制中的主项。—种常见的相位校正方法在通过成像扫描收集成像数据之前通过参考扫描而收集非相位编码参考数据。使用非相位编码参考数据,能够确定奇数回波和偶数回波之间的相位差(即,静态调制)。为了最小化Nyquist重影伪影,将该相位差从通过后续成像扫描所收集的成像数据中移除。该类型的相位校正方法经常在静态EPI中使用,其中在参考扫描之后获取单一时间点的EPI图像。当所采用的EPI技术为动态EPI技术(例如fMRI,其中收集EPI图像的时间序列) 时也可能使用其它校正方法。经常地,由于例如温度相关漂移等因素,动态EPI技术生成与读出一起的附加调制,因而导致随着时间的过去重影水平的增加(即,重影漂移)。典型地, 上文讨论的关于静态EPI的相位校正方法无法考虑此类附加的调制。为了解决该重影漂移问题,经常采用基于导航的校正方法。例如,可对于每个时间帧处的EPI数据收集非相位编码导航回波以校准奇数回波和偶数回波之间的附加调制。使用由导航回波脉冲引出的导航回波数据,能在图像重建期间校正每时间帧的调制。如果还采用非相位编码参考扫描,则在图像重建期间还可以校正从参考扫描中测量的静态调制。关于导航回波,导航回波脉冲典型地被结合到扫描回波行列(scan echo train) 中作为其前几个回波(例如,3-6个回波),其主要出于信噪比(SNR)考虑。然而,基于导航的校正方法也可能具有缺点。例如,导航回波典型地延长回波行列并且因此减少每重复时间(TR)的片段(slice)的最大数目。更重要地是,假设中心回波(相应于覆盖k空间中心的回波,其对大多数信号能量作贡献)经历的附加调制与导航回波预测的相同。当该假设并不真实的时候,中心回波的调制将不能得到良好地校正,从而仍然导致Nyquist重影的明显漂移。因此期望提供一种装置和方法以至少最小化EPI中的Nyquist重影。
依照本发明的一方面,一种磁共振成像(MRI)装置包括具有定位在磁体的孔周围的多个梯度线圈的MRI系统,以及由脉冲模块控制以传输射频(RF)信号到RF线圈组件从而获取MR图像的RF开关和RF收发器系统。该MRI装置还包括编程为实现配置成引出扫描数据的扫描序列的计算机,其中该扫描序列包括回波平面成像(EPI)序列,其配置成引出图像数据,以及获取扫描数据。还编程该计算机以操纵扫描数据,从而确定图像数据中造成Nyquist重影的第一多个相位误差、从图像数据中移除第一多个相位误差以及基于已经从中了移除第一多个相位误差的图像数据重建图像,其中所操纵的扫描数据不具有导航回 ^(navigator echo data)。依照本发明的另一方面,一种磁共振(MR)成像方法包括通过至少一个MR线圈而获取MR数据,其中MR数据包括回波平面成像(EPI)数据,以及根据EPI数据确定用于相位校正的第一组系数,其中确定第一组系数并不依赖于导航回波数据。该方法还包括采用第一组系数来移除EPI数据中的Nyquist重影相位误差,以及根据已经从中移除了 Nyquist 重影相位误差的EPI数据重建多个图像。依照本发明的另一方面,一种计算机可读存储介质,其具有存储于其上的指令序列,其中,当指令序列被计算机执行时,促使计算机发起采用回波平面扫描(EPI)序列的磁共振(MR)扫描,EPI序列配置为引出成像数据,以及根据成像数据确定第一组相位校正系数,其中第一组相位校正系数的确定并不依赖于导航回波数据。这些指令还促使计算机采用第一组相位校正系数来从成像数据中移除造成Nyquist重影的第一组相位误差以及从已经移除了第一组相位误差的成像数据中重建至少一个图像。各种特征和优点将从下文的详细说明和附图中显而易见。附图示出了目前考虑用于执行本发明的实施例。附图中图1是依照本发明实施例的MR系统的方框图。图2是用于最小化动态EPI中成像对象的移位和Nyquist重影的技术的流程图。 位校正方程可以通过将表示为在时间t所获取的k空间EPI数据而公式化。kx是读出轴,而1^是相位编码轴。假设偶数回波和奇数回波之间的调制只在相位特征方面(即, 没有幅度调制)。沿着kx对i(Oy,0进行傅立叶逆变换产生了混合ky_x空间中的时间序列数据d(x,ky,t)。出于公式化的目的,假设相位编码是位于ky = nAky处,其中Aky是ky方向上
的Nyquist采样间隔,


本发明的名称为EPI中使用自导航实时相位校正的图像伪影减少系统和方法,提供一种装置和方法包括计算机(24,36,68),其被编程为实现配置为引出扫描数据的扫描序列,其中该扫描序列包括配置为引出图像数据的回波平面成像(EPI)序列,以及还被编程为获取扫描数据。计算机(24,36,68)还被编程为操纵扫描数据,以确定图像数据中造成Nyquist重影的第一多个相位误差、从图像数据中移除该第一多个相位误差并且基于已经从中移除了该第一多个相位误差的图像数据来重建图像,其中所操纵的扫描数据不具有导航回波数据。



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