磁共振成像中用体积导航做前瞻性运动校正的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及磁共振成像中用体积导航做前瞻性运动校正的方法和装置。在用于运动校正后磁共振(MR)成像的方法和装置中，在相应的部分中的诊断扫描中采集MR数据，并且在采集的诊断数据的每个部分之间实现导航扫描，其中，在小于采集体积的体积的导航子体积中的多个断层中同时采集导航数据。在诊断扫描开始之前采集基准扫描，并且在诊断扫描中的MR数据的各部分的采集之间采集子体积中的导航数据。在每个采集部分之间执行运动校正算法，其中，仅将子体积的导航数据与基准扫描中的对应的图像数据进行比较，如果需要，则产生运动校正指令，用于下一个诊断数据部分的采集。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在磁共振成像中实现运动校正的方法和装置。更具体地，本专利技术涉及使用体积导航来实现这种运动校正。
技术介绍
在采集磁共振(MR)图像数据期间对患者运动进行补偿的、基于导航的前瞻性运动校正方法是已知的。与回顾性方法不同，在这些前瞻性方法中，在测量(图像数据采集)期间实时地检测运动并进行补偿。可以通过在用于操作MR扫描仪的图像采集序列的死区时间期间激活的导航的使用，来实现患者运动的检测。在Tisdall等的标题为“MPRAGEUsingEPINavigatorsForProspectiveMotionCorrection，”Proceedingofthe17thAnnualMeetingofInternationalSocietyofMagneticResonanceinMedicine2009的文章中，描述了已知的前瞻性运动校正方法的示例。在该过程中，以32×32×32的基本分辨率采集低分辨率的3DEPI导航体积。可以在500ms内采集这些导航体积的数据。可以对具有足够长的死区时间的每个数据采集序列配备这些导航，以支持实时运动补偿。在实践中，针对在时间点t＝t1采集的导航数据重建导航图像，然后对参考体积进行基于图像的、6自由度刚性体配准。一般来说，在运动校正序列的采集开始之前(在时间点t＝0)采集参考体积。向制定用于操作MR扫描仪的序列的控制计算机反馈检测到的运动参数，并且控制计算机自动适配成像视场(FOV，field-of-view)，以在时间t1对检测到的运动进行补偿。可能在t1和在运动补偿序列中对图像数据的部分采集之间发生的运动不被考虑。其结果是，实际运动补偿稍微滞后于数据采集，并且无法针对所有运动进行校正。然而，可以非常好地对缓慢发生的运动漂移进行补偿。为了使得能够进行实时运动校正，处理器的运动检测模块必须能够非常快地提供运动估计。因此，有时产生具有6个自由度(3个平移和3个旋转)的刚性体模型假设。对于从被检体头部的MR数据采集，这种模型假设是合理的。前述配准低分辨率EPI图像数据的任务，与功能性磁共振成像(fMRI，functionalmagneticresonanceimaging)中对运动校正的要求匹配。针对高性能刚性体运动检测和fMRI数据的前瞻性校正提出了这种类型的方法，如在Thesen等的“ProspectiveAcquisitionCorrectionforHeadMotionwithImage-BasedTrackingforReal-TimefMRI，”MagneticResonanceinMedicine,Volume44,Number3(2000)pages457-465中，以及在StefanThesen在海德堡鲁普雷希特-卡尔斯大学、标题为“RetrospektiveundprospektiveVerfahrenzurbildbasiertenKorrekturvonPatientenkopfbewegungenbeineurofunktionellerMagnetresonanztomographieinEchtzeit，”(“RetrospectiveandProspectiveMethodsforImage-BasedCorrectionofPatientHeadMotionsinNeuro-FunctionalMagneticResonanceTomographyinReal-Time”)的就职论文中所描述的。上面描述的同一策略、但是不使用附加的专用导航体积，形成了在市场上可获得的工作序列ep2d_pace(SiemensHealthcare)的基础。代替附加的导航体积，对于运动检测考虑整个ep2d体积。重建时间t＝ti处的体积，并且在时间t＝ti+1处的采集期间使其与在t＝t0获得的基准配准，并且在时间t＝ti+2处进行补偿。因此，在采集图像数据期间，运动补偿以序列的至少一个重复时间(TR)滞后。传统的基于3D图像的导航方法利用与使用导航信号的运动补偿序列的成像体积全等的导航体积(即从其采集导航数据的被检体的体积)。这具有如下优点：可以将检测到的运动参数直接发送回控制MR扫描仪的操作的计算机，以执行成像序列，以便在该序列中实现运动补偿。在Shankaranarayanan等的标题为“Motioninsensitive3Dimagingusinganovelreal-timeimage-based3DPROspectiveMOtioncorrectionmethod(3DPROMO)，”ISMRM15thScientificMeeting(2007)的文章中，描述了称为3Dpromo的基于导航的解决方案，其也基于前瞻性的刚性体运动。该文章记录了存在不满足刚性体运动的模型假设的问题区域。在大脑中，这些区域主要位于颈部、颌部、以及鼻腔和鼻窦旁边。为了改善运动估计并且使非线性效果的影响最小化，该文章的作者提出了对导航数据应用扩展卡尔曼滤波。在Maclaren等的标题为“Prospectivemotioncorrectioninbrainimaging:areview，”MagneticResonanceinMedicine,Volume69,Number3(2013),pages621636的文章中，可以找到对前瞻性运动校正策略的概述。
技术实现思路
根据本专利技术，在使用多个基于图像的体积导航的前瞻性运动校正方法中，同时获得多个子体积导航断层，其共同具有小于采集体积的总体积，在运动补偿序列中从采集体积采集诊断数据。每个导航子体积可以仅由一个断层构成，或者可以由多个断层构成，例如每个子体积3个断层。子体积例如可以彼此正交。子体积导航的多个断层可以利用同时多断层(SMS，simultaneousmulti-slice)blippedCAIPI加速方法采集，如在Setsompop等的“Blipped-controlledaliasinginparallelimagingforsimultaneousmultisliceechoplanarimagingwithreducedg-factorpenalty，”MagneticResonanceinMedicine,Volume67,Number5(2012)pages1210-1224中所述。在其中导航子体积是正交断层的实施例中，正交断层的交点可能与采集体积的中心(即数据采集序列的视场(FOV)的中心)一致，但是这不一定是这种情况。一般来说，以比诊断图像数据低的分辨率来采集导航信号(断层)。在又一个实施例中，在运动校正后数据采集序列开始之前，可以采集被检体的定位片图像，其提供被检体的相关解剖结构的概览。经常采集这种定位片图像来支持采集视场的规划。可以通过已知方法自动对该定位片图像进行处理，以检测其中的解剖结构并且计算解剖结构标记的位置，而无需用户交互。该解剖结构信息还可以用于提供用于子体积导航定位和覆盖的定义的有用背景信息。理想的是，规划每个子体积导航的位置，以使其处于无法被患者非刚性地移动的解剖结构区域中或者包含无法被患者非刚性地移动的解剖结构区域。因此，应当避免对易受图像伪影影响的解剖结构区域、例如颈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于磁共振(MR)成像中的前瞻性运动校正的方法，包括：(a)向运动校正处理器提供表示被检体中的采集体积的MR基准扫描的数据，在随后进行的对被检体的诊断扫描中从采集体积采集MR诊断数据，所述被检体在所述诊断扫描中展现运动；(b)在被检体位于MR扫描仪中时，从控制计算机操作MR扫描仪，以通过从被检体的采集体积采集相应部分中的MR数据来执行所述诊断扫描；(c)在所述诊断扫描期间，在采集所述MR数据的一部分之后，操作所述MR扫描仪以仅从相应的子体积中的被检体的多个断层同时采集导航数据，所述子体积总共包含小于所述采集体积的体积；(d)在所述诊断扫描中采集所述MR数据的另一部分之前，向所述运动校正处理器提供从所述子体积采集的所述导航数据，并且在所述运动校正处理器中执行运动校正算法，其中，仅将表示所述MR基准扫描的所述数据中对应于所述子体积的数据，与从所述子体积采集的所述导航数据进行比较，以识别在所述MR数据的所述部分的采集开始的时间和从所述子体积采集所述导航数据的时间之间发生的所述被检体的所述运动，并且依据所识别的运动产生运动补偿指令，并且向所述控制计算机提供所述运动校正指令；(e)从所述控制计算机依据所述运动校正指令调整所述MR扫描仪的操作，以在所述诊断扫描中采集所述MR数据的另一部分；(f)重复(c)、(d)和(e)，直到在所述诊断扫描中从被检体的采集体积采集了所有所述MR数据为止；以及(g)在所述运动校正处理器中，根据在所述诊断扫描中采集的所述MR数据，产生被检体的采集体积的运动校正后MR图像，并且使得所述MR图像以电子的形式作为来自所述运动校正处理器的数据文件可用。...

【技术特征摘要】
2015.08.06 US 14/819,7091.一种用于磁共振(MR)成像中的前瞻性运动校正的方法，包括：(a)向运动校正处理器提供表示被检体中的采集体积的MR基准扫描的数据，在随后进行的对被检体的诊断扫描中从采集体积采集MR诊断数据，所述被检体在所述诊断扫描中展现运动；(b)在被检体位于MR扫描仪中时，从控制计算机操作MR扫描仪，以通过从被检体的采集体积采集相应部分中的MR数据来执行所述诊断扫描；(c)在所述诊断扫描期间，在采集所述MR数据的一部分之后，操作所述MR扫描仪以仅从相应的子体积中的被检体的多个断层同时采集导航数据，所述子体积总共包含小于所述采集体积的体积；(d)在所述诊断扫描中采集所述MR数据的另一部分之前，向所述运动校正处理器提供从所述子体积采集的所述导航数据，并且在所述运动校正处理器中执行运动校正算法，其中，仅将表示所述MR基准扫描的所述数据中对应于所述子体积的数据，与从所述子体积采集的所述导航数据进行比较，以识别在所述MR数据的所述部分的采集开始的时间和从所述子体积采集所述导航数据的时间之间发生的所述被检体的所述运动，并且依据所识别的运动产生运动补偿指令，并且向所述控制计算机提供所述运动校正指令；(e)从所述控制计算机依据所述运动校正指令调整所述MR扫描仪的操作，以在所述诊断扫描中采集所述MR数据的另一部分；(f)重复(c)、(d)和(e)，直到在所述诊断扫描中从被检体的采集体积采集了所有所述MR数据为止；以及(g)在所述运动校正处理器中，根据在所述诊断扫描中采集的所述MR数据，产生被检体的采集体积的运动校正后MR图像，并且使得所述MR图像以电子的形式作为来自所述运动校正处理器的数据文件可用。2.如权利要求1所述的方法，包括：将所述相应的导航体积的所述断层定义为正交的。3.如权利要求2所述的方法，包括：定义一个断层，用于在每个正交的导航子体积中采集所述导航数据。4.如权利要求2所述的方法，包括：定义3个断层，从中在3个正交的子体积中采集所述导航数据。5.如权利要求2所述的方法，其中，所述采集体积具有中心，以及其中，所述正交的导航子体积在包含所述中心的区域中彼此相交。6.如权利要求1所述的方法，包括使用基于高斯-牛顿的方法，作为所述运动校正算法。7.如权利要求1所述的方法，包括：操作所述MR扫描仪，以在所述诊断扫描之前采集所述被检体的定位片MR图像，并且在所述控制计算机中，使用在所述定位片图像中描述的所述被检体的解剖结构来确定所述导航子体积。8.如权利要求1所述的方法，包括：通过利用同时多断层blippedCAIPI方法操作所述MR扫描仪，来采集所述导航子体积的所述断层。9.一种用于磁共振(MR)成像中的前瞻性运动校正的装置，包括：MR扫描仪；运动校正处理器，向运动校正处理器提供表示被检体中的采集体积的MR基准扫描的数据，在随后进行的对被检体的诊断扫描中从采集体积采集MR诊断数据，所述被检体在所述诊断扫描中展现运动；控制计算机，被配置为在被检体位于MR扫描仪中时操作MR扫描仪，以通过从被检体的采集体积采集相应部分中的MR数据来执行所述诊断扫描；所述控制计算机被配置为，(a)在所述诊断扫描期间，在采集所述MR数据的一部分之后，操作所述MR扫描仪以仅从相应的子体积中的被检体的多个断层同时采集导航数据，所述子体积总共包含小于所述采集体积的体积；所述控制计算机被配置为，(b)在所述诊断扫描中采集所述MR数据的另一部分之前，向所述运动校正处理器提供从所述子体积采集的所述导航数据，并且所述运动校正处理器被配置为，执行运动校正算法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：T贝克，H哈特，
申请(专利权)人：西门子保健有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE