磁共振成像装置以及磁共振成像方法与流程

1.本发明涉及能够进行运动校正的磁共振成像装置以及磁共振成像方法。


背景技术：

2.在磁共振成像(mri：magnetic resonance imaging)中，一次扫描需要几分钟到几十分钟的时间，因此存在扫描中的患者的移动作为运动伪影(artifacts)而显现于图像中的情况。用于抑制运动伪影的一个方法为数据的高速采集。例如存在利用了ssfp(稳态自由运动：steady-state free precession)的序列等。而且，用于抑制运动伪影的另一个方法为运动校正。
3.而且，在磁共振成像中，由于存在取得mr(magnetic resonance)图像而使用的多个回波信号的强度的差异使mr图像的对比度劣化的情况，因此为了使回波信号的强度稳定化，例如存在使用vfa(可变翻转角：variable flip angle)的情况。


技术实现要素：

4.本发明提供一种能够不增加扫描时间而准确地校正被检体的移动的磁共振成像装置以及磁共振成像方法。
5.本发明的磁共振成像装置，用于对被检体的检查部位进行成像，具备：采集部，在多次激发中分别从上述检查部位连续采集导航回波信号和成像回波信号；校正部，在上述多次激发中，使用基于上述导航回波信号分别生成的多个球面k空间来计算上述被检体的移动量，校正在上述多次激发中基于上述成像信号生成的成像k空间；以及图像生成部，使用校正后的成像k空间生成上述检查部位的图像。
6.本发明的磁共振成像方法，用于对被检体的检查部位进行成像，在多次激发中分别从上述检查部位连续采集导航回波信号和成像回波信号，在上述多次激发中，使用基于上述导航回波信号分别生成的多个球面k空间来计算上述被检体的移动量，校正上述多次激发中的基于上述成像信号生成的成像k空间，使用校正后的成像k空间生成上述检查部位的图像。
7.发明效果
8.根据本发明的磁共振成像装置以及磁共振成像方法，在磁共振成像时，能够不增加扫描时间而准确地校正被检体的移动。
附图说明
9.图1是本发明的磁共振成像装置的结构框图。
10.图2是示出磁共振成像装置的脉冲序列的一个例子的图。
11.图3是示出本发明的一个例子的球面k空间的构建方法的图。
12.图4是示出本发明的对被检体的检查部位进行三维成像的方法的图。
13.图5是现有技术的磁共振成像装置的脉冲序列的图。
具体实施方式
14.下面，基于图1～图4对本发明的磁共振成像装置1进行说明。
15.图1是磁共振成像装置1的结构框图。以下，对磁共振成像装置1的各结构进行说明。静磁场磁铁10在被检体所配置的拍摄空间中产生静磁场。例如，静磁场磁铁10由超导磁铁或永久磁铁等形成。
16.梯度磁场线圈20产生梯度磁场。例如，梯度磁场线圈具有与相互正交的x轴、y轴以及z轴分别对应的x线圈、y线圈以及z线圈。x线圈、y线圈以及z线圈借助从梯度磁场电源30供给的电流而产生沿着各轴方向的梯度磁场。这里，z轴是沿着由静磁场磁铁10产生的静磁场的磁通而设定的。而且，x轴沿着与z轴正交的水平方向设定。y轴沿着与z轴和x轴这双方正交的方向设定。
17.梯度磁场电源30向梯度磁场线圈20供给电流。借助梯度磁场电源30向梯度磁场线圈20供给电流，能够使梯度磁场线圈20产生梯度磁场。
18.rf(射频：radio frequency)线圈40对配置于拍摄空间的被检体施加高频磁场，并且接收从被检体产生的nmr(核磁共振：nuclear magnetic resonance)信号。高频磁场有时也称作rf脉冲。在rf线圈40中具有以包围拍摄空间的方式设置的全身用rf线圈41以及接近被检体而配置的局部用rf线圈42。rf线圈40的功能大体上分为高频磁场的发送和nmr信号的接收。可以是全身用rf线圈41或局部用rf线圈42的一方兼具发送和接收功能的双方，也可以是使用全身用rf线圈41和局部用rf线圈42这双方来进行发送和接收。另外，也可以同时使用多个局部用rf线圈42。局部用rf线圈42也可以设置成按照被检体的部位而不同。
19.发送电路50将与设置于静磁场中的对象原子核固有的拉莫尔频率对应的高频脉冲信号输出给rf线圈40。
20.接收电路60基于rf线圈40接收到的nmr信号生成磁共振(magnetic resonance：mr)数据，并将生成的mr数据输出至处理电路100。
21.诊床70包含载置被检体的顶板71，能够使顶板71沿铅垂方向以及水平方向移动。
22.输入接口80从操作者接受各种指示以及各种信息的输入操作。具体地，输入接口80与处理电路100连接，将从操作者接受的输入操作转换成电信号而输出至处理电路100。例如，输入接口80通过跟踪球、开关按钮、鼠标、键盘、通过触摸操作面而进行输入操作的触摸板、将显示画面与触摸板一体化的触摸屏、使用了光学传感器的非接触输入电路以及声音输入电路等来实现。另外，在本说明书中，输入接口80并不仅限于包含鼠标、键盘等物理的操作部件的部件。例如，从与装置分体设置的外部的输入设备接受与输入操作对应的电信号、并将该电信号向控制电路输出的电信号的处理电路也包含于输入接口80的例子中。
23.显示器81显示各种信息以及各种图像。具体地，显示器81与处理电路100连接，将从处理电路100发送的各种信息以及各种图像的数据转换成显示用电信号而输出。例如，显示器81通过液晶监视器、led监视器、触摸面板等来实现。
24.存储电路90存储各种数据以及各种程序。具体地，存储电路90与处理电路100连接，存储由各处理电路输入和输出的各种数据以及各种程序。例如，存储电路90由ram(random access memory)、闪存等半导体存储元件或硬盘、光盘等实现。
25.处理电路100具有诊床控制功能101。诊床控制功能101通过将控制用的电信号朝诊床70输出来控制诊床70的动作。例如，诊床控制功能101经由输入接口80而从操作者接受
使顶板71移动的指示，按照所接受的指示使诊床70具有的顶板71的移动机构动作以使顶板71移动。例如，诊床控制功能101在进行被检体的拍摄时，使载置有被检体的顶板71朝拍摄空间移动。
26.处理电路100具有采集功能102。采集功能102通过执行各种脉冲序列来采集被检体的mr数据。具体地，采集功能102按照从处理电路100输出的序列执行数据来驱动梯度磁场电源30、发送电路50以及接收电路60，由此执行各种脉冲序列。这里，序列执行数据是表示脉冲序列的数据，是规定了梯度磁场电源30向梯度磁场线圈20供给电流的定时以及所供给的电流的强度、发送电路50向rf线圈40供给高频脉冲信号的定时以及所供给的高频脉冲的强度、接收电路60对磁共振信号进行采样的定时等的信息。序列执行数据预先存储于存储电路90或者在输入接口80中接受操作者的输入而生成。而且，操作者也可以编辑预先存储于存储电路90的序列执行数据。而且，采集功能102作为执行脉冲序列而得的结果来接收从接收电路60输出的mr数据，并使其存储于存储电路90。此时，存储于存储电路90的mr数据作为k空间数据而被存储。例如，在进行二维拍摄的情况下，对由层面选择梯度磁场选择的层面的面施加相位编码梯度磁场。按照所施加的梯度磁场的相位编码量的k空间数据使用读出(readout)梯度磁场而被读出。读出梯度磁场也称作频率编码梯度磁场。例如，在进行三维拍摄的情况下，施加层面编码梯度磁场以及相位编码梯度磁场，使用读出梯度磁场来读出按照所施加的梯度磁场的编码量的k空间数据。以上说明的层面选择梯度磁场、相位编码梯度磁场、读出梯度磁场、层面编码梯度磁场由先前分别叙述过的x线圈、y线圈、z线圈中的一个以上的线圈生成的梯度磁场形成。
27.处理电路100具有校正功能103。校正功能103使用由采集功能102采集到的k空间数据的至少一部分来进行用于抑制起因于被检体的移动的运动伪影的校正。
28.处理电路100具有图像生成功能104。图像生成功能104基于由采集功能102采集到的k空间数据来生成各种图像。例如，通过对k空间数据实施傅里叶变换等重建处理来生成mr图像。以下，以笛卡尔坐标系下的成像k空间为例来进行说明，但也能够使用其它坐标系下的成像k空间。另外，图像生成功能104也能够对所重建的图像作为后处理而施加图像处理。
29.处理电路100具有显示控制功能105。显示控制功能105将图像生成功能104所生成的图像向显示器81输出。而且，也能够取得存储于存储电路90或外部的存储器的图像而使其显示于显示器81。
30.以上说明的处理电路100分别由处理器实现。在该情况下，各处理电路所具有的处理功能例如以电脑能够执行的程序的形态存储于存储电路90。而且，各处理电路通过从存储电路90读出各程序并执行来实现与各程序对应的处理功能。换言之，读出各功能的状态的各处理电路具有图1的各处理电路内所示的各功能。
31.而且，这里，说明了各处理电路由单一的处理器来实现，但实施方式并不限于此，也可以组合多个独立的处理器来构成各处理电路，通过各处理器执行程序来实现各处理功能。而且，各处理电路所具有的处理功能也可以适当地分散或集中于单一的或多个处理电路来实现。而且，在图1所示的例子中，说明了单一的存储电路90存储与各处理功能对应的程序，但也可以形成为分散配置多个存储电路、处理电路从各个独立的存储电路读出对应的程序的结构。
32.图2是示出由采集功能102执行的序列执行数据所包含的脉冲序列的一例的图。图2中示出了3d flair(three-dimensional fluid attenuated inversion recovery)序列。
33.在图2中，rf表示射频(rf)脉冲。pe表示在相位编码梯度方向上的梯度磁场脉冲，se表示在层面编码梯度方向上的梯度磁场脉冲，ro表示在频率编码梯度方向上的梯度磁场脉冲，adc表示作为模拟信号而接收mr信号并将其数字化的定时。
34.在一次激发中，首先施加反转恢复(ir：inversion recovery)脉冲，接着施加激发脉冲ep，之后进入稳定化阶段s1与成像阶段s2的脉冲施加。这里，“一次激发”是指一次激发脉冲ep的施加。ir脉冲例如是以抑制水信号为目的而施加的。
35.例如，在稳定化阶段s1，通常不采集导航回波信号n。而且，即使采集导航回波信号n时，在图像生成时也不使用。与此相对，本发明将在稳定化阶段s1采集的信号用于在成像阶段s2采集的信号的校正。
36.在稳定化阶段s1，例如通过施加pe、se、ro这三个不同梯度方向上的梯度磁场脉冲，来获取能够构建后述的图3所示的球面k空间sks的导航回波信号n，根据在一次激发中获取的导航回波信号n来构建一个球面k空间数据。在导航回波信号n中包含多个数据点。另外，在稳定化阶段s1，例如使用vfa的rf脉冲。
37.在成像阶段s2，如图2所示，通过施加与在稳定化阶段s1施加的梯度磁场脉冲不同的梯度磁场脉冲，来获得成像回波信号e，根据在一次激发中获取的成像回波信号e来构建一个成像k空间数据。在成像回波信号e中包含多个数据点。
38.如图2所示，在一次激发中，稳定化阶段s1与成像阶段s2连续，即在获取导航回波信号n后立即获取成像回波信号e。
39.下面，基于图3以及图4说明由校正功能103执行的对成像k空间数据的校正。
40.图3是示出本发明的一个例子的球面k空间sks的构建方法的图，图4是示出本发明的对被检体的检查部位进行三维成像的方法的图。
41.如图3所示，在对被检体的检查部位进行检查时，通常通过多次激发来采集检查部位的数据。图3中示出n次激发，即从激发1～激发n。
42.在每个激发中，分别获取了多个导航回波信号。例如，激发1包含第1信号nav1、第2信号nav2、第3信号nav3、第4信号nav4、第5信号nav5、
…
第m信号navm(m为6以上的自然数)的多个导航回波信号。各导航回波信号包含多个数据点，与球面k空间sks的各点对应。而且，虽然举出了获取第1信号nav1～第m信号navm(m为6以上的自然数)的例子，但所获取的多个导航回波信号并没有特别限定，也可以少于6个。
43.在激发1中，在利用多个导航回波信号构建球面k空间sks时，按照第1信号nav1中的一个点、第2信号nav2中的一个点、第3信号nav3中的一个点、第4信号nav4中的一个点、第5信号nav5中的一个点、
…
第m信号navm中的一个点、第1信号nav1中的另一个点、第2信号nav2中的另一个点、第3信号nav3中的另一个点、第4信号nav4中的另一个点、第5信号nav5中的另一个点、
…
第m信号navm中的另一个点、
…
的顺序将这些点在球面上以螺旋状排列，由此构建一个球面k空间sks。也就是说，以各个导航回波信号中的点交替排列的方式构建球面k空间sks。
44.同样，在激发2直至激发n中，以与激发1同样的方式分别构建一个球面k空间sks。
45.通常，在每次激发之间存在几秒的间隔时间，考虑到经过该间隔时间被检体的检
查部位可能发生移动，因此针对两次相邻的激发，根据分别构建的球面k空间sks之间的移动量，来对两次相邻的激发中所构建的成像k空间部分(未图示)进行校正。
46.在成像中，以存在激发1和激发2的情况为例进行说明。在激发1中，使用多个导航回波信号n(包含第1信号nav1～第m信号navm)构建第1球面k空间，使用多个成像回波信号e(包含信号e1、e2、e3、e4、e5、
…
)构建第1成像k空间部分，同样，在激发2中，使用多个导航回波信号n构建第2球面k空间，使用多个成像回波信号e构建第2成像k空间部分。
47.校正功能103基于导航回波信号n计算第2球面k空间相对于第1球面k空间的移动。该移动包含两个球面k空间之间的旋转和平移。两个球面k空间之间的旋转角度以及平移量的计算方法使用现有技术即可，在这里不再赘述。
48.校正功能103根据第2球面k空间相对于第1球面k空间的移动量、即旋转角度和平移量来校正第2成像k空间部分而生成校正后的第2成像k空间部分，然后图像生成功能104利用由校正后的第2成像k空间部分和作为基准的第1成像k空间部分构成的成像k空间进行被检体的检测部位的图像重建。
49.在两次激发中，球面k空间之间的移动量就是被检体的检查部位的移动量，利用该移动量来校正与稳定化阶段相邻的成像阶段中构建的成像k空间部分，该移动量能够被认定成成像阶段中被检体的检查部位的移动量，因此能够对成像k空间部分进行准确的校正。
50.即使假设被检体的检查部位发生了移动，第2成像k空间部分的移动量也被校正，在所重建的图像中抑制运动伪影的产生。
51.以上，说明了在成像中包含激发1和激发2这两次激发、并使用该两次相邻的激发来校正成像k空间部分的情况，但并不限于此。例如，在成像中也可以包含3次以上的激发，能够将不相邻的激发用于成像k空间部分的校正。例如可以在激发1与激发3之间、激发1与激发4之间、激发2与激发5之间等进行校正。也就是说，根据在后次激发中构建的球面k空间相对于球面k空间的移动量来校正在后次激发中构建的成像k空间部分。这样，后次激发中构建的成像k空间部分被校正成相对于前次激发中构建的成像k空间部分未进行移动。
52.另外，被检体的检查部位为刚体，因此，被检体的检查部位中的某一部位的移动量(平移量和旋转角度)则能够视作检查部位整体的移动量。另外，在移动量的校正中作为基准的激发并不一定需要是时间序列的前方所取得的激发，也能够以时间序列的后方所取得的激发作为基准。
53.下面，基于图4说明对被检体的检查部位进行三维成像的方法。
54.在步骤s11中，采集功能102按照序列执行数据进行在稳定化阶段s1采集导航回波信号n、在成像阶段s2采集成像回波信号e那样的多个激发的数据采集。多个激发至少包含激发1和激发2。在激发1中，采集第1导航回波信号和第1成像回波信号。在激发2中，采集第2导航回波信号和第2成像回波信号。这里，以在激发1中采集的数据作为基准而将在激发2中采集的数据作为校正的对象。
55.在步骤s12中，校正功能103基于第1导航回波信号和第2导航回波信号来计算因激发间的被检体移动而产生的校正值。
56.在步骤s13中，校正功能103使用在步骤s12中计算出的校正值来校正在激发2中获得的第2成像k空间数据。另外，校正处理中也可以包含网格化处理。
57.在步骤s14中，图像生成功能104使用第1成像k空间数据和校正后的第2成像k空间
数据来构建完整的k空间数据，针对该完整的k空间数据进行傅里叶变换等处理而生成mr图像。
58.根据以上说明的至少一个实施方式，能够使运动校正高精度化。
59.作为与本实施方式所涉及的发明进行比较的比较例，对作为运动校正技术的promo(prospective motion correction)序列进行说明。在promo中，如图5所示，在成像序列et之前，沿着冠向面、矢向面、以及轴向面这三个相互垂直的平面进行数据采集。将该成像序列et之前的数据采集区间称作导航段ns，基于在导航段ns中采集到的数据来推定被检体的移动，基于推定结果来校正成像序列et，由此抑制运动伪影。这里，在同时使用flair成像和promo的情况下，由于在导航段ns与成像阶段之间夹有ir脉冲的施加，因此存在在导航段ns取得的校正值不适合成像阶段的校正的情况。也就是说，由于在导航段ns与成像阶段之间产生了时间差，因此无法准确地校正在导航段ns与成像阶段之间产生的被检体的移动。而且，在该运动校正中，需要具有硬件反馈回路的扫描仪的支持，因此在硬件上也受到了限制。
60.另一方面，根据以上说明了的至少一个实施方式，由于活用稳定化阶段的区间来采集运动校正的数据，因此即使在同时使用ir脉冲的情况下，也能够抑制采集运动校正的数据的定时相对于成像阶段的采集在时间上偏移，能够提高校正数据的精度。当校正数据的精度提高时，则能够更加抑制mr图像中的运动伪影。
61.另外，根据以上说明了的至少一个实施方式，上述校正自动进行，不需要具有硬件反馈回路的扫描仪的支持，因此不需要增加额外的硬件。
62.而且，根据以上说明了的至少一个实施方式，在构建球面k空间时，以各个导航回波信号中的点交替排列的方式进行构建，采用这种构建方式能够便于对两次激发中构建的球面k空间的对比，便于求出两个球面k空间之间的移动量。但是也可以采用其它构建方式来构建球面k空间，例如能够以将第1导航回波信号中的多个点、第2导航回波信号中的多个点等在球面上依次排列的方式构建球面k空间。
63.如上所述，虽然对本发明的上述实施方式进行了说明，但该实施方式是作为例子而示出的，并不意图对发明的范围进行限定。该实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。该实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并包含于技术方案所记载的发明和与其等同的范围中。