采集三维体积片段中的磁共振数据的方法以及磁共振装置

摘要

本发明涉及一种用于借助磁共振装置采集在检查对象的预定的三维体积片段中的MR数据的方法，包括如下步骤：通过HF激励脉冲来激励所述体积片段，时间顺序地多次执行如下步骤，以便分别采集回波串：接通重聚脉冲。接通第一方向上的第一相位编码梯度和第二方向上的第二相位编码梯度。接通第三方向上的用于位置编码的另一个磁场梯度，该第三方向垂直于第一方向并且垂直于第二方向。在此，在接通该另一个磁场梯度期间读取K空间行的MR数据。每个K空间行相应于与体积片段对应的K空间的行。多次读取K空间的中间片段中的至少一个K空间行的K空间点。

说明书

技术领域

本发明涉及用于采集在预定的三维体积片段中的MR数据的一种方法 和一种相应构造的磁共振装置。

背景技术

根据现有技术的MR方法不利地具有长的采集时间，该MR方法例如 利用SPACE序列（“Sampling Perfection with Application optimized Contrasts  using different flip angle Evolutions”）采集三维体积片段。由于该长的采集时 间，MR数据在数据采集期间大多受到患者运动的负面影响，这一点导致在 MR数据中或在重建的MR图像中的运动伪影。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，与现有技术相比至少削弱运动伪影 的影响。

按照本发明，上述技术问题通过用于采集MR数据的方法、通过磁共振 装置、通过计算机程序产品以及通过电子可读的数据载体来解决。从属权利 要求定义了本发明的优选的和有利的实施方式。

在本发明的范围内提供一种用于借助磁共振装置采集在检查对象的预 定的三维体积片段中的MR数据的方法。在此，该方法包括如下步骤：

·通过HF激励脉冲来激励三维体积片段。HF激励在此可以空间选择 性地或非空间选择性地进行。

·时间上相继地多次执行如下步骤，以便分别读取回波串：

ο接通重聚脉冲。

ο接通沿着第一方向的第一相位编码梯度和沿着第二方向的第二相 位编码梯度。

ο接通第三方向上的另一个磁场梯度，该第三方向垂直于第一方向 并且垂直于第二方向。在接通该另一个磁场梯度期间，读取K空间 行的MR数据（即在接通该另一个磁场梯度期间，依次采集K空间 行的K空间点）。

每个K空间行在此相应于与待采集的三维体积片段（关于频率空间-位 置空间）对应的K空间的行。在此，多次采集或读取在K空间的中间片段 或中心片段中的一个或多个K空间行的K空间点。

通过在K空间的中间片段或中心内多次采集同一个K空间点可以识别 并消除运动伪影。为此，例如将对于特定的K空间点多次采样的MR数据 与根据所有对于该MR空间点采集的MR数据建立的平均MR数据相比较， 并且在与该平均MR数据偏差较大时舍弃该MR数据。通过在重建MR图像 时不考虑该舍弃的MR数据，可以相应地避免运动伪影。

但是也可以，仅将对于特定的K空间点多次采样的MR数据取平均， 并且在重建MR图像时采用该特定K空间点的这种平均MR数据。受运动 伪影干扰的特定K空间点的MR数据通过该平均值计算来在一定程度上取 平均，并且仅微不足道地影响特定K空间点的最终或平均MR数据。

特别地，按照本发明的方法多次采集K空间的中间片段中的一个或多 个K空间行。

在接通重聚脉冲之后大多读取总的K空间行。因此，通常方法技术上 （通过多个回波串）多次采样总的K空间行比多次采样K空间行的特定K 空间点并且仅采样一次相同K空间行的其它K空间点更简单。

特别地，按照本发明的回波串在此分别采集位于K空间的中间片段中 的一个或多个K空间行。

换种说法，优选地不存在仅在中间片段之外采集MR数据或K空间行 的回波串。

如果每个回波串采集中间片段中的至少一个K空间行，则在中间片段 中的K空间行比在中间片段之外的K空间行更经常或更频繁地被读取。因 为在K空间中心的有缺陷的K空间点比在K空间边缘的有缺陷的K空间点 视觉上更明显地受到影响，所以具有优势的是，更经常地采集在中间片段中 的K空间行，以便例如清除运动伪影。

在此，中间片段尤其包括所有在第三方向上延伸的一个或多个K空间 行，从而在第三方向上的中间片段具有相应于在该第三方向上的所采样的K 空间的长度的长度。在此，在第一方向上位于中间片段边缘的K空间行具 有距K空间边缘的第一距离。以类似的方式，在第二方向上位于中间片段 边缘的K空间行具有距K空间边缘的第二距离。

换种说法，中间片段优选位于K空间的中心。如果中间片段在第三方 向上与K空间具有相同的长度，则沿着第三方向穿过K空间中心延伸的K 空间的中心轴位于中间片段的中心。在此，在大多实施方式中中心轴被视为 中间片段的对称轴。

换言之，可以通过K空间行的集合（Menge）来定义中间片段并且可以 垂直于第三方向具有矩形（或正方形）或者近似圆形的横截面（横截面不是 真正的圆形，因为由K空间点形成了横截面的边缘），其中也可以是椭圆形 的横截面。相应地，中间片段本身相应于例如长方体、近似圆柱体或近似具 有椭圆形横截面的物体，其与K空间中心轴对称地延伸。

优选地，每个回波串分别读取在K空间边缘的K空间行。

换言之，每个回波串优选地采集至少两个K空间行，其中一个K空间 行位于K空间边缘而另一个K空间行位于中间片段中。在此，两个不同的 回波串通常不采集相同的位于K空间边缘的K空间行，这是为什么通常仅 采样一次位于边缘的K空间行的原因。

按照本发明的实施方式，每个回波串以读取位于K空间边缘的第一K 空间行开始并且以读取同样位于K空间边缘的第二K空间行结束。在此， 连接第一K空间行与第二K空间行的直线经过中间片段。

按照该实施方式，每个回波串以读取位于K空间边缘的第一K空间行 开始，然后读取另一个K空间行，其中在K空间的中间片段中准备回波串。 方法是回波串读取另一个K空间行，回波串横穿中间片段并且最后以读取 位于与第一K空间行相对的采样K空间边缘的第二K空间行结束。

按照另一种按照本发明的实施方式，每个回波串以读取位于K空间边 缘的第一K空间行开始并且以读取位于中间片段中的第二K空间行结束。 按照该另一种实施方式的变形，每个回波串以读取位于中间片段中的第一K 空间行开始并且以读取位于K空间边缘的第二K空间行结束。

在该另一种实施方式中，每个回波串将中间片段与所采样的K空间的 边缘相连接。

按照另一种优选的按照本发明的实施方式，所采样的K空间被划分为 多个片段或区域。在此，每个该片段由在第三方向上延伸的一个或多个K 空间行构成，从而在该第三方向上的每个片段的长度相应于在第三方向上的 所采样的K空间的长度。在此第一片段位于K空间的中心。如果N相应于 该片段的数量并且n是自然数，并且N>n>0，则成立第（n+1）片段围绕第 n片段。相应地，第二片段围绕位于中心的第一片段，并且第三片段围绕第 二片段，等等。第n片段的K空间行在此比第（n+1）片段的K空间行被更 频繁地读取。

在此，每个该片段可以与K空间的中心轴对称地构造。但是，片段也 可以与K空间的中心轴不对称地构造，这也适用于中间片段。

如中间片段一样，片段也可以具有矩形（或正方形）、近似圆形或椭圆 形的横截面。

此外，K空间点优选地在K空间中等距离地布置，即K空间点特别是 在每个轴方向（x，y，z）上与其紧邻的下一个具有相同的距离。

换种说法，在中间的片段的K空间行采样得越频繁，相应的片段越接 近中心或中心轴。

在此，均匀的采样量被视为优选的，从而应当同样频繁地采样相同片段 的每个K空间行。

在本发明的范围内还提供了一种用于采集在检查对象内的预定的三维 体积片段中的MR数据的磁共振装置。在此，磁共振装置包括基本场磁体、 梯度场系统、一个或多个HF天线以及控制装置，该控制装置用于控制梯度 场系统和HF天线、用于接收由HF天线所拍摄的测量信号、用于分析测量 信号以及用于产生MR图像数据组。磁共振装置以HF激励脉冲激励三维体 积片段并且然后时间上相继地执行如下步骤来采集回波串：

·磁共振装置接通重聚脉冲。

·磁共振装置接通在第一方向上和第二方向上的两个相位编码梯度。

·磁共振装置接通垂直于第一方向并且垂直于第二方向的另一个磁场 梯度。与两个相位编码梯度一起使用位置编码的另一个磁场梯度，其 中在接通该另一个磁场梯度期间由磁共振装置读取K空间行的MR数 据。

如在按照本发明的方法中那样，每个K空间行相应于与体积片段对应 的K空间的行。磁共振装置多次读取K空间的中间片段中的至少一个K空 间行以用于采集预定的三维体积片段中的MR数据。

按照本发明的磁共振装置的优点基本上相应于在前面已经详细描述了 的按照本发明的方法的优点，由此在这里不再重复。

此外，本发明描述了一种计算机产品，特别是软件，其可以加载到磁共 振装置的可编程控制装置或计算单元的存储器中。如果计算机程序产品在控 制装置中运行，则通过该计算机程序产品可以执行按照本发明的方法的所有 或者不同的前面描述的实施方式。在此，计算机程序产品需要可能的程序装 置，例如，程序库和辅助函数，以便实现该方法的相应实施方式。换言之， 针对计算机程序产品的权利要求特别地要求保护一种可用来实施按照本发 明的方法的上面描述的实施方式的软件。在此，软件可以是还需编译并连接 的或者仅须解释的源代码（例如C++），或者是加载到相应的计算单元或控 制单元以用于执行的可执行的软件代码。

最后，本发明公开了一种电子可读的数据载体，例如DVD、磁带或USB 棒，在其上存储了电子可读的控制信息，特别是软件（参见上面）。当该控 制信息（软件）由数据载体读取并且存储在磁共振装置的控制装置或计算单 元中时，可以执行前面描述的方法的所有按照本发明的实施方式。

按照本发明的脉冲序列的读取模块优选地相应于SPACE序列，即可以 以SPACE序列实现回波串的采集。由于可变的翻转角和由此可能的长的回 波串长度，已经表明相对于较老的TSE（“Turbo Spin Echo”）和FSE（“Fast  Spin Echo”）序列在实践中考虑该SPACE序列。

本发明与现有技术情况下的类似方法相比相对于运动伪影具有更好的 稳定性。

本发明尤其适合于基于三维体积片段的所采集的MR数据重建MR图 像。但本发明显然并不限于该优选的应用范围，因为本发明例如也可以用于 采集不用于重建MR图像的MR数据。

附图说明

下面根据按照本发明的实施方式对照附图详细地描述本发明。

图1示出了按照本发明的磁共振装置。

图2示出了用于采集三维体积内的MR数据的按照本发明的序列。

图3示出了所采样的K空间按照本发明地划分为片段，该片段的K空 间行被不同频率地采样。

图4示出了所采样的K空间划分为片段的另一种实施方式。

图5示出了按照本发明的方法的不同回波串。

图6示出了按照本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了（磁共振成像或核自旋断层造影设备的）磁共振装置5的示意 图。在此，基本场磁体1产生时间上恒定的强磁场，以用于极化或对齐对像 O的体积片段中的核自核，例如处于检查台23上在磁共振装置5中被检查的 人体的待检查部位的体积片段中的核自旋。为核自旋共振测量所需的基本磁 场的高均匀性在典型为球形的测量体积M中定义，人体的待检查部位被布置 在该测量体积中。为了满足均匀性要求并且特别是为了消除时间上不变的影 响，在合适的位置安装由铁磁材料组成的所谓的匀场片。通过匀场线圈2消 除时间上不变的影响。

在基本场磁体1中采用圆柱形的梯度线圈系统3，该梯度线圈系统由三个 子线圈组成。每个子线圈由放大器利用用于产生在笛卡尔坐标系的各自的方 向上的线性（而且时间上可变的）梯度场的电流来供电。梯度场系统3的第 一子线圈在此产生x方向上的梯度G_x，第二子线圈产生y方向上的梯度G_y并且 第三子线圈产生z方向上的梯度G_z。放大器包括数字模拟转换器，该数字模 拟转换器由用于时间上正确地产生梯度脉冲的序列控制器18控制。

在梯度场系统3内部有一个（或多个）高频天线4，所述高频天线将由高 频功率放大器输出的高频脉冲转换为用于激励待检查的对象O的或对象O的 待检查的区域的核和对齐核自旋的磁交变场。每个高频天线4由以组件线圈 的环形的、优选为线性或矩阵形的布置形式的一个或多个HF发送线圈和一 个或多个HF接收线圈组成。由各个高频天线4的HF接收线圈还将从进动的核 自旋发出的交变场，即，通常由由一个或多个高频脉冲和一个或多个梯度脉 冲组成的脉冲序列引起的核自旋回波信号，转换为电压（测量信号），该电 压通过放大器7传输到高频系统22的高频接收通道8。高频系统22还包括发送 通道9，在该发送通道中产生用于激励核磁共振的高频脉冲。在此，在序列 控制器18中将各个高频脉冲根据由设备计算机20规定的脉冲序列数字地作 为复数的序列表示。该数字序列作为实部和作为虚部分别通过输入端12传输 到高频系统22中的数字模拟转换器并且从该数字模拟转换器传输到发送通 道9。在发送通道9中将脉冲序列调制到高频载波信号，其基频相应于中频。

从发送运行到接收运行的切换通过发送-接收转换器6进行。高频天线4 的HF发送线圈将用于激励核自旋的高频脉冲入射到测量体积M中并且通过 HF接收线圈采样所产生的回波信号。将相应获得的核共振信号在高频系统 22的（第一解调器的）接收通道8'中相位敏感地解调到中间频率并且在模拟 数字转换器（ADC）中数字化。还将该信号解调到频率0。到频率0的解调和 到实部和虚部的分离按照数字域中的数字化在第二解调器8中进行。通过图 像计算机17从这样获得的测量数据中重建MR图像或三维图像数据组。测量 数据、图像数据和控制程序的管理通过设备计算机20进行。序列控制器18 根据控制程序的规定控制各个期望的脉冲序列的产生和k空间的相应采样。 序列控制器18在此特别控制时间正确地接通梯度、以定义的相位振幅发送高 频脉冲以及接收核共振信号。用于高频系统22和序列控制器18的时间基础由 合成器19提供。例如存储在DVD 21上的、用于产生MR图像的相应的控制程 序的选择以及所产生的MR图像的显示通过终端13来进行，该终端包括键盘 15、鼠标16和显示屏14。

图2示出了按照本发明的脉冲序列。在用于破坏“旧”磁化的扰相梯度 33之后接通HF激励脉冲31，以便激励预定的三维体积片段内的自旋。在x 轴方向上接通的梯度脉冲37用于准备在读取之前的磁化，方法是在下面的 重聚脉冲32之前将磁化去相位。

然后，读取在K空间中的MR数据（其中K空间与体积片段对应）。为 了读取x方向上的K空间行分别接通重聚脉冲32，该重聚脉冲跟随y方向 上的梯度脉冲34和z方向上的梯度脉冲35。这两个梯度脉冲或相位编码梯 度34和35用于相位编码。通过这两个相位编码梯度34和35来读取K空间 行，其中为此接通x轴方向上的磁场梯度36。ADC（模拟数字转换器）规 定了在哪些时间间隔中采集并数字化MR数据。

如果相应地改变非选择性的重聚脉冲32的翻转角，则在仅接通一次的 HF激励脉冲31之后可以读取120个或更多的非选择性的重聚脉冲32以及 由此的120个或更多的K空间行。所示出的序列图可以相应于SPACE序列。

图3示出了将所采样的K空间40划分为不同区域51-54，其中不同频 率地采样各个区域51-54的K空间行。在此，每个区域51-54通过其自身的 沿着x方向延伸的K空间行来定义。相应地，在x方向上的每个区域51-54 的长度相应于在该方向上的采样的K空间40的长度。

第一区域51相应于长方体并且关于K空间40的沿着x方向延伸的对 称轴或中心轴50对称。第二区域52围绕第一区域51，同样第三区域53围 绕第二区域52并且第四区域54围绕第三区域53。

换言之，所采样的K空间40被划分为不同的体积片段或片段41-43， 其中位于中间的第一片段41相应于第一区域51。第二片段42包含第一片 段41，具有长方体形状并且关于中心轴50对称。以类似的方式，第三片段 43包含第二片段42（以及由此的第一片段41），具有长方体形状并且同样 关于中心轴50对称。相应地，第二区域52相应于第二片段42减去第一片 段41的差（不同时是第一片段41的K空间行的第二片段42的K空间行是 第二区域52的K空间行）。以类似的方式，第三区域53相应于第三片段43 减去第二片段42的差（不同时是第二片段42的K空间行的第三片段43的 K空间行是第三区域53的K空间行）。最后，第四区域54相应于采样的K 空间40减去第三片段43的差（不同时是第三片段43的K空间行的所采样 的K空间40的K空间行是第四区域54的K空间行）。

在所示的实施方式中，对中心的第一区域51的K空间行分别采集八次， 对第二区域52的K空间行分别采集四次，对第三区域53的K空间行分别 采集两次并且对其余的K空间行（即第四区域54的K空间行）各采集一次。 在此也可以考虑，位于中心的第一区域51仅由一个K空间行组成，其在该 示例中被采样八次。

在图3所示的实施方式中，体积片段41-43的（垂直于x轴的）横截面 是正方形的，从而在y方向上以及在z方向上从第三片段43的边缘到所采 样的K空间40的边缘的距离63、64是相同大小的。

如示例性地在图3中示出的那样，第二片段42在横截面中沿着y和z 方向具有尺寸61，其在y/z平面上相应于所采样的K空间40的尺寸的15%。 以类似的方式，第三片段43在横截面中沿着y和z方向具有尺寸62，其在 y/z平面上相应于所采样的K空间40的尺寸的25%。

在第三片段43之外的K空间行仅被采样一次，而在第三片段43之内 的K空间行至少被采样两次。因此，第三片段43相应于前面多次提到的中 间片段，其特征在于，其K空间行被多次采样。

图3中区域51-54与中心轴50对称地布置，而图4不是这种情况。图4 示出了所采样的K空间划分为不同的区域51-55，这至少与按照本发明的图 3的划分原理类似。但是，区域51-55与K空间的中心轴50不对称地布置， 这通过各个区域51-55与关于K空间中心的对称线60的位置可以看出。

此外，在图4所示出的实施方式中存在区域55，在该区域55中不采集 MR数据，因为采集了较少的MR数据，由此与图3中成像的实施方式相比 节约了采集时间。来自区域55的MR数据的缺少可以通过所谓的补零方法 （Zero-Filling-Verfahren）或通过部分傅里叶方法或半傅里叶方法来补偿。

可以看出，图4与图3相比体积片段的横截面不是正方形的而是矩形的。 此外，在图4中沿着z方向的片段边缘到K空间边缘的距离也是不相同的（图 4的上部和下部）。

要指出的是，也存在按照本发明的如下的实施方式：其中，沿着y方向 的片段边缘到K空间边缘的距离也是不同大小的（图3和图4的右侧和左 侧）。

同样在图4所示的实施方式中，对中心的第一区域51的K空间行分别 采集八次，对第二区域52的K空间行分别采集四次，对第三区域53的K 空间行分别采集两次并且对第四区域54的K空间行各采集一次，而在第五 区域55中不采集MR数据。

图5示出了三个回波串71-73。在该示例中每个回波串71-73包括新的 K空间行80-89。在此，每个回波串71-73以位于所采样的K空间40的边缘 的K空间行87-89开始/结束并且以相同的位于中心的K空间行81结束/开 始。可以看出，回波串71-73的每个K空间行80-89与相同的回波串71-73 的其它K空间行直接相邻。

除了中间片段43之外回波串71-73不具有交集，从而除了中间片段43 之外每个K空间行84-89仅被采样一次。相反，在中间片段内回波串71-73 具有交集。例如，K空间行82、83既被回波串71采样也被回波串72采样， 并且K空间行81被所有三个所示出的回波串71-73采样。换言之，K空间 行82、83被采样两次，而K空间行81被采样三次。

要指出的是，图5所示的回波串71-73仅示出了回波串的小的截面，其 按照本发明被用于采样总的K空间40。

图6示出了按照本发明的方法的流程图。

在第一步骤S1中，接通HF激励脉冲来激励三维体积片段。该HF激 励脉冲可以是选择性的（即其恰好激励待采集的三维体积片段）或者是非选 择性的（即其激励三维体积片段位于其中的较大的体积）。

在第二步骤S2中，接通非选择性的HF重聚脉冲来读取回波串。

然后，在第三步骤S3中接通两个相位编码梯度并且在第四步骤S4中 在接通频率编码梯度的情况下读取K空间行。步骤S2至S4例如重复120 次，直到回波串被完整采集，这通过查询S5来检查。如果回波串已经被完 整地采集了（在查询S5中为是），则该方法分支到查询S6，在该查询S6中 检查是否采集了所有回波串并且由此是否完整地读取了K空间。如果不是 这种情况（在查询S6中为否），则该方法跳转回第一步骤S1，在该步骤中 然后接通另一个HF激励脉冲。直到采集了所有回波串并且由此完整地读取 了K空间（在查询S6中为是），才结束该方法。