用于获取磁共振图像中的体素的磁共振波谱的方法和设备

摘要

提供了一种用于获取磁共振图像中的体素的磁共振波谱的方法和设备。一种获取从磁共振成像（MRI）设备获取的磁共振（MR）图像中的体素的磁共振（MR）波谱的方法。所述方法包括：配置k空间数据的采样样式；基于配置的采样样式从k空间数据对预定数据进行采样；通过使用采样数据来获取体素的MR波谱。

说明书

本申请要求于2013年2月20日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0018 237号韩国专利申请的优先权和利益，该申请的公开通过引用全部合并于此。

技术领域

本公开涉及一种用于获取磁共振（MR）图像的体素（voxel）的MR波 谱的方法和设备，并且更具体地，涉及一种用于通过使用采样数据来获取单 体素的MR波谱的方法和设备，其中，通过使用预定的采样样式来获取所述 采样数据。

背景技术

磁共振波谱学（MRS）是一种非侵入性地获取对象身体的图像的方法， 用于示出例如身体器官的代谢产物的分布或生物化学信息。

MRS图像（MRSI）在其每个图像体素中包括代谢产物的波谱信息。因 此，为了得知身体器官的代谢产物的分布或生物化学信息，必须获取具有精 确的空间信息的体素。

单体素波谱学（SVS）是一种用于获取单体素的MR波谱的基本技术， 以便识别在特定体素中的代谢产物的生物化学分布。

通常，在SVS中，通过使用具有90-180-180度序列的点分辨波谱学 （PRESS）脉冲来执行三方向选择，并且从位于三个选定方向彼此交叉的部 分的体素接收信号以获取MR波谱。

当选择了三个方向时，发生化学位移激励。因此，由于化学位移激励， 故不仅可获取包括体素的用户选择的区域的生物化学信息，还可获取用户选 择的区域外部的区域的信息。

因此，很难获取包括由用户选择的体素的区域的精确的代谢产物信息或 生物化学信息。

在现有技术中，为了降低由化学位移激励造成的影响，在执行单体素激 励后通过相位编码处理获取空间信息，并且仅获取用户感兴趣的单体素区域 的波谱信息。

此外，在其它现有技术中，激励比用户感兴趣的单体素区域大的区域， 并且随后校正由于化学位移激励而减少的代谢产物的量。

然而，根据现有技术中的以上事例，会增加用于获得数据的时间，并且 会减小信噪比（SNR），其中，收集所述数据以获取空间信息。

发明内容

本发明提供了一种用于获取MR图像中的体素的磁共振（MR）波谱的 方法和设备。

根据本发明的一方面，提供了一种获取MR图像中的体素的磁共振（MR） 波谱的方法，所述方法包括：配置k空间数据的采样样式；基于配置的采样 样式从k空间数据对预定数据进行采样；并且通过使用采样数据来获取体素 的MR波谱。

采样样式可以是sinc样式。

采样样式可根据k空间数据的能量分布而包括至少两个不同的样式。

可执行k空间数据的采样样式的配置，使得与MR图像中的体素相应的 k空间数据区域可被包括在采样样式中。

通过使用采样数据来获取体素的MR波谱的步骤可包括：针对采样数据 确定频率变换系数；通过合并确定的频率变换系数和采样数据来获取体素的 MR波谱。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于获取MR图像中的体素的磁共 振（MR）波谱的设备，所述设备包括：采样样式配置单元，用于配置k空间 数据的采样样式；采样单元，用于基于配置的采样样式从k空间数据对预定 数据进行采样；波谱获取单元，用于通过使用采样数据来获取体素的MR波 谱。

采样样式配置单元可配置采样样式，使得与MR图像中的体素相应的k 空间数据区域被包括在采样样式中。

波谱获取单元可包括：频率系数确定器，用于确定采样数据的频率变换 系数；波谱获取单元，通过合并确定的频率变换系数和采样数据来获取体素 的MR波谱。

根据本发明的另一方面，提供了一种已经在其上记录了用于执行以上方 法的程序的非暂时性计算机可读存储介质。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它特 征和优点将变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的获取磁共振（MR）图像中的体 素的MR波谱的方法的流程图；

图2A和2B是分别示出根据现有技术的全采样和根据本发明的示例性实 施例的sinc样式采样的示图；

图3是示出根据本发明的示例性实施例的不同形状的采样样式的示图；

图4是示出根据本发明的示例性实施例的通过使用采样数据获取体素的 MR波谱的方法的流程图；

图5是根据本发明的示例性实施例的用于获取MR图像中的体素的MR 波谱的设备的示图；

图6是根据本发明的示例性实施例的用于获取MR图像中的体素的MR 波谱的MR波谱获取单元的示图；

图7是用于实现本发明的示例MRI设备的示图。

具体实施方式

现在将简单地描述在此使用的术语，并且将基于所述术语来详细地描述 本发明。

将参照附图来描述本发明的示例性实施例。在下面的描述中，可省略已 知的相关功能和结构的详细解释，以免不必要地模糊本发明的主题。在不脱 离本发明的范围的情况下，可在变化的、众多的示例性实施例中采用本发明 的原理和特征。

此外，尽管附图呈现出本发明的示例性实施例，但是附图不必按照比例， 并且某些特征可被放大或被省略，以便更清楚地示出并解释本发明。

尽管目前广泛使用的一般术语鉴于其功能被选择以用于描述本发明，但 是这些一般术语可根据本领域的普通技术人员的意图、案件先例、新技术的 问世等而变化。也可在特定的情况下使用由本发明的申请人任意选择的术语。 在这种情况下，需要在本发明的具体描述中给出所述术语的含义。因此，必 须基于术语的含义和整个说明书的内容而不是通过简单地陈述术语来定义所 述术语。

将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包含…的”或者 “包括”和/或“包括…的”时，所述术语指定声明的元件的存在，但并不排 除存在或添加一个或更多个其它元件。在说明书中指定的诸如“单元”和“模 块”的术语指处理至少一个功能或操作的单元，并且可通过使用硬件、软件 或者硬件和软件的组合来实现所述单元。

现在将参照示出本发明的示例性实施例的附图来更加全面地描述本发 明。然而，本发明可以以许多不同的形式被实施，并且不应该被解释为限于 在此阐述的示例性实施例。在附图中，为了解释的简明，省略与描述无关的 部分，并且相似的标号始终指示相似的元件。当诸如“中的至少一个”的表 述在一列元素之后时，所述表述修饰整列元素而且不修饰该列中的单个元素。

贯穿说明书，术语“磁共振成像（MRI）”指通过使用磁共振（MR）获 得在此称为“MS图像”的图像的对象身体的成像，其中，磁共振也被称作核 磁共振（NMR）。

贯穿说明书，用户可能是诸如医生、护士、医学专科医师和医学成像专 家的医学专家，或者管理医疗器械的工程师；然而，本发明不限于此。

根据本发明的示例性实施例的对象身体可以是人类身体的部分。例如， 对象身体可以是诸如肝脏、心脏、子宫、脑、乳房或腹部的器官。

此外，根据本发明的示例性实施例的对象身体可以是体模（phantom）。 体模指具有与活体有机组织的体积、密度和有效物理特性几乎等同的所述特 性的物质，并且根据本发明的示例性实施例的体模可以是具有与人类身体或 其部分的性质相似的性质的球形体模。

根据本发明的示例性实施例，通过使用sinc型样式在k空间对数据进行 采样，并且获取采样数据的相位以获得用户感兴趣的体素的空间信息。随后， 通过使用采样的数据来获取用户感兴趣的体素的MR波谱。

根据现有技术中的单体素波谱学（SVS），在MR图像中设置包括用户感 兴趣的体素的大区域以激励对象身体，通过整个MR图像的相位编码获得空 间信息，并且随后仅提取用户感兴趣的体素以获得体素的MR波谱。例如， 可截去大设置区域中除了感兴趣的体素的区域之外的剩余区域，以提取用户 感兴趣的体素。

然而，根据现有技术中的SVS，有必要执行许多k空间数据的采样，并 且因此，用于处理采样数据的时间和用于提取感兴趣的体素的时间会增加， 并且因此，根据时间的信噪比（SNR）会降低。本发明解决这些问题，以缩 短处理对数据进行采样的时间和提取时间，并且也增大SNR。

此外，可能由于化学位移激励而无法激励包括用户感兴趣的体素的区域 中的代谢产物。为了解决该问题，可设置完全包括用户感兴趣的体素的大区 域来激励对象身体。然而，在这种情况下，所述大区域可能还包括在除了感 兴趣的体素之外的区域中的代谢产物的信号。本发明通过精确地提取感兴趣 的体素的MR波谱来解决该问题。

根据本发明的示例性实施例，基于通过使用预定的采样样式而采样的数 据来重建用户感兴趣的体素，并且因此，可降低用于处理数据的时间和提取 时间，可减小SNR，并且可精确地提取感兴趣的体素的MR波谱。

如图7中所示，本发明的磁共振成像（MRI）设备可实现在图1至图6 中描述的本发明的方法和各种组件。图7的MRI设备可包括带有具有纵向轴 线的空心孔洞的具有大致圆柱形状的磁性构件14，在所述孔洞内，对象身体 或主体（诸如，患者）的至少一部分被布置在例如台板15上，其中，台板 15可将患者移动到孔洞内以及将其移动出孔洞。磁性构件14具有布置在孔 洞周围的至少一个主磁体11、至少一个梯度线圈12和至少一个射频（RF） 线圈13，其中，所述主磁体11、梯度线圈12和RF线圈13用于以用于执行 MRI的领域中已知的方式来产生磁场并且用于从患者或其部分接收RF信号。

主磁体11产生主磁场，并且第一信号产生单元21控制梯度线圈12产生 梯度磁场。第二信号产生单元22控制RF线圈13产生发射到患者或其部分 的RF信号，并且信号收集单元23从患者或其部分接收RF信号。第一存储 器34和第二存储器35中的至少一个用于接收RF信号并且暂时存储接收到 的RF信号作为被发送到图像产生单元33的MRI数据。用户界面31允许用 户（诸如技术人员、诊断者或医务人员）进行控制并且发送命令到控制信号 产生单元21、22和图像产生单元33的控制单元32。使用接收到的RF信号， 图像产生单元33产生患者或其部分的MR图像，其中，通过可以是显示器的 图像输出单元36输出所述MR图像，或者可将所述MR图像发送到网络上与 MRI设备通信的其它设备或装置，或者可将所述MR图像发送到可在MRI 设备外部的另一存储器。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的使用图7的MRI设备获取MR 图像中的体素的MR波谱的方法的流程图。

根据本发明的示例性实施例的获取MR图像中的体素的MR波谱的方法 包括：在步骤S100配置k空间数据的采样样式，在步骤S200基于配置的采 样样式从k空间数据对预定的数据进行采样，并且在步骤300通过使用采样 数据来获取体素的MR波谱。可由预定的软件执行图1的方法，其中，由图 7中的图像产生单元33的硬件组件运行所述软件。使用用户界面31，MRI 设备和本发明的用户输入通过图像输出单元36输出的MR图像上感兴趣的体 素（VOI）的选择，或者输入包括针对对象（诸如，MRI设备中的台板15上 的患者）的特定部分VOI的感兴趣的区域（ROI）的选择。

用户界面31可包括键盘和/或鼠标以及显示器，或者可包括触摸屏，其 中，显示器连接到图像输出单元36或包括图像输出单元36。显示器可显示 用于显示患者的MR图像或患者的ROI的图形用户界面（GUI），允许用户通 过在MR图像中选择特定区域来选择VOI或ROI。例如，用户可通过在VOI 或ROI处点击鼠标或者通过触摸与VOI或ROI相应的位置处的触摸屏来选 择VOI或ROI。本发明随后使用VOI的用户选择来执行步骤S300。

根据本发明的示例性实施例的k空间指一组可用于产生一个MR图像的 原始数据。

使用图7中所示的MRI设备，将射频（RF）脉冲施加于对象身体，并 且逐步改变相位编码梯度以获取具有位置信息的信号。所述获取的数据被称 为原始数据，并且所述原始数据可包括位置信息和对比信息。

可沿着相位轴和频率轴在k空间的中心示出具有高振幅的信号，并且k 空间的中心由于相位编码梯度具有小梯度而填充有具有低空间分辨率的数 据，并且可包括组织的对比信息。

此外，k空间的外围部分可沿着相位轴和频率轴示出具有低振幅的信号， 并且由于相位编码梯度具有大梯度而填充有具有高空间分辨度的数据，以示 出MR图像中的组织之间的边界或详细位置。

根据本发明的示例性实施例，在步骤S100可针对k空间数据配置采样样 式。在步骤S200，基于配置的采样样式，可从k空间数据对预定的数据进行 采样。

图2A和2B分别示出根据现有技术的全采样和根据本发明的实施例的 sinc样式型采样。

如图2A中的现有技术中所示，可针对k空间200执行全采样210；然而， 处理所述数据的速度会降低。

根据图2B中的本发明的示例性实施例，可将采样样式配置为例如由图3 的（a）中所示的公知的sinc波形产生的二维sinc样式。也就是说，根据本发 明的示例性实施例，使用这样的sinc样式，可执行如图2B中所示的sinc样 式采样。例如，可基于图3的（a）中所示的sinc样式执行所述采样，以便使 用具有高振幅的信号。

参照图2B，不需要从黑色部分230提取数据，并且可通过从白色部分 220提取数据来执行采样。因此，可处理比现有技术中的图2A的全采样210 的数据量少的数据量，并且因此，由本发明使用图2B的采样样式，可提高数 据处理速度，并且可缩短数据处理时间。

图3示出根据本发明的示例性实施例的包括不同样式的采样样式。

根据k空间数据中的能量分布，根据示例性实施例的采样样式可包括至 少两种不同的样式。

如图3的（a）中所示，k空间200a中的能量分布可具有例如sinc形状。 也就是说，从具有最高振幅的区域250，能量分布的sinc形状的振幅逐渐降 低。例如，如图3的（a）中所示，可观察到k空间中的能量分布如同二维平 面上的交替可变样式。

例如，具有最高振幅的区域250可具有最高的能量，并且随后，能量分 布可同与在图3的（a）中所示的区域253、255和257中的每一个相应的振 幅的减小类似。

如上所述，可根据k空间数据中的能量分布来不同地配置采样样式。

例如，如图3的（b）中所示，采样样式200b可被配置为包括与图3中 的（a）的区域250和253相应的区域220b。可通过仅使用采样样式220b来 对包括在区域220b中的数据进行采样。在该示例中，可对由白色区域表示的 包括在区域220b中的五块或五个区域的数据进行采样。也就是说，可不对包 括在区域230b中的数据进行采样。

此外，如图3的（c）和（d）中所示，可配置分别具有不同形状的采样 样式200c和200d。例如，可通过使用采样样式200c来对由白色区域表示的 九个区域的数据进行采样，并且可通过使用采样样式200d来对由白色区域表 示的十三个区域的数据进行采样。

根据本发明的示例性实施例，在图1的步骤S200针对k空间配置采样样 式的步骤可包括：配置采样样式，使得与MR图像的特定体素相应的k空间 数据可被包括在所述采样样式中。

可通过执行k空间的频率变换来获取对象身体的MR样式。例如，频率 变换可包括傅里叶逆变换。

由图7中的梯度线圈12产生的k空间中的频率编码梯度磁场和相位编码 梯度磁场可在MR图像中提供信号的位置。也就是说，k空间中的每块或每 个区域的数据可根据k空间中的频率编码梯度磁场和相位编码梯度磁场，配 置在MR图像中的预定位置的MR拍摄的对象身体图像。

因此，可通过使用频率编码梯度磁场和相位编码梯度磁场来获得与用户 感兴趣的体素相应的k空间数据，并且可配置采样样式使得获取的k空间数 据可被包括在所述采样样式中。

图4是示出根据本发明的示例性实施例的通过使用采样数据获取体素的 MR波谱的方法的流程图。可由预定的软件来执行图4的方法，其中，可由 图7中的图像产生单元33的硬件组件来运行所述软件。

根据本发明的示例性实施例，可通过使用基于上述采样样式采样的采样 数据来精确地重建感兴趣的体素（VOI）的波谱。

每块采样数据可不同地贡献于VOI的MR波谱的获得，并且可根据每个 数据的贡献度来相对精确地重建VOI的MR波谱。例如，为了精确地重建 VOI的MR波谱，必须确定将用于重建处理的预定系数，例如，频率变换系 数等。

根据本发明的示例性实施例，参照图4，通过由图1中的步骤S330使用 采样数据来获得体素的MR波谱的步骤可包括：在步骤S310确定采样数据的 频率变换系数，并且在步骤320通过合并确定的频率变换系数和采样数据来 获得体素的MR波谱。

针对基于图3的（a）中的上述采样样式采样的频率f的由变量d表示的 k空间数据可被表示为对象身体的图像信息I的线性组合，其中，经由图7中 的存储器34、35中的至少一个从信号采集单元23获取所述图像信息I。经由 例如傅里叶系数F，可通过使用等式（1）来表示所述线性组合。

$d_f(\mathrm{kx},\mathrm{ky})=\underset{(x,y)}{\Sigma }{F}_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}(x,y)I_f(x,y)---\left(1\right)$

可通过使用k空间数据并且使用以下的等式（2）来表示包括VOI的感 兴趣的区域（ROI）中的图像信息I。在此，S^ideal(f)可指示与期望的图像信息 I相应的波谱。

$S^{\mathrm{ideal}}\left(f\right)=\underset{(x,y)\in \mathrm{ROI}}{\Sigma }{I}_f(x,y)---\left(2\right)$

因此，可将用于重建VOI的MR波谱的预定的系数c确定为约等于以上 的等式（2）中的S^ideal(f)。也就是说，可通过使用例如以下的公式（3）来获 取将用于重建VOI的MR波谱的预定的系数c。

$S^{\mathrm{ideal}}\left(f\right)\approx \underset{(\mathrm{kx},\mathrm{ky})}{\Sigma }{c}_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}{d}_f(\mathrm{kx},\mathrm{ky})=\underset{(x,y)}{\Sigma }\left(\underset{(\mathrm{kx},\mathrm{ky})}{\Sigma }{c}_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}{F}_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}(x,y)\right)I_f(x,y)---\left(3\right)$

此外，可将由等式（3）表示的系数c确定为通过L2最小化将等式（4） 最小化的系数。

$\underset{(x,y)\in \mathrm{ROI}}{\Sigma }{\left|\right|\underset{(\mathrm{kx},\mathrm{ky})}{\Sigma }{c}_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}{F}_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}(x,y)-1\left|\right|}^2+\underset{(x,y)\in \mathrm{ROI}}{\Sigma }{\left|\right|\underset{(\mathrm{kx},\mathrm{ky})}{\Sigma }{c}_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}{F}_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}(x,y)\left|\right|}^2---\left(4\right)$

此外，可通过以下的等式（5）来使通过使用等式（4）获得的系数c归 一化。即使当对象身体中的代谢产物均匀分布时，也可通过使用归一化的系 数c^norm来测量代谢产物的相对精确的数量，并且因此，可调整重建VOI中的 波谱的准确性。

$c_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}^{\mathrm{norm}}=c_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}/\underset{(x,y)}{\Sigma }\underset{(\mathrm{kx},\mathrm{ky})}{\Sigma }{c}_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}{F}_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}(x,y)---\left(5\right)$

例如，经由从等式（5）获取的系数，可将VOI中的波谱S重建为通过 使用等式（6）表示的线性组合。

$S\left(f\right)=\underset{(\mathrm{kx},\mathrm{ky})}{\Sigma }{c}_{\mathrm{kx},\mathrm{ky}}^{\mathrm{norm}}{d}_f(\mathrm{kx},\mathrm{ky})---\left(6\right)$

图5是根据本发明的示例性实施例的用于获取MR图像中的体素的MR 波谱的设备500的框图。可在图7的图像产生单元33中实现设备500。

用于获取MR图像中的体素的MR波谱的设备500包括：采样样式配置 单元510，配置k空间数据的采样样式；采样单元520，用于基于配置的采样 样式从k空间数据采样预定数据；波谱获取单元530，通过使用采样的数据 来获取体素的MR波谱。

如图3中的（a）中所示，根据本发明的示例性实施例的采样样式可以是 sinc样式。

如图3的（b）、（c）和（d）中所示，根据k空间数据的能量分布，可将 根据本发明的示例性实施例的采样样式配置为包括至少两个不同的样式。

示例性实施例的采样样式配置单元510可配置采样样式，使得与MR图 像的体素相应的k空间数据可被包括在采样样式中，所述采样样式诸如：图 3的（a）中的白色或灰色区域，或者图3的（b）、（c）和（d）各自中的白色 区域中的至少一个（例如，图3的（b）中的区域220b）。

图6是示出根据本发明的示例性实施例的获取MR图像中的体素的MR 波谱的MR波谱获取单元530的示图。

示例性实施例的MR波谱获取单元530可包括：频率系数确定器531， 用于确定采样数据的频率变换系数。

示例性实施例的MR波谱获取单元530可通过合并确定的频率变换系数 和采样的数据来获得体素的MR波谱。为了例如诊断在与体素相应的对象的 VOI或ROI处的疾病或异常，随后在图4的步骤S320由图像输出单元36和 /或由用户界面31的显示器或GUI通过波谱获取单元530输出MR波谱，以 便用户使用MR波谱来识别特定体素中的代谢产物的生物化学分布。

以上方法的描述会包括在根据本发明的实施例的设备的描述中。因此， 不再提供相似元件的描述。

本发明的上述实施例可被写成计算机程序，并且可通过使用非暂时性计 算机可读存储介质在执行所述程序的通用数字计算机中实现。

非暂时性计算机可读存储介质的示例包括磁存储介质（例如，ROM、软 盘、硬盘等）、光存储介质（例如，CD-ROM或DVD）等。

根据本发明的上述设备和方法可在硬件或固件中实现，或作为软件或计 算机代码实现，或者以所述方式的结合来实现。诸如控制器、中央处理单元 （CPU）、处理器和描述于此的任何单元或装置的各种组件包括：至少硬件和 /或其它物理结构和元件。此外，可在非暂时性记录介质（诸如，CD ROM、 RAM、无论是否可擦除或者可重写的ROM、软盘、CD、DVD、存储芯片、 硬盘、磁存储介质、光记录介质或磁光盘，或者通过网络下载的最初存储在 远程记录介质、计算机可读记录介质或非暂时性机器可读介质上并且将被存 储在本地记录介质上的计算机代码）中存储所述软件或计算机代码，从而可 使用通用计算机、数字计算机或专用处理器在存储在记录介质上的这样的软 件、计算机代码、软件模块、软件对象、指令、应用、小应用程序、app等中 实现描述于此的所述方法，或者可在可编程硬件或专用硬件（诸如ASIC或 FPGA）中实现描述于此的所述方法。如本领域中所理解：计算机、处理器、 微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的易失性 和/或非易失性的存贮器或存储器组件（例如，RAM、ROM、闪存等），其中， 所述软件或计算机代码在被计算机、处理器或硬件访问并执行时将实施描述 于此的处理方法。此外，将认识到的是，当通用计算机访问用于实现在此示 出的所述处理的代码时，所述代码的执行将通用计算机转变为用于执行在此 示出的所述处理的专用计算机。此外，可通过任何介质（诸如，通过有线/无 线连接传输的通信信号及其等同物）来电子地传输程序。程序和计算机可读 记录介质还可分步在网络连接的计算机系统中，以便以分布式方式来存储和 执行计算机可读代码。

虽然已经参照本发明的示例性实施例来具体地示出和描述了本发明，但 本领域的普通技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求定义的本发明的精 神和范围的情况下，可做出形式和细节上的各种改变。