在磁共振设备中确定检查对象的子部位的状态及其结构

摘要

本发明涉及一种用于在磁共振设备(1)中确定检查对象(4)的子部位(11)的状态的方法。该子部位(11)设置在磁共振设备(1)的视场(9，10)的边缘(10)上。在该方法中，确定MR图像的至少一个层位置，在该至少一个层位置处在该MR图像的边缘(10)上的B

说明书

技术领域

本发明涉及用于在磁共振设备中确定检查对象的子部位的状态(Lage)及其结构的方法，还涉及用于该方法的磁共振设备。

背景技术

磁共振断层造影拍摄的可测量空间由于物理和技术条件-例如有限的磁场均匀度和梯度场的非线性-而在所有三个空间方向上都受限。因此拍摄空间，也就是所谓的视场或Field of View(FOV)，被限制为一个其中上述物理特征位于预定容差范围内并因此可以用常用的测量序列来对要检查的对象进行忠于原状的(originalgetreue)成像的空间。该视场尤其是在x方向和y方向上，也就是垂直于磁共振设备的通道的纵轴、但是明显小于通过磁共振的环形通道限制的空间。在常见的磁共振设备中，环形通道的直径例如等于600mm，而常用的视场的直径近似为500mm，在该常用的视场中上述物理特征位于容差范围内。

在磁共振设备的所述通道的边缘范围内无法对测量对象进行忠于原状的成像这一问题在纯磁共振拍摄中通常是这样来解决的，即待检查对象的部位不是设置在所述通道的边缘上，而是尽可能设置在所述通道的中心，即磁共振设备的所谓等中心(Isozentrum)处。但是在混合系统-例如由磁共振断层造影设备和正电子发射断层造影设备组成的混合系统，即所谓的MR-PET混合系统中，通常是具有决定意义的是，也尽可能准确地确定即使是边缘区域中的结构。在MR-PET混合系统中，例如人的衰减校正是具有决定意义的。人的衰减校正确定在正电子和电子的交互作用后发射的光子在其通过吸收组织到达检测器的路径上的强度衰减，并且对所接收的信号刚好校正该衰减。为此，采集磁共振照片，该磁共振照片在通过正电子发射断层造影设备发射的高能光子的方向上对待检查对象的完整解剖结构成像。这意味着，即使在该混合系统的通道的边缘区域中也尽可能精确地采集待检查对象的解剖结构。位于该区域中的结构在待检查患者情况下例如首先是可能设置在该混合系统的通道内壁附近在该边缘区域中的手臂手臂。

因此，在现有技术中Delso等人提出了一种方法来使用未校正的PET数据通过分割身体轮廓补偿MR图像中的由于视场限制而缺少的信息(G.Delso等人，Impact of limited MR field-of-view in simultaneous PET/MR acquisition，Journal of Nuclear Medicine Meeting Abstracts，2008；49：，162P)。由于磁共振设备的视场限于一个其中磁场非均匀性和梯度场的非线性位于特定范围内的空间，因此在该现有技术中提供不同的校正算法来扩大视场。从而例如在Langlois S.等人的MRI Geometric Distortion：a simple approach to correcting the effects of non-linear gradient fields，Journal of Magnetic Resonance Imaging 1999，9(6)，821-31和Doran等人的A complete distortion correction for MR images，I.Gradient warp correction，Phys Med Biol.2005年4月7日，50(7)，1343-61中提出了梯度索引校正(Gradientenverzeichniskorrektur)。此外，在Reinsberg等人的A complete distortion correction for MR images：II.Rectification of static-field inhomogeneities by similarity-based profile mapping，Phys Med.Biol.2005年6月7日；50(11)：2651-61中提出了相应的B_o场校正。

发明内容

但是在现有技术中还未公开在全身MR-PET中使用的特殊的视场扩展。因此本发明要解决的技术问题是提供一种尤其适用于全身MR-PET的、在常见视场之外的区域中，也就是例如在磁共振设备的环形通道的边缘区域中对要检查对象的结构进行的忠于原状的成像。

根据本发明，提供一种用于在磁共振设备中确定检查对象-例如患者-的子部位的状态的方法。检查对象的子部位设置在磁共振设备的视场边缘上。在该方法中，对于一个MR图像自动确定至少一个层位置，在该层位置该MR图像边缘上的B₀场满足预定的均匀性标准。此外，在这些确定的层位置处拍摄MR图像，该MR图像包含视场边缘上的子部位。检查对象的子部位的状态将通过所拍摄的MR图像中的子部位的状态被自动确定。

开头提到的诸如磁场非均匀性的物理和技术条件通常不会在磁共振设备的视场的整个边缘区域中占据主导地位，而是在视场的边缘区域中依据位置而极大地不同。通过首先确定其中MR图像边缘上的B₀场满足预定均匀性标准的几个层位置，确定几个选择出的层位置，在这些选择出的层位置处拍摄即使在边缘区域也可以提供检查对象的忠于原状的成像的MR图像。由于在常见的检查对象-例如患者-中，该患者的位于边缘区域的子部位(例如该患者的手臂)在该边缘区域中连续延伸，因此可以借助来自事先确定的MR图像在选择出的层位置处的信息确定该子部位-例如手臂-的整个状态。患者的手臂例如可以看作圆柱体结构，从而在按照间隔的图像拍摄时显示出手臂的横向层图像拍摄的各个MR图像就足以总体采集手臂的结构。此外，在预定最大特殊吸收率(SAR)的情况下，限制于待拍摄的MR图像的单个层并且因此限制于该MR图像的少数几个层容许更高的梯度强度，由此可以进一步减少所拍摄的层中的失真。

根据一种实施方式，在第一层平面拍摄MR图像，并且为了对于该MR图像确定其中MR图像边缘上的B₀场满足预定均匀性标准的至少一个层位置，事先在第二层平面拍摄另一MR图像。在该另一MR图像中，对于该MR图像确定其中该另一MR图像边缘上的信号值满足预定的信号值标准的至少一个层位置。第二层平面例如可以是检查对象的冠状平面。第一层平面例如可以是检查对象的径向平面或横向平面。由于视场边缘上的B₀场的磁场强度通常在空间上周期性升高和降低，因此存在其中B₀场的场强近似等于常用的视场中的磁场强度或近似等于磁共振设备的等中心处的磁场强度的位置。这些位置例如可以在MR图像中检查对象的冠状平面中找到，方法是，在视场边缘采集检查对象的子部位的信号值。这些信号值例如仅当B₀场的磁场强度在该区域中近似等于等中心处的B₀场时才超过预定的阈值。此外，这些信号值还可以与相邻的信号值相比较，从而可以找到其中边缘上的信号值位于与相邻信号值的预定的信号值比之内的层位置。相邻的信号值例如可以是位于相邻层中或者进一步位于等中心方向上的信号值。因此，从冠状平面的MR图像中可以在例如横向平面或径向平面中对于MR图像确定其中该MR图像边缘上的B₀场足够均匀的层位置。通过这种方式可以通过在第二层平面(例如冠状平面)拍摄MR图像来自动在第一层平面(例如横向平面)规划其它MR图像。

根据另一实施方式，为了对于所述MR图像确定其中MR图像边缘上的B₀场满足预定均匀性标准的至少一个层位置，事先在平行于该MR图像的层平面的层平面拍摄多个MR图像，例如在径向平面或横向平面中的多个MR图像。然后检查该多个MR图像的边缘区域并且确定该多个MR图像中的其中边缘上的信号值满足预定信号值标准的那些MR图像。为此，边缘上的信号值例如可以与阈值相比较。这些信号值例如仅当B₀场的磁场强度在该区域中近似等于等中心处的B₀场时才超过预定的阈值。此外，这些信号值还可以例如与相邻的信号值相比较，从而可以找到其中边缘上的信号值位于与相邻信号值的预定的信号值比之内的层位置。相邻的信号值例如可以是位于相邻层中或者进一步位于等中心方向上的信号值。例如可以用减小的分辨率拍摄该多个MR图像，因为它们仅用于规划实际的MR图像拍摄。该多个MR图像的拍摄平面可以迭代选择，其中以粗略的栅格开始，然后迭代地细化该栅格。由此可以从多个MR图像中在例如横向平面或径向平面中对于这些MR图像确定其中MR图像边缘上的B₀场足够均匀的合适层位置。通过这种方式可以通过拍摄多个MR图像自动规划其中MR图像边缘上的B₀场足够均匀并且然后可以用更高的分辨率拍摄的这些MR图像。

在另一实施方式中，为了对于所述MR图像确定其中MR图像边缘上的B₀场满足预定均匀性标准的至少一个层位置，在包括视场边缘的视场中确定B₀场分布。该确定例如可以通过在磁共振设备的整个通道中自动测量B₀场来执行。然后所测得的值例如可以存储在磁共振设备的控制单元中，并且被分析以用于确定MR图像的层位置。由此使得不用在例如冠状层中进行上述测量就可以对于MR图像确定可用于在视场边缘上确定检查对象的子部位的状态的层位置。

如上所述，检查对象的子部位可以包括患者的结构，例如该患者的手臂，该结构设置在磁共振设备的视场边缘。基于对该结构的认识，例如对患者手臂的圆柱体类型的结构的认识，可以通过分析几个间隔着拍摄的MR图像来特别简单地确定该结构在磁共振设备中的状态。

根据一种实施方式，磁共振设备包括用于容纳检查对象的通道形状的开口，并且视场边缘包括沿着该通道形状开口的内表面的外壳区域。该外壳区域例如可以具有接近5cm的外壳厚度。在具有例如大约60cm直径的通道形状开口的常见磁共振设备中，B₀场通常在具有接近50cm直径的球形区域中是均匀的。但是在例如5cm厚的外壳区域中，B₀场在空间上明显周期性地升高和降低。但是通过对于MR图像确定其中MR图像边缘上的B₀场比预定阈值更均匀的层位置，即使对于外壳区域也可以在这些确定的层位置处在例如横向平面中拍摄MR图像。然后根据该横向平面的MR图像，通过检查对象的子部位-例如患者手臂-在所采集的MR图像中的状态可靠地确定该子部位的状态。

根据另一实施方式，依据检查对象的子部位的确定的状态来确定针对正电子发射断层造影的衰减校正。在正电子发射断层造影中，考虑所接收的射线(光子)在辐射方向上穿过检查对象的结构或解剖结构的衰减是具有决定意义的。通过由在确定的MR图像中检查对象的子部位的状态来确定在磁共振设备的视场边缘上的该子部位的状态，可以总体确定检查对象在磁共振设备中的状态和结构，并且由此可以对正电子发射断层造影进行精确的衰减校正。由于该衰减校正只基于来自MR图像的信息，因此还用不太强浓缩的PET追踪剂-例如铷-来执行正电子发射断层造影。

同样，确定检查对象的子部位在磁共振设备的视场边缘上的状态实现了对放射治疗规划的支持。

此外根据本发明，提供一种磁共振设备，包括用于控制具有用于产生B₀场的磁铁的断层造影装置(Tomographen)的控制单元、用于接收由断层造影装置拍摄的信号的接收装置以及用于分析信号和产生MR图像的分析装置。磁共振设备能够对于MR图像确定其中MR图像边缘上的B₀场满足预定均匀性标准的至少一个层位置。此外，该磁共振设备适于在确定的层位置拍摄MR图像。该MR图像包含检查对象的在磁共振设备的视场边缘上的子区域。根据子部位在该MR图像中的状态，磁共振设备确定检查对象的子部位在该磁共振设备中的状态。

该磁共振设备还可以包括正电子发射断层造影设备，并且依据检查对象的子部位在磁共振设备中的确定的状态来确定针对正电子发射断层造影设备的衰减校正。

此外，该磁共振设备可以构成为用于执行上述方法及其实施方式，并因此包括上述优点。

本发明还提供一种计算机程序产品，尤其是软件，该计算机程序产品可以被加载到磁共振设备的可编程控制器的存储器中。利用该计算机程序产品的程序工具，当该计算机程序产品在该磁共振设备中运行时，可以实施本发明方法的所有上述实施方式。

本发明还提供一种电子可读数据载体，例如CD或DVD，在该数据载体上存储了电子可读的控制信息，尤其是软件。当这些控制信息被该数据载体读取并且存储在磁共振设备的控制单元中时，可以利用该磁共振设备执行上述方法的根据本发明的所有实施方式。

附图说明

下面参照附图借助优选实施方式来解释本发明。

图1示意性示出根据本发明一个实施方式的磁共振设备。

图2示出在该磁共振设备的横向层平面中的B₀场偏差。

图3示出在该磁共振设备的径向层平面中的B₀场偏差。

图4示出在该磁共振设备的冠状层平面中的B₀场偏差。

图5示出在冠状层中靠近该磁共振设备的等中心处的B₀场偏差。

图6示出在冠状层中靠近磁共振设备的等中心处B₀场与叠加的梯度场。

图7示出在0cm的层位置处进行层激励时冠状层的层失真。

图8示出在0mm的层位置处进行层激励时冠状层的层失真。

图9示出在35mm的层位置处进行层激励时冠状层的层失真。

图10示出在-50mm的层位置处进行层激励时冠状层的层失真。

图11示出根据本发明的一个实施方式的用于确定在磁共振设备中检查对象的子部位的状态的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出磁共振设备1，该磁共振设备包括实际的断层造影装置2、用于位于断层造影设备2的开口5中的患者4的检查卧榻3、控制单元6、分析装置7和驱动单元8。控制单元6控制断层造影装置2并且从断层造影装置2接收由断层造影设备2拍摄的信号。此外，控制单元6对驱动单元8进行控制，以便将检查卧榻3沿着方向Z与患者4一起移动通过断层造影装置2的开口5。分析装置7分析由断层造影装置2拍摄的信号以产生磁共振图像(MR图像)。分析装置7例如是具有显示屏、键盘、指示输入设备如鼠标以及数据载体的计算机系统，在该数据载体上存储了可电子读取的控制信息，该信息被构成为在使用分析装置7中的数据载体时执行下面描述的用于确定在磁共振设备中患者的子部位的状态的方法。

磁共振设备1可以在通过断层造影装置2内部的开口5限定的空间内产生磁共振断层造影相片。由于物理技术上的不足-例如分布在Z方向上的B₀场的磁场非均匀性以及梯度场的非线性，实际可用于磁共振拍摄的磁共振设备1的空间限于例如在开口5内球形延伸的空间9。如图1所示，尤其是位于可使用空间9和断层造影装置2的内壁之间的外壳区域10由于上述物理技术上的不足而不能使用或只能有限使用。但是，如果将磁共振设备1用于确定患者4的状态和解剖结构，以结合未示出的正电子发射断层造影设备使用，则需要在辐射方向上确定患者4的完整解剖结构，也就是说，尤其是还需要患者4在外壳区域10中的解剖结构以例如一起采集患者4的手臂。根据所采集的患者4的解剖结构，可以确定对分析正电子发射断层造影照片具有决定性意义的人的衰减校正。

在后面参照图11来描述用于确定患者4的准确解剖结构的方法。但是事先要参照图2至图10讨论几个基础，这些基础对于理解结合图11描述的方法是有意义的。

在可测量空间的最外面的边缘上-即在图1的外壳层10范围中-的磁场非均匀性导致待测量层的急剧弯曲。在图2至图4中示出不同平面中的B₀磁场非均匀性。在图2中示出横向层中的B₀场偏差，在图3中示出径向层中的B₀场偏差，在图4中示出冠状层中的B₀场偏差。在图2所示的横向层的B₀场偏差中，示出3条具有分别针对偏差5ppm、10ppm和50ppm的恒定B₀场偏差的线。如图2所示，B₀场的偏差在外壳区域10中，尤其是在最外面的5cm中显著升高。但是，其中在横向断层平面中的B₀场偏差显著升高的外壳层的厚度也强烈取决于横向层在Z方向上的位置。这从图3的径向平面中以及图4的冠状平面中显示出的B₀场偏差可以清楚看出。如图3和4所示，B₀场的场强在磁共振设备的视场边缘在空间上周期性地升高和降低。其原因通常是磁场线圈在磁共振设备中的放置。在图4所示的情况下，5个磁场线圈导致在这些线圈附近相应的磁场升高(在冠状显示中分别在左侧和右侧)，并且导致磁场线圈之间的磁场降低。由此产生了所示出的周期性的磁场特性。该磁场在所述升高和降低之间是比较均匀的，并且在此实现了在包括边缘的扩大的视场中的层拍摄。由此产生其中在外边缘方向上的B₀场偏差非常小的位置，以及其中B₀场偏差在离开口5的边缘一点距离处就已经明显存在偏差的其它位置。如果在其中B₀场的偏差在外壳区域10中非常小的横向层中拍摄MR图像，则在该层位置中会产生减小的层弯曲，从而在这些层中的外壳区域10中也能实现患者4的忠于原状的成像。

在图5至图7中，层弯曲的问题被详细示出。在图5中示出冠状层在等中心附近的B₀场偏差。该B₀场偏差以具有恒定B₀场偏差(10ppm，20ppm，50ppm，100ppm和150ppm)的线的形式示出。图5的显示基本上与图4的B₀场偏差的剖面图相应。

图6示出图5的B₀场，该B₀场与理想的层选择性的3mT/m的Z梯度叠加，其中各个横向层都在等中心处被激励。如图6所示，具有相同磁场强度的线(2894.1，2498.2和2894.3)在边缘区域，即在从x＝-200mm到x＝-300mm的区域内强烈弯曲。由此在边缘上由于B₀场非均匀性而产生图7所示的强烈的层失真。

参照图8至图10，很明显这样的层失真很大程度上取决于层位置。图8示出针对Z＝0mm的层位置的层失真，在该层位置根据图5和图6强烈的B₀场偏差占据主导地位，由此出现冠状层的强烈弯曲。图9示出在对Z＝35mm处的层位置进行层激励时的冠状层的层失真，在该层位置根据图5和图6在边缘区域中，即在外壳区域10中存在比较小的B₀场偏差。图10示出针对在Z＝-50mm处的层激励的冠状层的相应层失真。此外，在图9中可以识别出层的扩展趋势，在图10中可以识别出层在边缘的共压缩(Zusammenstauchung)。扩展一般比共压缩要好，因为否则可能出现信息丢失。这取决于层位置和梯度极性。

如结合图2至图10所描述的，可以在适当选择层位置时产生各个横向的MR层图像照片，这些MR层图像照片实现对诸如患者4的检查对象直到磁共振设备的视场边缘区域的忠于原状的成像。因此在如图11所示的本发明方法中，在第一步骤101中拍摄检查对象或患者4的冠状层。在此有意义的是，对于该冠状层的读取方向(Readout方向，该方向被频率编码)选择与稍后将在步骤103拍摄的横向平面中的MR图像的层选择方向(slice selection方向，该方向也被频率编码)相同的方向。由此在该冠状层中就可以看见在步骤103中将拍摄的MR图像的弯曲，并且在规划时可以考虑该弯曲。

然后在步骤102中确定针对横向层图像照片的这样的层位置，即在这些层位置处B₀场在边缘区域出现大的均匀性。这些层位置将在冠状层的MR图像中通过以下方式得到确定，即在冠状层图像中查找外壳区域10中的具有高信号电平的位置，因为在这些位置处B₀场的均匀性最大。替换或附加的，在边缘区域具有B₀场的大均匀性的横向层位置还可以根据事先确定的B₀场分布来确定，该B₀场分布例如结合图2至图4被描述过。B₀场的尺寸例如可以在制造磁共振设备1时可以一次性针对不同运行状态采集，并且存储在控制单元6或分析装置7中。此外还可以采集一张3D立体照片并在该照片中确定适当的横向层位置。

然后在步骤103中，在所述确定的层位置处拍摄横向层中的MR图像，并在步骤104中确定检查对象在所拍摄的MR图像中的位置和横截面。此外还可以拍摄倾斜分布的平面中的MR图像，即这些平面既在横向方向上又在径向方向上延伸，以例如在扩大的视场中采集MR图像，该扩大的视场具有在Z方向上离等中心更大的距离。

在引入例如患者4手臂的结构基本上是圆柱体结构的预备知识-该圆柱体结构在多个有间距的横向MR层图像之间连续延伸-的情况下，在步骤104中附加地例如通过插值总体确定检查对象的位置和横截面。然后在步骤105中，可以在考虑患者4的位置和横截面的情况下确定针对PET照片的衰减校正。接着在步骤106中采集PET照片，并且使用事先确定的衰减校正来计算该PET照片。