专利名称：利用交互式对比度优化的磁共振成像的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及核自旋层析摄影(同义语磁共振层析摄影，MRT)，它们在医学中用于对患者进行检查。本发明尤其涉及一种可以实现交互式对比度优化的磁共振成像方法以及一种实施这种方法的核自旋层析摄影装置。
背景技术：
MRT以核自旋共振物理现象为基础，并作为成功地应用于医学和生物物理学领域的成像方法已有超过15年的历史。在这种检测方法中，物体接受一个强稳定磁场。由此使物体内原本定向杂乱的原子的核自旋得以校准。高频波将“排列好的”核自旋激励为某种振荡。这种振荡在MRT中产生实际的测量信号，这些测量信号可由适当的接收线圈接收。通过使用由梯度线圈产生的不均匀磁场，可以对检测物体在所有三个空间方向上进行空间编码。这种方法允许自由选择待成像层，以获取人体在所有方向上的断层图像。MRT作为应用于医疗诊断的断层图像方法，突出的特点首先在于它是一种通过多方面的对比能力而进行的“非侵入”检查方法。在此，MRT方法远远超过计算机X射线层析摄影法(CT)。
磁共振层析摄影的主要优点在于其突出的软组织显示特性，即在重现的MRT图像中出色的软组织部分的对比度。其原因在于以复杂方式反映氢原子核与其周围环境的相互作用的、该组织的不同弛豫时间T1(纵向磁化)和T2(横向磁化)以及T2*(横向磁化的有效弛豫时间)。然而质子密度ρ在磁共振成像中也起着一定的作用。其中，“质子密度”这个概念包含人体组织中其核自旋信号对MR图像信号作出贡献的部分质子。它们主要是游离脂肪酸的水质子和甲基质子。在细胞膜、蛋白质或其它相对硬的大分子结构中的氢原子核通常对MRT信号没有贡献；其信号在数据采集时就已衰减到零。
CT图像的图像对比度仅取决于被观察的组织的电子密度，而核自旋信号以及与此相关的MRT图像的特性则由三个与组织相关的参数ρ、T1、T2和T2*以及所使用的脉冲序列的类型和相应的拍摄参数来确定。MRT信号的这种可变性使得可以通过适当地选择脉冲序列和拍摄参数对一定组织结构间的图像对比度进行优化。以这种方式可以得到尽可能好的组织结构间的差异，例如健康组织和肿瘤组织间的差异。
按照现有技术，例如在诊疗程序中，有越来越多地利用不同拍摄参数获得的MRT图像，这些图像是这样选择的各图像的对比度主要由一个组织参数确定。这些图像被称为T1加权图像、T2加权图像、T2*加权图像或ρ加权图像。
图3示出了现有技术中一种这样的方法。在步骤S8从选择一定的成像序列(例如T1加权、T2加权、或ρ加权)和确定序列特征参数(例如重复时间TR、回波时间TE、触发角α等)开始。然后在步骤S9实施测量，并产生步骤S10的被测量层的原始数据。在步骤S11，将以矩阵形式存在的原始数据在计算机中进行处理(首先是傅立叶变换)，然后在步骤S12，为使用者显示MRT图像(通常是在显示屏上)。该用户在步骤S13须确定该图像的对比度是否满足要求(步骤S14)，其中，在步骤S15还可以接受对图像对比度的准优化。如果图像的对比度不够，则将在步骤S16利用其它参数有时也用其它序列类型使测量重复进行(再从步骤S8开始)，直至产生出具有足够对比度质量的图像。
这种方法的缺点在于，人们受限于所选序列所产生的结果对比度加权，无法有目的地改进对比度。另一方面这类对比度优化十分费时，因为上述所有步骤都须重复进行。

发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能够改进对比度的磁共振成像方法和装置。
本发明的上述技术问题是通过一种优化MRT图像的方法解决的，其具有如下步骤-确定一个多对比度序列，用于激励一物体的待测量层内的核自旋，-确定该序列的特征参数，-利用上述确定的序列测量该层的多个原始数据形式的对比度变量，-对该层的原始数据进行处理并由此产生该层的多幅具有不同对比度的图像，-通过选择由用户接口实时获得的多对比度序列图像的组合，在交互实时改变对比度的基础上产生具有优化的对比度的图像。
按照本发明，所述交互实时改变对比度是利用组合算法(Verknuepfungsalgorithme)通过像素运算实现的。
当在一个监视器上实现所述交互实时改变对比度时，是具有优点的。
在另一种实施方式中，该交互实时改变对比度是通过一个窗口实现的，其中，该窗口也可作为软件工具在监视器上实现。
同样具有优点的是，与所述交互实时改变对比度并行地利用其它序列或其它序列参数对该层进行其它测量，从而提供该层的其它临时图像。本方法的这种实施方式使得在利用其产生优化的图像对比度时可以节省大量时间。
此外，按照本发明，还提供了一种实施本方法的核自旋层析摄影仪。其具有一个装置计算机，一个高频系统和一个发射信道，该发射信道用于以序列特征参数产生一多对比度序列，以激励物体的待测量层内的核自旋；还具有一个高频天线，用于以预先确定的序列测量该层的多个原始数据形式的对比度变量；其中，所述装置计算机这样处理该层的这些原始数据产生该层的多幅具有不同对比度的图像；以及一个用户接口，通过该用户接口可以由选择这些图像的组合来改变最终图像的对比度，并由此使之得到改善。
此外，本发明的核自旋层析摄影仪的交互实时改变对比度是利用组合算法通过像素运算实现的。其中，所述交互实时改变对比度是在显示屏上实现的。
按照本发明的一种实施方式，所述交互实时改变对比度是通过一个窗口实现的。
按照本发明的另一实施方式，与所述交互实时改变对比度并行地利用其它序列或其它序列参数对该层进行其它测量，从而提供该层的其它临时图像。
此外，按照本发明，还提供了一种在与该核自旋层析摄影仪相连接的计算装置上运行的、实现上述方法的计算机软件产品。


下面将借助于附图和本发明的实施方式对本发明的其它优点、特征和特性作进一步地描述
图1示出了按照本发明的磁共振成像层析摄影仪或核自旋层析摄影仪的示意图，图2示出了本发明方法的示意图，图3示出了一种现有技术的方法的示意图。
具体实施例方式
图1示出了用于按照本发明产生一物体的核自旋图像的磁共振成像层析摄影仪或核自旋层析摄影仪的示意图。其中，该核自旋层析摄影仪的结构相当于一个常规层析摄影仪的结构。基本磁场磁铁1产生一个在时间上的稳定强磁场，用以极化或校准物体的被检查区域(例如对人体的待检查部位)内的核自旋。核自旋共振测量所需的高度均匀的基本磁场被限定在一个例如球形的测量空间M中，人体的待检查部位被置于其中。为了支持均匀性要求，尤其是为了消除时间不变的影响，在适当的位置上设置了所谓的由铁磁材料制成的调节片。对于时间可变的影响将通过由调节电源15控制的调节线圈2消除。
在基础场磁铁1中装有一个圆柱形的梯度线圈系统3，它由三个子绕组构成。每个子绕组由放大器14供电，用以在笛卡儿坐标系的各个方向上产生线性梯度场。其中，该梯度场系统3的第一子绕组产生x方向上的梯度GX，第二子绕组产生y方向上的梯度GY，第三子绕组产生z方向上的梯度GZ。每个放大器14都包括一个数字-模拟转换器DAC，它在序列控制器18的控制下适时产生梯度脉冲。
在该梯度场系统3中有一个高频天线4，它将由高频功率放大器发出的高频脉冲转换为交变磁场，用于核激发和校准待检查物体或物体的待检查区的核自旋。该高频天线4由一个或多个高频发射线圈和一个或多个高频接收线圈构成，还可由组件线圈的排列构成(通常称为“线圈阵列”或“相阵线圈”)。该高频天线4的高频接收线圈还将由精确核自旋发出的交变场(即通常由一个由一个或多个高频脉冲构成的脉冲序列和一个或多个梯度脉冲引发的核自旋回波信号)转换为电压，该电压经放大器7引入高频系统22的高频接收信道8。该高频系统22还包括一个发射信道9，在其中产生用于激发核磁共振的高频脉冲。其中各高频脉冲依据由装置计算机20预先给定的脉冲序列在序列控制器18中被数字化地表示为复数序列。该复数序列分为一个实数部分和一个虚数部分，它们分别经过输入12引入高频系统22中的数字-模拟转换器，并由此引入发射信道9。在发射信道9中，用一个高频载波信号对该脉冲序列加以调制，该载波信号的基频与测量空间中的核自旋谐振频率相同。
从发射操作到接收操作的转换是通过发射-接收预选器6实现的。高频天线4的高频发射线圈向测量空间M发射高频脉冲以激发核自旋，并通过高频接收线圈对产生的回波信号取样。所获得的相应核共振信号将在高频系统22的接收信道8中按相位解调，并通过模拟-数字转换器分别转换为测量信号的实数部分和虚数部分。通过图像计算机17可以利用所获得的测量数据再现图像。对测量数据、图像数据以及控制程序的管理均由装置计算机20来完成。序列控制器18依据预先的设定、利用控制程序控制当前所期望的脉冲序列的产生，以及相应的在k空间的取样。该序列控制器18尤其还对所述梯度的适时通断、发出具有确定相位和振幅的高频脉冲、以及核共振信号的接收进行控制。同步器19为该高频系统22和序列控制器18提供时基。利用一个包括键盘和一个或多个显示屏的终端21，可以选择相应的控制程序以产生核自旋图像，并显示所产生的核自旋图像。
按照本发明，该装置的运行如下所述(参见图2所示的流程图)如上所述，在步骤S1，在发射信道9中通过装置计算机20和序列控制器18产生一个预先确定的多对比度序列，通过该多对比度序列产生物体待测量层的具有不同对比度的多幅图像。下面对可能的多对比度序列举例说明(以MR序列缩写形式，对特殊的命题使用适当的参数)，其中，在大多数情况下还给出了加权类型TSE(具有多个对比度的快速自旋回波(共享回波))ρ，T2，DESS(双回波稳态)T2HASTE(半傅立叶RARE双对比度)T2，MEDIC(多回波数据图像组合)T2*，HIRE(高密度衰减，“暗流”)T2，SINOP(同时同相异相)T1，Interleaved fat water dual spin echo(交织的脂肪水双自旋回波)这种方法首先由Kwok等人在“Joumal of Magnetic Resonance 13318-323，2001(“磁共振”杂志，2001年，卷13，第318～323页)”中发表。
在步骤S1除了确定序列类型还确定标识这些序列类型的参数，如重复时间TR、回波时间TE、触发角α等。作为序列类型例如可以选择一个前面提到过的多对比度序列。多对比度序列的特点是，根据通过一个或多个适当的高频脉冲或通过适当的梯度电路对物体的核自旋激励产生至少两个或多个回波，从而产生至少两个或多个同一层的前后相接的图像。其中应注意的是，使用这样的多对比度序列，其前后相接的回波的图像通常应具有非常不同的对比度，从而使彼此相互区别开。例如在T2加权的图像中，除了肌肉和脂肪组织，突显出的还有液体如脑室(即大脑中充有液体的腔体)。但在第一自旋激励之后100至300毫秒的回波所产生的图像由于脂肪和肌肉组织自旋的较短的指数下降的T2衰减则只有液体结构是可见的。
因此，要充分利用测得的图像的这种明显的对比度差异。其中，例如在上述例子中将纯液体图像从最先测得的图像中减去(如何进行这种图像相减将在后面进行描述)，可得到肌肉组织、软骨组织和脂肪组织对比度更加清晰的图像。
如果在步骤S2根据所选择的多对比度序列对一层的多个对比度变量进行了测量，则在步骤S3产生所测量层的、与这些不同的变量相应的原始数据矩阵。这些原始数据矩阵将在步骤S4在装置计算机20中被处理(主要是傅立叶变换)，并在步骤S5以MRT图像(例如作为临时图像数据)的形式被存储到图像计算机17和装置计算机20的存储器中。通常在一个显示屏上为使用者显示一个或多个这种图像作为MRT图像。
在步骤S6，使用者可以根据自己的考虑将那些所测得的、显示屏上显示出的、具有不同对比度的MRT图像相互关联起来。这例如可通过在监视器的一个或多个作为软件工具实现的窗口(滑框(Slider))上点击鼠标选择图像以及所期望的关联方式来实现。迄今为止公知的有“中心/窗口(Center/Window)”功能(中心给出图像显示的高，窗口给出图像显示的宽度)。如果用户例如现在想将图像B以相应的加权(例如0.5)从图像A中减去，则他点击图像A，然后点击与相减算法相应的图标(显示屏上的符号窗口)，并且然后点击图像B。在后台，即在图像计算机17或装置计算机29中，将借助像素运算实施图像处理操作A-0.5·B。可考虑的组合算法有加法、减法、乘法、对数运算、自加权(通过这种算法可改善信噪比)、平方和-平均(Quadratsummen-Mittelung)(平方和，SOS)、高通滤波、低通滤波等。
在步骤S7，将处理过的具有优化对比度的结果图像存入档案文件。
在本发明的另一实施方式中，可在与使用者在监视器上进行交互实时改变对比度的同时利用其它序列或其它序列参数对层进行其它测量，以便提供该层的其它临时图像。由此可以产生更多不同的图像，以及由此可以大大增加对比度组合的数目。
利用本发明的方法和核自旋层析摄影仪对图像进行后优化(后处理)的速度与多平面重现(MPR)相似。
权利要求
1.一种优化MRT图像的方法，其特征在于，其具有下述步骤-确定一个多对比度序列，用于激励一物体的一待测量层内的核自旋，-确定该序列的特征参数，-利用预先确定的序列测量该层的多个原始数据形式的对比度变量，-对该层的上述原始数据进行处理，并由此-产生该层的多个对比度彼此不同的图像，-通过选择由用户接口实时获得的多对比度序列图像的组合，在交互实时改变对比度的基础上产生具有优化的对比度的图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述交互实时改变对比度是利用组合算法通过像素运算实现的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述交互实时改变对比度是在显示屏(21)上实现的。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述交互实时改变对比度是通过一个窗口实现的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于与所述交互实时改变对比度并行地利用其它序列或其它序列参数对该层进行其它测量，从而提供该层的其它临时图像。
6.一种用于实现权利要求1至5中任一项所述方法的核自旋层析摄影仪，具有一个装置计算机(20)，一个高频系统(22)和一个发射信道(9)，该发射信道(9)用于以序列特征参数产生一多对比度序列，以激励物体的待测量层内的核自旋；还具有一个高频天线(4)，用于以预先确定的序列测量该层的多个原始数据形式的对比度变量；其中，所述装置计算机(20)这样处理该层的这些原始数据产生该层的多幅具有不同对比度的图像；以及一个用户接口(21)，通过该用户接口(21)可以由选择这些图像的组合来改变最终图像的对比度，并由此使之得到改善。
7.根据权利要求6所述的核自旋层析摄影仪，其特征在于所述交互实时改变对比度是利用组合算法通过像素运算实现的。
8.根据权利要求6或7所述的核自旋层析摄影仪，其特征在于所述交互实时改变对比度是在显示屏(21)上实现的。
9.根据权利要求6，7或8所述的核自旋层析摄影仪，其特征在于所述交互实时改变对比度是通过一个窗口实现的。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的核自旋层析摄影仪，其特征在于与所述交互实时改变对比度并行地利用其它序列或其它序列参数对该层进行其它测量，从而提供该层的其它临时图像。
11.一种计算机软件产品，其特征在于，当其在连接到所述核自旋层析摄影仪上的计算装置上运行时，实现权利要求1至5中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明一般涉及核自旋层析摄影(同义语磁共振层析摄影，MRT)，它们在医学中用于对患者进行检查。尤其涉及一种可实现交互式对比度优化的磁共振成像方法以及一种实施这种方法的核自旋层析摄影装置。该优化MRT图像的方法具有下述步骤确定一个多对比度序列，以激励对象的一个待测量层内的核自旋；确定该序列的特征参数；利用预先确定的序列测量该层的多个原始数据形式的对比度变量；对该层的原始数据进行处理，并由此产生该层的多个对比度不同的图像；通过选择由用户接口实时获得的多对比度序列图像的组合，在交互实时改变对比度的基础上产生具有优化的对比度的图像。
文档编号G01R33/56GK1418597SQ0215146
公开日2003年5月21日 申请日期2002年11月14日 优先权日2001年11月14日
发明者迈克尔·戴姆林 申请人:西门子公司