申请/专利权人：西诺德牙科设备有限公司

申请日：2015-05-19

公开（公告）日：2020-01-10

公开（公告）号：CN106461747B

主分类号：G01R33/56(20060101)

分类号：G01R33/56(20060101)

优先权：["20140519 DE 102014209437.2"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.01.10#授权;2017.04.26#实质审查的生效;2017.02.22#公开

摘要：一种利用核磁共振成像为循环运动至少一个阶段拍摄图像（B）的方法，包含的方法步骤是：在利用径向或近似径向的k空间局部轨迹（k1...kx）进行拍摄的时间段T期间，生成循环运动的原始数据集（r1...rx）；由至少一个具有高时间分辨率的所述原始数据集（r1...rx），分别为所述原始数据集（r1...rx）的至少一个相应片段，即感兴趣区（Region‑of‑Interest,ROI），重建一系列中间图像（z1...zy）；由所述一系列中间图像（z1...zy）计算出距离矩阵D，其中每个矩阵元素D相当于所述系列的第一个中间图像（z1...zy）到第一个的距离，或者到所述系列另一个中间图像（z1...zy）的距离；借助主动轮廓方法，使函数（v1...vz）与所述距离矩阵D中形成的结构相拟合；以及由所述原始数据集（r1...rx）重建至少一个图像B，所述原始数据集相当于经拟合的曲线（v1...vz）与所述距离矩阵D一行的交集S。

主权项：1.一种用于生成循环运动的至少一个阶段的磁共振层析图像（B）的方法，包含如下方法步骤：a.在具有k空间局部轨迹（k1...kx）的记录时间段（T）期间，生成循环运动的原始数据集（r1...rx）；b.重建一系列至少两个中间图像（z1...zy），其中所述中间图像中的每个分别由至少一个原始数据集（r1...rx）至少为所述原始数据集（r1...rx）的相应片段创建得出；c.由所述一系列中间图像（z1...zy）计算出距离矩阵（D），其中每个矩阵元素相当于所述系列的某一个中间图像（z1...zy）到自身以及到所述系列的至少一个另外的中间图像（z1...zy）的距离；d.使函数（v1...vz）与所述距离矩阵（D）中形成的结构相匹配；以及e.由原始数据集（r1...rx）重建至少一个图像（B），所述原始数据集相当于所述函数（v1...vz）与所述距离矩阵（D）的分配给一个中间图像的条目的交集（S）。

全文数据：利用核磁共振成像为循环运动拍摄图像的方法技术领域[0001] 本发明涉及一种利用核磁共振成像为循环运动的至少一个阶段拍摄图像的方法。背景技术[0002] 为了利用核磁共振成像为物体运动的不同阶段拍摄图像，例如拍摄颂骨的咀嚼运动，通常是对运动的单个位置进行拍摄。为此需要一种器具，将物体，例如颂骨，固定在不同位置中。通过这样的固定，便可以针对各个位置生成图像所需的足够的核磁共振成像数据。当然，这种拍摄方式成本是很高的，并且无法反映出可能的动态效果，因为动态效果只会在真实的运动过程中出现。[0003] 如果运动足够慢，例如阻嚼运动足够慢地进行，也可以在单独一次运动循环中针对每个运动阶段生成足够的核磁共振成像数据。这一点在例如S.Zhang等人著述的“Real-TimeMagneticResonanceImagingofTemporomandibularJointDynamics，，颞下颂关节动态运动磁共振实时成像中有过描述，发表在《TheOpenMedicalImagingJournal开放医学成像杂志，2011年，第5期，第卜7页。[0004]当然，例如缓慢的咀嚼运动对于病人来说是很难完成的，必须进行训练或加以协助。此外，借助此方法也不能描绘只在正常的运动速度下才出现的动态效果。[0005] 在循环运动中，可以生成有关运动多个循环的数据集，并且随后还可以将这些数据集分别分配给运动的一个阶段。因此，所有与阶段对应的数据集都可以是相应运动阶段的图像的基础。[0006] 为了实现上述分配，可以借助例如一个器具来记录运动的位置。但缺点是，额外的器具会产生费用。[0007] 2013年9月在《MagneticResonanceinMedicine》医学核磁共振，第70卷，第865-874页中发表的A.D.Scott等人著述的“AdaptiveAveragingAppliedtoDynamicImagingoftheSoftPalate”适用于软腭动态成像的自适应平均中，描述了一种对运动拍摄图像的方法，这种方法确定了单个实时图像之间的相关系数。借助此相关系数识别同一个运动阶段的实时图像，并且构成此运动阶段的整体图像的基础。[0008] S卩，所述的方法修正信噪比SNR小的图像，而不必为此再进行循环运动。对相关系数高的图像取平均值，以提高SNR。但此方法的缺点是，需要对k空间进行密集扫描，以获得无伪影的图像，其时间和空间分辨率是受限的。空间分辨率例如在1.6X1.6和2.0X2.0mnT2之间。时间分辨率在例如多个线圈同时成像时可以达到50-lllms。只使用一个线圈进行测量，时间分辨率就只有150-300msJMJ颞下颂关节拍摄所需的空间和时间分辨率最大是0.75X0.75mnT2和100ms。另一缺点是，成对关系的错误或不明确的最大值可能会导致扭曲的结果，因此该方法不够合适。[0009] 本发明的目的是，提供一种尤其简单且可靠的方法，以高时间分辨率和高空间分辨率为循环运动的各个运动阶段拍摄图像。发明内容[0010] 此发明的目的通过一种利用核磁共振成像为循环运动至少一个阶段拍摄图像的方法来实现，此方法包括以下的方法步骤:在利用k空间局部轨迹进行拍摄的时间段T期间，生成循环运动的原始数据集；由至少一个原始数据集，分别为原始数据集的至少一个相应的片段，即感兴趣区域Reg1n-of-1nterest,R0I重建一系列中间图像，一系列是指至少重建两个中间图像；由这一系列的中间图像计算出距离矩阵，其中每个矩阵元素D相当于该系列某一个中间图像到自身的距离，或者到该系列另一个中间图像的距离;使曲线或函数与距离矩阵D中形成的结构相匹配或拟合或接近；以及由原始数据集重建至少一个图像，这个原始数据集相当于经拟合的曲线或函数与从属于一个中间图像的距离矩阵元的交集。[0011] 所述k空间局部轨迹在此可以是径向的或近似径向的。[0012] 所述中间图像的重建可以以高时间分辨率进行。[0013] 所述距离矩阵可以是二维的、三维的或多维的距离矩阵。[0014] 在二维的距离矩阵中，这些结构可以是线。[0015] 所述交集可以具有多个交点。[0016] 所述曲线或函数可通过例如曲线积分最大化，与距离矩阵D中形成的线相匹配。为了实现曲线积分的最大化，可以使用例如主动轮廓Active-Contour方法抑或“曲线拟合”Curve-Fitting方法。[0017] 对此备选地，还可以使用所谓的简单匹配算法Brute-Force或穷举算法。在利用算法解决问题的方法中，将所有可能的解决方法都试一遍，直到找到正确答案。[0018] 通过根据本发明的方法，可以利用核磁共振成像对物体发生重复运动的各个阶段拍摄图像，而不需要提高运动的要求或调节数据获取的速度。例如，可以反映出颞下颂关节在正常速度下连续进行咀嚼运动或重复进行说话运动的不同阶段，方法是:对运动的多个循环进行测量。[0019] 为了利用核磁共振成像进行测量，需使用被称为测量顺序的时间顺序，该顺序由磁性的梯度场、高频脉冲和信号接收时间组成，在拍摄期间要一次或多次经历该顺序。在此期间，测量顺序预先规定了例如频率的时间走向和梯度场的场强以及频率脉冲。[0020] 从所选的测量顺序中得出k空间轨迹，所谓k空间轨迹，是指k空间中测量点的顺序，其中用k空间来表示二维或三维综合波形矢量k的线性矢量空间，其以傅立叶变换方式转换成位置空间。相应地，也常常使用波形矢量空间这一名称来称呼k空间。[0021] 根据本发明，使用由径向或近似径向的k空间局部轨迹组成的k空间轨迹来扫描k空间。人们也把延伸经过k空间中点的单条线，包括测量点，称为k空间局部轨迹。它们类似于圆直径，从外而来，穿过中点，再向外而去，也被称为“轮幅”或“偏心线”。在特殊情况下，“径向偏心”是指只从中点朝外延伸的k空间局部轨迹。[0022] 近似径向的k空间轨迹的示例是PROPELLEREPI发表于《MagneticResonanceinMedicine》学核磁共振2005年11月；545:1232-40，“PROPELLEREP1:anMRItechniquesuitablefordiffus1ntensorimagingathighfieldstrengthwithreducedgeometricdistort1ns.”螺旋桨平面回波成像:一种适用于几何失真降低的高场强扩散张量成像的MRI技术，Wang等人著述。[0023] 在拍摄时间段期间，扫描k空间时测出的原始数据集被存储下来，例如依次存储在存储单元中。[0024]原始数据集可以是测量k空间中各个点时记录下来的信号。原始数据集也可以包含测量k空间局部轨迹时记录下来的信号，或者包含k空间测量点其他任意一个分组的信号。通常，将由多个测量点组成的k空间局部轨迹或者在相应测量点上拍摄的测量数据分别作为原始数据集存储起来。[0025]由原始数据集重建具有高时间分辨率的中间图像。高时间分辨率可以通过低位置分辨率来实现，或借助扫描伪影通过高位置分辨率来实现。通过减少每个图像的k空间局部轨迹或原始数据集的数目，来提高时间分辨率。[0026] 通过平行成像，能够进一步减少k空间局部轨迹的数目。[0027] 重建可以针对所有局部的拍摄窗口进行。将重建限制在感兴趣区Reg1n-of-1nterest,R0I，可以降低计算费用。此外，还可以由此减少和或避免对环绕运动关节和运动对象的周边区域的影响，并因此改善拍摄图像的质量。经重建的中间图像整体被称为中间图像系列。[0028] 从中间图像系列中计算出距离矩阵，其中在特定的距离度量或标准下，计算出该系列每一个中间图像与该系列其他中间图像的间距，或者与自身的间距，并且作为距离矩阵的矩阵元素存储下来。可以使用例如欧氏距离矩阵，这种矩阵将中间图像相互之间的欧氏间距作为矩阵元素:D=dij；dij=-1z1-zj12但也可以使用其他能够描述两个图像之间相似性并因此作为相似尺度的标准。[0029] 相当于每个中间图像与自身的对比、位于主对角线上的矩阵元素由于完美的一致性具有根据矩阵元素定义的最小值和最大值。因此在距离矩阵的示意图中，需明显看出一条沿着主对角线延伸的直线。由于运动重复发生，与主对角线平行以及垂直地形成了其他类似的结构或线。运动的重复越有规律，形成的线就与主对角线越相似。运动在时间上的重复越无规律，形成的线与直线走向偏移得越大或者具有空隙。[0030] 对于距离矩阵的每一行来说，形成的线与该行的交点表示最小间距，即用来比较的中间图像与基于该行的中间图像具有最大的一致性。[0031] 为了找到这些交点，利用主动轮廓方法，也称为活跃轮廓或蛇形法，通过一条曲线或样条与这些线接近或拟合。为此，将与主对角线平行推移的直线分别作为起始位置，并且使所属的动能函数最小化，使一维的样条，即一维的SpIine，与其中一条线，即与此线的走向相匹配。[0032] 借助这样找到的曲线或样条，以所述线与距离矩阵一行的交点为基础，算出原始数据集。由针对距离矩阵的一行如此测得的原始数据集子群重建图像，该图像正好反映出运动的一个阶段。[0033] 有利的做法是，所述距离矩阵是欧氏距离矩阵。欧氏距离矩阵是实现距离矩阵的简单方案。[0034] 有利的做法是，可以利用布局模式对k空间进行扫描，所述布局模式为k空间局部轨迹或轮幅的连续子群确保了在k空间尽可能均匀分布的布局。[0035]扫描可以根据例如不定期的布局模式进行。[0036] 对于图像的质量来说，重要的是对k空间轨迹，也被称为样品轨迹进行选择，使以一个图像为基础的k空间局部轨迹子集的角度在k空间中尽量均匀分布。在测量循环运动时尤其会存在的危险是，在样品轨迹和所述运动之间存在差拍，因此能够分配给单独一个运动阶段的k空间局部轨迹子群不能尽可能均匀地扫描k空间，并因此不能提供足够的k空间ί目息O[0037] 通过非周期性的扫描，能够避免k空间扫描和所述循环运动产生差拍，并且在最终基于一个图像的k空间局部轨迹中将k空间中间空间的最大变数降至最低。由此改善层图像或体图像的质量。[0038] 有利的做法是，时间上连续的径向或近似径向的k空间局部轨迹kl...kx围成的角度相当于黄金角度。[0039] 黄金角度，8卩137.5°或222.5°的角度是一种简单且可靠的方法，避免K区扫描和运动循环之间产生差拍，并且在最终基于一个图像的k空间局部轨迹中将中间空间的最大变数降至最低。对于由于运动而连续发生的或合并起来的k空间局部轨迹子集来说，黄金角度确保了尽可能均匀分布的角度。附图说明[0040] 借助附图阐述了根据本发明的方法。其中:图1示出了本发明的示意图；图2示出了径向的k空间局部轨迹。具体实施方式[0041]图1至少局部地借助咀嚼运动的测量示意性地示出了根据本发明的方法的流程。借助由现有技术已知的MRT系统，在时间间隔T期间对病人的颞下颂关节进行测量，其中病人在此时间间隔T期间进行咀嚼运动。在测量时，对径向的k空间局部轨迹kl、k2、k3...kx进行扫描，并且以原始数据集rl、r2、r3...rx的形式生成测量数据，并且例如依次存储在存储单元的存储区域中。[0042] 对此k空间按例如黄金角度进行扫描，即两个时间上连续的径向的k空间局部轨迹kl、k2、k3...kx总是围成一个角度，此角度等于黄金角度，S卩137.5°或222.5°，如图2中展示的那样。[0043] 在此仅以下颂关节咀嚼运动为例，对测量进行描述。但也可以测量嘴巴重复进行的说话运动或循环发生的张嘴和闭嘴运动，抑或测量处于运动中的其他关节，例如膝关节。但也可以测量其他运动物体，例如可以测量呼吸运动，为此可以选择例如肺-肝-边缘作为感兴趣区ROI。[0044]用于测量的MRT系统的构造方案尤其取决于待测量的关节或物体，或取决于关节或物体待测量的运动半径。[0045] 根据拍摄原始数据集rl、r2、r3...rx的时间点，它反映出运动的另一阶段，例如合拢的或完全张开的颂骨或在颂骨张开或合拢期间略微张开的颂骨位置。[0046]因为该运动是循环进行的，即以一定的时间间隔重复各个阶段，所以可以将不同时间点拍摄的多个原始数据集用于该运动某个特定阶段的一个图像，这些原始数据集分别反映出该运动的特定阶段。[0047] 为了能够将这些原始数据集rl、r2、r3...rx分配给不同的运动阶段，由这些原始数据集重建中间图像zl、z2、...zy，中间图像借助高时间分辨率至少重现一个反映运动的片段，该片段也被称为感兴趣区ROI。例如在测量髁状突周围的颞下颂关节时，就应选择片段或ROI。[0048] 为了使中间图像zl、z2...zy具有充足的时间分辨率，为每个中间图像使用的径向k空间局部轨迹或原始数据集数目，要比该分辨率规定的更少，这样就能以低的位置分辨率或以混叠伪影重建中间图像。例如可以由少量连续的原始数据集重建扫描的中间图像。[0049] 在距离矩阵D中，例如欧氏距离矩阵中，探测各中间图像zl、z2...zy相互之间的间距，即各自的间距尺寸，其中距离矩阵D的每一行i反映出中间图像zi与其他中间图像zl、z2、...zy以及它自身的距离，例如欧式距离。[0050]由于每个中间图像zl、z2...zy都与其自身完美相似，所以距离矩阵D具有包含最小值的主对角线H。此外，该距离矩阵D由于运动的循环性，即各个不同的运动阶段反复出现，还具有其他最小值的线，其与主对角线H平行并且垂直延伸。这些线只近似地笔直延伸，因为循环运动，例如咀嚼运动，虽然是持续的，但不一定绝对千篇一律地进行。[0051] 借助距离矩阵的线，可以为每个中间图像Zi找到具有最大相似性的中间图像Zj，方法是:找到线与距离矩阵D的行i的交点S。为此，借助主动轮廓方法接近或拟合每条线。[0052] 主动轮廓方法使样条，即Spline，与轮廓接近，方法是:将相应建立的动能函数降至最低。样条在后文中也被称为“曲线”或函数vl、v2...vz。作为主动轮廓方法的起始值，可以从与主对角线H平行推移的直线出发。[0053] 借助对距离矩阵D的每条线确定或拟合的曲线或函数vl、v2...vz用虚线示出，确定这些函数与距离矩阵D某一行的交集S。因此可以随时从基于交点S的原始数据集rl、r2、r3...ry的矩阵元素中重建图像B，该图像分别反映出对应的某个特殊运动阶段。

权利要求：1.一种利用核磁共振成像为循环运动至少一个阶段拍摄图像B的方法，包含的方法步骤是:a.在利用k空间局部轨迹kl...kx进行拍摄的时间段T期间，生成循环运动的原始数据集rl...rx；b.分别由至少一个所述原始数据集r 1...rx为所述原始数据集r1...rx的至少一个相应片段，即感兴趣区Reg1n-of-1nterest，ROI重建一系列中间图像，一系列是指至少重建两个中间图像zl...zy；c.由所述一系列中间图像zl...zy计算出距离矩阵D，其中每个矩阵元素D相当于所述系列的某一个中间图像zl...zy到自身的距离，或至少到所述系列另一个中间图像zl...zy的距离；d.使函数vl...vz与所述距离矩阵D中形成的结构相匹配；以及e.由所述原始数据集rl...rx重建至少一个图像Bi，所述原始数据集相当于所述函数vl...vz与从属于一个中间图像的所属距离矩阵元素D的交集S。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述距离矩阵D是二维的欧氏距离矩阵D03.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用布局模式对所述k空间进行扫描，所述布局模式为所述k空间局部轨迹kl...kx的每个连续子群确保了在k空间上尽可能均勾分布的布局。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，时间上连续的所述k空间局部轨迹kl...kx围成的角度等于黄金角度。

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