CN1248647C - 实现核自旋断层造影中多个自旋集合图像间的无级过渡 - Google Patents
实现核自旋断层造影中多个自旋集合图像间的无级过渡 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于处理和显示核自旋断层造影测量图像的设备，通过该设备在同时计算出不同自旋集合的对比图像，或一个自旋集合的不同MR图像(解剖的、血管造影的、或功能的)之后，通过一个相应的输入工具(23，24或图2a和2b)实现对比图像的无级过渡。此外，除一般的灰度显示外，还可以考虑依据不同的自旋集合采用多种颜色显示。
Description
技术领域
本发明涉及一种核自旋断层造影(Kemspintomographie，KST，同义语：磁共振断层造影(Magnetresonanztomographie))，它例如在医学中用于对患者进行检查。本发明尤其涉及一种用于处理和显示核自旋断层造影测量图像的装置，以及MR(磁共振)成像方法。
背景技术
核自旋断层造影是一种用于医学诊断的剖面成像方法，它首先具有突出的高对比分辨能力。由于其突出的软组织显示特性，核自旋断层造影已成为一种性能数倍于X光-计算机断层造影的方法。目前所述核自旋断层造影基于采用核自旋回波和梯度回波序列，其在数量级为分钟的测量时间内，可以获得出色的图像质量。
尤其是在生物组织中以更高频率出现的氢原子核使得产生判断准确的医学图像成为可能。但也有一些较重的磁核，如13C，19F，23Na，31P，尽管它们在生物组织中有较低的密度，但仍然是可见的，并且在成像中类似于氢核。在生物组织中出现的最重要的核的谐振频率及其在相同频率下、在计算其自然出现时的相应探查灵敏度如图3所示。
但是人们在研究原子核在不同分子构造中的情况的实验中注意到，在相同的磁场下，谐振频率间的区别是非常细微的。其原因是由分子中的电子造成的所谓“化学偏移”。人们用化学偏移来表示这种特性：即谐振频率取决于原子核在其中的化学键的类型，其相对于磁场强度成正比地有微小偏移。
在图4中示出了例如人大腿肌肉在2T时的磷光谱。由于其不同的化学偏移，人们可以区分出三磷酸腺苷(ATP)、磷酸肌酸(PCr)、无机磷酸盐(Pi)、磷酸二酯(PDE)的代谢物。
特别是在测取氢的谐振频率时，对患者组织的显示在边界层面上会出现在脂肪和水之间的人为影响(Artefakte)，这是由于化学偏移的影响导致的。由于自由的水及脂肪的氢原子核在人体中有很高的密度，故在成像中它们起到主要作用。其相对谐振频率差Δf为3ppm(百万分之三)。该Δf导致两种核的图像在获取数据时活跃的梯度方向上(“读梯度(Lesegradient)”或“频率编码梯度(Frequenz-codiergradient)”)有相对偏移。对这种偏移的度量取决于每个像素所用的带宽，而这又取决于视场和矩阵的大小。
为了简化用户在解剖中的定位，因此存在着这样的要求，即将自旋类型(Spin-Spezies)的信号完全抑制掉或抑制到某一程度。
由于诊断信息主要从水信号中获得，因此通常抑制掉脂肪信号。脂肪信号的衰落(Einblenden)(或不完全抑制)用于解剖定位(如在矫形外科中)。
在获取氢原子核的核共振时，通常在显示水图像时固定设置脂肪的抑制度。这种标准方法利用水与脂肪间的频率偏移，发出一个所选择的窄带高频脉冲，该高频脉冲只探测两种自旋类型之一(优选为脂肪)，并在横向面上旋转角度α≤90°。通过辐射相应的梯度脉冲(Spoiler梯度)可使横向上的磁化相位完全后移，只使长度上的自旋部分仍然是相关的。在α＝90°时，整个脂肪部分被抑制，因为在辐射高频脉冲后已没有长度部分了。
但在上述方法中，在所产生的图像中由用户所实施的抑制程度目前只能在拍摄前预先固定设置，并且在测量之后不能变化。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种用于处理和显示核自旋断层造影测量图像的设备，通过该设备，使在测量之后对测量图像中的两个或多个对比图像(Kontrastbild)的成分的显示仍可以改变。
因此建议了一种用于处理和显示核自旋断层造影测量图像的设备，它具有用于至少存储两幅同时拍摄的对比图像的存储器。因此所述对比图像例如可以由不同的分别具不同化学偏移的自旋集合获得。但还可以考虑，由不同的MR图像(解剖的、血管造影的、或功能的MR图像)得到对比图像，即通过两幅或三幅同一解剖图像的过渡(Ueberblendung)获得重叠的图像。
此外，该设备还包括用于显示所获得的对比度的显示屏以及在该显示屏上可视的、用于选择对比度的输入工具。
按照本发明，通过该输入工具可以实现在两幅或三幅所拍摄的对比图像间的无级过渡。
该输入工具对于两幅对比图像的情况可以是线性滑尺的形式，而对于三幅对比图像的情况则为三角形调节器的形式。
特别是当对比图像基于自旋集合时，第一自旋集合为水，而第二自旋集合为脂肪。
在处理设备中同时获取对比度是通过迪克松方法(Dixon-Verfahren)、或按照标准方法通过抑制另一种自旋集合的信号实现的。
本发明的另一特别具有优点的思想是，用不同的颜色显示各自旋集合的对比度。
附图说明
下面将结合附图及本发明的优选实施方式对本发明的其他优点、特征和特点作进一步的说明，其中：
图1为一种核自旋断层造影设备的示意图，
图2a示出了一种一维滑尺形式的、用于2-对比度-过渡的输入工具，
图2b示出了一种三角形调节器形式的、用于3-对比度-过渡的输入工具，
图2c示出了该三角形调节器的可能的设置，
图3示出了生物组织中出现的最重要的核的谐振频率及其相应的探查灵敏度，以及
图4示出了人大腿肌肉的磷在2T时的光谱。
具体实施方式
图1示出了一种按照本发明的产生物体的核自旋图像的核自旋断层造影设备的示意图。所述核自旋断层造影设备的构造相应于传统的断层造影设备的构造。基础场磁铁1产生一个时间上强度不变的磁场，用于将物体(例如对人体的待查部位)的被检查区域内的核自旋极化或校准。核自旋共振测量所需的基础场磁铁的高均匀性被定义在一个球形测量空间M中，待检查的人体部位将被放入该空间。为了满足均匀性的要求，特别是消除磁场强度随时间不变造成的影响，在适当的位置上使用铁磁材料制成的所谓填隙片(Shim)。磁场强度随时间变化的影响通过由填隙片电源15控制的填隙片线圈消除。
在基础场磁铁1中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当前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30发出的高频脉冲转换为交变磁场，用于核激发和待查物体的、或物体的待查部位的核自旋的校准。该高频天线4还将由精确的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起的核自旋回波信号)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还包括一个发送信道9，在其中产生用于激发核磁共振的高频脉冲。其中当前高频脉冲依据由设备计算机20预先给定的脉冲序列在序列控制器18中作为复数序列被数字化地表示。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，并由此引入发送信道9。在发送信道9中，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。
从发送模式到接收模式的转换是通过发送-接收预选器6实现的。高频天线4向测量空间M发送高频脉冲以激发核自旋，并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中精确地按相位解调，并通过当前的模拟-数字转换器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设备计算机20实施。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，终端21包括一个键盘以及一个或多个显示屏。
本发明的发明点在于，分别生成两幅或三幅对比图像的核自旋断层造影图像。这是通过利用上述方法分别摄像或按照迪克松方法通过2点或多点方法实现的。
当图像信息(即自旋种类或自旋集合，例如象脂肪和水两类的对比图像)分别存储在图像计算机17的存储器25中时，设备计算机20的软件就可以在显示区域内逐个像素地、线性无级地将一幅纯水图像过渡为纯脂肪图像：
和(x)＝脂肪*(1-x)+水*x
对于纯脂肪图像x＝0，对纯水图像x＝1，一种均衡为x＝0.5(这里脂肪和水仅是为了理解而举的例子)。对参数x的控制是通过终端21的输入接口实现的，如图2a中所示。对于两个对比度的过渡，一维滑尺23(图2a)就足够了。该滑尺在左端具有100％对比度1，在右端具有100％对比度2，而在中间位置具有相应于连续过渡的50-50的对比度。
如果在存储器25中存储同时拍摄的三个自旋类型，则使用三角形调节器24(图2b)进行三对比度的过渡。三角形的每个角表示100％其所属的对比度，中间位置为三个对比度的1/3-1/3-1/3；在三角形边界上、在两个对比度之间的位置，在三个对比度之中的两个对比度之间过渡。
在图2c中示出了，三对比度调节是如何计算转化的：到三角形相对边的垂线的长度即为各对比度部分的比例。
其中这些部分的总长是这样规格化的：
x1+x2+x3＝1
该三对比图像通过以相应的对比度部分对垂线进行加权来获得：
x1*对比度1+x2*对比度2+x3*对比度3
可以用一个命令(如点击鼠标或键盘)激活对比度的调节，然后将输入工具的动作置于一维的(对于两对比度调节)或两维的(对于三对比度调节)。该输入工具可以是、但不必须是鼠标。所述动作是对所述位置/对比度指示符的位置经任何形式的“翻译”后产生的。
理想的情况是，可以动态地从例如纯水显示过渡到纯脂肪显示，或过渡到一种第三类型的显示。除了一般的灰度显示外，还可以考虑多种颜色的显示(如对水用蓝度，对脂肪用红度等)。
值得注意的是，以上描述理想地适于对比图像由不同的MR图像、如解剖的、血管造影的、或功能的MR图像构成的情况。
Claims (9)
1.一种用于处理和显示核自旋断层造影测量图像的设备，它具有：
-一个用于存储至少两幅对比图像的存储器(25)，
-一个用于显示核自旋断层造影测量图像的显示屏(21)，
-一个显示在显示屏上的输入工具(23，24)，用于选择所显示的核自旋断层造影测量图像的对比度，
-一个处理装置，用于基于通过所述输入工具(23，24)所选择的对比度，依据存储在存储器(25)中的对比图像计算出可在显示屏上显示的核自旋断层造影测量图像。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，利用所述输入工具可以无级地选择在两幅或三幅对比图像之间的对比度。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述输入工具对于两幅比较图像是以线性滑尺的(23)的形式实现的，该线性滑尺的两个端点分别相应于一幅纯对比图像。
4.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述输入工具对于三幅比较图像是以三角形调节器的(24)的形式实现的，其中，各端点分别相应于一幅纯对比图像。
5.如上述权利要求所述的设备，其特征在于，所述对比图像分别基于不同化学偏移的不同自旋集合。
6.如上述权利要求所述的设备，其特征在于，所述对比图像基于不同类型的MR图像。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，第一自旋集合表示水而第二自旋集合表示脂肪。
8.如上述权利要求所述的设备，其特征在于，在所述处理设备中，对于对比图像的同时计算或者通过迪克松方法实现，或者按照标准方法，通过抑制其它各自旋集合的信号实现。
9.如上述权利要求所述的设备，其特征在于，所述各自旋集合的对比度显示是以不同颜色实现的。
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