Brevet FR2553196A1 — publié le 19850412

La présente invention concerne le traitement de signal pour l'amélioration d'image, et elle porte plus particulièrement sur un tel traitement utilisé pour obtenir des images par résonance magnétique nucléaire (RMN). Le traitement de signal dans le but d'améliorer des images fournies par des signaux détectés exige certaines hypothèses et opérations qui créent par nature des artefacts dans l'image A titre d'exemple, lorsqu'on utilise des transformations de Fourier pour traiter les signaux dé10 tectés, des artefacts apparaissent dans les images Plus précisément, le profil de densité comporte des pointes dans les coins supérieurs et une ondulation le long du sommet du profil Il apparaît en outre un artefact de pente sur des lignes qui sont réellement verticales Ces artefacts sont produits par les limitations imposées au domaine de l'intégrale de la fonction, c'est-à-dire par l'utilisation de fonctions tronquées par rapport au temps Les artefacts peuvent introduire une confusion dans l'utilisation clinique des images, soit en masquant des problèmes qui existent réellement dans les tissus, soit en conduisant de façon eronée le clinicien à suspecter des problèmes relatifs aux tissus là o il n'en existe aucun. On a utilisé dans le passé des filtres et des techniques de filtrage pour tenter de minimiser les artefacts. Les filtres et les techniques de filtrage de l'art antérieur ont permis de supprimer les artefacts, mais ils suppriment également des parties d'objets réels qui peuvent ressembler aux artefacts, ce qui affecte défavorablement et gravement la fidélité de l'image Les filtres et les techniques de filtrage 30 de l'art antérieur qui ont été utilisés dans le domaine de la RMN pour corriger les artefacts produits par des fonctions tronquées vis-à-vis du temps, ont été du type à post-acquisition Ainsi, il n'y a à ce jour aucun procédé ou appareil connu pour supprimer les artefacts décrits sans supprimer éga35 lement dans les données collectées des données réelles d'ori- gine physique Il n'existe également aucune technique connue pour la correction d'artefacts produits par des fonctions tronquées vis-à-vis du temps qui fonctionne en temps réel et en ligne. Un aspect général de l'invention porte sur un procédé perfectionné pour former une image de RMN, qui minimise des artefacts présents par nature dans les images d'objets obtenues par des techniques de résonance magnétique, ce procédé comprenant les opérations suivantes: a) on soumet l'objet à un premier champ magnétique; b) on applique un second champ magnétique pratiquement perpendiculaire au premier champ magnétique et tournant à la fréquence de Larmor; c) on supprime le second champ magnétique au bout d'une certaine durée; d) on applique au moins un gradient de champ magnétique au premier champ magnétique; e) on détecte des signaux de précession libre qui sont produits pendant l'application du gradient de champ magnétique; f) on échantillonne les signaux de précession libre détectés; et g) on traite en ligne les signaux de précession libre échantillonnés, pour minimiser les artefacts inhérents dans l'image obtenue à partir des signaux traités, tout en maintenant pratiquement la fidélité des signaux de précession libre détectés. Une caractéristique de l'invention consiste dans l'utilisation de gradients de champ magnétique non linéaires. Ceci signifie que le gradient n'est pas constant mais est au contraire de préférence une fonction variable. Selon une autre caractéristique de l'invention,on effectue l'échantillonnage des signaux de précession libre 35 détectés à des intervalles qui ne sont pas constants mais varient en fonction d'une caractéristique telle que le temps, la phase ou la fréquence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la descrip5 tion qui va suivre de certains aspectsdl'invention, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma synoptique montrant un système d'imagerie par RMN de type caractéristique; La figure 2 est une représentation graphique com10 -binée montrant un profil de densité d'un objet rectangulaire obtenu par transformation de Fourier et un signal de précession libre dans le domaine des temps; La figure 3 est une représentation du profil de densité de l'objet de test représenté sur la figure 4; La figure 5 est une représentation du profil de l'objet de la figure 4 après filtrage de type post-acquisition avec un filtre de l'art antérieur; La figure 6 est une représentation du profil de l'objet corrigé conformément à l'invention en procédant en 20 ligne, en temps réel; La figure 7 est une représentation graphique montrant les intervalles d'échantillonnage variables qui sont appliqués à des signaux de précession libre caractéristiques; et La figure 8 est une représentation graphique d'un gradient de champ-non linéaire superposé sur des signaux de précession libre caractéristiques. Le système d'imagerie par RMN 11 de type caractéristique qui est représenté sur la figure 1 comprend un ai30 mant 12 suffisamment grand pour recevoir à l'intérieur un objet tel qu'un patient 13 L'aimant est représenté sous une forme comprenant une alimentation destinée à fournir un courant magnétisant qui produit l'aimantation Il faut noter qu'indépendamment de ce qui est représenté sur-la figure, l'invention envisagée ici a un domaine d'application suffi- samment large pour s'appliquer à tous les types de systè-. mes de magnétisation qu'on peut utiliser dans des systèmes d'imagerie par RMN. L'objet 13 est soumis'à un champ magnétique BO dirigé vers le plan du papier La bobine radiofréquence 16 génère un champ magnétique tournant lorsqu'elle est excitée par un signal radiofréquence provenant de l'émetteur 17 L'émetteur reçoit le signal radiofréquence à partir du générateur 18 Le champ que produit la bobine radiofréquence o 10 est dans le plan du papier ou parallèle à celui-ci, et il est donc pratiquement normal au champ magnétique Bo. D'une manière bien connue de l'homme de l'art,le champ de l'aimant principal est appliqué avec un gradient, au moyen de bobines de gradient 19 qui sont alimentées par 15 le circuit d'attaque de gradient 21 Un processeur ou un ordinateur 22 supervise les éléments spécifiés, bien que, dans un but de clarté, les conducteurs de connexion entre le processeur 22 et les éléments de commande et de génération de champ magnétique ne soient pas représentés. La bobine radiofréquence 16 détecte également les signaux de précession libre qui sont générés, lorsque la bobine radiofréquence n'est plus alimentée Les signaux de précession libre sont traités dans l'ordinateur ou le processeur 22 après avoir été convertis en signaux numéri25 ques dans le convertisseur analogique-numérique 24 Les signaux de précession libre sont de façon caractéristiqcie détectés dans le domaine des temps et convertis dans le domaine des fréquences en utilisant des transformations de Fourier On combine un ensemble de signaux de précession li30 bre pour former des images présentées sur le dispositif d'affichage 26. Des moyens sont prévus pour supprimer ou tout au moins pour minimiser les artefacts inhérents au processus de génération d'image, comme les pointes dans les coins et l'on35 dulation au sommet qui sont présentes dans le profil de den- sité d'image On échantillonne les signaux de précession libre selon une certaine configuration qui n'est pas linéaire Plus précisément, conformément à un mode de réalisation de l'invention, on accomplit l'échantillonnage non linéaire des signaux de précession libre avec un convertisseur analogique-numérique qui est équipé d'un générateur de fonction d'échantillonnage 27 Le générateur de fonction fait en sorte que les points du signal de précession libre qui sont échantillonnés pour la conversion en 10 données numériques ne soient pas des points mutuellement équidistants sur l'axe des abscisses de la fonction analogique On peut définir l'axe des abscisses au moyen d'unités de domaines tels que le temps, la phase ou la fréquence. On peut obtenir le même effet de réduction d'artefacts en utilisant pendant la durée de détection des signaux de précession libre un gradient variable (gradient observé), au lieu d'utiliser le gradient constant qu'on emploie dans l'art antérieur Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le gradient observé n'est pas cons20 tant dans le temps pendant la durée d'observation Les moyens destinés à faire varier le gradient sont représentés sur la figure 1 sous la forme d'un géenérateur de fonction de gradient 28 Que l'on fasse varier l'intervalle d'échantillonnage ou le gradient utilisé pendant la durée au cours 25 de laquelle on observe les signaux de précession libre, le résultat consiste en une variation des données utilisées pour produire l'image finale Les figures restantes donnent une indication de la fidélité des images après la correction visant à supprimer les artefacts. La figure 2 est une image du profil de densité d'un objet de test rectangulaire superposé sur les signaux de précession libre 32 représentés dans le domaine des temps et représentatifs de l'objet de test Les signaux de précession libre sont représentés dans le domaine des temps et 35 le profil de densité est représenté dans le domaine des fré- quences Les artefacts apparaissent clairement sur la figure 2 On note les pointes dans les coins, 33, 34, et l'ondulation au sommet, 36 En outre, les côtés 37 et 38 du profil de densité sont inclinés vers le centre au lieu d'être vraiment verticaux Il existe également des sections de flancs évasés 39 et 41 à la partie inférieure des côtés respectifs 37 et 38, qui ne sont pas des représentations vraies de l'objet de test. On a obtenu la figure 2 onr procédant comme dans o 10 l'art antérieur, avec un gradient constant, c'est-à-dire d G/dt=o,d G/dx=o, et avec des points d'échantillonnage des signaux de précession libre répartis à des intervalles d'échantillonnage constants. Les figures 3 et 4 illustrent et mettent en évi15 dence les problèmes que créent les artefacts décrits en relation avec la figure 2 L'objet de test est représenté sur la figure 4 et il consiste en un cube rectangulaire d'une largeur de 64 éléments d'image Au sommet de l'objet de test se trouvent sept pointes, mesurant chacune 10 % de la 20 hauteur d'origine Ho de l'objet de test Les pointes ont une section transversale rectangulaire et la largeur de chacune d'elles ne dépasse pas i élément d'image Le profil d'image de la figure 3 représente les sept pointes sous la forme de pointes 42, mais dans l'image les pointes mesurent 25 moins de 10 % de la hauteur d'origine Ho du bloc La largeur des pointes dans l'image varie entre la base et le sommet des pointes, ce qui fait qu'elles semblent avoir des sections transversales triangulaires -On ne peut pas objectivement faire la distinction entre les pointes dans les coins,-qui sont 30 des artefacts, et les pointes réelles. La figure 5 montre l'image obtenue enutilisant un filtre de correction de type post-acquisition de l'art antérieur Le filtre de l'art antérieur est dans ce cas un filtre sinusoïdal On applique le filtrage pendant le traitement 35 des données des signaux de précession libre d'une manière bien connue de l'homme de l'art On note que les pointes dans les coins ont disparu mais que chaque image d'une pointe réelle a diminué en hauteur et augmenté en largeur, en particulier à la base et près de celle- ci, ce qui donne une forme nettement triangulaire aux images des pointes rectangulaires On note également qu'il y a toujours un certain évasement (mais de valeur réduite), au bas de l'image Les filtres de correction de l'art antérieur travaillent sur les données selon un mode de postacquisition, c'est-à-dire 10 qu'ils ne travaillent pas en ligne, en temps réel Les corrections ne sont donc pas obtenues pendant le temps de test réel De plus, les filtres de l'art antérieur ne sont pas sélectifs et ils agissent également sur toutes les sections de l'image présentée. La figure 6 est l'image qu'on obtient avec le procédé et les moyens de l'invention Les pointes dans les coins ont été éliminées Les pointes réelles sont représentées avec une hauteur approximativement égale à 0,1 Ho et leur largeur est presque égale à celle des, pointes réel20 les à leurs parties inférieures L'évasement au bas de l'image est pratiquement inexistant On a obtenu la figure 6 en utilisant des intervalles d'échantillonnage variables, en procédant en ligne On notera en outre que le procédé de l'invention est sélectif; par exemple la résolution sur la 25 figure 6 est meilleure au centre de l'image qu'aux extrémités On peut utiliser cette sélectivité lorsqu'on examine des régions désirées présentant un intérêt Ainsi, en fonctionnement, on élabore l'image en utilisant soit un générateur de fonction de gradient qui fait en sorte que le gradient ne soit pas constant, soit un générateur de fonction d'échantillonnage du signal, pour obtenir les échantillons des signaux de précession libre à des points qui ne sont pas espacés uniformément le long de l'axe des abscisses d'une fonction représentant l'amplitude 35 des signaux de précession libre en fonction du temps, de la phase ou de la fréquence. La figure 7 montre un intervalle de temps d'échantillonnage préféré et la figure 8 montre une fonction de gradient préféré, conformément à l'invention En outre, l'intervalle d'échantillonnage ou la fonction de gradient procurent une correction en ligne des artefacts, d'une manière sélective. Dans l'art antérieur, les intervalles d'échantillonnage et les gradients sont constants L'invention pré10 voit d'utiliser soit des intervalles d'échantillonnage variables, comme il est représenté sur la figure 7, soit des gradients variables, comme il est représenté sur la figure 8, pour corriger, en ligne, les artefacts produits par des fonctions tronquées vis-à-vis du temps Cette procédure de 15 correction d'artefacts remplace les filtres de-l'art antérieur utilisés en mode de post-acquisition, et elle est plus efficace que les filtres de l'art antérieur pour corriger les artéfacts remarqués. Un intervalle d'échantillonnage variable caracté20 ristique, conforme à l'invention, est donné par la relation: Tn =b To 1 i + C( 2) dans laquelle: Tn est l'intervalle d'échantillonnage, n est le point d'échantillonnage particulier, par exemple 25 -64, -63,,-1, 0, 1, 2, 63; O est une constante, No est le nombre total de points d'échantillonnage, par 8 exemple 2; et C est une constante (dans l'art antérieur C= 0). Dans le cas o No = 28, on a: C C O pour 64 t N 0, et C > 0 pour O O n: 63. Un gradient de champ magnétique variable caractéristique conforme à l'invention est donné par la relation Gx(t) = Go l 1 + It/To/ *Cl dans laquelle: Gx est le gradient observé dans la direction X, Go est le gradient de base, Og est une constante, t est l'instant correspondant au point particulier = sur le graphique de la figure 8, avec -Toet 'To et t=O au centre du signal de précession libre, lorsque ce signal est maximal, et C est une constante (dans l'art antérieur C = 0). Bien qu'on ait décrit l'invention en considé10 rant des modes de réalisation préférés, il faut noter que cette description n'a été donnée qu'à titre d'exemple et ne limite en rien le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Un procédé perfectionné d'imagerie par ré.sonance magnétique nucléaire, destiné à minimiser des artefacts inhérents qu'on trouve dans des images d'objets obtenues par l'utilisation de procédures de résonance magnétique nucléaire, caractérisé en ce que: (a) on soumet un objet ( 13) à un premier champ magnétique; (b) on applique un second champ magnétique à une fréquence de Larmor, perpendiculaire au premier champ magnétique; (c) on sup10 prime le second champ magnétique au bout d'une durée fixée, pour permettre la génération des signaux de sortie; (d) on applique au moins un gradient de champ au premier champ magnétique; (e) on détecte les signaux de sortie qui sont générés pendant l'application des signaux de gradient de champ; et (f) on mesure les signaux de sortie à des points qui procurent, en ligne, une image ayant une quantité minimale d'artefacts inhérents, tout en maintenant la fidélité des signaux de sortie détectés et de l'image. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce qu'il comprend l'opération qui consiste à faire varier le gradient de champ magnétique pour obtenir des signaux de précession libre à des points qui donnent dans l'image le minimum d'artefacts produits par des fonctions tronquées visà-vis du temps, sans réduire la fidélité de l'image. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération qui consiste à faire varier le gradient de champ magnétique pendant la mesure de signaux de précession libre, conformément à la relation Gx(t) = Go l 1 + t/To |I( *C 7 pour permettre la construction de l'image avec le minimum d'artefacts inhérents, tout en conservant la fidélité. 4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération qui consiste à maintenir un intervalle d'échantillonnage constant pour les signaux de 35 precession libre. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération qui consiste à faire varier l'intervalle d'échantillonnage entre les points mesurés des signaux de précession libre. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération qui consiste à faire varier les intervalles d'échantillonnage des points mesurés dans les signaux de précession libre conformément à la relation: &Tn = To l +C()l avec C O 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à maintenir le gradient de champ magnétique constant. 8 Système perfectionné d'imagerie par résonan15 ce magnétique nucléaire, destiné à minimiser des artefacts inhérents qu'on trouve dans des images obtenues par l'utilisation de procédures de résonance magnétique nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens ( 12) destinés à soumettre un objet à un premier champ magnétique; des 20 moyens ( 16, 17, 18) destinés à appliquer un second champ magnétique, à une fréquence de Larmor, perpendiculaire au premier champ magnétique; des moyens destinés à supprimer le second champ magnétique au bout d'une durée fixée, pour permettre la génération de signaux de précession libre; 25 des moyens ( 19, 21, 28) destinés à appliquer au moins un gradient de champ magnétique au premier Champ magnétique; des moyens ( 23, 24) destinés à détecter les signaux de précession libre qui sont produits pendant l'application du gradient de champ; et des moyens ( 22, 27) destinés à mesurer les 30 signaux de précession libre à des points qui donnent une image ayant un niveau minimal d'artefacts inhérents, tout en maintenant la fidélité de l'image construite à partir des signaux de precession libre. 9 Système selon la revendication 8, caractérisé 35 en ce qu'il comporte des moyens ( 28) destinés à faire varier le gradient de champ magnétique appliqué. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 28) destinés à faire varier de façon parabolique le gradient de champ magnéti5 que appliqué. 11 Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 28) destinés à faire varier de façon linéaire le gradient de champ magnétique appliqué. 12 Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que les intervalles d'échantillonnage auxquels les signaux de précession libre sont mesurés sont maintenus constants. 13 Système selon la revendication 8, caractéri15 sé en ce qu'il comprend des moyens ( 27) destinés à faire varier les intervalles d'échantillonnage auxquels les signaux de précession libre sont mesurés. 14 Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 28) destinés à faire va20 rier de façon parabolique les intervalles d'échantillonnage auxquels les signaux de précession libre sont mesurés. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 28) destinés à maintenir le gradient de champ magnétique constant.