ПОКАНАЛЬНОЕ СНИЖНИЕ НАСЫЩЕННОСТИ АРТЕФАКТАМИ В ПАРАЛЛЕЛЬНОМ МРТ
PER-CHANNEL SATURATION DECREASE OF ARTIFACTS IN PARALLEL MRT

Настоящее изобретение относится, в целом, к формированию изображения в медицинских целях. Оно находит конкретное применение в магнитно-резонансном формировании изображения и коррекции артефактов изображения и будет описано с конкретной ссылкой на них. Однако следует понимать, что оно также находит применение в других сценариях использования и не обязано ограничиваться вышеупомянутым применением.
В последовательности магнитно-резонансного формирования изображения, магнитный резонанс возбуждается в ткани субъекта. Катушка, будь то катушка всего тела и/или локальная катушка, например сердечная катушка, катушка позвоночника и пр., принимает слабые радиочастотные (РЧ) сигналы, когда возбужденный магнитный резонанс затухает. Слабые РЧ сигналы индуцируют ток в катушках, которые формируют данные магнитно-резонансного формирования изображения. Катушка всего тела и/или локальная катушка располагаются вблизи поверхности субъекта и может включать в себя множественные катушечные элементы. Катушечные элементы распределены по катушке и пространственно локализованы. Пространственные различия катушечных элементов отражаются в магнитно-резонансных данных. Катушечные элементы собирают и передают данные в параллельных каналах, которые обеспечивают ускоренное формирование изображения. Каждый катушечный элемент обычно представляется одним каналом и может действовать независимо от других катушечных элементов и каналов и одновременно с ними.
Многоканальные катушки широко доступны. Магнитно-резонансные (МР) данные из катушечных элементов многоканальной катушки обычно передаются на параллельных каналах на соответствующие радиочастотные приемники для демодуляции. МР-данные для всех катушечных элементов или каналов загружаются в буфер. На всех каналах осуществляются одни и те же фильтрация, отказ от данных с артефактами движения и т.д.
МР-данные могут содержать артефакты. Артефакты могут возникать при формировании изображения из различных источников, например аппаратных источников и перемещения субъекта. Перемещение может включать в себя движение всего тела, локальное движение, дыхание, пульсацию, поток, сердечное и пр. Для обнаружения артефактов с использованием полученных МР-данных используются различные методы. Например, последовательность МР навигаторов, мониторы движения, сигналы ЭКГ и пр. можно использовать для обнаружения движения и/или алгоритмы, используемые для определения рассогласований в данных формирования изображения. Примеры алгоритмов для определения рассогласований включают в себя COnvolution and Combination OperAtion (COCOA) (операцию свертки и объединения). При обнаружении артефактов данные формирования изображения на всех каналах отвергаются, что часто включает в себя перепрохождение последовательности формирования изображения или участков последовательности. МР-данные можно обрабатывать или фильтровать для снижения насыщенности артефактами, но артефакты остаются.
Движение обнаруживается в МР-данных целиком. Некоторое движение локализуется. Локализованное движение может не быть надежно представлено в данных, в результате чего алгоритмы или навигаторы могут не быть чувствительны к обнаружению движения. Например, при использовании катушки шейного отдела позвоночника глотание можно представлять только в 3 из 16 каналов. Когда происходит движение, артефакты движения могут не присутствовать в некоторых каналах вследствие более низкой чувствительности соответствующих катушечных элементов к локализованному движению.
Другой источник артефактов, возникающих для многоканальных катушек, включает в себя пички. Пички могут возникать из проблем с оборудованием катушек или неизвестных источников, но необнаруженные могут приводить к артефактам, присутствующим в реконструированных изображениях. Необнаруженные артефакты приводят к снижению отношения сигнал-шум в МР-данных, используемых для реконструкции изображений. Алгоритмы формирования изображения одинаково обрабатывают все катушечные элементы и принятые МР-данные.
Ниже раскрыто новое и улучшенное поканальное снижение насыщенности артефактами, позволяющее решить вышеупомянутые вопросы и прочее.
В соответствии с одним аспектом, система формирования изображений включает в себя множество катушечных канальных приемников и один или более процессоров или модулей. Множество катушечных канальных приемников демодулируют магнитно-резонансные данные из многоканальной катушки, которая включает в себя множество катушечных элементов пространственно разделенных, причем каждый элемент передает магнитно-резонансные данные на соответствующем канале. Один или более процессоров или модулей выполнены с возможностью обнаружения артефактов в магнитно-резонансных данных на каждом канале. Один или более процессоров или модулей дополнительно выполнены с возможностью выбора магнитно-резонансных данных из каналов, которые включают в себя обнаруженные артефакты на пороговом уровне артефактов или ниже и реконструкции одного или более изображений с использованием выбранных магнитно-резонансных данных.
В соответствии с другим аспектом, способ формирования изображения включает в себя демодуляцию магнитно-резонансных данных на каждом канале множества катушечных канальных приемников. Артефакты обнаруживаются в демодулированных магнитно-резонансных данных на каждом канале. Магнитно-резонансные данные выбираются из каналов, которые включают в себя обнаруженные артефакты на пороговом уровне артефактов или ниже. Одно или более изображений реконструируются из выбранных магнитно-резонансных данных.
В соответствии с другим аспектом, система формирования изображений включает в себя один или более процессоров, выполненных с возможностью обнаружения артефактов в магнитно-резонансных данных на каждом из множества каналов, причем каждый канал данных пространственно локализован. Один или более процессоров дополнительно выполнены с возможностью выбора магнитно-резонансных данных из каждого канала, отказа от каналов, которые включают в себя обнаруженные артефакты, и реконструкции одного или более изображений с использованием выбранных магнитно-резонансных данных.
Одно преимущество состоит в уменьшении количества остаточных артефактов.
Другое преимущество состоит в улучшении компенсации движения.
Другое преимущество состоит в улучшении коррекции искажения данных k-пространства вследствие пичков или других источников сигнала.
Другое преимущество состоит в более высоком отношении сигнал-шум.
Другое преимущество состоит в уменьшении количества отказов МР-данных и/или перепрохождений последовательностей формирования изображения.
Другое преимущество включает в себя повышенную пропускную способность с выбранными каналами.
Другое преимущество включает в себя изоляцию проблемы оборудования катушек.
Специалисты в данной области техники смогут понять дополнительные преимущества, ознакомившись с нижеследующим подробным описанием.
Изобретение можно реализовать в различных компонентах и конфигурациях компонентов и в различных этапах и конфигурации этапов. Чертежи приведены исключительно в целях иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не призваны ограничивать изобретение.
Фиг. 1 схематически иллюстрирует вариант осуществления системы поканального снижения насыщенности артефактами.
Фиг. 2 изображает иллюстративные изображения с локальным движением.
Фиг. 3 изображает иллюстративные изображения с пичковыми артефактами.
Фиг. 4 изображает иллюстративные изображения с артефактами дыхания.
Фиг. 5 изображает блок-схему операций одного способа поканального снижения насыщенности артефактами.
На Фиг. 1 схематически показан вариант осуществления системы 5 поканального снижения насыщенности артефактами. В многокатушечном формировании изображения все катушки отличаются друг от друга чувствительностью к движению и другим артефактам. Система 5 включает в себя многоканальный источник МР-данных, например магнитно-резонансный сканер 6. Сканер включает в себя главный магнит 8, который генерирует статическое магнитное поле. Сканер включает в себя одну или более градиентных катушек 9, которые накладывают градиентные магнитные поля на статическое магнитное поле. Сканер 6 включает в себя многоканальную катушку 16, например, катушку 12 всего тела и/или многоканальную локальную катушку 14. Примеры многоканальной локальной катушки включают в себя 16-канальную катушку шейного отдела позвоночника, 32-канальную сердечную катушку и пр. Сканер возбуждает магнитный резонанс в субъекте, например, с помощью катушки всего тела. Контроллер последовательностей 18 управляет радиочастотным (РЧ) контроллером 20 и градиентным контроллером 22. РЧ контроллер 20 управляет применением радиочастотных импульсов, используемых для возбуждения магнитного резонанса. Градиентный контроллер 22 управляет градиентными катушками 9, которые накладывают градиентные поля в ходе последовательности формирования изображения.
Когда магнитный резонанс затухает, ток наводится в каждом из N катушечных элементов 16 многоканальной катушки 10. Каждый катушечный элемент многоканальной катушки 10 может действовать независимо. Каждый из катушечных элементов передает измерения наведенного тока как один из N каналов МР-данных. Катушечные элементы 16 распределены по катушке и пространственно отличаются вследствие геометрии катушки. Каждый катушечный элемент или канал отличается чувствительностью. Разные значения чувствительности связаны с оборудованием катушечного элемента, положением/ориентацией в пространстве и пр. Катушечные элементы чувствительны к движению, которое включает в себя дыхание, сердечное перемещение, глотание, перемещение глаз, пульсацию и пр.
МР-данные из каждого канала из множества каналов передается на N-канальный радиочастотный приемник 24, N одноканальных приемников и т.п. РЧ приемник 24 демодулирует МР-данные для каждого канала 25. N - это множественное число, обычно большее 2, например 8, 16, 32 и т.д. Артефакты обнаруживаются и/или компенсируются на поканальной основе. Артефакты обнаруживаются на каждом канале N блоками 26 обнаружения из самих данных с использованием способов на основе согласованности или из другой информации, например последовательности навигаторов, мониторов пациента, например мониторов сердечной или дыхательной деятельности и т.п.
Идентификация сигнала с артефактами осуществляется на поканальной основе N блоками 27 выбора. Блоки 27 выбора поканально отбрасывают данные на основании содержания артефакта. Блоки 27 выбора выбирают каналы, которые не включают в себя обнаруженных артефактов или включают в себя их приемлемый уровень. Блок выбора может действовать для отказа от каналов, которые содержат обнаруженные артефакты и включают в себя каналы, которые не отвергнуты. Альтернативно, можно устанавливать пороговую величину, для которой каналы выбираются на пороговой величине или ниже.
Каждый канал 25 может фильтроваться блоком 28 фильтрации. Фильтры могут фильтровать МР-данные каждого канала с использованием алгоритма для снижения насыщенности артефактами, например COCOA, частотного фильтра, сглаживающего фильтра и пр. В некоторых вариантах осуществления, фильтр регулируется таким образом, что фильтрация изменяется в соответствии со степенью обнаруженной насыщенности артефактами сигнала. Данные способов на основе согласованности, например COCOA, можно применять на поканальной основе для фильтрации МР-данных для каждого канала.
Блок 30 замены может заменять синтетическими данными данных, которые включает в себя обнаруженные артефакты на каналах с обнаруженными артефактами. Синтетические данные для замены могут включать в себя данные, синтезированные из данных на других каналах. Синтетические данные могут вырабатываться с использованием параллельного формирования изображения, сжатой регистрации и пр.
Каналы, выбранные блоками 27 выбора, фильтрованные каналы и каналы с синтетическими данными реконструируются в одно или более изображений блоком 32 реконструкции. Реконструкция изображений, в некоторых вариантах осуществления, осуществляется с использованием методов параллельного формирования изображения, например SENSE. Реконструированные изображения отображаются на дисплее 34 для практика в области здравоохранения или сохраняется в запоминающем устройстве или системе хранения, например системе архивации и передачи изображений (PACS), радиологическая информационная система (RIS) и пр.
Дисплей 34 может входить в состав рабочей станции 36. Рабочая станция 36 включает в себя электронный процессор или электронное устройство 38 обработки, дисплей 34, который отображает изображения, меню, панели и пользовательские органы управления и по меньшей мере одно устройство 40 ввода, которое вводит варианты выбора практика в области здравоохранения. Рабочей станцией 36 может быть настольный компьютер, портативный компьютер, планшет, мобильное вычислительное устройство, смартфон и пр. Устройством ввода может быть клавиатура, мышь, микрофон, шаровой манипулятор, сенсорная панель, манипулятор-указка, графический планшет, джойстик, игровая панель, веб-камера, гарнитура, рычаги переключения передач, рулевое колесо, педали, проводная перчатка, танцевальная площадка, пульт дистанционного управления, акселерометр и пр.
Различные блоки или модули 24, 26, 27, 28, 30, 32 надлежащим образом реализованы посредством одного или более электронных устройств обработки данных, например электронного процессора или электронного устройства 38 обработки рабочей станции 36 или посредством сетевого компьютера-сервера, оперативно соединенного с рабочей станцией 36 сетью, и т.д. Кроме того, раскрытые методы обнаружения и компенсации артефактов надлежащим образом реализуются в виде постоянного носителя данных, где хранятся инструкции (например, программное обеспечение), считываемые электронным устройством обработки данных и исполняемые электронным устройством обработки данных для осуществления раскрытых методов обнаружения и компенсации артефактов.
Используемый здесь термин ‘машиночитаемый носитель данных’ охватывает любой вещественный носитель данных, где могут храниться инструкции, исполняемые процессором вычислительного устройства. Машиночитаемый носитель данных может именоваться машиночитаемым постоянным носителем данных. Машиночитаемый носитель данных также может именоваться вещественным машиночитаемым носителем. В некоторых вариантах осуществления, машиночитаемый носитель данных также может быть способен хранить данные, к которым может обращаться процессор вычислительного устройства. Примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя, но без ограничения: флоппи-диск, магнитный жесткий диск, твердотельный жесткий диск, флэш-память, USB флэш-диск, оперативную память (ОЗУ), постоянную память (ПЗУ), оптический диск, магнитооптический диск и регистровый файл процессора. Примеры оптических дисков включают в себя компакт-диски (CD) и цифровые универсальные диски (DVD), например CD-ROM, CD-RW, CD-R, DVD-ROM, DVD-RW или DVD-R диски. Термин машиночитаемый носитель данных также относится к различным типам носителей записи, к которым компьютерное устройство может обращаться через сеть или линию связи. Например, данные можно извлекать через модем, по интернету или по локальной сети. Ссылки на машиночитаемый носитель данных следует рассматривать, по возможности, как множественные машиночитаемые носители данных. Различные исполняемые компоненты программы или программ могут храниться в разных местах. Например, машиночитаемый носитель данных может представлять собой множественные машиночитаемые носители данных в одной и той же компьютерной системе. Машиночитаемый носитель данных также может быть машиночитаемым носителем данных, распределенным между множественными компьютерными системами или вычислительными устройствами.
‘Компьютерная память’ или ‘память’ является примером машиночитаемого носителя данных. Компьютерная память представляет собой любую память, которая непосредственно доступна процессору. Примеры компьютерной памяти включают в себя, но без ограничения: память ОЗУ, регистры и регистровые файлы. Ссылки на ‘компьютерную память’ или ‘память’ следует рассматривать, по возможности, как множественные блоки памяти. Память может представлять собой, например, множественные блоки памяти в одной и той же компьютерной системе. Память также может представлять собой множественные блоки памяти, распределенные между множественными компьютерными системами или вычислительными устройствами.
‘Компьютерное хранилище’ или ‘хранилище’ является примером машиночитаемого носителя данных. Компьютерное хранилище представляет собой любой энергонезависимый машиночитаемый носитель данных. Примеры компьютерного хранилища включают в себя, но без ограничения: жесткий диск, USB флэш-диск, флоппи-дисковод, смарт-карту, DVD, CD-ROM и твердотельный жесткий диск. В некоторых вариантах осуществления компьютерное хранилище также может представлять собой компьютерную память или наоборот. Ссылки на ‘компьютерное хранилище’ или ‘хранилище’ следует рассматривать, по возможности, как множественные хранилища. Хранилище может представлять собой, например, множественные запоминающие устройства в одной и той же компьютерной системе или вычислительном устройстве. Хранилище также может представлять собой множественные хранилища, распределенные между множественными компьютерными системами или вычислительными устройствами.
Используемый здесь термин ‘процессор’ охватывает электронный компонент, способный исполнять программу или машинно-исполняемую инструкцию. Ссылки на вычислительное устройство, содержащее “процессор”, следует рассматривать, по возможности, как устройство, содержащее более чем один процессор или ядро обработки. Процессор может быть, например, многоядерным процессором. Под процессором также можно понимать совокупность процессоров в единой компьютерной системе или распределенную между множественными компьютерными системами. Термин вычислительное устройство также следует рассматривать, по возможности, как совокупность или сеть вычислительных устройств, каждое из которых содержит процессор или процессоры. Инструкции многих программ осуществляются множественными процессорами, которые могут располагаться в одном и том же вычислительном устройстве или даже могут быть распределены по множественным вычислительным устройствам.
Используемый здесь термин ‘дисплей’ или ‘устройство отображения’ охватывает устройство вывода или пользовательский интерфейс, выполненный с возможностью отображения изображений или данных. Дисплей может выводить визуальный, аудио и/или тактильные данные. Примеры дисплея включают в себя, но без ограничения: монитор компьютера, экран телевизора, сенсорный экран, тактильный электронный дисплей, экран Брайля, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), запоминающую трубку, бистабильный дисплей, электронную бумагу, векторный дисплей, плоскопанельный дисплей, вакуумный флуоресцентный дисплей (VF), светодиодные (СИД) дисплеи, электролюминесцентный дисплей (ELD), плазменные отображающие панели (PDP), жидкокристаллический дисплей (ЖКД), органосветодиодные дисплеи (OLED), проектор и наголовный дисплей.
Магнитно-резонансные (МР) данные определяется здесь как записанные измерения радиочастотных сигналов, излучаемых атомными спинами антенной магнитно-резонансного устройства в ходе магнитно-резонансного сканирования для формирования изображения. Изображение, полученное магнитно-резонансным формированием изображения (МРТ), определяется здесь как реконструируемая двух- или трехмерная визуализация анатомических данных, содержащихся в данных магнитно-резонансного формирования изображения. Эту визуализацию можно осуществлять с использованием компьютера.
На Фиг. 2 изображены иллюстративные изображения с локальным движением. В левом изображении, с использованием традиционных систем и способов, реконструкция включает в себя артефакты движения. Изображение представляет собой сагиттальный вид, генерируемый 16-канальной катушкой шейного отдела позвоночника. Глотательное движение генерирует артефакты в изображении. Движение было обнаружено на 3 каналах блоком 26 обнаружения. Блок 27 выбора выбирает, например, 13 из 16 возможных каналов, которые не включают в себя обнаруженное движение или насыщены артефактами ниже порога за счет глотательного движения. Правое изображение было реконструировано блоком 32 реконструкции с данными из выбранных 13 каналов. Артефакты не присутствуют в правом изображении. Последовательность формирования изображения повторно не проходилась. Напротив, данные были сохранены, и правое изображение генерировалось с использованием данных из 13 выбранных каналов. В необязательном порядке, данные из 3 зашумленных каналов можно заменять фильтруемыми и удерживаемыми синтезированными данными и т.п. Когда данные сохраняются непосредственно из приемников, оператор может реконструировать изображения из данных с выбираемыми уровнями насыщенности артефактами в данных. Например, оператор может итерационно повышать уровни приемлемого искажения данных для повышения отношения сигнал-шум до обнаружения неприемлемой насыщенности артефактами в реконструированном изображении.
Фиг. 3 изображает иллюстративные изображения с пичковыми артефактами. Показано три изображения, каждое с детальным видом, демонстрирующим область, которая включает в себя пичковые артефакты. В первом (левом) изображении, с использованием традиционных систем и способов, пичковые артефакты отчетливо выделены стрелками. Во втором (среднем) изображении, традиционный COCOA применяется к МР-данным для фильтрации данных. Хотя пичковый артефакт ослабевает, артефакт все еще присутствует во втором изображении. С использованием системы 5 строится третье (правое) изображение, где артефакт обнаруживается каналом, и фильтр COCOA применяется к канальным МР-данным, которые включают в себя артефакт. Результирующее третье изображение реконструируется из выбранных каналов после фильтрации каналов с обнаруженным пичковым артефактом согласно алгоритму COCOA. Пичковый артефакт, который выглядит как регулярные дорожки в первых двух изображениях, не наблюдается в последнем изображении.
Система обнаруживает пичковые или другие неизвестные артефакты МР сигнала на каждом канале. Путем обнаружения артефактов МР сигнала, например пичков, артефакты, обусловленные функциями оборудования катушечного элемента, изолируются и устраняются из результирующего изображения. Дополнительно, можно поддерживать журналы, куда заносятся артефакты катушечного элемента. Повторяющиеся артефакты из конкретного катушечного канала или катушечного элемента можно использовать как указание для обслуживания катушки в отношении конкретного катушечного элемента.
Фиг. 4 изображает иллюстративные изображения с артефактами дыхания. Представлены три изображения, на каждом из которых показан подетальный вид артефактов изображения, обусловленных дыханием или дыхательным перемещением. Первое (левое) изображение, реконструированное с использованием традиционных систем и способов, демонстрирует артефакты изображения в виде полосок в изображении. Во втором (среднем) изображении, фильтрация МР-данных с использованием COCOA сокращает, но не устраняет, артефакты дыхания. С использованием системы 5, в третьем (правом) изображении, артефакты МР сигнала обнаруживаются поканально. МР-данные на каждом канале фильтруются с использованием COCOA. Изображение реконструируется из выбранных каналов. Полоски, обусловленные артефактами дыхания, почти полностью устранены.
На Фиг.5 показана блок-схема операций одного способа поканального снижения насыщенности артефактами. На первом этапе 42, МР-данные принимаются поканально РЧ приемником 24. Блок 26 обнаружения обрабатывает МР-данные и обнаруживает артефакты сигнала и степень насыщенности сигнала артефактами поканально на этапе 44.
На необязательном этапе 45, один или более фильтров применяются независимо и параллельно каждым каналом для фильтрации МР-данных. Фильтры можно регулировать на каждом канале в соответствии с заметностью обнаруженных артефактов.
На необязательном этапе 46, на каналах, где обнаруживается артефакт можно осуществлять замену синтетическими данными. Синтетические данные можно генерировать с использованием реконструкции, частично, посредством параллельного формирования изображения, сжатой регистрации и пр.
На этапе 48 выбираются каналы, на которых не обнаружен или обнаружен приемлемый уровень артефактов сигнала, фильтрованные каналы и/или каналы с замененными синтетическими данными. Включение/исключение осуществляется поканально. На этапе 50, блок реконструкции реконструирует одно или более изображений из МР-данных выбранных каналов. Изображения могут отображаться на дисплее или устройстве отображения. Изображения могут храниться в системе управления хранением, например, системе архивации и передачи изображений (PACS) или радиологической информационной системе (RIS).
Очевидно, что в связи с конкретными представленными здесь иллюстративными вариантами осуществления, определенные структурные и/или функциональные признаки описаны как встраиваемые в заданные элементы и/или компоненты. Однако допустимо, что эти признаки могут, в той же или аналогичной степени, также, аналогично, быть встроены в другие элементы и/или компоненты, когда это целесообразно. Также очевидно, что разные аспекты иллюстративных вариантов осуществления можно выборочно применять, при необходимости, для достижения других альтернативных вариантов осуществления, пригодных для нужных приложений, другие альтернативные варианты осуществления, таким образом, реализующие соответствующие преимущества встроенные в них аспекты.
Также очевидно, что функциональные возможности описанных здесь конкретных элементов или компонентов могут быть надлежащим образом реализованы через оборудование, программное обеспечение, программно-аппаратное обеспечение или их комбинацию. Дополнительно, очевидно, что определенные элементы, описанные здесь как встроенные совместно, могут, в подходящих обстоятельствах, быть автономными элементами или иначе делиться. Аналогично, множество конкретных функций, описанных как осуществляемых одним конкретным элементом, может осуществляться множеством отдельных элементов, действующих независимо, для осуществления отдельных функций, или определенные отдельные функции могут разбиваться и осуществляться множеством отдельных элементов, действующих совместно. Альтернативно, некоторые элементы или компоненты, иначе описанные и/или показанные здесь, как отдельные друг от друга, могут физически или функционально объединяться, когда это целесообразно.
Кратко говоря, настоящее описание изобретения было изложено согласно предпочтительным вариантам осуществления. Очевидно, можно предложить модификации и изменения по ознакомлении с настоящим описанием изобретения. Предполагается, что изобретение можно рассматривать как включающее в себя все подобные модификации и изменения постольку, поскольку они отвечают объему нижеследующей формулы изобретения или их эквивалентам. Таким образом, очевидно, что различные вышеописанные и другие признаки и функции, или их альтернативы, можно желаемым образом объединить во многие другие разные системы или приложения, и также специалисты в данной области техники могут затем предложить различные непредсказуемые или непредвиденные в настоящее время альтернативы, модификации, вариации или усовершенствования, которые аналогично подлежат охвату нижеследующей формулой изобретения.