專利名稱：對在擴散加權的磁共振成像中的失真的校正的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于校正在拍攝檢查對象的擴散加權的磁共振圖像時出現的圖 像失真的方法以及一種用于此的磁共振設備。
背景技術：
擴散加權的磁共振(MR)圖像在臨床活動中、例如在中風和腫瘤診斷中，提供重要 的診斷信息。在擴散加權的成像(DWI)中在特定方向上接通擴散梯度，其中水分子的擴散 沿著施加的擴散梯度衰減所測量的磁共振信號。由此在具有較小擴散的區域發生較小的信 號衰減，從而在成像的磁共振斷層造影(MRT)測量中該區域以更高的圖像強度被成像。在 此擴散加權的強度與施加的擴散梯度的強度相關。擴散加權可以用所謂的b值來表征，該b 值是梯度參數(例如梯度強度、持續時間或者在施加的擴散梯度之間的間隔)的函數。利 用讀出序列、例如平面回波成像序列(EPI)拍攝結果的磁共振信號。對于拍攝的擴散加權的圖像數據的質量，信噪比以及幾何失真是顯著地決定性 的。在此，接通的擴散梯度線圈的時間順序會導致動態的失真(例如由于渦流效應)。場 梯度的每個接通和斷開會引起這樣的渦流該渦流部分地以相對長的時間常數衰減。在讀 出(即，在測量磁共振信號)時，相應的場分量會殘留，從而導致在拍攝的圖像數據中的失 真。特別是在擴散加權的EPI成像中，渦流引起的失真是大的挑戰，因為在此采用與大的敏 感性結合的高的梯度幅度(例如在EPI成像中在相位編碼方向上大約IOHz/像素)。在擴散加權成像中通常以不同的擴散方向和加權(通過b值表征)拍攝多個圖像 并且互相組合，以便例如計算參數圖(表觀擴散系數(Apparent DiffusionCoefficient) ADC，部分各項異性(Fractional Anisotropy) FA)。在此，由擴散梯度引起的圖像失真既取 決于梯度的幅度(擴散加權)也取決于其方向(擴散梯度方向)。在相應的單個圖像的組 合中，對于每個圖像來說不同的失真導致像素信息的錯誤對應并且由此導致錯誤或至少導 致在參數計算中的精度降低。失真可以作為變換函數來描述。由此存在如下問題為了補 償這些失真，確定相應的變換函數。除了別的之外，由于失真的強度和圖像對比度隨著改變 的擴散加權和擴散方向而改變，使得該確定變得困難。在此，為了減少失真，在Haselgrove et al.，MRM 26 :960，1996中描述的方法是公 知的，在該方法中b = O的圖像作為未失真的參考以及以小的擴散加權(例如b = 150s/ mm2)對于每個待校正的方向拍攝另一個圖像。假定，失真效果與所產生的擴散梯度的幅度 線性地成比例，在此，在使用外推的條件下確定失真參數。由此校正實際的擴散加權的圖 像(例如b = lOOOs/mm2)。通過調整測量和參考測量的圖像數據的配準進行失真參數的確 定。在具有小的擴散加權的圖像的配準中的錯誤通過外推被放大。而且在該小的加權的圖 像中，失真不是強烈突出，從而失真參數的精確確定是困難的，其中出現的錯誤又通過外推 被放大。成像的對象在參考的拍攝和調整測量之間的運動還會導致校正參數的錯誤確定。此外，從文獻Bodammer et al.，MRM 51 :188_193，2004中公知一種方法，在該方法 中，以相同的擴散方向和擴散加權、但是在擴散梯度的相反的極性(即相反設置的擴散梯度方向)的情況下分別拍攝兩個圖像。相反的極性在失真同時反轉的情況下(例如從拉長 (Streckung)變成壓縮(Stauchimg))導致不變的擴散對比度。通過相同的對比度簡化了圖 像的配準，也不需要外推。然而由于定向的運動、例如流動或者極化，對比度差別會導致該 方法缺少穩健性。此外，成像的對象在兩個測量的拍攝之間的運動還會導致校正參數的錯 誤確定。此外由于擴散加權，在相反的極性的情況下拍攝的參考圖像的信噪比(SNR)小，這 負面影響穩健性和圖像配準的精度。在前面提到的來自現有技術中公知的方法中，只有當僅出現渦流引起的失真時 才進行所拍攝的MR圖像的有意義的校正。只要失真的圖像或參考圖像經受其它影響量， 則模型假定(Modellarmahmen)不再適用(greifen)并且所確定的結果是錯誤的。屬于這 些影響量的特別有患者的運動以及在(例如在具有b > 0的失真的圖像與具有b = 0的 參考圖像配準時)被比較的圖像之間的對比度變化。然而患者運動以及對比度變化經常 (StandardmaBig )出現，從而利用常規的方法只能達到對擴散加權的圖像的不充分地并 且部分地還出錯的校正。此外還公知如下方法除了幾何的失真參數之外還試圖確定剛性體運動的參數， 以補償患者運動。待確定的參數(必須附加地確定3個平移參數和3個旋轉參數)的數量 的與此相關的提高，減小了該方法的穩健性和精度，同時明顯延長了所需的計算時間。而且 剛性體運動僅僅是在例外情況下用于描述患者運動的有意義的模型。因此，利用這些方法 僅能實現對所拍攝的擴散加權的MR圖像的不充分的、有時是錯誤的校正。由此期望避免將患者運動或對比度區別錯誤解釋為由渦流引起的失真并且避免 對所拍攝的擴散加權的MR圖像的與此相關的錯誤校正。此外值得期望的是，利用具有高的 SNR的參考圖像工作，以及不必對于每個擴散加權的測量拍攝一個或多個參考圖像。

發明內容
相應地，本發明要解決的技術問題是，提供在拍攝擴散加權的磁共振圖像時對圖 像失真的改進的校正，利用該改進的校正可以避免前面提到的缺陷中的至少幾個。按照本發明的第一方面，提供了一種用于校正在拍攝檢查對象的擴散加權的磁共 振圖像時出現的圖像失真的方法。該方法包括拍攝沒有擴散加權的參考圖像，對于一個擴 散方向拍攝第一擴散加權的圖像，和對于同一個擴散方向拍攝第二擴散加權的圖像，其中， 第二擴散加權的圖像的拍攝至少在不同于拍攝第一擴散加權的圖像時的另一個擴散加權 或者另一個擴散梯度極性的情況下進行。此外，確定用于校正在所拍攝的擴散加權的圖像 中的圖像失真的校正參數，其中對第一擴散加權的圖像利用第一組校正參數校正，并且其 中對第二擴散加權的圖像利用第二組校正參數校正，其中第一和第二組校正參數相關。在 此，校正參數通過在校正的第一圖像和參考圖像之間的區別和在校正的第二圖像和參考圖 像之間的區別的同時最小化來確定。通過利用相關的校正參數將第一和第二擴散加權的圖像同時與參考圖像配準，可 以將對在擴散加權的圖像和參考圖像之間的對比度區別的影響以及對檢查對象的運動的 影響最小化到確定的校正參數。此外，該方法還可以利用具有高的SNR的參考圖像工作。因 為避免了由于對比度區別引起的系統的配準錯誤，所以可以在幾乎任意的擴散加權的情況 下拍攝第一和第二擴散加權的圖像。在利用MR設備拍攝圖像(也可以稱為MR圖像)時，施加的擴散梯度一般地決定了擴散加權和擴散方向。在此，在對于相同的擴散方向所拍攝 的第一和第二圖像中的失真，對于不同的擴散加權和擴散梯度的極性也是相關的，從而使 用用于校正的相關的參數是具有優勢的。因此在拍攝第一和第二圖像時可以施加具有不同 的擴散加權的和相同或相反的極性的擴散梯度。在此，區別的最小化相應于在各個校正的 圖像和參考圖像之間的相似性的最大化。按照本發明的方法的一種實施方式，校正參數可以描述變換、特別是仿射 (affine)或多項式變換。校正參數例如可以是二階變換矩陣的元素或者多項式失真或變換 函數的參數。變換可以包括平移(T)、縮放(M)和/或剪切(S)。在第一擴散加權圖像的拍攝中可以施加具有確定的極性的第一擴散梯度，并且在 第二擴散加權圖像的拍攝中可以施加具有與之相反的極性的第二擴散梯度。在此，具有相 反極性的擴散梯度規定相同的擴散方向，但是導致相反的失真，特別是當使用同一個通過 梯度幅度規定的擴散加權時。失真的該特別的相關性使得可以特別有效并且具有優勢地確 定校正參數。在此，第一組校正參數優選描述變換，并且第二組校正參數描述該變換的逆變 換。利用校正參數的這種相關性，一組校正參數通過另一組唯一地確定。由此可以減小待 確定的參數的數量，并且此外通過這樣的關聯還可以最小化對比度區別的以及檢查對象的 運動的影響。區別的同時最小化例如可以借助迭代的優化方法來進行。為此特別可以采用單形 最小化方法(Simplexminimierungsverfahren)或梯度上升方法。這些方法當然同樣可以 用來最大化在圖像和參考圖像之間的相似性，其含義是相同的。按照本發明方法的另一種實施方式，區別的同時最小化包括，在校正的第一圖像 和參考圖像之間的第一相似度以及在校正的第二圖像和參考圖像之間的第二相似度的確 定。為了最小化區別，可以同時最大化這些相似度。特別是還可以從第一和第二相似度確 定平均的相似度，并且最大化該平均的相似度。該最大化例如可以通過將平均的相似度乘 以-1并且然后利用前面提到的方法最小化來進行。由此可以采用一般地被配置為用于函 數的最小化的有效的優化方法。在此，可以基于各個整個擴散加權的圖像和整個參考圖像來確定各個相似度。由 此可以采用用于確定相似度的其它優選的方法，這些方法例如在逐行的確定中是不能應用 的。例如，第一和第二相似度可以是通過第一以及第二校正的擴散加權的圖像與參考圖像 的比較所確定的互相關性度量或熵度量。該互相關性度量或熵度量可以利用相應的評估函 數來確定。作為熵度量特別地考慮“標準化交互信息(Normalized Mutual Information) 利用其可以基于各個整個圖像精確地確定相似度。按照本發明的另一種實施方式，在所拍攝的圖像中探測檢查對象的運動，其中，校 正參數僅基于如下這些圖像來確定對于這些圖像，運動小于預定的邊界值。檢查對象的運 動例如可以借助互相關性度量或熵度量來探測，其中，僅僅如下的圖像被用于校正參數的 確定對于這些圖像，互相關性或熵度量高于預定的邊界值。因為例如患者的運動導致小的 相關性，由此可以簡單地探測運動。如果探測到超過邊界值的運動，則可以再次拍攝相應的 圖像。特別具有優勢的是，在第一擴散加權的圖像的拍攝和第二擴散加權的圖像的拍攝 之間進行參考圖像的拍攝。因為將每個圖像與參考圖像比較，所以在該順序的情況下由于相關的校正參數，可以進一步最小化運動的影響。為了確定各個區別，可以進行參考圖像的和/或各個擴散加權的圖像的濾波。由 此可以大大改善配準的穩健性。例如，濾波可以使用基于參考圖像和/或各個擴散加權的圖像所確定的掩模，其 中區別的確定僅考慮由掩模包含的圖像區域。所述濾波還可以包括借助邊緣保留(Kanten erhaltenden)的濾波器的濾波。利用這樣的濾波器，例如Sobel濾波器，可以極大降低圖 像比較對對比度的依賴性。在利用掩模的濾波的情況下，例如在圖像配準中僅考慮具有超 過定義的邊界值的強度的圖像區域。例如可以在調整測量中或基于參考測量產生這樣的掩 模。通過濾波可以將對圖像的區別或相似性的評估限定到圖像的攜帶信息的部分。由此可 以改善該方法的穩健性，并且可以精確地識別失真。利用該方法可以對于不同的預定的擴散方向校正在所拍攝的磁共振圖像中的圖 像失真，其中對于每個擴散方向可以拍攝參考圖像以及第一和第二擴散加權的圖像。由此， 對于各個擴散方向可以提供失真的盡可能精確的校正。當期望盡可能精確的校正時，還可 以對于每個待拍攝的擴散加權拍攝第一和第二擴散加權的圖像。參考圖像的拍攝和/或第一和第二擴散加權的圖像的拍攝還可以在調整測量的 范圍內進行。由此不需要對于每個單個擴散加權拍攝用于確定校正參數的圖像。例如可以 對于預定的擴散加權確定校正參數，其中對用于校正在不同于預定的擴散加權的擴散加權 情況下拍攝的磁共振圖像的校正參數進行外推。因為第一和第二擴散加權的圖像可以在高 的擴散加權(高的b值)的情況下被拍攝，所以與常規的方法相比可以具有校正參數的精 確的外推。在一種實施方式中，在相同的擴散加權的情況下拍攝第一擴散加權的圖像和第二 擴散加權的圖像，其中擴散梯度的極性優選地相反。由此以這種方式可以利用相關的校正 參數進行與參考圖像的同時配準。在另一種實施方式中，在不同的擴散加權的情況下拍攝第一擴散加權的圖像和第 二擴散加權的圖像。然后，可以在考慮由渦流引起的圖像失真對擴散加權的水平的依賴性 的條件下進行校正參數的確定。例如可以通過合適選擇在第一和第二組校正參數之間的相 關性來考慮該依賴性。校正參數例如可以與擴散梯度幅度(其規定了擴散加權)線性地相 關。通過相應地選擇相關關系，由此可以將在任意擴散加權和擴散梯度極性的情況下所拍 攝的圖像直接與用于確定校正參數的參考圖像配準。例如，可以通過如下確定校正的擴散加權的圖像利用第一以及第二組校正參數 來校正第一或第二擴散加權的圖像，或者利用第一以及第二組校正參數來校正第一和第二 擴散加權的圖像并且從中確定平均的校正的圖像。通過使用兩個擴散加權的圖像來確定校 正的MR圖像，在此可以改善信噪比。前面描述的方法可以由磁共振(MR)設備的計算機單元自動地進行。 按照本發明的另一個方面，提供一種用于拍攝檢查對象的擴散加權的磁共振圖像 的并且用于校正在擴散加權的圖像中的失真的磁共振設備，磁共振設備包括拍攝單元，其 構造為用于施加擴散梯度以對于擴散方向產生擴散加權并且用于拍攝擴散加權的圖像。此 夕卜，設置了控制單元，其構造為這樣控制用于無擴散加權地拍攝參考圖像、對于確定的擴散 方向拍攝第一擴散加權的圖像和對于相同的擴散方向拍攝第二擴散加權的圖像的拍攝單元，使得第二擴散加權的圖像的拍攝至少在與第一擴散加權的圖像的拍攝不同的另一個擴 散加權或另一個擴散梯度極性的情況下進行。此外，磁共振設備還包括計算機單元，其構造 為用于確定用于校正在所拍攝的擴散加權的圖像中的圖像失真的校正參數，其中第一擴散 加權的圖像利用第一組校正參數來校正，并且其中第二擴散加權的圖像利用第二組校正參 數來校正，其中第一和第二組校正參數是相關的，并且其中計算機單元通過同時最小化在 校正的第一圖像和參考圖像之間的區別以及在校正的第二圖像和參考圖像之間的區別來 確定校正參數。利用按照本發明的磁共振設備可以實現類似于前面描述的優點。按照一種實施方式，計算機單元還構造為用于控制拍攝單元以在拍攝第一擴散加 權的圖像時施加具有確定的極性的第一擴散梯度并且在拍攝第二擴散加權的圖像時施加 具有與之相反的極性的第二擴散梯度。按照另一種實施方式，磁共振設備構造為用于執行前面描述的方法中的一種。此外，提供了一種具有其上存儲的電子可讀的控制信息的電子可讀的數據載體， 這樣構造所述控制信息，使得在計算機系統(例如在磁共振設備的計算機系統)中使用所 述數據載體時，其執行前面描述的方法之一。當然可以組合前面描述的實施方式的特征和本發明的方面。


以下借助附圖詳細解釋本發明。其中，圖1示出了按照本發明的磁共振設備的一種實施方式的示意圖。圖2示出了按照本發明的方法的一種實施方式的流程圖。圖3示出了流程圖，該流程圖解釋了按照本發明方法的一種實施方式的校正參數 的確定，其中可以在圖2的步驟400中執行該方法。圖4示出了在擴散加權的圖像和參考圖像之間的變換的示意圖。圖5示出了對于相同的擴散加權和擴散方向的兩個擴散加權的MR圖像，其利用擴 散梯度的相反極性所拍攝。
具體實施例方式圖1示意性示出了磁共振設備30，其配置為用于執行擴散加權的MR測量，特別是 用于拍攝擴散加權的圖像。這樣的磁共振設備具有用于產生極化場Btl的磁體10。檢查對 象，在此是被檢查的人11，可以在臥榻13上被推入磁體10中，如示意性通過箭頭表示的。 MR設備還具有用于產生對于成像和位置編碼所使用的磁場梯度的梯度系統14。為了擴散 加權的成像，利用梯度系統15還可以產生用于擴散編碼的磁場梯度(擴散梯度)。擴散梯 度的強度和時間上的接通在此主要確定擴散加權b，而接通梯度的方向(擴散梯度方向g) 確定在圖像數據中成像的擴散方向。擴散成像相對于水分子沿著通過接通的擴散梯度所規定的擴散方向的擴散是敏 感的。接通的擴散梯度的幅度和由此的擴散加權b越高，則在所拍攝的圖像中的對比度變 化相對于未擴散加權(即b = 0)的圖像更突出。對比度變化還取決于擴散方向，因為對于 被檢查的人的身體中的水分子的擴散系數由于被檢查的人的組織(例如器官、神經纖維)9的結構而強烈取決于方向。然而對比度一般地不取決于接通的擴散梯度的極性，也就是，不 取決于，例如是在+X還是在-X方向上接通梯度。相應地，利用相同的擴散方向和加權，但 是利用擴散梯度的相反的極性所拍攝的MR圖像，通常具有相同的圖像對比度。然而由渦流 引起的失真由于相反的極性而在圖像中同樣相反。為了激勵在MR設備30的主磁場中產生的極化，設置了高頻脈沖裝置15，其將高 頻(HF)場入射到被檢查的人11中，以便將磁化從均衡位置偏轉。借助HF脈沖裝置15入 射 例如激勵脈沖(例如90° -Sine脈沖)，或重聚相位脈沖(例如180°脈沖)。為了控制 磁場梯度設置了梯度單元17，并且為了控制入射的HF脈沖設置了 HF單元16。借助HF線 圈裝置15和HF單元16可以記錄來自檢查區域12的磁共振信號。梯度系統14和高頻線 圈裝置15，以及HF單元16和梯度單元17可以一起表示為拍攝單元25。控制單元18中央地控制磁共振設備，例如在可預先給出的擴散加權和擴散方向 的情況下預定的成像MR序列的執行。可以利用輸入單元19來進行待執行的成像序列的選 擇。諸如成像參數、以及重建的MR圖像等控制信息可以在顯示器20上被顯示。通過輸入 單元還可以選擇用于擴散成像的參數，例如b值和要進行圖像拍攝的擴散方向。此外，磁共 振設備還包括計算機單元21，其用于從拍攝的MR信號中重建圖像，以及以下詳細描述的對 在重建的擴散加權的圖像中的失真進行校正。在圖1中示意性示出的磁共振設備當然可以包括磁共振設備通常具有的其它組 件。MR設備的一般工作原理對于本領域技術人員來說是公知的，從而不必詳細描述一般的 組件。為了借助擴散加權的MR成像執行檢查，計算機單元21可以在調整測量的范圍內 確定用于校正所拍攝的擴散加權的圖像的校正參數。控制單元18配置為用于在調整測量 的范圍內首先在沒有擴散加權的條件下啟動對檢查區域12中的一層的MR信號的拍攝。從 所拍攝的MR信號中，可以在計算機單元21中重建對于b = 0的相應的參考圖像。此外，控 制單元18控制拍攝單元25以拍攝具有預先確定的擴散加權和方向的兩幅圖像，但是其中 在拍攝時設置的在所述拍攝之間的擴散梯度的極性被反轉。在計算機單元21中又可以從 所拍攝的MR信號中重建該第一和第二擴散加權的圖像。為了確定用來校正擴散加權的圖像的校正變換，計算機單元21被構造為用于將 兩個擴散加權的圖像同時與參考圖像配準，其中在配準時使用相關的變換參數。計算機單 元21為此確定在利用變換參數校正的擴散加權的圖像和參考圖像之間的相似度，并且例 如利用單形方法(Simplex-Verfahren)最大化該相似度。從這樣確定的校正或變換參數 中，計算機單元21隨后通過外推確定用于不同的擴散加權的校正參數。校正參數的這樣的 確定可以在調整測量期間對于不同的擴散方向進行，對于這些擴散方向隨后拍攝擴散加權 的圖像。另一方面，控制單元18和計算機單元21還可以構造為對于每個待執行的擴散加 權的測量分別拍攝參考圖像和第一和第二擴散加權的圖像，由此確保了對在圖像中的失真 的特別精確的校正。當然，同樣可以考慮混合的方案，例如僅在調整測量期間拍攝參考圖像 以及對于每個待測量的擴散加權和方向等在相反的極性的情況下拍攝兩幅圖像。圖2示出了能夠利用圖1的磁共振設備30執行的按照本發明的方法的實施方式 的流程圖。在按照該實施方式的方法中，以允許區分渦流引起的失真和其它影響量的方式拍攝失真的擴散加權的圖像和參考圖像。為此，時間接近地分別拍攝具有相反的擴散梯度 的兩幅圖像B'和B"以及沒有擴散加權的參考圖像A。然后，進行形式B'->A的同時配準，其中利用相關的校正參數校正圖像B'和B"。由此可以以高的信噪比(因 為b = 0)與參考圖像配準，并且可以避免由于對比度區別而導致的系統的配置誤差。此 外，被檢查的人的運動的影響被最小化了。這點特別是利用按照圖2的實施方式實現，在該 實施方式中在時間上在兩個失真的擴散加權的圖像B'和B"之間拍攝參考圖像A。在對 于不同的層和不同的擴散方向確定校正參數時，可以對于每個層和每個擴散方向保持順序 B' -A-B“。在圖2的第一步驟100中對于預定的擴散方向利用擴散加權Id1進行第一擴散加 權的圖像B'的拍攝。圖像的拍攝通過執行成像的MR序列來進行，例如通過施加層選擇梯 度和相位編碼梯度、入射90° /180° HF激勵或重聚焦脈沖、施加擴散梯度和利用讀出序列 (例如EPI序列)探測MR信號。在此，通過在MR信號的探測之前按照具有確定的極性的預 先確定的擴散方向施加相應強度的擴散梯度進行擴散加權。在下一步驟200中沒有擴散加 權(即b = 0)地進行參考圖像A的拍攝。因此，參考圖像A不包含渦流引起的失真并且具 有大的信噪比。在步驟300中對于相同的擴散方向利用擴散加權Id2在相反的擴散梯度極 性的情況下拍攝第二擴散加權的圖像B"。由此對相同的擴散方向成像，然而在圖像B'和 B"中的由渦流引起的失真由于擴散梯度的不同極性而相反。擴散加權1^和132可以相同，從而圖像B'和B"具有相同的對比度。然而還可以 考慮，以不同的擴散加權在相同或在相反的擴散梯度極性的情況下拍攝圖像B'和B"。這 僅導致在第一和第二組校正參數之間的相關性的改變。在已知由渦流引起的失真隨著b值 的改變而改變的情況下，可以相應地調整在對于圖像B'和B"的校正參數之間的相關性。 例如校正參數與梯度幅度線性相關。因此在這種情況下還可以通過將圖像B'和B"直接 與參考圖像配準來確定校正參數。以下從如下特殊情況出發在該情況下利用相同的擴散 加權在擴散梯度的極性相反的情況下拍攝兩幅圖像。然而應當清楚的是，以下的實施方式 同樣可以應用于任意的擴散加權和梯度極性的一般情況，必要時利用所使用的相關性的相 應的調整。在步驟400中通過將圖像B'禾ΠΒ"同時與參考圖像A配準，來確定用于校正擴 散加權的圖像B'和B"的校正參數，其中利用相關的(例如相反的)校正參數校正B'和 B"。在此，可以借助迭代的最小化方法來進行所述配準，該最小化方法改變校正參數并且 由此最小化在各個校正的圖像和參考圖像之間的區別。這一點在以下參考圖3詳細描述。 通過校正參數的相關性確保了，其它的失真(例如通過被檢查的人的運動引起的位移)不 被錯誤解釋為由渦流引起的失真，并且相應地確定錯誤的校正變換。如果被檢查的人例如 在拍攝三幅圖像B'、A*B"期間運動，則成像的結構在每個圖像中移位一定的長度，這可 以通過利用相關的參數將圖像B'和B"同時與圖像A配準來補償。在步驟500中通過利用所確定的校正參數來校正圖像B'和B"，來確定校正的MR 圖像。替換地或附加地，還可以將校正參數外推到用于校正其它MR圖像的其它擴散加權(b 值)。這點特別是在調整測量期間拍攝圖像時具有優勢，其中無需拍攝其它參考圖像，借助 外推的校正參數就可以校正隨后的擴散加權的圖像。圖3是按照本發明的方法的實施方式的流程圖，其詳細示出了按照圖2的步驟400對校正參數的確定。以下假定，圖像B'和B"利用相同的擴散加權在相反的梯度極性的情 況下被拍攝并且由此具有相同的對比度。相應的具有相同對比度的未失真的擴散加權的圖 像以下被稱為B。通過利用未知的失真變換T對該圖像的失真，在此獲得失真的圖像B'B' =TB(1)由于相反的擴散梯度，圖像B"中的失 真同樣相反，從而利用逆變換T—1可以如下 地表示圖像B"B" =iT1B(2)對于失真變換T及其逆Γ1，在此成立Τ · Γ1 = 1，其中1表示單位矩陣。由此通 過變換T唯一確定逆變換。在已知變換T的情況下由此可以確定無失真的圖像B。這點也 在圖4中示出。然而因為圖像B是不可測量的，所以確定在校正的擴散加權的圖像Be'和失真的 擴散加權的圖像B'之間的失真變換T'。校正的圖像BJ和B/可以相應地表示為Be' =T' B'(3)Be〃 =T' ·Β〃(4)為了確定失真變換T'，最大化在校正的圖像Be'、B/和無失真的參考圖像A之 間的相似度。這可以通過在以下詳細解釋的對變換T'的迭代優化來進行。在圖4中通過 箭頭表示校正的圖像T' ^1-B'和T' ·Β 〃與參考圖像A的配準。圖像A和B 二者都是 無失真的，并且僅具有通過擴散加權弓I起的對比度區別，從而借助T ‘而不是T也可以進行 擴散加權的圖像的良好校正。在以下確定描述了該變換T'的校正參數。可以使用不同的變換來描述失真。例如可以考慮包括了剪切(S)、縮放(M)和平 移(T)的簡單的仿射變換，以及幾何上復雜的變換。仿射變換例如可以通過二階矩陣來表 示。作為復雜的變換例如考慮通過多項式失真函數(Verzerrungsfunktion)的參數確定的 多項式變換。變換矩陣的這些參數或元素作為校正參數被確定。在步驟401中首先確定在利用變換T'校正的擴散加權的圖像B'(即校正的圖 像T' -1 -B')和參考圖像A之間的相似度M'。此外，確定在利用逆變換T' ―1校正的擴 散加權的圖像B"(即校正的圖像T' B")和參考圖像A之間的相似度Μ"。也就是，相 似度如下表示M' = F(T' ^1B' , A) = F(T' ^1TB, A)(5)M〃=F(T' B〃，A)=F(T' T-1B，A)(6)其中，F表示用于確定相似性的評估函數。由此可以看出，當所確定的失真變換T'和實際上的校正變換Γ1盡可能相同 (T' Γ1 = 1)時，所述校正是盡可能最優的。通過同時最大化相似度M'和M"來確定變 換T'。換言之，在利用變換T'校正的圖像B'和B"和參考圖像A之間的區別同時被最 小化。為了借助評估函數F計算相似度M'和M"，存在多種可能性。例如可以借助在各個 擴散加權的圖像和參考圖像之間的互相關來確定互相關度量作為相似度。特別具有優勢的 是，確定熵度量，例如標準化交互信息(Normalized Mutual Information，匪I)。利用該度 量可以不取決于對比度區別地精確地確定不同的圖像的相似性。相似度的該確定還可以通 過對待比較的圖像進行合適的預處理來改進。例如，可以利用噪聲識別將兩個圖像的相似性評估限制到圖像的攜帶信息的部分。因此例如，可以使用調整測量中的一個用于確定擴散加權的圖像，或者使用參考測量用 于確定參考圖像以產生掩模。于是，在圖像配準中僅使用具有高于定義的邊界值的強度的 圖像區域(該邊界值例如可以固定預先給出或動態地從圖像信息中被確定)。由此可以組 合或替換地采用對于邊緣保留的濾波器(例如Sobel濾波器)的使用。由此可以極大降低 圖像比較(例如在b = 150和b = O的圖像之間)對對比度的依賴性。由此可以改善用于 確定校正參數的方法的穩健性。在此，可以在整個圖像上進行相似度比較。為了產生相似度的同時最大化，在步驟403中確定平均的相似度M = 1/2 (M' +M")。隨后，在步驟404中借助迭代的優化方法最大化該平均的相似度M。利用 優化方法，在每個評估步驟中確定相似度M'和M"，其中改變在評估步驟之間的T'。因為 多數的迭代優化方法配置為用于找到盡可能全局的最小值，所以可以通過參數(-1) ·Μ的 最小化來進行平均相似度的最大化。在此特別具有優勢的是，采用單形最小化方法，因為該 方法僅需要函數值而不需要恰好在基于熵的測量中難以確定的梯度。單形最小化方法通常 還能夠在具有局部最小值的優化空間中找到全局最小值。當然，同樣可以采用其它優化方 法，諸如梯度下降方法。通過找到最大的相似度Μ,由此可以確定變換T'，對于該變換，在校正的圖像B' 和B"和參考圖像A之間的區別最小化。擴散加權的圖像B'和B"此時可以利用相應的校 正矩陣T' ―1或T'來校正。在步驟405中相應地提供用于校正擴散加權的MR圖像的、以 T' ―1或T'形式的校正參數。如前面參考圖2的步驟500詳細解釋的，可以對于每個擴散 加權和方向確定這些校正參數，或者可以將其外推到其它擴散加權。以下以其它例子詳細解釋校正的工作方式。如果圖像B僅由于渦流而被失真并且 函數F(TB，A)實際上在T = 1時具有其最小值，則一個(例如B'或B"的)擴散加權的測 量就足以確定校正變換。然而在實踐中假設，這些條件中的至少一個不滿足，例如由于被檢 查的人的運動、在圖像B和A之間的強的對比度區別、低的信噪比或出現的圖像偽影。這樣 的附加影響量的作用通常不作為如下的變換被描述利用該變換校正B'并且利用其逆同 時校正B"。相應地，前面描述的對平均相似度的使用降低了這樣的影響量對配準過程的結 果的作用。作為用于解釋按照本實施例的方法的工作方式和對所拍攝的擴散加權的MR圖像 的改善的校正的第一例子，以下考察在被檢查的人運動的情況下圖像的拍攝。被檢查的人 的運動導致在第一失真的圖像B'的拍攝和參考圖像A的拍攝之間的圖像的位移，該位移 可以通過變換V來描述。該位移在不使用前面描述的方法的條件下被解釋為由渦流引起的 失真，這導致相應的錯誤的變換T的確定。利用按照本實施例的方法可以將失真的圖像B' 和B"作為未失真的擴散加權的圖像B的變換如下表示B' =TB(7)B" =T-1VB(8)在該例子中對參考圖像A同樣進行運動變換A' = VA如果在用于確定相似度M'和M"的等式中采用該表達，則得到如下表達M' = F(T' ^1B'，A' ) = F(T' ^1TB, VA)(9)M〃=F(T' B"，A' ) = F(T' T^1B, VA)(10)
從這些等式可以看出，降低了運動對校正參數T'的確定的影響。當T' 4T以及 T' T' -1V 二者都大約對應于V時，平均的相似度M被最大化。然而，因為不能同時滿足這 兩個要求，所以位移變換V最高只能部分地進入到待確定的失真變換T'中。作為另一個例子，以下考察在擴散加權的圖像和參考圖像之間的對比度變化。在 失真的圖像和參考圖像之間的對比度區別會導致，即使不存在由渦流引起的失真的情況下 相似度也能顯示在變換K下的最優值，該變換K與單位變換不同(在無渦流引起的失真的 條件下作為優化結果被期待為單位變換)。也就是，對比度區別即使沒有渦流引起的失真也 會導致錯誤的變換。在不使用前面描述的方法的條件下，該偏差會被解釋為由渦流引起的 失真，并且相應的錯誤的變換T被確定。利用按照本實施例的方法，相似度M'和M"的同時 優化的結果是，M'在T' =K的情況下被最大化并且M"在T' ―1 = K的情況下被最大化。 然而，不能同時滿足兩個要求，從而由于利用相關的變換或校正參數同時最大化相似度，偏 差的變換K最高只能部分地進入到特定的失真變換T'中。因此利用按照本發明的方法可 以確定改進的失真變換T'，在該失真變換中減小了由于存在的對比度區別引起的錯誤。參考圖4要再次指出的是，變換T'由于校正參數的相關 性既可以稱為校正變換 又可以稱為失真變換。關于圖像B' , T'表示失真變換，逆變換T' ―1相應地表示校正變 換，以便從失真的圖像B'到達校正的圖像Be'。關于圖像B"，對于逆變換分別一樣成立， 從而此處T' ―1表示失真變換而T'表示校正變換。還要再次指出的是，逆的使用僅表示在 對于第一和第二擴散加權的圖像的校正參數之間的相關性的一種可能種類。如果例如利用 相同的擴散梯度極性但是利用不同的擴散加權拍攝圖像，則可以采用其它的相關函數，該 相關函數例如考慮失真與梯度幅度的線性依賴性。圖5示例性示出了第一 MR圖像51和第二 MR圖像52，它們是對于相同的擴散方向 和加權，但是對于擴散梯度的相反的極性被拍攝的。相應地，在圖像中的利用箭頭表示的幾 何失真相反?？梢耘c對于b = 0的用于確定校正參數的相應的參考圖像(例如以失真變換 T'的形式)一起引入這些圖像。如前面提到的，可以利用相反的擴散梯度對于每個待進行的測量拍攝參考圖像和 擴散加權的圖像。然而，還可以在調整測量的范圍內進行該拍攝，從而用于確定校正參數的 附加的測量開銷以及由此測量時間提高均微小。在圖像的拍攝中可以借助相似度(例如互 相關性)，可靠探測患者運動，從而在患者運動大于邊界值的情況下(例如在太小的互相關 度量的情況下)可以重新拍攝圖像。通過所涉及的測量的重復，可以進一步改善校正參數 的確定的精度。當然可以組合前面描述的實施方式的特征。按照本發明的方法和按照本發明的磁 共振設備明顯改善了在擴散成像中、特別是在平面回波(EPI)擴散成像中，對由渦流引起 的失真的、基于圖像的校正的穩健性和精度。在此，實現了對被檢查的人的運動的敏感性的 降低。此外，校正參數的確定對對比度變化是穩健的，這使得可以使用具有高的信噪比的參 考圖像。
權利要求
1.一種用于校正在拍攝檢查對象(11)的擴散加權的磁共振圖像時出現的圖像失真的 方法，具有以下步驟-拍攝沒有擴散加權的參考圖像(A)，-對于一個擴散方向拍攝第一擴散加權的圖像(B')，-對于同一個擴散方向拍攝第二擴散加權的圖像(B")，其中，第二擴散加權的圖像的 拍攝至少在不同于拍攝第一擴散加權的圖像時的另一個擴散加權或者另一個擴散梯度極 性的情況下進行，_確定用于校正在所拍攝的擴散加權的圖像(B'，B")中的圖像失真的校正參數 (T')，其中利用第一組校正參數(T')校正第一擴散加權的圖像(B')，并且其中利用第 二組校正參數(T' ―1)校正第二擴散加權的圖像(B")，其中，所述第一和第二組校正參數(T' —ST')是相關的，并且其中，通過在校正的第一圖像和參考圖像之間的區別以及在校正的第二圖像和參 考圖像之間的區別的同時最小化來確定所述校正參數。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正參數可以描述變換(T')、特別 是仿射或多項式變換。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述變換包括平移、縮放和/或剪切。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第一擴散加權圖像的拍攝 中施加具有確定的極性的第一擴散梯度，并且在第二擴散加權圖像的拍攝中施加具有與之 相反的極性的第二擴散梯度。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一組校正參數描述變換(T'-1)， 并且所述第二組校正參數描述該變換的逆變換(T')。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述區別的同時最小化借助 迭代的優化方法來進行。
7.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述區別的同時最小化借助 單形最小化方法或梯度下降方法來進行。
8.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述區別的同時最小化包括 在校正的第一圖像和參考圖像之間的第一相似度(M')以及在校正的第二圖像和參考圖 像之間的第二相似度(M")的確定。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，通過從所述第一和第二相似度(M'，M") 中確定平均的相似度(M)并且通過最大化該平均的相似度(M)來進行所述區別的同時最小 化。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其特征在于，基于各個整個擴散加權的圖像 (B'，B")和整個參考圖像(A)來確定所述相似度。
11.根據權利要求8-10中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一和第二相似度是 通過第一以及第二校正的擴散加權的圖像與參考圖像的比較所確定的互相關性度量或熵度量。
12.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所拍攝的圖像中探測檢查 對象的運動，其中，僅僅基于如下這些圖像來確定所述校正參數對于這些圖像，運動小于 預定的邊界值。
13.根據權利要求11和12所述的方法，其特征在于，借助互相關性度量或熵度量來探 測檢查對象的運動，其中，僅僅如下的圖像被用于校正參數的確定對于這些圖像，互相關 性度量或熵度量高于預定的邊界值。
14.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述參考圖像(A)的拍攝在 第一擴散加權的圖像(B')的拍攝和第二擴散加權的圖像(B")的拍攝之間進行。
15.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，為了確定所述區別，進行參 考圖像的和/或各個擴散加權的圖像的濾波。
16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述濾波使用基于參考圖像(A)和/或 各個擴散加權的圖像(B'，B")所確定的掩模，其中，所述區別的確定僅僅考慮由掩模包 含的圖像區域，和/或所述濾波使用邊緣保留的濾波器。
17.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，對于不同的預定的擴散方向 進行在所拍攝的磁共振圖像中的圖像失真的校正，其中，對于每個擴散方向拍攝參考圖像 (A)以及第一和第二擴散加權的圖像(B'，B")。
18.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述參考圖像(A)的拍攝和 /或第一和第二擴散加權的圖像(B'，B")的拍攝在調整測量的范圍內進行。
19.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，對于預定的擴散加權確定校 正參數(T')，其中，對用于校正在不同于預定的擴散加權的擴散加權情況下拍攝的磁共 振圖像的校正參數(T')進行外推。
20.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在相同的擴散加權的情況下 拍攝第一擴散加權的圖像和第二擴散加權的圖像。
21.根據權利要求1-19中任一項所述的方法，其特征在于，在不同的擴散加權的情況 下拍攝第一擴散加權的圖像和第二擴散加權的圖像，其中，在考慮由渦流引起的圖像失真 與擴散加權的水平的依賴性的條件下進行所述校正參數的確定。
22.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，此外還通過如下確定校正的 擴散加權的圖像利用第一以及第二組校正參數(T' -ST')來校正第一或第二擴散加權 的圖像(B'，B")，或者利用第一以及第二組校正參數(T' _i，T')來校正第一和第二擴 散加權的圖像(B'，B")并且從中確定平均的校正的圖像。
23.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法由磁共振設備 (30)的計算機單元自動地進行。
24.一種用于拍攝檢查對象(11)的擴散加權的磁共振圖像并且用于校正在擴散加權 的圖像中的失真的磁共振設備，包括-拍攝單元(25)，其構造為用于施加擴散梯度以便對于擴散方向產生擴散加權并且用 于拍攝擴散加權的圖像，-控制單元(18)，其構造為用于這樣控制用于拍攝無擴散加權的參考圖像(A)、對于確 定的擴散方向拍攝第一擴散加權的圖像(B')和對于相同的擴散方向拍攝第二擴散加權 的圖像(B")的拍攝單元，使得第二擴散加權的圖像的拍攝至少在與第一擴散加權的圖像 的拍攝不同的另一個擴散加權或另一個擴散梯度極性的情況下進行，和-計算機單元(21)，其構造為用于確定用于校正在所拍攝的擴散加權的圖像中的圖像 失真的校正參數(T')，其中第一擴散加權的圖像(B')利用第一組校正參數(T' ―1)來校正，并且其中第二擴散加權的圖像(B")利用第二組校正參數(T')來校正，其中，第一和第二組校正參數(T' ^T')是相關的，并且其中，所述計算機單元(21)通過同時最小化在校正的第一圖像和參考圖像之間 的區別以及在校正的第二圖像和參考圖像之間的區別來確定所述校正參數。
25.根據權利要求24所述的磁共振設備，其特征在于，所述計算機單元還構造為用于 控制所述拍攝單元(25)以便在拍攝第一擴散加權的圖像時施加具有確定的極性的第一擴 散梯度并且在拍攝第二擴散加權的圖像時施加具有與之相反的極性的第二擴散梯度。
26.根據權利要求24或25所述的磁共振設備，其特征在于，所述磁共振設備構造為用 于執行按照權利要求2-23中任一項所述的方法。
27.一種具有其上存儲的電子可讀的控制信息的電子可讀的數據載體，這樣構造所述 控制信息，使得在計算機系統中使用所述數據載體時，其執行按照權利要求1-23中任一項 所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種用于校正在拍攝檢查對象(11)的擴散加權的磁共振圖像時出現的圖像失真的方法，具有以下步驟拍攝沒有擴散加權的參考圖像(A)；對于一個擴散方向拍攝第一擴散加權的圖像(B′)；對于同一個擴散方向拍攝第二擴散加權的圖像(B″)；確定用于校正在所拍攝的擴散加權的圖像(B′，B″)中的圖像失真的校正參數(T′)，其中利用第一組校正參數(T′)校正第一擴散加權的圖像(B′)，并且其中利用第二組校正參數(T′-1)校正第二擴散加權的圖像(B″)，其中所述第一和第二組校正參數是相關的，并且其中，通過在校正的第一圖像和參考圖像之間的區別以及在校正的第二圖像和參考圖像之間的區別的同時最小化來確定所述校正參數。
文檔編號A61B5/055GK102038502SQ20101051160
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月14日 優先權日2009年10月14日
發明者索斯藤·費韋爾 申請人:西門子公司