校准方法、局部线圈、磁共振装置和计算机程序产品与流程

本发明涉及一种校准运动探测方法的方法、局部线圈、磁共振装置及计算机程序产品。

背景技术：

1、在医疗技术中，磁共振成像(mr)，又称磁共振断层扫描(mrt，英文：magneticresonance imaging,mri)，其特点是软组织对比度高。在此，检查对象，例如患者，通常被定位在mr装置的静态均匀磁场中。在mr测量期间，通常高频(hf，英文：rf)发射脉冲根据mr序列照射到检查对象中。利用产生的发射脉冲，结合静磁场，在检查对象中激发核自旋，从而触发由梯度脉冲进行位置编码的mr信号。mr信号由mr设备接收，并用于重建mr图像。

2、为了获得更高质量的mr图像，优选地在mr测量期间记录描述被检查对象的可能运动的运动数据。在此基础上，例如，可以进行前瞻性或回顾性运动校正。此外，运动数据可用于mr序列与患者运动的控制，特别是同步。

3、为了收集运动数据，近年来引入了一种使用导频音(pilotton，pt)的技术，例如在us20160245888 a1，us20170160364 a1和us20180353139 a1中有描述。其中，用pt发生器发射由检查对象的运动调制的pt信号，并由mr装置的hf接收单元接收。有利的是，hf接收单元具有足够大的接收带宽，以同时接收mr信号和不在mr信号的频率范围内的pt信号。所述hf接收单元可包括多个接收元件，尤其线圈元件，每个接收元件与一个接收信道相关联。

4、所接收的pt信号可以特别地表示为矩阵，其矩阵元素，特别是其维数，映射pt信号的时间和/或各种接收信道。每个接收信道的pt信号可以包括诸如呼吸运动和心脏运动等不同运动组成部分的信息。分别由运动组成部分引起的pt子信号可以在pt信号中混合，特别是线性地混合；pt子信号的这种混合尤其可以用混合矩阵来描述。然而，这种混合矩阵是先验未知的，因此必须首先校准。

5、除了pt技术之外，还有其他已知的运动探测方法，例如通过mr导航器和/或摄像机进行运动检测。有利的是，这种进一步的运动探测方法也被校准以改进运动检测，特别是关于其准确性改进。

技术实现思路

1、本发明的要解决的技术问题在于，提供一种用于校准运动探测方法的方法，其有利地是特别鲁棒的。该技术问题由独立权利要求的特征来解决。从属权利要求书中描述了有利的设计。

2、提出了一种校准运动探测方法、即bdm的方法，其中bdm适于在借助磁共振装置的磁共振测量过程中检测检查对象的运动。为此目的，根据bdm在检测时段内检测、特别是记录和/或测量和/或获取检查对象的第一运动数据。此外，在第一运动数据的检测期间，即在检测时段中，根据至少一个另外的运动探测方法、即wbdm检测、特别是记录和/或测量和/或获取检查对象的第二运动数据。根据第一运动数据和第二运动数据对bdm进行校准，特别是调整和/或训练。

3、优选地，第二运动数据的检测是在检测时段中连续地和/或不间断地和/或没有显著的停顿进行。

4、优选地，在校准阶段，特别是学习阶段中检测第一和第二运动数据。例如，校准阶段可持续10到20秒。优选地，同时和/或并行地检测第一和第二运动数据。

5、优选地，将第二运动数据存储在磁共振装置的随机存取存储器(英文：random-access memor,ram)中。

6、至少一个wbdm优选地是不同于bdm的方法。至少一个wbdm优选是独立于bdm的方法。优选地，第二运动数据的产生依赖于与第一运动数据的产生不同的物理过程和/或相互作用和/或原理。优选可以借助wbdm识别bdm的任何测量误差。

7、优选地，根据第一运动数据和第二运动数对bdm的校准包括识别所述检测时段中(即在检测第一运动数据和第二运动数据期间)的至少一个干扰时段，其中检查对象的运动具有干扰，其中bdm在考虑至少一个干扰时段的情况下被校准。特别是，在校准中以不同于在至少一个干扰时段之外的第一和/或第二运动数据的方式考虑在至少一个干扰时段内的第一和/或第二运动数据。优选地，根据第二运动数据识别至少一个干扰时段。

8、例如，第一和第二运动数据的检测是在时间点ti和tf之间的检测时段内进行的；在时间点t1≥ti时，干扰开始，当时间点t2≤tf时，干扰结束。然后，可以考虑从t1到t2的时间段来校准bdm。

9、优选地，至少一个干扰时段的识别包括基于第二运动数据、尤其在第二运动数据中的至少一个预定的运动模式对至少一个运动偏差的识别。

10、例如，第二运动数据可以描述运动幅度，其描述检查对象的运动的幅度。所述至少一个运动偏差可以例如通过所述运动幅度超过预定阈值来确定。特别是，阈值可以相对于平均运动幅度确定。

11、例如，至少一个预定的运动模式包括描述不规则性、尤其是在运动幅度中的信号峰值的运动模式。

12、例如，在至少一个干扰时段内检测到的第一运动数据在校准bdm时被忽略。优选地，bdm的校准仅基于在至少一个干扰时段之外检测到的第一运动数据。

13、例如，在至少一个干扰时段内检测到的第一运动数据在校准bdm时与其他第一运动数据的加权不同。

14、优选地，为至少一个干扰时段分别分配干扰强度，干扰强度指示干扰的强度。特别地，在校准bdm时，根据相关的干扰强度对在至少一个干扰时段中检测到的第一运动数据进行加权。

15、优选地，根据第二运动数据修改，特别是调整和/或改变第一运动数据。优选地，借助修改后的第一运动数据来校准bdm。

16、有利的是，当根据第二运动数据修改第一运动数据时，从第一运动数据中移除例如由任何测量误差引起的损坏的第一运动数据。例如，损坏的第一运动数据可以由检查对象的一个或多个无意运动引起。所述修改后的第一运动数据有利的是去除测量误差的运动数据。有利的是，利用这种修改后的第一运动数据，可以更可靠地执行bdm的校准。

17、例如，修改第一运动数据包括从第一运动数据中去除至少一个干扰时段内的第一运动数据。尤其关于上述示例，可以从第一运动数据中移除在t1至t2的时间段中检测到的第一运动数据。

18、优选地，检查对象的运动包括至少两个运动组成部分，特别是两个运动分量。

19、运动组成部分被特别地分配给特定的运动类型。在检查对象的身体中可以同时进行几种运动，例如心脏运动，呼吸运动和患者的其他自愿或不自主的运动，例如头部的转动，手或腿的运动等。校准后的bdm尤其被用于从运动数据中提取至少两个运动组成部分中的至少一个，所述运动数据例如在与校准阶段相连的测量阶段按照bdm被检测。

20、例如，为了校准bdm，在校准阶段检测pt信号作为第一运动数据。检查对象、尤其是患者优选在校准阶段应尽可能正常呼吸。利用所记录的第一运动数据，可以有利地计算适合于分离至少两个运动组成部分的离析解(德语：)。至少两个运动组成部分的一个运动组成部分可以是例如呼吸运动，心脏运动，头部运动或患者全身的运动。有利的是，通过考虑第二运动数据，可以更精确地进行离析解的计算。

21、优选地，bdm的校准包括用于分离至少两个运动组成部分的bss算法(bss：盲信号分离)的校准。

22、例如，bss算法包括ica(ica：独立分量分析)算法和/或pca(pca：主分量分析)算法，特别是cpca(cpca：复主分量分析)算法。

23、例如，所述至少两个运动构成部分包括所述检查对象的心脏运动和/或呼吸运动。

24、特别是，任何由心脏肌肉有规律的收缩引起的运动，无论是在心脏本身还是在受其影响的身体其他部位，特别是通过动脉血管，都可以被称为心脏运动。特别是，呼吸运动可以被描述为任何由肺部有规律地充满或排空空气所引起的运动，无论是在胸部或腹部本身，还是在受影响的身体其他部位。

25、ica算法的应用特别规定，从例如pt信号的运动数据的校准部分计算离析矩阵。特别地，ica算法可以应用于例如由不同的接收信道检测的多个运动数据。优选地，离析矩阵分离运动数据中不同运动类型的信号。(如果只从运动数据中提取一种运动类型的信号，也可以使用离析矢量。)

26、例如，当将离析矩阵应用于pt信号时，它将至少一种特定的运动类型，包括优选的心脏分量，从其它可能的信号成分中分离出来。根据ica算法的实现，这个离析矩阵可以是复的，也可以是实的。关于ica算法或pca算法的其他可能方面，请参考ep3413076a1。

27、优选地，使用至少一个传感器，特别是运动传感器来检测第二运动数据。优选地，用至少一个传感器来检测第二运动数据，该传感器通过被检查对象的运动，特别是通过被检查对象的胸部的运动而一起运动。

28、特别地，第二运动数据描述至少一个传感器相对于磁共振装置的位置，特别是相对于磁场，特别是磁共振装置的主磁场(b0场)和/或梯度磁场，和/或至少一个传感器的加速度。

29、特别地，通过至少一个传感器来检测第二运动数据，该传感器设置在磁共振装置的安装在检查对象上的部件，例如局部线圈中或其上，其通过检查对象的运动，特别是通过检查对象的胸部的运动来共同运动。

30、特别地，第二运动数据描述局部线圈相对于磁共振装置，特别是磁共振装置的主磁场的位置，和/或局部线圈的加速度。

31、优选地，所述至少一个传感器包括磁场传感器，特别是霍尔传感器，特别是3d霍尔传感器，和/或加速度传感器和/或陀螺仪传感器。

32、具体地说，霍尔传感器通过在磁共振装置的磁场中的运动产生第二运动数据的至少一部分。霍尔传感器(也称为霍尔探头或霍尔编码器，根据埃德温霍尔)基本上使用霍尔效应来测量磁场。特别是在视场(英文：field of view,fov)之外，特别是在磁共振装置的任何隧道(孔)之外，磁场的空间分布是有利的不均匀的，但已知的，因此霍尔传感器测量的磁场强度可以用来确定霍尔传感器的空间位置。

33、优选地，第二运动数据，特别是平移数据和/或旋转数据，至少部分地在磁共振装置的隧道之外被检测。

34、有利的是，由于该区域的主磁场通常具有很大的不均匀性，平移数据(例如x，y和/或z数据)和/或旋转数据(例如滚动，俯仰和/或侧滑或者说偏航数据)可以通过霍尔传感器作为第二运动数据在隧道外部特别好地被捕获。有利的是，通过使用霍尔传感器对旋转运动进行时间相关的检测，也可以计算角度速度。

35、此外，第二运动数据可以通过使用磁场传感器测量梯度磁场来检测。这种测量有利地在产生梯度磁场的隧道内进行。在这方面，参考文献us20100176809a1，其中描述了如何使用用于测量梯度磁场的多个磁场传感器来执行局部线圈的空间定位。

36、加速度传感器(也称为加速度测量器，速度传感器，震动传感器，振动传感器，加速度计，加速度表，b传感器或g传感器)是测量其加速度的传感器。加速度传感器优选提供在三个空间方向上的加速度值。

37、陀螺仪传感器有利地设计用于测量角速度。利用陀螺仪传感器，可以有利地分离由检查对象或加速度传感器的运动引起的动态加速度和由地球引力引起的静态加速度。

38、优选地，所述至少一个传感器包括多个传感器，每个传感器基于不同的物理相互作用，用于探测所述检查对象的运动。具体地说，多个传感器各自提供第二运动数据的一部分。有利的是，用于检测检查对象的运动的至少一个传感器依赖于与bdm不同的相互作用。例如，作为bdm的pt方法依赖于pt场与能传导的组织的电磁相互作用，而磁场，特别是磁共振装置的主磁场，则由霍尔传感器测量，或由加速度传感器测量加速度。优选地，通过多个传感器的组合—例如霍尔传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器—可以实现传感器数据的冗余。

39、例如，磁场传感器，特别是霍尔传感器和加速度传感器依赖于不同的物理相互作用来探测检查对象的运动。因此，bdm的校准，特别是至少一个干扰时段的识别，可以更鲁棒地进行。

40、特别是，不同传感器的各自运动数据可以相互关联，以便能够更可靠地评估第二运动数据。

41、优选地，所述bdm包括导频音信号与运动的检查对象的相互作用。优选，bdm是一种pt方法。其中，用pt发生器发射pt信号，该pt信号由所检查的对象的运动调制，并由磁共振装置检测。有利的是，所述磁共振装置具有足够大的接收带宽，以同时接收mr信和不在所述mr信号的频率范围内的pt信号。磁共振装置可以包括多个接收元件，特别是线圈元件，每个线圈元件与一个接收信道相关联。

42、所接收的pt信号可以特别地表示为矩阵，其矩阵元素映射pt信号的时间和/或各种接收信道。每个接收信道的pt信号可以包括不同运动组成部分，例如呼吸运动和心脏运动的信息。分别由运动组成部分产生的pt子信号可以在pt信号中混合，特别是以线性形式混合；pt子信号的这种混合可以特别地用混合矩阵来描述。混合矩阵可以特别由线圈元件的几何形状和灵敏度确定。有利的是，根据第一运动数据和第二运动数据校准bdm包括校准混合矩阵。特别地，根据第一运动数据和第二运动数据确定离析矩阵。

43、该方法的一个可能实施例规定，该方法还包括：

44、-根据第二运动数据核查所述检查对象在检测时段内的运动是否符合至少一个预定的标准；

45、-如果核查表明被检查对象在检测时段内的运动不符合至少一个预定的标准：重复检测另外的第一和第二运动数据，并根据另外的第一和第二运动数据对bdm进行校准。

46、所述至少一个预定的标准可以特别地规定，所述检查对象在检测时段中的运动是足够有规律的。具体地说，至少一个预定的标准可以规定，即在检测时段中的时段(检查对象在检测时段中的运动在该时段中是足够有规律的)尤其未超过规定的阈值。例如，这样的阈值可以是检查对象运动的特定幅度(例如，以“cm”为单位的绝对运动)和/或特定加速度。有利的是，使用幅度标准可以检测患者的非常深的呼吸。有利的是，可以利用加速度标准检测患者的咳嗽或打喷嚏。这些标准也可以被组合。

47、有利的是，通过检查可以确保检测到的第一运动数据的质量和/或数量足以(成功)执行bdm的校准。

48、例如，也可以想象，被运动损害的时间段被识别，并且位于这些时间段中的第一运动数据被移除。如果得到的第一运动数据仍然包含足够的数据，则可以有利地省去重复检测另外的第一和第二运动数据。

49、此外，提出一种具有至少一个用于检测第二运动数据的传感器的局部线圈，以便用它来执行前面所述的方法。此外，提出了一种磁共振装置，特别是具有这样的局部线圈，其被设计成执行前述方法。

50、所提出的局部线圈和所提出的磁共振装置的优点基本上对应于所提出的用于校准运动探测方法的方法的优点，上文已经详细说明。这里提到的特征、优点或替代实施例也可以转移到其他要求保护的主题，反之亦然。

51、此外，提出了一种计算机程序产品，其包括程序并可直接加载到磁共振装置的可编程系统控制单元的存储器中，并且具有程序手段，例如库和辅助功能，以便计算机程序产品在磁共振装置的系统控制单元中执行时执行所述方法。在此过程中，计算机程序产品可以包括具有仍需要编译和绑定或仅需要解释的源代码的软件，或者仅需要加载到系统控制单元以执行的可执行软件代码。

52、通过计算机程序产品，所提出的方法可以有利地快速、相同可重复和鲁棒地执行。所述计算机程序产品优选地被配置为能够借助于所述系统控制单元执行所提出的方法步骤。因此，系统控制单元具有诸如适当的存储器，适当的图形卡或适当的逻辑单元等先决条件，以便能够有效地执行各自的方法步骤。

53、计算机程序产品例如存储在计算机可读介质上或存储在网络或服务器上，从那里可以加载到本地系统控制单元的处理器中，本地系统控制单元可以直接连接到磁共振装置或形成为磁共振装置的一部分。此外，计算机程序产品的控制信息可以存储在电子可读的数据载体上。电子可读数据载体的控制信息可以设计成在磁共振装置的系统控制单元中使用该数据载体时执行所提出的方法。

54、电子可读数据载体的例子包括dvd、磁带或usb盘，其中存储了电子可读控制信息，特别是软件。当该控制信息从数据载体读取并存储在磁共振设备的系统控制单元中时，可以有利地执行上述方法的所有建议的实施例。

技术特征：

1.一种用于校准运动探测方法bdm的计算机实现的方法，其中，bdm适于在借助于磁共振装置的磁共振测量期间探测检查对象的运动，其中，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述方法，

3.根据权利要求1或2之一所述的方法，

4.根据前述权利要求任一项所述的方法，

5.根据前述权利要求任一项所述的方法，

6.根据前述权利要求任一项所述的方法，

7.根据前述权利要求任一项所述的方法，

8.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中该方法还包括：

9.根据前述权利要求任一项所述的方法，

10.根据前述权利要求任一项所述的方法，

11.根据权利要求9至10任一项所述的方法，

12.根据权利要求9至11任一项所述的方法，

13.一种局部线圈，其具有至少一个传感器用于检测第二运动信号，以执行根据权利要求9至12任一项所述的方法。

14.一种磁共振装置，尤其具有权利要求13所述的局部线圈，其被设计成执行权利要求1至12任一项所述的方法。

15.一种计算机程序产品，其包括程序并且能够直接加载到磁共振装置的可编程系统控制单元的存储器中，具有程序手段用于在磁共振装置的系统控制单元中执行程序时执行权利要求1至12任一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种校准运动探测方法的方法、局部线圈、磁共振装置及计算机程序产品。该运动探测方法在借助于磁共振装置的磁共振测量期间探测检查对象的运动。根据BDM在检测时段内检测检查对象的第一运动数据。在所述检测时段内根据至少一个另外的运动探测方法检测所述检查对象的第二运动数据。根据第一运动数据和第二运动数据校准BDM。

技术研发人员：J·苏考,M·巴彻,P·斯皮尔
受保护的技术使用者：西门子医疗股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23