磁共振成像设备 【技术领域】
本发明涉及一种MR(magnetic resonance，磁共振)图像生成方法和一种MRI(magnetic resornarnce imaging--磁共振成像)设备，并且尤其涉及一种改进血管的再现能力的MR图像生成方法和MRI设备。
背景技术
传统的MRI设备包含用于获取MR信号的MR信号获取装置、用于使用窗口函数窗口处理MR信号的窗口处理装置、和用于对窗口处理过的MR信号执行傅里叶变换处理以生成MR图像的傅里叶(Fourier)变换处理装置，其中该窗口函数从k-空间的中心到接近K-空间的外围的位置具有“1”值，并且随着逐渐靠近该外围具有不断减少的值。
进行窗口处理以集中地抑制MR信号的高频部分，由此防止由于被MRI设备限制在k-空间中的有限长方形区域中的信号捕获而引起的截断假象或各向异性的噪声纹理。
在日本专利申请公开H4-53531和H6-121781中公开了相关地传统技术。
在传统的MRI设备中，不管将要生成的图像是否为血流图像，都进行相同的窗口处理。
换句话说，传统的窗口处理在将要生成的图像是血流图像时不是最优的，并且它不能改善血管的再现能力。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种通过在将要生成的图像是血流图像时优化窗口处理而改进对血管的再现性能的MR图像生成方法和MRI设备。
在第一方面中，本发明提供了一种MR图像生成方法，其特征在于包含：使用窗口函数窗口处理MR信号，其中该窗口函数在k-空间中的中心处和它的紧邻区域中、以及在k-空间中的外围和它的紧邻区域中具有小于1的值，并且在其中窗口函数具有小于1的值的区域之间，具有大于在其中窗口函数具有小于1的值的区域中的那个值的值；以及应用傅里叶变换处理到窗口处理过的MR信号，以获得MR图像。
在这个配置中，k-空间的中心的紧邻区域是距k-空间的中心大约5-20个数据点的范围。k-空间的外围的紧邻区域是距k-空间的外围大约5-20个数据点的范围。
依据第一方面中的MR图像生成方法，由于使用了在k-空间中的中心处和它的紧邻区域中具有小于1的值的窗口函数，所以接近k-空间的中心的MR信号被抑制了。组织部分的MR信号狭窄地分布在k-空间的中心附近，而血流部分的MR信号广泛地分布在高频区域中、以及中心附近。因此，组织部分的MR信号被强烈地抑制，而血流部分的MR信号被相对弱地抑制。因此，对血管的再现能力被相对改善了。
此外，由于窗口函数在k-空间中的外围上和在它的紧邻区域中具有小于1的值，所以MR信号的高频部分能够象在常规技术中那样被集中地抑制。
在第二方面中，本发明提供了一种MR图像生成方法，其特征在于包含：使用窗口函数窗口处理MR信号，其中该窗口函数在k-空间的中心处具有小于1的值，并且随着它逐渐远离中心，首先增加到等于或大于1的值C，保持在C持续一段时间，然后转到1，并且随着它从接近外围到k-空间的外围，减少到小于1的值；以及应用傅里叶变换处理到窗口处理过的MR信号，以获得MR图像。
在这个配置中，距k-空间的中心、其中窗口函数具有增加到C值的值的区域是距k-空间的中心大约3-15个数据点的范围。其中窗口函数保持在C持续一段时间的区域是大约20-50个数据点的范围。其中窗口函数从C到1的区域是大约3-10个数据点的范围。其中窗口函数具有小于1的值的区域是距k-空间的外围大约5-20个数据点的范围。
依据第二方面中的MR图像生成方法，由于使用了在k-空间中的中心处和它的紧邻区域中具有小于1的值的窗口函数，所以接近k-空间的中心的MR信号被抑制了。组织部分的MR信号狭窄地分布在k-空间的中心附近，而血流部分的MR信号广泛地分布在高频区域中、以及中心附近。因此，组织部分的MR信号被强烈地抑制，而血流部分的MR信号被相对弱地抑制。接下来，在其中“窗口函数保持在C持续一段时间”的区域中，在血流部分的MR信号中的第零阶波峰部分(在中心处具有最大值的顶峰)被保持或放大。接下来，在其中“窗口函数转到1”的区域中，在血流部分的MR信号中的第一阶或更高阶波峰部分(在除中心之外的一个位置处具有最大值的顶峰)被保持。因此，对血管的再现能力被相对改善了。
此外，由于窗口函数在k-空间中的外围上和在它的紧邻区域中具有小于1的值，所以MR信号的高频部分能够象在常规技术中那样被集中地抑制。
在第三方面中，本发明提供了具有上述配置的MR图像生成方法，其特征在于：窗口函数是在其中窗口函数增加到C的区域中使用高斯(Gaussian)函数的函数。
依据第三方面中的MR图像生成方法，高斯函数exp{-|k|2/a2}能够被用来平滑地把该值从小于1的值增加到C值。
在第四方面中，本发明提供了具有上述配置的MR图像生成方法，其特征在于：窗口函数是在其中窗口函数减少到小于1的值的区域中使用Fermi-Dirac函数的函数。
依据第四方面中的MR图像生成方法，Fermi-Dirac函数1/(1+exp{(|k|-R)/b})能够被用来平滑地把该值从1减少到小于1的值。
在第五方面中，本发明提供了一种MR图像生成方法，其特征在于包含：使用窗口函数窗口处理MR信号，其中该窗口函数在k-空间的中心处具有小于1的值，并且随着它逐渐远离中心，首先增加到1，保持在1持续一段时间，并且随着它从接近外围到k-空间的外围，减少到小于1的值；以及应用傅里叶变换处理到窗口处理过的MR信号，以获得MR图像。
依据第五方面中的MR图像生成方法，由于使用了在k-空间中的中心处和它的紧邻区域中具有小于1的值的窗口函数，所以接近k-空间的中心的MR信号被抑制了。组织部分的MR信号狭窄地分布在k-空间的中心附近，而血流部分的MR信号广泛地分布在高频区域中、以及中心附近。因此，组织部分的MR信号被强烈地抑制，而血流部分的MR信号被相对弱地抑制。接下来，在其中“窗口函数保持在1持续一段时间”的区域中，血流部分的MR信号被保持。因此，对血管的再现能力被相对改善了。
此外，由于窗口函数在k-空间中的外围上和在它的紧邻区域中具有小于1的值，所以MR信号的高频部分能够象在常规技术中那样被集中地抑制。
在第六方面中，本发明提供了具有上述配置的MR图像生成方法，其特征在于：窗口函数是在其中窗口函数增加到1的区域中使用高斯(Gaussian)函数的函数。
依据第六方面中的MR图像生成方法，高斯函数exp{-|k|2/a2}能够被用来平滑地把该值从小于1的值增加到1。
在第七方面中，本发明提供了具有上述配置的MR图像生成方法，其特征在于：窗口函数是在其中窗口函数减少到小于1的值的区域中使用Fermi-Dirac函数的函数。
依据第七方面中的MR图像生成方法，Fermi-Dirac函数1/(1+exp{(|k|-R)/b))能够被用来平滑地把该值从1减少到小于1的值。
在第八方面中，本发明提供了一种MR图像生成方法，其特征在于包含：通过具有上述配置的MR图像生成方法为多个连续的切片生成MR图像；从MR图像中生成三维数据；以及对三维数据执行MIP处理，以产生投影图像。
在第八方面的MR图像生成方法中，能够为脉管照相的图像改善对血管的再现能力。
在第九方面中，本发明提供了一种MRI设备，其特征在于包含：用于获取MR信号的MR信号获取设备；用于使用窗口函数窗口处理MR信号的窗口处理装置，其中该窗口函数在k-空间中的中心处和它的紧邻区域中、以及在k-空间中的外围上和它的紧邻区域中具有小于1的值，并且在其中窗口函数具有小于1的值的区域之间，具有大于在其中窗口函数具有小于1的值的区域中的那个值的值；以及傅里叶变换处理设备，用于应用傅里叶变换处理到窗口处理过的MR信号，以获得MR图像。
依据第九方面中的MRI设备，第一方面中的MR图像生成方法能够被适当地实现。
在第十方面中，本发明提供了一种MRI设备，其特征在于包含：用于获取MR信号的MR信号获取设备；窗口处理设备，用于使用窗口函数窗口处理MR信号，其中该窗口函数在k-空间的中心处具有小于1的值，随着逐渐远离中心，首先增加到等于或大于1的值C，保持在C处持续一段时间，然后转到1，并且随着从外围附近到k-空间的外围减少到小于1的值；以及傅里叶变换处理装置，用于对窗口处理过的MR信号应用傅里叶变换处理，以获得MR图像。
依据第十方面中的MR I设备，第二方面中的MR图像生成方法能够被适当地实现。
在第十一个方面中，本发明提供了具有上述配置的MRI设备，其特征在于：窗口函数是在其中窗口函数增加到C的区域中使用高斯(Gaussian)函数的函数。
依据第十一个方面中的MRI设备，第三方面中的MR图像生成方法能够被适当地实现。
在第十二个方面中，本发明提供了具有上述配置的MRI设备，其特征在于：窗口函数是在其中窗口函数减少到小于1的值的区域中使用Fermi-Dirac函数的函数。
依据第十二方面中的MRI设备，第四方面中的MR图像生成方法能够被适当地实现。
在第十三方面中，本发明提供了一种MRI设备，其特征在于包含：用于获取MR信号的MR信号获取设备；窗口处理设备，用于使用窗口函数窗口处理MR信号，其中该窗口函数在k-空间的中心处具有小于1的值，随着逐渐远离中心，首先增加到1，保持在1持续一段时间，并且随着从外围附近到k-空间的外围，减少到小于1的值；以及傅里叶变换处理装置，用于对窗口处理过的MR信号应用傅里叶变换处理，以获得MR图像。
依据第十三方面中的MRI设备，第五个方面中的MR图像生成方法能够被适当地实现。
在第十四个方面中，本发明提供了具有上述配置的MRI设备，其特征在于：窗口函数是在其中窗口函数增加到1的区域中使用高斯(Gaussian)函数的函数。
依据第十四方面中的MRI设备，第六方面中的MR图像生成方法能够被适当地实现。
在第十五个方面中，本发明提供了具有上述配置的MRI设备，其特征在于：窗口函数是在其中窗口函数减少到小于1的值的区域中使用Fermi-Dirac函数的函数。
依据第十五方面中的MRI设备，第七方面中的MR图像生成方法能够被适当地实现。
在第十六个方面中，本发明提供了MRI设备，其特征在于包含：三维数据生成装置，用于从为多个连续切片生成的MR图像中生成三维数据；以及MIP处理装置，用于在三维数据上执行MIP处理，以生成投影图像。
依据第十六个方面中的MRI设备，第八方面中的MR图像生成方法能够被适当地实现。
依据本发明中的MR图像生成方法和MRI设备，改善了对血管的再现能力。此外，在高频区域中的噪声被抑制了，以改善CNR(carrier to noise ratio，载波噪声比)。
【附图说明】
通过如在附图中说明的本发明的最佳实施例的下列描述，本发明的更多目的和优点将会是显而易见的。
图1是显示依据第一实施例的MRI设备的方框图。
图2是显示依据第一实施例的MR图像生成处理的流程图。
图3是显示在假定模型中在切片的中心轴上的MR信号强度的图表。
图4是显示在该假定模型中在k-空间的中心轴上的MR信号强度的图表。
图5是显示依据第一实施例在k-空间的中心轴上的窗口函数的值的图。
图6是显示依据第一实施例在窗口处理之后在k-空间的中心轴上的MR信号强度的图表。
图7是显示依据第一实施例在FFT处理之后在切片的中心轴上的MR信号强度的图表。
图8是显示依据第二实施例在k-空间中心轴上的窗口函数的值的图表。
图9是显示依据第三实施例的三维MR图像处理的流程图。
另外，对附图中的符号和内容说明如下：
在图1中：100--MRI设备；1--磁铁组件；1G--倾斜线圈；1T--传输线圈；1C--静磁场线圈；1R--接收线圈；2--静磁场电源；3--倾斜线圈驱动电路；4--RF功率放大器；5--前置放大器；6--显示装置；7--计算机；8--序列存储电路；9--门电路调制电路；10--RF振荡电路；11--A/D转换器；12--相位检测器；13--操作员控制台。在图2中：开始MR图像生成处理；P1-对MR数据执行窗口处理；P2--FFT处理；结束。在图3中：MR信号强度；脑部物质G；血管V；空间位置。在图4中：MR信号强度；脑部物质g；血管v；频率位置。在图5中：窗口函数的值；频率位置。在图6中：窗口处理之后的MR信号强度；脑部物质v；血管g；频率位置。在图7中：FFT处理之后的MR信号强度；血管V；脑部物质G；空间位置。在图8中：窗口函数的值；频率位置。在图9中：开始3D MR图像生成处理；Q1--为多个连续的切片执行图2中的图像生成处理；Q2--从多个连续切片的MR图像中生成3D数据；Q3--MIP处理；结束。
【具体实施方式】
下面将参考在附图中显示的实施例更详细地描述本发明。
第一实施例
图1是显示依据第一实施例的MRI设备的方框图。
在MRI设备100中，磁铁组件1具有一个内孔(空腔部分)，用于在其中插入一个研究对象(subject)，并且在内孔周围提供有：倾斜线圈(包含X轴、Y轴和Z轴线圈、以及它们的组合，确定切片、翘曲和读取轴)1G，用于生成倾斜的磁场；传输线圈1T，用于应用RF脉冲以刺激在研究对象内的原子核的旋转；接收线圈1R，用于从研究对象中检测NMR信号；以及静磁场电源2和静磁场线圈1C，用于生成静磁场。
应当注意到，可以使用永久磁铁代替静磁场电源2和静磁场线圈1C(超导线圈)。
倾斜线圈1G连接到倾斜线圈驱动电路3。传输线圈1T连接到RF功率放大器4。接收线圈1R连接到前置放大器5。
序列存储电路8响应于来自计算机7的指令、基于存储的脉冲序列操作倾斜线圈驱动电路3，由此从倾斜线圈1G中生成倾斜磁场。序列存储电路8还操作选通(gate)调制电路9，以将来自RF振荡电路10的高频输出信号调制成为具有预定时序和包络线的脉冲信号。脉冲信号作为激励脉冲被施加到RF功率放大器4，在RF功率放大器4中被功率放大，然后被施加到在磁铁组件1中的传输线圈1T，以传输RF脉冲。
前置放大器5放大在磁铁组件1中的接收线圈1R处检测到的、来自研究对象的NMR信号，并且输入该信号到相位检测器12。相位检测器12使用来自RF振荡电路10的输出作为参考信号，对来自前置放大器5的NMR信号进行相位检测，并且提供相位检测后的信号到A/D转换器11。A/D转换器11把相位检测的模拟信号转换成为数字信号形式的MR数据，并且把它们输入到计算机7。
计算机7从A/D转换器11中读取MR数据，并且执行图像重构处理以生成MR图像。计算机7还负责诸如接收从操作员控制台13提供的信息之类的全面控制。
显示装置6显示MR图像。
图2是显示由MRI设备100执行的MR图像生成处理的流程图。
在步骤P1，向从一个切片中采集的MR数据应用窗口处理。
在那时，为切片假定一个模型，以便使环形的血管位于256×256的FOV(视场)的中心，并且脑部物质以类似环型的形状环绕在血管周围。此外，就在切片中心轴上的MR信号强度来说，该模型被认为是具有彼此相等的脑部物质G的最大信号强度和血管V的最大信号强度，如图3所示。图3中的水平轴表示像素点数的索引(index)。
在整个切片平面上的MR信号强度是一个通过围绕图3中的位置0处的旋转轴轴向地旋转图3中的曲线而形成的曲面。
就这个模型来说，在图4中显示了在k-空间的中心轴上的MR信号的频率分量的分布。图4中的水平轴表示在k-空间中数据点的索引。从频率的观点来说，在水平轴上的位置0对应于一个直流位置(k-空间的中心)，并且随着它接近于外围，频率变得更高。
如图4所示，包含在MR数据中的脑部物质G的频率分量g在中心处具有一个非常强的波峰，并且狭窄地分布在中心附近。另一方面，包含在MR数据中的血管V的频率分量v(血流的频率分量)在中心处具有相对弱的波峰，并且广泛地分布在高频区域中以及中心附近。
在整个k-空间上MR信号的频率分量的分布是通过围绕在图4的中心处的旋转轴轴向地旋转图4中的曲线而形成的曲面。
图5显示了为在k-空间的中心轴上的MR信号使用的窗口函数f(k)。
窗口函数f(k)在k-空间的中心处具有0.5的值，随着逐渐远离中心，首先增加到值1.2，保持在1.2持续一段时间，然后转到1，并且随着从外围附近到k-空间的外围，减少到值0.5。
在其中值从0.5增加到1.2的区域中，窗口函数f(k)被表示为：
f(k)＝C(1-A·exp{-|k|2/a2})，
其中a、A和C为常数，而k是距中心的距离。在图5中，C＝1.2，A＝0.6，而且a＝5。
在其中值从1减少到0.5的区域中，窗口函数f(k)被表示为：
f(k)＝1/(1+exp{(|k|-R)/b})，
其中b和R为常数，而k是距中心的距离。在图5中，R＝128，而且b＝3。
在整个k-空间上的窗口函数f(k)是通过围绕在图5的中心处的旋转轴轴向地旋转图5中的曲线而形成的曲面。
图6显示了在k-空间的中心轴上在窗口处理的MR信号中的频率分量的分布。
脑部物质G的频率分量g被强烈地抑制到大约初始强度的一半。
另一方面，血管的频率分量v的第零阶波峰部分在中心处被抑制了，而在中心附近被放大了。第一阶和更高阶波峰部分被保持在初始强度。
在整个k-空间上MR信号的频率分量是通过围绕在图6的中心处的旋转轴轴向地旋转图6中的曲线而形成的曲面。
返回到图2，在步骤P2，通过二维的FFT(fast Fourier transformation，快速傅里叶变换)处理经过窗口处理的MR数据。
图7显示了在FFT处理之后在切片的中心轴上的MR信号强度。
脑部物质G的信号被强烈地抑制了，而血管V的信号保持在初始强度附近。
在整个切片上的MR信号强度是通过围绕在图7中的位置0处的旋转轴轴向地旋转图7中的曲线而形成的曲面。
因此，能够相对地改善血管V的再现能力。
此外，窗口函数f(k)在k-空间中在外围上和它的紧邻区域中具有小于1的值。因此，MR信号中的高频部分能够象在常规技术中那样被集中地抑制。
第二实施例
在第二实施例中，如图8所示的窗口函数被用来实现窗口处理。
在图8中的窗口函数f(k)在k-空间的中心处具有0.5的值，随着逐渐远离中心，增加到值1，保持在值1持续一段时间，并且随着从k-空间的外围附近到外围，减少到值0.5。
在其中值从0.5增加到1的区域中，窗口函数f(k)被表示为：
f(k)＝1-A·exp{-|k|2/a2}，
其中a和A为常数，而k是距中心的距离。
在其中值从1减少到0.5的区域中，窗口函数f(k)被表示为：
f(k)＝1/(1+exp{(|k|-R)/b})，
其中b和R为常数，而k是距中心的距离。
在整个k-空间上的窗口函数f(k)是通过围绕在图8的中心处的旋转轴轴向地旋转图8中的曲线而形成的曲面。
应当注意到，当窗口函数在中心处和在它的紧邻区域中具有值1时，该窗口函数将与传统的窗口函数相同，如图8中的虚线所示。
第三实施例
在第三实施例中，用改进了的血管V的再现能力生成三维MR图像。
图9是显示依据第三实施例的三维MR图像生成处理的流程图。
在步骤Q1，依据上述实施例中的一个产生MR图像，并且为沿厚度方向连续排列的多个切片重复该生成过程。
在步骤Q2，从沿厚度方向连续排列的多个切片的MR图像中生成三维数据。
在步骤Q3，对三维数据执行MIP(maximum intensity projection，最大强度投影)处理，以生成三维MR图像。
由于切片的MR图像是那些具有改进了血管V的再现能力的图像，所以三维MR图像也是具有改进了血管V的再现性能的MR图像，并且本实施例适于生成脉管照相的图像。
其它实施例
可以从不同于上述函数的函数组合中生成窗口函数，供在窗口处理中使用。
可以在没有背离本发明的精神和范围的情况下配置本发明中的许多迥然不同的实施例。应当理解，本发明不局限于在说明书中描述的特定实施例，除非象在附加权利要求中定义的那样。