專利名稱：預(yù)先信息增強(qiáng)動(dòng)態(tài)磁共振成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生連續(xù)的磁共振圖像的磁共振成像方法。
背景技術(shù)：
這種磁共振成像方法公開在J. Tsao等人的在MRM46 (2001) 652-660中的“統(tǒng)一加 速圖象采集的線性預(yù)先信息(prior-information)驅(qū)動(dòng)方法的論文中(Unifying linear prior-information-driven methods for accelerated image acquisition" by J. Tsao et al. in MRM46(2001)652-660) 這種公知的磁共振成像方法涉及以更快速的圖像采集來采集和重構(gòu)策略。這種公 知的磁共振成像方法作為廣泛使用的線性采集加速技術(shù)(BLAST)在磁共振成像的技術(shù)領(lǐng) 域中比較熟悉。在這種公知的方法中從磁共振信號(hào)的訓(xùn)練組中重構(gòu)靜態(tài)參考圖像。_從靜態(tài)參考圖像中識(shí)別在連續(xù)的磁共振圖像中的變化的似然性分布，-采集磁共振信號(hào)組的動(dòng)態(tài)數(shù)列，和-基于所識(shí)別的變化的似然性的分布和靜態(tài)參考圖像從動(dòng)態(tài)數(shù)列的磁共振信號(hào)的 相應(yīng)組中重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像。根據(jù)這種公知的方法減少磁共振信號(hào)組動(dòng)態(tài)數(shù)列的采樣以加速采集。通過限制重 構(gòu)到其中變化是可能的區(qū)域可以十分有效地進(jìn)行磁共振信號(hào)的采樣。連續(xù)的磁共振圖像基 于靜態(tài)參考圖像連同后來采集的磁共振信號(hào)組的動(dòng)態(tài)數(shù)列進(jìn)行重構(gòu)；這種動(dòng)態(tài)數(shù)列充分考 慮在導(dǎo)致靜態(tài)參考圖像的磁共振信號(hào)的訓(xùn)練組的采集之后發(fā)生的變化。雖然這種公知的方法成功地減小了信號(hào)采集時(shí)間，但是它具有幾種公知的局限， 首先要求在對(duì)象具有很小或沒有運(yùn)動(dòng)時(shí)的靜態(tài)參考圖像的采集。這不可能用于包含連續(xù)運(yùn) 動(dòng)的情況，比如心臟成像。其次，這種公知的方法假設(shè)已知變化的似然性的空間分布，但它 并沒有描述估計(jì)它的技術(shù)。因此，這種公知的方法限制于通過其它的裝置獲得這種空間分 布的應(yīng)用。因此，已經(jīng)顯示當(dāng)前需要縮短信號(hào)采集時(shí)間以更好地處理快速且連續(xù)的對(duì)象運(yùn) 動(dòng)并進(jìn)一步減小圖像假像。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種磁共振成像方法，其中相對(duì)于該公知的方法要求相 同或者甚至更短的信號(hào)采集時(shí)間，但沒有相關(guān)的限制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了減小圖像假像并且因此 改善了圖像質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了這種目的，其中通過連續(xù)掃描在k-空間中的相應(yīng)的點(diǎn)組來采 集磁共振信號(hào)的連續(xù)組以使-連續(xù)掃描構(gòu)造k_空間的采樣
_連續(xù)掃描以完全采樣密度更加頻繁地覆蓋k_空間的預(yù)定部分，和-從磁共振信號(hào)的連續(xù)組中重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像。根據(jù)本發(fā)明，k_空間的完全采樣從磁共振信號(hào)的連續(xù)組中構(gòu)造，其中在每個(gè)時(shí)刻 在時(shí)間上磁共振信號(hào)的單個(gè)組可以被欠采樣。因此，在采集越來越多的磁共振信號(hào)的連 續(xù)組時(shí)在時(shí)間上構(gòu)造采樣并且可以實(shí)現(xiàn)甚至完全采樣。此外，重復(fù)地再訪問(revisited) k-空間的預(yù)定部分以實(shí)現(xiàn)在整體上比k-空間的完全采樣更早的預(yù)定的完全采樣。這種完 全采樣的k-空間的預(yù)定部分作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)組使用，基于這種訓(xùn)練數(shù)據(jù)組在磁共振信號(hào)的 單個(gè)組中的欠采樣引起了混疊假像。可取的是，重復(fù)地再訪問的k-空間的預(yù)定的部分包含 k-空間的中心區(qū)，比如在位于kz = 0或ky = 0周圍的ky-kz平面中的一個(gè)或幾個(gè)波帶。本發(fā)明依賴于這樣的理解磁共振信號(hào)一般集中在k_空間的中心部分。因此，通 過在不同的時(shí)刻在k_空間的中心部分上的不同的位置上的連續(xù)采樣，改變的似然性的分 布可以從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中識(shí)別。在單獨(dú)通過幾何空間或者通過幾何空間和時(shí)間頻率所跨越的空 間中識(shí)別這種分布。本發(fā)明進(jìn)一步依賴于這種理解通過規(guī)定，靜態(tài)參考圖像不隨時(shí)間改變。因此， 通過在不同的時(shí)刻上的k_空間的不同的部分的連續(xù)采樣，實(shí)現(xiàn)了以k_空間的完全采樣 密度的采樣。因此產(chǎn)生了完全采樣圖像，可選擇地它可用于獲得靜態(tài)參考圖像。然后，對(duì) 于k-空間的外圍區(qū)，或者對(duì)于整個(gè)k-空間，如果在不同的掃描(separate scan)中采集 訓(xùn)練數(shù)據(jù)，則可以僅采集磁共振信號(hào)的子采樣。這減小了掃描k-空間的外圍所要求的時(shí) 間，或者在預(yù)先設(shè)定的可用的時(shí)間中，可以較大的程度地朝外地掃描k-空間的外圍?；?于所識(shí)別的改變的似然性的分布以及可選擇的靜態(tài)參考圖像可以消除在來自k-空間的子 采樣部分的磁共振信號(hào)中包含的任何混疊或者重疊。在這方面的完全采樣表示比對(duì)等的 (reciprocal) “視場(chǎng)”更小的以波數(shù)步長的采樣密度。子采樣包含以小于完全采樣密度的 采樣密度的k-空間的采樣。在本發(fā)明的磁共振成像方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，設(shè)置成產(chǎn)生連續(xù)的磁共振圖像， 其中_在不同的掃描中或者在相同的掃描中通過連續(xù)地掃描在k_空間中的相應(yīng)的點(diǎn) 組采集兩組連續(xù)的磁共振信號(hào)以使-第一組連續(xù)地掃描已知的磁共振信號(hào)要集中的k_空間的中心部分或者其他部 分以產(chǎn)生連續(xù)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)-第二組以欠采樣的方式連續(xù)地掃描在k_空間中的相應(yīng)的點(diǎn)組以產(chǎn)生連續(xù)的欠 采樣數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)數(shù)列-可選擇從磁共振信號(hào)的訓(xùn)練組中形成靜態(tài)參考圖像，-在單獨(dú)通過幾何空間或者幾何空間和時(shí)間頻率所跨越的空間中從靜態(tài)參考圖像 和/或者訓(xùn)練數(shù)據(jù)中識(shí)別在連續(xù)的磁共振圖像中的改變的似然性的分布，和-基于所識(shí)別的改變的似然性分布以及靜態(tài)參考圖像(如果可用話)從動(dòng)態(tài)數(shù)列 的磁共振信號(hào)的相應(yīng)組中重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像。該改變的似然性從一個(gè)時(shí)間點(diǎn)到一個(gè)時(shí) 間點(diǎn)地更新，因此本發(fā)明的方法考慮了改變的似然性的時(shí)間變化。在優(yōu)選的實(shí)施方案中k_空間的中央部分以比k_空間的周圍區(qū)域以更高的采樣密 度(例如以完全采樣密度)連續(xù)地采樣。所采集的數(shù)據(jù)然后分為兩組磁共振信號(hào)以進(jìn)行重構(gòu)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和欠采樣數(shù)據(jù)。這兩組數(shù)據(jù)可以共享某些公用的數(shù)據(jù)點(diǎn)。訓(xùn)練數(shù)據(jù)用于識(shí)別 改變的似然性的分布，同時(shí)可選擇地使用欠采樣數(shù)據(jù)來確定靜態(tài)參考圖像。靜態(tài)參考圖像 可選擇地從訓(xùn)練數(shù)據(jù)和/或欠采樣數(shù)據(jù)中重構(gòu)，或者從在具有很小或沒有運(yùn)動(dòng)的時(shí)間周期 中單獨(dú)采集的數(shù)據(jù)中重構(gòu)。然后，基于所識(shí)別的改變的似然性分布以及靜態(tài)參考圖像(如果可用話)從子采 樣的磁共振信號(hào)中重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像。因此，稀疏采樣(即子采樣)、采樣和從k_空間 的中心部分的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的低分辨率采樣都集中在單個(gè)掃描中。在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過具有空間靈敏度分布的接收器天線系統(tǒng)采集磁共 振信號(hào)。該天線系統(tǒng)包含多個(gè)信號(hào)通道，這些信號(hào)通道處理來自相應(yīng)的接收器天線(比如 表面線圈)的磁共振信號(hào)。通常，空間靈敏度分布僅顯示非常低的時(shí)間變化，或者空間靈敏 度分布不隨時(shí)間變化。這種較低的變化可能由作為接收器天線使用并置于待檢查的患者的 身體上的表面線圈的輕微運(yùn)動(dòng)引起。這種輕微的運(yùn)動(dòng)可以由待檢查的患者的呼吸運(yùn)動(dòng)引 起。接收器天線系統(tǒng)的空間靈敏度分布從靜態(tài)參考圖像或者從子采樣的磁共振信號(hào)中重構(gòu) 的任何時(shí)間平均圖像中導(dǎo)出。重構(gòu)這種圖像的時(shí)間平均應(yīng)該足夠長以使k_空間(至少中 心部分)已經(jīng)被完全采樣。也基于接收器天線系統(tǒng)的導(dǎo)出的空間靈敏度從子采樣的磁共振 信號(hào)中重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像。信號(hào)通道處理來自相應(yīng)的接收器天線的磁共振信號(hào)，接收器天線比如為表面線 圈。對(duì)于每個(gè)信號(hào)通道，連續(xù)組的磁共振信號(hào)基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)和可選擇地從相同的信號(hào)通道 和數(shù)據(jù)中獲得的靜態(tài)參考圖像分別獨(dú)立地采集和重構(gòu)。這產(chǎn)生了每個(gè)信號(hào)通道的連續(xù)磁共 振圖像的單獨(dú)序列。通過逐個(gè)基于體素計(jì)算圖像強(qiáng)度的均方根，組合來自多個(gè)信號(hào)通道的 連續(xù)磁共振圖像而不用已知的預(yù)先線圈靈敏度分布。在穩(wěn)態(tài)自由處理成像(SSFP)中運(yùn)用本發(fā)明特別有利。在3T或更大的比如7T的 高靜磁場(chǎng)下功率節(jié)省顯著。本發(fā)明允許實(shí)質(zhì)減少數(shù)據(jù)采集，允許實(shí)質(zhì)的減小的功率節(jié)省。此外，本發(fā)明顯示在結(jié)合標(biāo)記技術(shù)比如CSPAMM使用時(shí)特別有利。CSPAMM產(chǎn)生在感 興趣區(qū)(例如包括患者心臟的區(qū)域)中的標(biāo)記圖形(tagging pattern) 0這種標(biāo)記技術(shù)已 經(jīng)被證明在擴(kuò)展例如心臟動(dòng)力學(xué)的理解方面非常有價(jià)值。CSPAMM標(biāo)記可用于產(chǎn)生三維的標(biāo) 記圖形?？扇〉氖牵诒景l(fā)明于標(biāo)記技術(shù)一起在中心區(qū)域使用時(shí)，在ky-kz空間中的一個(gè)或 多個(gè)中心波帶被完全采樣，只要在k-t空間中沿共享的網(wǎng)格圖形(grid pattern)對(duì)低分辨 率訓(xùn)練數(shù)據(jù)和外部區(qū)域進(jìn)行子采樣。相對(duì)完全采樣，實(shí)現(xiàn)了在掃描時(shí)間上凈減少2. 5倍。根據(jù)本發(fā)明，磁共振圖像的信號(hào)采集和重構(gòu)的并行成像(parallelimaging)技術(shù) 并入在公知的BLAST方法中，通過擴(kuò)展到k-t空間，即通過磁共振信號(hào)的波形矢量跨越的空 間，即k-空間和時(shí)間。并行成像技術(shù)比如SENSE和SMASH包含以欠采樣的方式接收磁共振 信號(hào)以使所接收的磁共振信號(hào)包括自空間位置的疊加的貢獻(xiàn)，該空間位置是間隔開的“視 場(chǎng)”的整數(shù)數(shù)量。然后基于改變的似然性的分布以及可選擇地靜態(tài)參考圖像和接收器天線 系統(tǒng)的系統(tǒng)的空間靈敏度分布將這種疊加分解為單獨(dú)的空間位置的貢獻(xiàn)?？扇〉氖牵邮?器天線系統(tǒng)使用表面線圈組。為采集磁共振信號(hào)的訓(xùn)練組可以從非常多的采集策略中選擇采集策略?？梢允褂?一定程度的欠采樣來減小訓(xùn)練組的采集時(shí)間。在僅采集訓(xùn)練組一次或者可以刷新幾次時(shí)， 通過對(duì)訓(xùn)練組的欠采樣可以獲得相對(duì)較少的時(shí)間。更可取的是，采集訓(xùn)練組以使靜態(tài)參考
5圖像具有很高的空間分辨率并具有非常少量的假像。這顯著地實(shí)現(xiàn)了以高k_空間采用密 度采集訓(xùn)練組或者在使用一定程度的欠采樣時(shí)基于接收器天線系統(tǒng)的非常精確確定的空 間靈敏度分布可以實(shí)現(xiàn)混疊假像的消除。通過利用MR信號(hào)的子采樣減小磁共振(MR)信號(hào)的采集所要求的時(shí)間。這種子采 樣包含減少以各種方式可以實(shí)現(xiàn)的在k-空間中采樣點(diǎn)的數(shù)量。注意，MR信號(hào)通過屬于幾 個(gè)接收器天線比如接收器線圈優(yōu)選表面線圈的信號(hào)通道拾取。通過幾個(gè)信號(hào)通道的采集能 夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的并行采集以進(jìn)一步減小信號(hào)采集的時(shí)間。由于子采樣，因此采樣的數(shù)據(jù)包含在成像的對(duì)象中的幾個(gè)位置的貢獻(xiàn)?；诟淖?的似然性分布和可選擇的靜態(tài)參考圖像以及與信號(hào)通道關(guān)聯(lián)的靈敏度分布從子采樣的MR 信號(hào)中重構(gòu)磁共振圖像。注意，靈敏度分布例如是接收器天線(比如接收器線圈)的空間靈 敏度分布。可取地，使用表面線圈作為接收器天線。重構(gòu)的磁共振圖像被看作由與在相應(yīng) 的波長上的亮度/對(duì)比度關(guān)聯(lián)的大量的空間諧波分量構(gòu)成。磁共振圖像的分辨率通過最小 的波長(它是由最高的波數(shù)(k-值)表示)確定。所包含的最大的波長(即最小的波數(shù)) 是磁共振圖像的視場(chǎng)(FOV)。分辨率由視場(chǎng)和采樣數(shù)的比率確定。子采樣可以如下地實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的接收器天線采集MR信號(hào)以使在k_空間中它們的 分辨率比磁共振圖像的分辨率所要求的分辨率更粗。采樣的最小的波數(shù)(即在k_空間中的 最小步長大小)增加，同時(shí)維持采樣的最大波數(shù)。因此，在應(yīng)用子采樣時(shí)圖像分辨率仍然保 持相同，同時(shí)最小的k-空間步長增加，即FOV減小。通過減小在k-空間中的采樣密度可以 實(shí)現(xiàn)子采樣，例如通過在k-空間的掃描中跳行以便掃描比磁共振圖像的分辨率所要求的 更加寬地間隔的在k-空間中的行。通過減小視場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)子采樣，同時(shí)維持最大的k-值 以便因此減小采樣點(diǎn)的數(shù)量。由于減小的視場(chǎng)，采樣的數(shù)據(jù)包含正成像的對(duì)象的幾個(gè)位置 的貢獻(xiàn)。注意，在接收器線圈圖像從來自相應(yīng)的接收器線圈的子采樣的MR信號(hào)中重構(gòu)時(shí)， 這種接收器線圈圖像包含由減小的視場(chǎng)引起的混疊假像。從接收器線圈圖像和靈敏度分布 中，分解開在來自圖像中的不同位置的接收器線圈圖像的單個(gè)位置的貢獻(xiàn)并重構(gòu)磁共振圖 像。這種已知的MR成像方法一般簡(jiǎn)稱為SENSE方法。在國際申請(qǐng)W099/54746-A1中詳細(xì) 討論了這種SENSE方法?？商鎿Q地，可以將子采樣的MR信號(hào)組合成組合的MR信號(hào)，這種MR信號(hào)提供了對(duì) 應(yīng)于全部視場(chǎng)的k-空間的采樣。具體地，根據(jù)所謂的SMASH方法子采樣的MR信號(hào)接近根 據(jù)靈敏度分布組合的低階空間諧波。SMASH方法公開在國際申請(qǐng)WogsAieoo中。子采樣也 可以在空間上實(shí)施。在MR信號(hào)的空間分辨率小于磁共振圖像的分辨率的情況下，對(duì)應(yīng)于磁 共振圖像的全部分辨率的MR信號(hào)基于靈敏度分布形成?？臻g子采樣具體實(shí)現(xiàn)為在不同的 信號(hào)通道例如來自單個(gè)的接收器線圈的MR信號(hào)形成了對(duì)象的幾個(gè)部分的貢獻(xiàn)的組合。這 些部分例如是同時(shí)被激勵(lì)的片層。通常，在每個(gè)信號(hào)通道中的MR信號(hào)形成了來自幾個(gè)部分 例如片層的貢獻(xiàn)的線性組合。這種線性組合包含與信號(hào)通道即接收器線圈的信號(hào)通道關(guān)聯(lián) 的靈敏度分布。因此，相應(yīng)的信號(hào)通道的MR信號(hào)和相應(yīng)的部分(片層)的MR信號(hào)通過靈 敏度矩陣相關(guān)，該靈敏度矩陣表示由靈敏度分布引起的在相應(yīng)的信號(hào)通道中的對(duì)象的幾個(gè) 部分的貢獻(xiàn)的權(quán)重。通過靈敏度矩陣的求逆，導(dǎo)出屬于對(duì)象的相應(yīng)部分的MR信號(hào)。特別是 導(dǎo)出來自相應(yīng)的片層的MR信號(hào)并重構(gòu)這些片層的磁共振圖像。
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本發(fā)明也涉及磁共振成像系統(tǒng)。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的 磁共振成像方法的磁共振成像系統(tǒng)。這種磁共振成像系統(tǒng)被設(shè)置成-采集磁共振信號(hào)的訓(xùn)練組，-以欠采樣的方式采集磁共振信號(hào)組的動(dòng)態(tài)數(shù)列，-可選擇地從訓(xùn)練數(shù)據(jù)和/或欠采樣數(shù)據(jù)中或者從具有很小或沒有運(yùn)動(dòng)的時(shí)間周 期中單獨(dú)采集的數(shù)據(jù)中重構(gòu)靜態(tài)參考圖像，-在單獨(dú)通過幾何空間或通過幾何空間和時(shí)間頻率跨越的空間中從靜態(tài)參考圖像 和/或訓(xùn)練數(shù)據(jù)中識(shí)別在連續(xù)的磁共振圖像中的變化的似然性的分布，-基于所識(shí)別的變化的似然性的分布和可選擇地靜態(tài)參考圖像從動(dòng)態(tài)數(shù)列的磁共 振信號(hào)的相應(yīng)組中重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像，其特征在于-以欠采樣的方式并通過具有空間靈敏度分布的接收器天線系統(tǒng)采集磁共振信 號(hào)，以及其中-可選擇地也基于空間靈敏度分布重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像。根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)的功能優(yōu)選通過專用處理器或通過適合編程的計(jì) 算機(jī)或(微)處理器實(shí)施，這些處理器具有專門為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的一種或多種磁共振成 像方法設(shè)計(jì)的集成電子器件或光電電路。本發(fā)明也涉及具有執(zhí)行磁共振成像方法的指令的計(jì)算機(jī)程序。本發(fā)明的進(jìn)一步目 的是提供一種計(jì)算機(jī)程序，通過該計(jì)算機(jī)程序可以實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的一種或多種磁共振成 像方法。根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序包括如下指令-采集磁共振信號(hào)的訓(xùn)練組，-以欠采樣的方式采集磁共振信號(hào)組的動(dòng)態(tài)數(shù)列，-可選擇地從訓(xùn)練數(shù)據(jù)和/或欠采樣數(shù)據(jù)中或者從具有很小或沒有運(yùn)動(dòng)的時(shí)間周 期中單獨(dú)采集的數(shù)據(jù)中重構(gòu)靜態(tài)參考圖像，-在單獨(dú)通過幾何空間或通過幾何空間和時(shí)間頻率跨越的空間中從靜態(tài)參考圖像 和/或訓(xùn)練數(shù)據(jù)中識(shí)別在連續(xù)的磁共振圖像中的變化的似然性的分布，-基于所識(shí)別的變化的似然性的分布和可選擇地靜態(tài)參考圖像從動(dòng)態(tài)數(shù)列的磁共 振信號(hào)的相應(yīng)組中重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像，其特征在于-以欠采樣的方式并通過具有空間靈敏度分布的接收器天線系統(tǒng)采集磁共振信 號(hào)，以及其中-可選擇地也基于空間靈敏度分布重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像。在根據(jù)本發(fā)明的這種計(jì)算機(jī)程序裝入到磁共振成像系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)中時(shí)，磁共振成 像系統(tǒng)能夠執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的一種或多種磁共振成像方法。例如，根據(jù)本發(fā)明的磁共振成 像系統(tǒng)是其計(jì)算機(jī)裝有根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序的磁共振成像系統(tǒng)。這種計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ) 在載體比如CD-ROM中。然后通過例如借助于CD-ROM播放器從載體中讀入計(jì)算機(jī)程序并將 計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在磁共振成像系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中將該計(jì)算機(jī)程序裝入到計(jì)算機(jī)中。
參考下文描述的實(shí)施例和附圖闡述本發(fā)明的這些方面和其他方面，在附圖中附圖1所示為在x-f空間中的支持系統(tǒng)(Support)(灰色形狀，左邊)。χ和f分 別表示空間坐標(biāo)和時(shí)間頻率。在k-t空間采樣之后Support與點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)卷積，由此導(dǎo)致 可能的混疊。附圖2所示為在空間和時(shí)間上周期性的并形成網(wǎng)格圖形的k-t空間采樣模式。圓 點(diǎn)表示在k-t空間中的采樣的位置。在這個(gè)實(shí)例中，每第8個(gè)相位編碼線在每次幀t上采 集。通過對(duì)k-t采樣模式進(jìn)行反向傅立葉變換獲得在離散的x-f空間上的對(duì)應(yīng)的點(diǎn)擴(kuò)展函 數(shù)。注意在點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)上僅有8個(gè)非零點(diǎn)。附圖3為重構(gòu)的結(jié)果。附圖4示意性地示出了本發(fā)明所使用的磁共振成像系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式快速的動(dòng)態(tài)成像要求足夠的采樣k-t空間，即磁共振信號(hào)的波矢量所跨越的 空間，即k_空間和時(shí)間。已有的k-t空間成像方法使用(或說搜索)防止在對(duì)等的 (reCipr0Cal)X-f空間即幾何(實(shí)際)空間和頻率上圖像信號(hào)產(chǎn)生混疊的適合的采樣模式。 因此，基本的限制在于x-f空間信號(hào)的最大壓縮(packing)。在本發(fā)明中，提出了 BLAST方 法的空間延伸，這種方法允許以加權(quán)的最小二乘方的方式部分地解決混疊。這種模式比如 從有助于進(jìn)一步解決混疊的并行成像延伸到多線圈的使用。介紹在動(dòng)態(tài)成像中，隨著時(shí)間在離散位置上采集數(shù)據(jù)。由于傅立葉變換的特性，在k-t 空間中的采樣導(dǎo)致了在對(duì)等的x-f空間中的圖像信號(hào)與點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的卷積。如果k-t空間 采樣模式是網(wǎng)格狀圖形(即點(diǎn)陣)，則所得的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)形成了 x-f空間信號(hào)的周期性復(fù) 制(附圖1)。因此，如果采樣點(diǎn)陣可以被調(diào)整以使x-f空間信號(hào)的復(fù)制不嚴(yán)重重疊(即 混疊)，則可以從所采集的k-t空間數(shù)據(jù)中獲得幾乎無誤差的重構(gòu)。然而，為避免任何嚴(yán) 重的混疊要對(duì)采樣模式進(jìn)行嚴(yán)格要求，因?yàn)樗婕霸趚-f空間中的圖像信號(hào)的幾何壓縮 (geometric packing)0如果在x-f空間中的某些部分允許某些混疊，則以k-t空間的采樣模式可以進(jìn)一 步增加效率。如果信號(hào)的估計(jì)可用，以加權(quán)的最小二乘方方式仍然可以部分地解決所得的 混疊。這種方法是BLAST (廣泛使用的線性采集加速技術(shù))方法到k-t空間的延伸，使用參 考圖像作為預(yù)先信息來部分地解決混疊。如果具有不同的靈敏度的多個(gè)接收器線圈比如可 用在SENSE (靈敏度編碼)方法中，附加的數(shù)據(jù)可用于在這種模式的多個(gè)線圈方式中進(jìn)一步 解決混疊。方法在BLAST中，經(jīng)重構(gòu)的圖像確定為下列線性系統(tǒng)的解(數(shù)據(jù)一致性約束)FT{p(x)}{k^d{n,)[1]這里FT {. }表示傅立葉變換；d ( )是在第1的k_空間位置上的測(cè)量數(shù)據(jù)。 BLAST將ρ ( χ )確定為使下式范數(shù)最小化的式(1)的可行的解
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JI/Φ)-心⑶[2]這里Rstatie ( χ )是靜態(tài)參考圖像，顯示了基線信號(hào)；Rdynami。( χ )是動(dòng)態(tài)
參考圖像，突出了自基線的變化的可能面積；λ是改善線性系統(tǒng)的規(guī)則化定值的標(biāo)量 (scalar-valued regularise)。在k_t空間形成中，？表示空間坐標(biāo)和時(shí)間頻率，而S^1表示
k_空間的位置和時(shí)間。式(2)的多線圈方式是^( )· ^(S)Xi,)= ^(λ,)[3]這里Sj ( )和dj ( k,)分別表示靈敏度映射和從第j線圈測(cè)量的數(shù)據(jù)。所提出的易于實(shí)施的方法形式將采集分為訓(xùn)練和采集階段(雖然其它的方案也 是可以的)(附圖2)。在訓(xùn)練階段，通過在全視場(chǎng)以較低的空間分辨率采樣k_空間獲得預(yù) 先信息來重構(gòu)Rdynan^ ( X )。根據(jù)在從訓(xùn)練和采集階段所采集的圖像之間的相似性(例 如相反)，可以將Rdyna- ( X )設(shè)定到幾種可能的選擇，包括1.在x-f空間中的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的傅立葉重構(gòu)的幅值；2.在乘以傅立葉重構(gòu)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的模糊的閾值形式的x-f空間中固定的時(shí)間頻 率濾波以突出變化的可能面積。對(duì)于Rdynainie ( χ )的任何選擇，它的時(shí)間頻率DC( “直流”)項(xiàng)設(shè)定為零，因?yàn)橄?面分別估計(jì)DC項(xiàng)。在采集階段，k_空間被粗采樣。為簡(jiǎn)單起見，在附圖2中示出序列交錯(cuò)的模式，但 其它的采樣模式也是可能的。Rsta…(χ )設(shè)定為零，除了時(shí)間頻率DC項(xiàng)之外，它從在采 集階段的所有的數(shù)據(jù)的時(shí)間平均中確定。通過式(1)或(3)的最小二乘方擬合到粗采樣的 數(shù)據(jù)對(duì)圖像進(jìn)行重構(gòu)(根據(jù)式(2)加權(quán))。如果k-t空間采樣模式是周期性的，則計(jì)算以類 似于笛卡兒SENSE或多區(qū)域MR I的簡(jiǎn)易性極大地簡(jiǎn)化。結(jié)果&討論使用先前重構(gòu)的心臟圖像序列顯示模擬結(jié)果。在用于訓(xùn)練的低分辨率(16個(gè)相位 編碼線)中使用40幀，同時(shí)使用在其余的160幀中的數(shù)據(jù)的僅25%進(jìn)行重構(gòu)，模擬四倍的 加速。具有單個(gè)或6個(gè)接收器線圈的重構(gòu)與原始圖像進(jìn)行比較。誤差值指示相對(duì)均方根 (RMS)重構(gòu)誤差(100% =RMS原始信號(hào)強(qiáng)度)。在兩種情況下誤差都是<2%。如所預(yù)計(jì)， 對(duì)于多線圈情況由于來自附加的線圈的數(shù)據(jù)的緣故誤差較低。結(jié)果顯示出優(yōu)良的單/多線圈法實(shí)現(xiàn)有效且靈活的動(dòng)態(tài)成像。增加的加速度可以 允許在X-f空間中的輕微重疊，這通過使用預(yù)先信息部分地解決，輕微的重疊導(dǎo)致了可忽 略的重構(gòu)誤差。最后，k-t空間采樣不需要對(duì)每個(gè)特定的情況最佳，附圖4以圖形方式顯示 了其中使用本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)。磁共振成像系統(tǒng)包括產(chǎn)生穩(wěn)定且均勻的磁場(chǎng)的一組主線圈10。主線圈例如被構(gòu)造 成使它們包圍著隧道形狀的檢查空間。要檢查的患者滑入這個(gè)隧道形檢查空間。磁共振成 像系統(tǒng)也包括多個(gè)梯度線圈11、12，由此產(chǎn)生具有空間變化尤其是在單個(gè)方向上以時(shí)間梯 度形式變化的磁場(chǎng)以疊加在均勻的磁場(chǎng)上。梯度線圈11、12連接到可控制的電源單元21。 通過電源單元21給梯度線圈11、12施加電流向其供電。梯度的強(qiáng)度、方向和持續(xù)時(shí)間通過 控制電源單元來控制。磁共振成像系統(tǒng)也包括分別用于產(chǎn)生RF激勵(lì)脈沖和用于拾取磁共 振信號(hào)的發(fā)射和接收線圈13、15。發(fā)射線圈13優(yōu)選被構(gòu)造成可以包圍待檢查對(duì)象的(一部
9分)身體的身體線圈。身體線圈通常設(shè)置在磁共振成像系統(tǒng)中以使在磁共振成像系統(tǒng)中設(shè) 置的要檢查的患者30由身體線圈13包圍。身體線圈13作為發(fā)射RF激勵(lì)脈沖和RF聚焦 脈沖的發(fā)射天線用?？扇〉?，身體線圈13包含發(fā)射的RF脈沖的空間均勻的強(qiáng)度分布。接 收線圈15優(yōu)選是表面線圈15，它設(shè)置在要檢查的患者30的身體上或其附近。這種表面線 圈15具有接收在空間上也是不均勻的磁共振信號(hào)的高靈敏度。這意味著單個(gè)表面線圈15 主要對(duì)來自不同的方向(即來自在要檢查的患者的身體的空間中的不同的部位)的磁共振 信號(hào)敏感。線圈靈敏度分布表示表面線圈組的空間靈敏度。發(fā)射線圈尤其是表面線圈連接 到解調(diào)器24并且通過解調(diào)器24對(duì)所接收的磁共振信號(hào)(MS)進(jìn)行解調(diào)。所解調(diào)的磁共振 信號(hào)(DMS)應(yīng)用到重構(gòu)單元。重構(gòu)單元從所解調(diào)的磁共振信號(hào)(DMS)中并基于表面線圈組 的靈敏度分布重構(gòu)磁共振圖像。線圈靈敏度分布事先已經(jīng)測(cè)量并例如用電子學(xué)方法存儲(chǔ)在 包括在重構(gòu)單元中的存儲(chǔ)器單元中。重構(gòu)單元從解調(diào)的磁共振信號(hào)(DMS)中導(dǎo)出一個(gè)或多 個(gè)圖像信號(hào)，該圖像信號(hào)表示一個(gè)或多個(gè)可能連續(xù)的磁共振圖像。這意味著這種磁共振圖 像的圖像信號(hào)的信號(hào)電平表示相關(guān)的磁共振圖像的亮度值。重構(gòu)單元25在實(shí)際中優(yōu)選被 構(gòu)造為數(shù)字圖像處理單元25，對(duì)該數(shù)字圖像處理單元進(jìn)行編程以從解調(diào)的磁共振信號(hào)中并 基于線圈靈敏度分布重構(gòu)磁共振圖像。特別是對(duì)數(shù)字圖像處理單元25進(jìn)行編程以根據(jù)所 謂的SENSE技術(shù)或者所謂SMASH技術(shù)執(zhí)行重構(gòu)。來自重構(gòu)單元的圖像信號(hào)應(yīng)用到監(jiān)視器26 以使監(jiān)視器26能夠顯示磁共振圖像(一個(gè)或多個(gè))的圖像信息。也可以將圖像信號(hào)存儲(chǔ) 在緩沖單元27中以等待進(jìn)一步的處理，例如以硬拷貝的形式打印。
為了形成待檢查患者的磁共振圖像或者連續(xù)磁共振圖像的數(shù)列，患者的身體暴露 在檢查空間中充滿的磁場(chǎng)中。穩(wěn)定且均勻的磁場(chǎng)(即主磁場(chǎng))使待檢查的患者的身體中的 較小過量的自旋在主磁場(chǎng)方向取向。這在該身體中產(chǎn)生了(小)凈宏觀磁化。這些自旋例 如是核自旋比如氫原子核(質(zhì)子)，但也可能涉及電子自旋。磁化局部受到施加的梯度磁 場(chǎng)的影響。例如，梯度線圈12施加選擇梯度以選擇或多或少的身體片層。隨后，發(fā)射線圈 將RF激勵(lì)脈沖施加到待檢查的患者的要成像的部位中的檢查空間。RF激勵(lì)脈沖激勵(lì)在所 選擇的片層中的自旋，即凈磁化然后執(zhí)行繞主磁場(chǎng)的方向的進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)操作中以在 主磁場(chǎng)中的RF激勵(lì)脈沖的頻率段內(nèi)的拉莫爾頻率激勵(lì)這些自旋。然而，在遠(yuǎn)大于這種薄片 層的身體部分中激勵(lì)自旋也是非?？赡艿?；例如可以在身體中基本在三個(gè)方向上延伸的三 維部分中激勵(lì)自旋。在RF激勵(lì)之后自旋慢慢返回到他們的初始狀態(tài)并宏觀的磁化返回到 它的(熱)均衡狀態(tài)。松弛的自旋然后發(fā)射磁共振信號(hào)。因?yàn)槭┘幼x出梯度和相位編碼梯 度，磁共振信號(hào)具有對(duì)例如在所選擇的片層中的空間位置進(jìn)行編碼的多個(gè)頻率分量。k-空 間通過讀出梯度和相位編碼梯度的施加通過磁共振信號(hào)被掃描。根據(jù)本發(fā)明，特別是相位 編碼梯度的施加導(dǎo)致了相對(duì)于磁共振圖像的預(yù)定的空間分辨率的k-空間的子采樣。例如， 對(duì)于磁共振圖像的預(yù)定的分辨率太小的多個(gè)行(例如一半該數(shù)量的行)被掃描，盡管采樣 的最佳化可用于進(jìn)一步改善重構(gòu)。
權(quán)利要求
一種形成時(shí)間連續(xù)的磁共振圖像的磁共振成像方法，其中 采集磁共振信號(hào)的訓(xùn)練組， 以欠采樣的方式采集磁共振信號(hào)組的動(dòng)態(tài)數(shù)列， 從訓(xùn)練組和/或欠采樣組中或者從具有很小或沒有運(yùn)動(dòng)的時(shí)間周期中單獨(dú)采集的磁共振信號(hào)的組中重構(gòu)靜態(tài)參考圖像， 在單獨(dú)通過幾何空間或通過幾何空間和時(shí)間頻率跨越的空間中從靜態(tài)參考圖像和/或訓(xùn)練數(shù)據(jù)中識(shí)別在連續(xù)的磁共振圖像中的變化的似然性的分布， 基于所識(shí)別的變化的似然性的分布和可選擇地靜態(tài)參考圖像從欠采樣的磁共振信號(hào)的相應(yīng)組中重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像，其特征在于 以欠采樣的方式并通過具有空間靈敏度分布的接收器天線系統(tǒng)采集磁共振信號(hào)，以及其特征在于 可選擇地也基于空間靈敏度分布重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像。
2.一種磁共振成像系統(tǒng)，該磁共振成像系統(tǒng)被設(shè)置成 _采集磁共振信號(hào)的訓(xùn)練組，-以欠采樣的方式采集磁共振信號(hào)組的動(dòng)態(tài)數(shù)列，-可選擇地從訓(xùn)練數(shù)據(jù)和/或欠采樣數(shù)據(jù)中或者從具有很小或沒有運(yùn)動(dòng)的時(shí)間周期中 單獨(dú)采集的數(shù)據(jù)中重構(gòu)靜態(tài)參考圖像，-在單獨(dú)通過幾何空間或通過幾何空間和時(shí)間頻率跨越的空間中從靜態(tài)參考圖像和/ 或訓(xùn)練數(shù)據(jù)中識(shí)別在連續(xù)的磁共振圖像中的變化的似然性的分布，_基于所識(shí)別的變化的似然性的分布和可選擇地靜態(tài)參考圖像從動(dòng)態(tài)數(shù)列的磁共振信 號(hào)的相應(yīng)組中重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像， 其特征在于-以欠采樣的方式并通過具有空間靈敏度分布的接收器天線系統(tǒng)采集磁共振信號(hào)，以 及其特征在于-可選擇地也基于空間靈敏度分布重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像。
全文摘要
基于所識(shí)別的變化的似然性的分布和可選擇的靜態(tài)參考圖像從動(dòng)態(tài)數(shù)列的磁共振信號(hào)的相應(yīng)組中重構(gòu)連續(xù)磁共振圖像。通過具有空間靈敏度分布的接收器天線以欠采樣的方式采集磁共振信號(hào)，并且可選擇地也基于空間靈敏度分布重構(gòu)連續(xù)的磁共振圖像。
文檔編號(hào)A61B5/055GK101943747SQ20101023342
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2003年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月13日
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