用于壓縮感測MRI中的經(jīng)改進(jìn)的k-空間采樣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磁共振成像，具體涉及一種用于k-空間采樣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著醫(yī)學(xué)成像的最新進(jìn)展，對加速M(fèi)RI掃描的興趣已經(jīng)增加。可以使用有效的 k-空間采樣、并行成像或壓縮感測方法來加速M(fèi)RI掃描。
[0003] 壓縮感測依賴于不相干采樣，在MRI中其是經(jīng)由在笛卡爾采樣中的相位編碼線的 偽隨機(jī)選擇通過對k-空間的不規(guī)則采樣或通過應(yīng)用非笛卡爾軌跡來實(shí)現(xiàn)的。大多數(shù)圖像 在所有頻率上是不均勻稀疏的，而可以具有密集的低頻率信息和稀疏的高頻率信息（細(xì) 節(jié)、邊緣）。這也通過以下的事實(shí)得到反映，即通常信號能量的大部分被集中在k-空間中心 并且向k-空間外圍減小。
[0004] Lustig M、Donoho D、Pauly J.的 Magn Reson Med 2007 ;58 :1182 - 95 公開了一 種針對用于快速M(fèi)R成像的壓縮感測的應(yīng)用的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 各個實(shí)施例提供了如由獨(dú)立權(quán)利要求的主體所描述的操作磁共振成像MRI系統(tǒng) 的經(jīng)改進(jìn)的方法、經(jīng)改進(jìn)的計算機(jī)程序產(chǎn)品和經(jīng)改進(jìn)的磁共振成像MRI系統(tǒng)。在從屬權(quán)利 要求中描述了有利的實(shí)施例。
[0006] 在一個方面中，本發(fā)明涉及一種用于采集來自對象中的目標(biāo)體積的磁共振數(shù)據(jù)的 磁共振成像MRI系統(tǒng)，所述磁共振成像系統(tǒng)包括：存儲器，其用于存儲機(jī)器可執(zhí)行指令；以 及處理器，其用于控制所述MRI系統(tǒng)，其中，對所述機(jī)器可執(zhí)行指令的運(yùn)行令所述處理器： 在所述目標(biāo)體積的k-空間域上確定能量分布；接收表示所述k-空間域的欠采樣的程度的 減小因子；從所述能量分布和接收到的減小因子導(dǎo)出采樣密度函數(shù)；從所述采樣密度函數(shù) 導(dǎo)出所述k-空間域的能量相關(guān)采樣樣式；使用脈沖序列來控制所述MRI系統(tǒng)以采集欠采樣 k-空間數(shù)據(jù)，所述脈沖序列沿著導(dǎo)出的采樣樣式來對所述k-空間域進(jìn)行采樣；對采集到的 欠采樣數(shù)據(jù)應(yīng)用壓縮感測重建以重建所述目標(biāo)體積的圖像。
[0007] 根據(jù)歸一化條件可以根據(jù)所述能量分布來獲得所述采樣密度函數(shù)。所述歸一化條 件可以要求，在所述k-空間域上的所述采樣密度函數(shù)的積分等于所要求的樣本數(shù)量=(在 奈奎斯特采樣時的樣本總數(shù)V(總減小因子）。所述采樣密度函數(shù)可以被用于導(dǎo)出在所述 k-空間域中的采樣密度。例如，這可以是通過使用在所述k-空間域中的k-空間間隔中的 采樣密度函數(shù)積分針對k-空間域中的給定的k-空間區(qū)域或所述間隔來進(jìn)行的，所述間隔 可以等于（在奈奎斯特采樣時間隔中的樣本數(shù)量V(局部減小因子）。所述局部減小因子 (即采樣密度）是被用于在所述k-空間間隔中的欠采樣的減小因子。
[0008] 在k-空間域上的所述能量分布（或k-空間能量分布）是在所述k-空間域中的 每個采樣點(diǎn)處的能量值的分布。其可以通過對所述目標(biāo)體積進(jìn)行（MR)成像來獲得。所述 k_空間域可以與預(yù)定義的視場（FOV)和在圖像空間中的分辨率相關(guān)聯(lián)。
[0009] 可以在所述k-空間域的不同方向上（例如在ky方向和kz方向上）執(zhí)行所述欠 采樣。所述欠采樣可以指代這樣的事實(shí)，即導(dǎo)出所述采樣樣式所利用的采樣密度可以小于 奈奎斯特采樣的采樣密度。
[0010] 可以使用泊松盤采樣（和導(dǎo)出的采樣密度值）來隨機(jī)地導(dǎo)出所述采樣樣式。
[0011] 這些特征可以具有提供有效且準(zhǔn)確的欠采樣樣式的優(yōu)勢，這是因?yàn)樗鼈兛梢匀菀?地使欠采樣適合于被成像的所述目標(biāo)體積的適當(dāng)?shù)膋-空間能量分布。
[0012] 另一優(yōu)勢可以是可以減小總體掃描時間，這是因?yàn)榭梢员苊庖恍┎蓸硬襟E。也可 以提供經(jīng)改進(jìn)的圖像質(zhì)量。
[0013] 根據(jù)一個實(shí)施例，所述MRI系統(tǒng)還包括接收器RF線圈的陣列，所述接收器RF線圈 的陣列用于以欠采樣的程度的并行數(shù)據(jù)采集，其中，對所述機(jī)器可執(zhí)行指令的運(yùn)行還令所 述處理器：對采集到的欠采樣數(shù)據(jù)應(yīng)用組合的壓縮感測和并行成像重建以重建所述目標(biāo)體 積的圖像。
[0014] 根據(jù)一個實(shí)施例，所述并行成像重建包括SENSE重建和GRAPPA重建中的一個。
[0015] 可以與壓縮感測重建組合來應(yīng)用所述SENSE重建。該實(shí)施例可以是有利的，這是 因?yàn)槠淇梢蕴峁┰谥辽僖粋€k-空間方向上的額外的欠采樣，并且可以實(shí)現(xiàn)較高的減小因 子。再者，與僅使用壓縮感測的方法相比，可以進(jìn)一步地減小掃描時間。
[0016] 根據(jù)一個實(shí)施例，對所述采樣樣式的所述導(dǎo)出包括將所述采樣密度函數(shù)分成多個 部分，每個部分跨越各自的k-空間區(qū)域；使用在多個k-空間區(qū)域中的密度函數(shù)值來確定在 所述k-空間區(qū)域中的每個中的采樣密度，其中，使用所確定的采樣密度來導(dǎo)出所述采樣樣 式。這可以提供準(zhǔn)確的采樣樣式。
[0017] 在另一個范例中，來自所述采樣密度函數(shù)的密度值可以被用于導(dǎo)出所述采樣樣 式，而不將其分成多個部分。
[0018] 根據(jù)一個實(shí)施例，所述接收器RF線圈的陣列具有使用采集前k-空間數(shù)據(jù)來確定 的空間靈敏度圖，其中，在至少一個k-空間方向上的減小因子是針對g-因子的最優(yōu)值而被 確定的。當(dāng)使用沿著導(dǎo)出的采樣樣式對所述k-空間域進(jìn)行采樣的脈沖序列來執(zhí)行對欠采 樣k-空間數(shù)據(jù)的采集時，來自并行成像的該額外的減小因子可以被用于通過進(jìn)一步的欠 采樣來進(jìn)一步減小采集到的k-空間數(shù)據(jù)。
[0019] 線圈敏感信息可以是從SENSE參考掃描導(dǎo)出的，并且可以被用于將線圈幾何結(jié)構(gòu) 的信息并入采樣密度估計中。
[0020] 根據(jù)一個實(shí)施例，所述采樣樣式是笛卡爾樣式。
[0021] 根據(jù)一個實(shí)施例，所述MRI系統(tǒng)還包括存儲裝置，所述存儲裝置用于存儲一個或 多個k-空間能量分布，所述一個或多個k-空間能量分布的每個是針對所述對象的各自的 目標(biāo)體積而確定的，其中，所述存儲裝置還存儲一個或多個條目的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中，每個條 目指示目標(biāo)體積識別符和對應(yīng)的k-空間能量分布識別符。所述存儲裝置還可以包括針對 諸如黑血液、僅脂肪成像等的不同應(yīng)用而確定的k-空間能量分布。
[0022] 根據(jù)一個實(shí)施例，對所述能量分布的所述確定包括：接收對所述目標(biāo)體積的選擇， 其中，所述選擇指示所述目標(biāo)體積識別符；讀取所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以用于確定與所述目標(biāo)體積 識別符相關(guān)聯(lián)的所述能量分布識別符；從所述一個或多個能量分布中選擇與所述能量分布 識別符相關(guān)聯(lián)的所述能量分布。
[0023] 例如，所述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以是具有行"能量分布"和列"目標(biāo)體積"的表格?？梢允?用與所述行"能量分布"相關(guān)聯(lián)的所述能量分布識別符（例如行指數(shù)）和與所述列"目標(biāo)體 積"相關(guān)聯(lián)的所述目標(biāo)體積識別符（例如列指數(shù)）通過訪問表格中的記錄來執(zhí)行所述讀取。
[0024] 根據(jù)一個實(shí)施例，對所述能量分布的確定包括：接收對所述目標(biāo)體積的選擇，其 中，所述選擇指示能量分布；將接收到的能量分布與所存儲的一個或多個能量分布進(jìn)行比 較；從所述一個或多個能量分布中選擇作為與接收到的能量分布相匹配的所存儲的能量分 布的所述能量分布。
[0025] 可以通過計算在所述k_空間域中的每個k_空間位置處的接收到的k_空間能量 分布的能量值與所存儲的k_空間能量分布的能量值之間的比率來執(zhí)行所述比較。假如得 到的比率中的每個小于預(yù)定的閾值，例如比率=0.99,則兩個k_空間能量分布彼此相匹 配。
[0026] 這可以防止使用例如來自用戶的能量分布，所述能量分布可能不反映在所述目標(biāo) 體積中的正確的k_空間能量性能。
[0027] 根據(jù)一個實(shí)施例，對所述能量分布的確定包括：使用采集前k_空間數(shù)據(jù)來生成所 述目標(biāo)體積的圖像的k_空間上的能量分布；將所生成的能量分布與所存儲的一個或多個 能量分布進(jìn)行比較；從所述一個或多個能量分布中選擇作為與所生成的能量分布相匹配的 所存儲的能量分布的所述能量分布。
[0028] 這可以提供用于使用所述目標(biāo)體積的恰當(dāng)?shù)膋_空間能量分布來進(jìn)行k_空間欠采 樣的自動方法。也可以在接收對所述目標(biāo)體積的選擇之后應(yīng)用該自動方法，其中，所述選擇 指示來自用戶的能量分布以檢查所述用戶是否已經(jīng)執(zhí)行了正確的選擇。如果沒有，可以要 求所述用戶再次重新選擇他期望的目標(biāo)體積，或備選地，所述方法可以使用自動選擇作為 替代。
[0029] 根據(jù)一個實(shí)施例，對所述能量分布的所述確定包括：接收對目標(biāo)體積的選擇，其 中，所述選擇指示所述目標(biāo)體積識別符；讀取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以用于確定與所述目標(biāo)體積識別符 相關(guān)聯(lián)的所述能量分布識別符；從所述一個或多個能量分布中選擇與所述能量分布識別符 相關(guān)聯(lián)的所述能量分布；使用采集前k_空間數(shù)據(jù)來生成在所述目標(biāo)體積的圖像的k_空間 上的能量分布；將所生成的能量分布與選定的能量分布進(jìn)行比較；在選定的能量分布與所 生成的能量分布之間具有匹配的情況下將所述能量分布確定為選定的能量分布；在選定的 能量分布與所生成的能量分布之間沒有匹配的情況下將所述能量分布確定為與所生成的 能量分布相匹配的所存儲的能量分布，或請求對接收到的對所述目標(biāo)體積的選擇的更新。
[0030] 例如，可以使用諸如SENSE參考掃描或定位器掃描的低分辨率掃描來獲得采集前 k_空間數(shù)據(jù)。
[0031] 根據(jù)一個實(shí)施例，所存儲的能量分布是使用k-空間數(shù)據(jù)來獲得的，所述k-空間數(shù) 據(jù)是使用