用于多切片和多板獲取的壓縮感測重構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般地涉及用于磁共振成像（MRI)多切片和多板（multi-slab)獲取的方 法、系統(tǒng)和裝置，其中使用壓縮感測技術(shù)來重構(gòu)所獲取的數(shù)據(jù)。所公開的方法、系統(tǒng)和裝置 可以應(yīng)用于各種MRI應(yīng)用，例如包括血管造影成像。
【背景技術(shù)】
[0002] 在磁共振成像(MRI)的上下文中，術(shù)語"多板成像"指的是在單次掃描期間獲取多 個3D體積。多板成像的一個傳統(tǒng)示例是飛行時間（T0F)技術(shù)，其中將非飽和自旋的血液流 入用來描繪血管。由于非飽和，這些自旋比周圍的固定自旋給出更多的信號。使用此技術(shù)， 獲取薄板中的數(shù)據(jù)以便優(yōu)化血管對比是必要的。
[0003] 不幸的是，多板獲取導(dǎo)致單獨矩陣每一個具有有限大小(尤其是在板方向上)。此 類板的單獨重構(gòu)導(dǎo)致有限的不相干（incoherence)。繼而，這限制了獲取的加速潛能并可能 降低圖像質(zhì)量。因此，期望的是提供一種解決這些和其它與多板獲取相關(guān)聯(lián)的問題的重構(gòu) 技術(shù)，以允許在加速或者另外欠采樣（undersample)場景下獲取板，而沒有退化所得到圖像 的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 通過提供與多板獲取技術(shù)相關(guān)的方法、系統(tǒng)和裝置，本發(fā)明的實施例解決并克服 了一個或多個上述短處和缺點，其中使用同時所有板的組合信息來執(zhí)行圖像重構(gòu)。所提出 的方案可能導(dǎo)致在各種多板應(yīng)用中改善圖像質(zhì)量和信噪比（SNR)。
[0005] 根據(jù)一些實施例，一種用于使用磁共振成像設(shè)備獲取三維圖像體積的方法，包括： 執(zhí)行多切片或多板獲取過程以獲取對應(yīng)于成像對象的多個切片或三維板。每個相應(yīng)切片或 三維板被包括在包括k空間數(shù)據(jù)的多個切片或三維板中。應(yīng)用迭代壓縮感測重構(gòu)過程來聯(lián) 合地重構(gòu)所述多個三維板作為單個一致體積（consistent volume)。在前述方法中使用的 迭代壓縮感測重構(gòu)過程對成本函數(shù)（cost function)求解，所述成本函數(shù)包括對應(yīng)于所述 多個三維板的單獨數(shù)據(jù)保真項（fidelity terms)的總和。在一個實施例中，每個單獨數(shù)據(jù) 保真項對應(yīng)于與相應(yīng)切片或三維板相關(guān)聯(lián)的k空間數(shù)據(jù)與對應(yīng)于所述相應(yīng)切片或三維板 的當(dāng)前估計圖像體積的遮蔽區(qū)域的比較。所述當(dāng)前估計圖像體積的遮蔽區(qū)域可以例如是數(shù) 據(jù)的零填充矩陣（zero-padded matrix)，其中非零數(shù)據(jù)元素在對應(yīng)于相應(yīng)切片或三維板的 位置處。
[0006] 可以將各種技術(shù)用于對在前述方法中使用的成本函數(shù)進(jìn)行求解。例如，在一些實 施例中，所述迭代壓縮感測重構(gòu)過程使用近端梯度算法（proximal gradient algorithm) 以通過多次迭代來對所述成本函數(shù)求解。在一些實施例中，所述成本函數(shù)還包括獨立于切 片或三維板的總數(shù)目的規(guī)則化部分（regularization portion)。此規(guī)則化部分可以在每次 迭代期間用來例如將小波變換應(yīng)用到當(dāng)前估計圖像體積。
[0007] 另外，在前述方法中使用的獲取過程的細(xì)節(jié)可以變化。例如，在一個實施例中，所 述獲取過程沿著板方向?qū)Τ上駥ο髨?zhí)行不相干欠采樣。在其它實施例中，所述獲取過程采 用加速3D TOF采樣策略。該3D TOF采樣策略可以例如在ky-kz相位編碼方向上采用可變 密度螺旋葉序列或者可變密度泊松模式。
[0008] 根據(jù)其它實施例，一種用于使用磁共振成像設(shè)備獲取三維圖像體積的制品，其包 括非瞬態(tài)有形計算機(jī)可讀介質(zhì)，其保存計算機(jī)可執(zhí)行指令以用于執(zhí)行包括兩個步驟的方 法。第一，使用包括在所述磁共振成像設(shè)備中的多個線圈來執(zhí)行感興趣區(qū)域的欠采樣多板 掃描，從而產(chǎn)生多個三維板。可以將各種技術(shù)用于執(zhí)行此掃描。例如，在一個實施例中，使 用沿著板方向?qū)Ω信d趣區(qū)域的不相干欠采樣來執(zhí)行掃描。一旦獲取了三維板，則通過求解 成本函數(shù)來將它們聯(lián)合重構(gòu)為單個一致體積，其包括對應(yīng)于三維板的單獨數(shù)據(jù)保真項的總 和。
[0009] 由前述制品執(zhí)行的方法可以具有各種附加特征。例如，在一個實施例中，在成本函 數(shù)中使用的每個單獨數(shù)據(jù)保真項對應(yīng)于與相應(yīng)三維板相關(guān)聯(lián)的k空間數(shù)據(jù)與對應(yīng)于所述 相應(yīng)三維板的當(dāng)前估計圖像體積的遮蔽區(qū)域的比較。當(dāng)前估計圖像體積的遮蔽區(qū)域例如可 以是數(shù)據(jù)的零填充矩陣，其中非零數(shù)據(jù)元素在對應(yīng)于相應(yīng)三維板的位置處。在一些實施例 中，成本函數(shù)還包括獨立于三維板的總數(shù)目的規(guī)則化部分，并可以將其在迭代優(yōu)化算法(例 如近端梯度)中使用，以在每次迭代期間將小波變換應(yīng)用于當(dāng)前估計圖像體積。在一些實施 例中，使用加速3D T0F采樣策略來獲取三維板，其可以在ky-kz相位編碼方向上采用可變 密度螺旋葉序列軌跡。
[0010] 根據(jù)其它實施例，一種用于使用壓縮感測重構(gòu)來執(zhí)行多板獲取的系統(tǒng)，包括：成像 設(shè)備和中央控制計算機(jī)。成像設(shè)備包括配置成獲取對應(yīng)于成像對象的多個三維板的多個線 圈。每個相應(yīng)三維板被包括在包括k空間數(shù)據(jù)的多個三維板中。中央控制計算機(jī)單元被配 置成向所述多個三維板應(yīng)用迭代壓縮感測重構(gòu)過程以產(chǎn)生圖像體積。此過程對成本函數(shù)求 解，所述成本函數(shù)包括對應(yīng)于所述多個三維板的單獨數(shù)據(jù)保真項的總和。在一個實施例中， 所述中央控制計算機(jī)單元還配置成：在迭代壓縮感測重構(gòu)過程期間使用近端梯度算法以通 過多次迭代來對所述成本函數(shù)求解。
[0011] 根據(jù)關(guān)于附圖進(jìn)行的下面的圖示實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點 將變得明顯。
【附圖說明】
[0012]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，根據(jù)下面的詳細(xì)描述來最佳地理解本發(fā)明的前面內(nèi)容和其它 方面。為了圖示本發(fā)明的目的，在附圖中示出了當(dāng)前優(yōu)選的實施例，然而應(yīng)該理解的是，本 發(fā)明并不局限于所公開的特定手段。在附圖中包括下面的圖： 圖1示出了如本發(fā)明的一些實施例所使用的用于命令獲取頻域部件（component)的系 統(tǒng)，其表示用于在k空間存儲陣列中存儲的磁共振(MR)圖像數(shù)據(jù)； 圖2提供了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的可以使用圖1的系統(tǒng)應(yīng)用的迭代重構(gòu)框架的高 級圖示； 圖3提供了根據(jù)一些實施例的用于聯(lián)合重構(gòu)使用多板掃描獲取的多個板的過程的圖 示； 圖4提供了使用本文描述的實施例中的一些的當(dāng)應(yīng)用于具有相同覆蓋的一個厚板和4 個薄板時的壓縮感測重構(gòu)的比較；以及 圖5示出了在其之內(nèi)可以實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的示例性計算環(huán)境。
【具體實施方式】
[0013] 下面的公開描述了根據(jù)若干實施例的本發(fā)明，其針對用于多板磁共振成像（MRI) 獲取的方法、系統(tǒng)和裝置，其中使用同時所有板的組合信息來執(zhí)行圖像重構(gòu)。所有獲取的板 被重構(gòu)在一起并且將其規(guī)則化為單個一致的體積，與傳統(tǒng)多板獲取技術(shù)相比其可以改善圖 像質(zhì)量和信噪比（SNR)。例如，本文所描述的技術(shù)應(yīng)該有助于減輕板的后生物（artifact)， 例如在兩個非重疊板之間的邊界處的不連續(xù)性，或者板之間的重疊的區(qū)域的模糊，因而改 善了整體圖像質(zhì)量。此外，由于重構(gòu)是迭代的，所以唯一需要的算子是測量算子，并且不需 要考慮其它算子(例如，線性重構(gòu)算子)。這使得該技術(shù)與任何板厚度和重疊模式兼容，因此 校正重疊的區(qū)域中的強度不均勻且允許獲取協(xié)議的設(shè)計的更多靈活性。所公開的方法、系 統(tǒng)和裝置可以被應(yīng)用到各種多板應(yīng)用，例如包括T0F血管造影MRI應(yīng)用。
[0014] 圖1示出了如本公開的一些實施例所使用的用于命令獲取頻域部件的系統(tǒng)100， 所述頻域部件表示用于在k空間存儲陣列中存儲的MR圖像數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)100中，磁線圈12 在將被成像且位于臺上的患者11的身體中創(chuàng)建靜態(tài)基礎(chǔ)磁場。在磁體系統(tǒng)內(nèi)的是梯度線 圈14,用于產(chǎn)生疊加在靜態(tài)磁場上的位置依賴磁場梯度。響應(yīng)于通過梯度和勾場線圈（shim coil)控制模塊16供應(yīng)其上的梯度信號，梯度線圈14在三個正交方向上產(chǎn)生位置依賴和勻 場磁場梯度，并生成磁場脈沖序列。勻場梯度補償由患者解剖變化和其它源產(chǎn)生的MR成像 設(shè)備磁場中的不均勻和變化性。磁場梯度包括應(yīng)用到患者11