用于磁共振成像的方法【專利摘要】本發(fā)明涉及一種使用多個分段在3D?MR數(shù)據(jù)采集中減少運動偽影的MRI的方法，包括：完整采集被劃分成兩個部分：基本采集和補充采集。在開始時執(zhí)行基本采集。在開始時執(zhí)行基本采集。在基本采集完成之后執(zhí)行補充采集。對于基本采集和補充采集分別準備視圖重排。在數(shù)據(jù)采集期間定期地執(zhí)行運動監(jiān)測。每當(dāng)檢測到運動時，數(shù)據(jù)采集便停止。當(dāng)在補充采集階段中發(fā)生運動時，圖像重建被執(zhí)行。最終的重建圖像不具有運動偽影?！緦＠f明】用于磁共振成像的方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種磁共振成像(MRI)技術(shù)的方法，以用于使用多個分段(segment)在3DMR數(shù)據(jù)采集(acquisition)中減少運動相關(guān)的偽影(artifact)。具體而言，本發(fā)明屬于一種用于采集調(diào)查目標(object)的三維(3D)數(shù)據(jù)集的磁共振(MR)成像的方法，其中，通過三個相互正交的磁場梯度的空間編碼被執(zhí)行，以使得在一個空間方向上在讀取梯度下讀出信號，并通過在信號采集之前在其它兩個空間方向上應(yīng)用相位編碼梯度來執(zhí)行其它兩個空間方向上的空間編碼，以及數(shù)據(jù)采集被以順序的方式執(zhí)行，以使得在每個采集步驟信號在所述讀出梯度下被采集，但使用兩個相位編碼梯度的不同組合。[0002]這種方法從參考文獻[3](Busse等)被已知。【
背景技術(shù)：
】[0003]3DMRI的掃描時間較長，并容易發(fā)生由患者運動引起的偽影。[0004]最近開發(fā)的k-空間隨機采樣技術(shù)(也被已知為壓縮感知，參見參考文獻[2])支持使用隨機采樣的k-空間數(shù)據(jù)集的圖像重建。[0005]最近開發(fā)的示圖重排(viewreordering)(參見參考文獻[3])支持使用多個分段的3D網(wǎng)格k-空間的靈活填充。[0006]在最近開發(fā)的用于動態(tài)MR血管造影的方法中，k_空間的漸進填充被執(zhí)行以考慮到時間分辨率和圖像清晰度的權(quán)衡(參見參考文獻[4])。[0007]導(dǎo)航回波(參見參考文獻[5])是一種用于運動檢測的簡單而可靠的方式，其已被用于監(jiān)測呼吸運動、吞咽套管(swallowingcased)運動等。[0008]到目前為止，沒有一種能夠由于患者或?qū)ο?subject)的運動而被中斷的三維結(jié)構(gòu)成像的方法被已知，其中，它可以僅使用部分數(shù)據(jù)來重建高質(zhì)量的解剖圖像，并且其中不會危及完整數(shù)據(jù)集的質(zhì)量以考慮到中斷掃描的靈活性?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0009]本發(fā)明的目的在于提出一種用于在3DMR數(shù)據(jù)采集中減少運動相關(guān)的偽影的方法，其中在第一空間維度(被稱為K1)中在用于空間編碼的讀出梯度下采集數(shù)據(jù)。根據(jù)使用兩個相互正交的相位編碼梯度(被稱為K2和K3)對第2和第3空間維度中的數(shù)據(jù)進行空間編碼。本發(fā)明應(yīng)用于適用于該空間編碼策略的任何MR序列。這包括使用如梯度回波的穩(wěn)態(tài)(steadystate)技術(shù)、如MDEFT和MPRAGE以及3D-多回波技術(shù)(3D-TSE，SPACE)的對比準備梯度回波技術(shù)的3D-采集。[0010]根據(jù)本發(fā)明，這些目的通過修改初始定義的通用方法來實現(xiàn)，在于空間編碼的時間序列被應(yīng)用，以使得通過在兩個相位編碼的方向上使用隨機化的采樣模式采集包含N3D(b)個相位編碼步(Step)的第一基本數(shù)據(jù)集，其中隨機化的采樣模式的采樣密度從k-空間的中心單調(diào)地減小，以通過使用壓縮感知方法產(chǎn)生適用于重建強欠采樣(stronglyundersampled)的數(shù)據(jù)的第一數(shù)據(jù)集，以產(chǎn)生具有預(yù)定義的充分最小質(zhì)量(sufficientminimumquality)的調(diào)查目標的第一3D圖像體，[0011]數(shù)據(jù)采集然后通過采集補充數(shù)據(jù)集繼續(xù)進行，其中采集N3D(。)個額外的相位編碼步來補充已經(jīng)采集的數(shù)據(jù)，以使得采樣點的密度被增加，以允許重建圖像質(zhì)量增加的3D-圖像量(volume)，直到具有預(yù)定義的采樣密度的數(shù)據(jù)被采集，以重建最終的最佳質(zhì)量的3D-體，[0012]以分段的方式在L個分段中執(zhí)行在基本數(shù)據(jù)集和補充數(shù)據(jù)集的采集中的空間編碼，其中，每個分段中Nseg個相位編碼步，其中基本數(shù)據(jù)集或補充數(shù)據(jù)集的整個k-空間采樣模式被再劃分成每個包含L個相位編碼步的預(yù)定義數(shù)目的Nseg個分區(qū)，并且對于每個分段中每個相位編碼步的采集，從每個分區(qū)中選擇一個相位編碼步，以使得每個分段包含來自每個分區(qū)的一個相位編碼步，[0013]以及調(diào)查目標的運動的適宜的監(jiān)測(suitablemonitoring)被應(yīng)用，以使得每當(dāng)無意識(involuntary)的運動超出預(yù)定義的閾值時數(shù)據(jù)采集被終止，其中使用內(nèi)置于(builtinto)測量序列(sequence)的導(dǎo)航或通過外部的運動檢測設(shè)備執(zhí)行運動監(jiān)測。[0014]為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明提出了一種方法，包括以下步驟:完整采集被劃分成兩個部分:基本采集和補充采集。在開始時執(zhí)行基本采集。在基本采集完成之后立即執(zhí)行補充采集。對于基本采集和補充采集分別準備K2-K3-平面中的相位編碼采樣點的選擇和序列(‘視圖排序’)。在數(shù)據(jù)采集期間定期地執(zhí)行運動監(jiān)測。當(dāng)檢測到超過預(yù)定義的閾值的運動位移(displacement)時,MR數(shù)據(jù)采集便停止。當(dāng)在補充采集階段中發(fā)生運動時，圖像重建被執(zhí)行。[0015]在所述完整采集中采集的K-空間數(shù)據(jù)在K2-K3-平面中被隨機地采樣，并使用壓縮感知重建。視圖排序通過使用壓縮感知理論被優(yōu)化。采集數(shù)據(jù)的量根據(jù)最佳所需的圖像質(zhì)量經(jīng)驗地確定。[0016]在所述基本采集中采集的K-空間數(shù)據(jù)被隨機地采樣。在基本采集中采集的數(shù)據(jù)是在完整采集中采集的數(shù)據(jù)的子集。采樣模式通過使用壓縮感知理論被優(yōu)化。采集數(shù)據(jù)的量根據(jù)最低可接受的圖像質(zhì)量經(jīng)驗地(empiricalIy)確定。[0017]所述補充采集是在完整采集中采集的數(shù)據(jù)的采集，而不是在基本采集中采集的數(shù)據(jù)的采集。[0018]所述視圖重排包括:[0019]-創(chuàng)建第一隨機米樣模式，該隨機米樣模式對于基本米集具有N3D(b)個相位編碼點，對于補充采集具有N3dw個相位編碼點。使用每個相位編碼步只被采集一次的邊界條件獨立地定義對于基本采集和補充采集的采樣模式。[0020]-對于每種采集類型的由此定義的采樣k_空間被再劃分成每個包含L個相位編碼步的Nseg個分區(qū)，以使得L。N3D/Nseg0(注意:L、Nseg以及N3d在基本采集和補充采集之間一般是不同的)。分區(qū)可以是同心的(參見圖2)或直線的(參見圖3)，以產(chǎn)生具有不同參數(shù)設(shè)置的有利對比，例如，同心的分區(qū)有利于質(zhì)子密度加權(quán)成像，而直線的分區(qū)有利于使用3DTSE序列的采集中的T2-加權(quán)成像。[0021]-通過在定義的方向上根據(jù)它們的位置對所有的相位編碼點分類，并均等地將被分類的列表(list)劃分成Nseg個分區(qū)來執(zhí)行所述將采樣的k-空間點再劃分成Nseg個分區(qū)。[0022]-以分段的方式在L個分段中執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，其中，每個分段中采集Nseg個相位編碼步。[0023]-對于每個分段，從不同的分區(qū)選擇每個相位編碼步，以使得每個分段包含來自每個分區(qū)的一個相位編碼步。[0024]-對于基于如梯度回波的穩(wěn)態(tài)序列的采集方案，分配順序可以是任意的。對于如TSE和對比準備梯度回波序列的非穩(wěn)態(tài)采集方案，分配順序遵循文獻(參考文獻3及其中的參考文獻)中所描述的任何策略。[0025]-對于分區(qū)內(nèi)相位編碼點的選擇，可以應(yīng)用不同的策略:在完全隨機的方法中，在每個分區(qū)中隨機地選擇點。在有限隨機的方法中，分區(qū)被進一步再劃分成區(qū)域(參見圖2?4)，并且從不同分區(qū)中的對應(yīng)區(qū)域選擇點。該方法可被用于最小化每個分段中的k-空間軌跡的長度，這可在潤流行為(eddycurrentbehavior)、以及總梯度功率(power)的限制方面是有益的。[0026]基本采集和補充采集的所述視圖排序被分別準備。[0027]實現(xiàn)所述運動監(jiān)測的一個選擇是:僅使用讀出梯度采集每個鏈(train)的第一回波；通過比較采集的回波和在基本采集開始時采集的基準回波來檢測運動。兩個回波的顯著差異指示目標運動的發(fā)生；讀出梯度的方向在每次檢查中可被調(diào)整。[0028]實現(xiàn)所述運動監(jiān)測的另一個選擇是:當(dāng)采集新數(shù)據(jù)時定期地執(zhí)行圖像重建。通過將新重建的圖像與以前重建的圖像比較來檢測運動。兩個重建圖像的顯著不一致指示目標運動的發(fā)生。[0029]實現(xiàn)所述運動監(jiān)測的另一個選擇是使用外部的設(shè)備，例如光學(xué)傳感器、或照相機，呼吸帶等。[0030]所述圖像重建通過在壓縮感知【
技術(shù)領(lǐng)域：
】中開發(fā)的算法被執(zhí)行。[0031]具有多個回波鏈的所述MR數(shù)據(jù)采集包括,但不僅限于這些序列:3DTurbo自旋回波序列；3D梯度回波序列，其在例如3DMPRAGE的每個磁化準備脈沖之后采集多個回波。【專利附圖】【附圖說明】[0032]為了使得本發(fā)明的上述以及其它的特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚，下面將參照附圖詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中相同的標號表示相同的部分，并且在附圖中:[0033]圖1是完整采集、基本采集、以及補充采集的圖示，其中在完整采集和基本采集中使用網(wǎng)格泊松-盤(Poisson-disk)采樣；[0034]圖2是同心的視圖排序的圖示；[0035]圖3是直線的視圖排序的圖示；[0036]圖4是在基本采集和補充采集中所使用的交錯的隨機軌跡的圖示；[0037]圖5示出通過比較在每個分段的開始所采集的導(dǎo)航回波的運動檢測；[0038]圖6示出使用所有數(shù)據(jù)(包括運動損壞的數(shù)據(jù))的重建和不使用運動損壞的數(shù)據(jù)的重建的比較?！揪唧w實施方式】[0039]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點更加清楚，將結(jié)合附圖和實施例進一步詳細地描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處解釋的實施例僅在于解釋本發(fā)明；它們并不在于限定本發(fā)明。[0040]圖1示出包含兩個部分的完整(complete)采集(左):基本(basic)采集(中)和補充(compIementary)采集(右)。[0041]圖2描繪同心(concentric)的視圖排序(viewordering),其中，k_空間被劃分成同心的分區(qū)(sector)(見實線圓圈)。每個分區(qū)被再劃分(subdivide)成多個區(qū)域(region)(見虛線)。[0042]圖3示出直線(rectilinear)的視圖排序,其中，k_空間點在第二相位編碼K2(見實線)的方向上被劃分成多個分區(qū)。每個分區(qū)在第三相位編碼K3(見虛線)的方向上被再劃分成多個區(qū)域。[0043]圖4是具有有限的隨機軌跡的同心視圖排序的圖示，其中具有5個分區(qū)，并且每個分區(qū)進一步被再劃分成8個區(qū)域。[0044]圖5表明當(dāng)在膝蓋檢查中發(fā)生運動時采集的導(dǎo)航的顯著變化。[0045]在圖6中:[0046]a)是完整采集的k-空間采樣模式(pattern)；[0047]b)~d)是使用所有采集數(shù)據(jù)重建的三個垂直切片(slice)；[0048]e)是示出在運動發(fā)生之前實際采集k-空間數(shù)據(jù)的掩蓋(mask)；[0049]f)~h)是與b)~d)中切片相同的切片，但沒有使用運動損壞的數(shù)據(jù)重建。[0050]在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，數(shù)字`Nseg和L在基本采集和補充采集之間是不同的，并且它們被選擇以分別使得NS6g*L^N3d(b)和N3d(c)0[0051]在本發(fā)明的另一個實施例中，對于基本數(shù)據(jù)集或補充數(shù)據(jù)集再劃分k_空間采樣模式的分區(qū)被同心地配置在通過兩個相位編碼梯度而跨越(span)的k-空間中。[0052]在本發(fā)明的另一個實施例中，對于基本數(shù)據(jù)集或補充數(shù)據(jù)集再劃分k_空間采樣模式的分區(qū)是矩形。[0053]在本發(fā)明的一類進一步的實施例中，每個分區(qū)內(nèi)的相位編碼點的選擇在每個分區(qū)內(nèi)被隨機地執(zhí)行。[0054]在替代類實施例中，每個分區(qū)被進一步再劃分成區(qū)域，并從對應(yīng)區(qū)域選擇每個分段內(nèi)的相位編碼點。[0055]在本發(fā)明的另一類實施例中，對于數(shù)據(jù)采集，如3D-TSE或SPACE的3D-多回波(multiecho)技術(shù)被使用，以使得回波鏈長度(echotrainlength)等于Nseg。[0056]在替代類實施例中，對于數(shù)據(jù)采集，如3D-擾相(spoiled)FLASH、3D_FLASH，3D-trueFISP或3D-VIBE的3D-梯度回波被使用。[0057]本發(fā)明的另一類實施例的特征在于，對于數(shù)據(jù)采集，如MPRAGE或MDEFT的對比(contrast)準備3D-梯度回波技術(shù)被使用。[0058]本發(fā)明公開了一種使用多個分段在3DMR數(shù)據(jù)采集中減少運動偽影的方法，包括:完整采集被劃分成兩個部分:基本采集和補充采集。在開始時執(zhí)行基本采集。在基本采集完成之后執(zhí)行補充采集。對于基本采集和補充采集分別準備視圖重排。在數(shù)據(jù)采集期間定期地執(zhí)行運動監(jiān)測。每當(dāng)檢測到運動時，數(shù)據(jù)采集便停止。當(dāng)在補充采集階段中發(fā)生運動時，圖像重建被執(zhí)行。最終的重建圖像不具有運動偽影。[0059]參考文獻[0060][I]View-sharinginkeyholeimaging:PartialIycompressedcentralk—spaceacquisitionintime-resolvedMRAat3.0THadizadeh,DariuschR.;Gieseke,Juergen;Beck,Gabriele;etal.Source:EUROPEANJOURNALOFRADIOLOGYVolume:80Issue:2Pages:400-406D01:10.1016/j.ejrad.2010.04.020Published:N0V2011[0061][2]Lustig，M.;Donoho,D.L.;Santos,J.M.;Pauly,J.M.;，"CompressedSensingMRIj"SignalProcessingMagazine,IEEE,vol.25，n0.2，pp.72-82，March2008do1:10.1109/MSP.2007.914728[0062][3]Effectsofrefocusingflipanglemodulationandvieworderingin3Dfastspinech0.Busse，R.F.，BraujA.C.S.，VujA.，Michelich，C.R.，Bayram,E.，Kijowski，R.，Reeder，S.B.andRowley，H.A.(2008)，MagneticResonanceMedicine,60:640-649.do1:10.1002/mrm.21680[0063][4]BuiIdupofImageQualityinView-SharedTime-Resolved3DCE-MRA.CaseyP.Johnson,ThomasW.Polley,JamesF.Glockner,PhillipM.Young,andStephenJ.Riederer.Magnet.Reson.Med.2012do1:10.1002/mrm.24466[0064][5]AMotionMonitoredSPACESequenceforIsotropicCardotidWallImaging.ZhangQetal，ISMRM2012，p3831【權(quán)利要求】1.一種用于采集調(diào)查目標的三維(3D)數(shù)據(jù)集的磁共振(MR)成像的方法，其中，通過三個相互正交的磁場梯度的空間編碼被執(zhí)行，以使得在一個空間方向(Ic1)上在讀取梯度下讀出信號，并通過在信號采集之前在其它兩個空間方向(k2，k3)上應(yīng)用相位編碼梯度來執(zhí)行其它兩個空間方向(k2，k3)上的空間編碼，以及數(shù)據(jù)采集被以順序的方式執(zhí)行，以使得在每個采集步驟信號在所述讀出梯度下被采集，但使用兩個相位編碼梯度的不同組合，其特征在于:空間編碼的時間序列被應(yīng)用，以使得首先通過在兩個相位編碼的方向上使用隨機化的采樣模式采集包含N3D(b)個相位編碼步的基本數(shù)據(jù)集，其中隨機化的采樣模式的采樣密度從k-空間的中心單調(diào)地減小，以通過使用壓縮感知方法產(chǎn)生適用于重建強欠采樣的數(shù)據(jù)的第一數(shù)據(jù)集，以產(chǎn)生具有預(yù)定義的充分最小質(zhì)量的調(diào)查目標的第一3D圖像體，數(shù)據(jù)采集然后通過采集補充數(shù)據(jù)集繼續(xù)進行，其中采集N3D(。)個額外的相位編碼步來補充已經(jīng)采集的數(shù)據(jù)，以使得采樣點的密度被增加，以允許重建圖像質(zhì)量增加的3D-圖像體，直到具有預(yù)定義的采樣密度的數(shù)據(jù)被采集，以重建最終的最佳質(zhì)量的3D-體，以分段的方式在L個分段中執(zhí)行在基本數(shù)據(jù)集和補充數(shù)據(jù)集的采集中的空間編碼，其中，每個分段中Nseg個相位編碼步，其中基本數(shù)據(jù)集或補充數(shù)據(jù)集的整個k-空間采樣模式被再劃分成每個包含L個相位編碼步的預(yù)定義數(shù)目的Nseg個分區(qū)，并且對于每個分段中每個相位編碼步的采集，從每個分區(qū)中選擇一個相位編碼步，以使得每個分段包含來自每個分區(qū)的一個相位編碼步，以及調(diào)查目標的運動的適宜的監(jiān)測被應(yīng)用，以使得每當(dāng)無意識的運動超出預(yù)定義的閾值時數(shù)據(jù)采集被終止，其中使用內(nèi)置于測量序列的導(dǎo)航或通過外部的運動檢測設(shè)備執(zhí)行運動監(jiān)測。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，數(shù)字Nseg和L在基本采集和補充采集之間是不同的，并且被選擇以分別使得NS6g*L^N3d(b)和N3d(c)03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于基本數(shù)據(jù)集或補充數(shù)據(jù)集再劃分k-空間采樣模式的分區(qū)被同心地配置在通過兩個相位編碼梯度而跨越的k-空間中。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于基本數(shù)據(jù)集或補充數(shù)據(jù)集再劃分k-空間采樣模式的分區(qū)在通過兩個相位編碼梯度而跨越的k-空間中是矩形。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，位于離所選擇的采樣區(qū)域的邊界的局部平均采樣距離內(nèi)的相位編碼點被允許分配到相鄰的區(qū)域。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所需的k-空間采樣模式與部分傅里葉采集組合，其中在通過兩個相位編碼梯度而跨越的k-空間平面中沿著所選擇的方向僅采集一半的k-空間數(shù)據(jù)，一個或多個其它的全采樣區(qū)域接近k-空間中心。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個分區(qū)內(nèi)的相位編碼點的選擇在每個分區(qū)內(nèi)被隨機地執(zhí)行。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個分區(qū)被進一步再劃分成區(qū)域，并從對應(yīng)區(qū)域選擇每個分段內(nèi)的相位編碼點。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于數(shù)據(jù)采集，如3D-TSE或SPACE的3D-多回波技術(shù)被使用，以使得回波鏈長度等于Nseg。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于數(shù)據(jù)采集，如3D-擾相FLASH、3D-FLASH,3D-trueFISP或3D-VIBE的3D-梯度回波被使用。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于數(shù)據(jù)采集，如MPRAGE或MDEFT的對比準備3D-梯度回波技術(shù)被使用?！疚臋n編號】G01R33/56GK103809141SQ201310533561【公開日】2014年5月21日申請日期:2013年11月1日優(yōu)先權(quán)日:2012年11月2日【發(fā)明者】李國斌,J·赫尼格,M·蔡特瑟夫申請人:弗賴堡大學(xué)綜合診所