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(gè)3D體積。多板成像的一個(gè)傳統(tǒng)示例是飛行時(shí)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(hào)。使用此技術(shù)， 獲取薄板中的數(shù)據(jù)以便優(yōu)化血管對(duì)比是必要的。
[0003] 不幸的是，多板獲取導(dǎo)致單獨(dú)矩陣每一個(gè)具有有限大小(尤其是在板方向上)。此 類板的單獨(dú)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(shí)施例解決并克服 了一個(gè)或多個(gè)上述短處和缺點(diǎn)，其中使用同時(shí)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(shí)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(duì)應(yīng)于成像對(duì)象的多個(gè)切片或三維板。每個(gè)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(gè)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(gè)三維板作為單個(gè)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(duì)成本函數(shù)（cost function)求解，所述成本函數(shù)包括對(duì)應(yīng)于所述 多個(gè)三維板的單獨(dú)數(shù)據(jù)保真項(xiàng)（fidelity terms)的總和。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)單獨(dú)數(shù)據(jù) 保真項(xiàng)對(duì)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(duì)應(yīng)于所述相應(yīng)切片或三維板 的當(dāng)前估計(jì)圖像體積的遮蔽區(qū)域的比較。所述當(dāng)前估計(jì)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(duì)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(duì)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(shí) 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(duì)所述成本函數(shù)求解。在一些實(shí)施例中，所述成本函數(shù)還包括獨(dú)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(jì)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(gè)實(shí)施例中，所 述獲取過程沿著板方向?qū)Τ上駥?duì)象執(zhí)行不相干欠采樣。在其它實(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其保存計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以用于執(zhí)行包括兩個(gè)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(gè)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(gè)三維板。可以將各種技術(shù)用于執(zhí)行此掃描。例如，在一個(gè)實(shí)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(gè)一致體積，其包括對(duì)應(yīng)于三維板的單獨(dú)數(shù)據(jù)保真項(xiàng)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(gè)實(shí)施例中，在成本函 數(shù)中使用的每個(gè)單獨(dú)數(shù)據(jù)保真項(xiàng)對(duì)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(duì)應(yīng)于所述 相應(yīng)三維板的當(dāng)前估計(jì)圖像體積的遮蔽區(qū)域的比較。當(dāng)前估計(jì)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(duì)應(yīng)于相應(yīng)三維板的位置處。在一些實(shí)施例 中，成本函數(shù)還包括獨(dú)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(jì)圖像體積。在一些實(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)。成像設(shè)備包括配置成獲取對(duì)應(yīng)于成像對(duì)象的多個(gè)三維板的多個(gè)線 圈。每個(gè)相應(yīng)三維板被包括在包括k空間數(shù)據(jù)的多個(gè)三維板中。中央控制計(jì)算機(jī)單元被配 置成向所述多個(gè)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(duì)成本函數(shù)求 解，所述成本函數(shù)包括對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)三維板的單獨(dú)數(shù)據(jù)保真項(xiàng)的總和。在一個(gè)實(shí)施例中， 所述中央控制計(jì)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(duì)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(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn) 將變得明顯。
【附圖說明】
[0012]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，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(shí)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(shí)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(chǔ)陣列中存儲(chǔ)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(shí)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(jí)圖示； 圖3提供了根據(jù)一些實(shí)施例的用于聯(lián)合重構(gòu)使用多板掃描獲取的多個(gè)板的過程的圖 示； 圖4提供了使用本文描述的實(shí)施例中的一些的當(dāng)應(yīng)用于具有相同覆蓋的一個(gè)厚板和4 個(gè)薄板時(shí)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(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性計(jì)算環(huán)境。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面的公開描述了根據(jù)若干實(shí)施例的本發(fā)明，其針對(duì)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(shí)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(gè)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(gè)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(qiáng)度不均勻且允許獲取協(xié)議的設(shè)計(jì)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(shí)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(chǔ)陣列中存儲(chǔ)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(tái)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(hào)，梯度線圈14在三個(gè)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(bǔ)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