專利名稱：迭代圖像重構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在這里描述的系統(tǒng)、方法、計算機可讀介質(zhì)等一般涉及磁共振成像(MRI)領(lǐng)域。它們獲得到圖像重構(gòu)的具體應(yīng)用。
磁共振成像(MRI)的目標(biāo)在于對對象的橫向磁化的空間分布進行成像。為此，可以檢查點r處的局部性質(zhì)。可以使用梯度磁鐵(gradientmagnet)在主磁場Bo中隔離點r?？梢岳蒙漕l(RF )脈沖來激勵對象中的自旋(spin),導(dǎo)致它們進入更高的能量狀態(tài)，并然后以已知的頻率(f)旋進(precess)，同時它們在返回到它們的低能量狀態(tài)時釋放多余能量。RF接收線圈(組)可以接收該多余能量。RF接收線圈可以在空間上是非選擇性的，并因而可以集成在整巻上。所接收的信號S(t)可以表示為
其中S(t)為釋放它們能量的所有點產(chǎn)生的所有信號之和。然而，可以關(guān)注每個點r處的局部性質(zhì)。并發(fā)處理(complicating processing )是來自其他點的數(shù)據(jù)可以影響用于描述一點的局部性質(zhì)的數(shù)據(jù)的事實。查看點的局部性質(zhì)可以包括對圖像的空間頻率成分進行采樣并然后重構(gòu)圖像。將所接收的數(shù)據(jù)與所重構(gòu)的圖像進行比較促進了確定重構(gòu)處理工作得如何正確(例如，準確)。盡管描述了 MR成像，但類似的問題可能也存在于其他成像方法(例如，計算機斷層成像(CT)、正電子發(fā)射斷層成像(PET)、單光子發(fā)射計算機斷層成像(SPECT ))。
圖像重構(gòu)是將原始數(shù)據(jù)變換為空間圖像的處理，其中空間圖像如實地表示從其接收原始數(shù)據(jù)的對象。圖像重構(gòu)可以被看作涉及基于關(guān)于系統(tǒng)輸出的認識來標(biāo)識到系統(tǒng)的輸入的逆問題。規(guī)則化(regularization)涉及將輸入的一些期望性質(zhì)并入用于標(biāo)識輸入的計算。 一般地，MR圖像重構(gòu)可以被看作涉及給出k空間信號s(k)來求解圖像I(x)的問題，其中
背景技術(shù)：
柳=j/(x)e-'2函血
其中，-N<=k<=N。
如果采樣了完整k空間，則在信號域和頻率域之間將存在一對一關(guān)系。然而，獲取完整k空間樣本可能是不切實際的。代替地，可以獲取部分獲取。部分獲取還可能在其他成像方法中發(fā)生。利用部分獲取，理論上無窮多的圖像可以匹配所收集的k空間樣本。此外，所重構(gòu)的圖像可以包括與欠采樣相關(guān)的偽像(artifact)。所以，挑戰(zhàn)在于利用表示少于所有可用信號的信號S(k)來構(gòu)成良好的圖像I(x)，其中信號S(k)可以是有噪的，并且挑戰(zhàn)在于以及時的方式來實現(xiàn)上述操作。
用于改善所重構(gòu)的圖像的技術(shù)涉及"填充"部分k空間的缺失數(shù)據(jù)。各種技術(shù)可以用于提供所述缺失數(shù)據(jù)。例如，可以對缺失位置進行零填充，其中將零放入沒有對其提供k空間信號的位置。這一般不是令人滿意的。其他才支術(shù)可以包4舌^列3口， 共專厄合成(conjugate synthesis )、 Margosian直才妻方》去(Margosian direct method )、零差解調(diào)(homodyne demodulation )、 Cupper的迭代方法(Cupper's iterative method )、基于凸集迭代投影(POCS, iterativeprojection onto convex sets )、單^(直分解(singular value decomposition)等。還
行重構(gòu)的這些并且絕大多數(shù)重構(gòu)方法可能遭受與欠采樣相關(guān)的偽像。
因而，關(guān)注嘗試校正偽像的重構(gòu)方法。這些方法參與發(fā)現(xiàn)如實地表示正被成像的對象的"校正后的圖像"。在這些方案中，圖像形成處理可被看作理想圖像I(x,y)和所測量的k空間信號S(k,l)之間的線性變換，所述理想圖像I(x,y)將完美地表示從其接收了 k空間信號的對象，其中，例如
其中，A(x,y,k，l)取決于厶Bo,即改變的Bo場。
將該方程變換為傅立葉變換后的重構(gòu)的圖像I，(x，，y，)和理想圖像I(x,y)之間的關(guān)系產(chǎn)生了
尸(？，/卜i::'id"，力^，少乂力
其中，K(x,y，x，,y，)取決于A的逆傅立葉變換。
因此，斷定發(fā)現(xiàn)校正后的圖像涉及求解方程的線性系統(tǒng)。存在用于求解
6方程的線性系統(tǒng)的不同方法。例如，方法包括共軛梯度(CG)、最速下降(SD)等。因而，可以將到重構(gòu)的一種方案看作求解I，n=KnIn，
其中，I(x，y)是理想圖像，I，(x，,y，)是重構(gòu)的圖像，而K是表示圖像的幾何畸變的度量的矩陣。
可以將這看作一般類型的線性方程系統(tǒng)
Ax = b
使用CG方法來很好地求解它。
使用CG方法，人們可以嘗試最小化
F(x)= l/2xTAx-bTx以消除錯誤
e = Ax - b。
通過設(shè)A^K、 b-I，而x^1, CG方法可以用于求解標(biāo)準方程KHKI = KHI，。
表示一示例CG方法的以下步驟可以用于求解KHKI = KHI，。
建立初始解io作為畸變圖像r
計算第一留數(shù)1"0 = 1，-KI0計算第一方向pQ = Kr0重復(fù)
計算am = cm/dm更新解Im+, =Im + ampm更新留數(shù)rm+1 = rm - amKpn
計算"=〖、+,
更新方向pm+1 = KHrm+1 + cmpmm = m + 1直到滿足終止條件。
以上方法一般地描述了在圖像重構(gòu)期間迭代處理(例如，CG)可以如何進行。注意，正向迭代步驟是不受約束的。
發(fā)明內(nèi)容


附示了闡明本發(fā)明各方面的各種示例實施例的各種示例系統(tǒng)、方法 等，所述附圖并入并構(gòu)成說明書的一部分。將理解，在附圖中所圖示的元件 邊界(例如，框、框組、或其他形狀)表示邊界的一個示例。本領(lǐng)域的普通
技術(shù)人員將理解在一些示例中， 一個元件可以被設(shè)計為多個元件，多個元 件可以被設(shè)計為一個元件；被示出為另一元件的內(nèi)部組件的元件可以被實現(xiàn) 為外部組件，并且反之亦然等。此外，可以不按比例繪制元件。
現(xiàn)有技術(shù)圖1圖示了與傳統(tǒng)的高度約束投影重構(gòu)(HYPR, highly constrained projection reconstruction)處理相關(guān)聯(lián)的處理和凄t據(jù)。
現(xiàn)有技術(shù)圖2圖示了與傳統(tǒng)的共軛梯度(CG)圖像重構(gòu)處理相關(guān)聯(lián)的處 理和數(shù)據(jù)。
圖3圖示了與采用約束重構(gòu)的輸出作為正向迭代步驟中的約束的迭代圖 像重構(gòu)相關(guān)聯(lián)的處理和數(shù)據(jù)。
圖4圖示了配置有重構(gòu)邏輯的示例MRI設(shè)備。
圖5圖示了其中在這里闡明的示例系統(tǒng)和方法可以操作的示例計算機， 該計算機可操作為可連接到MRI設(shè)備。
圖6圖示了與采用約束重構(gòu)的輸出作為正向迭代步驟中的約束的迭代圖 像重構(gòu)相關(guān)聯(lián)的處理和數(shù)據(jù)。
圖7圖示了與采用約束重構(gòu)的輸出作為正向迭代步驟中的約束的迭代圖 像重構(gòu)相關(guān)聯(lián)的方法。
具體實施例方式
在背景技術(shù)中提出的方法一般地描述了在圖像重構(gòu)期間迭代處理(例如， CG)可以如何進行。注意，正向迭代步驟是不受約束的。在這里描述的示例 系統(tǒng)和方法包括對正向迭代步驟的約束。在一示例中，由高度約束投影重構(gòu) (HYPR)產(chǎn)生的圖像可以操作為用于圖像重構(gòu)的迭代解中的正向迭代步驟的約束。約束投影重構(gòu)方法不預(yù)期從所有可能的位置接收信號。僅通過從特定位 置查找、接受、和處理信號，甚至在面對包含在鄰近位置處變化的時間過程
(time course )的數(shù)據(jù)的嚴重欠采樣時，也可以重構(gòu)相對來說不存在偽像的圖 像。例如，這些特定位置可以與使用HYPR產(chǎn)生的圖像有關(guān)。約束的特性可 以指示可構(gòu)成多么不存在偽像的圖像。傳統(tǒng)的約束重構(gòu)可以不理會原始數(shù)據(jù) 和從所述原始數(shù)據(jù)重構(gòu)的圖像之間的不一致性。相反地，示例方法標(biāo)識參考 數(shù)據(jù)(例如，原始數(shù)據(jù)、部分校正數(shù)據(jù))和從所述數(shù)據(jù)重構(gòu)的圖像之間的不 一致性。 一旦標(biāo)識不一致性，示例方法就可嘗試改善約束圖像(例如，復(fù)合 物(composite))和/或就可嘗試改善促進將參考數(shù)據(jù)與重構(gòu)圖像相關(guān)的校正 數(shù)據(jù)。例如，可以通過使用共軛梯度(CG)方法、最速下降(SD)方法等， 來生成所述改善。
下面描述一個示例方法的 一般流程 獲取單一原始數(shù)據(jù)集
從原始數(shù)據(jù)構(gòu)成復(fù)合物(或建立另一約束) 建立參考數(shù)據(jù)集
使用約束重構(gòu)方法來重構(gòu)復(fù)合圖像 重復(fù)
標(biāo)識參考數(shù)據(jù)和重構(gòu)圖像之間的差別
確定與重構(gòu)圖像和原始數(shù)據(jù)相關(guān)的校正因子 更新參考數(shù)據(jù)
使用參考數(shù)據(jù)和校正因子來重構(gòu)復(fù)合圖像 直到(滿足終止條件)為止
盡管該方法描述了標(biāo)識參考數(shù)據(jù)和重構(gòu)圖像之間的差別，但是將理解， 也可以采取其他方案。例如，可以做出原始數(shù)據(jù)和重構(gòu)圖像之間的差別。例 如，參考數(shù)據(jù)可以是通過重復(fù)/直到(repeat/until)循環(huán)的較早迭代的結(jié)果。
HYPR促進了加快磁共振(MR)獲取，并因而已被用于包括MR血管造 影術(shù)的應(yīng)用中。在HYPR中，從一組單獨幀創(chuàng)建復(fù)合物。復(fù)合物包含MR信 號的可能位置。通過將處理限制到已知已從其接收信號的位置，可以在更短 的獲取時間中獲得更好的圖像質(zhì)量。獲取少于所有正常所需要的數(shù)據(jù)可被稱為欠采樣。欠采樣典型地導(dǎo)致偽像(例如，圖像拖尾偽像)。通過約束從其處 理信號的位置，可以在傳統(tǒng)系統(tǒng)上減少這些偽像。
可以從復(fù)合幀創(chuàng)建重構(gòu)圖像。使用HYPR,重構(gòu)圖像中的信噪比(SNR) 將更多地取決于復(fù)合幀中的信號，而不是單獨時間幀中的信號。該情況促進 了減輕與每個單位時限的SNR相關(guān)聯(lián)的問題。
以下包括了在這里采用的所選擇的術(shù)語的定義。定義包括落入術(shù)語范圍 內(nèi)的并且可以用于實現(xiàn)的組件的各種示例和/或形式。這些示例不意名夂進行限 制。術(shù)語的單數(shù)和復(fù)數(shù)形式兩者可以在所述定義之內(nèi)。
在這里使用的"計算機可讀介質(zhì)"是指參與直接或間接提供信號、指令 和/或數(shù)據(jù)的介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)可以采用以下形式，所述形式包括但不限 于非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)、和傳送介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)的普通形式 包括但不限于軟盤、硬盤、磁帶、CD-ROM、其他光學(xué)介質(zhì)、RAM、存儲 芯片或卡、載波/脈沖、以及計算機、處理器或其他電子裝置可以從其進行讀 取的其他介質(zhì)。可以將用于在網(wǎng)絡(luò)(如，因特網(wǎng))上傳播指令或其他軟件的 信號看作"計算機可讀介質(zhì)"。
在這里使用的"數(shù)據(jù)存儲器"是指可以存儲數(shù)據(jù)的物理和/或邏輯實體。 例如，數(shù)據(jù)存儲器可以是數(shù)據(jù)庫、表格、文件、列表、隊列、堆陣、存儲器、 寄存器等。數(shù)據(jù)存儲器可以駐留于一個邏輯和/或物理實體中，和/或可以被分 布于兩個或多個邏輯和/或物理實體之間。
在這里使用的"邏輯"包括但不限于硬件、固件、軟件和/或每個的組 合，以執(zhí)行(多個)功能或(多個)動作，和/或從另一邏輯、方法、和/或系 統(tǒng)引發(fā)功能或動作。邏輯可以采用以下形式，所述形式包括軟件控制微處 理器、離散邏輯(如，專用集成電路(ASIC))、編程邏輯裝置、包含指令的 存儲裝置等。邏輯可以包括 一個或多個門電路、門電路的組合、或其他電 路組件。在描述了多個邏輯的邏輯(logical logic)的情況下，可能將多個邏 輯的邏輯合并為一個物理的邏輯(physical logic )。類似的，在描述了單一邏 輯的邏輯的情況下，可能在多個物理的邏輯之間分布所述單一邏輯的邏輯。
"可操作的連接"、或通過其"可操作地連接，，實體的連接是其中可以發(fā) 送和/或接收信號、物理通信、和/或邏輯通信的連接。典型地，可操作的連接 包括物理接口、電接口、和/或數(shù)據(jù)接口，但將注意，可操作的連接可以包 括足以允許可操作的控制的這些或其他類型的連接的不同組合。例如，可以
10通過使得能夠直接或通過一個或多個中間實體(如，處理器、操作系統(tǒng)、邏 輯、軟件、或其他實體)彼此傳輸信號，來可操作地連接兩個實體。邏輯和/ 或物理通信信道可以用于創(chuàng)建可操作的連接。
在這里使用的"軟件"包括但不限于可以被讀取、解釋、編譯、和/ 或執(zhí)行并且導(dǎo)致計算機、處理器、或其他電子裝置執(zhí)行功能、動作和/或以所 期望的方式運轉(zhuǎn)的一個或多個計算機或處理器指令?？梢砸愿鞣N形式(如， 例程、算法、模塊、方法、線程、和/或包括來自動態(tài)和/或靜態(tài)鏈接庫的單獨 應(yīng)用或代碼的程序)來實施該指令?？梢砸愿鞣N可執(zhí)行和/或可加載的形式來 實現(xiàn)軟件，所述形式包括但不限于單機程序、功能調(diào)用(本地和/或遠程)、 servelet、 applet、在存儲器中存儲的指令、部分操作系統(tǒng)或其他類型的可執(zhí)行 指令。將理解，軟件的形式例如可以取決于所期望的應(yīng)用的需要、該軟件運 行的環(huán)境、和/或設(shè)計者/程序員的期望等。還將理解，計算機可讀和/或可執(zhí) 行指令可以位于一個邏輯中，和/或分布于兩個或多個通信、協(xié)作、和/或并行 處理邏輯之間，并因而可以以串行、并行、大規(guī)模并行和其他方式來加載和/ 或執(zhí)行所述指令。
可以使用編程語言和工具(如，Java、 C++、匯編、固件、微代碼、和/ 或其他語言和工具)，來產(chǎn)生用于執(zhí)行在這里描述的示例系統(tǒng)和方法的各種組 件的適當(dāng)軟件?？梢詫④浖?不管是整個系統(tǒng)還是系統(tǒng)的組件)實施為制造 品(article of manufacture),并且維持或提供為如先前所定義的計算機可讀介 質(zhì)的部分。軟件的另一形式可以包括在網(wǎng)絡(luò)或其他通信介質(zhì)上向接收方傳送 軟件的程序代碼的信號。因而，在一個示例中，計算機可讀介質(zhì)具有事實上 被下載到用戶的軟件/固件的信號的形式。在另一示例中，計算機可讀介質(zhì)具 有事實上在服務(wù)器上維持的軟件/固件的形式。
在這里使用的"用戶，，包括但不限于 一個或多個人、軟件、計算機或 其他裝置、或這些的組合。
以對存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)比特的運算的算法和符號表示，來呈現(xiàn)以下的詳細 描述中的一些部分。這些算法描述和表示是本領(lǐng)域技術(shù)人員用來向其他人傳 遞他們的工作實質(zhì)的手段。這里并且一般地，將算法理解為產(chǎn)生結(jié)果的一連 串運算。所述運算可以包括物理量的物理操縱(manipulation )。盡管是非必 須地，但通常來說，物理量采用能夠被存儲、轉(zhuǎn)移、組合、比較、和以別的 方式在邏輯中操縱等的電或磁信號的形式。主要因為公共使用的原因，已經(jīng)多次證明將這些信號稱為比特、值、元 素、符號、字符、術(shù)語、數(shù)字等是便利的。然而，應(yīng)記住，這些和類似的術(shù) 語將與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)聯(lián)，并且僅僅是應(yīng)用于這些量的方便標(biāo)簽。除非以 別的方式特別地陳述，可理解，貫穿說明書中，術(shù)語(如，處理、計算、運 算、確定、顯示等)是指對被表示為物理(電子)量的數(shù)據(jù)進行操縱和變換 的計算機系統(tǒng)、邏輯、處理器、或類似電子裝置的動作和處理。
參考現(xiàn)有技術(shù)圖1和圖2的處理和數(shù)據(jù)流程圖，可以更好地理解傳統(tǒng)方 法。然而，為了簡化說明的目的，將所闡明的方法示出和描述為一系列的塊， 將理解，所述塊的順序不限制該方法，這是因為一些塊可以與除了所示出和 描述的塊之外的其他塊以不同的順序和/或同時出現(xiàn)。而且，可以需要少于所 有所圖示的塊來實現(xiàn)示例方法。此外，附加和/或可替換的方法可以釆用附加 的、未圖示的塊。
在流程圖中，塊表明可以利用邏輯實現(xiàn)的"處理塊"。處理塊可以表示方 法步驟和/或用于執(zhí)行該方法步驟的設(shè)備元件。流程圖沒有描繪用于任何具體 編程語言、方法、或風(fēng)格(例如，過程的、面向?qū)ο蟮?的語法。相反地， 流程示了本領(lǐng)域技術(shù)人員可以采用以開發(fā)用于執(zhí)行所圖示的處理的邏輯 的功能信息。將理解，在一些示例中，未示出程序元素(如，時間變量、例 程循環(huán)等)。將進一步理解，電子和軟件應(yīng)用可以涉及動態(tài)和靈活的處理，使 得可以以不同于所示出的次序的其他次序來執(zhí)行所圖示的塊和/或使得可以 將塊組合或分隔為多個組件。將理解，可以使用各種編程方式(如，機器語 言、過程的、面向?qū)ο蟮?、?或人工智能技術(shù))來實現(xiàn)所述處理。
現(xiàn)有技術(shù)圖1圖示了與傳統(tǒng)的HYPR重構(gòu)處理相關(guān)聯(lián)的處理和數(shù)據(jù)。所 得到的HYPR圖像199可以被用作迭代重構(gòu)處理(例如，CG、 SD)中的約 束。例如，HYPR圖像199可以被用于控制從其接受信號的位置。在時間to、
t.......tn處，獲取多個中間層(interleaf)(例如，幀102、 104.......108 )。
這些幀可以被組合為復(fù)合幀110，從該復(fù)合幀110可以重構(gòu)復(fù)合圖像120。幀 110或圖像120兩者都將不具有時間解析度(resolution )。
例如，使用Radon變換邏輯130,可以將復(fù)合圖像120投影到被放射狀 采樣的平面，以產(chǎn)生復(fù)合圖像120的正弦圖(sinogram) 140。然后，例如可
以使用正弦圖除法邏輯160,來將與單獨幀(例如，102、 104.......108 )相
關(guān)聯(lián)的正弦圖(例如，152、 154....... 158 )除以復(fù)合圖像的正弦圖140。然后，例如可以使用反向投影邏輯180，將所得到的數(shù)據(jù)(例如，所除出的正
弦圖170)不過濾地反向投影到圖像域中，以創(chuàng)建單獨幀圖像190。然后，例 如可以使用幀/圖像乘法邏輯195來將單獨幀圖像190乘以復(fù)合圖像120，以 產(chǎn)生最后的重構(gòu)圖像199。
從與現(xiàn)有技術(shù)圖1相關(guān)聯(lián)地執(zhí)行的處理中可以看出，單獨圖像(例如，
102、 104.......108 )可以被看為復(fù)合圖像120的加權(quán)。加權(quán)概念促進了充分
利用圖像的稀疏，以允許對圖像進行嚴重的欠采樣。當(dāng)不同時間信號時間過 程在圖像的寬分隔的區(qū)域處發(fā)生時，現(xiàn)有技術(shù)圖1所圖示的傳統(tǒng)的HYPR處 理執(zhí)行良好。這是加權(quán)因子圖像的相當(dāng)?shù)偷目臻g解析度的結(jié)果。然而，當(dāng)不 同的時間信號時間過程接近一起發(fā)生時(例如，鄰近的靜脈和動脈)，HYPR 重構(gòu)可提供少于所期望的結(jié)果。
該應(yīng)用描述了對于迭代重構(gòu)處理的修改。通過不將約束重構(gòu)看作完整的 重構(gòu)本身，而將其看作迭代圖像重構(gòu)處理的可校正的約束，修改出現(xiàn)。舉例 來說，HYPR圖像199可以被用作圖像重構(gòu)的CG方法中的正向迭代步驟中 的約束。另外舉例來說，HYPR圖像199可以被用作圖像重構(gòu)的SD方法中的 步驟中的約束(例如，參見圖6)。在這些圖像重構(gòu)方法中，HYPR圖像199
現(xiàn)有技術(shù)圖2圖示了與傳統(tǒng)的CG重構(gòu)方法相關(guān)聯(lián)的處理和數(shù)據(jù)?？梢?向網(wǎng)才各化(gridding)邏輯220提供初始數(shù)據(jù)210，所述網(wǎng)格化邏輯220將初 始數(shù)據(jù)210置于原始數(shù)據(jù)域中的所期望的(例如，正確的)位置，以產(chǎn)生網(wǎng) 格化后的原始數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)。在一些示例中，網(wǎng)格化邏輯220還可以填充由于 部分獲取造成的數(shù)據(jù)缺失。網(wǎng)格化后的原始數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)可以被提供到快速傅 立葉變換(FFT)邏輯230。 FFT邏輯230對網(wǎng)格化后的原始數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)執(zhí)行 FFT，并且將變換后的數(shù)據(jù)提供到CG邏輯240。然后，CG邏輯240可以將 第一數(shù)據(jù)集(例如，初始數(shù)據(jù)210)與變換后的數(shù)據(jù)進行比較，以確定要應(yīng) 用于改善(例如，優(yōu)化)第一數(shù)據(jù)集和變換后的數(shù)據(jù)之間的一致的校正因子。
然后，例如可以通過去網(wǎng)#^匕邏輯250來解構(gòu)(例如，Radon變換、去 網(wǎng)格化)圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生解構(gòu)后的數(shù)據(jù)。然后，例如可以基于校正因子來 更新解構(gòu)后的數(shù)據(jù)。該解構(gòu)后的數(shù)據(jù)然后被提供到網(wǎng)格化邏輯220以開始另 一周期。處理可以繼續(xù)，例如直到CG邏輯240確定不提供附加校正因子為 止。舉例來說，CG邏輯240可以確定過程已經(jīng)收斂，可以確定預(yù)定的、可配
13置的次數(shù)的迭代已經(jīng)發(fā)生等。CG邏輯240可以產(chǎn)生圖像260。例如，可以通 過現(xiàn)有技術(shù)圖2所圖示的處理在每次迭代中更新圖像260。
圖3圖示了與使用約束重構(gòu)(例如，HYPR)的結(jié)果作為正向處理步驟 中的約束的重構(gòu)方法(例如CG)相關(guān)聯(lián)的處理和數(shù)據(jù)。在一個示例中，向約 束重構(gòu)邏輯320 (例如，HYPR重構(gòu)邏輯)提供初始數(shù)據(jù)310，以產(chǎn)生重構(gòu)后 的圖像330 (例如，HYPR重構(gòu)后的圖像)。可以從例如MR設(shè)備、CT設(shè)備、 PET設(shè)備、SPECT設(shè)備等接收初始數(shù)據(jù)310。盡管描述了 HYPR重構(gòu)邏輯320, 但是將理解，可以采用其他約束重構(gòu)邏輯。在一個示例中，初始數(shù)據(jù)310可 以包括從單獨接收機接收并且被單獨保存的多組數(shù)據(jù)。在另一示例中，初始 數(shù)據(jù)310可以包括從單獨接收機接收并且被組合為一組單一組合后的信號的 多組數(shù)據(jù)。
例如如果原始數(shù)據(jù)310包括具有不同的信號時間過程的放置得很近的像 素，則圖像330可以包括某些位置中的人為信號(artifactual signal )?？梢韵?迭代重構(gòu)邏輯340 (例如，CG邏輯)提供圖像330,所述迭代重構(gòu)邏輯340 將識別其中人為信號出現(xiàn)的位置。迭代重構(gòu)邏輯340可以將所述位置識別為 例如其中重構(gòu)圖像330與參考數(shù)據(jù)集(例如，初始數(shù)據(jù)310)不同的位置。 迭代重構(gòu)邏輯340不向傳統(tǒng)系統(tǒng)那樣簡單地接收或忽略偽像，而是可以產(chǎn)生 校正因子，以嘗試縮小差別。
因而，然后，例如可以通過解構(gòu)邏輯350 (例如，去網(wǎng)格化邏輯)來解 構(gòu)(例如，radon變換、去網(wǎng)格化)圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生解構(gòu)后的數(shù)據(jù)。例如， 可以基于校正因子來校正該解構(gòu)后的數(shù)據(jù)。該校正后的數(shù)據(jù)然后可被提供到 約束重構(gòu)邏輯320以開始另一周期。處理可以繼續(xù)，例如直到CG邏輯340 確定該過程已經(jīng)收斂為止。CG邏輯340也可以提供圖像360。例如，可以通 過圖3所圖示的處理在每次迭代中更新圖像360。
與傳統(tǒng)的HYPR處理不同，即使當(dāng)鄰近像素具有不同的信號時間過程時， 圖3所圖示的處理也促進了重構(gòu)精確的(例如，不存在偽像并且沒有被瞬間 模糊的)圖像。此外，傳統(tǒng)的HYPR重構(gòu)可能需要用戶基于所期望的圖像的 現(xiàn)有認知而提供的輸入。在這里描述的示例系統(tǒng)和方法不需要類似的用戶輸 入。另外，因為甚至可以采用包括狹窄分隔的時間過程的投影、而不是僅采 用具有寬分割的時間過程的投影來生成復(fù)合物，所以可以更簡單地定義復(fù)合 圖像。因而，CG邏輯340可以校正當(dāng)其執(zhí)行HYPR重構(gòu)時、由于HYPR邏輯320使用的非理想復(fù)合物造成的殘留偽像。圖3所圖示的處理可以比單純 的HYPR方法得到較少的SNR,然而，它將產(chǎn)生比從單純的HYPR方法得到 的時間解析度大得多的時間解析度。因而，該處理可以在例如實時心臟成像 中有價值。
盡管圖3圖示了串行發(fā)生的各種動作，但是將理解，圖3所圖示的各種 動作實際上也可以并行發(fā)生。舉例來說，第一過程可以執(zhí)行約束重構(gòu)(例如， HYPR)，而第二過程可以執(zhí)行迭代重構(gòu)過程(例如，CG、 SD),并且第三過 程可以解構(gòu)數(shù)據(jù)(例如，去網(wǎng)格化)。盡管描述了三個過程，但是將理解，可 以采用更大和/或更小數(shù)量的過程，并且可以采用輕便過程、正規(guī)過程、線程、 和其他方式。將理解，其他示例方法在一些情況下也可包括實際上并行發(fā)生 的動作。
圖4圖示了被配置以產(chǎn)生對象的MR圖像的示例MRI設(shè)備400。設(shè)備400 可以是許多不同類型的MRI設(shè)備之一，例如，西門子1.5T奏鳴曲成像器 (Siemens 1.5T Sonata imager )。設(shè)備400包括(多個)基本場磁鐵410和基 本場磁鐵供應(yīng)420。理想地，基本場磁鐵410將產(chǎn)生均勻的Bo場。然而，在 實踐中，Bo場可能不均勾，并且可以在正被MRI設(shè)備400成像的對象上變化。 MRI設(shè)備400可以包括被配置以發(fā)射梯度磁場(如，Gs、 Gp和Gr)的梯 度線圈430。梯度線圈供應(yīng)440可以至少部分地控制梯度線圈430。
MRI設(shè)備400也可以包括被配置以生成RF脈沖并且從RF脈沖指向 的對象接收所得到的磁共振信號的(多個)RF天線450。在一個示例中，可 以采用單獨的RF傳送和接收線圈。RF傳送-接收單元460可以至少部分地控 制RF天線450?？刂朴嬎銠C470可以至少部分地控制梯度線圈供應(yīng)440和 RF傳送-接收單元460 。在 一個示例中，可以對控制計算機470編程以執(zhí)行如 在這里描述的那些方法的方法，和/或控制重構(gòu)邏輯490執(zhí)行如在這里描述的 那些方法的方法。在一個示例中，MRI設(shè)備400可以包括多個信號接收機(例 如，天線、線圈)。因而，在一個示例中，重構(gòu)邏輯490可以對從單獨接收機 接收的信號執(zhí)行一組約束重構(gòu)。在另一示例中，重構(gòu)邏輯490可以對從兩個 或多個接收機接收的組合信號執(zhí)行約束重構(gòu)。
可以采用從RF天線450接收的MR信號來生成圖像，并因而所述MR 信號可以經(jīng)歷變換過程(如，生成像素化(pixilate )的圖像數(shù)據(jù)的二維FFT )。 圖像計算機480或其他類似處理裝置可以執(zhí)行該變換。在一個示例中，可以
15對圖像計算機480編程以執(zhí)行如在這里描述的那些方法的方法，和/或控制重
構(gòu)邏輯490 "J丸行如在這里描述的那些方法的方法。然后可以在顯示器499上 示出圖像數(shù)據(jù)。
盡管圖4圖示了包括以各種方式連接的各種組件的示例MRI設(shè)備400, 但是將理解，其他MRI設(shè)備可以包括以其他方式連接的其他組件。在一個示 例中，為了實現(xiàn)在這里描述的示例系統(tǒng)和方法，MRI設(shè)備400可以被配置有 重構(gòu)邏輯490。在不同的示例中，重構(gòu)邏輯490可以永久地和/或可拆卸地附 著于MRI設(shè)備。盡管將重構(gòu)邏輯490圖示為連接到控制計算機490和圖像計 算機480的單一邏輯，但是將理解，重構(gòu)邏輯490可以分布在設(shè)備400的其 他元件之間和/或可操作為連接到設(shè)備400的其他元件。重構(gòu)邏輯490可以被 配置以接收原始數(shù)據(jù)和執(zhí)行約束重構(gòu)方法(例如，HYPR),以產(chǎn)生可被用作 正向迭代重構(gòu)過程中的約束的圖像。
圖5圖示了其中在這里圖示的示例方法可以操作并且其中可以實現(xiàn)示例 重構(gòu)邏輯的示例計算機500。在不同的示例中，計算機500可以是MRI設(shè)備 的部分，或可以可操作為可連接到MRI設(shè)備。
計算機500包括可操作為通過總線508連接的處理器502、存儲器504、 和輸入/輸出端口 510。在一個示例中，計算機500可包括被配置為執(zhí)行迭 代重構(gòu)方法的重構(gòu)邏輯530,所述迭代重構(gòu)方法使用約束重構(gòu)方法產(chǎn)生的圖 像作為重構(gòu)中的正向迭代步驟的約束。因而，重構(gòu)邏輯530 (無論在計算機 500中被實現(xiàn)為硬件、固件、軟件、和/或其組合)可以提供用于接收MR數(shù) 據(jù)的部件(例如，硬件、軟件)、用于對MR數(shù)據(jù)執(zhí)行HYPR重構(gòu)的部件(例 如，硬件、軟件)、和用于使用HYPR重構(gòu)的結(jié)果作為正向迭代步驟中的約束 來執(zhí)行迭代重構(gòu)的部件(例如，硬件、軟件)。在不同的示例中，重構(gòu)邏輯 530可以永久地和/或可拆卸地附著于接收機500。
處理器502可以是包括雙微處理器和其他多處理器架構(gòu)的各種各樣的處 理器。存儲器504可以包括易失性存儲器和/或非易失性存儲器。磁盤506可 以例如經(jīng)由輸入/輸出接口 (例如，卡、裝置)518和輸入/輸出端口 510來可 操作地連接到計算機500。盤506可以包括但不限于如磁盤驅(qū)動器的裝置、 帶驅(qū)動器、Zip驅(qū)動器、閃存卡、和/或存儲棒。此外，盤506可以包括光學(xué) 驅(qū)動器，如CD-ROM和/或數(shù)字視頻ROM驅(qū)動器(DVD ROM )。例如，存 儲器504可以存儲過程514和/或數(shù)據(jù)516。盤506和/或存儲器504可以存儲控制和分配計算機500的資源的操作系統(tǒng)。
總線508可以是單一內(nèi)部總線互聯(lián)架構(gòu)和/或其他總線或網(wǎng)狀架構(gòu)。盡管 圖示了單一總線，但是將理解，計算機500可以使用未圖示的其他總線(例 如，PCIE、 SATA、無限寬帶(Infiniband )、 1394、 USB、以太網(wǎng))來與各種 裝置、邏輯、和外圍設(shè)備進行通信。
計算機500可經(jīng)由i/o接口 518和輸入/輸出端口 510來與輸入/輸出裝置 互相作用。輸入/輸出裝置可以包括但不限于鍵盤、麥克風(fēng)、定點和選擇裝 置、相機、視頻卡、顯示器、盤506、網(wǎng)絡(luò)裝置520等。輸入/輸出端口 510 可以包括但不限于串行端口、并行端口、和USB端口。
計算機500可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中操作，并因而可以經(jīng)由i/o接口 518和/或 i/o端口 510連接到網(wǎng)絡(luò)裝置520。通過網(wǎng)絡(luò)裝置520，計算機500可以與網(wǎng) 絡(luò)進行互相作用。在一個示例中，計算機500可以通過網(wǎng)絡(luò)連接到其獲取參 數(shù)可以被動態(tài)改編的MRI設(shè)備。通過該網(wǎng)絡(luò)，計算機500可以被邏輯地連接 到遠程計算機。計算機500與其相互作用的網(wǎng)絡(luò)包括但不限于局域網(wǎng) (LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、和其他網(wǎng)絡(luò)。
圖6圖示了與采用約束重構(gòu)的輸出作為正向迭代步驟中的約束的迭代圖 像重構(gòu)相關(guān)聯(lián)的處理和數(shù)據(jù)?？梢韵虍a(chǎn)生圖像630的HYPR邏輯620提供初 始數(shù)據(jù)610。然后可以向去網(wǎng)格化邏輯640提供圖像630，所述去網(wǎng)格化邏輯 640向最速下降邏輯650提供解構(gòu)后的數(shù)據(jù)。最速下降邏輯650可以提供可 以通過圖像重構(gòu)過程在每次迭代中更新的圖像660。最速下降邏輯650還可 以計算用于選擇性地操縱參考數(shù)據(jù)的校正因子，所述參考數(shù)據(jù)然后通過 HYPR和SD過程被提供用于另 一迭代。
可以參考圖7的處理和數(shù)據(jù)流程圖來更好地理解示例方法。盡管為了簡 化說明的目的，將所闡明的方法示出和描述為一系列的塊，但是將理解，所 述塊的順序不限制該方法，這是因為一些塊可以與除了所示出和描述的塊之 外的其他塊以不同的順序和/或同時出現(xiàn)。而且，可以需要少于所有所圖示的 塊來實現(xiàn)示例方法。此外，附加和/或可替換的方法可以采用附加的、未圖示 的塊。
圖7圖示了與采用約束重構(gòu)的輸出作為正向迭代步驟中的約束的迭代圖 像重構(gòu)相關(guān)聯(lián)的方法700。方法700可以在710中包括從參考數(shù)據(jù)集創(chuàng)建圖 像域數(shù)據(jù)集。例如，可以從磁共振(MR)、計算機斷層成像(CT)設(shè)備、正電子發(fā)射斷層成像(PET)設(shè)備、和單光子發(fā)射計算機斷層成像(SPECT) 設(shè)備接收參考數(shù)據(jù)集。例如，參考數(shù)據(jù)集可以是從MR設(shè)備收集的空間頻率 域數(shù)據(jù)集。在一個示例中，參考數(shù)據(jù)集可以是從其中信號集被組合為單組信 號的一組接收機接收的一組信號集。在另一示例中，參考數(shù)據(jù)集可以是從一 組接收機接收并在每個接收機的基礎(chǔ)上被單獨保存的一組信號。
方法700可以在720中包括從圖像域數(shù)據(jù)集創(chuàng)建測試數(shù)據(jù)集。例如，創(chuàng) 建測試數(shù)據(jù)集的步驟可以包括執(zhí)行約束投影重構(gòu)方法。在不同的示例中，創(chuàng) 建測試數(shù)據(jù)集的步驟還可以包括執(zhí)行迭代重構(gòu)過程(例如，CG、 SD)。
方法700在730中還可以包括例如基于測試數(shù)據(jù)集和參考數(shù)據(jù)集之間的 差別來計算校正因子。例如，可以將原始空間頻率域數(shù)據(jù)與解構(gòu)后的圖像數(shù) 據(jù)進行比較，以確定構(gòu)造/解構(gòu)過程執(zhí)行地如何精確。
可以在740中做出確定。例如，可以檢查包括收斂因子、迭代計數(shù)等的 終止條件。如果該確定是方法700應(yīng)完成，則處理可以終止。然而，如果740 中的確定是處理應(yīng)該繼續(xù)，則可以在750中更新參考數(shù)據(jù)集?？梢灾辽俨糠?基于在730中計算的校正因子來更新參考數(shù)據(jù)集。然后，處理可以返回到710， 其中通過迭代方法的另 一迭代可以開始。
在一個示例中，方法被實現(xiàn)為在計算機可讀介質(zhì)上提供的處理器可執(zhí)行 指令和/或操作。因而，在一個示例中，計算機可讀介質(zhì)可以存儲可操作為執(zhí) 行以下方法的處理器可執(zhí)行指令，所述方法包括從參考數(shù)據(jù)集創(chuàng)建圖像域 數(shù)據(jù)集，從圖像域數(shù)據(jù)集創(chuàng)建測試數(shù)據(jù)集，基于參考數(shù)據(jù)集和測試數(shù)據(jù)集之 間的差別來計算校正因子，并且基于該校正因子來選擇性地更新參考數(shù)據(jù)集， 以及重復(fù)這些動作直到滿足終止條件為止。盡管將該方法描述為被提供在計 算機可讀介質(zhì)上，但是將理解在這里描述的其他示例方法也可以被提供在計 算機可讀介質(zhì)上。
盡管已經(jīng)通過描述示例而闡明了示例系統(tǒng)、方法等，并且盡管已經(jīng)相當(dāng) 詳細地描述了所述示例，但是本申請人不意欲將所附權(quán)利要求的范圍約束或 以任何方式限定為這種細節(jié)。當(dāng)然，不可能為了描述在這里描述的系統(tǒng)、方 法等的目的而描述組件或方法的每個可想到的組合。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來 說，附加優(yōu)點和修改將容易想到。因此，本發(fā)明不限于特定細節(jié)、代表性的 設(shè)備、所示出和描述的說明性的示例。因而，該申請意欲包含落入所附權(quán)利 要求內(nèi)的變化、修改、和變型。此外，在前的描述不打算限制本發(fā)明的范圍。
18相反地，本發(fā)明的范圍將由所附權(quán)利要求和它們的等效物確定。
就在詳細描述或權(quán)利要求中采用術(shù)語"包括"或"包含"來說，其意欲 為包括性的，在某種意義上與當(dāng)采用術(shù)語"含有"作為權(quán)利要求中的過渡詞 語時、該術(shù)語被解釋的意思類似。此外，就在詳細描述或權(quán)利要求中采用術(shù)
語"或，，(例如，A或B)來說，其意欲意謂"A或B或兩者"。當(dāng)本申請人 意欲指明"僅A或B,而不是兩者"時，那么將使用術(shù)語"僅A或B,而不 是兩者"。因而，在這里術(shù)語"或"的使用是包括性的，而不是排他性的使用。 參見Bryan A. Garner, A Dictionary of Modern Legal Usage 624 (2d. Ed. 1995) (現(xiàn)代法律習(xí)語詞典)。
權(quán)利要求
1. 一種系統(tǒng)，包括約束重構(gòu)邏輯，被配置為接收具有初始格式的初始數(shù)據(jù)，以從該初始數(shù)據(jù)建立參考數(shù)據(jù)，并從該參考數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)；迭代重構(gòu)邏輯，被配置為使用該圖像數(shù)據(jù)作為正向迭代過程正向迭代處理中的約束，并基于比較該圖像數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)來計算校正因子；以及解構(gòu)邏輯，被配置為將該圖像解構(gòu)為具有初始格式的解構(gòu)后的數(shù)據(jù)，并至少部分基于該校正因子和解構(gòu)后的數(shù)據(jù)，來選擇性地更新該參考數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中該約束重構(gòu)邏輯執(zhí)行HYPR重構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中該迭代重構(gòu)邏輯執(zhí)行共軛梯度重構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中該迭代重構(gòu)邏輯執(zhí)行最速下降重構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，該初始數(shù)據(jù)為空間頻率數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，該初始數(shù)據(jù)是從磁共振成像(MRI)設(shè)備、 正電子發(fā)射斷層成像(PET)設(shè)備、計算機斷層成像(CT)設(shè)備、和單光子 發(fā)射計算機斷層成像(SPECT)設(shè)備之一中接收的。
7. —種設(shè)備，包括 MRIi殳備；以及重構(gòu)邏輯，能夠操作為連接到該MRI設(shè)備，該重構(gòu)邏輯被配置為使用由 約束重構(gòu)產(chǎn)生的圖像作為迭代圖像重構(gòu)中的正向迭代步驟中的約束。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，該重構(gòu)邏輯為共軛梯度(CG)重構(gòu)邏輯、 和最速下降(SD)邏輯之一，該迭代圖像重構(gòu)為CG重構(gòu)、和SD重構(gòu)之一。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，該MRI設(shè)備包括多個信號接收機，并且其 中該重構(gòu)邏輯執(zhí)行對從單獨接收機接收的信號的一組約束重構(gòu)、和對從兩個 或多個接收機接收的組合信號的約束重構(gòu)之一。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，該約束重構(gòu)為高度約束投影重構(gòu)(HYPR)。
11. 一種迭代重構(gòu)方法，包括 重復(fù)地進行以下操作，從參考數(shù)據(jù)集創(chuàng)建圖像域數(shù)據(jù)集，其中創(chuàng)建圖像域數(shù)據(jù)集的步驟包括 執(zhí)行約束重構(gòu)處理；從該圖像域數(shù)據(jù)集創(chuàng)建測試數(shù)據(jù)集；基于該參考數(shù)據(jù)集和測試數(shù)據(jù)集之間的差別來計算校正因子；以及 至少部分基于該校正因子來選擇性地更新該參考數(shù)據(jù)集； 直到已滿足了終止條件為止。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中該約束重構(gòu)處理是約束投影重構(gòu)處理。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll的方法，其中創(chuàng)建圖像域數(shù)據(jù)集的步驟包括執(zhí)行高 度約束投影重構(gòu)(HYPR)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中創(chuàng)建測試數(shù)據(jù)集的步驟包括執(zhí)行共軛 梯度(CG)重構(gòu)處理。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中創(chuàng)建測試數(shù)據(jù)集的步驟包括執(zhí)行最速 下降(SD)重構(gòu)處理。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，該參考數(shù)據(jù)集為以下兩者之一從一組接 收機接收并且被組合為單組信號的一組信號集、和從一組接收機接收并且在 每個接收機的基礎(chǔ)上被單獨保存的 一組信號。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，該參考數(shù)據(jù)集是從計算機斷層成像(CT) 設(shè)備、正電子發(fā)射斷層成像(PET)設(shè)備、和單光子發(fā)射計算機斷層成像(SPECT)設(shè)備之一收集的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中該終止條件與以下一個或多個有關(guān) 差別小于預(yù)定閾值、和已執(zhí)行預(yù)定次數(shù)的迭代。
19. 一種用于存儲計算機可執(zhí)行指令的計算機可讀介質(zhì)，當(dāng)計算機執(zhí)行 所述指令時，所述指令導(dǎo)致計算機執(zhí)行迭代重構(gòu)方法，該方法包括重復(fù)地進行以下操作， 通過執(zhí)行高度約束投影重構(gòu)(HYPR)來從參考數(shù)據(jù)集創(chuàng)建圖像域數(shù)據(jù) 集，該參考數(shù)據(jù)集是從MR設(shè)備、CT設(shè)備、PET設(shè)備、和SPECT設(shè)備之一 收集的；通過執(zhí)行CG重構(gòu)、和SD重構(gòu)之一來從該圖像域數(shù)據(jù)集創(chuàng)建測試數(shù)據(jù)集；基于該參考數(shù)據(jù)集和測試數(shù)據(jù)集之間的差別來計算校正因子；以及 至少部分基于校正因子來選擇性地更新該參考數(shù)據(jù)集； 直到已滿足終止條件為止。
20. —種系統(tǒng)，包括用于接收MR數(shù)據(jù)的部件；用于對MR數(shù)據(jù)執(zhí)行HYPR重構(gòu)的部件；以及用于使用該HYPR重構(gòu)的結(jié)果作為正向迭代步驟中的約束來執(zhí)行迭^^重 構(gòu)的部件。
全文摘要
描述了使用由約束圖像重構(gòu)過程處理產(chǎn)生的圖像作為正向迭代重構(gòu)過程處理中的約束的系統(tǒng)和方法。一種示例系統(tǒng)可包括約束重構(gòu)邏輯，以接收具有初始格式的初始數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。該示例系統(tǒng)可包括迭代重構(gòu)邏輯，用于使用該圖像數(shù)據(jù)作為正向迭代步驟中的約束并且基于比較該圖像數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)來計算校正因子。該示例系統(tǒng)可包括解構(gòu)邏輯，以將該圖像數(shù)據(jù)解構(gòu)為具有該初始格式的解構(gòu)后的圖像數(shù)據(jù)，并且至少部分基于該校正因子來選擇性地更新該解構(gòu)后的圖像數(shù)據(jù)。
文檔編號G01V3/00GK101512555SQ200780033750
公開日2009年8月19日 申請日期2007年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者馬克·A·格里斯沃爾德 申請人:卡斯西部儲備大學(xué)