專利名稱：涉及k－空間中心過度采樣的非笛卡爾軌跡的對比度預(yù)備mri的制作方法
以下涉及磁共振領(lǐng)域。其特別應(yīng)用于采用磁化預(yù)備技術(shù)和k-空間非笛卡爾采樣的磁共振成像，并將具體參照其進行描述。
通常，MRI中的成像技術(shù)利用組織之間的對比度來識別感興趣結(jié)構(gòu)的位置。MR成像的一個方面是采用磁化預(yù)備方案以各種形式控制對比度的能力。預(yù)備方案的常見實例包括反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列；磁化傳遞對比(magnetization transfer contrast)序列；用于心血管成像的序列，如黑白血液技術(shù)以及具有T2預(yù)備的技術(shù)；組織(例如脂肪)飽和技術(shù)，如化學(xué)選擇性飽和；短時反轉(zhuǎn)恢復(fù)(STIR)和具有反轉(zhuǎn)恢復(fù)的頻譜預(yù)飽和(SPIR)；以及區(qū)域飽和技術(shù)。
關(guān)于成像應(yīng)用，許多心血管成像序列執(zhí)行預(yù)備脈沖。預(yù)備序列在冠狀動脈成像中特別重要。其原因是冠狀動脈嵌入在脂肪組織內(nèi)。因此，可通過抑制來自脂肪的信號來利于描繪動脈和脂肪之間的輪廓。
包括各種對比度預(yù)備的冠狀MRA技術(shù)已在笛卡爾采樣中得到證實。作為采樣的一部分，對于這些序列應(yīng)用中心視圖排序。在此，在高對比度時段采集k-空間的中心部分以利用如下事實大多數(shù)對比度編碼由k-空間中心決定，而外部k-空間決定空間分辨率且對圖像對比度具有較小貢獻。
另一個已采用預(yù)備脈沖的應(yīng)用在于T1量化。這些技術(shù)基于在反轉(zhuǎn)或飽和脈沖之后以不同時間間隔測量縱向磁化。在臨床上，T1成像可應(yīng)用于確定心臟研究、胸部腫瘤檢查和腦部腫瘤檢查中的造影劑濃度。另一個應(yīng)用是多發(fā)性硬化的T1弛豫測量(relaxometry)，多發(fā)性硬化是使T1減少的一種疾病，其需要量化確定T1以利于診斷。
許多上述應(yīng)用利用笛卡爾軌跡來在圖像采集期間掃描k-空間。然而，笛卡爾軌跡對運動偽影敏感。另一方面，采用穿過k-空間的徑向軌跡的成像與笛卡爾軌跡相比具有幾個優(yōu)點。這些優(yōu)點包括其對運動不敏感；有可能通過在不引入幻影狀偽影的情況下在k-空間內(nèi)進行不足的采樣，來減少測量時間；以及有可能根據(jù)同樣的數(shù)據(jù)重建全分辨圖像以及一系列時間的低分辨圖像。這些特性是k-空間中心固有過采樣的結(jié)果。
然而，固有過采樣也具有不利的結(jié)果。徑向成像不能利用磁化預(yù)備來實現(xiàn)特定的圖像對比度，而這對于笛卡爾成像來說是常見的。其原因是，對于大多數(shù)磁化預(yù)備方案而言，預(yù)備效果在預(yù)備后的某個時間點處是最大的。該效果隨弛豫或時間而減弱。如上所述，為促進所述預(yù)備對圖像中對比度的效果，可選擇笛卡爾掃描采集順序，該采集順序在預(yù)備最大的時候測量中心k-空間。對于徑向成像，固有過采樣，即，隨時間在k-空間中心周圍進行重復(fù)采集，會使這些預(yù)備方案的效率降低。
本發(fā)明提出一種改進的裝置和方法，其克服了上述和其它局限性。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種磁共振成像方法。該方法包括以下步驟向放置在檢查區(qū)域內(nèi)的對象施加預(yù)備脈沖序列，采集與穿過k-空間中心的多個k-空間軌跡相關(guān)的k-空間數(shù)據(jù)，以及根據(jù)k-空間數(shù)據(jù)重建第一圖像，其中不采用至少第一k-空間軌跡的k-空間中心周圍區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)。
一個優(yōu)點在于采用具有對比度預(yù)備的預(yù)備序列的穿過k-空間的非笛卡爾軌跡。
另一個優(yōu)點是有利于減少運動偽影。
另一個優(yōu)點是提高圖像對比度。
在閱讀下列優(yōu)選實施例的詳細描述后，許多其它的優(yōu)點和有益效果對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會變得更為明顯。
本發(fā)明可采取不同的部件和部件設(shè)置形式，并可采取不同的處理操作和處理操作安排。附圖僅用于解釋說明優(yōu)選實施例的目的，而不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明。


圖1示意性示出磁共振成像系統(tǒng)。
圖2A示出預(yù)備序列和k-空間采樣軌跡。
圖2B示出用于圖像重建的k-空間數(shù)據(jù)。
圖2C示出用于圖像重建的k-空間數(shù)據(jù)的合成視圖。
圖2D示出感興趣組織的縱向磁化曲線。
圖3A示出預(yù)備序列和k-空間采樣軌跡。
圖3B示出用于重建多個圖像的k-空間數(shù)據(jù)的合成視圖。
圖3C示出在滑動窗口技術(shù)中所采用的用于重建多個圖像的k-空間數(shù)據(jù)的合成視圖。
圖4A示出用于定標k-空間軌跡數(shù)據(jù)的定標函數(shù)(scalingfunction)。
圖4B示出用于定標k-空間軌跡數(shù)據(jù)的變跡定標函數(shù)。
圖4C示出一定標函數(shù)，其為用于定標k-空間軌跡數(shù)據(jù)的組織縱向磁化函數(shù)。
參照圖1，其示出磁共振成像掃描器10的一個實例。在所示出的實施例中，MRI掃描器包括限定大體圓筒形掃描器孔或檢查區(qū)域14的殼體12，有關(guān)的成像對象16位于該掃描器孔或檢查區(qū)域14內(nèi)。主磁場線圈20放置在殼體12內(nèi)。主磁場線圈20排列成大體螺線管結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生沿掃描器孔14中心軸22方向的主磁場B0。
殼體12還容納或支撐磁場梯度線圈30，磁場梯度線圈30用于有選擇地產(chǎn)生平行于孔14的中心軸22的磁場梯度，沿著橫斷中心軸22的方向的磁場梯度和/或沿其它選定方向的磁場梯度。殼體12還可容納或支撐射頻線圈32，如身體線圈，用于有選擇地激發(fā)和/或檢測與對象16相關(guān)聯(lián)的磁共振。局部射頻線圈34可放置在掃描器孔14內(nèi)，用于局部有選擇地激發(fā)和/或檢測與對象16相關(guān)聯(lián)的磁共振。
繼續(xù)參照圖1所示的實施例，磁共振成像控制器40控制磁體控制器42以有選擇地激勵磁場梯度線圈30。MRI控制器40還控制耦合至身體線圈32和/或耦合至局部線圈34的射頻發(fā)射器44，以有選擇地激勵這些RF線圈32、34。通過有選擇地操作磁場梯度線圈30和RF線圈32、34，磁共振在成像對象16的選定感興趣區(qū)域的至少一部分內(nèi)生成并被空間編碼。此外，可向?qū)ο笫┘宇A(yù)備脈沖。
通過由梯度線圈30施加選定的磁場梯度，就可橫穿選定的k-空間軌跡，如笛卡軌跡、徑向軌跡、螺旋軌跡等。在橫穿選定的k-空間軌跡期間，磁共振成像控制器40操作選擇性地耦合至身體線圈32或線圈34的射頻接收器46，以從對象16接收RF信號。所接收到的RF信號作為所采集的k-空間樣本存儲在k-空間存儲器50內(nèi)。
重建處理器52處理k-空間數(shù)據(jù)并將k-空間數(shù)據(jù)重建成重建圖像，而后將該重建圖像存儲在圖像處理器60內(nèi)。該重建圖像可以在圖像處理器60中進行進一步處理，并可顯示在用戶界面72上、存儲在非易失存儲器內(nèi)、通過局域網(wǎng)或因特網(wǎng)發(fā)送、觀看、存儲或操作等。用戶界面72還可使放射科醫(yī)師、技術(shù)人員或磁共振成像掃描器10的其他操作者能夠與磁共振成像控制器40通信，以選擇、修改和執(zhí)行磁共振成像序列。
操作時，主磁場線圈20在孔14內(nèi)產(chǎn)生主磁場。通過其各自的控制器，梯度線圈30和選定的RF線圈32、34執(zhí)行如圖2A、2B和3A所示的成像協(xié)議。
圖2A示出包括在時間t0向?qū)ο?6施加預(yù)備序列200的協(xié)議。在一個實施例中，預(yù)備序列是反轉(zhuǎn)脈沖，其使得在在主磁場(+B0)方向上對準的對象自旋翻轉(zhuǎn)180度(-B0)。而后允許經(jīng)過預(yù)選時間或反轉(zhuǎn)時間(TI)以允許自旋向+B0恢復(fù)。而后，在時間TI處，在預(yù)備脈沖之后，執(zhí)行成像序列。
繼續(xù)參照圖2A所示的實施例，采用穿過k-空間的徑向采樣軌跡90。如所示，采樣軌跡90會聚在k-空間中心處或其附近。這樣，徑向采樣軌跡90在k-空間中心附近比在k-空間邊緣附近提供更高的采樣密度。這是由于徑向采樣軌跡90的會聚。雖然圖2A示出了平面徑向采樣軌跡90，還考慮采用三維徑向采樣軌跡。當采集數(shù)據(jù)時，采樣的k-空間數(shù)據(jù)存儲在k-空間存儲器50內(nèi)。
雖然圖2A示出徑向k-空間軌跡的四個子集，應(yīng)當理解，可采用不同個數(shù)的子集。還應(yīng)當理解，雖然可采用正交對，但正交對不是必需的。正交對表示一個k-空間軌跡子集，其自身在角度方向上均勻覆蓋k-空間。一個子集還可包括兩個以上的軌跡，所述軌跡形成星狀圖案，使得該投影子集均勻分布在k-空間的角度范圍上。而后，可以通過將第一子集增加一個小的角度來采集下一個子集，以便使這些投影擬合于先前采集的投影之間。一直繼續(xù)該采集過程直到當其結(jié)合時這些子集均勻覆蓋k-空間。
在由RF接收線圈進行數(shù)據(jù)采集和在k-空間存儲器內(nèi)存儲之后，k-空間數(shù)據(jù)被傳送到重建處理器52，可重建一幅或多幅圖像。圖2B示出用于該目的的k-空間數(shù)據(jù)的實施例。在所示出的實施例中，對于第一個軌跡子集901，k-空間中心205周圍的區(qū)域210內(nèi)的數(shù)據(jù)以及該區(qū)域外的數(shù)據(jù)用于圖像重建。對于其余軌跡對902、903、904，只有來自區(qū)域210外的數(shù)據(jù)用于圖像重建。對于后面這些軌跡，所述區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)不用于重建圖像。圖2C中示出根據(jù)該實施例用于重建圖像的k-空間數(shù)據(jù)的合成視圖215。
在上面的實施例中，第一軌跡子集901建立成出現(xiàn)在圖2D所示的自旋集的零點N的最近處。如圖2D所示，利用預(yù)備脈沖200或者脂肪飽和預(yù)脈沖反轉(zhuǎn)例如脂肪組織的自旋。零點N出現(xiàn)在脂肪的縱向磁化弛豫并達到零值的地方。由于脂肪組織在時間TI處是零，在采集第一軌跡子集901期間只采集到較少的來自脂肪的信號。然而，當脂肪信號恢復(fù)時，其會對后續(xù)的軌跡產(chǎn)生影響。回到圖2B和2C，對于k-空間周圍的區(qū)域，只有第一對軌跡對圖像有貢獻。因此，圖像對比度主要由第一軌跡子集采集期間的條件控制，從而實現(xiàn)脂肪抑制。
關(guān)于k-空間中心周圍的區(qū)域，可以以多種形式反復(fù)地或根據(jù)經(jīng)驗限定該區(qū)域。其可選擇成穿過每個軌跡的常數(shù)。在該區(qū)域為常數(shù)時，這些子集起到良好的作用，在該情況下所述子集可裝倉(binned)并一起處理。該區(qū)域還可確定為圖2D所示的磁化函數(shù)。例如，k-空間中心周圍的區(qū)域210可以根據(jù)下面的等式1逐個軌跡確定R=|M(t)|M0kmax---(1)]]>其中，當該區(qū)域是圓形或球形時，R是區(qū)域210的直徑，M(t)是與一軌跡子集對應(yīng)的、在任何給定時間的組織縱向磁化，以及M0是如圖2D所示的在弛豫條件下被抑制組織的縱向磁化。在此，每個軌跡采用如上計算的其自身區(qū)域210進行處理。因此，不需要將數(shù)據(jù)分成子集901…904。
更一般地，k-空間中心周圍的區(qū)域可根據(jù)下面的等式2改變R=f(|M(t)|M0)---(2)]]>其中f是其值的范圍為從0至kmax的單調(diào)函數(shù)。
區(qū)域210還可類似地確定為時間函數(shù)，其中軌跡離零點越遠，所述區(qū)域就變得越大。此外，雖然該區(qū)域可以是以k-空間中心為中心的圓形或球形，但也可考慮其它形狀和位置。
所述子集在所述區(qū)域是常數(shù)時作用良好，在該情況下所述子集可裝倉并一起處理。
一旦已建立起區(qū)域210，重建處理器52向軌跡應(yīng)用定標函數(shù)。在一個實施例中，定標函數(shù)C(R)是如圖4A所示的階梯函數(shù)。在該實施例中，由-1/2R和+1/2R限定的區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)被有效消除，留下該區(qū)域外直到k-空間邊緣(-k，+k)的數(shù)據(jù)對圖像重建做出貢獻。
在另一個實施例中，如圖4B所示，重建處理器52可以應(yīng)用具有積分變跡函數(shù)的定標函數(shù)。與階梯函數(shù)相比，這種函數(shù)在區(qū)域210和k-空間其余部分之間提供更平滑的過渡。在此，例如可由正弦函數(shù)定義這些過渡。
在另一實施例中，定標函數(shù)可取決于組織磁化M(t)，如圖4C所示。在該實施例中，區(qū)域210內(nèi)的值不是簡單地對于子集901定標成1，對于902、903、904定標成0。在此，數(shù)據(jù)根據(jù)定標函數(shù)C(R，M)進行定標，其中在區(qū)域210內(nèi)，數(shù)據(jù)根據(jù)下面的等式3進行定標C0(M)=M0-|M(t)|M0---(3)]]>更一般地，數(shù)據(jù)可根據(jù)定標函數(shù)C(R，M)進行定標，其中在區(qū)域210內(nèi)，數(shù)據(jù)根據(jù)下面的等式4進行定標C0(M)=f(M0-|M(t)|M0)---(4)]]>其中f是其值范圍為從0至1的單調(diào)函數(shù)。
在另一個實施例中，一旦已建立區(qū)域210，就可將MR掃描器控制成省略針對相關(guān)軌跡在該區(qū)域內(nèi)采集k-空間數(shù)據(jù)?；蛘呷缜八?，在圖像重建期間可采集每個軌跡的全部數(shù)據(jù)集，而可完全省略或減少區(qū)域210內(nèi)的數(shù)據(jù)。
雖然包含有k-空間中心周圍區(qū)域210內(nèi)的數(shù)據(jù)的軌跡或多個軌跡是在TI附近采集的，其它的軌跡不一定要在TI之后采集。因此，在另一個實施例中，可在TI之前和/或之后采集軌跡。
在圖3A和3B所示出的另一個實施例，可根據(jù)k-空間數(shù)據(jù)集重建一個以上的圖像，每個圖像具有在圖像采集期間向k-空間中心貢獻數(shù)據(jù)的不同軌跡。在此，如圖3A所示，在預(yù)備序列或脈沖之后，如上面結(jié)合圖2A所討論的那樣采集軌跡。
在該實施例中，將存儲在k-空間存儲器50內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到重建處理器52。如圖3B所示，根據(jù)該數(shù)據(jù)形成多個圖像，每個圖像由不同的k-空間數(shù)據(jù)集3001、3002、3003、3004形成。例如，第一圖像可由圖3B中的第一數(shù)據(jù)集3001形成。該數(shù)據(jù)集包括來自第一軌跡901集的在k-空間中心周圍區(qū)域210內(nèi)的數(shù)據(jù)和來自全部軌跡901…904的k-空間中心周圍區(qū)域外部的數(shù)據(jù)。第二圖像可從圖3B所示的第二數(shù)據(jù)集3002形成。該數(shù)據(jù)集包括來自第二軌跡902集的在k-空間中心周圍區(qū)域210內(nèi)的數(shù)據(jù)和來自全部軌跡的在k-空間中心周圍區(qū)域外部的數(shù)據(jù)。以類似的方式，可從圖3B所示的第三和第四數(shù)據(jù)集生成第三和第四圖像。因此，在預(yù)備脈沖200是反轉(zhuǎn)脈沖的情況下，每一個重建圖像具有不同的有效反轉(zhuǎn)時間。
應(yīng)當理解，上面討論的在k-空間中心周圍建立區(qū)域210和定標函數(shù)可與圖3A和3B中所示數(shù)據(jù)集的圖像處理聯(lián)合使用。
而后將從數(shù)據(jù)集3001、3002、3003、3004生成的圖像發(fā)送到圖像處理器60以進行進一步處理。由這一系列圖像，圖像處理器可生成任何給定像素或多個像素的信號的時間進程。
此外，如圖3C所示，可進行滑動窗口重建。在此，例如，可采集k-空間軌跡的另外的子集，如子集905。該另外的子集905可具有與第一子集901相同的取向。而后，如圖3C所示，可從子集902…905生成另一系列數(shù)據(jù)集3002’、3003’、3004’、3005。集合3002和3002’之間的區(qū)別在于集合3002包括來自第一軌跡子集的數(shù)據(jù)，而集合3002’包括來自第五軌跡子集的數(shù)據(jù)。這對于第三和第四圖像也同樣適用。
從與圖3D所示數(shù)據(jù)集相關(guān)的第二系列圖像，圖像處理器可產(chǎn)生任何給定像素或多個像素的信號的時間進程。如與第一系列圖像一樣，而后圖像處理器可用指數(shù)擬合每個像素的時間進程。同樣，對于反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖的實例，T1值是一個擬合參數(shù)，且可生成任何數(shù)目像素的T1值映射并對其進行進一步處理。采用這種滑動窗口技術(shù)生成一系列T1圖，得到了每個像素的T1值的時間進程，換句話說，也就是時間分辨的T1圖。
在例如在成像協(xié)議中采用造影劑的情況下，可生成沒有造影劑的T1圖。而后，跟隨造影劑的引導(dǎo)，可生成T1圖的時間進程。根據(jù)下面的等式5，T1值取決于造影劑濃度c1T1=R1=α·c+R10---(5)]]>其中α是造影劑的特性，以及R10是沒有造影劑(即，零濃度)情況下的1/T1。通過該關(guān)系式可根據(jù)T1圖確定濃度圖。對于時間分辨的T1圖，可生成時間分辨的濃度圖。這描述了體內(nèi)造影劑的進程。在治療劑與造影劑混合在一起的情況下，可同樣地跟蹤治療劑。
應(yīng)當理解，除了上述反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖外，還可采用任何類型的對比度增強預(yù)備脈沖序列。還應(yīng)當理解，除徑向軌跡外，還可采用任何類型的軌跡，在這些軌跡內(nèi)對k-空間中心區(qū)域進行過采樣。
已參照優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述。顯然，在閱讀和理解前述詳細描述后，其他人可進行修改和變更。本發(fā)明應(yīng)解釋為包括落入附加權(quán)利要求或其等同表述范圍內(nèi)的所有這些修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種磁共振成像方法，包括以下步驟向放置在檢查區(qū)域(14)內(nèi)的對象(16)施加預(yù)備脈沖序列；采集與穿過k-空間中心的多個k-空間軌跡相關(guān)的k-空間數(shù)據(jù)；根據(jù)該k-空間數(shù)據(jù)重建第一圖像，其中不采用至少第一k-空間軌跡的k-空間中心(205)周圍區(qū)域(210)內(nèi)的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中重建第一圖像步驟包括采用至少第二k-空間軌跡的k-空間中心(205)周圍區(qū)域(210)內(nèi)的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在采集k-空間數(shù)據(jù)步驟期間，不采集至少第一k-空間軌跡的k-空間中心(205)周圍區(qū)域(210)內(nèi)的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在重建圖像步驟期間，省略至少第一k-空間軌跡的k-空間中心(205)周圍區(qū)域(210)內(nèi)的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟根據(jù)該k-空間數(shù)據(jù)重建第二圖像，其中采用非第二k-空間軌跡的k-空間軌跡的k-空間中心(205)周圍區(qū)域(210)內(nèi)的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括以下步驟生成跨過第一和第二圖像的至少一個像素的圖。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中第二k-空間軌跡在時間上對應(yīng)于零點。
全文摘要
提供一種磁共振成像方法。該方法包括以下步驟向放置在檢查區(qū)域(14)內(nèi)的對象(16)施加預(yù)備脈沖序列，采集與穿過k－空間中心的多個k－空間軌跡，如徑向軌跡相關(guān)的k－空間數(shù)據(jù)，以及根據(jù)k－空間數(shù)據(jù)重建第一圖像，其中不采用至少第一k－空間軌跡的k－空間中心(205)周圍區(qū)域(210)內(nèi)的數(shù)據(jù)。而是僅采用所述區(qū)域內(nèi)的有限個視圖的數(shù)據(jù)來重建圖像。因此，圖像對比度基本上由所述有限個視圖決定。
文檔編號G01R33/56GK1973211SQ200580015442
公開日2007年5月30日 申請日期2005年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者S·維斯, T·沙弗特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司