專利名稱：利用壓縮感測重建的動(dòng)態(tài)對比度增強(qiáng)mr成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用壓縮感測重建執(zhí)行動(dòng)態(tài)對比度增強(qiáng)磁共振成像的方法以及用于執(zhí)行對象的動(dòng)態(tài)對比度增強(qiáng)磁共振成像的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品和磁共振成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，利用磁場和核自旋之間的相互作用形成二維或三維圖像的圖像形成MR方法得到了廣泛采用，尤其是在醫(yī)療診斷領(lǐng)域，因?yàn)閷τ谲浗M織成像而言，所述方法在很多方面優(yōu)于其他成像方法，并且其不需要電離輻射，而且通常是非侵入性的。根據(jù)一般的MR方法，將患者的身體或者更通常而言的待檢查對象布置到強(qiáng)的均勻磁場Btl內(nèi)，該磁場的方向同時(shí)定義了所述測量所基于的坐標(biāo)系的軸,一般為z軸。取決于所施加的磁場強(qiáng)度，所述磁場將產(chǎn)生不同的實(shí)現(xiàn)各核自旋的能量水平，可以通過施加具有限定頻率，即所謂的拉莫爾頻率或MR頻率的交變電磁場(RF場)激發(fā)所述自旋(自旋共振)。從宏觀的角度來看，各核自旋的分布將產(chǎn)生總體磁化，可以通過施加具有適當(dāng)頻率的、其磁場垂直于z軸延伸的電磁脈沖(RF脈沖)使所述總體磁化偏離平衡狀態(tài)，從而使所述磁化執(zhí)行圍繞z軸的進(jìn)動(dòng)?？梢酝ㄟ^接收RF天線檢測所述磁化的任何變化，所述天線以這樣的方式布置在MR裝置的檢查體積內(nèi)并設(shè)定一定取向，其布置使得能夠沿垂直于z軸的方向測量所述磁化的變化。為了實(shí)現(xiàn)體內(nèi)的空間分辨，使沿三個(gè)主軸延伸的線性磁場梯度疊加到所述均勻磁場上，帶來對自旋共振頻率的線性空間相關(guān)性。因而，所述接收天線拾取的信號將含有不同頻率的分量，可以將所述分量與體內(nèi)的不同位置關(guān)聯(lián)起來。通過接收天線獲得的信號數(shù)據(jù)對應(yīng)于空間頻率域，并且被稱為k空間數(shù)據(jù)。所述k空間數(shù)據(jù)通常包括采用不同的相位編碼采集的多個(gè)行(multiple lines)。通過收集多個(gè)樣本使每行數(shù)字化。例如,通過傅里葉變換將k空間數(shù)據(jù)的樣本轉(zhuǎn)化為MR圖像。動(dòng)態(tài)對比度增強(qiáng)(DCE) MRI是基于MRI的乳腺癌診斷中的重要診斷基石之一。在 造影劑(Gd)的施用(靜脈注射)過程中或者之后執(zhí)行時(shí)間分辨動(dòng)態(tài)成像，以監(jiān)測由于造影劑流入、流出和灌注導(dǎo)致的信號變化。通過這種方式，能夠使血管系統(tǒng)(包括毛細(xì)血管床)中的結(jié)構(gòu)變化和組織間隙可視化，其有助于識別潛在的腫瘤。由脂肪組織引起的部分體積效應(yīng)可能模糊對比度增強(qiáng)。因此，當(dāng)前使用頻譜脂肪預(yù)飽和方法抑制脂肪信號，以提高檢測能力(比較 Desmond KL 等的 JMRI 2007; 25:1293)。B1-/B0-非均勻性妨礙臨床應(yīng)用中的總體脂肪抑制的質(zhì)量。過于頻繁地應(yīng)用的化學(xué)位移選擇性預(yù)飽和RF脈沖還可能對SAR (比吸收率)限制產(chǎn)生作用，尤其是在高場應(yīng)用中。諸如兩點(diǎn)或三點(diǎn)Dixon方案的化學(xué)位移編碼方法允許以一種更加魯棒的方式分離水和脂肪信號，例如，在 Glover GH 等的 MRM 1991; 18:37UReeder SB 等的 MRM 2004;51:35、Reeder SB,等的 MRM 2005;54:636-644 以及 Xiang QS. MRM 2006; 56:572-584 中公開了所述方法。然而，所有的這些Dixon方法都需要更多的數(shù)據(jù)，延長了總掃描時(shí)間，因而降低了時(shí)間分辨率，這一點(diǎn)是不希望出現(xiàn)的?？梢詫y量每次RF激勵(lì)后的若干梯度回波的多回波技術(shù)(Koken等的ISMRMBerlin 2007，1623)用于Dixon編碼，但是多回波技術(shù)的采樣效率不足以補(bǔ)償所需的額外時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
通過上述內(nèi)容，應(yīng)該可以認(rèn)識到，需要一種改進(jìn)的MR成像方法。因此，本發(fā)明的目的在于以一種快速的方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)對比度增強(qiáng)磁共振成像。此外，由上文應(yīng)該可以認(rèn)識到，需要一種適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明所述方法的改進(jìn)的MR成像系統(tǒng)和一種適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明所述方法的改進(jìn)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。 根據(jù)本發(fā)明，提出了一種利用水和脂肪的信號分離執(zhí)行對對象的動(dòng)態(tài)對比度增強(qiáng)磁共振成像的方法，所述方法包括利用化學(xué)位移編碼空間中的Dixon采集和動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中的動(dòng)態(tài)時(shí)間分辨(resolution)在k空間中采集磁共振數(shù)據(jù)集，其中，采用欠采樣執(zhí)行所述數(shù)據(jù)集的采集，其中，所述方法還包括在所述k空間、化學(xué)位移編碼空間和動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中應(yīng)用壓縮感測(CS)重建技術(shù)，其中，所述壓縮感測重建產(chǎn)生重建數(shù)據(jù)集。此外，對所述重建數(shù)據(jù)集執(zhí)行Dixon重建，最后對Dixon重建數(shù)據(jù)集執(zhí)行動(dòng)態(tài)對比度分析。換言之，公開了使用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)子采樣和對應(yīng)的信號重建來加速化學(xué)位移編碼的水/脂肪分辨的DCE。還公開了使用壓縮感測的原理加速DCE測量。本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于提高了 DCE MR數(shù)據(jù)的質(zhì)量，其允許得到更高的空間和時(shí)間分辨率，同時(shí)保持低的數(shù)據(jù)采集時(shí)間和數(shù)據(jù)處理時(shí)間。其允許提高(例如)基于DCE的腫瘤檢測的診斷質(zhì)量。因此，本發(fā)明例如能夠用于促進(jìn)加速的水/脂肪分辨的DCE乳腺癌診斷。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，采用欠采樣在k空間、化學(xué)位移編碼空間和動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中采集數(shù)據(jù)集。這允許縮短掃描時(shí)間，但是由于CS數(shù)據(jù)重建的原因仍然保證了高圖像質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，以組合的優(yōu)化過程一起執(zhí)行壓縮感測重建和Dixon重建。換言之，作為首先執(zhí)行壓縮感測重建其次執(zhí)行單獨(dú)的Dixon重建步驟的替代，以結(jié)合在一起的方式執(zhí)行這兩個(gè)步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述方法還包括采集對象的先驗(yàn)水-脂肪圖像，其中，所述壓縮感測重建包括確定預(yù)期的水-脂肪圖像的MR信號模型，并且迭代地對所述信號模型進(jìn)行線性化，利用所述先驗(yàn)水-脂肪圖像對所述迭代初始化。這允許以一種快速且可靠的方式執(zhí)行壓縮感測重建。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，先驗(yàn)水-脂肪圖像包括水信號、脂肪信號和場圖，其中，在假定了與所述水信號和/或脂肪信號和/或所述場圖在動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中的時(shí)間特性相關(guān)的約束條件的情況下，執(zhí)行所述壓縮感測重建。這樣的先驗(yàn)假設(shè)(約束條件)確保了在數(shù)學(xué)上使重建過程進(jìn)一步穩(wěn)定化。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在k空間和化學(xué)位移編碼空間中采用完整采樣來采集先驗(yàn)水-脂肪圖像。由于具有對于單個(gè)時(shí)幀的場圖的良好的初始“估計(jì)”，所述壓縮感測重建和Dixon重建的結(jié)合問題變得基本為線性，這使得計(jì)算更加容易，并且更有效率。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，對所述k空間中心完整采樣。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，隨機(jī)或者準(zhǔn)隨機(jī)地執(zhí)行欠采樣。這允許以不相干的方式抹去重建圖像中的偽像，因而其提高了 MR圖像質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，采用并行成像采集磁共振數(shù)據(jù)集。這進(jìn)一步加速了數(shù)據(jù)米集過程。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述Dixon采集是多回波Dixon采集，優(yōu)選是兩點(diǎn)回波Dixon采集?；蛘?，所述Dixon采集可以是單點(diǎn)Dixon采集,例如，這種采集可以從J. Berglund, H. AhistiOlTl. L. Johansson,和 J. Kullberg.的 Single-image water/fatseparation. ISMRM 2010, #2907 中已知。另一方面，本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括用以執(zhí)行上述方法步驟中的任何方法步驟的可執(zhí)行指令。 另一方面，本發(fā)明涉及一種用于利用水和脂肪的信號分離來執(zhí)行對對象的動(dòng)態(tài)對比度增強(qiáng)磁共振成像的磁共振成像設(shè)備，所述設(shè)備包括-用于采集磁共振圖像數(shù)據(jù)的磁共振成像掃描器，-控制器，其適于控制利用化學(xué)位移編碼空間中的多回波Dixon采集和動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中的動(dòng)態(tài)時(shí)間分辨采集k空間中的磁共振數(shù)據(jù)集的掃描器操作，其中，所述控制器還適于采用欠采樣執(zhí)行數(shù)據(jù)集采集，-數(shù)據(jù)重建系統(tǒng)，其適于在所述k空間、所述化學(xué)位移編碼空間和所述動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中應(yīng)用壓縮感測重建技術(shù)，所述壓縮感測重建產(chǎn)生重建數(shù)據(jù)集，其中，所述數(shù)據(jù)重建系統(tǒng)還適于對重建數(shù)據(jù)集執(zhí)行Dixon重建，并且對Dixon重建數(shù)據(jù)集執(zhí)行動(dòng)態(tài)對比度分析。這樣的系統(tǒng)能夠從水/脂肪分辨的DCE提供信息。除了從僅水的數(shù)據(jù)獲得的更好的DCE信息之外，分離出的脂肪數(shù)據(jù)也能夠攜帶有意義的組織結(jié)構(gòu)信息。所述DCE脂肪數(shù)據(jù)也可以進(jìn)一步起到診斷作用，受到局部組織磁化率變化影響的主場不均勻性圖可能對支持診斷具有潛在的幫助。


在下文中更加詳細(xì)地描述了僅作為例子的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。因而，下面的附圖僅僅是出于舉例說明的目的而設(shè)計(jì)的，而非界定對本發(fā)明的范圍的限制。在附圖中圖I示出了用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的MR裝置，圖2示出了兩種不同的有效的三點(diǎn)Dixon數(shù)據(jù)采集方案的例子。圖3是兩種不同的編碼方案的例子。
具體實(shí)施例方式參考圖1，其示出了 MR成像系統(tǒng)I。所述系統(tǒng)包括超導(dǎo)或電阻性主磁體線圈2，從而沿z軸建立穿過檢查體積的基本均勻的在時(shí)間上恒定的主磁場B。。磁共振生成操縱系統(tǒng)施加一系列RF脈沖和切換的磁場梯度以反轉(zhuǎn)或激勵(lì)核磁自旋、誘發(fā)磁共振、使磁共振重新聚焦、操縱磁共振、對磁共振進(jìn)行空間編碼或者其他形式的編碼、使自旋飽和等，以執(zhí)行MR成像。更具體而言，梯度脈沖放大器3沿檢查體積的X、y和z軸向全身梯度線圈4、5、6中的選定線圈施加電流脈沖。RF發(fā)射器7通過發(fā)送/接收開關(guān)8向RF天線9發(fā)送RF脈沖或脈沖包，從而向檢查體積內(nèi)發(fā)射RF脈沖。典型的MR成像序列由短時(shí)長的RF脈沖序列的包構(gòu)成，所述RF脈沖序列的包彼此結(jié)合并且與所施加的任何磁場梯度結(jié)合將實(shí)現(xiàn)對核磁共振的選定操縱。使用所述RF脈沖使共振飽和、激勵(lì)共振、反轉(zhuǎn)磁化、使共振重新聚焦或者操縱共振，并且選擇處于檢查體積內(nèi)的身體10的部分。也可以通過RF天線9拾取MR信號。為了(例如)利用并行成像生成身體或者一般而言的對象10的有限區(qū)域的MR圖像，鄰近所選定的要成像的區(qū)域放置一組局部陣列RF線圈11、12和13?？梢允褂藐嚵芯€圈11、12和13接收通過RF天線實(shí)現(xiàn)的RF發(fā)射所感生的MR信號。但是，也有可能使用陣列線圈11、12和13向檢查體積發(fā)射RF信號。通過RF天線9和/或通過RF線圈11、12、13的陣列拾取所得到的MR信號，并通過接收器14對所述MR信號解調(diào)，接收器14優(yōu)選包括前置放大器(未示出)。將接收器14經(jīng)由發(fā)送/接收開關(guān)8連接至RF線圈9、11、12和13。
主計(jì)算機(jī)15控制梯度脈沖放大器3和發(fā)射器7以生成多種成像序列中的任何一個(gè)，例如，回波平面成像(EPI)、回波體積成像、梯度和自旋回波成像、快速自旋回波成像等。對于選定的序列而言，接收器14接收隨著每一 RF激勵(lì)脈沖而快速接續(xù)而來的單個(gè)或者多個(gè)MR數(shù)據(jù)行。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16對所接收的信號執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將每一 MR數(shù)據(jù)行轉(zhuǎn)換成適合進(jìn)一步處理的數(shù)字格式。在新型的MR裝置中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16是專門用于采集原始圖像數(shù)據(jù)的分立計(jì)算機(jī)。最后，重建處理器17采用傅里葉變換或者其他適當(dāng)?shù)闹亟ㄋ惴▽?shù)字原始圖像數(shù)據(jù)重建為圖像表示。MR圖像可以表示穿過患者的平面切片、平行的平面切片的陣列、三維體積等。然后，將所述圖像存儲到圖像存儲器中，可以在所述圖像存儲器中對圖像進(jìn)行訪問，從而將圖像表示的切片或者其他部分轉(zhuǎn)換成用于可視化的適當(dāng)形式，例如，通過視頻監(jiān)視器18進(jìn)行可視化，其將提供所得到的MR圖像的人可讀顯示。主計(jì)算機(jī)15可以適于控制掃描器的操作，該操作為利用化學(xué)位移編碼空間中的多回波Dixon采集和動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中的動(dòng)態(tài)時(shí)間分辨來控制采集k空間中的磁共振數(shù)據(jù)集，其中，所述控制器還適于采用欠采樣執(zhí)行數(shù)據(jù)集采集。所述重建處理器17適于在k空間、化學(xué)位移編碼空間和動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中應(yīng)用壓縮感測重建技術(shù)，所述壓縮感測重建產(chǎn)生重建數(shù)據(jù)集，其中，所述數(shù)據(jù)重建系統(tǒng)還適于對重建數(shù)據(jù)集執(zhí)行Dixon重建，并且對Dixon重建數(shù)據(jù)集執(zhí)行動(dòng)態(tài)對比度分析。詳細(xì)來講，為了促進(jìn)3D時(shí)間分辨的水-脂肪DCE成像，針對若干動(dòng)態(tài)(dynamic)，即，在動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中，采集3個(gè)回波時(shí)間上的3D數(shù)據(jù)。如圖解所示，不同回波的采集運(yùn)行在內(nèi)部循環(huán)中。TEl TE2 TE3 TEl TE2 TE3. . . TEl TE2 TE3動(dòng)態(tài)I 動(dòng)態(tài)2 動(dòng)態(tài)N如上所述，所采集的數(shù)據(jù)優(yōu)選是在具有完整采樣的k空間中心的多維k-TE-t空間中隨機(jī)或準(zhǔn)隨機(jī)地欠采樣的(例如，通過泊松(Poisson)盤采樣)，以考慮到所述k空間中心周圍的較高信號能量。在所述最為基礎(chǔ)的實(shí)施方式中，使用壓縮感測重建獨(dú)立地重建每一圖像Xi (對于單個(gè)TE和單個(gè)動(dòng)態(tài)而言)，將所重建圖像用作水-脂肪分離重建中的輸入，并且最后執(zhí)行DCE評估。CS重建需要解下述最小化問題
權(quán)利要求
1.一種利用水和脂肪的信號分離執(zhí)行對對象(10)的動(dòng)態(tài)對比度增強(qiáng)磁共振成像的方法，所述方法包括利用化學(xué)位移編碼空間中的Dixon采集和動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中的動(dòng)態(tài)時(shí)間分辨在k空間中采集磁共振數(shù)據(jù)集，其中，采用欠采樣執(zhí)行所述數(shù)據(jù)集的采集，其中，所述方法還包括 -在所述k空間、所述化學(xué)位移編碼空間和所述動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中應(yīng)用壓縮感測重建技術(shù)，所述壓縮感測重建產(chǎn)生重建數(shù)據(jù)集， 行Dixon重建，并且對Dixon重建數(shù)據(jù)集執(zhí)行動(dòng)態(tài)對比度分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，采用欠采樣在所述k空間、所述化學(xué)位移編碼空間和所述動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中采集所述數(shù)據(jù)集。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，以組合的優(yōu)化過程一起執(zhí)行所述壓縮感測重建和Dixon重建。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括采集所述對象(10)的先驗(yàn)水-脂肪圖像，其中，所述壓縮感測重建包括 -確定預(yù)期的水-脂肪圖像的MR信號模型， -迭代地對所述信號模型進(jìn)行線性化，利用所述先驗(yàn)水-脂肪圖像對所述迭代進(jìn)行初始化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述先驗(yàn)水-脂肪圖像包括水信號、脂肪信號和場圖，其中，在假定了與所述水信號和/或所述脂肪信號和/或所述場圖在所述動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中的時(shí)間特性相關(guān)的限制條件的情況下，執(zhí)行所述壓縮感測重建。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，利用所述k空間和所述化學(xué)位移編碼空間中的完整采樣來采集所述先驗(yàn)水-脂肪圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述k空間的中心被完整采樣。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，隨機(jī)或者準(zhǔn)隨機(jī)地執(zhí)行所述欠采樣。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，采用并行成像來采集所述磁共振數(shù)據(jù)集。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述Dixon采集是多回波Dixon采集。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述Dixon采集是單點(diǎn)Dixon采集。
12.—種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括用以執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的任何方法步驟的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
13.一種用于利用水和脂肪的信號分離執(zhí)行對象(10)的動(dòng)態(tài)對比度增強(qiáng)磁共振成像的磁共振成像設(shè)備(I)，所述設(shè)備包括 -磁共振成像掃描器，其用于采集磁共振圖像數(shù)據(jù)， -控制器(15)，其適于控制利用化學(xué)位移編碼空間中的多回波Dixon采集和動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中的動(dòng)態(tài)時(shí)間分辨在k空間中采集磁共振數(shù)據(jù)集的掃描器操作，其中，所述控制器(15)還適于采用欠采樣執(zhí)行所述數(shù)據(jù)集的采集， -數(shù)據(jù)重建系統(tǒng)(17)，其適于在所述k空間、所述化學(xué)位移編碼空間和所述動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中應(yīng)用壓縮感測重建技術(shù)，所述壓縮感測重建產(chǎn)生重建數(shù)據(jù)集，其中，所述數(shù)據(jù)重建系統(tǒng)還適于對所述重建數(shù)據(jù)集執(zhí)行Dixon重建，并且對Dixon重建數(shù)據(jù)集執(zhí)行動(dòng)態(tài)對比度分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用水和脂肪的信號分離執(zhí)行對對象(10)的動(dòng)態(tài)對比度增強(qiáng)磁共振成像的方法，所述方法包括利用化學(xué)位移編碼空間中的Dixon采集和動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中的動(dòng)態(tài)時(shí)間分辨在k空間中采集磁共振數(shù)據(jù)集，其中，采用欠采樣執(zhí)行所述數(shù)據(jù)集采集，其中，所述方法還包括在所述k空間、所述化學(xué)位移編碼空間和所述動(dòng)態(tài)時(shí)間空間中應(yīng)用壓縮感測重建技術(shù)，由所述壓縮感測重建得到重建數(shù)據(jù)集，對所述重建數(shù)據(jù)集執(zhí)行Dixon重建，并且對Dixon重建數(shù)據(jù)集執(zhí)行動(dòng)態(tài)對比度分析。
文檔編號G01R33/54GK102959388SQ201180031048
公開日2013年3月6日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者P·博爾納特, M·I·多內(nèi)瓦 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司