用于多切片和多板获取的压缩感测重构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般地涉及用于磁共振成像（MRI)多切片和多板（multi-slab)获取的方 法、系统和装置，其中使用压缩感测技术来重构所获取的数据。所公开的方法、系统和装置 可以应用于各种MRI应用，例如包括血管造影成像。
【背景技术】
[0002] 在磁共振成像(MRI)的上下文中，术语"多板成像"指的是在单次扫描期间获取多 个3D体积。多板成像的一个传统示例是飞行时间（T0F)技术，其中将非饱和自旋的血液流 入用来描绘血管。由于非饱和，这些自旋比周围的固定自旋给出更多的信号。使用此技术， 获取薄板中的数据以便优化血管对比是必要的。
[0003] 不幸的是，多板获取导致单独矩阵每一个具有有限大小(尤其是在板方向上)。此 类板的单独重构导致有限的不相干（incoherence)。继而，这限制了获取的加速潜能并可能 降低图像质量。因此，期望的是提供一种解决这些和其它与多板获取相关联的问题的重构 技术，以允许在加速或者另外欠采样（undersample)场景下获取板，而没有退化所得到图像 的质量。
【发明内容】
[0004] 通过提供与多板获取技术相关的方法、系统和装置，本发明的实施例解决并克服 了一个或多个上述短处和缺点，其中使用同时所有板的组合信息来执行图像重构。所提出 的方案可能导致在各种多板应用中改善图像质量和信噪比（SNR)。
[0005] 根据一些实施例，一种用于使用磁共振成像设备获取三维图像体积的方法，包括： 执行多切片或多板获取过程以获取对应于成像对象的多个切片或三维板。每个相应切片或 三维板被包括在包括k空间数据的多个切片或三维板中。应用迭代压缩感测重构过程来联 合地重构所述多个三维板作为单个一致体积（consistent volume)。在前述方法中使用的 迭代压缩感测重构过程对成本函数（cost function)求解，所述成本函数包括对应于所述 多个三维板的单独数据保真项（fidelity terms)的总和。在一个实施例中，每个单独数据 保真项对应于与相应切片或三维板相关联的k空间数据与对应于所述相应切片或三维板 的当前估计图像体积的遮蔽区域的比较。所述当前估计图像体积的遮蔽区域可以例如是数 据的零填充矩阵（zero-padded matrix)，其中非零数据元素在对应于相应切片或三维板的 位置处。
[0006] 可以将各种技术用于对在前述方法中使用的成本函数进行求解。例如，在一些实 施例中，所述迭代压缩感测重构过程使用近端梯度算法（proximal gradient algorithm) 以通过多次迭代来对所述成本函数求解。在一些实施例中，所述成本函数还包括独立于切 片或三维板的总数目的规则化部分（regularization portion)。此规则化部分可以在每次 迭代期间用来例如将小波变换应用到当前估计图像体积。
[0007] 另外，在前述方法中使用的获取过程的细节可以变化。例如，在一个实施例中，所 述获取过程沿着板方向对成像对象执行不相干欠采样。在其它实施例中，所述获取过程采 用加速3D TOF采样策略。该3D TOF采样策略可以例如在ky-kz相位编码方向上采用可变 密度螺旋叶序列或者可变密度泊松模式。
[0008] 根据其它实施例，一种用于使用磁共振成像设备获取三维图像体积的制品，其包 括非瞬态有形计算机可读介质，其保存计算机可执行指令以用于执行包括两个步骤的方 法。第一，使用包括在所述磁共振成像设备中的多个线圈来执行感兴趣区域的欠采样多板 扫描，从而产生多个三维板。可以将各种技术用于执行此扫描。例如，在一个实施例中，使 用沿着板方向对感兴趣区域的不相干欠采样来执行扫描。一旦获取了三维板，则通过求解 成本函数来将它们联合重构为单个一致体积，其包括对应于三维板的单独数据保真项的总 和。
[0009] 由前述制品执行的方法可以具有各种附加特征。例如，在一个实施例中，在成本函 数中使用的每个单独数据保真项对应于与相应三维板相关联的k空间数据与对应于所述 相应三维板的当前估计图像体积的遮蔽区域的比较。当前估计图像体积的遮蔽区域例如可 以是数据的零填充矩阵，其中非零数据元素在对应于相应三维板的位置处。在一些实施例 中，成本函数还包括独立于三维板的总数目的规则化部分，并可以将其在迭代优化算法(例 如近端梯度)中使用，以在每次迭代期间将小波变换应用于当前估计图像体积。在一些实施 例中，使用加速3D T0F采样策略来获取三维板，其可以在ky-kz相位编码方向上采用可变 密度螺旋叶序列轨迹。
[0010] 根据其它实施例，一种用于使用压缩感测重构来执行多板获取的系统，包括：成像 设备和中央控制计算机。成像设备包括配置成获取对应于成像对象的多个三维板的多个线 圈。每个相应三维板被包括在包括k空间数据的多个三维板中。中央控制计算机单元被配 置成向所述多个三维板应用迭代压缩感测重构过程以产生图像体积。此过程对成本函数求 解，所述成本函数包括对应于所述多个三维板的单独数据保真项的总和。在一个实施例中， 所述中央控制计算机单元还配置成：在迭代压缩感测重构过程期间使用近端梯度算法以通 过多次迭代来对所述成本函数求解。
[0011] 根据关于附图进行的下面的图示实施例的详细描述，本发明的另外的特征和优点 将变得明显。
【附图说明】
[0012]当结合附图阅读时，根据下面的详细描述来最佳地理解本发明的前面内容和其它 方面。为了图示本发明的目的，在附图中示出了当前优选的实施例，然而应该理解的是，本 发明并不局限于所公开的特定手段。在附图中包括下面的图： 图1示出了如本发明的一些实施例所使用的用于命令获取频域部件（component)的系 统，其表示用于在k空间存储阵列中存储的磁共振(MR)图像数据； 图2提供了根据本发明的一些实施例的可以使用图1的系统应用的迭代重构框架的高 级图示； 图3提供了根据一些实施例的用于联合重构使用多板扫描获取的多个板的过程的图 示； 图4提供了使用本文描述的实施例中的一些的当应用于具有相同覆盖的一个厚板和4 个薄板时的压缩感测重构的比较；以及 图5示出了在其之内可以实现本发明的实施例的示例性计算环境。
【具体实施方式】
[0013] 下面的公开描述了根据若干实施例的本发明，其针对用于多板磁共振成像（MRI) 获取的方法、系统和装置，其中使用同时所有板的组合信息来执行图像重构。所有获取的板 被重构在一起并且将其规则化为单个一致的体积，与传统多板获取技术相比其可以改善图 像质量和信噪比（SNR)。例如，本文所描述的技术应该有助于减轻板的后生物（artifact)， 例如在两个非重叠板之间的边界处的不连续性，或者板之间的重叠的区域的模糊，因而改 善了整体图像质量。此外，由于重构是迭代的，所以唯一需要的算子是测量算子，并且不需 要考虑其它算子(例如，线性重构算子)。这使得该技术与任何板厚度和重叠模式兼容，因此 校正重叠的区域中的强度不均匀且允许获取协议的设计的更多灵活性。所公开的方法、系 统和装置可以被应用到各种多板应用，例如包括T0F血管造影MRI应用。
[0014] 图1示出了如本公开的一些实施例所使用的用于命令获取频域部件的系统100， 所述频域部件表示用于在k空间存储阵列中存储的MR图像数据。在系统100中，磁线圈12 在将被成像且位于台上的患者11的身体中创建静态基础磁场。在磁体系统内的是梯度线 圈14,用于产生叠加在静态磁场上的位置依赖磁场梯度。响应于通过梯度和勾场线圈（shim coil)控制模块16供应其上的梯度信号，梯度线圈14在三个正交方向上产生位置依赖和匀 场磁场梯度，并生成磁场脉冲序列。匀场梯度补偿由患者解剖变化和其它源产生的MR成像 设备磁场中的不均匀和变化性。磁场梯度包括应用到患者11