专利名称：利用压缩感测重建的动态对比度增强mr成像的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用压缩感测重建执行动态对比度增强磁共振成像的方法以及用于执行对象的动态对比度增强磁共振成像的计算机产品和磁共振成像设备。
背景技术：
目前，利用磁场和核自旋之间的相互作用形成二维或三维图像的图像形成MR方法得到了广泛采用，尤其是在医疗诊断领域，因为对于软组织成像而言，所述方法在很多方面优于其他成像方法，并且其不需要电离辐射，而且通常是非侵入性的。根据一般的MR方法，将患者的身体或者更通常而言的待检查对象布置到强的均勻磁场Btl内，该磁场的方向同时定义了所述测量所基于的坐标系的轴,一般为z轴。取决于所施加的磁场强度，所述磁场将产生不同的实现各核自旋的能量水平，可以通过施加具有限定频率，即所谓的拉莫尔频率或MR频率的交变电磁场(RF场)激发所述自旋(自旋共振)。从宏观的角度来看，各核自旋的分布将产生总体磁化，可以通过施加具有适当频率的、其磁场垂直于z轴延伸的电磁脉冲(RF脉冲)使所述总体磁化偏离平衡状态，从而使所述磁化执行围绕z轴的进动。可以通过接收RF天线检测所述磁化的任何变化，所述天线以这样的方式布置在MR装置的检查体积内并设定一定取向，其布置使得能够沿垂直于z轴的方向测量所述磁化的变化。为了实现体内的空间分辨，使沿三个主轴延伸的线性磁场梯度叠加到所述均匀磁场上，带来对自旋共振频率的线性空间相关性。因而，所述接收天线拾取的信号将含有不同频率的分量，可以将所述分量与体内的不同位置关联起来。通过接收天线获得的信号数据对应于空间频率域，并且被称为k空间数据。所述k空间数据通常包括采用不同的相位编码采集的多个行(multiple lines)。通过收集多个样本使每行数字化。例如,通过傅里叶变换将k空间数据的样本转化为MR图像。动态对比度增强(DCE) MRI是基于MRI的乳腺癌诊断中的重要诊断基石之一。在 造影剂(Gd)的施用(静脉注射)过程中或者之后执行时间分辨动态成像，以监测由于造影剂流入、流出和灌注导致的信号变化。通过这种方式，能够使血管系统(包括毛细血管床)中的结构变化和组织间隙可视化，其有助于识别潜在的肿瘤。由脂肪组织引起的部分体积效应可能模糊对比度增强。因此，当前使用频谱脂肪预饱和方法抑制脂肪信号，以提高检测能力(比较 Desmond KL 等的 JMRI 2007; 25:1293)。B1-/B0-非均匀性妨碍临床应用中的总体脂肪抑制的质量。过于频繁地应用的化学位移选择性预饱和RF脉冲还可能对SAR (比吸收率)限制产生作用，尤其是在高场应用中。诸如两点或三点Dixon方案的化学位移编码方法允许以一种更加鲁棒的方式分离水和脂肪信号，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 中公开了所述方法。然而，所有的这些Dixon方法都需要更多的数据，延长了总扫描时间，因而降低了时间分辨率，这一点是不希望出现的。可以将测量每次RF激励后的若干梯度回波的多回波技术(Koken等的ISMRMBerlin 2007，1623)用于Dixon编码，但是多回波技术的采样效率不足以补偿所需的额外时间。
发明内容
通过上述内容，应该可以认识到，需要一种改进的MR成像方法。因此，本发明的目的在于以一种快速的方式实现动态对比度增强磁共振成像。此外，由上文应该可以认识到，需要一种适于执行根据本发明所述方法的改进的MR成像系统和一种适于执行根据本发明所述方法的改进的计算机程序产品。 根据本发明，提出了一种利用水和脂肪的信号分离执行对对象的动态对比度增强磁共振成像的方法，所述方法包括利用化学位移编码空间中的Dixon采集和动态时间空间中的动态时间分辨(resolution)在k空间中采集磁共振数据集，其中，采用欠采样执行所述数据集的采集，其中，所述方法还包括在所述k空间、化学位移编码空间和动态时间空间中应用压缩感测(CS)重建技术，其中，所述压缩感测重建产生重建数据集。此外，对所述重建数据集执行Dixon重建，最后对Dixon重建数据集执行动态对比度分析。换言之，公开了使用适当的数据子采样和对应的信号重建来加速化学位移编码的水/脂肪分辨的DCE。还公开了使用压缩感测的原理加速DCE测量。本发明的实施例的优点在于提高了 DCE MR数据的质量，其允许得到更高的空间和时间分辨率，同时保持低的数据采集时间和数据处理时间。其允许提高(例如)基于DCE的肿瘤检测的诊断质量。因此，本发明例如能够用于促进加速的水/脂肪分辨的DCE乳腺癌诊断。根据本发明的实施例，采用欠采样在k空间、化学位移编码空间和动态时间空间中采集数据集。这允许缩短扫描时间，但是由于CS数据重建的原因仍然保证了高图像质量。根据本发明的另一实施例，以组合的优化过程一起执行压缩感测重建和Dixon重建。换言之，作为首先执行压缩感测重建其次执行单独的Dixon重建步骤的替代，以结合在一起的方式执行这两个步骤。根据本发明的另一实施例，所述方法还包括采集对象的先验水-脂肪图像，其中，所述压缩感测重建包括确定预期的水-脂肪图像的MR信号模型，并且迭代地对所述信号模型进行线性化，利用所述先验水-脂肪图像对所述迭代初始化。这允许以一种快速且可靠的方式执行压缩感测重建。根据本发明的另一实施例，先验水-脂肪图像包括水信号、脂肪信号和场图，其中，在假定了与所述水信号和/或脂肪信号和/或所述场图在动态时间空间中的时间特性相关的约束条件的情况下，执行所述压缩感测重建。这样的先验假设(约束条件)确保了在数学上使重建过程进一步稳定化。根据本发明的另一实施例，在k空间和化学位移编码空间中采用完整采样来采集先验水-脂肪图像。由于具有对于单个时帧的场图的良好的初始“估计”，所述压缩感测重建和Dixon重建的结合问题变得基本为线性，这使得计算更加容易，并且更有效率。
根据本发明的另一实施例，对所述k空间中心完整采样。根据本发明的另一实施例，随机或者准随机地执行欠采样。这允许以不相干的方式抹去重建图像中的伪像，因而其提高了 MR图像质量。根据本发明的另一实施例，采用并行成像采集磁共振数据集。这进一步加速了数据米集过程。根据本发明的另一实施例，所述Dixon采集是多回波Dixon采集，优选是两点回波Dixon采集。或者，所述Dixon采集可以是单点Dixon采集,例如，这种采集可以从J. Berglund, H. AhistiOlTl. L. Johansson,和 J. Kullberg.的 Single-image water/fatseparation. ISMRM 2010, #2907 中已知。另一方面，本发明涉及一种计算机程序产品，其包括用以执行上述方法步骤中的任何方法步骤的可执行指令。 另一方面，本发明涉及一种用于利用水和脂肪的信号分离来执行对对象的动态对比度增强磁共振成像的磁共振成像设备，所述设备包括-用于采集磁共振图像数据的磁共振成像扫描器，-控制器，其适于控制利用化学位移编码空间中的多回波Dixon采集和动态时间空间中的动态时间分辨采集k空间中的磁共振数据集的扫描器操作，其中，所述控制器还适于采用欠采样执行数据集采集，-数据重建系统，其适于在所述k空间、所述化学位移编码空间和所述动态时间空间中应用压缩感测重建技术，所述压缩感测重建产生重建数据集，其中，所述数据重建系统还适于对重建数据集执行Dixon重建，并且对Dixon重建数据集执行动态对比度分析。这样的系统能够从水/脂肪分辨的DCE提供信息。除了从仅水的数据获得的更好的DCE信息之外，分离出的脂肪数据也能够携带有意义的组织结构信息。所述DCE脂肪数据也可以进一步起到诊断作用，受到局部组织磁化率变化影响的主场不均匀性图可能对支持诊断具有潜在的帮助。
在下文中更加详细地描述了仅作为例子的本发明的优选实施例。因而，下面的附图仅仅是出于举例说明的目的而设计的，而非界定对本发明的范围的限制。在附图中图I示出了用于实现根据本发明的方法的MR装置，图2示出了两种不同的有效的三点Dixon数据采集方案的例子。图3是两种不同的编码方案的例子。
具体实施例方式参考图1，其示出了 MR成像系统I。所述系统包括超导或电阻性主磁体线圈2，从而沿z轴建立穿过检查体积的基本均匀的在时间上恒定的主磁场B。。磁共振生成操纵系统施加一系列RF脉冲和切换的磁场梯度以反转或激励核磁自旋、诱发磁共振、使磁共振重新聚焦、操纵磁共振、对磁共振进行空间编码或者其他形式的编码、使自旋饱和等，以执行MR成像。更具体而言，梯度脉冲放大器3沿检查体积的X、y和z轴向全身梯度线圈4、5、6中的选定线圈施加电流脉冲。RF发射器7通过发送/接收开关8向RF天线9发送RF脉冲或脉冲包，从而向检查体积内发射RF脉冲。典型的MR成像序列由短时长的RF脉冲序列的包构成，所述RF脉冲序列的包彼此结合并且与所施加的任何磁场梯度结合将实现对核磁共振的选定操纵。使用所述RF脉冲使共振饱和、激励共振、反转磁化、使共振重新聚焦或者操纵共振，并且选择处于检查体积内的身体10的部分。也可以通过RF天线9拾取MR信号。为了(例如)利用并行成像生成身体或者一般而言的对象10的有限区域的MR图像，邻近所选定的要成像的区域放置一组局部阵列RF线圈11、12和13。可以使用阵列线圈11、12和13接收通过RF天线实现的RF发射所感生的MR信号。但是，也有可能使用阵列线圈11、12和13向检查体积发射RF信号。通过RF天线9和/或通过RF线圈11、12、13的阵列拾取所得到的MR信号，并通过接收器14对所述MR信号解调，接收器14优选包括前置放大器(未示出)。将接收器14经由发送/接收开关8连接至RF线圈9、11、12和13。
主计算机15控制梯度脉冲放大器3和发射器7以生成多种成像序列中的任何一个，例如，回波平面成像(EPI)、回波体积成像、梯度和自旋回波成像、快速自旋回波成像等。对于选定的序列而言，接收器14接收随着每一 RF激励脉冲而快速接续而来的单个或者多个MR数据行。数据采集系统16对所接收的信号执行模数转换，并将每一 MR数据行转换成适合进一步处理的数字格式。在新型的MR装置中，数据采集系统16是专门用于采集原始图像数据的分立计算机。最后，重建处理器17采用傅里叶变换或者其他适当的重建算法将数字原始图像数据重建为图像表示。MR图像可以表示穿过患者的平面切片、平行的平面切片的阵列、三维体积等。然后，将所述图像存储到图像存储器中，可以在所述图像存储器中对图像进行访问，从而将图像表示的切片或者其他部分转换成用于可视化的适当形式，例如，通过视频监视器18进行可视化，其将提供所得到的MR图像的人可读显示。主计算机15可以适于控制扫描器的操作，该操作为利用化学位移编码空间中的多回波Dixon采集和动态时间空间中的动态时间分辨来控制采集k空间中的磁共振数据集，其中，所述控制器还适于采用欠采样执行数据集采集。所述重建处理器17适于在k空间、化学位移编码空间和动态时间空间中应用压缩感测重建技术，所述压缩感测重建产生重建数据集，其中，所述数据重建系统还适于对重建数据集执行Dixon重建，并且对Dixon重建数据集执行动态对比度分析。详细来讲，为了促进3D时间分辨的水-脂肪DCE成像，针对若干动态(dynamic)，即，在动态时间空间中，采集3个回波时间上的3D数据。如图解所示，不同回波的采集运行在内部循环中。TEl TE2 TE3 TEl TE2 TE3. . . TEl TE2 TE3动态I 动态2 动态N如上所述，所采集的数据优选是在具有完整采样的k空间中心的多维k-TE-t空间中随机或准随机地欠采样的(例如，通过泊松(Poisson)盘采样)，以考虑到所述k空间中心周围的较高信号能量。在所述最为基础的实施方式中，使用压缩感测重建独立地重建每一图像Xi (对于单个TE和单个动态而言)，将所重建图像用作水-脂肪分离重建中的输入，并且最后执行DCE评估。CS重建需要解下述最小化问题
权利要求
1.一种利用水和脂肪的信号分离执行对对象(10)的动态对比度增强磁共振成像的方法，所述方法包括利用化学位移编码空间中的Dixon采集和动态时间空间中的动态时间分辨在k空间中采集磁共振数据集，其中，采用欠采样执行所述数据集的采集，其中，所述方法还包括 -在所述k空间、所述化学位移编码空间和所述动态时间空间中应用压缩感测重建技术，所述压缩感测重建产生重建数据集， 行Dixon重建，并且对Dixon重建数据集执行动态对比度分析。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，采用欠采样在所述k空间、所述化学位移编码空间和所述动态时间空间中采集所述数据集。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，以组合的优化过程一起执行所述压缩感测重建和Dixon重建。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括采集所述对象(10)的先验水-脂肪图像，其中，所述压缩感测重建包括 -确定预期的水-脂肪图像的MR信号模型， -迭代地对所述信号模型进行线性化，利用所述先验水-脂肪图像对所述迭代进行初始化。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述先验水-脂肪图像包括水信号、脂肪信号和场图，其中，在假定了与所述水信号和/或所述脂肪信号和/或所述场图在所述动态时间空间中的时间特性相关的限制条件的情况下，执行所述压缩感测重建。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，利用所述k空间和所述化学位移编码空间中的完整采样来采集所述先验水-脂肪图像。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，所述k空间的中心被完整采样。
8.根据权利要求I所述的方法，其中，随机或者准随机地执行所述欠采样。
9.根据权利要求I所述的方法，其中，采用并行成像来采集所述磁共振数据集。
10.根据权利要求I所述的方法，其中，所述Dixon采集是多回波Dixon采集。
11.根据权利要求I所述的方法，其中，所述Dixon采集是单点Dixon采集。
12.—种计算机程序产品，其包括用以执行根据前述权利要求中的任何一项所述的任何方法步骤的计算机可执行指令。
13.一种用于利用水和脂肪的信号分离执行对象(10)的动态对比度增强磁共振成像的磁共振成像设备(I)，所述设备包括 -磁共振成像扫描器，其用于采集磁共振图像数据， -控制器(15)，其适于控制利用化学位移编码空间中的多回波Dixon采集和动态时间空间中的动态时间分辨在k空间中采集磁共振数据集的扫描器操作，其中，所述控制器(15)还适于采用欠采样执行所述数据集的采集， -数据重建系统(17)，其适于在所述k空间、所述化学位移编码空间和所述动态时间空间中应用压缩感测重建技术，所述压缩感测重建产生重建数据集，其中，所述数据重建系统还适于对所述重建数据集执行Dixon重建，并且对Dixon重建数据集执行动态对比度分析。
全文摘要
本发明涉及一种利用水和脂肪的信号分离执行对对象(10)的动态对比度增强磁共振成像的方法，所述方法包括利用化学位移编码空间中的Dixon采集和动态时间空间中的动态时间分辨在k空间中采集磁共振数据集，其中，采用欠采样执行所述数据集采集，其中，所述方法还包括在所述k空间、所述化学位移编码空间和所述动态时间空间中应用压缩感测重建技术，由所述压缩感测重建得到重建数据集，对所述重建数据集执行Dixon重建，并且对Dixon重建数据集执行动态对比度分析。
文档编号G01R33/54GK102959388SQ201180031048
公开日2013年3月6日 申请日期2011年5月30日 优先权日2010年6月24日
发明者P·博尔纳特, M·I·多内瓦 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司