利用定制信号激励模块进行快速mri采集（rate）的方法与系统的制作方法
【专利摘要】本公开涉及利用定制信号激励模块进行快速MRI采集（RATE）的方法与系统。一种利用定制信号激励模块在MRI扫描中的多个时间点进行MRI数据快速采集的系统与方法，所述方法包括步骤：通过使用RF激励脉冲结合一个或多个磁场梯度获得定制信号激励模块；利用采用所获得的定制信号激励模块的脉冲序列在一个时间点采集混叠的k-空间数据集，其标给不同的k-空间点加标签并且重叠它们；重复步骤（a）和（b），以便在扫描中的多个时间点采集混叠的k-空间数据集，同时作为时间的函数给重叠的k-空间点加标签，以便获得加速的k-t数据集；通过沿着时间轴傅立叶变化它们来撤销所采集的k-空间数据集中的k-空间混叠，之后是分离重叠点的过滤过程；及沿着一个或多个轴执行去混叠的k-空间数据集的傅立叶变换，以便为采集数据的不同时间点生成图像帧。
【专利说明】利用定制信号激励模块进行快速MRI采集(RATE)的方法与系统
[0001]本申请要求于2011年9月9日提交的印度专利申请N0.2547/MUM/2011的优先权。【技术领域】
[0002]本发明涉及成像领域。
[0003]特别地，本发明涉及磁共振成像(MRI)方法与系统。
[0004]更特别地，本发明涉及用于提高常规成像扫描期间MR数据的采集速度的方法与系统。
[0005]还特别地，本发明涉及利用定制(tailored)信号激励模块进行快速MRI采集(RATE)的方法与系统。
【背景技术】
[0006]当诸如人体组织的物质接受统一的磁场时(极化场Btl),该组织中被激励的原子核的个别磁矩试图与这个极化场对准，但是以随机次序以其特征拉莫尔(Larmor)频率关于其旋进(precess)。如果物质，或者说组织，接受在χ-y平面内并且在拉莫尔频率附近的磁场(激励场B1),则净对准磁矩，MZ，可以旋转，或者“倾斜”，到该χ-y平面内，以产生净横穿磁矩Mt。在激励信号B1终止之后，一个信号被激励出的原子核发射或者“自旋”，而且这个信号可以被接收和处理，以形成图像。
[0007]当利用这些“MR”信号产生图像时，采用磁场梯度(Gx、GdPGz)。一般来说，要成像的区域被测量循环的序列扫描，其中这些梯度根据所使用的特定定位方法而变。所接收到的MR信号的结果集合被数字化并处理，以便利用许多众所周知的重构技术中的一种重构图像。
[0008]用于采集每个MR信号的测量循环是在脉冲序列器产生的脉冲序列的指引下执行的。临床可用的MRI系统存储可以规定成满足许多不同临床应用需求的这种脉冲序列的库。研究MRI系统包括经过临床证明的脉冲序列的库而且它们还使得可以进行新脉冲序列的演变。
[0009]利用MRI系统采集的MR信号是傅立叶空间，或者在本领域中常常被称为“k-空间”的空间，中检查主题的信号样本。每个MR测量循环，或者说脉冲序列，一般都沿着那个脉冲序列的采样轨迹特征采样k-空间的一部分。大部分脉冲序列以像名册扫描的模式采样k-空间，这种模式有时候被称为“自旋扭曲”、“傅立叶”、“直线”或“笛卡尔”扫描。自旋扭曲扫描技术在现有技术引文“Edelstein W A, Hutchison J M S，JohnsonG, Redpath Τ.K—space substitution:Spin-ffarp MR Imaging and Applications to HumanWhole-Body Imaging.Physics in Medicine and Biologyl980; 25:751-756” 中讨论。这种被称为自旋扭曲成像的方法在MR自旋-回声信号的采集之前采用可变幅值相位编码磁场梯度脉冲来相位编码这个梯度的方向中的空间信息。在两维实现(2DFT)中，例如，通过沿着那个方向应用相位编码梯度(Gy)，然后在与相位编码方向正交的方向中存在读出磁场梯度(Gx)的情况下采集自旋-回声信号，空间信息在一个方向中编码。自旋-回声采集期间存在的读出梯度编码正交方向中的空间信息。在一种典型的2DFT脉冲序列中，相位编码梯度脉冲Gy的数量在测量循环序列或者扫描期间采集的“视图”中递增(AGy),以产生一组k-空间MR数据，从这组数据可以重构整个图像。
[0010]MRI的根本限制是只有k-空间中“视图”的顺序采集是可能的。这种k-空间数据的顺序采集对MRI中可以获得的最大成像速度造成(place) 了限制。虽然有显著的进步，但是物理和生理的约束阻止了利用磁场梯度进行数据采集中的任何进一步提高。由于只有视图的顺序采集是可能的，因此关于满足动态MRI采集中空间和时间分解的竞争性需求在造成了根本的约束。
[0011]现有技术
[0012]MRI的一种特定应用是通过按时间对k_空间的快速采集来捕捉感兴趣的信号的时间演进。为此目的按时间采集的k_空间数据在本领域中被称为“k-t空间”。这些年来，已经为动态MRI扫描中k-t空间的快速采集提议了几种方法。虽然这些方法中有一些关于感兴趣的成像对象和/或时间信号作出了某些假设，但是其它技术独立于这些假设运作。
[0013]关于感兴趣的成像对象和/或时间信号作出某些假设的方法在以下现有技术参考文献中看到:Jones R A et al;K-space substitution:A noveldynamic imaging technique.Magn Reson Medl993;29:830-834，Van Vaals J J etal; “Keyhole，，method for accelerating imaging of contrast agent uptake.JMagn Reson Imagingl993;3:671—675，Suga M et al Keyhole method for high-speedhuman cardiac cine MR imaging.J Magn Reson Imagingl999;10:778-783;Doyle Met al;Block Regional Interpolation scheme for k-space (BRISK): A rapid cardiacimaging technique, Magn Reson Med1995;33:163-170;Doyle M et al;Block Rapidcardiac imaging with turbo BRISK.Magn Reson Med1995;37:410-417,KorosecF R et al;Time-resolved contrast - enhanced3D MR angiography;Magn ResonMedl996;36:345-351，Tsao J et al;k-t Blast and k-t SENSE: Dynamic MRIwith High Frame Rate Exploiting Spatio Temporal Correlations;MagnReson Med2003; 50: 1031-1042，Hu X et al Reduction of field of view fordynamic imaging;Magn Reson MedI994;31:691-694,Parrish T G et al;Hybridtechnique for dynamic imaging.Magn Reson Med2000;44:51-55, Fredrickson J0 et al;Temporal resolution improvement in dynamic imaging;Magn ResonMedl996;35:691-694,Scheffler K et al;Reduced circular field-of-viewimaging;Magn Reson Medl998;40:474-480，Madore B et al;Unaliasing byFourier-encoding the overlaps using the temporal dimension (UNFOLD)，appliedto cardiac imaging and fMRI;Magn Reson MedI999;42:813-828,Oesterle Cet al;Improvement of spatial resolution of keyhole effect images;MagnReson Medl998;39:244-250，Liang Z P et al;An efficient method for dynamicmagnetic resonance imaging;IEEE Trans Med Imagingl994;13:677-686, Webb A Get al;Applications of reduced encoding MR imaging with generalized-seriesreconstruction(RIGR);J Magn Reson Imagingl999;17:109-119。[0014]独立于这些假设运作的方法在以下现有技术参考文献中看到:Sodickson DKet al;Simultaneous acquisition of spatial harmonics (SMASH): fast imagingwith radiofrequency coil arrays;Magn Reson Med1997;38:591-603, PruessmannKP et al;SENSE:sensitivity encoding for fast MR1.Magn Re sonMedl999;42:952-962, Pruessmann KP et al;Advances in sensitivity encoding witharbitrary k-space trajectories;Magn Reson Med2001;46:638-651，Griswold MA etal;Generalized autocalibrating partially parallel acquisitions(GRAPPA);MagnReson Med 2002;47:1202-1210，Lustig M et al;Sparse MR1:The application ofcompressed sensing for Rapid MR ImagingjMagn Reson Med2007;58:1182—1195。
[0015]在作出这些假设的时候，这些假设一般作成使得可以釆用在要釆集的数据中可能存在的任何空间和/或时间冗余性。
[0016]对于关于成像对象和/或时间信号作出假设的各种动态MRI方法，有些方法是本发明特别感兴趣的?这些是方法诸如在Madore B et al ;Unaliasing by Fourier-encodingthe overlaps using the temporal dimension(UNFOLD)，applied to cardiac imagingand fMR1.Magn Reson Medl999;42:813_828and reduced FOV approaches as disclosedin references Hu X et al; Reduction of field of view for dynamic imaging;MagnReson Med1994;31:691-694, Parrish T G et al;Hybrid technique for dynamicimaging;Magn Reson Med2000;44:51—55，Fredrickson J 0 et al;Temporal resolutionimprovement in dynamic imaging;Magn Reson Medl996;35:691—694，ScheffIer K etal;Reduced circular field-of-view imaging;Magn Reson Medl998;40:474-480.Theseoperate on the assumption that dynamic information is largely confined to aportion of the imaged object and methods such as keyhole imaging as referencedin Jones R A et al;K-space substitution:A novel dynamic imaging technique;MagnReson Medl993;29:830-834，Van Vaals J J et al; “Keyhole”method for acceleratingimaging of contrast agent uptake;J Magn Reson Imaging 1993;3:671—675，SugaM et al;Keyhole method for high-speed human cardiac cine MR imaging, J MagnReson et al;Imagingl999;10:778-783，Doyle M et al;Block Regional Interpolationscheme for k-space(BRISK):`A rapid cardiac imaging technique;Magn ResonMedl995;33:163-170，Doyle M et al;Block Rapid cardiac imaging with turbo BRISK.MagnReson Medl995; 37:410-417.中引用的小孔(keyhole)成像的方法起作用。
[0017]Korosec F R et al ; Time-resolved contrast - enhanced3DMRangiography; Magn Reson Medl996; 36:345-351中公开的现有技术作出成像对象的k_空间表示的类似假设。
[0018]假定它们的假设成立，则这些方法可以定制k-t数据的釆集，以便有效地捕捉信息。例如，在UNFOLD中，空间上截然不同的体素被釆样不足的k-空间有意重叠，同时利用相位函数按时间给被重叠的体素加标签。然后，沿k-t空间的时间轴的傅立叶变换可以分解被混叠的体素。在诸如小孔成像等方法中，在中心k-空间在每个时间帧中被釆集的情况下，假设较高的空间频率包含很少或者不包含动态信息而且因此更不频繁地被釆集。然后，利用如在 Oesterle C et al; Improvement of spatial resolution of keyhole effectimages;Magn Reson Medl998;39:244-250，Liang Z P et al;An efficient method fordynamic magnetic resonance imaging;IEEE Trans Med Imagingl994;13:677—686，WebbA G et al;Applications of reduced encoding MR imaging with generalized-seriesreconstruction(RIGR) ; J Magn Reson Imagingl999; 17:109-119 中引用的先验信息及滑动窗口重构，诸如傅立叶插值、加权替换的技术用于估计未釆集的数据点。不考虑这些假设，在所有这些方法中，k-t空间的釆集都被更改，以图满足对空间和时间分解的竞争性需求。
[0019]分开来说，属于如在Sodickson DK et al;Manning WJ.Simultaneousacquisition of spatial harmonics(SMASH):fast imaging with radiofrequency coilarrays;Magn Reson Medl997;38:591-603，Pruessmann KP et al;SENSE:sensitivityencoding for fast MRI;Magn Reson Med1999;42:952-962, Pruessmann KP etal;Advances in sensitivity encoding with arbitrary k-space trajectories;MagnReson Med2001;46:638—651，and Griswold MA et al;Generalized autocalibratingpartially parallel acquisitions(GRAPPA);Magn Reson Med2002;47:1202-12IOandCompressed Sensing(CS) as referenced in Lustig M et al;Sparse MR1: Theapplication of compressed sensing for Rapid MR Imaging;Magn ResonMed2007;58:1182-1195中引用的压缩感测(CS)已经被用来提高动态MRI扫描的空间和/或时间分解。虽然PMRI方法依赖于由多个RF线圈提供的空间编码来补充MRI梯度编码过程，但是，当满足与变换域中MRI图像的稀疏性或者其表示相关的某些条件时，CS方法也适用。这些技术可以独立地或者与前面提到的任何方法合作使用，来加速动态MRI扫描。虽然有进步，但是诸如介入成像、对比度增强MR血管造影术、心功能评估及腹部成像的应用总是受益于更大的加速因子。这些及其它动态成像应用中的根本限制继续成为空间与时间分解之间的折中。
[0020]发明目标
[0021]本发明的一个目标是提供用于MRI的装置与方法，所述装置与方法使动态MRI扫描的持续时间有大幅度减小，同时确保重构图像的更好质量。
【发明内容】
[0022]根据本发明，提供了利用定制信号激励模块在MRI扫描中的多个时间点进行MRI数据快速采集的方法，所述方法包括步骤:
[0023](a)通过使用RF激励脉冲结合一个或多个磁场梯度获得定制信号激励模块；
[0024](b)利用采用所获得的定制信号激励模块的脉冲序列在一个时间点采集混叠的k-空间数据集，其给不同的k-空间点加标签并且重叠它们；
[0025](c)重复步骤(a)和(b)，以便在扫描中的多个时间点采集混叠的k_空间数据集，同时作为时间的函数给重叠的k-空间点加标签，以便获得加速的k-t数据集；
[0026](d)通过沿着时间轴傅立叶变换它们来撤销所采集的k_空间数据集中的k_空间混叠，之后是分离重叠点的过滤过程 '及
[0027](e)沿着一个或多个轴执行去混叠的k_空间数据集的傅立叶变化，以便为采集数据的不同时间点生成图像帧。[0028]本发明利用RF激励脉冲(BI脉冲)和梯度波形的组合来有意地重叠截然不同的k-空间点。虽然RF激励脉冲和磁场梯度对给体素加标签并且重叠它们的使用已经在前面的美国序列号61/142，987中提议，但是在本发明中，RF激励脉冲和磁场梯度设计成给k-空间数据点加标签并且重叠它们。
[0029]除了重叠截然不同的k_空间点之外，本发明还使用RF激励脉冲的幅值与相位来给k_空间点加标签并且重叠它们。提供了适于分别改变加标签系数的幅值和相位的幅值改变装置和相位改变装置，以便分离重叠的k_空间点来产生完全去混叠的k-t空间数据集。
[0030]然后，沿所采集的数据的时间轴的傅立叶变换可以分解重叠的k_空间点。如果k_空间中的动态信息保持局限于一个小的区域，比如说其中心，则到目前为止所述的过程就足够了。当这种假设不成立时，本发明的过程可以改变RF激励脉冲的相位和/或幅值，来缓解可能由于任何残余的、未校正的k-空间混叠而造成的任何图像域假象。k-t数据以这种方式的采集导致空间和/或时间分解和/或空间覆盖率的改进。
[0031 ] 本发明的另一方面是PMRI和CS方法对实现附加加速度的使用。在本发明中，通过利用PMRI和CS方法获得的总加速度是由混叠的k-空间数据的采集所提供的加速度和由对应PMRI和/或CS技术所提供的加速度之积。
[0032]一般来说，获得定制信号激励模块的步骤(a)包括在至少一个空间维度中直接采样对象的步骤。
[0033]一般来说，获得定制信号激励模块的步骤(a)包括获得由以下等式给出的RF激励脉冲的步骤:
【权利要求】
1.一种利用定制信号激励模块在MRI扫描中的多个时间点进行MRI数据快速采集的方法，所述方法包括步骤: Ca)通过使用RF激励脉冲结合一个或多个磁场梯度获得定制信号激励模块； (b)利用采用所获得的定制信号激励模块的脉冲序列在一个时间点采集混叠的k-空间数据集，其给不同的k-空间点加标签并且重叠它们； (c)重复步骤(a)和(b)，以便在扫描中的多个时间点采集混叠的k-空间数据集，同时作为时间的函数给重叠的k-空间点加标签，以便获得加速的k-t数据集； (d)通过沿着时间轴傅立叶变换它们来撤销所采集的k-空间数据集中的k-空间混叠，之后是分离重叠点的过滤过程；及 Ce)沿着一个或多个轴执行去混叠的k-空间数据集的傅立叶变化，以便为采集数据的不同时间点生成图像帧。
2.如权利要求1所述的方法，其中获得定制信号激励模块的步骤(a)包括在至少一个空间维度中直接采样对象的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中获得定制信号激励模块的步骤(a)包括获得由以下等式给出的RF激励脉冲的步骤:
4.如权利要求1所述的方法，其中获得加速的k-t数据集的步骤(c)包括在由以下等式给出的重叠的k-空间点获得信号的步骤:
5.如权利要求1所述的方法，其中步骤(d)包括过滤所述加速的k-t数据集的时间频率频谱以便分离重叠的k-空间点并且产生完全去混叠的k-t空间数据集的步骤。
6.如权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括改变加标签系数的幅值与相位以便分离重叠的k-空间点来产生完全去混叠的k-t空间数据集的步骤。
7.如权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括沿选定的k-空间轴加速的步骤，加速轴是相位编码轴。
8.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括获得定制信号激励模块的步骤，其造成位于k-空间中沿k-空间轴隔开的多条线上的k-空间点的重叠。
9.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括获得为实现2D或3Dk_空间混叠而设计的定制信号激励模块的步骤。
10.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括获得为重叠在笛卡尔k-空间采样轨迹上被隔开的多个k-空间点而设计的定制信号激励模块的步骤。
11.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括获得为重叠在非笛卡尔k-空间采样轨迹上被隔开的多个k-空间点而设计的定制信号激励模块的步骤。
12.如权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括从产生的k-t数据集重构一系列图像中贞的步骤。
13.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括利用多个接收器线圈获得定制信号激励模块以便产生对应多个加速的k-空间数据集的步骤，而且其中步骤(c)包括利用用于加速MRI扫描的PMRI方法处理多个图像帧和/或k-空间数据集的步骤。
14.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括获得定制信号激励模块以便产生对应多个k-空间数据集的步骤，而且其中步骤(c)包括利用用于加速MRI扫描的CS方法处理多个图像帧和/或k-空间数据集的步骤。
15.如权利要求1所述的方法，其中对应的多个k-空间数据集和多个图像帧和/或k-空间数据集是利用从之前的参考MRI扫描采集的图像和/或k-空间信息处理的。
16.一种利用定制信号激励模块在MRI扫描中的多个时间点进行MRI数据快速采集的系统，所述系统包括: (a)MRI信号激励装置，适于通过使用RF激励脉冲连同一个或多个磁场梯度一起获得定制信号激励模块； (b)混叠装置，适于利用采用所获得的定制信号激励模块的脉冲序列在一个时间点采集混叠的k-空间数据集，其给不同的k-空间点加标签并重叠它们，并且还适于重复在扫描中的多个时间点采集混叠的k-空间数据集的步骤，同时作为时间的函数给重叠的k-空间点加标签，以便获得加速的k-t数据集； (c)第一傅立叶变换装置，适于通过沿着时间轴傅立叶变换所采集的k-空间数据集来撤销所采集的k-空间数据集中的k-空间混叠，之后是分离重叠的k-空间点的过滤过程；及 Cd)第二傅立叶变换装置，适于从去混叠的k-空间数据集为采集数据的多个时间点生成图像帧。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述激励装置包括适于在至少一个空间维度中直接采样对象的采样装置。
18.如权利要求16所述的系统，其中所述激励装置包括适于获得由以下等式给出的RF激励脉冲的RF激励脉冲获得装置:
19.如权利要求16所述的系统，其中所述混叠装置包括适于在由以下等式给出的重叠的k-空间点获得信号的信号获得装置:
20.如权利要求16所述的系统，其中所述系统包括过滤装置，该过滤装置用于过滤所述加速的k-t数据集的时间频率频谱，以便分离重叠的k-空间点并且产生完全去混叠的k-t空间数据集。
21.如权利要求16所述的系统，其中所述系统包括幅值改变装置和相位改变装置，分别适于改变加标签系数的幅值和相位，以便分离重叠的k-空间点来产生完全去混叠的k-t空间数据集。
22.如权利要求16所述的系统，其中所述系统包括用于沿选定的k-空间轴获得加速的k-t空间数据集的加速装置，加速轴是相位编码轴。
23.如权利要求16所述的系统，其中所述系统包括适于获得定制信号激励模块的MRI信号激励装置，其造成位于k-空间中沿k-空间轴隔开的多条线上的k-空间点的重叠。
24.如权利要求16所述的系统，其中所述MRI信号激励装置包括分别适于获得为实现2D或3D k-空间混叠而设计的定制信号激励模块的2D MRI信号激励装置或3D MRI信号激励装置。
25.如权利要求16所述的系统，其中所述MRI信号激励装置包括适于获得为重叠在笛卡尔k-空间采样轨迹上被隔开的多个k-空间点而设计的定制信号激励模块的笛卡尔MRI信号激励装置。
26.如权利要求16所述的系统，其中所述MRI信号激励装置包括适于获得为重叠在非笛卡尔k-空间采样轨迹上被隔开的多个k-空间点而设计的定制信号激励模块的非笛卡尔MRI信号激励装置。
27.如权利要求16所述的系统，其中所述系统包括适于从产生的k-t数据集重构一系列图像帧的图像帧重构装置。
28.如权利要求16所述的系统，其中所述系统包括多个接收器线圈，用于获得定制信号激励模块以便产生对应多个k-空间数据集，而且还包括适于利用用于加速MRI扫描的PMRI方法处理多个图像帧和/或k-空间数据集的PMRI装置。
29.如权利要求16所述的系统，其中所述系统包括多个接收器线圈，用于获得定制信号激励模块以便产生对应多个k-空间数据集，而且还包括适于利用用于加速MRI扫描的CS方法处理多个图像帧和/或k-空间数据集的CS装置。
30.如权利要求16所述的系统，其中所述系统包括处理装置，其中对应的多个k-空间数据集和多个图像帧数据集是利用从之前的参考MRI扫描采集的图像和/或k-空间信息处理的。
【文档编号】G01R33/561GK103890602SQ201280037658
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年2月23日 优先权日:2011年9月9日
【发明者】阿尔琼·阿鲁纳恰拉姆 申请人:阿尔琼·阿鲁纳恰拉姆