用于压缩感测MRI中的经改进的k-空间采样的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁共振成像，具体涉及一种用于k-空间采样的方法。
【背景技术】
[0002] 随着医学成像的最新进展，对加速MRI扫描的兴趣已经增加。可以使用有效的 k-空间采样、并行成像或压缩感测方法来加速MRI扫描。
[0003] 压缩感测依赖于不相干采样，在MRI中其是经由在笛卡尔采样中的相位编码线的 伪随机选择通过对k-空间的不规则采样或通过应用非笛卡尔轨迹来实现的。大多数图像 在所有频率上是不均匀稀疏的，而可以具有密集的低频率信息和稀疏的高频率信息（细 节、边缘）。这也通过以下的事实得到反映，即通常信号能量的大部分被集中在k-空间中心 并且向k-空间外围减小。
[0004] Lustig M、Donoho D、Pauly J.的 Magn Reson Med 2007 ;58 :1182 - 95 公开了一 种针对用于快速MR成像的压缩感测的应用的方法。
【发明内容】
[0005] 各个实施例提供了如由独立权利要求的主体所描述的操作磁共振成像MRI系统 的经改进的方法、经改进的计算机程序产品和经改进的磁共振成像MRI系统。在从属权利 要求中描述了有利的实施例。
[0006] 在一个方面中，本发明涉及一种用于采集来自对象中的目标体积的磁共振数据的 磁共振成像MRI系统，所述磁共振成像系统包括：存储器，其用于存储机器可执行指令；以 及处理器，其用于控制所述MRI系统，其中，对所述机器可执行指令的运行令所述处理器： 在所述目标体积的k-空间域上确定能量分布；接收表示所述k-空间域的欠采样的程度的 减小因子；从所述能量分布和接收到的减小因子导出采样密度函数；从所述采样密度函数 导出所述k-空间域的能量相关采样样式；使用脉冲序列来控制所述MRI系统以采集欠采样 k-空间数据，所述脉冲序列沿着导出的采样样式来对所述k-空间域进行采样；对采集到的 欠采样数据应用压缩感测重建以重建所述目标体积的图像。
[0007] 根据归一化条件可以根据所述能量分布来获得所述采样密度函数。所述归一化条 件可以要求，在所述k-空间域上的所述采样密度函数的积分等于所要求的样本数量=(在 奈奎斯特采样时的样本总数V(总减小因子）。所述采样密度函数可以被用于导出在所述 k-空间域中的采样密度。例如，这可以是通过使用在所述k-空间域中的k-空间间隔中的 采样密度函数积分针对k-空间域中的给定的k-空间区域或所述间隔来进行的，所述间隔 可以等于（在奈奎斯特采样时间隔中的样本数量V(局部减小因子）。所述局部减小因子 (即采样密度）是被用于在所述k-空间间隔中的欠采样的减小因子。
[0008] 在k-空间域上的所述能量分布（或k-空间能量分布）是在所述k-空间域中的 每个采样点处的能量值的分布。其可以通过对所述目标体积进行（MR)成像来获得。所述 k_空间域可以与预定义的视场（FOV)和在图像空间中的分辨率相关联。
[0009] 可以在所述k-空间域的不同方向上（例如在ky方向和kz方向上）执行所述欠 采样。所述欠采样可以指代这样的事实，即导出所述采样样式所利用的采样密度可以小于 奈奎斯特采样的采样密度。
[0010] 可以使用泊松盘采样（和导出的采样密度值）来随机地导出所述采样样式。
[0011] 这些特征可以具有提供有效且准确的欠采样样式的优势，这是因为它们可以容易 地使欠采样适合于被成像的所述目标体积的适当的k-空间能量分布。
[0012] 另一优势可以是可以减小总体扫描时间，这是因为可以避免一些采样步骤。也可 以提供经改进的图像质量。
[0013] 根据一个实施例，所述MRI系统还包括接收器RF线圈的阵列，所述接收器RF线圈 的阵列用于以欠采样的程度的并行数据采集，其中，对所述机器可执行指令的运行还令所 述处理器：对采集到的欠采样数据应用组合的压缩感测和并行成像重建以重建所述目标体 积的图像。
[0014] 根据一个实施例，所述并行成像重建包括SENSE重建和GRAPPA重建中的一个。
[0015] 可以与压缩感测重建组合来应用所述SENSE重建。该实施例可以是有利的，这是 因为其可以提供在至少一个k-空间方向上的额外的欠采样，并且可以实现较高的减小因 子。再者，与仅使用压缩感测的方法相比，可以进一步地减小扫描时间。
[0016] 根据一个实施例，对所述采样样式的所述导出包括将所述采样密度函数分成多个 部分，每个部分跨越各自的k-空间区域；使用在多个k-空间区域中的密度函数值来确定在 所述k-空间区域中的每个中的采样密度，其中，使用所确定的采样密度来导出所述采样样 式。这可以提供准确的采样样式。
[0017] 在另一个范例中，来自所述采样密度函数的密度值可以被用于导出所述采样样 式，而不将其分成多个部分。
[0018] 根据一个实施例，所述接收器RF线圈的阵列具有使用采集前k-空间数据来确定 的空间灵敏度图，其中，在至少一个k-空间方向上的减小因子是针对g-因子的最优值而被 确定的。当使用沿着导出的采样样式对所述k-空间域进行采样的脉冲序列来执行对欠采 样k-空间数据的采集时，来自并行成像的该额外的减小因子可以被用于通过进一步的欠 采样来进一步减小采集到的k-空间数据。
[0019] 线圈敏感信息可以是从SENSE参考扫描导出的，并且可以被用于将线圈几何结构 的信息并入采样密度估计中。
[0020] 根据一个实施例，所述采样样式是笛卡尔样式。
[0021] 根据一个实施例，所述MRI系统还包括存储装置，所述存储装置用于存储一个或 多个k-空间能量分布，所述一个或多个k-空间能量分布的每个是针对所述对象的各自的 目标体积而确定的，其中，所述存储装置还存储一个或多个条目的数据结构，其中，每个条 目指示目标体积识别符和对应的k-空间能量分布识别符。所述存储装置还可以包括针对 诸如黑血液、仅脂肪成像等的不同应用而确定的k-空间能量分布。
[0022] 根据一个实施例，对所述能量分布的所述确定包括：接收对所述目标体积的选择， 其中，所述选择指示所述目标体积识别符；读取所述数据结构以用于确定与所述目标体积 识别符相关联的所述能量分布识别符；从所述一个或多个能量分布中选择与所述能量分布 识别符相关联的所述能量分布。
[0023] 例如，所述数据结构可以是具有行"能量分布"和列"目标体积"的表格。可以使 用与所述行"能量分布"相关联的所述能量分布识别符（例如行指数）和与所述列"目标体 积"相关联的所述目标体积识别符（例如列指数）通过访问表格中的记录来执行所述读取。
[0024] 根据一个实施例，对所述能量分布的确定包括：接收对所述目标体积的选择，其 中，所述选择指示能量分布；将接收到的能量分布与所存储的一个或多个能量分布进行比 较；从所述一个或多个能量分布中选择作为与接收到的能量分布相匹配的所存储的能量分 布的所述能量分布。
[0025] 可以通过计算在所述k_空间域中的每个k_空间位置处的接收到的k_空间能量 分布的能量值与所存储的k_空间能量分布的能量值之间的比率来执行所述比较。假如得 到的比率中的每个小于预定的阈值，例如比率=0.99,则两个k_空间能量分布彼此相匹 配。
[0026] 这可以防止使用例如来自用户的能量分布，所述能量分布可能不反映在所述目标 体积中的正确的k_空间能量性能。
[0027] 根据一个实施例，对所述能量分布的确定包括：使用采集前k_空间数据来生成所 述目标体积的图像的k_空间上的能量分布；将所生成的能量分布与所存储的一个或多个 能量分布进行比较；从所述一个或多个能量分布中选择作为与所生成的能量分布相匹配的 所存储的能量分布的所述能量分布。
[0028] 这可以提供用于使用所述目标体积的恰当的k_空间能量分布来进行k_空间欠采 样的自动方法。也可以在接收对所述目标体积的选择之后应用该自动方法，其中，所述选择 指示来自用户的能量分布以检查所述用户是否已经执行了正确的选择。如果没有，可以要 求所述用户再次重新选择他期望的目标体积，或备选地，所述方法可以使用自动选择作为 替代。
[0029] 根据一个实施例，对所述能量分布的所述确定包括：接收对目标体积的选择，其 中，所述选择指示所述目标体积识别符；读取数据结构以用于确定与所述目标体积识别符 相关联的所述能量分布识别符；从所述一个或多个能量分布中选择与所述能量分布识别符 相关联的所述能量分布；使用采集前k_空间数据来生成在所述目标体积的图像的k_空间 上的能量分布；将所生成的能量分布与选定的能量分布进行比较；在选定的能量分布与所 生成的能量分布之间具有匹配的情况下将所述能量分布确定为选定的能量分布；在选定的 能量分布与所生成的能量分布之间没有匹配的情况下将所述能量分布确定为与所生成的 能量分布相匹配的所存储的能量分布，或请求对接收到的对所述目标体积的选择的更新。
[0030] 例如，可以使用诸如SENSE参考扫描或定位器扫描的低分辨率扫描来获得采集前 k_空间数据。
[0031] 根据一个实施例，所存储的能量分布是使用k-空间数据来获得的，所述k-空间数 据是使用