具有使用压缩感知的图像重建的动态mri的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁共振(MR)成像领域。本发明涉及一种对被置于MR设备的检查体积中的患者的身体的至少部分进行MR成像的方法。本发明还涉及一种MR设备并且涉及一种要在MR设备上运行的计算机程序。
【背景技术】
[0002]利用磁场与核自旋之间的相互作用以便形成二维图像或三维图像的图像形成MR方法如今得到广泛使用，尤其是在医学诊断领域中，这是因为针对软组织的成像，所述方法在许多方面都优于其他成像方法，不要求电离辐射并且通常是无创的。
【发明内容】
[0003]根据一般的MR方法，要被检查的患者的身体被布置在强的、均匀的磁场中，所述磁场的方向同时定义测量所基于的坐标系的轴(一般是z轴)。取决于通过对定义的频率(所谓的拉莫尔频率，或MR频率)的电磁交变场(RF场)的应用能够激励(自旋共振)的磁场强度，该磁场针对个体核自旋产生不同的能级。从宏观的角度，个体核自旋的分布产生总体磁化，能够通过对适当频率的电磁脉冲(RF脉冲)的应用使所述总体磁化偏离出平衡状态，同时RF脉冲的磁场垂直于z轴延伸，使得磁化执行关于z轴的进动。磁化的该运动描述了一锥形的表面，所述锥形的孔径角被称为翻转角。翻转角的幅值取决于所施加的电磁脉冲的强度和持续时间。在所谓的90°脉冲的情况中，自旋从z轴偏离到横向平面(翻转角90° )。RF脉冲经由MR设备的RF线圈布置朝向患者的身体进行辐照。RF线圈布置通常围绕一检查体积，患者的身体被置于所述检查体积中。
[0004]在RF脉冲终止之后，磁化弛豫回初始平衡状态，在所述初始平衡状态中，z方向上的磁化以第一时间常数T1 (自旋晶格或纵向弛豫时间)被再次建立，并且在垂直于z方向的方向上的磁化以第二时间常数T2(自旋-自旋或横向弛豫时间)进行弛豫。能够以在垂直于ζ轴的方向上测量磁化的变化的方式，借助于被布置并被取向在MR设备的检查体积之内的接收RF天线或线圈来检测磁化的变化。在施加例如90°脉冲之后，横向磁化的衰减伴随有核自旋的从具有相同相位的有序状态到在其中全部相位角均匀分布(失相)的状态的转变(由局部磁场非均质性诱发)。失相能够借助于重新聚焦脉冲(例如，180°脉冲)来补偿。这在接收线圈中产生回波信号(自旋回波)。
[0005]为了实现身体中的空间分辨，将沿着三个主轴延伸的线性磁场梯度叠加在均匀磁场上，引起自旋共振频率的线性空间依赖性。在接收线圈中拾取的信号然后包含能够与身体中的不同位置相关联的不同频率的分量。经由接收RF天线或线圈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。k空间数据通常包括利用不同相位编码而采集的多条线。通过收集多个样本来将每条线数字化。借助于傅立叶变换或借助于其他本身已知的重建技术来将k空间数据的集合转换为MR图像。
[0006]成像速度在许多MR成像应用中都是重要的。然而，对MR图像的重建所要求的MR信号数据能够被收集的速度在根本上受限于物理和生理的约束。因此，在MR成像领域中许多最新发展都旨在减少被采集信号数据的量而不降低所重建的MR图像的质量。在许多这样的发展之中，压缩感知(CS)的理论具有显著减少信号数据的巨大潜力。在CS理论中，通过应用合适的正则化算法，能够从亚采样的测量结果中恢复在变换域中具有稀疏表示的信号数据集。亚采样的可能性引起显著减少的采集时间。作为用于信号采样和重建的数学框架，CS规定了这样的条件，在该条件下，信号数据集能够被确切地重建或者至少具有高的图像质量，即使是在k空间采样密度远低于奈奎斯特准则的情况中，并且CS也提供了用于这样的重建的方法。在大多数现有的基于CS的MR采集和重建方案中都使用基本CS公式表述，所述基本CS公式表述仅利用MR信号数据在变换域中为稀疏的先决条件。例如，M.Lustig等人提出了 CS用于快速MR成像的应用(M.Lustig等人的“Sparse MR1: TheApplicat1n of Compressed Sensing for Rapid MR Imaging，，(Magnetic Resonance inMedicine，卷58，第1182-1195页，2007年))。也已知，由于关于未知MR图像的额外的先验信息在某些应用中可以是可用的，因此将该先验信息并入CS重建中是有利的。
[0007]用于加速MR采集的另外的技术被称为平行采集技术。该类别的方法是SENSE (Pruessmann 等人的 “SENSE: Sensitivity Encoding for Fast MRI，，(MagneticResonance in Medicine，卷 42，第 5 号，第 1952-1962 页，1999 年))和 SMASH(Sodickson等人的 “Simultaneous acquisit1n of spatial harmonics (SMASH):Fast imaging withrad1frequency coil arrays，，(Magnetic Resonance in Medicine，卷 38，第 591-603 页，1997年))。SENSE和SMASH使用从平行的多个RF接收天线(线圈)获得的亚采样的k空间数据采集。在这些方法中，来自多个线圈的(复杂)信号数据被以这样的方式与复杂权重组合，以便抑制在最终重建的MR图像中的亚采样伪影(混叠)。该类型的复杂阵列组合有时被称作空间滤波，并且包括在k空间域中(如在SMASH中)或在图像域中(如在SENSE中)执行的组合，以及混合型的方法。在SENSE或SMASH中，有必要以高的准确度知晓线圈的恰当权重或灵敏度。为了获得线圈灵敏度，即，用于信号检测的阵列RF线圈的空间灵敏度曲线，通常在实际图像采集之前和/或之后执行校准预扫描。在预扫描(其有时也被称作参考扫描)中，常常以比最终的诊断MR图像所要求的分辨率显著更低的分辨率来采集MR信号。
[0008]用于MR图像采集和重建的技术最近已经变为已知，其中将压缩感知重建与平行MR信号采集进行组合。
[0009]本发明的目的是提供一种改进的方法，所述方法使得能够根据稀疏采样的MR信号数据对高质量MR图像的重建。
[0010]根据本发明，公开了一种对被置于MR设备的检查体积中的患者的身体的至少部分进行MR成像的方法。所述方法包括以下步骤:
[0011 ]-使所述目标经受用于采集MR信号数据的成像序列，其中，所述MR信号数据是通过使用具有对k空间的亚采样的不规则k空间采样模式作为k空间位置和时间的函数而被米集的；
[0012]-根据所述MR信号数据来重建MR图像数据，所述MR图像数据包括空间维度和频率维度，所述MR图像数据在变换域中的稀疏度用于抑制所述MR图像数据中的亚采样伪影。
[0013]本发明的重要方面是具有时间维度的亚采样的MR信号采集。所述时间维度对应于所重建的MR图像数据的频率维度。本发明的所述方法因此能够被说成是一种空间-谱MR成像的方法。为此，针对磁共振的激励与MR信