专利名称：在读出方向进行灵敏度编码的mr成像的制作方法
技术领域：
本发明涉及诊断成像领域。本发明特别适用于高速、高分辨率或二者兼备的磁共振成像，因此本发明将特别参考磁共振成像描述。但是，本发明也适用于磁共振成像，一般地，磁共振波谱和超快磁共振序列的剪裁。
受到希望实现更高的图像分辨率和更快的扫描时间的不断驱策，人们已经研制了多种磁共振成像扫描器，这些磁共振成像扫描器采用多个射频读出线圈以提高数据采集速率和改进图像质量。在相控阵列方式中，接收线圈被配置成以一些交迭采集成像对象的不同区域，以获得空间并行数据采集。
在灵敏度编码方法中，利用接收线圈的不同空间灵敏度以减少成像时间，或提高图像分辨率。虽然在最初认为使用一个以上的线圈对相同的空间体积进行采样似乎只是得到了冗余数据，但是实际上已经证实获得了另外的信息量，这是由于线圈的探测灵敏度不同。在灵敏度编码(SENSE)中，通过跳过相位编码步骤来缩短成像时间。相位编码步骤的数量减少使成像时间缩短为SENSE因数分之一，该SENSE因子对应于跳过的相位编码行所减少的数量。例如，如果每隔一个相位编码行跳过一个相位编码行，SENSE因数为2。
相位编码行的数量减少导致了在相位编码方向的采样不足。如果在相位编码方向对k-空间的所有频率范围进行快速傅立叶(Fourier)变换重建，则所重建的图像包括混叠(aliasing)，其中空间频率的采样不足使视野重复降低。图像视野减小，并且对应更高空间位置的远离中心的图像部分混叠在减小的视野中。
在SENSE中，由多个线圈采集的重叠的重建图像被组合以产生展开图像。这种组合基于线圈的灵敏度因数，所述灵敏度因数导致来自每个线圈的图像具有不同的相位相关伪影。例如，如果使用四个线圈，通过解下面的线性方程组得到展开象素
P1＝ρ1·β1，1+ρ2·β1，2+ρ3·β1，3+ρ4·β1，4P2＝ρ1·β2，1+ρ2·β2，2+ρ3·β2，3+ρ4·β2，4(1)P3＝ρ1·β3，1+ρ2·β3，2+ρ3·β3，3+ρ4·β3，4P4＝ρ1·β4，1+ρ2·β4，2+ρ3·β4，3+ρ4·β4，4其中，值Px是由线圈x测量的重叠象素值，βx，y是展开象素y处的线圈x的灵敏度因数，ρy是待计算的展开自旋密度象素值。测得值Px对应重叠的中间图像，并且对于4个线圈，每个象素包括来自4个展开象素ρ1、ρ2、ρ3、ρ4的不同成分，这是因为由于采样不足和线圈性质而在相位编码方向引起混叠。使用尼奎斯特(Nyquist)采样理论可以容易地确定展开象素ρ1、ρ2、ρ3、ρ4在相位编码方向中的空间位置。线圈灵敏度因数βx，y可从成像对象的校准图像获得，该校准图像可以是低分辨率图像，或者在采集图像时通过收集另外的k空间视图获得。为了得到展开象素值ρy，适于在逐象素的基础上通过多种已知的线性方程式解法中的任何一种求解方程式(1)以产生全视野展开图像。在一种合适的方法中，将方程式(1)写成矩阵形式，其中灵敏度因数βx，y形成灵敏度矩阵[β]，方程式(1)的解法包括求逆灵敏度矩阵[β]。
在可变密度SENSE中，所采样的相位编码行的分布在k空间上不均匀分布，优选在靠近k空间的中心具有较高采样密度，而边远的k空间边缘处的采样更稀疏。采用传统的SENSE时，使用一组线性方程式组合由各线圈获得的重建图像，该线性方程式解出组合图像的象素值。
这些使用多个接收线圈的以前的灵敏度编码方法不能解决磁共振成像数据采集方面的某些遗留的缺点，例如采样速度受制于有限的采样硬件速度，而成像速度受制于用于以高分辨率对k空间采样长的读取磁场梯度分布(gradient profile)。
本发明设计了一种能克服上述的限制以及其他缺点的改进的设备和方法。
根据一个方面，本发明公开了一种磁共振成像系统。提供用于至少在读出方向对磁共振进行编码的装置。所述编码包括施加读取磁场梯度分布(profile)。提供多个用于接收磁共振信号的接收线圈。提供采样装置，其用于在施加读取磁场梯度分布期间对接收线圈进行采样，以从每个接收线圈以一测量采样速率采集样本。提供将从各线圈采集的磁共振样本重建为对应的中间重建图像的装置。中间重建图像在读出方向具有测量视野和测量空间分辨率。提供基于线圈灵敏度因数组合中间重建图像以产生在读出方向具有最终视野和最终空间分辨率的最终重建图像的装置。最终视野和最终空间分辨率中的至少一个被增加至超出读出方向上的所述测量视野和所述测量空间分辨率中相应的一个。
根据另一方面，本发明提供了一种磁共振成像方法。至少在读出方向用读取磁场梯度分布对磁共振信号进行编码。在读出方向使用多个接收线圈对磁共振信号进行采样以从每个线圈以测量采样速率采集磁共振样本。将从各线圈采集的磁共振样本重建为相应的中间重建图像。重建图像在读出方向具有测量视野和测量空间分辨率。根据线圈灵敏度因数组合中间重建图像以产生在读出方向具有最终视野和最终空间分辨率的最终重建图像。将最终视野和最终空间分辨率中的至少一个增加至超过读出方向上所述测量视野和所述测量分辨率中相应的一个。
本发明的一个优点在于对于给定接受器带宽，提高了读出分辨率。
另一优点在于减少了读出时间。
又一优点在于将提高读出分辨率与减少读出时间结合。
本领域普通技术人员在阅读下面的优选实施例的详述后将更清楚其它的多个优点。
本发明采取的形式可以是各种部件和部件的布置，以及各种处理操作和处理操作的安排。附图的目的仅在于显示优选实施例而不构成对本发明的限制。
图1示意性显示了一种磁共振成像系统，该系统包括用于在相位编码方向和读出方向中的所选之一或两者以灵敏度编码来成像的四通道磁共振接收线圈。
图2示意性显示了图1的SENSE模式参数存储器的构造。
图3示意性显示了不包括灵敏度编码的参考磁共振读出。
图4示意性显示了使用减少的采样速率以增加磁共振采样读出时间的灵敏度编码磁共振读出。
图5示意性显示了图4的灵敏度编码磁共振读出的k空间采样。
图6示意性显示了由图4和5的采样产生的中间重建图像之一的重叠。
图7示意性显示了灵敏度编码组合的k空间采样，所述组合中对读出方向和相位编码方向均进行灵敏度编码，在读出方向使用减少的采样速率，在相位编码方向使用增加的相位编码步长。
图8示意性显示了由图7的采样产生的中间重建图像之一的重叠。
图9示意性显示了使用被缩短的读取磁场梯度分布以减少读出时间的灵敏度编码磁共振读出。
图10示意性显示了图9的灵敏度编码磁共振读出的k空间采样。
图11示意性显示了灵敏度编码组合的k空间采样，其中在读出方向使用缩短的读取磁场梯度分布并在相位编码方向使用增加的相位编码步长对读出方向进行灵敏度编码。
请参考图1，磁共振成像系统包括磁共振成像扫描器10，在典型实施例中该磁共振成像扫描器是可从飞利浦公司(PhilipsCorporation)购买的Intera 3.0T短孔、高场(3.0T)磁共振成像扫描器。但是，实质上可以使用任何包括用于提供切片、相位编码和读出磁场梯度的主磁体、梯度线圈，和用于激发成像对象中的核磁共振的射频发送器的磁共振成像扫描器。Intera 3.0T有利地配置成提供全身成像，但是也可以使用成像视野较小的扫描器，还可以使用提供较弱主磁场和/或具有较长的孔或开放式孔的扫描器。
磁共振成像扫描器10在检查区域12内的轴或z方向提供恒定的主磁场。在由扫描器10执行的典型磁共振成像序列中，在z方向施加切片选择梯度，当然也可以在z方向进行相位编码。当存在切片选择梯度时，射频激励脉冲或脉冲包被发射到扫描器10的检查区域12中以在成像对象的轴向切片中激发磁共振。轴向切片由切片选择梯度选择。去除射频激励和切片选择梯度后一段时间，沿着通常横切轴向或z方向的相位编码方向或y方向施加相位编码磁场梯度，以沿着相位编码方向对所激励的切片的磁共振进行相位编码。去除相位编码磁场梯度后一段时间，沿着基本横切y和z方向的x方向施加读取磁场梯度分布。在施加读取磁场梯度分布期间，在也称之为读出方向的x方向采集磁共振样品。典型地，磁共振成像序列包括连续的交替的相位编码梯度和读出梯度，所述梯度循环通过k空间的磁共振采样。
所述的磁共振成像序列仅为示例性的。本领域普通技术人员可以容易地改变所述的序列以适合具体的应用。该序列可选地包括其他特征，例如一个或多个180°逆脉冲，一个或多个磁共振阻流(spoiler)梯度等。此外，切片选择、相位编码以及读出方向的取向是任意的。例如，切片选择方向可不同于图1所示的z方向。为了方便，上述的x、y和z方向的标注在本文中用于说明的目的。本领域普通技术人员可以认识到在此描述的灵敏度编码技术通常适用于为基本上任何类型的磁共振成像序列提高采样分辨率和/或减少成像时间。
磁共振成像扫描器10包括多个接收线圈阵列14，在该示例性实施例中包括4个接收线圈。也可采用其他数量的接收线圈；例如，可从飞利浦公司购买到包括限定了8个SENSE接收通道的8个接收线圈的8通道灵敏度编码(SENSE)头线圈。也可使用奇数个接收线圈。实际上，基本可以使用一个以上的任何数量的线圈；但是，使用4个或更多的线圈可提供额外的灵活性。
在施加读取磁场梯度分布期间，采样电路16使用多接收线圈阵列14的4个通道来以所选择的测量采样速率采集磁共振样本。例如，在测量采样速率为对应5μs的采样间隔的200kHz情况下，在每次的5μs采样间隔期间，采集4个样本，多接收线圈阵列14的4个线圈中的每个线圈采集一个样本。多接收线圈阵列14的线圈基本采样测量区域12的相同空间区域。所采集的磁共振样本储存在对应接收线圈阵列14的4个接收线圈的k空间存储器20、22、24、26中。
重建处理器30对4个k空间存储器20、22、24、26中的每个的磁共振样本进行快速傅立叶变换重建，以产生相应的中间重建图像，这些中间重建图像储存在中间图像存储器32、34、36、38中。在图1中，单个重建处理器30对4个图像重建进行时间多路复用(time-multiplexed)或并行处理。也可以设计成包括每个k空间存储器20、22、24、26的独立的傅立叶变换重建处理器。根据k空间存储器20中储存的磁共振样本重建储存在图像存储器32中的中间重建图像，该磁共振样本由线圈阵列14中的一个接收线圈采集。类似地，根据k空间存储器22中储存的、由另一接收线圈采集的磁共振样本重建图像存储器34中储存的中间重建图像；根据k空间存储器24中储存的、由又一接收线圈采集的磁共振本样重建图像存储器36中储存的中间重建图像；根据k空间存储器26中储存的、由再一接收线圈采集的磁共振样本重建图像存储器38中储存的中间重建图像。
中间重建图像在读出方向采样不足，并且也可选择在相位编码方向采样不足。虽然所希望的图像具有选定的视野和选定的分辨率，但是在读出方向的采样不足对应较小的视野，使得与选定的图像特性相比，每个中间重建图像在读出方向产生减小的视野中的至少一个。另外，可选择在读出方向不采样较高的空间频率，在这种情况下，中间图像的分辨率也将比目标图像所希望的低。
灵敏度解码处理器40根据一组线圈灵敏度参数[β]42组合中间重建图像以计算最终重建图像44，该最终重建图像44在读出方向具有选定的视野和选定的图像分辨率。类似，由灵敏度解码处理器40执行的图像组合对在相位编码方向的任意采样不足引起的视野减小或其他图像质量下降进行校正。线圈灵敏度处理器46根据低分辨率图像先验地计算灵敏矩阵[β]42的线圈灵敏度参数。在一个优选方法中，使用全身线圈(未示出)采集的图像用作确定多接收线圈阵列14的线圈的灵敏度参数[β]42的均匀性参考(uniformity reference)。
用户界面50接收最终重建图像44并进行适当的图像处理以产生在用户界面50的监视器上显示的可视显示图像。例如，可以产生和显示二维切片图像或三维透视图。作为替代或除此之外，可以将最终重建图像44打印在纸上，用电子方法储存，在局域网或互联网上传送或以其他方式处理。
优选地，用户界面50也使有关的放射科医师或其他用户能够选择储存在灵敏度编码参数存储器52中的灵敏度编码参数。优选地，用户界面50还可以使有关的放射科医师或其他用户与磁共振成像序列控制器54通信，该控制器54控制磁共振扫描器10以执行所选择的磁成像序列，该磁成像序列使用灵敏度编码参数存储器52的内容指定的灵敏度编码或灵敏度编码组合。
继续参考图1并进一步参考图2，灵敏度编码参数存储器52储存了用于执行各种灵敏度编码方案和灵敏度编码方案的组合的参数。读出灵敏度编码参数集60包括读出测量采样速率62，该读出测量采样速率62与足够提供所选择的最终图像分辨率的采样速率相比随意降低。优选地，采样速率足够低，使得采样硬件可以在每次采样时以最大比特数采样。读出灵敏度编码参数集60也包括指定读取磁场梯度分布区域的读取梯度分布参数64。在优选的实施例中，读取磁场梯度分布是具有固定的梯度幅度Gread的正方形分布，读出梯度分布参数64指定了读取磁场梯度分布的时间长度。灵敏度编码参数存储器52也储存相位编码灵敏度编码参数集70，包括用于执行传统相位编码SENSE的相位编码步长72，和用于执行可变密度相位编码SENSE的可变相位编码步密度分布74。可选择地，灵敏度编码参数存储器52还包括发射灵敏度编码参数集80。
多接收线圈阵列14的示例性4个线圈对于给定的磁共振成像序列使所获得的样本数量变为原来的4倍。这种四倍增加采样方式可用于在读出方向、相位编码方向或上述两个方向进行各种线圈灵敏度编码。下面讨论几种优选的灵敏度编码方案。
如同也将被证实的那样，读出灵敏度编码可选择在相位编码方向与灵敏度编码组合，然而这种组合受接收线圈的数目限制。在使用4个线圈的情况下，如果以SENSE因数4使用传统的相位编码SENSE，那么由多接收线圈阵列14的示例性4个线圈提供的四倍增加采样完全应用于相位编码方向，而在读出方向不能实现另外的灵敏度编码。另一方面，如果仅以SENSE因数2使用传统相位编码SENSE，那么在采样中的四倍增加的两倍部分可有效用于相位编码SENSE，而剩余的两倍增加采样可用于读出方向的灵敏度编码。在又一方案中，将全部四倍采样增加用于读出方向的灵敏度编码，在这种情况下不能实现在相位编码方向的灵敏度编码。在具有N个接收线圈的一般情况下，可以将N倍采样增加全部用于读出方向的灵敏度编码，或将N倍采样增加全部用于相位编码方向的灵敏度编码，或N倍采样增加可以分布于读出和相位编码方向之间。
图3显示了传统的参考磁共振读出，其中不在读出方向应用灵敏度编码。在这种传统磁共振读出中，施加具有梯度量值Gread和持续时间To的读取磁场梯度分布，在此期间以采样时间间隔Δto采集磁共振样本(在图3中用垂直线示出)。读取磁场梯度量值Gread决定一个共振频率范围，在该频率范围编码所选择的视野。换句话说，梯度量值Gread决定k空间的广度。磁共振采样速率1/Δto足够大以避免对于由读取磁场梯度量值Gread决定的频率范围的混叠。此外，读取磁场梯度分布的面积Gread·To与读出方向的空间分辨率成比例。选择梯度分布持续时间To以在读出方向提供选定的空间分辨率。
继续参考图3并进一步参考图4-6，描述了在读出方向的第一优选灵敏度编码方案，其中由于使用了4个线圈，在读出方向应用全部四倍采样增加。在这种技术中，在采样时损失了视野，但在展开操作时视野被恢复。如图4所示，读取磁场梯度分布不变；也就是说梯度量值保持在Gread并且梯度持续时间保持在To(即，T1＝To)。然而，图4中的磁共振采样的采样时间间隔Δt1是图3的采样时间间隔Δto的4倍。也就是说，图4中的磁共振采样的采样速率1/Δt1仅为图3中的采样速率1/Δt0的1/4。较慢的采样可以有利地增加每个样本的数字化位数。
图5显示了在k空间中采样速率这样降低的效果。与图3的参考读出相比，在读出方向，以图4的灵敏度编码读出的降低的采样速率1/Δt1仅获得1/4的k空间样本。在图5中，由图4的读出采集的k空间样本用大的实心圆表示，而由图4的读出的降低的采样速率1/Δt1跳过的k空间样本用小圆点表示。图3的参考读出采集所有的样本，包括由大的实心圆表示的那些和小圆点表示的那些。
图6示意性显示了使用图4和5的灵敏度编码获得的重叠的中间重建图像之一的重叠。中间重建图像的视野FOVmeas仅为图3的读出采集的所选择的视野FOVselected的1/4。这种减小的视野由减小空间频率的采样密度引起。通过不充分采样的频率成分对位于减小的测量视野FOVmeas(在图6中以幻像表示)外部的所选视野的区域进行频率编码。采样不足的频率成分显示为图6的中间重建图像中的重叠或混叠特征90。
本领域普通技术人员将认识到图5中示出的k空间样本和图6中的重叠图像与传统相位编码SENSE获得的k空间样本和图像重叠之间的一些相似之处。使用SENSE因数4的相位编码SENSE对应于仅仅每隔三个相位编码行的记录，并产生重叠图像，该重叠图像具有在相位编码方向减小到原来的四分之一，并且在相位编码方向重叠的视野。
在图像组合中也存在这种类似。由图4-6的读出灵敏度编码导致的读出方向的混叠被灵敏度解码处理器40去除，该灵敏度解码处理器起展开处理器的作用以展开重叠的中间重建图像。除了展开的自旋密度像素ρ1、ρ2、ρ3、ρ4沿着读出方向或x方向混叠以外，适当地使用类似方程式(1)的线性方程式系统。使用Nyquist采样理论适当地确定自旋密度像素ρ1、ρ2、ρ3、ρ4在读出方向的位置。得到的展开图像在读出方向没有混叠，并且最终图像的选定视野是所测量的视野FOVmeas的4倍。
尽管存在这些明显的相似之处，但是，图4-6的读出灵敏度编码在成像方面与传统相位编码SENSE相比具有非常不同的效果，并具有非常不同的工程学优点。如本领域普通技术人员所知，传统的相位编码SENSE通过减少所采样的相位编码行的数目减少成像时间。与之相比，参考图4-6描述的读出灵敏度编码没有减少成像时间。没有减少相位编码行的数目，并且每个相位编码行的读出时间由读出梯度持续时间T1设定，读出灵敏度编码也不会改变该读出梯度持续时间。
作为替代，图4-6的读出灵敏度编码使磁共振样本读出时间增加。在没有读出灵敏度编码的图3的成像中，磁共振样本读取时间tsamp，0小于相应的采样时间间隔Δt0。在图4中，磁共振样本读取时间tsamp，1同样小于相应的采样时间间隔Δt1。然而，由于Δt1＝4Δt0，由此可见图4所示的具有读出灵敏度编码的磁共振样本读取时间tsamp，1与参考磁共振样本读取时间tsamp，0相比能够大约增加3倍。
图4-6的灵敏度编码能够以至少两个不同方式被应用。第一种应用通过直接比较图4和图3来说明。在此，采样时间间隔从Δt0增加到Δt1。这提供了更长的磁共振样本读取时间tsamp，1，这意味着磁共振样本测量更准确。对应磁共振样本的幅度分辨率的数字化样本位数由采样时间决定。换句话说，最终重建图像的亮度灰阶深度增加。
图4-6的灵敏度编码的第二种应用有益于这样的磁共振成像系统，在该系统中读出采样速率受到射频采样处理器16的速度限制，称之为硬件限制。在没有图4-6的灵敏度编码的情况下，对于给定读取磁场梯度幅度Gread，采样速率的硬件限制转换为读出方向视野的限制。在第二种应用中，保持高采样速率，例如保持在Δt0，读出灵敏度编码用于通过图像展开在测得视野FOVmeas上提供视野的四倍增加。
参考图7和8，描述了另一灵敏度编码实施例，其中将图4-6的读出灵敏度编码与传统的相位编码SENSE结合。这种结合同时提供了减少的采样速率读出灵敏度编码的读取时间优点以及相位编码提供的减少的成像时间。图7显示了相对于由图3的参考读出进行的采样的这种采样的k空间图。类似图5，在图7中所跳过的k空间样本表示为小圆点，而采集的k空间样本表示为大实心圆。
为了在相位编码方向应用灵敏度编码，读出方向的灵敏度编码从四倍减小采样减小为两倍减小采样。也就是说，读出采样时间间隔是图3的采样时间间隔Δt0的2倍，或者相当于读出采样速率是图3的采样速率1/Δt0的一半。将四个接收线圈提供的另外的二倍采样增加用于相位编码方向使得在相位编码方向中具有SENSE因数2。从而，由于相位编码SENSE，成像时间大约减小到原来的1/2，同时磁共振样本读取时间与图3所示的参考读出的读取时间tsamp，0相比大约增加了1倍。
图8示意性显示了对应图7的k空间采样的重叠中间重建图像之一的重叠。由于读出采样速率减半，读出方向的中间重建图像的视野FOVmeas，read仅为由图3的读出所采集的选定读出视野FOVsel，read的一半。另外，如在传统相位编码SENSE中常见的，由于所跳过的相位编码行，相位编码方向的视野FOVmeas，p.e.也减小为选定相位编码视野FOVsel，p.e.的一半。读出方向的采样不足也显示为图8的中间重建图像中的重叠或混叠特征92。相位编码方向的采样不足导致图8的中间重建图像中的重叠或混叠特征94。又一重叠或混叠特征96由读出方向和相位编码方向的采样不足的组合引起。方程式(1)也适用于求和沿相位编码方向和读出方向的、对中间重建图像的每个测得像素有贡献的展开像素，灵敏度解码处理器40构造和求解线性方程式的变化集以计算展开的自旋密度像素值ρ。
参考图9和10，在又一优选灵敏度编码方案中，通过缩短和截短读取磁场梯度分布得到减少的读出采样。在这种技术中，在以更快的读出速度读出时损失了分辨率，但是分辨率在展开操作中被恢复。将图9与参考图3比较，图9的灵敏度编码读出的采样时间间隔Δt2与图3的参考读出的采样时间间隔Δt0相同。也就是Δt2＝Δt0。由于采样速率不变，空间频率成分被充分采样，并且视野不会减小。但是，图9的读出具有读出梯度持续时间T2，该持续时间仅为图3的参考读出的读出梯度持续时间T0的1/4。由于重建图像空间分辨率与梯度分布的面积成比例，因此与由图3的采样所重建的图像相比，梯度持续时间T2的减少导致中间重建图像的空间分辨率在读出方向减少。图10显示了在k空间中图9的采样。在读出方向仅对以kresdout＝0为中心的k空间的中央1/4部分采样，在读出k值高的部分不采样。
本领域普通技术人员将认识到图10所示的k空间采样和由可变密度相位编码SENSE获得的k空间采样之间的相似之处。可变密度相位编码SENSE在高相位编码k值处采样更稀疏，而朝向k空间中心区域，也就是kphase encode＝0周围的区域集中相位编码行。此外，图9和10的读出采样和可变密度相位编码SENSE技术都具有基本的优点成像时间显著减少。
然而，与可变密度相位编码SENSE不同的是，图9和10的读出灵敏度编码完全省略了对高读出k值的采样。这种完全省略方式通过缩短读出梯度分布持续时间T2缩短了成像时间。在图9和10的读出灵敏度编码中，成像时间由梯度持续时间T2确定。甚至包括一个高读出k值也将梯度持续时间Tx延伸到该k值之外，这基本消除了由图9和10的紧凑读出灵敏度编码获得的成像时间的减少。
本领域普通技术人员将认识到完全省略高相位编码k值在可变密度相位编码SENSE中不具有相同的优势。在可变密度相位编码SENSE中包括几个高相位编码k值不需要类似的梯度延伸。在相位编码方向，完全省略高相位编码k值不会提供对集中在k空间中心附近但包括一些高k值的相位编码行的可变分布提供显著的成像时间优点。这是应为在相位编码SENSE中，成像时间的减少对应被采样的相位编码行的数量的减少，而并不与k空间中保留的相位编码行的分布密切相关。
为了克服由缩短图9的读出磁场梯度分布引起的空间分辨率的降低，灵敏度解码处理器40组合了几个低分辨率中间重建图像以产生具有高空间分辨率的最终重建图像。为表示这种组合，方程式(1)优选被修改并重写为矩阵形式
P(kx)＝β(rx，kx)ρ(rx) (2)其中，kx表示读出k值，P(kx)包含所测量的中间重建图像的像素值，ρ(rx)包含最终重建图像的列rx的真像素值，β(rx，kx)包含沿图像列rx的线圈灵敏度和相应的k值kx。β(rx，kx)矩阵的线圈灵敏度项包含与可变密度相位编码SENSE使用的相似傅立叶变换项对应的傅立叶变换项。包括这些傅立叶项，是因为中间图像仅在相位编码方向进行傅立叶变换，而没有在相位编码方向和读出方向都进行变换，公式(1)就是这样。所需的真自旋密度像素值ρ(rx)由灵敏度解码处理器40通过求逆灵敏度矩阵β(rx，kx)而适当地被求出。由于k值通常遍布于128、256或512个k空间样本，优选使用正则化法求逆灵敏度矩阵β(rx，kx)。然而，有利地是，为每列rx只进行一次矩阵求逆。
由于在图9和10的采样中完全省略高读出k值，求解方程式(2)存在一个问题。如果线圈在高空间频率具有低灵敏度，灵敏度矩阵β(rx，kx)是难以处理的(ill-conditioned)，令矩阵求逆不精确或不能实现。优选地，将多接收线圈14的线圈设计成在高空间频率提供高灵敏度以克服该问题。
参考图11，描述了另一灵敏度编码实施例，其中将图9和10的读出灵敏度编码与传统相位编码SENSE结合。这种结合同时提供了梯度持续时间减少的读出灵敏度编码的成像时间减少，以及相位编码SENSE提供的成像时间的额外减少。图11显示了相对于由图3的参考读出进行的采样的这种采样的k空间图。与其它k空间图一样，在图11中被跳过的k空间样本表示为小固点，而采集的k空间样本表示为大实心圆。
为了再次在相位编码方向应用灵敏度编码，读出方向的灵敏度编码从四倍采样减小降低为二倍采样减小。也就是说，在读出方向对以kreadout＝0为中心的k空间的中央1/2采样。由四个接收线圈提供的剩余的二倍采样增加被用于相位编码方向以使能够有相位编码SENSE因数2。
在另一设计方案中，使用发射灵敏度编码参数集80(参见图2)将图9和10的梯度持续时间减少的读出灵敏度编码与发射SENSE结合。发射SENSE缩短了空间选择的射频脉冲，所述脉冲基于穿过激发k空间的轨迹。将发射SENSE与图9和10的梯度持续时间减少的读出灵敏度编码结合能够缩短切片选择脉冲，该切片选择脉冲是具有穿过激发k空间的一个维度上的轨迹的空间选择脉冲。虽然只描述了一维切片选择发射SENSE，但发射SENSE也可以用于二维或三维脉冲。这种结合特别有利于缩短超快磁共振成像序列，在该序列中切片选择脉冲是序列重复时间TR的重要部分。
同样，可将图9和10的梯度持续时间减少的读出灵敏度编码可用于缩短磁共振谱测量。如果将多接收线圈阵列14的线圈设计成在高空间频率提供高灵敏度，那么线圈阵列14能够重建所述谱的丢失部分。
参考图7、8和11，已经描述了将读出方向的灵敏度编码与相位编码方向的灵敏度编码结合的两个例子。在这两个例子中，传统的相位编码SENSE用于相位编码方向。然而，应当理解在这些和类似的结合中可使用可变密度相位编码SENSE替代传统相位编码SENSE。
已经参考优选的实施例描述了本发明。显然，他人可以在阅读和理解前面详述的基础上对其进行修改和变化。这意味着本发明可以被理解成包括在后附的权利要求书或其等同范围内进行的各种修改和变化。
权利要求
1.一种磁共振成像系统，其包括用于至少在读出方向对磁共振进行编码的装置(10)，所述编码包括施加读取磁场梯度分布；用于接收磁共振信号的多个接收线圈(14)；采样装置(16)，用于在施加读取磁场梯度分布期间对接收线圈采样以从每个接收线圈以测量采样速率采集样本；用于将从每个线圈采集的磁共振样本重建为相应的中间重建图像的装置(30)，所述中间重建图像在读出方向具有测量视野和测量空间分辨率；以及用于根据线圈灵敏度因数(42)组合中间重建图像以产生在读出方向具有最终视野和最终空间分辨率的最终重建图像的装置(40)，其中最终视野和最终空间分辨率中的至少一个被增加到超过在读出方向上所述测量视野和所述测量空间分辨率中相应的一个。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，还包括基于校准图像计算线圈灵敏度数据的线圈灵敏度处理器(46)。
3.根据权利要求2所述的磁共振成像系统，其中组合装置(40)求解与中间重建图像的像素值和由线圈灵敏度处理器(46)计算的线圈灵敏度数据相关的一组线性方程式，以计算最终重建图像的像素值。
4.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中用于对磁共振进行编码的装置(10)包括在相位编码方向和读出方向对磁共振样本进行编码的磁共振成像扫描器(10)。
5.根据权利要求4所述的磁共振成像系统，其中采样装置(16)也采集在相位编码方向编码的磁共振样本，磁共振成像扫描器(10)和接收线圈(14)协作以实现在相位编码方向上的灵敏度编码。
6.根据权利要求4所述的磁共振成像系统，其中采样装置(16)也采集在相位编码方向编码的磁共振样本，磁共振成像扫描器(10)和接收线圈(14)协作以实现在相位编码方向上的可变密度灵敏度编码。
7.根据权利要求4所述的磁共振成像系统，其中在相位编码方向编码磁共振信号，并且采样装置(16)采集在相位编码方向和读出方向以足够低的采样密度进行编码的样本，所述采样密度低到使得中间重建图像在相位编码方向和读出方向中的每一个上都混叠；以及由组合装置(40)进行的组合在相位编码方向和读出方向展开中间重建图像以产生不带有混叠的最终重建图像。
8.根据权利要求4所述的磁共振成像系统，其中采样装置(16)对接收线圈(14)采样以在被缩短的读取梯度分布上读取磁共振样本，使得重建装置(30)产生中间重建图像，该中间重建图像在读出方向的测量空间分辨率与读出方向的最终空间分辨率相比降低；采样装置(16)在相位编码方向以一采样速率对接收线圈(14)采样，该采样速率足够低使得重建装置(30)产生在相位编码方向具有混叠的中间重建图像；以及由组合装置(40)进行的组合产生最终重建图像，该最终重建图像中读出方向空间分辨率的降低以及相位编码方向上的混叠均已被消除。
9.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中采样装置(16)在读出方向采集映射到k空间的低频率读出值但不映射到k空间的较高频率读出值的样本。
10.根据权利要求9所述的磁共振成像系统，其中采样装置(16)在被缩短的读出梯度分布上对k空间的低频率读出值进行采样。
11.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中采样装置(16)以降低的采样速率对接收线圈(14)进行不充分采样，使得中间重建图像至少在读出方向具有混叠，组合装置(40)在组合过程中去除所述的混叠。
12.根据权利要求11所述的磁共振成像系统，其中采样装置(16)以一采样时间对每个样本进行不充分采样的接收，该采样时间大于用于以最大读出采样速率采样的最小采样时间。
13.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中测量采样速率足够低使得混叠在读出方向发生在中间重建图像中，用于组合的装置(40)基于线圈灵敏度因数(42)展开中间重建图像以去除读出方向的混叠，最终视野被增加到超出测量视野。
14.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中将读取磁场梯度分布缩短使得测量空间分辨率小于最终空间分辨率，用于组合的装置(40)对由线圈灵敏度因数(42)构造的灵敏度矩阵求逆。
15.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中由于减少了采样，每个中间重建图像在读出方向具有降低的高空间频率特征，由组合装置(40)进行的组合在最终重建图像中恢复高空间频率特征。
16.根据权利要求15所述的磁共振成像系统，其中在读出方向降低的高空间频率特征包括读出方向的混叠和视野减小。
17.一种磁共振成像方法，其包括至少在读出方向用读取磁场梯度分布对磁共振信号进行编码；使用多个接收线圈(14)在读出方向对磁共振信号进行采样以从每个线圈以测量采样速率采集磁共振样本；将从每个线圈(14)采集的磁共振样本重建为相应的中间重建图像，所重建的图像在读出方向具有测量视野和测量空间分辨率；以及根据线圈灵敏度因数(42)组合中间重建图像以产生在读出方向具有最终视野和最终空间分辨率的最终重建图像，其中最终视野和最终空间分辨率中的至少一个被增加到超过读出方向的所述测量视野和所述测量空间分辨率中相应的一个。
18.根据权利要求17的磁共振成像方法，其中对磁共振信号的编码包括使用发射SENSE对磁共振信号进行编码。
19.根据权利要求17的磁共振成像方法，其中基于线圈灵敏度(42)的组合产生最终重建图像，该最终重建图像在读出方向具有比中间重建图像中的任何一个都高的空间频率成分。
20.根据权利要求19的磁共振成像方法，其中在组合期间通过将中间重建图像的读出方向的混叠变换为中间重建图像的视野外部的图像数据而产生最终重建图像的高空间频率成分。
21.根据权利要求17的磁共振成像方法，其中所述采样包括下面的至少一个在被缩短的读取磁场梯度分布上进行采样使得所述组合恢复读出方向上的分辨率；和以降低的采样速率进行采样使得所述组合恢复读出方向上的视野。
全文摘要
磁共振成像系统以所选的空间分辨率采集所选视野的最终图像。磁共振成像扫描器(10)使用多个接收线圈(14)在相位编码方向和读出方向对磁共振样本进行编码和接收。所述编码和接收在读出方向采样不足。重建处理器(30)将多个接收线圈(14)中的每个采集的磁共振样本重建为相应的多个中间重建图像。由于在读出方向中采样减少，每个中间重建图像存在混叠，并且在一些方面，高空间频率特征退化。组合处理器(40)基于线圈灵敏度因数(42)组合多个中间重建图像以产生在读出方向具有所选视野和所选空间分辨率的最终重建图像。
文档编号G01R33/561GK1809759SQ200480017024
公开日2006年7月26日 申请日期2004年6月1日 优先权日2003年6月19日
发明者U·卡特斯彻尔, M·J·朗卡, M·R·汤普森 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司