采用高度约束的背投的功能性mri的制作方法

专利名称：采用高度约束的背投的功能性mri的制作方法
采用高度约束的背投的功能性MRI
有关申请的交叉参照
本申请基于下列美国临时专利申请2005年9月22日提交的题为 "HIGHLY CONSTRAINED IMAGE RECONSTRUCTION METHOD"的申请 60/719,445;以及2005年11月21日提交的题为"IMAGE ACQUISITION AND RECONSTRUCTION METHOD FOR FUNCTIONAL MAGNETIC RESONANCE IMAGING"的申请60/738,442。
关于联邦资助研究的声明
本发明得到了国家卫生研究院基金项目HL072260、 HL066488和EB002
的政府资助。美国政府享有本项发明的某些权益。
背景技术：
本发明的领域是核磁共振成像方法和系统。更具体地讲，本发明涉及功能 性核磁共振图像(fMRI)的采集和重构过程。
当诸如人体组织之类的物质受到均匀磁场(极化场B。)的作用时，该人体 组织中的各个自旋的磁矩试图对准该极化场，但按其特征拉莫尔频率以任意次 序绕它进动。如果该物质或组织受到处于x-y平面中且接近拉莫尔频率的磁场 (激励场B。的作用，则净对准磁矩Mz会发生旋转或"倾斜"到x-y平面中 从而产生净横向磁矩Mt。这些受激励的自旋发出一种信号，并且在激励信号 B,终止之后，可以接收和处理该信号从而形成图像。
当采用这些信号来产生图像时，可以使用磁场梯度(Gx、 Gy和Gz)。通 常，通过一系列测量周期对待成像的区域进行扫描，在这些测量周期中上述这 些梯度根据所用的特定局部化方法而变化。每一个测量结果在本领域中都被称 为"视图"，并且视图的个数决定了图像的分辨率。通过使用许多公知的重构 技术之一，将所得的一组接收到的NMR信号、或视图、或k空间样本数字化并且对其进行处理以重构图像。总的扫描时间在部分程度上由测量周期的个数 或为一个图像而采集的视图的个数来决定，因此，通过减少采集的视图的个数， 可以以牺牲图像质量为代价来减少扫描时间。
用于采集可从中重构出图像的NMR数据组的一种最常用方法被称为"傅
里叶变换"成像技术或"自旋-翘曲"技术。在W.A. Edelstein等人的题为 "Spin-Warp NMR Imaging and Applications to Human Whole-Body Imaging"的 文章中讨论了这种技术(详见Physics in Medicine and Biology,巻25，第751-756 页，1980)。它在采集NMR信号之前使用了一种可变振幅相位编码磁场梯度 脉冲从而对该梯度方向上的空间信息进行相位编码。在二维实现方式(2DFT) 中，例如，通过应用沿一个方向的相位编码梯度(Gy)，在该方向上对空间信息 进行编码，然后，在与该相位编码方向正交的一方向上存在读出的磁场梯度(GJ 的情况下采集一信号。自旋-回波采集期间存在的读出梯度对正交方向上的空间 信息进行编码。在典型的2DFT脉冲序列中，在上述扫描期间釆集的视图序列 中增大相位编码梯度脉冲Gy的幅值(Gy)。在三维实现方式(3DFT)中，在每 一次信号读出之前应用第三梯度Gz，以便沿第三轴进行相位编码。该第二相位 编码梯度脉冲Gz的幅值也遍历了上述扫描期间的多个数值。这些2DFT和3DFT 方法按图2所示直线形式对k-空间进行采样，并且k-空间样本位于笛卡尔栅格 上。
最近，如美国专利6,487,435所述，已将投影重构方法用于采集时间分辨 的数据。投影重构方法有时候被称为"径向"采集，它自核磁共振成像出现时 就已为人所知。不像傅立叶成像那样按直线扫描方式对k空间进行采样(即如 图2所示)，投影重构方法像图3所示那样采集一系列视图，这些视图对从k 空间的中心向外延伸的径向线条进行采样。对k空间进行采样所需的视图的个 数决定了扫描的长度，如果采集的视图的个数不充足，则在重构出的图像中会 产生条纹伪像。专利6,487,435中所描述的技术通过采集连续的、带有交错视 图的欠采样图像并且在连续的图像之间共享外围的k空间数据，减少了上述这 种条纹。
在美国专利6,710,686中，描述了两种用于从采集的一组k空间投影视图 中重构出图像的方法。最普通的方法是将k空间样本从其径向采样轨迹上的位置重新定格到笛卡尔栅格中。然后，通过对重新定格后的k空间样本进行二维 或三维傅里叶变换，重构出图像。用于重构图像的第二种方法是通过对每一
个投影视图进行傅里叶变换，将上述径向k空间投影视图变换到Radon空间。 通过过滤这些信号投影并将它们背投到视场(FOV)中，便从这些信号投影中重 构出一图像。如本领域公知的那样，如果采集到的信号投影在数量方面不足以 满足尼奎斯特(Nyquist)采样定则，则在重构出的图像中会产生条纹伪像。
图4示出了标准背投方法。通过沿箭头16所示的投影路径来投影每一个 在分布10中的信号样本14并使其穿过FOV 12，每一个采集到的信号投影分 布IO便被背投到视场12上。在将每一个信号样本14投影到FOV12中的过程 中，我们没有任何关于该受试者的先验信息，并且假定FOV 12中的NMR信 号是同类的并且信号样本14应该被均等地分配到投影路径所穿过的每一个像 素中。例如，图4示出了投影路径8，当它穿过在FOV 12中的N个像素时， 它对应于一个信号投影分布10中的单个信号样本14。在这N个像素之间均等 地分割该信号样本14的信号值(P):
Sn = (Pxl)/N (1) 其中Sn是在具有N个像素的投影路径中分配给第n个像素的NMR信号值。
很显然，FOV 12中NMR信号是同类的这一假定是不正确的。然而，如本 领域公知的那样，如果对每一个信号分布10进行某些过滤校正，并且以对应 数量的投影角度来采集足够数量的经滤波的分布，则这一错误假定所引起的差 错达到最小并且图像伪像得到抑制。在关于图像重构的典型滤波背投方法中， 对于256X256像素二维图像而言需要400次投影，而对于256X256X256体元 三维图像而言则需要203,000次投影。如果使用上述美国专利6，487，435中所描 述的方法，则这些相同的图像所需的投影视图的个数可能减小到100 (二维) 和2000 (三维)。
功能性核磁共振成像(fMRI)技术提供了一种用于研究神经元活动的新方 法。常规fMRI检测脑血量、血流以及氧合等方面的变化，这些都是局部发生的并且与功能性范例所导致的增多的神经元活动相关。如美国专利5,603,322 所描述的那样，MRI系统被用于在一段时间内采集来自大脑的信号。当大脑执 行任务时，与任务执行同步地调制这些信号以揭示出在执行该任务的过程中涉 及到了大脑的哪些区域。
必须按一定的速率来采集一系列fMRI时间过程图像，该速率要足够高以 便看到上述功能性范例所导致的大脑活动的变化。另外，因为神经元活动可能 发生于大脑中广泛分布的位置处，所以在每一个时间帧中必须采集相对较大的 三维体积或多片体积。目前，单发射EPI脉冲序列常常被用于采集fMRI时间 过程数据。通过使用这种脉冲序列，例如，在帧速率为0.5fps的情况下，可以 采集15个8mm厚的64 x 64像素片。期望同时增大图像分辨率和fMRI图像的 帧速率。

发明内容
本发明是一种用于采集并重构fMRI图像的方法，其中在施加刺激或开始 一项任务之后从受试者的大脑中采集到高度欠采样的图像帧。图像帧中的视图 是交错的且被组合以便形成合成图像，在每一个图像帧的高度约束的重构过程 中使用该合成图像以增大信噪比("SNR")并减少伪像。
本发明的发现是如果在背投图像重构过程中使用关于FOV 12中的NMR 信号轮廓的先验知识而并非假定信号轮廓均匀，则可以用极少的采集到的视图 来产生高质量图像帧。参照图5，例如，FOV 12中的信号轮廓可能会包括像血 管18和20这样的结构。在这种情况下，当背投路径8穿过这些结构时，通过 根据该像素位置处的已知NMR信号轮廓对该分配进行加权，从而使信号样本 14更准确地分配到每一个像素中。结果，信号样本14的大部分将被分配到与 结构18和20相交的那些像素处。对于具有N个像素的背投路径8而言，这可 以被表达为
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中P二NMR信号样本值；以及C。^沿背投路径第n个像素处的合成图像的信号值。
公式(2)中的分子利用该合成图像中对应的NMR信号值来对每一个像素进 行加权，并且分母使该值归一化，使得所有背投信号样本反映了图像帧的投影 和并且并不乘以该合成图像的和。应该注意到，尽管上述归一化是在执行背投 之后对每一个像素单独进行的，但是，在许多临床应用中，在背投之前对投影 P进行归一化则更容易。在这种情况下，在按相同视角穿过该合成图像的投影
过程中，通过除以相应的值Pe，使上述投影P归一化。归一化的投影P/Pe被背
投，然后，所得的图像乘以该合成图像。
图6示出了本发明的一个三维实施方式，对应于以视角e和())为特征的单个
三维投影视图。该投影视图经傅里叶变换以形成信号轮廓，并且它是沿轴16 被背投的并且沿背投轴16在距离r处被扩展到Radon平面21中。作为经过滤 的背投(其中投影信号轮廓被过滤且被均匀地分配到连续的Radon平面中)的 替代，沿着轴16，利用合成图像中的信息将投影信号轮廓值分配到Radon平面 21中。图6中的合成图像包含血管18和20。基于合成图像中相应位置x, y, z 处的强度，将经加权的信号轮廓值存放在Radon平面21中的图像位置x， y， z 处。这是信号分布值与相应的合成图像体元值的简单相乘过程。然后，通过使 该乘积除以从合成图像中形成的相应图像空间分布中的分布值，使该乘积归一 化。用于三维重构的公式是
I(x, y, z) = Z (P(r, 9, (j)) * C(x, y, z)(r,e,w / Pc(r, 6, (j)) (3)
其中求和(2)是在图像帧中的所有投影上进行的，并且特定Radon平面中的 x, y， z值是用针对该平面合适的r,e，(()值处的分布值P(r,e,f)来计算的。Pe(r,e,())) 是来自合成图像的相应的分布值，而C(x，y,z)(r，e，w是(r,e,()))处的合成图像值。
本发明的另一个发现是该图像重构方法可以被有利地用在fMRI过程中， 其中当对受试者施加一刺激或引导受试者执行一项特定的任务时，采集一系列 欠采样的帧图像。通过使连续的图像帧釆集过程的视图相交错，来自连续的图 像帧的视图可以被组合起来并且被用于重构更高质量的合成图像。然后，在上 述关于每一个图像帧的高度约束的背投重构过程中，使用该合成图像。本发明的另一个方面是在fMRI扫描期间用三维混合投影重构脉冲序列采 集到的图像帧的重构过程。在二维片中，采集投影视图以便用径向轨迹对k空 间进行采样，并且使用相位编码来采集沿着轴向方向的多个片。针对多个片位 置中的每一个，重构合成图像，并且在每一个图像帧中关于二维片的背投重构 过程中使用了这些合成图像。


图1是使用本发明的MRI系统的框图； 图2是使用傅里叶变换技术进行k空间采样的图示； 图3是使用投影重构技术进行k空间采样的图示； 图4是常规的背投重构方法的图示；
图5是根据本发明用于2D PR图像重构的高度约束的背投方法的图示；
图6是用于3DPR图像重构的高度约束的背投方法的图示；
图7是当实践本发明的较佳实施方式时由图1的MRI系统所执行的混合
PR脉冲序列的图示；
图8是使用图7的混合脉冲序列进行k空间采样的图示；
图9是根据本发明在fMRI扫描的较佳实施方式中所使用的诸多步骤的流
程图10是根据图9的方法的扫描的图示；
图11是在图9的方法中所使用的交错投影视图的图示；
图12是fMRI图像重构过程的流程图，该过程构成了图9的方法的一部分;
以及
图13是用于构成图12的过程的一部分的图像帧重构过程的流程图。
具体实施例方式
特别参照图1，在MRI系统中使用了本发明的较佳实施方式。该MRI系 统包括工作站310，工作站310具有显示器312和键盘314。工作站310包括 处理器316，处理器316是可以运行商用操作系统的商用可编程机器。工作站 310提供操作界面，该界面能够扫描将要被输入到该MRI系统中的指示。工作站310耦合到四台服务器脉冲序列服务器318;数据采集服务器320;
数据处理服务器322;和数据存储服务器23。在较佳实施方式中，数据存储服 务器23是由工作站处理器316和相关的盘片驱动接口电路来实现的。其余三 台服务器318、 320和322都是通过安装在单个机箱中且用64位底板总线使其 互连的不同处理器来实现的。脉冲序列服务器318采用商用微处理器和商用四 工通信控制器。数据采集服务器320和数据处理服务器322都采用相同的商用 微处理器，并且数据处理服务器322还包括一个或多个基于商用并行矢量处理 器的阵列处理器。
工作站310和用于服务器318、 320和322的每一个处理器都连接到串行 通信网络。该串行网络传输从工作站310下载到服务器318、 320和322的数 据，并且它还传输在各服务器之间以及在工作站和服务器之间传递的标签数 据。此外，在数据处理服务器322和工作站310之间还提供了高速数据链路， 以便将图像数据传输到数据存储服务器23。
脉冲序列服务器318响应于从工作站310中下载的程序单元而工作，以便 操作梯度系统24和RF系统26。产生用于执行指定的扫描所必需的梯度波形， 并将它们应用于梯度系统24，梯度系统24激励组件28中的梯度线圈，从而产 生用于位置编码NMR信号的磁场梯度Gx、 Gy和Gz。梯度线圈组件28构成磁 性组件30的一部分，磁性组件30还包括极化磁体32和整体式RF线圈34。
RF激励波形通过RF系统26而被应用于RF线圈34，从而执行指定的磁 共振脉冲序列。RF系统26接收由RF线圈34所检测到的响应的NMR信号， 在脉冲序列服务器318所产生的命令的指挥下，对这些信号进行放大、解调、 滤波和数字化。RF系统26包括RF发射器，该RF发射器产生用在MR脉冲序 列中的多种RF脉冲。该RF发射器响应于来自脉冲序列服务器318的扫描指示 和指挥，以产生具有期望频率、相位和脉冲幅值波形的RF脉冲。所产生的RF 脉冲可以应用于整体式RF线圈34，但在本发明的较佳实施方式中，使用美国 专利5,372,137所描述的局部头线圈来发送RF脉冲并接收所得的NMR信号。
RF系统26还包括一个或多个RF接收器通道，它们可以连接到相应的多 个局部线圈或连接到线圈阵列中相应的多个线圈元件。每一个RF接收器通道 包括RF放大器，用于放大由与之相连的线圈所接收到的NMR信号；以及正交检测器，用于检测接收到的NMR信号的I和Q正交分量并使它们数字化。
于是，通过I和Q分量的平方之和的平方根，可以在任何采样点处确定接收到 的NMR信号的幅值
并且接收到的NMR信号的相位也可以确定-(j) = tan" Q/I.
如上所述，根据本发明的较佳实施方式，使用局部头线圈来接收受试者大 脑中所产生的NMR信号。
脉冲序列服务器318也任选地接收来自生理采集控制器36的病人数据。 控制器36接收来自多个与病人相连的不同传感器的信号，例如，来自电极的 ECG信号或来自肺部的呼吸信号。脉冲序列服务器318通常使用这类信号将扫 描的性能与受试者的呼吸或心跳同步或者进行"门控"。
脉冲序列服务器318还连接到扫描室接口电路38，该电路接收来自各种传 感器的、与病人状况相关的信号以及来自磁体系统的信号。病人定位系统40 也正是通过扫描室接口电路38来接收各种命令，从而在扫描过程中将病人移 动到期望的位置。
RF系统26所产生的数字化的NMR信号样本被数据采集服务器320接收 到。数据采集服务器320响应于从工作站310下载的描述成分而操作，以便接 收实时的NMR数据并提供缓冲存储，使得没有任何数据因数据超载而丢失。 在某些扫描过程中，数据采集服务器320只是将采集到的NMR数据传递给数 据处理服务器322。然而，在需要从采集到的NMR数据中获取信息以便控制 扫描的其它性能的那些扫描过程中，数据釆集服务器320就被编程为产生这类 信息并且将其传输到脉冲序列服务器318。例如，在预扫描的过程中，采集NMR 数据，并将其用于校准由脉冲序列服务器318所执行的脉冲序列。同样，在扫 描过程中，可以采集导航器信号并将其用于调整RF或梯度系统工作参数或用于控制对K空间进行采样的视图次序。另外，数据采集服务器320可用于处理
NMR信号，这些信号被用于检测在MRA扫描中的造影剂的到达。在所有这些 示例中，数据采集服务器320采集NMR数据并且实时地对其进行处理，从而 产生用于控制该扫描的信息。
数据处理服务器322接收来自数据采集服务器320的NMR数据，并且根 据从工作站310下载的描述成分对其进行处理。这类处理可以包括对原始K 空间NMR数据进行傅立叶变换从而产生两维或三维图像；向重构的图像应用 滤波；对采集到的NMR数据执行背投图像重构；计算功能性MR图像；计算 运动或流图像等。
数据处理服务器322所重构的图像又往回传输到工作站310，并进行存储。 实时图像被存储在数据库存储器高速缓存(未显示)中，并且从该高速缓存中 将其输出至操作人员显示器312或显示器42，这种显示器被放置在磁体组件 30附近以便于医生使用。批模式图像或选择的实时图像被存储在磁盘存储设备 44上的主数据库中。当这类图像已被重构并被传输到存储设备时，数据处理服 务器322就通知在工作站310上的数据存储服务器23。工作站310可以由操作 者使用，以便存档图像、产生胶片或通过网络向其它设备发送图像。
为了实践本发明的较佳实施方式，使用投影重构或径向脉冲序列(比如图 7所示的那种)来采集NMR数据。这是一种快速梯度-回归回波脉冲序列，其 中在片-选择梯度202存在的情况下产生一种选择性的、非对称截取的sine RF 激发脉冲200。 RF脉冲200的倾倒角被设为接近用于血液的Ernst角。
如下文更详细地解释的那样，该脉冲序列可以被用于采集多个圆形k空间 平面，如图8中204、 205、 206、 207和208所示的那样。当采集多个二维片 时，轴向梯度202是一个板选择梯度，其后是相位编码梯度波瓣210和极性相 反的重绕(rewinder)梯度波瓣212。这种轴向相位编码梯度波瓣210遍历了上 述扫描期间的多个值，以便从二维k空间平面的每一个中进行采样。在较佳实 施方式中，五个k空间平面被采样，使得相应的五个二维片可以被重构，下文 会描述。
两个面内读出梯度214和216在NMR回波信号218的采集过程中衰竭， 以便在二维平面204、 205、 206、 207或208中沿径向轨迹对k空间进行采样。这些面内梯度214和216垂直于轴向梯度，并且它们彼此垂直。在一次扫描过
程中，它们遍历一系列的值，以使径向釆样轨迹的视角发生旋转，就如下文更
详细地描述那样。每一个面内读出梯度之前是前置相位调整(prephasing)梯度 波瓣220和222，其后是重绕梯度波瓣224和226。
为了获得用于BOLD信号对比的强T;加权，较长的TE是期望的。因为也
期望较短的TR以縮短扫描时间，所以使用了回波-移动脉冲序列，其中在任何 TR期间所采集到的MR信号218是由前一个TR中的RF激励所产生的。如本 领域所知的那样，通过在激励脉冲200之后且在信号读出梯度214和216之前 添加一个扰流器(spoiler)梯度，便实现了这种回波移动。在较佳实施方式中， 该扰流器梯度波瓣(图中未示出)被添加到片选择梯度202上的重新描述
(rephrasing)波瓣，并且其值在一组TR上按某一方式变化，使得在自旋激励 之后合适的回波信号218重新集中两个或三个TR。关于这种已知的回波移动 技术的详细描述，请参照Bernstein等人的"Handbook of MRI Pulse S叫uences"
(2004， Elsevier Academic出版)。
对于本领域的技术人员而言，应该很明显，可以使用除上述较佳的直线轨 迹以外的采样轨迹，这些较佳的直线轨迹从k空间外围边缘上的一点起开始延 伸并且穿过k空间的中心后到达k空间外围边缘上相对的一点。 一种变体是采 集部分NMR回波信号218，它沿着没有横跨被采样的k空间体积的整个范围 的轨迹进行采样。另一种等价于直线投影重构脉冲序列的变体是沿着弯曲的路 径而非直线进行采样。在下列文献中描述了这种脉冲序列F.E.Boada等人的 "Fast Three Dimensional Sodium Imaging", MRM， 37:706-715， 1997; K.V. Koladia等人的"Rapid 3D PC-MRA Using Spiral Projection Imaging", Proc. Intl. Soc. Magn. Reson. Med. 13 (2005);以及J.G. Pipe禾P Koladia等人的"Spiral Projection Imaging: a new fast 3D trajectory", Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 13 (2005)。也应该很明显，本发明也可以与这些采样方法的三维以及二维版本 一起使用，并且如下文中所使用的那样术语"像素"旨在表示二维或三维图像 中的位置。
在从受试者的大脑中采集MRI数据的同时，通过间歇地刺激处于检査之中 的受试者或要求受试者间歇地执行一项任务，便执行了fMRI研究。例如，可以用视觉图案来剌激受试者，或者要求受试者轻敲手指。图10示出了这种功 能性范例，其中刺激或任务按一定的间隔出现在100所示之处。特别参照图9
和10,在每一个刺激或任务100开始之前，使用上述脉冲序列，利用MRI系 统来执行基线采集，就像过程框102所示。这是完全采样采集过程，其中针对 每一个相位编码片，用IOO个不同的投影视图采集了 256 x 265像素图像。
然后，如过程框100所示，施加刺激或开始该任务，并且如104所示，采 集一组图像帧。更具体地讲，在过程框106处，迅速采集高度欠采样的图像帧， 其中针对每一个相位编码片，仅釆集10个投影视图。尽管个数很少，但是在 每一个片中，采集到的投影视图都是均匀分布的以便尽可能均匀地对k空间进 行采样。 一连串这种欠采样图像帧被尽可能迅速地采集，直到图10中110处 所示的BOLD信号响应被完成。在较佳实施方式中，这是5秒时间周期，就像 决定框112所确定的那样，并且在该时间周期内，随着BOLD信号110上升到 峰值且回落到基线值，在一连串20个时间间隔中采集了 20个图像帧。
这些采集到的图像帧的重要特征是每一个图像帧中的投影视图都是彼此 交错的。图11示出了这种交错，其中点线230表示在一个图像帧采集过程中 所采集到的投影视图的k空间采样，虚线232表示在下一个图像帧中所采集到 的投影视图，实线234表示在第三个图像帧中所采集到的投影视图。尽管采集 到的图像帧中的任何一个可以从k空间的中心向外到半径r处对k空间进行完 全采样，但是上述三组交错投影视图向外到更大的半径R处对k空间进行采样。 在每一个刺激/任务周期100之后采集到的20组交错投影视图对k空间进行完 全采样并到达甚至更大的半径。
采集适当-采样的基线图像102，其后施加刺激/任务100并采集图像帧104， 这一顺序被重复，直到该扫描完成了，就像决定框114所确定的那样。该扫描 继续到期望的那么长，如下文所讨论的那样，每一次重复期间所采集到的数据 被平均化以便增大最终的图像的SNR。在该扫描之后，重构fMRI图像，就像 过程框116所示的那样。
fMRI图像的重构过程使用了本发明以便改善从高度欠采样的一组k空间 投影视图中重构出的图像帧。特别参照图12，图像重构过程116中的第一步是 对采集到的基线图像中所有相应的相位编码投影视图求平均，就像过程框150所示。如上所述，在该扫描期间可以采集任何数目的这种基线图像，并且每一 个中相应的k空间样本都被平均化以提高稳定的基线大脑图像的SNR。
然后，进入一循环，其中针对每一个测量周期来重构图像帧。如过程框152
所示，首先，从图像帧投影视图中减去基线图像信号。这产生了稀疏的数据组，
其中BOLD信号是存在的，但静止的结构和组织被减去了。这是通过下列过程 实现的从每一个采集到的图像帧中的10个相位编码投影视图的每一个中， 减去基线图像的相应的相位编码投影视图中相应的k空间信号样本。然后，在 过程框154处，对每一个所得的图像帧沿其相位编码轴来执行快速傅立叶逆变 换(IFFT)以便产生五个分立的片，每一个片中有10个k空间投影视图。如过程 框156所示，针对这五个片的每一个，重构合成图像。如上所述，在测量周期 内，在每一个片204-208处所采集到的投影视图是彼此交错的，使得当它们被 组合成单个k空间数据组时，形成了高度采样的数据组。通过使用常规的图像 重构技术，产生了用于每一个片的合成图像。这可以是经组合的、经傅里叶变 换的合成图像投影视图的过滤背投过程，或者经组合的投影视图可以被重新定 格到笛卡尔栅格，其后是常规的2DFT图像重构过程。
仍然参照图12,在配有用于每一个图像帧片的高质量合成图像的情况下， 进入一循环，其中每一个图像帧中的片被重构，就像过程框158所示。下文将 参照图13来详细描述这种高度约束的背投过程，当如决定框160所确定的那 样在当前的测量周期内最后一个图像帧已被重构时，该系统回到决定框162处 以便利用下一个测量周期中所采集到的数据来重复图像帧重构过程。当所有采 集到的数据都已被处理时，在过程框164处，连续的测量周期的相应图像帧中 相应的像素值被平均化，以便产生单组更高质量的图像帧，这些图像帧描绘了 在施加刺激或开始一项任务之后一时间间隔期间受试者大脑中多个位置处的 BOLD信号的增大。
特别参照图13，使用针对一测量周期的相应的片合成图像，来重构该测量 周期的每一个图像帧中的二维片。第一步是如过程框170所示，通过傅里叶 变换，将图像帧k空间投影(在较佳实施方式中是IO个)变换到radon空间。 该结果是一组如图5所描绘的信号分布10。如过程框172所示，这些信号分布 中的每一个接下来被背投到VOI中，就像图5中的路径8所描绘的那样。如上文参照方程(2)所描述的那样，用合成图像对该背投过程进行加权。即，用
合成图像中同一像素的幅值(Cn)对任何像素(n)处归一化的背投值(P/Pe)进行加权。
如过程框174所示，背投信号值(Sn)接下来被添加到正被重构的图像帧。
然后，该系统回到决定框176以便背投下一个信号分布10，就像过程框178和 172所示那样。因此，所有高度约束的背投信号分布IO的信号值(SJ都被添加
到图像帧，同时由更高质量的合成图像中相应的像素值来决定加权。该合成图 像在质量方面更高，因为它是从更多的投影视图中重构出的，并且这导致伪像 更少。该合成图像的质量更高还因为，用于重构它的投影视图是在很长的时间 跨度内采集到的。通常，图像帧的SNR正比于其采集持续时间的平方根。本发 明的发现是，通过这种独特的高度约束的重构过程，便向图像帧传递了更高质 量的合成图像。
以这种方式利用相应的合成片图像，来重构当前的图像帧中的每一个片 204-208，直到所有的片都被重构，就像决定框180处所确定的那样。
较佳实施方式中的每一帧图像都是作为相位编码投影视图的三维k空间数 据组而被采集的。有许多其它方式利用该合成图像从这种三维数据组中重构出 帧图像。在2005年9月22日提交的题为"Highly Constrained Image Reconstruction Method"的共同待批的美国专利申请60/719,554中描述了许多 这种备选方法。
权利要求
1.一种用于产生位于核磁共振成像(MRI)系统的视场(FOV)中的受试者的大脑的图像的方法，所述方法包括如下步骤a)在受试者中产生大脑活动的一事件之后，在多个间隔的每一个间隔处，用MRI系统采集一组投影视图；b)用多个间隔期间所采集到的投影视图来产生合成图像，其中这些投影视图是彼此交错的；c)在每一个间隔处通过下列过程来重构图像帧c)i)将所述间隔处采集到的一组投影视图背投到FOV中，并且用合成图像中相应的像素的值对被背投到每一个图像像素中的值进行加权；和c)ii)对用于每一个图像像素的背投值进行求和。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)i)中按下式来计算每一 个图像像素背投值Sn:<formula>formula see original document page 2</formula>其中P二被背投的投影视图值； Cn二合成图像中相应的像素值； S。二沿背投路径第n个像素的值；以及 N二沿背投路径的像素的总数。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括d) 采集基线图像，该基线图像由在所述事件未产生大脑活动的时间周期内所 采集的投影视图构成；以及e) 在执行步骤b)和c)之前，从步骤a)中所采集到的相应的投影视图中减去基 线图像投影视图。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤C)包括在背投所述视图之 前，对每一个投影视图进行傅里叶变换。
5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤a)是在混合2D PR脉冲序列 的引导下执行的，并且每一组投影视图是由用于描绘受试者的相应多个片的多个投 影视图子集构成的。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤b)包括产生用于所述多个片中的每一个的合成图像。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤c)包括在每一个片处利用与该片相对应的合成图像来重构受试者的图像。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，重复步骤a)、 b)和c)，并且该方 法还包括d)在每一个间隔处，对重构出的图像帧求平均。
9. 一种用于产生位于核磁共振成像(MRI)系统的视场(FOV)中的受试者 的图像的方法，所述方法包括如下步骤a) 在产生大脑活动的一事件之后，在多个间隔处，用MRI系统采集关于受试 者的大脑的一组视图；b) 用步骤a)中在多个间隔处所采集到的投影视图来重构合成图像，其中用于 形成合成图像的所述投影视图是交错的；以及C)在每一个间隔处通过下列过程来重构图像帧c)i)从步骤a)中所述间隔期间所采集到的投影视图中，产生图像数据组；和c)ii)利用该图像数据组来产生受试者的大脑的图像帧，并且用合成图像中相应的像素值对每一个图像像素位置进行加权。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤a)包括在每一个间隔期间采 集多个相位编码投影视图，步骤b)包括重构用于每一个相位编码的合成图像，并 且这些合成图像被用在步骤c)中以便重构该受试者的所述图像帧。
11. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤C)ii)包括将图像数据组中 的投影视图背投到FOV中，并且用合成图像中相应的像素的值对被背投到每一个 图像像素中的值进行加权。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，图像数据组中的投影视图是用 合成图像的相应的投影视图来归一化的。
全文摘要
在fMRI研究期间对MR数据的采集过程使用了一种混合PR脉冲序列来采集投影视图，从中可重构出多片图像帧，这些图像帧描绘了对所施加的刺激或所执行的任务的BOLD响应。在每一个片处，利用来自所有采集到的图像帧的经组合的交错投影视图，来重构合成图像。通过使用高度约束的背投，这些合成图像被用于重构高度欠采样的图像帧。
文档编号G01R33/561GK101287996SQ200680034796
公开日2008年10月15日 申请日期2006年9月21日 优先权日2005年9月22日
发明者C·A·米斯特塔, W·F·布洛克 申请人:威斯康星校友研究基金会