通过组合来自多个图像采集的子集来扩展mri数据的分辨率的制作方法

专利名称：通过组合来自多个图像采集的子集来扩展mri数据的分辨率的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁共振成像。组合来自不同MRI数据采集获取的k-空间数据的互补 子集，并对所述组合进行傅里叶变换以产生空间图像。在各连续MRI采集中可重复采集来 自k-空间中心体积的k-空间数据子集。该中心k-空间子集与来自k-空间周边体积的数 据相组合，这些周边数据将会被较不频繁地进行采集，乃至仅采集一次。对所述组合进行傅 里叶变换产生多幅具有短暂采集时间的图像。
背景技术：
磁共振成像(NMR或MRI)依赖于，成像的组织体积中的核经受射频信号激励后的 置于稳态磁偏置场的弛豫特性。组织在定时梯度磁场下产生对应于位置的响应电磁辐射。 体积图像数据从响应信号中的幅度和相位信息中分解出来，所述响应信号经数字化和数学处理。MRI的一个目的是要采集根据成像组织中的位置进行分解的数据值，以便由于该 组织包含不同密度的可检测物质，因而可辨识组织结构。不同的弛豫时间或其它不同的化 学/物理特性可改变该响应MR信号强度和时域特性。内部的组织结构可根据该局部MR响 应在经处理的图像中看见。产生作为输出的图像对组织体积中间隔体积点处产生的电磁响 应数字处理后的结果，最终由图像中的点或体素来表示。在空间域中，体素数据包括一个三维矩阵，其中每个体素的至少一个感测或处理 值(诸如空间定位自旋回波或梯度回波响应的振幅)由在被投影至图形显示器上一像素位 置的体素位置处的亮度、色调和饱和中的一个或多个来表示。该数据可表示为平面切片或 表示为三维体积的二维投影，其中诸如灰度、色调、色饱和度/不透明度等图像(视觉)指 标，随着在对应体素位置处检测到的信号的大小而变化。在采集连续图像时，所述图像可显 示随时间推移而产生的某些变化。例如，这可用于显示通过脉管通道的显影剂的进程。就 静态图象而言，显示器可安排成改变静态数据的表示方式，包括例如，通过连续切片推进二 维显示、改变放大倍率、旋转图像以从不同视角观察该体积。当感测及数字化该磁共振数据时，该信息处于时域而不是空间域中。所描述的成 像要求将时域信息转换成元素的空间分解浓度，该元素具有以不同共振频率共振的原子。 该信息需要被分解到图像中体素的空间分辨率。傅里叶变换被用于将时间信息从所谓的 k-空间、通过频率和相位变换至对应于空间的局部振幅。“K-空间”是一个三维的数据值矩阵，通过对成像组织的MR响应进行采样和数字 化来采集。而图像空间中的体素数据值由应用于k-空间数据集的傅里叶变换获得。成像期间应用于组织的激励RF信号在组织内部的局部区域处产生的响应依赖于 组织的组成、激励频率和定时。一种组织类型的响应特性或两个或多个响应特性可被采集 及映射，或彼此一起用于区分组织类型。因而，共振及共振频率偏离响应、自旋回波及相位 弛豫(Tl和T2)属性、水和脂肪的Larmor频率响应、以及类似响应，单独或组合地用于产生组织组成元素及结构的体积图像，帮助诊断和治疗。例如，水浓度对脂肪浓度的比值区分出一些组织类型。MRI亦可区分出环境影响组 织，诸如那些影响血液渗透的组织，例如浮肿或缺血。浓度可由于血红蛋白中诸如铁核之类 的磁性混合物的存在或浓度而不同，所述血红蛋白使得可以看见脉管系统。组织间的区分 可通过用诸如钆混合物之类的显影剂渗透组织来增强。一些显影剂存在于诸如肿块和病变 之类的具体组织结构，以及随时间推移的显影剂在不同组织中的摄入率和/或冲失率，提 供了在组织类型和/或影响组织的环境间进行区分的方法。原子核具有在遭受偏置磁场时可变得对齐的磁矩。对具体元素或同位素应用共振 频率(Larmor频率)的射频脉冲激励信号，将重新取向对应于该共振频率的核的磁矩。该 激励相对于他们的偏置对准且在通过变化磁场强度可选择的局部区域中倾斜该核，原子同 相旋进(自旋)。在激励之后经过一小段时间(例如，几十毫秒)，自旋的相位相干性消散。 经过较长的一段时间(例如，大约一秒)，该核返回至他们的初始偏置磁矩对齐。与损失相 位相干性及磁矩对齐相关联的时间对不同类型的组织及其环境来说是明显的。需要花费时 间来建立梯度场条件以及执行激励和感测步骤序列，以便在具体组织位置处获得MR响应。 对体积成像要求执行许多这样的序列。核磁共振成像的一种突出用途是诊断乳房组织中的病变及肿块。对于乳房成像来 说，MRI数据有利地被采集及处理，以最小化脂肪组织的显示，这些脂肪组织的显示可能使 病变的可视化变得模糊。用显影剂渗透进一步改善了对比度，亦使得根据显影剂的不同渗 滤率在组织之间描绘出区别。采用不同激励脉冲序列来研发数据，可获得各种结果，其中每个体素的编码值表 示具体元素的局部浓度和响应。该区分参数可以是处于共振频率的空间定位RF发射的振 幅和相位、回波响应定时、以及其它允许一种元素区别于另一种元素和/或允许评定在不 同位置处元素的相对信号强度的方面，而同时改变梯度场以移动数据值在各序列期间沿其 采集的线。如上面所提到的，感测及数字化时的磁共振数据提供了在离散采样时间点的振幅 采样。各回波的一维傅里叶逆变换产生沿读取轴的自旋的分布投影。沿相位编码轴的第二 傅里叶逆变换提供空间编码的第二维。总采样时间由每读取梯度的采样点数目以及相位-编码梯度步骤的数目来确定。 在一种视场对应于X-Y平面中穿过病人组织的切片的方法中，病人的相对位置可沿正交于 该切片平面的Z方向递进，借此成像下一平行切片。切片中的X-Y像素，和连续切片的像 素被共同理解为体积图像，其中体素分辨率是切片之内的分辨率以及切片之间的递进的距离。另一种MRI成像的方法采用螺旋三维采集，其中励磁响应包围多个平面。面内 (X-Y)的数据通过沿螺旋形轨迹前进而获取。穿过平面(Z)的数据用相位-编码来采集。 可改变各个线和平面的对齐，但为了对组织体积成像，有必要应用梯度和激励，以及数字化 时域响应，从而足以包围三维的组织体积。这产生了数据值的三维k-空间矩阵。通过傅里 叶变换进行处理建立了显示为体素亮度或灰度的数据的空间域矩阵。
发明内容
在某一时间变化图像的研究中，诸如研究包括用显影剂渗透的过程期间的乳房组 织，需要获取多组体积图像。每组图像类似于电影中的停帧。从一组图像变成下一组图像， 显示了当显影剂由组织吸收并随之逐渐消失时的差异组织类型以及时间变化。有利的是，在近距离时间点处提供许多这样的停帧，以便可基于时间描绘出细微 区别。然而，采集及处理完整的体积图像所需要的时间限制了呈现停帧之间的时间上的最 小时间间隔。本公开的一个目的是低于该时限。提供用于时间_变化图像研究(诸如显影 剂渗透)的图像进度，其中通过采集初始完全填充k_空间数据矩阵(其可进行傅里叶变 换以产生空间图象)，接着通过仅填充该k_空间数据矩阵的一部分以及再利用未被更新的 k"空间矩阵值子集的上述值来产生一个或多个更新的k_空间数据矩阵(其中每个可产生 另一组空间图像)，来采集完整数据集。该技术的一个方面是识别出，虽然该k_空间矩阵是时域而非空间域上的数据格 式，对于更为接近于k_空间矩阵中心的矩阵点，相比于和中心间隔的占据k_空间三维矩阵 的周边附近的位置的点，该三维k_空间矩阵中包含的信息是不同的。该中心附近的k_空间 矩阵位置主要涉及对比度。外围的k_空间位置主要涉及空间分辨率。在诸如显影剂渗透 研究之类的应用中，组织结构不会移动，但随着显影剂的局部浓度的变化，MR响应会变化。 因此有利地，重复填充该k-空间的中心体积，以通过对k-空间版本进行傅里叶变换来产生 新图像，其中k-空间矩阵的中心“体积”处的值被重新更新，周边体积处的值被重新使用一 次或多次，而不必被更新。在加显影剂的检查中，获取多个3D数据集以形成一系列沿连续时间点的体积图 像，以便随着显影剂由组织吸收并随之逐渐褪时，显示显影剂的局部浓度的差异。组织征示 为它们的动态(时间变化)对比度增强过程。根据本公开的一个方面，该k_空间矩阵整体上被认为是具有两部分中心部分和 周边部分。该中心部分被定义为接近k_空间矩阵的原点或中心点的k_空间数据位置。周 边部分被定义为远离原点的k_空间数据。可在中心及周边部分或多或少严格地设置分界 线，例如在原点与外围中间的中点处；或者在一促成快速帧速率的点处，例如，在原点与外 围之间的跨距的25%处；或者在稍慢一些但较不易受运动影响的点处，例如，在原点至外 围的跨距的75%处。MR成像的一个方面是经过傅里叶变换的三维k_空间数据矩阵的中心部分向该 体积图像贡献低空间分辨率信息，尤其是对比度。变换时，该k_空间数据矩阵的周边部分 向该体积图像贡献高空间分辨率信息，即空间图像细节。该三维k_空间矩阵的中心部分与 周边部分之间的分界可以不同方式形成。立方体的k_空间矩阵的中心部分可以是较小的 立方体、半球、多边形固体等。可定义严格的边界表面，或不规则表面。前述讨论涉及更新k_空间中的中心体积以及保持要重用的周边k_空间数据，即， 在k_空间的中心部分与周边部分之间进行三维区分。亦可使用二维平面或一维线性分割。 三维区分是通常的目标，而二维或一维分割可用作3D分割的特定情形。例如，根据该具有 创造性的技术的一维分割可设计成包括选择沿切片相位编码方向kz的中心带，而在kx-ky 平面具有完整的k-空间数据。根据该技术，螺旋成像亦可设计成具有2D分割中心部分定 义为kx-ky平面的径向内侧部分，而沿切片相位编码方向kz具有完整的k-空间数据覆盖。
在连续时间点或停帧处获取数据作为k_空间数据子集。一时间点处的两个互补 k"空间数据子集可包括k_空间的中心部分的数据子集以及k_空间的周边部分的数据子 集。根据一种技术，该中心部分子集用新获取的k_空间数据来填充，以填满每个时间点的 k"空间的定义中心部分。该周边部分子集的k_空间值可从早期采集中重用一次或多次。 例如，该周边部分子集可获取一次，并通过多个时间点的完整过程重用，在该多个时间点期 间，中心部分子集在每个时间点进行更新。根据一种替代实施方式，对于每个新时间点期间 不同矩阵位置来说，k-空间的周边部分子集可部分地填满，以便经过多个时间点更新整个 周边部分。这可在每个时间点更新整个中心部分时进行。
同样地根据一种实施方式，该k_空间矩阵的周边部分可进一步划分为子分割，例 如预定厚度的逐渐变大的带，根据程序更新，其中在对比度研究中，较为中心的部分以一频 率(优选较高频率)更新，并且较为周边的部分以作为其各自离原点的距离的函数的逐渐 降低的频率进行更新。在不同时间点获取的周边子集全部都“合成”为k_空间数据的完整 周边部分，在傅里叶变换期间与k_空间的互补中心部分一起使用，从而以最高的更新频率 产生中心部分的每个更新的空间图像。在MRI成像期间采集的数字化数据保存在具有存储器寻址方案的数据存储器中， 该方案组织数字化数据来表示该k_空间矩阵值。在扫描序列之后，所采集的数据通过傅里 叶变换进行处理(傅里叶变换是对频率及相位坐标系下磁矩自旋密度分布进行解码所必 需的)，从而产生表示磁矩自旋密度分布的图像数据。经过连续的数据采集周期，该磁矩自 旋密度分布被采集及变换成在不同时间点的空间分布体素数据点。该公开的技术的重要应用是诊疗乳癌。通过基于组织类型的组成元素或分子来区 分组织类型，例如将脂肪浓度与水浓度进行区分，可描绘出区别以看见诸如血管及脉管系 统之类的内部乳房组织结构。在体积投影中将脂肪组织展示成透明的并提高水浓度，往往 在图像中高亮显示对于病变外观的对比度，帮助专业人员将囊肿与肿块等等区分开来。用 显影剂渗透组织改善了相关组织类型及组织结构可被区分的程度。显影剂假定在不同组 织中存在不同浓度，并且可随时间推移以不同速率渗透。可注入具有明显核磁特征的显影 齐U。在渗透期间及渗透之后，不同组织类型中显影剂的不同浓度往往描绘出这样的组织的 轮廓。通过随时间推移获取连续的图像，可比较在分立组织中显影剂的渗滤速率。全MRI图像典型地需要大约三分钟完全填充k_空间的通过满扫描来进行，以及通过 傅里叶变换产生一完整图像至合理的体素分辨率。以此速率，在渗透研究中可能仅有几个完整 图像可用于在显影剂的效果逐渐消褪之前进行有意义的比较。本发明的一个方面是，关联不同 图像获取的关联子集，这些不同图像的获取在时间上是分离的，和/或实质上从k_空间矩阵中 的中心对周边地带中获取。重用周边k_空间数据和/或比互补中心k_空间数据较不频繁地 更新周边数据，使能监控随着逐渐增加的时间采样在对比度上的时间变化，这些时间采样在采 样时间之内提供了有效的对比信息，该采样时间比采集完整图像所必需的采样时间短。在所采集的图像数量和图像的体素分辨率之间取得折衷是MR I渗滤研究中通常 必需的。然而，该公开的技术提供了一种方法，用于以更快速率或以更大量的时间采样获取 对比度信息，和以更慢的速率或序列期间仅一次获取的分辨率信息一起使用。该方法使用 为k_空间矩阵的周边部分而采集的保持有效的分辨率信息，假设该组织样品保持固定。该 方法显示对比度以及显影剂的变化浓度，该显影剂优选以有利地短采样时间作用于相关组织结构。在一种实施方式中，提供了一种用于改善MRI的有效时间分辨率的方法。在一段 时间之内，采集多个MRI图像数据集。每个数据集由RF激励脉冲产生，紧接着在一段时间之 后感测响应，用于填充k-空间中的值。该多个所采集的数据集分离成数据子集，包括早期 及后来的数据采集序列以及包括k-空间数据矩阵的中心及周边部分的值的互补子集。该 互补子集经傅里叶变换以提供空间域中的体积图像数据。至少一个数据采集序列贡献与k_空间原点相间隔的k_空间数据值，提供了空间 分辨率信息。这可以是该序列中的第一个或根据某一程序重复。优选对于要产生的每个新 空间图像或者至少以较高频率程序中，互补k_空间数据值在相同或另外的数据采集序列 期间获取。该互补值在k_空间的原点处以及原点附近，提供对比度信息。较频繁获取的对 比度信息和较不频繁获取(或者仅一次)的分辨率是填满该k_空间数据矩阵的互补部分。 二者经傅里叶变换，从而产生具有时间_间隔对比度信息的图像，但至少部分地共享空间 分辨率信息。在一种示例性实施方式中，磁共振成像系统包括一偏置场磁铁和一梯度场磁铁阵 列；一可控射频脉冲源；一射频接收机，包括数字转换器；一控制系统，可操作地经该偏置 场磁铁和该梯度场磁铁施加磁场并经由该射频脉冲源触发应用脉冲序列。包括一个或多个 处理器，耦合至接收数字化数据值的射频接收机。该处理器配置成采集对应于图像的多个数据集。一组周边k_空间值采集至少一 次，中心k_空间值反复采集。中心及周边值的组合合计为完全k_空间数据值总数。通过 用所采集的中心值作为该完全k_空间数据集的中心部分的新对比信息，并接着转换包括 替代对比数据的完全k_空间数据，与如果反复采集完全k_空间数据集则可能的图像数目 相比，产生另外的图像-空间呈现(体素数据集)。


在附图中示出了本主题的某些说明性实施方式；然而，应理解的是，本发明不局 限于公开作为实施例的实施方式，而可以是与所附权利要求中定义的主题的范围一致的变 体。在附图中图1是示例性核磁共振成像系统的示意图，该系统配置成用于乳房成像并包括说 明基本功能元件的方框图；图2是等同k_空间及图像空间中的图像数据的示意性图示，并图示了中心及周边 k_空间之间的立方体区别的实施例；图3是图示通过关联全图像扫描的子集来创建图像数据集的方面的方框图，在这 种情况下，示范说明了一个序列中后获取的数据与在下一序列中早期获取的数据的关联。图4是对应于图3的方框图，但在关联上使用了不同的子集；以及图5是示出了应用图2和3的子集概念至k-空间螺旋形轨迹MRI序列的特例的 示意图。
具体实施例方式图1 一般性地示出了磁共振(NMR或MRI)成像系统的元件。在一种实施方式中，该成像系统可以是以特定频率用旋转共振频率偏离激励操作的乳房成像系统，所述频率被 选择以区分水基组织同时限制基于脂肪的组织的响应。该系统配置成采集在激励和感测操 作的序列中的磁共振信息，该信息在调节梯度磁场的同时出现。执行序列，包括激励和相位 编码RF脉冲。在每次激励的延迟后是感测间隔期间，在感测间隔期间来自成像组织的响应 信号被接收、数字化，并且结果保存在数据存储器中，在其中组织数字化的值以填充通常称 为k_空间的矩阵。随着该序列执行，采集越来越多的图像数据，直到已采集表征完全组织 体积响应的数据。此时，图像数据处理器实现经过傅里叶变换的所采集数据的转换，其中被 接收且数字化的数据转换成一空间图，该图表示磁共振响应的局部幅值与组织体积中的位 置之间的比对。该幅值投影为体积中的体素值或投影到显示器上的像素值。在一段时间之内采集一个或多个激励序列的数据，在此期间重复紧跟有感测/数 字化操作的RF激励脉冲。本公开的一个方面是在一段时间内采集数据，以在离散时间点处 产生一系列停帧图像。然而亦有一个方面是每个停帧不要求完整的图像采集序列。随后采 集到的数据，具体地表示对比信息，与数据的补集一起进行处理，该补集数据表示分辨率但 在不同时间从激励和感测/数字化序列中至少部分地重用。随后采集的数据和重用的数据 是k-空间中数字化数据的互补部分。k-空间数据的一种属性是更接近k_空间原点的值相对更相关于对比度。与k_空 间原点径向间隔的值相对更相关于分辨率。本技术的一个方面是当在一段时间之内采集数 据的同时，与对比度相关的k_空间数据集部分被重复采集，并与至少一个k_空间数据集的 与分辨率相关的那些部分相关联。本发明允许在重用分辨率信息的同时用来自稍后时间的 对比度信息替代稍前时间的对比度信息。根据一种替代实施方式，k_空间的中心部分被反复更新并用新信息覆写。在每次 这样更新k_空间的中心部分之后，所有k_空间的全部内容经傅里叶变换以产生体素数据 集。至少一次，并且趋向于以比k_空间的中心部分的更新较不频繁的局部更新的重复率或 进度，写入k_空间的周边部分。该k_空间的中心及周边部分彼此是互补的，并为k_空间 的中心部分的每次更新反复产生体素数据集，即使该k_空间的互补部分在不同时间更新。该技术提供在体素数据图像中的更新的对比度信息，并且要求比完整的图像采集 过程更少的时间。假设组织是静止的，从k_空间的两个(或多个)互补部分的傅里叶变换 中获取的合成图像保持分辨率及细节，并且对比度信息以一种有利短周期时间来更新。该 公开的技术倾向用于具有时间-变化对比度方面的诊断过程，但其中组织本身是静止的， 诸如如下程序，在该程序中组织用显影剂渗透，并接着在显影剂在不同组织中以不同速率 渗滤时被重复成像以评定显影剂的变化亮度。本发明的各方面亦可适用于其它应用、其它 组织类型及其它脉冲序列。如图1所示的成像系统包括一组电磁体，其包括偏置线圈102，沿关于病人(未示 出)的纵向建立静态磁偏场，B0。在乳房成像中，病人俯卧在支撑桌120上，乳房靠着及可选 地固定在一个或多个定位夹具(未示出)中。桌120可沿相对于偏置线圈102的轴向平移 以移动该病人进入及通过线圈102的内腔，从而对乳房及在前的躯干成像。在一种应用中， 该成像可根据在X-Y平面中的螺旋RODEO序列并通过Z-轴(其中Z-轴对应于病人从头到 脚的方向)上的相位编码来传导,如同MA的NorthAndover的Aurora Imaging Technology 公司提供。
所示出的偏置线圈102的静态磁场沿相对于病人的纵向从头到脚方向(这可被认 为是Z-方向)对齐。设置另外的磁性线圈108、104，以分别沿正交的X-及Y-方向施加可 变磁场梯度。同样，相位-编码线圈106提供了平行于该偏置线圈102的方向的取向，以应 用激励脉冲。一读取天线耦合至接收机122，用于感测和放大信号、时间采样及数字化、以及 保存的信号。采样数据安排在存储器中，该存储器可根据k-空间坐标系来组织。当采样及 数字化完成时，傅里叶变换将时域采样数据转换成空间域体素数据。该偏置线圈场使病人组织中的原子与参考自旋方向对齐。改变由梯度线圈所产生 的场，以便在病人组织中选择要成像的局部区域。该梯度场趋向于按照周期方式变化，以便 对组织中的相续的线或平面接续编码及选择。原子的自旋轴从由偏置场确定的参考方向移 位。应用RF激励脉冲。以对给定元素共振的预定Larmor频率的激励对该元素的原子中的 相位相干磁自旋编码。该原子暂时同相进动，最终变得相位不相干以及最终返回至由偏置 场确定的参考方向。时域采样数据被采集、数字化及保存在k-空间存储器中。在完成通过 组织体积的一个或多个序列之后，处理器114对k-空间存储器115的内容进行傅里叶变 换，从而产生保存在体素存储器116的存储器位置处的体素数据值，切片或投影显示可从 中产生并呈现在显示器装置118上。在RF激励脉冲之后，正在成像的局部区域中的原子的磁自旋是同相的，直到他们 经过“t2”弛豫时间变成相位不相干。当进动原子返回至由偏置场确定的参考自旋取向时， 该自旋经过“tl”弛豫时间逐渐消失。该tl和t2时间是以RF激励的频率所激励的元素所 专用的，弛豫时间可提供一种对不同的元素浓度进行区分的方式。为了利用接连的激励脉冲和回波感测以及编码步骤来完成对组织的区域或体积 的激励及感测，必需设置预定的梯度场强度、应用RF激励脉冲、以及按照坐标方式从点到 点移动地编码所得到的信号。控制器112耦合以被来自计算机处理器114的信号驱动，并 接着触发梯度及激励驱动装置110的操作。该驱动装置110亦可以是稳定阶段电流源，以 驱动该偏置线圈102。在这种实施方式中，偏置和梯度驱动装置110应用定时脉冲时序，配合对X-Y-Z梯 度线圈108、104、106中的电流的改变。在应用激励及梯度脉冲时，计算机处理器114经由 接收机122获取病人组织的回波响应。在已执行脉冲序列足以获取完整的数据集之后，处理器从k_空间时域数据阵列 中计算对应的空间域图像数据阵列。所述结果根据实际空间中的物理位置坐标保存为数字 幅值，即，根据由成像组织所占据的空间中的X、Y和Z点的阵列。该图像数据可保存在体素数据存储器116中。利用体积图像数据处理，可选择穿 过该成像体积的任意切片进行显示。该数据可处理来获得该三维体积的二维投影，例如包 括将一些所探测的组织类型显示为透明，以便显示其它组织类型。该投影可旋转、放大等 等。为进行乳房成像，具有脂肪浓度的组织可显示为透明，以更好地看见血管及具有水浓度 的潜在病变。该数据可利用图像处理软件来处理及增强，例如调整对比度。该图像数据可通过 与经受阈值检测的相同体积的其它图像相加或相减或布尔函数等等来组合。该最终图像优 选可显示在显示装置118上，使内科医师或临床医生能够看见内部组织。本发明的一个方面是代替接续采集完整的k_空间数据集，数据集的对比部分被接续采集，而一个或多个数据集中的分辨率数据通过根据不同进度更新k_空间存储器的 对应部分来重用。在一种实施方式中，在采集到k_空间中的完整数据集并通过傅里叶变 换产生图像之后，利用一个或多个进一步的图像采集步骤产生更新的图像，所述采集步骤 更新k_空间中的数据集的仅仅一部分，也就是对应于邻近k_空间原点的地带或体积(即 k_空间值的三维矩阵的中心部分)的对比度信息。对比度信息至少比分辨率信息更频繁地 进行采集。根据一种实施方式，该分辨率信息(k_空间的周边部分)仅采集一次。对比度 信息(k_空间的中心部分)在几个重复序列上进行采集。利用保存在k_空间存储器中的 互补的新对比度信息和被重用的分辨率信息，可产生傅里叶变换和新的体素数据图像以用 于每次更新该对比度信息。不进行无限制的重用，在k_空间的周边部分的分辨率信息可以比中心部分的对 比度信息以较不频繁的进度进行更新。例如，经过给定数目的序列(例如十个序列，在此序 列期间采集对比度信息)，仅分辨率值的对应比例(即，在该实施例中是十分之一)可被更 新。显示对比度的k_空间的更频繁采集的内部部分中的每一部分可用来组成一组图像进 行显示，其中k_空间的较不频繁采集的外部部分的局部被更新的部分的综合合成物与内 部部分合用。共同地，该部分提供一完全填充的k_空间矩阵，尽管矩阵的各部分是在不同 时间采集。在傅里叶变换之后，获取该图像数据集的完整分辨率(即，最精细分辨率的像素 的完全数据)，但对比度数据的采样时间分辨率，比起如果重新采集完整的数据集进行傅里 叶变换及接连显示所必需的，将会更短。处理器114可将各种图像处理步骤应用于保存在体素数据存储器116中的体素数 据上。在没有限制的情况下，这样的步骤可包括通过边缘检测、阈水平辨别、应用图形增强 掩膜、图像分析变换等等来增强对比度。处理器114配置成在一个或多个处理步骤之前或 之后采集相同体积的多幅图像。这些图像彼此应用，从而使得重合的体素被增加或减去或 服从于阈值以及布尔运算，以提供用于产生对比度的不同技术。图1和2中图示的NMR成像装置可配置成使用螺旋“R0DE0”。简称“R0DE0”表示 “激励共振频率偏离的旋转序列”。在一种螺旋RODEO三维成像过程中，梯度场调制安排成获 取k-空间时域数据，而同时沿kx-ky平面中的螺旋前进并沿kz轴进行相位编码。该RF脉 冲可安排成激励水合质子(water proton)以产生抑制脂肪的图像。所述具体脉冲序列产 生快速的Tl-加权图像，当为k-空间采集数据时按螺旋行进。一个优点是好的偏置场(BO) 均一性在螺旋扫描期间在整个成像视场被保持。要求严谨的技术指标用于电场及涡流补偿 性能上。在图2中，病人的体积图像显示在图像空间中。MRI控制器顺序通过采集的梯度、 激励及相位编码步骤，延迟、感测、数字化及存储k-空间中响应时间采样值。亦参考图1， 响应及时由接收机122采样并数字化，结果保存在k-空间存储器115中，其中子集300表 示对比度信息。该存储器115的内容经傅里叶变换以将图像呈现在显示器118上。在图2 中，k-空间115的中心子集300表示对比度信息，k-空间115的互补剩余部分是包含分辨 率信息的周边部分。根据讨论，可以根据一侧上该维一半之外的比例(k-空间体积的八分 之一)进行分割，如实施例所示，并且该分割可以根据除了立方体之外的几何结构，例如根 据另一形状的球状。同样地，该区分中心及周边部分的表面可以是不规则的，并且可提供不 止两个地带，所述两个地带分别相对较靠中心或较靠周边，且按照不同的程序更新。
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至少最中心的部分(在实施例中为300)用来自后续序列或每个连续序列的新数 据来覆写。与中心部分互补的、k-空间中存储器115的周边剩余内容被重用，其仅获取一 次或比中心部分较不频繁地更新。利用子集300中的新对比度数据以及重用来自周边部分 的分辨率数据，获取新图像。图3和4示范说明了一些示例性的替代方案，用于组合k_空间数据的子集，顺序 采集，以从组合k_空间数据的中心及周边部分中产生多幅图像，所述中心及周边部分在不 同时间采集。在用最近采集的子集的值替换k_空间中之前数据值之后，通过k_空间数据 集的傅里叶变换完成上述过程。通过从关联子集中的不同集合中产生傅里叶变换和分立图 像，亦可以这种方式来提供更多的图像。在一种概括性显示在图2和5中的实施方式中，执行的脉冲序列设计(即，激励 及梯度脉冲的计划定时和序列)，包括限速螺旋形轨迹梯度波形，其反复地应用来采集螺旋 “激发(shots)”中每个点的k-空间上的值。从一个螺旋形轨迹到下一个螺旋形轨迹，螺 旋图形的起始角度或旋转原点或中心被改变，以便连续的螺旋渐进地填满成像体积中的各 点。图5中示出一种实施例，其中相对旋转螺旋激发Ia和lb，从而使得随着平行于Z轴的 相位-编码组织段被激励且他们的MR响应被接收及数字化，X-Y平面中的点的位置不重叠。 连续螺旋激发期间所采集的数据填充k-空间。该多激发内插扫描轨迹可通过旋转矩阵乘数来实施，该矩阵乘数被应用于脉冲序 列编程中的梯度。多激发螺旋成像要求多次扫描，并且如果用于采集全像数据集，则可要求 比单激发螺旋更长的总扫描时间。然而，一个或多个螺旋激发可被采集用来及时更新图像。根据一种设置，该脉冲序列包括一 RODEO RF脉冲(下面进一步描述)，后面跟着 中心偏移的梯度，以沿kx和ky轴移动当前感测位置；以及一相位编码梯度，其沿Z-轴前 进。在螺旋末尾，读出-重绕的梯度脉冲被应用于所有三个轴，以复位核自旋。扰流梯度脉 冲可沿Z-轴施加。该扰流梯度脉冲寻求去同步及随机化任意剩余核自旋。根据一种实施方式，该序列使用RODEO RF脉冲，该脉冲包括两个背靠背的、以在脂 肪组织中的原子的共振频率为中心频率的余弦形状的脉冲。第一个余弦形状脉冲(从0延 伸到2 π弧度)以脂肪共振频率为中心。该RF脉冲被紧跟着具有与第一脉冲相同的周期、 振幅和频率，但具有180°相移的类似的余弦形状脉冲。这两个余弦形状、相位相反的脉冲 的组合导致共振自旋的相互抵消，并从而抑制了所采集数据图像中的脂肪响应信号。同时， 这两个脉冲对共振频率偏离自旋的作用是添加的。水是共振频率偏离的，其中余弦形状与 脂肪信号共振的脉冲被制作为被抑制。结果，RODEO脉冲序列抑制了所采集数据图像的脂 肪共振部分的图像，改善了非脂肪共振部分的对比度图像，包括水分及具相对低的脂肪浓 度的组织，诸如血管。来自螺旋k_数据的图像重构利用不均勻的快速傅里叶变换(FFT)算法来实施。该 方法利用最小二乘法产生给定螺旋轨迹的2D网格核心矩阵。具体地，该重构过程包括下列 步骤 沿ζ轴在所获取数据上应用ID FFT ； 产生对应于该螺旋形轨迹的核心矩阵； 通过用核心矩阵对螺旋k_数据卷积来使k_数据网格化； 在网格化的k-数据上执行过滤及2D FFT ；
以及重新调节及格式化图像。一维FFT沿切片方向应用于二维k_空间的每个点。该处理在重建参数需要时允
许填零。上述螺旋RODEO成像技术适于诊断渗滤研究。渗滤研究的目的是要提供一时间绘 图，其中，由于显影剂的渗透及渗滤而导致的对比度的建立及逐渐消褪过程随时间推移被 记录，并且在显影剂的消褪过程中的差异往往将病变或肿块与诸如囊肿之类的其它组织区 分开来。在这样的程序中，初步基准图像在向病人施加显影剂之前采集。一旦采集到该基 准图像，则病人被给定预定数量的显影剂。由于基于钆的显影剂具有顺磁成分，倾向于聚于 病变中从而在采集图像中增强病变的对比度，因此一般使用这种显影剂。在病人接收显影剂之后，采集一个或多个全分辨率图像，以用图像数据完全地填 充k-空间。接着开始后续的成像序列，用于如图5所示更新及覆写k-空间数据集的中心 部分。这些后续的序列随着显影剂在病人身体中渗滤要花费的时间来分布，并且可接续形 成。每当完成序列以更新k-空间的中心部分时，包括已更新的中心部分以及周边部分的已 有数据在内的完整的k-空间数据集，可用于进行傅里叶变换以产生体素图像空间中的数 据集。只要在k-空间的中心部分能够以比用新数据填充所有k-空间所花费的时间更少的 时间来覆写，该技术就比其他可能情况更频繁地以及更大数目地将变化的对比信息提供给 图像。在一段时间之内，采集多个MRI图像数据集。该所采集的数据集分离成数据子集， 包括早期及后来的数据采集序列以及包括k-空间数据矩阵的中心及周边部分处的值的互 补子集。该互补子集经傅里叶变换以提供空间域中的体积图像数据。可使用某一程序并根据某一安排，其中k_空间的中心及周边部分都被覆写，但以 不同频率覆写。优选地，来自k_空间的中心部分的对比度信息最频繁地被更新。k_空间的 相对多的周边部分中的一个或多个较不频繁地被更新，或从不更新。至少一个数据采集序列贡献于k_空间原点相间隔的k_空间数据值，提供了空间 分辨率信息。根据某一程序，这可以是该序列中的第一个或重复过程的一部分。如果该傅 里叶变换是在全部完成序列之后实现的，亦可与来自早期序列的中心k-空间子集一起，使 用来自稍后序列(而不是早期序列)中的周边k-空间的分辨率信息，S卩，在图像激发的连 续过程中的任意时候采集周边k-空间子集。该处理器配置成采集多个对应于图像的数据 集，其中至少一个包含周边k-空间值的至少一个集合，并且其中，中心k-空间值的补集被 重复采集。体素图像通过这些补集的傅里叶变换的组合获得。举一个简化的例子，如果显影剂十分钟之内在病人身体中完全渗滤，并且完全的 多激发螺旋RODEO成像序列花费五分钟以达到期望的分辨率，则两个完全成像序列中的最 大值可在分配时间内进行，导致产生两幅图像或两个值用于任意具体空间体素位置。然而 根据本发明，在采集全像数据集之后，可用中心k-空间值的子集反复更新该数据集。为进 行每次更新，新图像和新数值是可能的。如果，例如，一有限中心k-空间子集可在一分钟内 采集，接着五幅被更新的图像可通过连续仅更新中心k-空间数据子集以及傅里叶变换该 完全k-空间数据集来产生，以产生新图像。该具有创造性的技术包括在k_空间存储器中覆写、替换或类似地关联；在k-空 间中构成预变换图像的所采集数据值的子集的采集值；一个或多个其它互补且与覆写现存于k_空间存储器中的已存储的值的不同子集的子集。接着，傅里叶变换将所有所存储的 k_空间值从MR响应转换成作为空间位置的函数的体素值(例如，亮度)。这提供了一幅组 合或混合图像，该图像部分地由点的子集的值构成，以及部分地由已存储在k_空间中、未 被覆写的值构成。参照图3，在一种实施方式中，用来覆写现有值的值是在比现有值稍后的时间采集 的值，并且因而该傅里叶变换产生一新的及部分更新的完整图像。在图3的实施例中，每幅 图像通过采集时间再分，在该实施例中为对半分。因而，每幅图像Dn包含两个子集Dna和 Dnb，其分别在k-空间存储器中填满MR值坐标系位置的一半。四幅图像Dl至D4通过将每 对图像子集关联在一起产生。然而，亦可采用不同图像的子集替换以提供另外的全像。如 果该图像子集如图3所示时间上是连贯的，那么除了图像Dl至D4之外，通过将早期数据采 集序列(Dnb)的后面部分与下一稍后序列(Dn+la)的早期部分相关联，还可能有三幅另外的 图像D5至D7。在该实施例中两个子集的每个关联采集包括所有k-空间的值的全集，并因 而可通过傅里叶变换产生体素图像。无论是否在包含对比度信息的中心k-空间子集与包 含分辨率信息的周边k-空间子集之间也存在分割，都可以使用该技术。关联k-空间值的早期采集及后期采集的互补子集的技术在渗滤研究中是有用 的，其中随着显影剂在固定组织中渗滤，由渗透的显影剂产生的对比度随时间推移而消散。 在图3中，在使用两个子集的情况下，采集包含子集Dla和Dlb的全图像Dl是有利的，其 中一个Dla是k-空间的周边部分(分辨率信息)，另一个Dlb是k-空间的中心内在部分 300 (对比度信息)，如图2及5所示。然后，后续的图像Dn通过重复仅替代k_空间的中心 部分，Dnb,以及为每个替换提供新的傅里叶变换而产生。该技术适用于其它子集，诸如在k-空间中提供重复递增旋转的螺旋激发，其中预 定编号‘m’将填满k-空间存储器，以及重复产生傅里叶变换以从所采集的1至‘m’之间编 号的激发的子集中产生图像。图4示出了一种实施方式，其中三个激发产生一幅图像。在 从产生子集Dla、Dlb、Dlc的激发中采集全图像Dl之后，移动替换可产生连续的图像，这些 图像关于k-空间中的一个、两个乃至三个(全部)子集进行更新，提供图像Dl至D4。作 为另一种替代方案，一个或多个子集D3a、D3b可通过用子集D4c、D5c等覆写子集D3c来重 用。虽然在这些实施例中，新子集顺序地采集，但是亦可按不同顺序组合子集。图5图示了特定实施方式，其中k_空间数据通过在k_空间中使用螺旋扫描激发 来填充，各螺旋相对于前一螺旋进行旋转，以便填满该螺旋弧与下一螺旋弧之间的区域。假 设k-空间中所有必需的数据点利用一个或多个序列(例如，#_1&和#_让)中的多个扫描 激发来填满，采样及数字化时的数据填满三维的k-空间存储器。k-空间的傅里叶变换产生 图像1。在下一序列中，仅数字化及保存k_空间的中心部分。然而，该与k_空间的互补周 边部分一起的中心部分包括完全的k_空间数据集。该完全的k_空间数据集经傅里叶变换 以产生图像2。接着，k-空间的新的中心部分被提供以替代现有数据，经傅里叶变换及重复 该处理。数据值的子集的覆写出现在k_空间中。结果，覆写及产生新变换的效果是更新遍 及整幅图像的方面，这不同于更新图像存储器中的具体体素数据位置(诸如可征示视频光 栅的内插扫描)。
本发明不限于在由k_空间的子集所更新的图像显示中使用。多种图像处理和图 像比较步骤亦可或者单独地或者与产生新图像协同地采用，包括k_空间或体素空间中的 前述图像或子集中的一个或多个。在渗滤研究中，例如，显影剂后成像序列的期望数目可被 制定，在转换成图像之前，从它们的子集数据与之前或随后采集的其余图像数据变换被保 存下来。体素空间中的预对比图像可从后对比图像中删减，以增强对比度上的变化，从而暗 化组织中的流体及浮肿图像，增强显示图像中的高度对比度的病变。当增强图像或子集中 的每个都表示不同的时间点时，随着时间推移专业人员可研究病人身体里的流体的渗滤。 虽然可在渗滤时间期间仅采集少许全图像，但是专业人员可使用有效时间以提供对比度更 新图像，以关注显影剂如何在病人身体内渗滤。根据一种示例性实施方式，本技术提供了一种方法，通过替代k_空间中的数据子 集以及将数据傅里叶变换，来增强在磁共振成像程序中可用的信息，以产生使用k_空间值 完全填充的图像(一旦已保存完全k_空间数据)，但仅一些值是来自新替代的总数子集。 该图像通过变换组合子集来产生，每个子集不同于其他子集，表现在时间和/或k_空间区 域上。本发明可提供来通过覆写在k_空间存储器中的值的子集接续产生图像数据集。 然而，优选地，来自基准参考图像的成像数据被保存，并且接着数据值的一个或多个子集被 分别保存，从而使得编程的主题将不同的k_空间子集关联以产生混合图像。优选地，该过 程可进行为由操作员选择的序列，例如建立一程序，用于重复采集基准或参考图像，其后跟 着采集k_空间的一个或多个子集以及傅里叶变换以产生一幅或多幅图像。没有必要的是，在转换数据以产生下一分立图像之前，采集填充了所有k_空间的 完整数据集。如果完整k_空间数据已在重复采集k_空间数据子集的过程期间填满至少一 次，则来自新数据的信息可关联于在图像获取期间及在傅里叶变换产生有用图像时所采集 的分辨率信息。在到目前为止的实施例中，以及如图2所示，区分了 k_空间的两个分立地带(内 部对比度与外部分辨率)。亦可提供不同数目的地带，诸如三个地带，由图4底部的实施例 表明。控制器112可编程为提供操作员，选择替代k-空间分割子集，并提供替代程序，该替 代程序的子集在成像序列中的点处采集，并且不论是否有新的傅里叶变换以及在每个子集 被覆写在k-空间中的对应信息上之后产生体素图像。虽然本发明已根据示例性实施方式进行，但其并不局限于此。相反地，所附权利要 求应宽泛地解释成，包括本发明的其它变体和实施方式，其可由本领域技术人员施行，而不 脱离本发明的范围及等价物范围。
1权利要求
一种用于磁共振成像的方法，包括以下步骤通过将共振激励应用于置于磁场中的物体，通过多次激励感测和存储数据于k 空间数据存储器中，执行多个磁共振成像序列，所述数据表示磁共振信号的响应程度；其中保存在k 空间数据存储器中的数据包括至少两个对应于k 空间数据的子集，以及其中组合的所述至少两个子集代表一完全数据集，该完全数据集代表磁共振图像；执行至少一个进一步的磁共振成像序列并将该两个子集中的至少一个子集的至少一种另外的版本保存在k 空间存储器中；执行傅里叶变换，以从该k 空间存储器中提供至少两组体素图像，该至少两组体素图像分别代表所述至少两个子集与所述至少一种另外的版本的不同组合；以及，对所述体素图像的保存、显示及传送中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的方法，包括重复执行所述至少一个进一步的磁共振成像序 列，以及重复获取所述至少一个子集的被更新的所述另外的版本。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子集位于k-空间中的分立地带，该 k-空间包括中心体积和至少一个周边体积，该中心体积包括k-空间原点，该周边体积安排 在中心体积和所述k-空间的周边之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子集是k-空间中的分立地带，所述地 带分别为更接近于k-空间原点和与k-空间原点相对隔开。
5.根据权利要求1所述的方法，包括重复采集k-空间的以k-空间原点为中心的地带 的磁响应值作为所述至少一种另外的版本，并且进一步包括用来自k-空间的所述地带的 对应数据覆写所述k-空间的全部范围的值，以便用所述另外的版本替代所述地带的数据 的前一版本，以及通过为所述k-空间数据的傅里叶变换产生振幅对空间位置的体素图像。
6.根据权利要求2所述的方法，进一步包括将显影剂应用于所述物体并在成像期间保 持物体实质上固定，并且其中重复采集磁响应作为该至少一个另外的版本是k-空间的以 k-空间原点为中心的地带的值，由此，所述另外的版本提供时间间隔更新信息，该信息表示 由显影剂造成的对比度。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步地根据由控制器提供的序列来组合及更新所述 子集。
8.一种磁共振成像系统，包括 一偏置场磁铁和一梯度线圈阵列； 一射频脉冲源；一射频接收机；一控制系统，可操作梯度线圈产生应用磁场，并经由该射频脉冲源触发应用脉冲序列；一处理器，耦合至控制系统和射频接收机，其中该处理器配置成执行激励并采集磁共 振响应值来填充在数据存储器中的k-空间阵列；其中该处理器配置成将该k-空间阵列的不同部分关联为子集，由此，所述子集能够由 处理器组合以通过占据不同的所述坐标来填满该k-空间阵列，并且该处理器可编程地操 作来实现该k-空间阵列的傅里叶变换；其中该处理器被编程来采集及存储至少一个子集的连续版本，以提供至少一个另外的图像数据集，其中和前一版本相比，所述子集之一的值已改变。
9.根据权利要求8所述的磁共振成像系统，其特征在于，该磁共振成像系统包括一螺 旋成像系统，其配置成利用多个螺旋扫描积累该所采集的图像数据集。
10.一种计算机可读介质，用程序代码编码，其中当该程序代码由处理器执行用于执行 一种方法时，该方法包括步骤管理从MRI成像中获取的数据，其中每个MRI图像的数据在傅里叶变换前由多个分布 在k-空间不同区域的数据子集组成；采集及组织该数据子集，从而使得k-空间中的至少一个子集替换对应的先前获取的 k-空间子集，并且所述至少一个子集和所述先前采集的子集定义了 k-空间中的全图像数 据集；以及，所述另外的MRI图像的传送、保存、傅里叶变换及显示中的至少一种。
11.根据权利要求10所述的计算机可读介质，其特征在于，该方法进一步包括控制磁 场梯度、激励脉冲以及感测及数字化运算的协同应用。
12.一种用于在MRI显影剂渗滤研究中内插数据点的方法，包括步骤将显影剂应用于病人组织并将病人固定在实质上固定的位置中；执行MRI成像过程以提供至少两组病人组织MRI图像，其中所述MRI图像中的每个都 包括k-空间中的多个数据子集，这些数据子集共同提供预定图像分辨率给所述MRI图像；组织k-空间中的所述数据子集，以便将至少一个子集的不同版本与至少一个其它子 集的相同版本相组合，从而产生MRI扫描操作的图像组合结果，所述操作在时间、序列和 k-空间的对应地带其中一个是不同的。
13.根据权利要求12所述的方法，其中该连续的关联的不同部分是，其使完整的参考 MRI图像的至少一个数据子集扩展有来自第二数据子集的k-空间的径向中心地带，该第二 数据子集不是参考MRI图像的一部分。
全文摘要
一种来自螺旋形轨迹扫描的MRI图像，安排为时间采样的k-空间中的值的互补子集。这些值经傅里叶变换以产生空间域图像。在保持病人固定时，对比度信息由k-空间的中心部分处更新，而k-空间数据的周边部分可在整个图像采集期间填满。对比度信息与k-空间的周边部分(对图像分辨率产生贡献)相组合，以构建完全的k-空间数据和产生空间图像。该技术用于对显影剂的吸收及逐渐消褪进行时间分析，提供短时间的间隔采样。
文档编号G01R33/48GK101937064SQ20091025808
公开日2011年1月5日 申请日期2009年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者史蒂文·E.·哈姆斯, 洪晓乐, 蒋爱萍 申请人:奥萝瑞磁振造影公司