SENSE型磁共振重构中的参考过采样

摘要

本发明涉及SENSE型磁共振重构中的参考过采样。磁共振成像针对减小视场使用正则化SENSE重构（22），但最小化折叠伪像。相对于减小视场对参考扫描（14）过采样（16）。过采样（16）提供针对比减小视场更大的区域的线圈灵敏性信息。使用针对该更大区域的线圈灵敏性、针对减小视场而对对象的重构（22）可以具有更少的折叠伪像。

说明书

相关申请

本专利文档要求2013年8月21日递交的、序列号为No. 61/868,187的美国临时专利申请在35 U.S.C. §119(e)下的递交日期的权益，特此通过引用并入该临时专利申请。

背景技术

本实施例涉及磁共振成像（MRI）。具体地，提供了用于减小的视场的MRI中的灵敏性编码（SENSE）重构。

在诸如心脏成像之类的应用中，选择与整个对象（例如，患者）的大小相比更小的视场（FOV）有时是有益的。该减小FOV可以允许图像分辨率的增加和/或节省数据获取时间。

具有SENSE重构的减小FOV（rFOV）引起图像域中围绕图像边缘的额外折叠。该折叠是除由于针对并行成像的二次采样而导致的折叠外的折叠。像SENSE这样的方法在减小FOV下可能未适当地解决混叠，除非更密集的采样网格用于线圈灵敏性估计。

诸如GRAPPA之类的逐线圈的重构方法对于FOV限制来说是鲁棒的，因为内插核可以具有比线圈灵敏性更局部化的形状。这些局部化的形状可以被完好地表示在稀疏采样网格中。然而，GRAPPA重构以高加速率展现噪声。可以经由正则化来在SENSE中减轻噪声。

发明内容

作为介绍，下文描述的优选实施例包括用于磁共振成像的方法、系统、指令和计算机可读介质。相对于减小视场对参考扫描过采样。过采样提供针对比减小视场更大的区域的线圈灵敏性信息。使用针对更大区域的线圈灵敏性而针对减小视场对对象的重构可以具有较少的折叠伪像。

在第一方面中，提供了一种用于磁共振成像的方法。指派用于灵敏性编码（SENSE）重构的减小视场。该视场是从整个患者至患者的子区域沿着至少一个空间维度减小的。磁共振系统执行用于灵敏性编码（SENSE）重构的参考扫描。在所述减小视场的方向上对所述参考扫描进行过采样。根据过采样的参考扫描、针对比所述减小视场更大的FOV确定所述磁共振系统的线圈的线圈灵敏性，使得所估计的线圈灵敏性覆盖沿着所述方向比所述减小视场更大的区域。使用所估计的线圈灵敏性映射来执行正则化SENSE重构以生成磁共振图像。

在第二方面中，一种非瞬变计算机可读存储介质具有存储在其中的表示所编程的处理器可执行来以灵敏性编码（SENSE）重构进行磁共振成像的指令的数据。所述存储介质包括用于执行以下操作的指令：利用磁共振系统，相对于减小视场对患者的参考扫描进行过采样；根据患者的过采样的参考扫描确定编码矩阵；以及按照所述编码矩阵来重构患者的图像。

在第三方面中，提供了一种磁共振系统。处理器被配置为以针对比减小视场更大的患者的区域的多个线圈的线圈灵敏性来重构患者的减小视场图像。

本发明由所附权利要求来限定，并且本部分中的内容不应被视为对那些权利要求的限制。下面结合优选实施例来讨论本发明的进一步的方面和优点，并且稍后可以独立地或组合地要求保护这些进一步的方面和优点。

附图说明

部件和附图不一定是按比例的，代之以重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，相似的附图标记贯穿不同视图指明对应的部分。

图1是用于磁共振重构的方法的一个实施例的流程图；

图2A图示了用于完全采样减小视场的示例采样图案，并且图2B图示了具有沿相位编码方向的两倍过采样的示例采样图案，所述相位编码方向在该示例中被考虑为垂直方向；

图3A-E示出了使用不同技术重构的示例图像；以及

图4是磁共振系统的一个实施例。

具体实施方式

过采样的参考数据结合正则化SENSE重构算法用于线圈灵敏性估计，以处理并行成像中的减小FOV伪像（artifact）和噪声。例如，对于线圈灵敏性估计，通过为2的因数来对参考数据进行过采样。与GRAPPA和软SENSE相比，与基于正则化SENSE的重构算法相组合，对参考进行过采样可以减小或者移除包裹在内的伪像，同时保持信噪比。

图1示出了用于磁共振重构的方法的流程图。该方法由图4的系统或另一系统来实现。例如，该方法在与MRI系统或PACS相关联的计算机或处理器上实现。在动作12中，用户输入、显示器和/或处理器指派减小视场。在动作14、16和24中，磁共振系统使用与发射机和接收机连接的线圈来执行参考扫描和k-空间数据的获取。处理器执行剩余的动作。可以使用部件当中的其他功能分布。

按所示出的顺序或其他顺序来执行这些动作。例如，依次执行动作12-20，然后是动作24，再然后是动作22和26。对MRI系统中的患者（诸如躺在总体上均匀的主磁场中的患者）执行这些动作。

可以提供附加的、不同的或更少的动作。例如，不提供动作26中的图像的显示，而代之以存储或发送图像。作为另一示例，提供表示针对SENSE重构的处理的其他动作，诸如L1正则化重构。可以使用滤波或其他图像处理。在又一示例中，提供梯度的应用或其他磁共振扫描动作。

一般地，图1涉及用于对患者的磁共振成像的SENSE重构。重构具有减小的视场，诸如与专用于患者的器官或子部分的成像（例如，心脏MR）相关联。为了避免或限制由于减小视场而导致的折叠伪像，使用针对比视场更大的区域的线圈灵敏性。通过沿着视场的减小的方向对参考扫描进行过采样，在重构中估计和使用针对该更大区域的线圈灵敏性。

在动作12中，指派减小视场。完整或完全视场是整个患者或者至少从患者颈部到大腿。手臂可以或可以不被视为完全视场的一部分。任何患者组织都影响磁共振的检测。当考虑完全视场时，这些影响被考虑在内。当沿着一个或多个空间维度减小视场时，则也可以不将这些影响考虑在内。

视场被减小为患者的子部分。例如，视场被减小为仅仅患者的胸部区域以进行心脏成像（例如，四腔观）。该减小沿着患者的轴向方向（在上和/或下程度上的交替）。可以使用沿其他轴的减小，诸如左-右或后-上正交轴。作为另一示例，视场被减小为包括肝脏和周围的组织，但是不包括肺部、心脏或其他上身器官。可以使用任何现在已知或后续开发的减小视场，诸如用于SENSE重构的减小视场。在其中针对比扫描对象本身更小的视场获取数据的SENSE型重构是减小视场。

减小视场由处理器指派或者从存储器加载。例如，扫描协议由用户选择或者基于患者命令而选择。扫描协议相对于患者和/或磁共振系统定义视场。磁共振系统被配置为通过处理器在减小视场中进行扫描。作为另一示例，用户选择减小视场，诸如对患者的一个或多个图像上的形状、图形或框定大小。相对于患者的感兴趣区域位置的指示提供了减小视场。在一个实施例中，用户选择心脏成像扫描协议，并然后确认处理器确定的感兴趣区域或将用户确定的感兴趣区域定位在患者的心脏或其他心脏区域上。该感兴趣区域被指派为减小视场。在又一示例中，处理器执行图像处理以定位患者中的感兴趣区域和对应的减小视场。

在动作14中，由磁共振系统执行参考扫描。对于SENSE或SENSE型扫描，参考扫描用于估计线圈灵敏性。通过从要用于MRI的任何线圈发送信号和/或在要用于MRI的任何线圈处接收信号，可以从k空间数据估计如在特定患者上定位的线圈灵敏性。参考扫描以奈奎斯特（Nyquist）采样率对k空间数据的低频进行采样。当患者在主磁场中时并且在获取用于重构的k空间数据之前、期间或之后，执行参考扫描。可以使用任何现在已知或后续开发的参考扫描技术。正常地，以奈奎斯特采样率获取参考数据，奈奎斯特采样率是正常采样率。在数据扫描中，为了节省扫描时间，对k空间数据欠采样（低于奈奎斯特速率）。对于本文使用的过采样，高于奈奎斯特速率对参考扫描进行采样。

可以通过获取更少的数据来更加快速地执行参考扫描。例如，以比用于在动作24中获取用于重构的k空间数据更低的分辨率来获得用于参考扫描的k空间数据。可以使用任何分辨率，包括针对参考扫描相对于重构扫描相等或更大的分辨率。

在动作16中，由磁共振系统至少部分以过采样来执行参考扫描。过采样关于减小视场。过采样针对减小沿着其发生的任何方向或维度发生。例如，图2A示出了以被表示为垂直的患者的轴向维度针对参考扫描的采样。图2B示出了沿着轴向维度的两倍过采样。在其他实施例中，过采样沿着两个或更多正交维度发生，诸如针对在其中患者组织沿该方向存在于减小视场外部的任何维度。沿着视场在所指派的减小视场中减小的一个或多个方向对参考数据进行过采样。

过采样沿着相位编码（PE）方向，因为这是在其中FOV减小的方向。在MRI中，存在三个空间方向：频率编码、相位编码和分区编码（有时也称为第二相位编码）。频率编码被正常过采样（高于奈奎斯特速率采样），因此将不受影响，即使当沿该方向的FOV小于患者大小时也是如此。相位编码和分区编码方向以等于奈奎斯特采样率的密度网格而被正常采样。因此，当FOV在这两个方向上小于患者大小时，减小FOV包裹在内的伪像出现。过采样可以沿着分区编码方向。

可以提供任何量的过采样。例如，过采样是通过大约为2的因数来进行的。“大约”用于将由于以下各项而导致的容差考虑在内：线圈放置、线圈类型、磁共振系统或对产生预期段落的过采样因数的其他贡献因素。可以使用其他整数或分数量倍数的过采样，诸如1.5或3.0倍。

常规或完全采样对应于针对减小视场的采样。通过获取对应于处于减小视场外部的位置的k空间数据来对减小视场进行过采样。过采样导致针对比减小视场更大的区域获取作为参考数据的k空间数据。取代针对减小视场获取参考数据，针对包括减小视场的更大区域获取参考数据。该更大区域可以对应于完全视场（例如，沿一维度的整个患者）、多于完全视场（例如，包括来自空气、手臂或患者以外的其他对象的信息）或者患者的更大子集（例如，少于完全视场但多于减小视场）。空间程度是通过过采样因数来控制的。例如，为2的过采样因数可以导致区域为减小视场的大小的两倍。由于线密度或其他改变，过采样因数与区域大小可能不存在1:1比率。

在一个实施例中，过采样以相同量的k空间中心获取参考数据，如同参考扫描是直接针对减小视场而执行的一样（即，如同未以过采样执行一样）。为了节省时间或防止过采样的获取花费比在没有过采样的情况下更多的时间，获取相同数量的线。例如，针对线圈灵敏性估计预留二十四个中心线。图2A表示给定数量的线。对于过采样，使用相同数量的线，但是其中线之间的距离（即，步长）在k空间中减小，如图2B所表示。k空间数据的频域中的该更密集线分布导致对象空间中的更大视场。只要参考线的数量保持相同，对参考数据过采样就不会引起获取时间的任何增加。在替代实施例中，与针对减小视场的采样相比，不同数量的线用于过采样。过采样可以被配置为比减小视场的完全采样的给定配置花费更多或更少的时间。

在动作18中，由处理器根据对患者的过采样的参考扫描来确定编码矩阵。编码矩阵表示SENSE重构中的磁共振系统。这样，编码矩阵包括针对被使用的每个线圈的线圈灵敏性的估计。编码矩阵还可以包括前向傅立叶变换和二次采样算子的项。在编码矩阵中可以包括附加的、不同的或更少的项。

从在过采样的参考扫描中获取的k空间数据估计每个线圈的线圈灵敏性。可以使用从k空间数据对线圈灵敏性的任何导出，诸如使用特征向量方法进行估计。

针对由于过采样而导致的比减小视场更大的区域估计线圈灵敏性。例如，在过采样因数为2的情况下，所述区域在实际空间上是减小视场大小的两倍大。

在视场沿着多于一个方向减小的情况下，所产生的对线圈灵敏性的估计是针对沿着这多个方向比减小视场更大的区域进行的。例如，沿着相对于患者的轴向和横向方向来减小视场。然后，使用过采样针对对于这两个方向延伸超出减小视场的位置估计线圈灵敏性。针对视场未减小的任何方向（例如，前至后），不执行过采样，并且针对该视场估计线圈灵敏性。

对于使用两个或更多线圈的并行图像重构，针对每个线圈估计线圈灵敏性。使用针对参考扫描的相同发送序列，但是，从在每个相应线圈处分别接收的k空间数据估计线圈灵敏性。可替代地，针对每个线圈执行分离的发送和k空间测量。

线圈灵敏性可以被掩蔽以用在重构中。通过过采样，针对超出减小视场的位置提供线圈灵敏性估计。这些位置可以完全处于患者内，因此不需要掩蔽。在一些位置超出患者或在患者外部的情况下，可以使用掩蔽来消除对应于背景的值。在一个实施例中，通过在特征向量方法中对最大特征值设阈值来获得掩蔽。可以使用其他方法。

在动作24中，获取用于重构的k空间数据。用于重构的k空间数据是与用于参考扫描的数据不同的数据。可替代地，参考扫描被用作用于重构的k空间数据中的一些。

通过扫描患者来获取k空间数据。响应于磁场以及一个或多个脉冲的施加，获取表示患者的内部区域的数据。例如，使用脉冲的时间交织、多线圈动态成像序列来获取k空间数据。作为另一示例，k空间数据被获取为k空间数据的帧或镜头分割。可以使用任何现在已知或后续开发的MR扫描序列。

在动作22中，对患者的图像进行重构。执行SENSE重构。从k空间数据直接估计图像，诸如求解最小二乘问题。例如，使用L1正则化SENSE重构。可以使用任何现在已知或后续开发的SENSE重构。

在一个实施例中，正则化SENSE重构被表示为：

其中，E是编码矩阵，W是小波变换，λ是正则化系数，x是要重构的图像，以及y是在动作24中获取的k空间观察量。可以使用任何最小化函数。图像被重构为表示贯穿患者的磁共振响应的三维分布的体素。可替代地，对对象的平面进行重构。重构是编码矩阵的函数，其包括线圈灵敏性分布。

重构是延伸的视场的图像，其对应于过采样率乘以减小视场。这覆盖了整个患者加上某背景区域。其被预期为完全展开图像且不包括任何混叠。该背景区域可以后续被剪裁以减小图像的大小。

针对加速因数执行重构。pMRI加速因数对应于减小视场数据的二次采样因数。为了将减小视场考虑在内，使用下述加速因数来执行重构，该加速因数是pMRI加速速率和过采样率的乘积。例如，在过采样为2并且pMRI加速速率为R的情况下，将为2R的加速因数与SENSE算法一起使用。可以使用其他加速因数或不使用加速。

重构是并行重构。来自多个线圈（例如，两个或更多）的k空间数据用在重构中。针对每个线圈的图像被分别重构，或者以来自多个线圈的k空间数据重构一个图像。例如，可以使用平方和线圈组合、自适应线圈组合或其他组合。通过针对所有线圈或者基于特征信道选择的线圈子集进行组合，生成输出图像。

在动作26中，从SENSE重构生成磁共振图像。图像是根据k空间观察量对患者的重构。图像表示患者的内部区域。图像是二维图像或者是从表示三个维度的体素数据向二维显示器的三维呈现。重构提供了从其生成（例如，呈现）图像的分布。

图像被显示在MRI系统的显示器上。可替代地，图像被显示在工作站、计算机或其他设备上。图像可以存储在PACS存储器中且从PACS存储器回调。

图像表示患者的减小视场。例如，图像仅仅属于患者的心脏或其他器官专用区域。图像属于小于整个患者。图像的一个或多个维度可以示出患者中的组织或流体但不示出皮肤，因为减小视场至少沿着一个维度在患者内部。

图3示出了患者的心脏区域的示例平面图像。使用相同的k空间数据但不同的过采样和/或重构方法来重构这些图像。图3A示出了示例完全视场，作为标准真实的减小视场的平方和图像。图3B示出了使用GRAPPA针对减小视场重构的图像。图3C示出了用GRAPPA以经由对参考的过采样的2R加速针对减小视场重构的图像。图3D示出了在没有过采样的情况下用SENSE针对减小视场重构的图像。图3E示出了用正则化SENSE以经由对参考的过采样的2R加速针对减小视场重构的图像。图3C和E被沿着相位编码方向（图像中的水平方向）从两侧剪裁，以消除用于模拟具有过采样的重构的具有零像素值的区域。

GRAPPA避免了感兴趣区域中的折叠伪像，但遭受噪声。如通过比较图3D和3E所示，过采样可以减小SENSE重构中的折叠伪像。图3D和3E可以提供比图3B和3C具有更好噪声特性但具有更少或没有折叠伪像的重构图像。图3E演示出：与减小视场的GRAPPA重构相比，SENSE重构的图像可以免于折叠型混叠伪像并具有改进的信噪比。

图4示出了用于磁共振重构的系统。该系统包括MR系统48、存储器52、处理器50以及显示器54。可以提供附加的、不同的或更少的部件。例如，提供网络或网络连接，诸如用于与医学成像网络或数据档案系统联网。在另一示例中，提供了用户接口。

处理器50和显示器54是诸如MR系统48之类的医学成像系统的一部分。可替代地，处理器50和显示器54是诸如与医学记录数据库工作站或服务器相关联的档案和/或图像处理系统的一部分。在其他实施例中，处理器50和显示器54是个人计算机，诸如台式机或膝上型计算机、工作站、服务器、网络或其组合。可以提供处理器50、显示器54和存储器52，而没有用于在减小视场MRI中实现参考过采样的其他部件。

MR系统48包括一个或多个线圈。例如，提供了多个线圈，诸如局部线圈的阵列。MR系统48包括主场磁体（诸如低温磁体（cryomagnet））和梯度线圈。可以提供其他处理部件，诸如用于基于序列来规划和生成针对线圈的发送脉冲以及用于接收和处理所接收的k空间数据。在一个实施例中，MR系统48是1.5T临床MR扫描仪，诸如来自Siemens AG, Erlangen, Germany的MAGNETOM Aera。可以使用来自其他制造商和/或具有其他主场强的MR扫描仪。

存储器52是图形处理存储器、视频随机存取存储器、随机存取存储器、系统存储器、随机存取存储器、高速缓冲存储器、硬盘驱动器、光学介质、磁介质、闪速驱动器、缓冲器、数据库、其组合、或者用于存储数据或图像信息的其他现在已知或后续开发的存储器设备。存储器52是MR系统48的一部分、与处理器50相关联的计算机的一部分、数据库的一部分、另一系统的一部分、图片档案存储器或独立设备。

存储器52存储表示患者的区域的数据。该数据是MR数据，诸如k空间或对象空间数据。该区域是二维或三维区域。该区域属于患者的任何部分，诸如胸部、腹部、腿部、头部、手臂或其组合内的区域。对于重构，该数据属于患者内的减小视场。对于线圈灵敏性，该数据可以属于比减小视场更大的区域。该数据来自由MR系统48对区域进行扫描。存储器52可以可替代地或附加地存储在处理期间的数据，诸如存储特征信息、线圈灵敏性估计、重构信息、线圈图像和/或输出图像。

存储器52或其他存储器可替代地或附加地是计算机可读存储介质，其存储表示所编程的处理器50可执行来以过采样的参考扫描进行磁共振重构的指令的数据。用于实现本文讨论的处理、方法和/或技术的指令被提供在诸如以下各项之类的非瞬变计算机可读存储介质或存储器上：高速缓存、缓冲器、RAM、可移除介质、硬盘驱动器或其他计算机可读存储介质。非瞬变计算机可读存储介质包括各种类型的易失性和非易失性存储介质。响应于在计算机可读存储介质中或上存储的一个或多个指令集而执行附图中图示或本文描述的功能、动作或任务。这些功能、动作或任务独立于具体类型的指令集、存储介质、处理器或处理策略，并可以由单独操作或组合操作的软件、硬件、集成电路、固件、微代码等来执行。同样地，处理策略可以包括多处理、多任务、并行处理等。

在一个实施例中，指令存储在可移除介质设备上以供本地或远程系统读取。在其他实施例中，指令存储在远程位置中以通过计算机网络或通过电话线路来传送。在另外其他实施例中，指令存储在给定计算机、CPU、GPU或系统内。

处理器50是通用处理器、中央处理单元、控制处理器、图形处理器、数字信号处理器、三维呈现处理器、图像处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、数字电路、模拟电路、其组合、或者用于MR重构的其他现在已知或后续开发的设备。处理器50是单个设备或串行、并行或分离地操作的多个设备。处理器50可以是诸如膝上型计算机或台式计算机之类的计算机的主处理器，或者可以是用于在更大系统中（诸如在成像系统中）处理某些任务的处理器。处理器50由指令、设计、硬件和/或软件配置为能够执行本文讨论的动作，诸如以过采样参考扫描对减小视场的SENSE重构。

处理器50被配置为以患者的比减小视场更大的区域的线圈灵敏性来重构患者的减小视场图像。通过控制MR系统48或者通过经由传送或加载来获取数据，处理器50接收用于参考扫描的k空间数据。参考扫描被过采样，使得比减小视场更大的区域的线圈灵敏性被估计。可以使用任何过采样因数，诸如1.5、2.0或3.0。处理器50被配置为针对要用于重构减小视场的每个线圈估计线圈灵敏性。

处理器50被配置为使用灵敏性编码（SENSE）来进行重构。以加速因数来执行重构。加速因数是针对其提供线圈灵敏性的区域的大小的函数。加速因数将下述情况考虑在内：线圈灵敏性对处于减小视场外部的位置来说可用。处理器50针对减小视场进行重构，但并入了关于来自处于减小视场内和外部的位置的线圈灵敏性的信息。

显示器54是监视器、LCD、投影仪、等离子体显示器、CRT、打印机或者用于输出可视信息的其他现在已知或后续开发的设计。显示器54从处理器50、存储器52或MR系统48接收图像、图形或其他信息。显示一个或多个MR图像。这些图像是在从扫描起1-5秒内生成的，从而允许在对患者进行成像时或者在患者仍然处于用于进行进一步MRI的位置中的同时查看和诊断。图像表示减小视场，诸如患者的沿与轴向方向正交的方向减小的部分。例如，图3E被生成和显示。

尽管上文已经通过参照各种实施例描述了本发明，但是应当理解的是，可以在不偏离本发明的范围的情况下做出许多改变和修改。因此，意图是，应当将前面的详述描述视为说明性的而非限制性的，并且应当理解，意图由包括所有等同物的所附权利要求来限定本发明的精神和范围。