專利名稱：在讀出方向進(jìn)行靈敏度編碼的mr成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及診斷成像領(lǐng)域。本發(fā)明特別適用于高速、高分辨率或二者兼?zhèn)涞拇殴舱癯上?，因此本發(fā)明將特別參考磁共振成像描述。但是，本發(fā)明也適用于磁共振成像，一般地，磁共振波譜和超快磁共振序列的剪裁。
受到希望實(shí)現(xiàn)更高的圖像分辨率和更快的掃描時(shí)間的不斷驅(qū)策，人們已經(jīng)研制了多種磁共振成像掃描器，這些磁共振成像掃描器采用多個(gè)射頻讀出線圈以提高數(shù)據(jù)采集速率和改進(jìn)圖像質(zhì)量。在相控陣列方式中，接收線圈被配置成以一些交迭采集成像對象的不同區(qū)域，以獲得空間并行數(shù)據(jù)采集。
在靈敏度編碼方法中，利用接收線圈的不同空間靈敏度以減少成像時(shí)間，或提高圖像分辨率。雖然在最初認(rèn)為使用一個(gè)以上的線圈對相同的空間體積進(jìn)行采樣似乎只是得到了冗余數(shù)據(jù)，但是實(shí)際上已經(jīng)證實(shí)獲得了另外的信息量，這是由于線圈的探測靈敏度不同。在靈敏度編碼(SENSE)中，通過跳過相位編碼步驟來縮短成像時(shí)間。相位編碼步驟的數(shù)量減少使成像時(shí)間縮短為SENSE因數(shù)分之一，該SENSE因子對應(yīng)于跳過的相位編碼行所減少的數(shù)量。例如，如果每隔一個(gè)相位編碼行跳過一個(gè)相位編碼行，SENSE因數(shù)為2。
相位編碼行的數(shù)量減少導(dǎo)致了在相位編碼方向的采樣不足。如果在相位編碼方向?qū)-空間的所有頻率范圍進(jìn)行快速傅立葉(Fourier)變換重建，則所重建的圖像包括混疊(aliasing)，其中空間頻率的采樣不足使視野重復(fù)降低。圖像視野減小，并且對應(yīng)更高空間位置的遠(yuǎn)離中心的圖像部分混疊在減小的視野中。
在SENSE中，由多個(gè)線圈采集的重疊的重建圖像被組合以產(chǎn)生展開圖像。這種組合基于線圈的靈敏度因數(shù)，所述靈敏度因數(shù)導(dǎo)致來自每個(gè)線圈的圖像具有不同的相位相關(guān)偽影。例如，如果使用四個(gè)線圈，通過解下面的線性方程組得到展開象素
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是由線圈x測量的重疊象素值，βx，y是展開象素y處的線圈x的靈敏度因數(shù)，ρy是待計(jì)算的展開自旋密度象素值。測得值Px對應(yīng)重疊的中間圖像，并且對于4個(gè)線圈，每個(gè)象素包括來自4個(gè)展開象素ρ1、ρ2、ρ3、ρ4的不同成分，這是因?yàn)橛捎诓蓸硬蛔愫途€圈性質(zhì)而在相位編碼方向引起混疊。使用尼奎斯特(Nyquist)采樣理論可以容易地確定展開象素ρ1、ρ2、ρ3、ρ4在相位編碼方向中的空間位置。線圈靈敏度因數(shù)βx，y可從成像對象的校準(zhǔn)圖像獲得，該校準(zhǔn)圖像可以是低分辨率圖像，或者在采集圖像時(shí)通過收集另外的k空間視圖獲得。為了得到展開象素值ρy，適于在逐象素的基礎(chǔ)上通過多種已知的線性方程式解法中的任何一種求解方程式(1)以產(chǎn)生全視野展開圖像。在一種合適的方法中，將方程式(1)寫成矩陣形式，其中靈敏度因數(shù)βx，y形成靈敏度矩陣[β]，方程式(1)的解法包括求逆靈敏度矩陣[β]。
在可變密度SENSE中，所采樣的相位編碼行的分布在k空間上不均勻分布，優(yōu)選在靠近k空間的中心具有較高采樣密度，而邊遠(yuǎn)的k空間邊緣處的采樣更稀疏。采用傳統(tǒng)的SENSE時(shí)，使用一組線性方程式組合由各線圈獲得的重建圖像，該線性方程式解出組合圖像的象素值。
這些使用多個(gè)接收線圈的以前的靈敏度編碼方法不能解決磁共振成像數(shù)據(jù)采集方面的某些遺留的缺點(diǎn)，例如采樣速度受制于有限的采樣硬件速度，而成像速度受制于用于以高分辨率對k空間采樣長的讀取磁場梯度分布(gradient profile)。
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種能克服上述的限制以及其他缺點(diǎn)的改進(jìn)的設(shè)備和方法。
根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明公開了一種磁共振成像系統(tǒng)。提供用于至少在讀出方向?qū)Υ殴舱襁M(jìn)行編碼的裝置。所述編碼包括施加讀取磁場梯度分布(profile)。提供多個(gè)用于接收磁共振信號的接收線圈。提供采樣裝置，其用于在施加讀取磁場梯度分布期間對接收線圈進(jìn)行采樣，以從每個(gè)接收線圈以一測量采樣速率采集樣本。提供將從各線圈采集的磁共振樣本重建為對應(yīng)的中間重建圖像的裝置。中間重建圖像在讀出方向具有測量視野和測量空間分辨率。提供基于線圈靈敏度因數(shù)組合中間重建圖像以產(chǎn)生在讀出方向具有最終視野和最終空間分辨率的最終重建圖像的裝置。最終視野和最終空間分辨率中的至少一個(gè)被增加至超出讀出方向上的所述測量視野和所述測量空間分辨率中相應(yīng)的一個(gè)。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種磁共振成像方法。至少在讀出方向用讀取磁場梯度分布對磁共振信號進(jìn)行編碼。在讀出方向使用多個(gè)接收線圈對磁共振信號進(jìn)行采樣以從每個(gè)線圈以測量采樣速率采集磁共振樣本。將從各線圈采集的磁共振樣本重建為相應(yīng)的中間重建圖像。重建圖像在讀出方向具有測量視野和測量空間分辨率。根據(jù)線圈靈敏度因數(shù)組合中間重建圖像以產(chǎn)生在讀出方向具有最終視野和最終空間分辨率的最終重建圖像。將最終視野和最終空間分辨率中的至少一個(gè)增加至超過讀出方向上所述測量視野和所述測量分辨率中相應(yīng)的一個(gè)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于對于給定接受器帶寬，提高了讀出分辨率。
另一優(yōu)點(diǎn)在于減少了讀出時(shí)間。
又一優(yōu)點(diǎn)在于將提高讀出分辨率與減少讀出時(shí)間結(jié)合。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀下面的優(yōu)選實(shí)施例的詳述后將更清楚其它的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明采取的形式可以是各種部件和部件的布置，以及各種處理操作和處理操作的安排。附圖的目的僅在于顯示優(yōu)選實(shí)施例而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。


圖1示意性顯示了一種磁共振成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于在相位編碼方向和讀出方向中的所選之一或兩者以靈敏度編碼來成像的四通道磁共振接收線圈。
圖2示意性顯示了圖1的SENSE模式參數(shù)存儲器的構(gòu)造。
圖3示意性顯示了不包括靈敏度編碼的參考磁共振讀出。
圖4示意性顯示了使用減少的采樣速率以增加磁共振采樣讀出時(shí)間的靈敏度編碼磁共振讀出。
圖5示意性顯示了圖4的靈敏度編碼磁共振讀出的k空間采樣。
圖6示意性顯示了由圖4和5的采樣產(chǎn)生的中間重建圖像之一的重疊。
圖7示意性顯示了靈敏度編碼組合的k空間采樣，所述組合中對讀出方向和相位編碼方向均進(jìn)行靈敏度編碼，在讀出方向使用減少的采樣速率，在相位編碼方向使用增加的相位編碼步長。
圖8示意性顯示了由圖7的采樣產(chǎn)生的中間重建圖像之一的重疊。
圖9示意性顯示了使用被縮短的讀取磁場梯度分布以減少讀出時(shí)間的靈敏度編碼磁共振讀出。
圖10示意性顯示了圖9的靈敏度編碼磁共振讀出的k空間采樣。
圖11示意性顯示了靈敏度編碼組合的k空間采樣，其中在讀出方向使用縮短的讀取磁場梯度分布并在相位編碼方向使用增加的相位編碼步長對讀出方向進(jìn)行靈敏度編碼。
請參考圖1，磁共振成像系統(tǒng)包括磁共振成像掃描器10，在典型實(shí)施例中該磁共振成像掃描器是可從飛利浦公司(PhilipsCorporation)購買的Intera 3.0T短孔、高場(3.0T)磁共振成像掃描器。但是，實(shí)質(zhì)上可以使用任何包括用于提供切片、相位編碼和讀出磁場梯度的主磁體、梯度線圈，和用于激發(fā)成像對象中的核磁共振的射頻發(fā)送器的磁共振成像掃描器。Intera 3.0T有利地配置成提供全身成像，但是也可以使用成像視野較小的掃描器，還可以使用提供較弱主磁場和/或具有較長的孔或開放式孔的掃描器。
磁共振成像掃描器10在檢查區(qū)域12內(nèi)的軸或z方向提供恒定的主磁場。在由掃描器10執(zhí)行的典型磁共振成像序列中，在z方向施加切片選擇梯度，當(dāng)然也可以在z方向進(jìn)行相位編碼。當(dāng)存在切片選擇梯度時(shí)，射頻激勵脈沖或脈沖包被發(fā)射到掃描器10的檢查區(qū)域12中以在成像對象的軸向切片中激發(fā)磁共振。軸向切片由切片選擇梯度選擇。去除射頻激勵和切片選擇梯度后一段時(shí)間，沿著通常橫切軸向或z方向的相位編碼方向或y方向施加相位編碼磁場梯度，以沿著相位編碼方向?qū)λ畹那衅拇殴舱襁M(jìn)行相位編碼。去除相位編碼磁場梯度后一段時(shí)間，沿著基本橫切y和z方向的x方向施加讀取磁場梯度分布。在施加讀取磁場梯度分布期間，在也稱之為讀出方向的x方向采集磁共振樣品。典型地，磁共振成像序列包括連續(xù)的交替的相位編碼梯度和讀出梯度，所述梯度循環(huán)通過k空間的磁共振采樣。
所述的磁共振成像序列僅為示例性的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以容易地改變所述的序列以適合具體的應(yīng)用。該序列可選地包括其他特征，例如一個(gè)或多個(gè)180°逆脈沖，一個(gè)或多個(gè)磁共振阻流(spoiler)梯度等。此外，切片選擇、相位編碼以及讀出方向的取向是任意的。例如，切片選擇方向可不同于圖1所示的z方向。為了方便，上述的x、y和z方向的標(biāo)注在本文中用于說明的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到在此描述的靈敏度編碼技術(shù)通常適用于為基本上任何類型的磁共振成像序列提高采樣分辨率和/或減少成像時(shí)間。
磁共振成像掃描器10包括多個(gè)接收線圈陣列14，在該示例性實(shí)施例中包括4個(gè)接收線圈。也可采用其他數(shù)量的接收線圈；例如，可從飛利浦公司購買到包括限定了8個(gè)SENSE接收通道的8個(gè)接收線圈的8通道靈敏度編碼(SENSE)頭線圈。也可使用奇數(shù)個(gè)接收線圈。實(shí)際上，基本可以使用一個(gè)以上的任何數(shù)量的線圈；但是，使用4個(gè)或更多的線圈可提供額外的靈活性。
在施加讀取磁場梯度分布期間，采樣電路16使用多接收線圈陣列14的4個(gè)通道來以所選擇的測量采樣速率采集磁共振樣本。例如，在測量采樣速率為對應(yīng)5μs的采樣間隔的200kHz情況下，在每次的5μs采樣間隔期間，采集4個(gè)樣本，多接收線圈陣列14的4個(gè)線圈中的每個(gè)線圈采集一個(gè)樣本。多接收線圈陣列14的線圈基本采樣測量區(qū)域12的相同空間區(qū)域。所采集的磁共振樣本儲存在對應(yīng)接收線圈陣列14的4個(gè)接收線圈的k空間存儲器20、22、24、26中。
重建處理器30對4個(gè)k空間存儲器20、22、24、26中的每個(gè)的磁共振樣本進(jìn)行快速傅立葉變換重建，以產(chǎn)生相應(yīng)的中間重建圖像，這些中間重建圖像儲存在中間圖像存儲器32、34、36、38中。在圖1中，單個(gè)重建處理器30對4個(gè)圖像重建進(jìn)行時(shí)間多路復(fù)用(time-multiplexed)或并行處理。也可以設(shè)計(jì)成包括每個(gè)k空間存儲器20、22、24、26的獨(dú)立的傅立葉變換重建處理器。根據(jù)k空間存儲器20中儲存的磁共振樣本重建儲存在圖像存儲器32中的中間重建圖像，該磁共振樣本由線圈陣列14中的一個(gè)接收線圈采集。類似地，根據(jù)k空間存儲器22中儲存的、由另一接收線圈采集的磁共振樣本重建圖像存儲器34中儲存的中間重建圖像；根據(jù)k空間存儲器24中儲存的、由又一接收線圈采集的磁共振本樣重建圖像存儲器36中儲存的中間重建圖像；根據(jù)k空間存儲器26中儲存的、由再一接收線圈采集的磁共振樣本重建圖像存儲器38中儲存的中間重建圖像。
中間重建圖像在讀出方向采樣不足，并且也可選擇在相位編碼方向采樣不足。雖然所希望的圖像具有選定的視野和選定的分辨率，但是在讀出方向的采樣不足對應(yīng)較小的視野，使得與選定的圖像特性相比，每個(gè)中間重建圖像在讀出方向產(chǎn)生減小的視野中的至少一個(gè)。另外，可選擇在讀出方向不采樣較高的空間頻率，在這種情況下，中間圖像的分辨率也將比目標(biāo)圖像所希望的低。
靈敏度解碼處理器40根據(jù)一組線圈靈敏度參數(shù)[β]42組合中間重建圖像以計(jì)算最終重建圖像44，該最終重建圖像44在讀出方向具有選定的視野和選定的圖像分辨率。類似，由靈敏度解碼處理器40執(zhí)行的圖像組合對在相位編碼方向的任意采樣不足引起的視野減小或其他圖像質(zhì)量下降進(jìn)行校正。線圈靈敏度處理器46根據(jù)低分辨率圖像先驗(yàn)地計(jì)算靈敏矩陣[β]42的線圈靈敏度參數(shù)。在一個(gè)優(yōu)選方法中，使用全身線圈(未示出)采集的圖像用作確定多接收線圈陣列14的線圈的靈敏度參數(shù)[β]42的均勻性參考(uniformity reference)。
用戶界面50接收最終重建圖像44并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱D像處理以產(chǎn)生在用戶界面50的監(jiān)視器上顯示的可視顯示圖像。例如，可以產(chǎn)生和顯示二維切片圖像或三維透視圖。作為替代或除此之外，可以將最終重建圖像44打印在紙上，用電子方法儲存，在局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上傳送或以其他方式處理。
優(yōu)選地，用戶界面50也使有關(guān)的放射科醫(yī)師或其他用戶能夠選擇儲存在靈敏度編碼參數(shù)存儲器52中的靈敏度編碼參數(shù)。優(yōu)選地，用戶界面50還可以使有關(guān)的放射科醫(yī)師或其他用戶與磁共振成像序列控制器54通信，該控制器54控制磁共振掃描器10以執(zhí)行所選擇的磁成像序列，該磁成像序列使用靈敏度編碼參數(shù)存儲器52的內(nèi)容指定的靈敏度編碼或靈敏度編碼組合。
繼續(xù)參考圖1并進(jìn)一步參考圖2，靈敏度編碼參數(shù)存儲器52儲存了用于執(zhí)行各種靈敏度編碼方案和靈敏度編碼方案的組合的參數(shù)。讀出靈敏度編碼參數(shù)集60包括讀出測量采樣速率62，該讀出測量采樣速率62與足夠提供所選擇的最終圖像分辨率的采樣速率相比隨意降低。優(yōu)選地，采樣速率足夠低，使得采樣硬件可以在每次采樣時(shí)以最大比特?cái)?shù)采樣。讀出靈敏度編碼參數(shù)集60也包括指定讀取磁場梯度分布區(qū)域的讀取梯度分布參數(shù)64。在優(yōu)選的實(shí)施例中，讀取磁場梯度分布是具有固定的梯度幅度Gread的正方形分布，讀出梯度分布參數(shù)64指定了讀取磁場梯度分布的時(shí)間長度。靈敏度編碼參數(shù)存儲器52也儲存相位編碼靈敏度編碼參數(shù)集70，包括用于執(zhí)行傳統(tǒng)相位編碼SENSE的相位編碼步長72，和用于執(zhí)行可變密度相位編碼SENSE的可變相位編碼步密度分布74?？蛇x擇地，靈敏度編碼參數(shù)存儲器52還包括發(fā)射靈敏度編碼參數(shù)集80。
多接收線圈陣列14的示例性4個(gè)線圈對于給定的磁共振成像序列使所獲得的樣本數(shù)量變?yōu)樵瓉淼?倍。這種四倍增加采樣方式可用于在讀出方向、相位編碼方向或上述兩個(gè)方向進(jìn)行各種線圈靈敏度編碼。下面討論幾種優(yōu)選的靈敏度編碼方案。
如同也將被證實(shí)的那樣，讀出靈敏度編碼可選擇在相位編碼方向與靈敏度編碼組合，然而這種組合受接收線圈的數(shù)目限制。在使用4個(gè)線圈的情況下，如果以SENSE因數(shù)4使用傳統(tǒng)的相位編碼SENSE，那么由多接收線圈陣列14的示例性4個(gè)線圈提供的四倍增加采樣完全應(yīng)用于相位編碼方向，而在讀出方向不能實(shí)現(xiàn)另外的靈敏度編碼。另一方面，如果僅以SENSE因數(shù)2使用傳統(tǒng)相位編碼SENSE，那么在采樣中的四倍增加的兩倍部分可有效用于相位編碼SENSE，而剩余的兩倍增加采樣可用于讀出方向的靈敏度編碼。在又一方案中，將全部四倍采樣增加用于讀出方向的靈敏度編碼，在這種情況下不能實(shí)現(xiàn)在相位編碼方向的靈敏度編碼。在具有N個(gè)接收線圈的一般情況下，可以將N倍采樣增加全部用于讀出方向的靈敏度編碼，或?qū)倍采樣增加全部用于相位編碼方向的靈敏度編碼，或N倍采樣增加可以分布于讀出和相位編碼方向之間。
圖3顯示了傳統(tǒng)的參考磁共振讀出，其中不在讀出方向應(yīng)用靈敏度編碼。在這種傳統(tǒng)磁共振讀出中，施加具有梯度量值Gread和持續(xù)時(shí)間To的讀取磁場梯度分布，在此期間以采樣時(shí)間間隔Δto采集磁共振樣本(在圖3中用垂直線示出)。讀取磁場梯度量值Gread決定一個(gè)共振頻率范圍，在該頻率范圍編碼所選擇的視野。換句話說，梯度量值Gread決定k空間的廣度。磁共振采樣速率1/Δto足夠大以避免對于由讀取磁場梯度量值Gread決定的頻率范圍的混疊。此外，讀取磁場梯度分布的面積Gread·To與讀出方向的空間分辨率成比例。選擇梯度分布持續(xù)時(shí)間To以在讀出方向提供選定的空間分辨率。
繼續(xù)參考圖3并進(jìn)一步參考圖4-6，描述了在讀出方向的第一優(yōu)選靈敏度編碼方案，其中由于使用了4個(gè)線圈，在讀出方向應(yīng)用全部四倍采樣增加。在這種技術(shù)中，在采樣時(shí)損失了視野，但在展開操作時(shí)視野被恢復(fù)。如圖4所示，讀取磁場梯度分布不變；也就是說梯度量值保持在Gread并且梯度持續(xù)時(shí)間保持在To(即，T1＝To)。然而，圖4中的磁共振采樣的采樣時(shí)間間隔Δt1是圖3的采樣時(shí)間間隔Δto的4倍。也就是說，圖4中的磁共振采樣的采樣速率1/Δt1僅為圖3中的采樣速率1/Δt0的1/4。較慢的采樣可以有利地增加每個(gè)樣本的數(shù)字化位數(shù)。
圖5顯示了在k空間中采樣速率這樣降低的效果。與圖3的參考讀出相比，在讀出方向，以圖4的靈敏度編碼讀出的降低的采樣速率1/Δt1僅獲得1/4的k空間樣本。在圖5中，由圖4的讀出采集的k空間樣本用大的實(shí)心圓表示，而由圖4的讀出的降低的采樣速率1/Δt1跳過的k空間樣本用小圓點(diǎn)表示。圖3的參考讀出采集所有的樣本，包括由大的實(shí)心圓表示的那些和小圓點(diǎn)表示的那些。
圖6示意性顯示了使用圖4和5的靈敏度編碼獲得的重疊的中間重建圖像之一的重疊。中間重建圖像的視野FOVmeas僅為圖3的讀出采集的所選擇的視野FOVselected的1/4。這種減小的視野由減小空間頻率的采樣密度引起。通過不充分采樣的頻率成分對位于減小的測量視野FOVmeas(在圖6中以幻像表示)外部的所選視野的區(qū)域進(jìn)行頻率編碼。采樣不足的頻率成分顯示為圖6的中間重建圖像中的重疊或混疊特征90。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到圖5中示出的k空間樣本和圖6中的重疊圖像與傳統(tǒng)相位編碼SENSE獲得的k空間樣本和圖像重疊之間的一些相似之處。使用SENSE因數(shù)4的相位編碼SENSE對應(yīng)于僅僅每隔三個(gè)相位編碼行的記錄，并產(chǎn)生重疊圖像，該重疊圖像具有在相位編碼方向減小到原來的四分之一，并且在相位編碼方向重疊的視野。
在圖像組合中也存在這種類似。由圖4-6的讀出靈敏度編碼導(dǎo)致的讀出方向的混疊被靈敏度解碼處理器40去除，該靈敏度解碼處理器起展開處理器的作用以展開重疊的中間重建圖像。除了展開的自旋密度像素ρ1、ρ2、ρ3、ρ4沿著讀出方向或x方向混疊以外，適當(dāng)?shù)厥褂妙愃品匠淌?1)的線性方程式系統(tǒng)。使用Nyquist采樣理論適當(dāng)?shù)卮_定自旋密度像素ρ1、ρ2、ρ3、ρ4在讀出方向的位置。得到的展開圖像在讀出方向沒有混疊，并且最終圖像的選定視野是所測量的視野FOVmeas的4倍。
盡管存在這些明顯的相似之處，但是，圖4-6的讀出靈敏度編碼在成像方面與傳統(tǒng)相位編碼SENSE相比具有非常不同的效果，并具有非常不同的工程學(xué)優(yōu)點(diǎn)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，傳統(tǒng)的相位編碼SENSE通過減少所采樣的相位編碼行的數(shù)目減少成像時(shí)間。與之相比，參考圖4-6描述的讀出靈敏度編碼沒有減少成像時(shí)間。沒有減少相位編碼行的數(shù)目，并且每個(gè)相位編碼行的讀出時(shí)間由讀出梯度持續(xù)時(shí)間T1設(shè)定，讀出靈敏度編碼也不會改變該讀出梯度持續(xù)時(shí)間。
作為替代，圖4-6的讀出靈敏度編碼使磁共振樣本讀出時(shí)間增加。在沒有讀出靈敏度編碼的圖3的成像中，磁共振樣本讀取時(shí)間tsamp，0小于相應(yīng)的采樣時(shí)間間隔Δt0。在圖4中，磁共振樣本讀取時(shí)間tsamp，1同樣小于相應(yīng)的采樣時(shí)間間隔Δt1。然而，由于Δt1＝4Δt0，由此可見圖4所示的具有讀出靈敏度編碼的磁共振樣本讀取時(shí)間tsamp，1與參考磁共振樣本讀取時(shí)間tsamp，0相比能夠大約增加3倍。
圖4-6的靈敏度編碼能夠以至少兩個(gè)不同方式被應(yīng)用。第一種應(yīng)用通過直接比較圖4和圖3來說明。在此，采樣時(shí)間間隔從Δt0增加到Δt1。這提供了更長的磁共振樣本讀取時(shí)間tsamp，1，這意味著磁共振樣本測量更準(zhǔn)確。對應(yīng)磁共振樣本的幅度分辨率的數(shù)字化樣本位數(shù)由采樣時(shí)間決定。換句話說，最終重建圖像的亮度灰階深度增加。
圖4-6的靈敏度編碼的第二種應(yīng)用有益于這樣的磁共振成像系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中讀出采樣速率受到射頻采樣處理器16的速度限制，稱之為硬件限制。在沒有圖4-6的靈敏度編碼的情況下，對于給定讀取磁場梯度幅度Gread，采樣速率的硬件限制轉(zhuǎn)換為讀出方向視野的限制。在第二種應(yīng)用中，保持高采樣速率，例如保持在Δt0，讀出靈敏度編碼用于通過圖像展開在測得視野FOVmeas上提供視野的四倍增加。
參考圖7和8，描述了另一靈敏度編碼實(shí)施例，其中將圖4-6的讀出靈敏度編碼與傳統(tǒng)的相位編碼SENSE結(jié)合。這種結(jié)合同時(shí)提供了減少的采樣速率讀出靈敏度編碼的讀取時(shí)間優(yōu)點(diǎn)以及相位編碼提供的減少的成像時(shí)間。圖7顯示了相對于由圖3的參考讀出進(jìn)行的采樣的這種采樣的k空間圖。類似圖5，在圖7中所跳過的k空間樣本表示為小圓點(diǎn)，而采集的k空間樣本表示為大實(shí)心圓。
為了在相位編碼方向應(yīng)用靈敏度編碼，讀出方向的靈敏度編碼從四倍減小采樣減小為兩倍減小采樣。也就是說，讀出采樣時(shí)間間隔是圖3的采樣時(shí)間間隔Δt0的2倍，或者相當(dāng)于讀出采樣速率是圖3的采樣速率1/Δt0的一半。將四個(gè)接收線圈提供的另外的二倍采樣增加用于相位編碼方向使得在相位編碼方向中具有SENSE因數(shù)2。從而，由于相位編碼SENSE，成像時(shí)間大約減小到原來的1/2，同時(shí)磁共振樣本讀取時(shí)間與圖3所示的參考讀出的讀取時(shí)間tsamp，0相比大約增加了1倍。
圖8示意性顯示了對應(yīng)圖7的k空間采樣的重疊中間重建圖像之一的重疊。由于讀出采樣速率減半，讀出方向的中間重建圖像的視野FOVmeas，read僅為由圖3的讀出所采集的選定讀出視野FOVsel，read的一半。另外，如在傳統(tǒng)相位編碼SENSE中常見的，由于所跳過的相位編碼行，相位編碼方向的視野FOVmeas，p.e.也減小為選定相位編碼視野FOVsel，p.e.的一半。讀出方向的采樣不足也顯示為圖8的中間重建圖像中的重疊或混疊特征92。相位編碼方向的采樣不足導(dǎo)致圖8的中間重建圖像中的重疊或混疊特征94。又一重疊或混疊特征96由讀出方向和相位編碼方向的采樣不足的組合引起。方程式(1)也適用于求和沿相位編碼方向和讀出方向的、對中間重建圖像的每個(gè)測得像素有貢獻(xiàn)的展開像素，靈敏度解碼處理器40構(gòu)造和求解線性方程式的變化集以計(jì)算展開的自旋密度像素值ρ。
參考圖9和10，在又一優(yōu)選靈敏度編碼方案中，通過縮短和截短讀取磁場梯度分布得到減少的讀出采樣。在這種技術(shù)中，在以更快的讀出速度讀出時(shí)損失了分辨率，但是分辨率在展開操作中被恢復(fù)。將圖9與參考圖3比較，圖9的靈敏度編碼讀出的采樣時(shí)間間隔Δt2與圖3的參考讀出的采樣時(shí)間間隔Δt0相同。也就是Δt2＝Δt0。由于采樣速率不變，空間頻率成分被充分采樣，并且視野不會減小。但是，圖9的讀出具有讀出梯度持續(xù)時(shí)間T2，該持續(xù)時(shí)間僅為圖3的參考讀出的讀出梯度持續(xù)時(shí)間T0的1/4。由于重建圖像空間分辨率與梯度分布的面積成比例，因此與由圖3的采樣所重建的圖像相比，梯度持續(xù)時(shí)間T2的減少導(dǎo)致中間重建圖像的空間分辨率在讀出方向減少。圖10顯示了在k空間中圖9的采樣。在讀出方向僅對以kresdout＝0為中心的k空間的中央1/4部分采樣，在讀出k值高的部分不采樣。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到圖10所示的k空間采樣和由可變密度相位編碼SENSE獲得的k空間采樣之間的相似之處。可變密度相位編碼SENSE在高相位編碼k值處采樣更稀疏，而朝向k空間中心區(qū)域，也就是kphase encode＝0周圍的區(qū)域集中相位編碼行。此外，圖9和10的讀出采樣和可變密度相位編碼SENSE技術(shù)都具有基本的優(yōu)點(diǎn)成像時(shí)間顯著減少。
然而，與可變密度相位編碼SENSE不同的是，圖9和10的讀出靈敏度編碼完全省略了對高讀出k值的采樣。這種完全省略方式通過縮短讀出梯度分布持續(xù)時(shí)間T2縮短了成像時(shí)間。在圖9和10的讀出靈敏度編碼中，成像時(shí)間由梯度持續(xù)時(shí)間T2確定。甚至包括一個(gè)高讀出k值也將梯度持續(xù)時(shí)間Tx延伸到該k值之外，這基本消除了由圖9和10的緊湊讀出靈敏度編碼獲得的成像時(shí)間的減少。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到完全省略高相位編碼k值在可變密度相位編碼SENSE中不具有相同的優(yōu)勢。在可變密度相位編碼SENSE中包括幾個(gè)高相位編碼k值不需要類似的梯度延伸。在相位編碼方向，完全省略高相位編碼k值不會提供對集中在k空間中心附近但包括一些高k值的相位編碼行的可變分布提供顯著的成像時(shí)間優(yōu)點(diǎn)。這是應(yīng)為在相位編碼SENSE中，成像時(shí)間的減少對應(yīng)被采樣的相位編碼行的數(shù)量的減少，而并不與k空間中保留的相位編碼行的分布密切相關(guān)。
為了克服由縮短圖9的讀出磁場梯度分布引起的空間分辨率的降低，靈敏度解碼處理器40組合了幾個(gè)低分辨率中間重建圖像以產(chǎn)生具有高空間分辨率的最終重建圖像。為表示這種組合，方程式(1)優(yōu)選被修改并重寫為矩陣形式
P(kx)＝β(rx，kx)ρ(rx) (2)其中，kx表示讀出k值，P(kx)包含所測量的中間重建圖像的像素值，ρ(rx)包含最終重建圖像的列rx的真像素值，β(rx，kx)包含沿圖像列rx的線圈靈敏度和相應(yīng)的k值kx。β(rx，kx)矩陣的線圈靈敏度項(xiàng)包含與可變密度相位編碼SENSE使用的相似傅立葉變換項(xiàng)對應(yīng)的傅立葉變換項(xiàng)。包括這些傅立葉項(xiàng)，是因?yàn)橹虚g圖像僅在相位編碼方向進(jìn)行傅立葉變換，而沒有在相位編碼方向和讀出方向都進(jìn)行變換，公式(1)就是這樣。所需的真自旋密度像素值ρ(rx)由靈敏度解碼處理器40通過求逆靈敏度矩陣β(rx，kx)而適當(dāng)?shù)乇磺蟪?。由于k值通常遍布于128、256或512個(gè)k空間樣本，優(yōu)選使用正則化法求逆靈敏度矩陣β(rx，kx)。然而，有利地是，為每列rx只進(jìn)行一次矩陣求逆。
由于在圖9和10的采樣中完全省略高讀出k值，求解方程式(2)存在一個(gè)問題。如果線圈在高空間頻率具有低靈敏度，靈敏度矩陣β(rx，kx)是難以處理的(ill-conditioned)，令矩陣求逆不精確或不能實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，將多接收線圈14的線圈設(shè)計(jì)成在高空間頻率提供高靈敏度以克服該問題。
參考圖11，描述了另一靈敏度編碼實(shí)施例，其中將圖9和10的讀出靈敏度編碼與傳統(tǒng)相位編碼SENSE結(jié)合。這種結(jié)合同時(shí)提供了梯度持續(xù)時(shí)間減少的讀出靈敏度編碼的成像時(shí)間減少，以及相位編碼SENSE提供的成像時(shí)間的額外減少。圖11顯示了相對于由圖3的參考讀出進(jìn)行的采樣的這種采樣的k空間圖。與其它k空間圖一樣，在圖11中被跳過的k空間樣本表示為小固點(diǎn)，而采集的k空間樣本表示為大實(shí)心圓。
為了再次在相位編碼方向應(yīng)用靈敏度編碼，讀出方向的靈敏度編碼從四倍采樣減小降低為二倍采樣減小。也就是說，在讀出方向?qū)σ詋readout＝0為中心的k空間的中央1/2采樣。由四個(gè)接收線圈提供的剩余的二倍采樣增加被用于相位編碼方向以使能夠有相位編碼SENSE因數(shù)2。
在另一設(shè)計(jì)方案中，使用發(fā)射靈敏度編碼參數(shù)集80(參見圖2)將圖9和10的梯度持續(xù)時(shí)間減少的讀出靈敏度編碼與發(fā)射SENSE結(jié)合。發(fā)射SENSE縮短了空間選擇的射頻脈沖，所述脈沖基于穿過激發(fā)k空間的軌跡。將發(fā)射SENSE與圖9和10的梯度持續(xù)時(shí)間減少的讀出靈敏度編碼結(jié)合能夠縮短切片選擇脈沖，該切片選擇脈沖是具有穿過激發(fā)k空間的一個(gè)維度上的軌跡的空間選擇脈沖。雖然只描述了一維切片選擇發(fā)射SENSE，但發(fā)射SENSE也可以用于二維或三維脈沖。這種結(jié)合特別有利于縮短超快磁共振成像序列，在該序列中切片選擇脈沖是序列重復(fù)時(shí)間TR的重要部分。
同樣，可將圖9和10的梯度持續(xù)時(shí)間減少的讀出靈敏度編碼可用于縮短磁共振譜測量。如果將多接收線圈陣列14的線圈設(shè)計(jì)成在高空間頻率提供高靈敏度，那么線圈陣列14能夠重建所述譜的丟失部分。
參考圖7、8和11，已經(jīng)描述了將讀出方向的靈敏度編碼與相位編碼方向的靈敏度編碼結(jié)合的兩個(gè)例子。在這兩個(gè)例子中，傳統(tǒng)的相位編碼SENSE用于相位編碼方向。然而，應(yīng)當(dāng)理解在這些和類似的結(jié)合中可使用可變密度相位編碼SENSE替代傳統(tǒng)相位編碼SENSE。
已經(jīng)參考優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明。顯然，他人可以在閱讀和理解前面詳述的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行修改和變化。這意味著本發(fā)明可以被理解成包括在后附的權(quán)利要求書或其等同范圍內(nèi)進(jìn)行的各種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種磁共振成像系統(tǒng)，其包括用于至少在讀出方向?qū)Υ殴舱襁M(jìn)行編碼的裝置(10)，所述編碼包括施加讀取磁場梯度分布；用于接收磁共振信號的多個(gè)接收線圈(14)；采樣裝置(16)，用于在施加讀取磁場梯度分布期間對接收線圈采樣以從每個(gè)接收線圈以測量采樣速率采集樣本；用于將從每個(gè)線圈采集的磁共振樣本重建為相應(yīng)的中間重建圖像的裝置(30)，所述中間重建圖像在讀出方向具有測量視野和測量空間分辨率；以及用于根據(jù)線圈靈敏度因數(shù)(42)組合中間重建圖像以產(chǎn)生在讀出方向具有最終視野和最終空間分辨率的最終重建圖像的裝置(40)，其中最終視野和最終空間分辨率中的至少一個(gè)被增加到超過在讀出方向上所述測量視野和所述測量空間分辨率中相應(yīng)的一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)，還包括基于校準(zhǔn)圖像計(jì)算線圈靈敏度數(shù)據(jù)的線圈靈敏度處理器(46)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中組合裝置(40)求解與中間重建圖像的像素值和由線圈靈敏度處理器(46)計(jì)算的線圈靈敏度數(shù)據(jù)相關(guān)的一組線性方程式，以計(jì)算最終重建圖像的像素值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中用于對磁共振進(jìn)行編碼的裝置(10)包括在相位編碼方向和讀出方向?qū)Υ殴舱駱颖具M(jìn)行編碼的磁共振成像掃描器(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中采樣裝置(16)也采集在相位編碼方向編碼的磁共振樣本，磁共振成像掃描器(10)和接收線圈(14)協(xié)作以實(shí)現(xiàn)在相位編碼方向上的靈敏度編碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中采樣裝置(16)也采集在相位編碼方向編碼的磁共振樣本，磁共振成像掃描器(10)和接收線圈(14)協(xié)作以實(shí)現(xiàn)在相位編碼方向上的可變密度靈敏度編碼。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中在相位編碼方向編碼磁共振信號，并且采樣裝置(16)采集在相位編碼方向和讀出方向以足夠低的采樣密度進(jìn)行編碼的樣本，所述采樣密度低到使得中間重建圖像在相位編碼方向和讀出方向中的每一個(gè)上都混疊；以及由組合裝置(40)進(jìn)行的組合在相位編碼方向和讀出方向展開中間重建圖像以產(chǎn)生不帶有混疊的最終重建圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中采樣裝置(16)對接收線圈(14)采樣以在被縮短的讀取梯度分布上讀取磁共振樣本，使得重建裝置(30)產(chǎn)生中間重建圖像，該中間重建圖像在讀出方向的測量空間分辨率與讀出方向的最終空間分辨率相比降低；采樣裝置(16)在相位編碼方向以一采樣速率對接收線圈(14)采樣，該采樣速率足夠低使得重建裝置(30)產(chǎn)生在相位編碼方向具有混疊的中間重建圖像；以及由組合裝置(40)進(jìn)行的組合產(chǎn)生最終重建圖像，該最終重建圖像中讀出方向空間分辨率的降低以及相位編碼方向上的混疊均已被消除。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中采樣裝置(16)在讀出方向采集映射到k空間的低頻率讀出值但不映射到k空間的較高頻率讀出值的樣本。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中采樣裝置(16)在被縮短的讀出梯度分布上對k空間的低頻率讀出值進(jìn)行采樣。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中采樣裝置(16)以降低的采樣速率對接收線圈(14)進(jìn)行不充分采樣，使得中間重建圖像至少在讀出方向具有混疊，組合裝置(40)在組合過程中去除所述的混疊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中采樣裝置(16)以一采樣時(shí)間對每個(gè)樣本進(jìn)行不充分采樣的接收，該采樣時(shí)間大于用于以最大讀出采樣速率采樣的最小采樣時(shí)間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中測量采樣速率足夠低使得混疊在讀出方向發(fā)生在中間重建圖像中，用于組合的裝置(40)基于線圈靈敏度因數(shù)(42)展開中間重建圖像以去除讀出方向的混疊，最終視野被增加到超出測量視野。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中將讀取磁場梯度分布縮短使得測量空間分辨率小于最終空間分辨率，用于組合的裝置(40)對由線圈靈敏度因數(shù)(42)構(gòu)造的靈敏度矩陣求逆。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中由于減少了采樣，每個(gè)中間重建圖像在讀出方向具有降低的高空間頻率特征，由組合裝置(40)進(jìn)行的組合在最終重建圖像中恢復(fù)高空間頻率特征。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的磁共振成像系統(tǒng)，其中在讀出方向降低的高空間頻率特征包括讀出方向的混疊和視野減小。
17.一種磁共振成像方法，其包括至少在讀出方向用讀取磁場梯度分布對磁共振信號進(jìn)行編碼；使用多個(gè)接收線圈(14)在讀出方向?qū)Υ殴舱裥盘栠M(jìn)行采樣以從每個(gè)線圈以測量采樣速率采集磁共振樣本；將從每個(gè)線圈(14)采集的磁共振樣本重建為相應(yīng)的中間重建圖像，所重建的圖像在讀出方向具有測量視野和測量空間分辨率；以及根據(jù)線圈靈敏度因數(shù)(42)組合中間重建圖像以產(chǎn)生在讀出方向具有最終視野和最終空間分辨率的最終重建圖像，其中最終視野和最終空間分辨率中的至少一個(gè)被增加到超過讀出方向的所述測量視野和所述測量空間分辨率中相應(yīng)的一個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的磁共振成像方法，其中對磁共振信號的編碼包括使用發(fā)射SENSE對磁共振信號進(jìn)行編碼。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的磁共振成像方法，其中基于線圈靈敏度(42)的組合產(chǎn)生最終重建圖像，該最終重建圖像在讀出方向具有比中間重建圖像中的任何一個(gè)都高的空間頻率成分。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的磁共振成像方法，其中在組合期間通過將中間重建圖像的讀出方向的混疊變換為中間重建圖像的視野外部的圖像數(shù)據(jù)而產(chǎn)生最終重建圖像的高空間頻率成分。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的磁共振成像方法，其中所述采樣包括下面的至少一個(gè)在被縮短的讀取磁場梯度分布上進(jìn)行采樣使得所述組合恢復(fù)讀出方向上的分辨率；和以降低的采樣速率進(jìn)行采樣使得所述組合恢復(fù)讀出方向上的視野。
全文摘要
磁共振成像系統(tǒng)以所選的空間分辨率采集所選視野的最終圖像。磁共振成像掃描器(10)使用多個(gè)接收線圈(14)在相位編碼方向和讀出方向?qū)Υ殴舱駱颖具M(jìn)行編碼和接收。所述編碼和接收在讀出方向采樣不足。重建處理器(30)將多個(gè)接收線圈(14)中的每個(gè)采集的磁共振樣本重建為相應(yīng)的多個(gè)中間重建圖像。由于在讀出方向中采樣減少，每個(gè)中間重建圖像存在混疊，并且在一些方面，高空間頻率特征退化。組合處理器(40)基于線圈靈敏度因數(shù)(42)組合多個(gè)中間重建圖像以產(chǎn)生在讀出方向具有所選視野和所選空間分辨率的最終重建圖像。
文檔編號G01R33/561GK1809759SQ200480017024
公開日2006年7月26日 申請日期2004年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
發(fā)明者U·卡特斯徹爾, M·J·朗卡, M·R·湯普森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司