[发明专利]高约束图像重构方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2005年7月8日提交的、申请号为No.60/697,607的、发明名称为“BACKPROJECTION RECONSTRUCTION METHOD FORUNDERSAMPLED TIME-RESOLVED MR IMAGING”的美国临时专利和2005年9月22日提交的、申请号为No.60/719,445的、发明名称为“HIGHLY CONSTRAINED IMAGE RECONSTRUCTION METHOD”。

关于联邦资助研究的声明

本发明得到政府支持，国家卫生研究院授予的批准号为HL066488和HL072260。美国政府具有本发明的某些权利。

背景技术

本发明的领域涉及医学成像，尤其涉及从获取图像数据中重构图像的方法。

核磁共振成像(MRI)使用核磁共振现象来产生图像。当把诸如人体组织的物质受到均匀磁场(偏振场B₀)时，组织内各自旋磁矩尝试与这个偏振场对齐，但只能在其周围以它们的特征拉莫尔频率随机取向进动。如果该物质或组织受到位于x-y平面并接近拉莫尔频率的磁场(激发场B₁)时，净纵向磁矩Mz被旋转或“倾斜”到x-y平面以生成净横向磁矩Mt。通过受激自旋发射信号，终止激发信号B₁后，可接收并处理上述信号以形成图像。

当使用这些信号生成图像时，需使用磁场梯度(G_x G_y和G_z)。典型地，通过一系列的测量周期来扫描成像区域，在所述测量周期内，这些梯度根据使用的具体定位方法的变化而变化。相关领域中，每次测量称为“视图”，视图数量决定图像质量。数字化并处理接收到的NMR信号、视图、或k-空间采样的结果集以通过使用多种公知重构技术中的某一种重构图像。用于获取一幅图像的总扫描时间部分取决于每个测量周期或“脉冲序列”的长度，部分取决于测量周期或视图的数量。很多临床应用中，用于具有指定分辨率和SNR的图像的总扫描时间是一笔额外开销，因此，印象中对此目标已进行了诸多改进。

自核磁共振成像初期，投影重构法便广为人知，美国专利6,487,435中再次使用了该方法。与其如图2A所示的以直线或笛卡尔的方式采样k-空间，以傅立叶成像的方式进行的扫描模式，还不如如图2B所示，投影重构法用一系列视图采样k-空间，所述视图采样由k-空间中心延伸出的放射线。采样k-空间所需的视图数量决定了扫描的时间长度，如果获取的视图数量不足，在重构图像中将出现条纹伪影。美国专利No.6,487,435使用的技术通过隔行扫描的视图获取带有连续欠采样图像，和共享连续图像帧之间的外部k-空间数据减少了这种条纹。

在X射线计算机断层摄影术(“CT”)系统中，X-射线源投射扇形束，将所述扇形束校准到称之为“图像平面”的笛卡尔坐标系内的X-Y平面内。X-射线穿越诸如患者的将要成像的对象，并撞击到辐射检测器阵列上。传输的辐射强度取决于对象造成的X-射线束的衰减，同时每个检测器产生作为光束衰减测量值的独立电信号。分别获取所有检测器中的衰减测量值以产生所谓的“传输剖面”。

传统CT系统中，源和检测器阵列关于成像平面内的扫描架绕对象旋转，使得X-射线穿越对象的角度连续变化。在给定角度上，将检测器阵列的传输剖面称之为对象的“视图”或“扫描”，上述对象由同一X-射线源和检测器分辨率下不同角度下扫描的一组视图构成。在2D扫描中，处理数据以构造对应于对象切片的二维图像。

许多用于X-射线CT的临床应用使用MRI，其中，扫描时间是额外负担。例如，在时间分辨血管造影术中，当造影剂流入需要关注的区域时，获取一系列图像帧。尽快获取每幅图像以获得描述造影剂流的快照。当对冠状动脉或其它需要心脏门控的器官成像以抑制运动伪影时，上述临床应用尤其面临挑战。

美国专利No.6,710,686给出了两种从一组获取的投影视图集中重构图像的方法。在MRI中，通常的方法是对辐射采样轨迹上的位置到笛卡尔网格进行再网格化k-空间采样。然后通过对再网格化的k-空间采样执行2D或3D傅立叶变换重构图像。用于重构MR图像的第二种方法是通过对每个投影视图的首次傅立叶变换，将辐射k-空间投影视图变换到Radon空间。通过滤波和将其反投影到视图域(FOV)，并从信号投影中重构图像。本领域中公知的，如果获取的信号投影的数量不足以满足Nyquist采样定律，重构的图像中将出现条纹伪影。