[发明专利]在MR光谱法中的高度约束的背投重构过程

说明书

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2006年3月20日提交的题为“HIGHLY CONSTRAINEDMAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY IMAGE RECONSTRUCTIONMETHOD”的申请60/783,962。

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1R01HL72260-01的政府资助。美国政府享有本项发明的某些权益。

发明背景

本发明的领域是核磁共振光谱法。

核磁共振光谱法(MRS)使用核磁共振(NMR)现象来产生组织成分的光谱。当诸如人体组织之类的物质受到均匀磁场(极化场B₀)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B₁)的作用，则净对准磁矩M_z会发生旋转或“倾斜”到x-y平面中从而产生净横向磁矩M_t。这些受激励的自旋发出一种信号，并且在激励信号B₁终止之后，可以接收和处理该信号从而形成特定物质的光谱。

核磁共振光谱法(MRS)可以用在自然条件下确定位于感兴趣的体积之内的各个化学化合物。MRS的基本原则是：原子核被电子云包围着，电子云稍稍屏蔽了原子核以使其少受任何外部磁场的影响。因为对于各个分子或化合物而言电子云的结构是特定的，所以这种屏蔽效果的大小也是各个原子核的化学环境的特征。因为原子核的谐振频率正比于它所经受的磁场，所以该谐振频率不仅可由外部施加的场来决定，还可以由电子云所产生的较小的场移动来决定。这种化学移动(通常被表达为主频率的“百万分之几(PPM)”)的检测要求主磁场B₀具有高标准的均匀性。

通常，MR质子光谱法被用于产生一维(1D)频谱，这种频谱用于表示在感兴趣的区域中存在某些化学键。在医疗诊断和治疗过程中，MRS提供了一种用于识别和量化感兴趣的区域(常常是人脑)中的代谢物的非侵入式手段。通过查出不同分子的频率成分所产生的相对光谱振幅，医疗专业人员可以识别出用于指示疾病、失调和其它病理(比如阿尔茨海默病、癌症、中风等)的化学物质和代谢物。在这种情况下，两种原子核通常特别令人感兴趣，即¹H和³¹P。磷31MRS用于检测与膜合成和降解有关的能量新陈代谢过程中所牵涉的化合物。质子MRS研究中特别感兴趣的代谢物包括谷氨酸(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、胆碱(Cho)、肌酸(Cre)、N-乙酰基天冬氨酸(NAA)、肌醇(mI和sI)。在使用像超极化的C13这样的新型造影剂的情况下，通过分析来自感兴趣区域的各种代谢物的信号分布，便可以在人体中(比如在癌症检测的情况下)观察到新陈代谢的过程。此外，在心脏动力学方面，已使用³¹P光谱法进行了许多工作。

当采用这些信号来产生图像时，可以使用磁场梯度(G_x、G_y和G_z)。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和质量。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，可以以牺牲图像分辨率和质量为代价来减少扫描时间。