[发明专利]扩散加权MRI中的高度约束背投重构过程

说明书

有关申请的交叉参照

本申请基于下列两个美国临时专利申请：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2月17日提交的题为“DIFFUSION TENSOR IMAGINGUSING HIGHLY CONSTRAINED IMAGE RECONSTRUCTION METHOD”的申请60/774,314。

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HL06488、HL072260和MH062015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成像(MRI)，特别是用于采集和重构扩散加权图像的方法。

核磁共振成像使用核磁共振(NMR)现象来产生图像。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图像。

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。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每一个测量周期或“脉冲序列”的长度来决定，并且还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。有许多临床应用，其中为得到规定的分辨率和SNR的图像所用的总扫描时间是很高的，结果，已减小扫描时间为目的已进行了许多改进。

最近关于减小总扫描时间的工作包括使用如美国专利6,487,435所揭示的投影重构方法。投影重构方法自核磁共振成像出现时就已为人所知。不像傅立叶成像那样按直线笛卡尔扫描方式对k空间进行采样(即如图2所示)，投影重构方法像图3所示那样用一系列视图对k空间进行采样，这些视图对从k空间的中心向外延伸的径向线条进行采样。对k空间进行采样所需的视图的个数决定了扫描的长度，如果采集的视图的个数不充足，则在重构出的图像中会产生条纹伪像。专利6,487,435中所描述的技术通过采集连续的、带有交错视图的欠采样图像并且在连续的图像帧之间共享外围的k空间数据，减少了上述这种条纹。

在美国专利6,710,686中，描述了两种用于从采集的一组投影视图中重构出图像的方法。在MRI中，最普通的方法是将在其径向采样轨迹上采集到的k空间样本重新定格到笛卡尔栅格中。然后，通过对重新定格后的k空间样本进行二维或三维傅里叶变换，重构出图像。用于重构图像的第二种方法是：通过对每一个投影视图进行第一次傅里叶变换，将上述径向k空间投影视图变换到Radon空间。通过过滤这些信号投影并将它们背投到视场(FOV)中，便从这些信号投影中重构出一图像，就像通常对X射线CT数据所做的那样。如本领域公知的那样，如果采集到的信号投影在数量方面不足以满足尼奎斯特(Nyquist)采样定则，则在重构出的图像中会产生条纹伪像。

图4示出了MRI中使用的标准背投方法。通过沿箭头16所示的投影路径来投影每一个在分布10中的信号样本14并使其穿过FOV 12，每一个采集到的信号投影分布10便被背投到视场12上。在将每一个信号样本14投影到FOV12中的过程中，我们没有任何关于该受试者的先验信息，并且假定FOV 12中的NMR信号是同类的并且信号样本14应该被均等地分配到投影路径所穿过的每一个像素中。例如，图4示出了投影路径8，当它穿过在FOV 12中的N个像素时，它对应于一个信号投影分布10中的单个信号样本14。在这N个像素之间均等地分割该信号样本14的信号值(P)：

S_n＝(P×1)/N                            (1)