[发明专利]采用高度约束的背投的功能性MRI

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2005年11月21日提交的题为“IMAGE ACQUISITION ANDRECONSTRUCTION METHOD FOR FUNCTIONAL MAGNETIC RESONANCEIMAGING”的申请60/738,442。

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HL072260、HL066488和EB002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方法和系统。更具体地讲，本发明涉及功能性核磁共振图像(fMRI)的采集和重构过程。

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，可以以牺牲图像质量为代价来减少扫描时间。

用于采集可从中重构出图像的NMR数据组的一种最常用方法被称为“傅里叶变换”成像技术或“自旋-翘曲”技术。在W.A.Edelstein等人的题为“Spin-Warp NMR Imaging and Applications to Human Whole-Body Imaging”的文章中讨论了这种技术(详见Physics in Medicine and Biology，卷25，第751-756页，1980)。它在采集NMR信号之前使用了一种可变振幅相位编码磁场梯度脉冲从而对该梯度方向上的空间信息进行相位编码。在二维实现方式(2DFT)中，例如，通过应用沿一个方向的相位编码梯度(G_y)，在该方向上对空间信息进行编码，然后，在与该相位编码方向正交的一方向上存在读出的磁场梯度(G_x)的情况下采集一信号。自旋-回波采集期间存在的读出梯度对正交方向上的空间信息进行编码。在典型的2DFT脉冲序列中，在上述扫描期间采集的视图序列中增大相位编码梯度脉冲G_y的幅值(G_y)。在三维实现方式(3DFT)中，在每一次信号读出之前应用第三梯度G_z，以便沿第三轴进行相位编码。该第二相位编码梯度脉冲G_z的幅值也遍历了上述扫描期间的多个数值。这些2DFT和3DFT方法按图2所示直线形式对k-空间进行采样，并且k-空间样本位于笛卡尔栅格上。

最近，如美国专利6,487,435所述，已将投影重构方法用于采集时间分辨的数据。投影重构方法有时候被称为“径向”采集，它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所示那样采集一系列视图，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之间共享外围的k空间数据，减少了上述这种条纹。