[发明专利]利用高度约束的背投来重构跳动着的心脏的图像

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2005年11月21日提交的题为“IMAGE RECONSTRUCTIONMETHOD FOR CARDIAC GATED MAGNETIC RESONANCE IMAGING”的申请60/738,444。

发明背景

本发明的领域是医疗成像方法和系统。更具体地讲，本发明涉及运动的物体(比如跳动着的心脏)的成像过程。

当对运动的物体(比如跳动着的心脏)进行成像时，若用医疗成像系统非常迅速地采集数据，则可以获得更高质量的图像。例如，使用X射线CT系统时，X射线源和检测器都在受试者的周围旋转以便采集足够数量的投影视图，从这些投影视图中可以重构出断层分析图象。这需要时间，通常，在通过采集更少的投影视图而缩短扫描时间以及用更多的投影视图来提高图像质量这两者之间有一定的权衡。

尽管X射线CT存在该问题，但是在核磁共振成像(MRI)中该问题则更突出。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。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信号数字化并且对其进行处理以重构图像。

用于采集NMR信号并重构图像的最常用方法使用了公知的“傅里叶变换”成像技术的变体，它常常被称为“自旋-翘曲”。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自旋-翘曲技术(详见Physics in Medicine and Biology，卷25，第751-756页，1980)。它在采集NMR自旋-回波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，通过沿一个笛卡尔坐标系方向应用相位编码梯度(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)的情况下采集一自旋-回波信号。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”序列中递增相位编码梯度脉冲G_y的幅值(ΔG_y)，以产生一组NMR数据，从该数据中可以重构出整个图像。

为了增大采集图像帧的速率，通过采集更少的相位编码视图，或通过使用更快的脉冲序列(这本身就导致图像质量更低)，便可能牺牲了图像质量。因此，在使用自旋-翘曲方法时，在为了实现期望的图像分辨率和质量而采集的视图的个数以及采集完整图像的NMR数据的速率之间有一种权衡。

最近，已使用了一种用于采集NMR图像数据的备选方法，其中没有使用相位编码梯度。相反，在每一个NMR信号(即“视图”)的采集过程中仅应用了读出梯度，并且通过旋转读出梯度的角度，便采集了一系列不同的视图。不再像傅立叶成像中那样按直线扫描方式对k空间进行采样，本“投影重构”方法用一系列视图对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，并且如果采集了个数不够多的视图，则在重构出的图像中产生了条纹伪像。