[发明专利]采用来自先验采集的约束的压缩感测MR图像重建

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振（MR）成像领域。本发明涉及一种对置于MR设备检查体积中的患者的身体的至少部分进行MR成像方法。本发明还涉及一种MR设备和一种运行于MR设备上的计算机程序。

背景技术

当前，尤其是在医学诊断领域中，广泛使用了MR成像方法，该方法利用磁场和核自旋之间的相互作用以形成二维或三维图像，因为对于软组织成像，它们在很多方面优于其他成像方法，不需要电离辐射，通常不是侵入性的。

根据一般的MR方法，要检查的患者身体布置在强的均匀磁场中，磁场的方向同时定义测量所基于的坐标系的轴（通常为z轴）。磁场根据磁场强度针对个体核自旋产生不同的能级，可以通过施加定义频率（所谓的拉莫尔频率或MR频率）的变化的电磁场（RF场）来激励个体核自旋（自旋共振）。从宏观角度讲，个体核自旋的分布产生总体磁化，通过施加适当频率的电磁脉冲（RF脉冲）可以使总体磁化偏离平衡状态，同时RF脉冲的磁场垂直于z轴延伸，使得磁化绕z轴进行进动。这种磁化强度运动描绘出锥形表面，锥形的孔径角称为翻转角。翻转角的大小取决于所施加电磁脉冲的强度和持续时间。对于所谓的90°脉冲，自旋从z轴偏斜到横平面（翻转角90°）。通过MR设备的RF线圈布置使RF脉冲朝向患者身体辐射。所述RF线圈布置通常围绕放置患者身体的检查体积。

在终止RF脉冲之后，磁化弛豫回初始平衡状态，其中，以第一时间常数T₁（自旋点阵或纵向弛豫时间）再次建立z方向的磁化，垂直于z方向的方向上的磁化以第二时间常数T₂（自旋-自旋或横弛豫时间）弛豫。可以利用在MR设备的检查体积之内布置并取向的接收RF天线或线圈来探测磁化的变化，所述布置和取向使得在垂直于z轴的方向上测量磁化变化。例如，在施加90°脉冲之后，横向磁化的衰减伴随着（局部磁场不均匀性诱发的）核自旋从具有相同相位的有序状态到所有相角均匀分布的状态（失相）的过渡。可以利用重新聚焦脉冲（例如180°脉冲）补偿失相。这样在接收线圈中产生回波信号（自旋回波）。

为了在身体中实现空间分辨率，在均匀磁场上叠加沿三个主轴延伸的线性磁场梯度，导致自旋共振频率的线性空间相关性。那么接收线圈拾取的信号包含可能与身体中不同位置相关联的不同频率分量。经由接收RF天线或线圈获得的信号数据对应于空间频率域，被称为k空间数据。k空间数据通常包括利用不同相位编码采集的多条线。通过收集若干样本对每条线进行数字化。通过傅里叶变换或者其他本身已知的重建技术将一组k空间数据转换为MR图像。

成像速度在很多MR成像应用中是很重要的。然而，为重建MR图像的所需的MR信号数据的收集速度在根源上受到物理和生理约束条件的限制。因而，MR成像领域的很多最新发展都致力于在不降低所重建的MR图像的质量的情况下降低所需的信号数据的量。在很多这样的发展当中，压缩感测（CS）理论具有很大的显著减少信号数据的潜力。在CS理论中，能够通过应用适当的正则化算法由欠采样的测量结果恢复变换域内具有稀疏表示的信号数据集。欠采样的可能性使得采集时间显著降低。作为信号采样和重建的数学框架，CS规定了甚至在k空间采样密度远低于尼奎斯特准则的情况下也能够准确地或者至少以高图像质量重建信号数据集的条件，而且还提供了用于这样的重建的方法。在大多数现有的基于CS的MR采集和重建方案中，采用基本的CS方案，其仅利用MR信号数据在变换域内是稀疏的这一先决条件。例如，M.Lustig等提出了将CS应用于快速MR成像（M.Lustig等人：“Sparse MRI:The Application of Compressed Sensing for Rapid MR Imaging”,Magnetic Resonance in Medicine,58,1182-1195,2007）。而且，还已知由于在某些应用中可获得有关未知MR图像的额外先验信息，因而将这一先验信息结合到CS重建中是有利的。

如上文已经提到地，扫描时间是MR成像中的关键因素。出于这一原因，所采集到的MR图像的时间或空间分辨率以及临床检查当中的扫描次数经常受到限制。由于临床实践当中的时间限制的原因，有时甚至将需要特别长的扫描时间的MR成像扫描从协议中排除，或者不得不以低分辨率采集信号数据。上文提到的CS技术已经成功地帮助降低单幅MR图像的重建所需的扫描时间。然而，在很多实际情况下，完整的MR检查所需的时间仍然超过了时间限制，其中，所述完整的MR检查包括为了获得预期的诊断信息而实施的对几幅具有不同的对比度类型的MR图像的采集和重建。