使用空間自適應(yīng)正則化以用于圖像重建的mri的制作方法
【專利說明】使用空間自適應(yīng)正則化以用于圖像重建的MR I
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本專利申請根據(jù)35U.S.C. §119要求于2013年9月5日提交的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?61/873949的優(yōu)先權(quán)。籍此通過引用將該申請并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本系統(tǒng)涉及用于使用空間自適應(yīng)正則化技術(shù)來重建圖像的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，并且更 具體地涉及正則化的平行成像系統(tǒng)，所述正則化的平行成像系統(tǒng)使用一幅或多幅重建的圖 像的結(jié)構(gòu)信息和噪聲分布信息來至少部分地采集另一圖像。
【背景技術(shù)】
[0004] 快速成像技術(shù)對于以低成本獲得高質(zhì)量圖像而言是必要的。不幸的是，常規(guī)的快 速成像技術(shù)可能不能獲得用于重建圖像的足夠的細(xì)節(jié)。因此，利用具有不同對比度的圖像 間的可共享信息以用于快速成像(例如，R1-R3)-直受到關(guān)注。例如，一種常規(guī)方案(例如， R1)將可共享結(jié)構(gòu)信息用于以極高的計(jì)算負(fù)擔(dān)為代價(jià)而增強(qiáng)壓縮感測，并且對掃描間運(yùn)動(dòng) 敏感。另外，相關(guān)成像方法(例如，R2)討論了使用共享的線圈靈敏度信息，并且不認(rèn)為其在 存在掃描間運(yùn)動(dòng)時(shí)起作用。不幸的是，快速成像技術(shù)通常提供可能不足以重建具有足夠的 圖像特性(例如，清晰度、細(xì)節(jié)等）的圖像的信息。其他的--例如在W0/2012/127341(也在 本說明書最后被列為參考文獻(xiàn)R12)中所描述的，通過引用將其內(nèi)容并入本文一一將不同對 比度圖像間的可共享感興趣區(qū)域(R0I)或互信息用作正則化項(xiàng)中的約束。該方法也能夠?qū)?大尺度的掃描間運(yùn)動(dòng)敏感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 相比較已知的方法，本系統(tǒng)的實(shí)施例包括以下益處：1)除結(jié)構(gòu)信息以外，也可以共 享因部分采集造成的噪聲分布；以及2)不將所共享的信息直接使用在正則化項(xiàng)中以強(qiáng)制相 似性。相反，所共享的信息可以用于定義正則化項(xiàng)的空間自適應(yīng)正則化參數(shù)。以此方式，所 提出的重建方法可以對運(yùn)動(dòng)較不敏感。以下等式提供了范例并且可以由本系統(tǒng)的實(shí)施例使 用。
[0006] 以下等式（1)示出了常規(guī)的重建方法
[0007]
[0008] 其中，X為全部通道的所重建的k空間，k為部分采集的數(shù)據(jù)，D為用于數(shù)據(jù)下采樣的 算子，G為用于自洽平行成像重建(SPIRiT)的一般卷積算子，Ψ為小波變換并且▽為梯度算 子。非負(fù)的正則化參數(shù)λ〇、λ4Ρλ 2平衡這四個(gè)項(xiàng)。后兩個(gè)項(xiàng)為稀疏約束;它們強(qiáng)制所重建的圖 像在這些變換域中的稀疏度。在等式（1)中，兩個(gè)稀疏約束被用作范例。等式（1)示出了一種 不使用任何可共享信息的常規(guī)方法。
[0009] 在W0/2012/127341中描述的另一方法在正則化項(xiàng)中使用先驗(yàn)信息，如等式（2)中 所示
[0010]
[0013]
[0011] 具中，Μ為所開孚的KOI信思。
[0012] 以下等式(3)說明了根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)施例的重建方法。
式⑶
[0014] 其中，N由所共享的噪聲分布決定。噪聲分布信息能夠通過人工地下采樣所重建的 先前圖像，并然后利用人工下采樣的數(shù)據(jù)再一次重建圖像來計(jì)算。^和衍為由所共享的結(jié)構(gòu) 信息定義的空間自適應(yīng)權(quán)重。作為范例，權(quán)重^和衍由逐點(diǎn)加權(quán)函數(shù)的集合定義。
[0015]
[0016] p4PPl為使用等式（3)計(jì)算的統(tǒng)計(jì)概率，所述統(tǒng)計(jì)概率為小波和圖像空間中的邊 界。參數(shù)S用于溢出預(yù)防;并且參數(shù)q用于控制正則化的階。相比較等式(2)，能夠看出所共享 的信息被使用在不同的途徑中。圖6-圖8示出，歸因于共享信息在正則化參數(shù)中的使用，本 系統(tǒng)的實(shí)施例與常規(guī)方法相比對掃描間運(yùn)動(dòng)較不敏感。另外，根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)施例：1)如果 數(shù)據(jù)集具有多于2幅圖像，則處理可以在對第二圖像的重建之后增強(qiáng)可共享信息。所增強(qiáng)的 信息能夠更好地重建第3圖像以及后續(xù)圖像;并且2)在對第二圖像的重建之后，所增強(qiáng)的邊 界信息也能夠用于改進(jìn)對第一圖像的重建。
[0017] 另外，當(dāng)加速因子為高時(shí)，部分平行成像(PPI)技術(shù)傾向于降低信噪比（SNR)并產(chǎn) 生殘留混疊偽影。盡管諸如壓縮感測(CS)方法的正則化的重建技術(shù)能夠保留SNR，但是該技 術(shù)是以模糊的邊界的代價(jià)而這么做的。盡管已經(jīng)提出了使用空間自適應(yīng)權(quán)重的方法，所述 方法使用噪聲分布(例如，g因子)信息（例如，R4)或使用檢測到的邊界信息(例如，R5和R6)， 但是這些方法都不易于執(zhí)行。例如，針對具有不規(guī)則圖案的軌跡，對g因子的預(yù)測是難以獲 得的。此外，用于利用部分采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行邊界檢測的自學(xué)習(xí)技術(shù)必須是迭代的或不準(zhǔn)確 的，這是由于利用部分采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行的初始重建是有缺陷的。本系統(tǒng)的實(shí)施例將先前重 建的圖像用于邊界檢測。因此，所檢測的邊界能夠更為準(zhǔn)確。
[0018] 在本文中描述的（一個(gè)或多個(gè))系統(tǒng)、（一個(gè)或多個(gè))設(shè)備、（一個(gè)或多個(gè))方法、（一 個(gè)或多個(gè))用戶接口、（一個(gè)或多個(gè))計(jì)算機(jī)程序、處理等(在后文中它們中的每個(gè)都將被稱 作系統(tǒng)，除非上下文另行指示)解決了現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中的問題。
[0019] 根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)施例，公開了包含部分平行成像(PPI)與正則化的組合以抵消常 規(guī)成像方法的缺點(diǎn)的方法。本系統(tǒng)的實(shí)施例提供了用于選擇參數(shù)來平衡PPI和正則化以用 于圖像重建的方法。更具體地，本系統(tǒng)的實(shí)施例可以提供用于定義正則化的PPI中的空間自 適應(yīng)權(quán)重以在重建諸如磁共振(MR)圖像等的圖像時(shí)平衡噪聲和偽影水平的方法。
[0020] 根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)施例，公開了一種磁共振(MR)成像系統(tǒng)，所述MR成像系統(tǒng)可以包 括至少一個(gè)控制器，所述至少一個(gè)控制器可以進(jìn)行以下操作:采集感興趣區(qū)域(R0I)的回波 信息，所述回波信息包括適合于以選定的對比度重建第一圖像的至少部分的第一圖像信 息;獲得具有不同于所述選定的對比度的對比度的一幅或多幅先前重建的圖像的先前重建 的圖像信息;從所述先前重建的圖像信息提取信息;基于所提取的信息來確定用于正則化 的重建的空間自適應(yīng)正則化權(quán)重；和/或根據(jù)所述空間自適應(yīng)正則化權(quán)重和所述回波信息 來重建所述第一圖像信息。
[0021] 也設(shè)想所述至少一個(gè)控制器可以根據(jù)正則化的重建方法來重建所述第一圖像信 息。另外，從所述先前重建的圖像信息提取的所述信息可以包括結(jié)構(gòu)信息和噪聲信息中的 至少一個(gè)。此外，設(shè)想所述至少一個(gè)控制器可以從Tlw圖像分辨率或T2w圖像分辨率中的一 個(gè)選擇所述第一圖像信息，并從所述Tlw圖像分辨率或所述T2w圖像分辨率中的另一個(gè)選擇 所述先前重建的圖像信息。然而，Tlw集合和T2w集合僅為一個(gè)范例。另外的實(shí)施例可以包括 其他圖像集，每個(gè)圖像集包括至少兩幅圖像。例如在一些實(shí)施例中，集合可以包括擴(kuò)散加權(quán) 圖像的集合、用于T1繪圖或T2繪圖的圖像的集合、用于磁敏感加權(quán)成像的圖像的集合等。在 又其他的實(shí)施例中，可以使用共享相同視場(F0V)但具有不同對比度或其他圖像參數(shù)（例 如，分辨率）的圖像集。因此，所述第一圖像信息可以分別選自第一圖像信息的第一數(shù)據(jù)集 或第二圖像信息的第二數(shù)據(jù)集中的一個(gè)，并且可以從所述第一數(shù)據(jù)集或所述第二數(shù)據(jù)集中 的另一個(gè)選擇所述先前重建的圖像信息，其中，所述第一圖像信息和所述第二圖像信息具 有相同視場(F0V)。然而，所述第一圖像信息和所述第二圖像信息可以利用不同的圖像參數(shù) (例如，對比度、分辨率等)進(jìn)行對應(yīng)。
[0022] 此外，所述第一圖像信息可以包括部分采集的數(shù)據(jù)集。也設(shè)想，所述MR成像系統(tǒng)可 以包括顯示器，其中，所述至少一個(gè)控制器可以在所述顯示器上繪制以所述選定的對比度 所重建的第一圖像信息和具有不同于所述選定的對比度的對比度的所述先前重建的圖像 信息中的至少一個(gè)。
[0023] 根據(jù)本系統(tǒng)的又其他的實(shí)施例，公開了一種根據(jù)由MR成像系統(tǒng)獲得的磁共振(MR) 圖像信息重建圖像的方法，所述方法可以由所述MR成像系統(tǒng)的至少一個(gè)控制器執(zhí)行并且可 以包括以下中的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作:采集感興趣區(qū)域(R0I)的回波信息，所述回波信息適合于 以選定的對比度重建第一圖像的至少部分;獲得具有不同于所述選定的對比度的對比度的 一幅或多幅先前重建的圖像的先前重建的圖像信息；從所述先前重建的圖像信息提取信 息；基于所提取的信息來確定空間自適應(yīng)正則化權(quán)重；以及根據(jù)所述空間自適應(yīng)正則化權(quán) 重和所述回波信息來重建所述第一圖像信息。
[0024] 也設(shè)想重建所述第一圖像信息的所述動(dòng)作可以根據(jù)正則化的重建方法來執(zhí)行。另 外，從所述先前重建的圖像信息提取信息的所述動(dòng)作還可以包括從所述先前重建的圖像信 息提取結(jié)構(gòu)信息和噪聲信息中的至少一個(gè)的動(dòng)作。此外，所述方法還可以包括以下中的一 個(gè)或多個(gè)動(dòng)作:從Tlw圖像分辨率或T2w圖像分辨率中的一個(gè)選擇所述第一圖像信息；以及 從所述Tlw圖像分辨率或所述T2w圖像分辨率中的另一個(gè)選擇所述先前重建的圖像。根據(jù)所 述方法的實(shí)施例，所述第一圖像信息可以包括部分采集的數(shù)據(jù)集，所述部分采集的數(shù)據(jù)集 可能不足以重建具有足夠的細(xì)節(jié)或其他特性的圖像。所述方法還可以包括在顯示器上繪制 以所述選定的對比度所重建的第一圖像信息和具有不同于所述選定的對比度的對比度的 所述先前重建的圖像信息中的至少一個(gè)的動(dòng)作。
[0025] 根據(jù)本系統(tǒng)的又另外的實(shí)施例，公開了一種被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上的計(jì) 算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序可以被配置為根據(jù)磁共振(MR)圖像信息來重建圖像，所述計(jì)算 機(jī)程序可以包括程序部分，所述程序部分被配置為:采集感興趣區(qū)域(R0I)的回波信息，所 述回波信息適合于以選定的對比度重建第一圖像的至少部分;獲得具有不同于所述選定的 對比度的對比度的一幅或多幅先前重建的圖像的先前重建的圖像信息;從所述先前重建的 圖像信息提取信息；確定用于正則化的重建并且基于所提取的圖像信息的空間自適應(yīng)正則 化權(quán)重;和/或根據(jù)所述空間自適應(yīng)正則化權(quán)重和所述回波信息來重建所述第一圖像信息。
[0026] 也設(shè)想，所述程序部分還可以被配置為根據(jù)正則化的重建方法來重建所述第一圖 像信息。此外，設(shè)想為了從所述先前重建的圖像信息提取信息，所述程序部分還可以被配置 為從所述先前重建的圖像信息提取結(jié)構(gòu)信息和噪聲信息中的至少一個(gè)。另外，所述程序部 分還可以被配置為從Tlw圖像分辨率或T2w圖像分辨率中的一個(gè)選擇所述第一圖像信息，并 從所述Tlw圖像分辨率或所述T2w圖像分辨率中的另一個(gè)選擇所述先前重建的圖像。此外， 當(dāng)采集R0I的所述回波信息時(shí)，所述部分還可以被配置為僅采集部分?jǐn)?shù)據(jù)集。也設(shè)想，所述 程序部分還可以被配置為在顯示器上繪制以所述選定的對比度所重建的第一圖像信息和 具有不同于所述選定的對比度的對比度的所述先前重建的圖像信息中的至少一個(gè)。
【附圖說明】
[0027] 參考附圖并