[发明专利]具有先验知识和过采样的磁共振成像

说明书

本发明提供了一种用于执行磁共振成像(MRI)的方法，其利用了采样对象中电磁场和自旋之间相互作用的先验知识。相对于传统的(奈奎斯特‑香农极限)MRI，该技术能够提供更短的采集时间。该方法基于编码矩阵形式，该编码矩阵形式由每个自旋如何根据它们对于给定脉冲序列的位置随时间演变的特定知识构建。在以前，传统的MRI技术没有充分利用这种特定的在先知识。此外，本发明的方法可以与其他方案结合使用，例如压缩感测、并行成像或深度学习，以进一步缩短MRI扫描时间。

技术领域

本发明总体上涉及核磁共振成像(MRI)领域，尤其涉及一种利用MRI系统中电磁场和样本自旋之间相互作用的明确先验知识的成像加速方法。

背景技术

由于两个不同的原因，空间频率空间或k空间是MRI的基石。首先，傅立叶变换(FT)提供了k空间和所寻找的图像空间之间的简单映射，其次，在检测器中感应的磁共振(MR)信号的数学描述与FT中的数学描述完全匹配。此外，在传统MRI中，用于编码空间信息的磁梯度场在整个视场(FoV)中是线性的，k-空间位置与采集时间(t)的关系为其中γ是旋磁比(质子为2π·42MHz/T)，G是磁场梯度强度，k的单位是rad/m。当梯度脉冲是幅度为G的矩形波时，上述表达式简化为k＝γ·G·t。

所应用的梯度决定了对哪些k空间区域进行采样。在包括自旋回波和梯度回波的常规成像序列中，以及在快速成像序列中，在频率方向上连续采集k空间的一行或多行。在MRI领域已经公开了许多k空间采样技术。例如，二维(2D)数据可以在笛卡尔矩形网格上收集，或者沿着2D k空间中的螺旋轨迹收集。

MRI采集必须是有限的持续时间，并且在图像重建之前的过程中将信号数字化。有限的读数会导致模糊和边缘伪影(例如吉布斯振铃)，采集时间越短，这种现象就越明显。另一方面，MR信号的数字化意味着可以对用于图像重建的数据应用离散傅立叶变换(DFT)，这在计算资源方面非常高效并且要求不高。

利用基于DFT的重建技术：i)在k空间中获取的点数正好等于图像空间中的像素数；ii)采样率确定FoV的大小，FoV的大小是采集磁共振图像的距离；iii)图像分辨率由读出持续时间决定；以及iv)奈奎斯特-香农(NS)定理适用。后者证明，对于带宽受限的连续时间信号(如在MRI中)，以快于两倍信号带宽(NS极限)的速率采样是无用的，因为超过该极限就没有有用的信息可以恢复。对于在一个空间维度z和强度为G的线性磁场梯度中的传统MRI，发射带宽为γ·G·Δz，且NS极限由以下采样频率给出：

ω_NS＝2·γ·G·Δz， (1)

其中所有频率的单位为rad/s，且Δz是FoV的大小。

数据过采样通常是指以快于检测信号带宽两倍的速率采集数据，例如在传统MRI中驻留时间小于δt_NS＝π/(γ·G·Δz)。该驻留时间代表数字化样本之间的间隔。另外，过采样可以指在给定FoV和梯度强度的情况下，对间距小于NS极限的k空间点进行采样，即δkπ/Δz。

专利申请EP2233940A1中示出了过采样的一个例子，其涉及一种在磁共振中同时激励和采集的方法。在本文件中，执行过采样，使得时域信号采样速率高于要重建的对象所覆盖的频率范围所需的速率，由此过采样(参见第[0022]段)是可选步骤，并且足够高以：

-考虑发射-接收切换的影响，更具体地，在交错激励和采集的情况下，减少由于丢失初始信号而导致的基线伪影。

-提供缺失时域信号区域的外推。