使用空間自適應正則化以用于圖像重建的mri的制作方法
【專利說明】使用空間自適應正則化以用于圖像重建的MR I
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本專利申請根據35U.S.C. §119要求于2013年9月5日提交的美國臨時專利申請號 61/873949的優先權。籍此通過引用將該申請并入本文。
技術領域
[0003] 本系統涉及用于使用空間自適應正則化技術來重建圖像的醫學成像系統，并且更 具體地涉及正則化的平行成像系統，所述正則化的平行成像系統使用一幅或多幅重建的圖 像的結構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】
[0004] 快速成像技術對于以低成本獲得高質量圖像而言是必要的。不幸的是，常規的快 速成像技術可能不能獲得用于重建圖像的足夠的細節。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)-直受到關注。例如，一種常規方案(例如， R1)將可共享結構信息用于以極高的計算負擔為代價而增強壓縮感測，并且對掃描間運動 敏感。另外，相關成像方法(例如，R2)討論了使用共享的線圈靈敏度信息，并且不認為其在 存在掃描間運動時起作用。不幸的是，快速成像技術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、細節等）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R12)中所描述的，通過引用將其內容并入本文一一將不同對 比度圖像間的可共享感興趣區域(R0I)或互信息用作正則化項中的約束。該方法也能夠對 大尺度的掃描間運動敏感。
【發明內容】
[0005] 相比較已知的方法，本系統的實施例包括以下益處：1)除結構信息以外，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中以強制相 似性。相反，所共享的信息可以用于定義正則化項的空間自適應正則化參數。以此方式，所 提出的重建方法可以對運動較不敏感。以下等式提供了范例并且可以由本系統的實施例使 用。
[0006] 以下等式（1)示出了常規的重建方法
[0007]
[0008] 其中，X為全部通道的所重建的k空間，k為部分采集的數據，D為用于數據下采樣的 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。非負的正則化參數λ〇、λ4Ρλ 2平衡這四個項。后兩個項為稀疏約束;它們強制所重建的圖 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方法。
[0009] 在W0/2012/127341中描述的另一方法在正則化項中使用先驗信息，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)說明了根據本系統的實施例的重建方法。
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據再一次重建圖像來計算。^和衍為由所共享的結構 信息定義的空間自適應權重。作為范例，權重^和衍由逐點加權函數的集合定義。
[0015]
[0016] p4PPl為使用等式（3)計算的統計概率，所述統計概率為小波和圖像空間中的邊 界。參數S用于溢出預防;并且參數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中的使用，本 系統的實施例與常規方法相比對掃描間運動較不敏感。另外，根據本系統的實施例：1)如果 數據集具有多于2幅圖像，則處理可以在對第二圖像的重建之后增強可共享信息。所增強的 信息能夠更好地重建第3圖像以及后續圖像;并且2)在對第二圖像的重建之后，所增強的邊 界信息也能夠用于改進對第一圖像的重建。
[0017] 另外，當加速因子為高時，部分平行成像(PPI)技術傾向于降低信噪比（SNR)并產 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能夠保留SNR，但是該技 術是以模糊的邊界的代價而這么做的。盡管已經提出了使用空間自適應權重的方法，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行。例如，針對具有不規則圖案的軌跡，對g因子的預測是難以獲 得的。此外，用于利用部分采集的數據進行邊界檢測的自學習技術必須是迭代的或不準確 的，這是由于利用部分采集的數據進行的初始重建是有缺陷的。本系統的實施例將先前重 建的圖像用于邊界檢測。因此，所檢測的邊界能夠更為準確。
[0018] 在本文中描述的（一個或多個)系統、（一個或多個)設備、（一個或多個)方法、（一 個或多個)用戶接口、（一個或多個)計算機程序、處理等(在后文中它們中的每個都將被稱 作系統，除非上下文另行指示)解決了現有技術的系統中的問題。
[0019] 根據本系統的實施例，公開了包含部分平行成像(PPI)與正則化的組合以抵消常 規成像方法的缺點的方法。本系統的實施例提供了用于選擇參數來平衡PPI和正則化以用 于圖像重建的方法。更具體地，本系統的實施例可以提供用于定義正則化的PPI中的空間自 適應權重以在重建諸如磁共振(MR)圖像等的圖像時平衡噪聲和偽影水平的方法。
[0020] 根據本系統的實施例，公開了一種磁共振(MR)成像系統，所述MR成像系統可以包 括至少一個控制器，所述至少一個控制器可以進行以下操作:采集感興趣區域(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正則化權重；和/或根據所述空間自適應正則化權重和所述回波信息 來重建所述第一圖像信息。
[0021] 也設想所述至少一個控制器可以根據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構信息和噪聲信息中的 至少一個。此外，設想所述至少一個控制器可以從Tlw圖像分辨率或T2w圖像分辨率中的一 個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集合僅為一個范例。另外的實施例可以包括 其他圖像集，每個圖像集包括至少兩幅圖像。例如在一些實施例中，集合可以包括擴散加權 圖像的集合、用于T1繪圖或T2繪圖的圖像的集合、用于磁敏感加權成像的圖像的集合等。在 又其他的實施例中，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（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據集 或第二圖像信息的第二數據集中的一個，并且可以從所述第一數據集或所述第二數據集中 的另一個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 (例如，對比度、分辨率等)進行對應。
[0022] 此外，所述第一圖像信息可以包括部分采集的數據集。也設想，所述MR成像系統可 以包括顯示器，其中，所述至少一個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。
[0023] 根據本系統的又其他的實施例，公開了一種根據由MR成像系統獲得的磁共振(MR) 圖像信息重建圖像的方法，所述方法可以由所述MR成像系統的至少一個控制器執行并且可 以包括以下中的一個或多個動作:采集感興趣區域(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正則化權重；以及根據所述空間自適應正則化權 重和所述回波信息來重建所述第一圖像信息。
[0024] 也設想重建所述第一圖像信息的所述動作可以根據正則化的重建方法來執行。另 外，從所述先前重建的圖像信息提取信息的所述動作還可以包括從所述先前重建的圖像信 息提取結構信息和噪聲信息中的至少一個的動作。此外，所述方法還可以包括以下中的一 個或多個動作:從Tlw圖像分辨率或T2w圖像分辨率中的一個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選擇所述先前重建的圖像。根據所 述方法的實施例，所述第一圖像信息可以包括部分采集的數據集，所述部分采集的數據集 可能不足以重建具有足夠的細節或其他特性的圖像。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的動作。
[0025] 根據本系統的又另外的實施例，公開了一種被存儲在計算機可讀存儲介質上的計 算機程序，所述計算機程序可以被配置為根據磁共振(MR)圖像信息來重建圖像，所述計算 機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正則 化權重;和/或根據所述空間自適應正則化權重和所述回波信息來重建所述第一圖像信息。
[0026] 也設想，所述程序部分還可以被配置為根據正則化的重建方法來重建所述第一圖 像信息。此外，設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構信息和噪聲信息中的至少一個。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選擇所述先前重建的圖像。此外， 當采集R0I的所述回波信息時，所述部分還可以被配置為僅采集部分數據集。也設想，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。
【附圖說明】
[0027] 參考附圖并