用于核磁共振图像重建的方法、系统和装置发明专利

用于核磁共振图像重建的方法、系统和装置
优先权声明
本申请要求于2018年6月14日提交的美国申请US16/008,296的优先权，其内容通过引用结合于此。

技术领域
本申请一般涉及磁共振成像技术，更具体地，涉及用于磁共振图像重建的方法和系统。

背景技术
磁共振成像系统广泛用于医学诊断。

磁共振成像系统使用强磁场和射频(RF)技术来生成待扫描对象的图像。

在磁共振扫描期间，对象(例如，心跳)的运动可能导致磁共振图像中出现运动伪影和/或噪声。

最近已经开发了一些技术来减少由于对象的运动引起的这种伪影。

例如，心电图(ECG)门控技术已被用于实时重建心脏电影-磁共振图像的过程中。

然而，使用这种方法的磁共振成像系统的操作者可能需要通过，例如，调整与用于获取磁共振信号的脉冲序列相关的大量参数(例如，触发延迟、触发窗口)，以识别导致对象运动的心脏或呼吸事件，以减少心脏运动对心脏电影-磁共振图像的影响，并且可能是繁重且耗时的。

因此，期望提供用于重建心脏电影-磁共振图像的系统和方法，而无需手动识别由于对象运动导致的心脏或呼吸事件。

发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种在磁共振成像系统上实现的方法。

磁共振成像系统可包括磁共振扫描仪和计算设备。

计算设备可以包括至少一个处理器和至少一个存储设备。

该方法可以包括由磁共振扫描仪获取磁共振信号，并且由至少一个处理器根据磁共振信号生成k空间的图像数据。

该方法还可以包括由至少一个处理器将K空间的图像数据分为多个期相。

多个期相中的每个期相可以具有第一计数的条辐，并且条辐可以表示用于填充k空间的轨迹。

该方法还可以包括由至少一个处理器将K空间的图像数据的多个期相分成多个组。

多个组中的每组可以包括多个期相中的至少一个期相的K空间的图像数据。

该方法还可以包括由至少一个处理器基于多个组来确定参考图像。

参考图像的每个参考图像可以对应于多个期相中的至少一个期相的K空间的图像数据。

该方法还可以包括由至少一个处理器基于参考图像和多个期相的K空间的图像数据，重建图像序列。

在一些实施例中，图像序列可以包括目标图像，可以将图像数据分为多个期相。

该方法还可以包括确定用于重建目标图像的时间分辨率。

该方法还可以包括确定用于获取磁共振信号的重复时间，并基于时间分辨率和重复时间确定第一计数的条辐。

该方法还可以包括基于第一计数的条辐将图像数据分为多个期相。

在一些实施例中，可以将多个期相的图像数据分成多个组。

该方法可以包括确定多个期相的第一部分。

第一部分中的期相计数可以等于多个组的组计数。

该方法还可以包括将第一部分的每个期相分至多个组的特定组中。

该方法还可以包括将第二部分的每个期相分至多个组的特定组中。

在一些实施例中，可以将第二部分中的每个期相分至多个组的特定组中。

对于第二部分中的每个期相，该方法还可以包括从第一部分的期相中确定与第二部分中的每个期相具有最小距离的第一期相。

该方法还可以包括将第二部分中的每个期相分至第一期相所属的同一组中。

在一些实施例中，该方法还包括获取低通滤波器。

通过该低通滤波器，可以对第二部分中的每个期相的图像数据以及第一部分中的每个期相的图像数据进行过滤。

通过所述低通滤波器，还可以确定第一部分的每个期相的过滤后图像数据，以及第二部分的每个期相的过滤后图像数据。

在一些实施例中，该方法还可以包括确定第一目标函数。

第一目标函数可以包括第一项和第二项。

第一项可以表示第二部分中的每个期相的过滤后图像数据与第一部分中的某个期相的过滤后图像数据之间的距离。

第二项可以表示第二部分中的每个期相的过滤后图像数据与第一部分的第二期相的过滤后图像数据之间的距离。

第二期相可以与第一部分的某个期相相邻。

该方法还可以包括基于第一目标函数从第一部分确定第一期相。

在一些实施例中，该方法还可以包括确定第一目标函数的至少两个值。

至少两个值中的每个可以对应于图像数据的第一部分的某个期相。

该方法还可以包括根据第一目标函数的至少两个值确定最小值，并且根据第一目标函数的至少两个值确定与最小值对应的第一期相。

在一些实施例中，第一目标函数可以进一步包括第三项，该第三项表示第二部分中的每个期相的过滤后图像数据与第一部分的第三期相的过滤后图像数据之间的距离。

第三期相可以与第一部分的某个期相相邻。

在一些实施例中，图像序列可以包括目标图像，并且该方法还可以包括基于参考图像和多个期相的图像数据确定第二目标函数。

第二目标函数可以包括保真项和第一正则项。

保真项可以表示与估计图像相关联的频域中的估计图像数据与多个期相的图像数据之间的差异。

第一正则项可以表示估计图像和参考图像之间的差异。

该方法还可以包括通过执行至少两次迭代，基于第二目标函数来确定目标图像。

在一些实施例中，对于至少两次迭代中的每次迭代，该方法可以进一步包括基于估计图像确定第二目标函数的值更新估计图像。

该方法还可以包括当条件被满足时，将估计图像确定为目标图像。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括确定模型，其被配置为用于将估计图像传送到频域中的估计图像数据。

模型可以与磁共振扫描仪的线圈灵敏度相关联。

该方法还可以包括基于模型确定保真项。

在一些实施例中，第二目标函数还可以包括在频域中约束目标图像的稀疏性的第二正则项。

根据本申请的另一方面，提供了一种磁共振成像系统。

该系统可以包括磁共振扫描仪和计算设备。

计算设备可包括存储可执行指令的至少一个存储设备，以及至少一个与所述至少一个存储设备通信的处理器。

在执行可执行指令时，使所述系统执行所述磁共振图像重建方法。

根据本申请的另一方面，提供了一种非暂时性的计算机可读介质，该介质存储计算机指令，所述计算机指令在执行时执行所述磁共振图像重建方法。

根据本申请的另一方面，提供了一种磁共振成像装置，包括：获取模块，用于通过所述磁共振扫描仪获取磁共振信号；以及根据所述磁共振信号，通过所述至少一个处理器生成k空间的图像数据；分类模块，用于通过所述至少一个处理器将所述k空间的所述图像数据分为多个期相，所述多个期相中的每个期相具有第一计数的条辐，所述条辐表示用于填充所述k空间的轨迹；以及通过所述至少一个处理器，将所述多个期相的所述k空间的所述图像数据分成多个组，所述多个组中的每组包括所述多个期相中的至少一个期相的所述k空间的所述图像数
据。

图像重建模块，用于通过所述至少一个处理器基于所述多个组确定参考图像，所述参考图像中的每个参考图像对应于所述多个期相中的至少一个期相的所述k空间的所述图像数据；以及通过所述至少一个处理器，基于所述参考图像和所述多个期相的所述k空间的所述图像数据，重建图像序列。

本申请的一部分附加特性可以在下面的描述中进行说明。

通过对以下描述和相应附图的研究或者对实施例的生产或操作的了解，本申请的一部分附加特性对于本领域技术人员是明显的。

本申请的特征可以通过对以下描述的具体实施例的各种方面的方法、手段和组合的实践或使用得以实现和达到。

附图说明
本申请将通过示例性实施例进行进一步描述。

这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。

这些实施例是非限制性的示例性实施例，在这些实施例中，各图中相同的编号表示相似的结构，其中：
图1是根据本申请的一些实施例所示的示例性磁共振成像系统的示意图；
图2是根据本申请的一些实施例所示的可在其上实现处理引擎的示例性计算设备的硬件和/或软件组件的示意图；
图3是根据本申请的一些实施例所示的示例性移动设备的硬件和/或软件组件的示意图；
图4是根据本申请的一些实施例所示的示例性处理引擎的框图；
图5是根据本申请的一些实施例所示的用于重建包括目标图像的图像序列的示例性过程的流程图。

图6是根据本申请的一些实施例所示的用于将期相的K空间的图像数据分成组的示例性过程的流程图。

图7是根据本申请的一些实施例所示的用于重建目标图像的示例性过程的流程图。

图8A是根据本申请的一些实施例所示的k空间的两个相邻条辐之间的示例性角度的示意图；
图8B是根据本申请的一些实施例所示的k空间的示例性条辐的示意图；以及
图9A-9B是根据本申请的一些实施例的心脏的示例性图像序列。

具体实施方式
以下描述是为了使本领域的普通技术人员能够实施和利用本申请并且该描述是在特定的应用场景及其要求的环境下提供的。

对于本领域的普通技术人员来讲，显然可以对所披露的实施例作出各种改变，并且在不偏离本申请的原则和范围的情况下，本申请中所定义的普遍原则可以适用于其他实施例和应用场景。

因此，本申请并不限于所描述的实施例，而应该被给予与权利要求一致的最广泛的范围。

应当理解的是，本文使用的“系统”、“引擎”、“单元”、“模块”和/或“区块”是用于按升序区分不同级别的不同构件、元素、部件、部分或组件的方法。

然而，可以使用其它可以达到相同目的表达取代以上术语。

通常，这里使用的词语“模块”、“单元”或“块”是指体现在硬件或固件中的逻辑，或者是软件指令的集合。

这里描述的模块，单元或块可以实现为软件和/或硬件，并且可以存储在任何类型的非暂时性计算机可读介质或另一个存储设备中。

在一些实施例中，可以编译软件模块/单元/块并将其链接到可执行程序中。

应当理解，软件模块可以从其他模块/单元/块或从它们自身调用，和/或可以响应检测到的事
件或中断来调用。

被配置用于在计算设备(例如，如图2所示的处理器220)上执行的软件模块/单元/块可以在计算机可读介质上提供，例如光盘、数字视频光盘、闪存驱动器、磁盘或任何其他有形介质，或作为数字下载(并且最初可以以压缩或可安装的格式存储，在执行之前需要安装、解压缩或解密)。

这里的软件代码可以被部分的或全部的储存在执行操作的计算设备的存储设备中，并应用在计算设备的操作之中。

软件指令可以嵌入固件中，例如可擦除可编程只读存储器(EPROM)。

还应当理解，硬件模块/单元/块可以包括在连接的逻辑组件中，例如门和触发器，和/或可以包括可编程单元，例如可编程门阵列或处理器。

这里描述的模块/单元/块或计算设备功能可以实现为软件模块/单元/块，但是可以用硬件或固件表示。

通常，这里描述的模块/单元/块指的是逻辑模块/单元/块，其可以与其他模块/单元/块组合或者分成子模块/子单元/子块，尽管它们的物理组织或存储。

该描述可适用于系统、引擎或其一部分。

本申请中所使用的术语仅用于描述特定的示例性实施例，并不限制本申请的范围。

如本申请使用的单数形式“一”、“一个”及“该”可以同样包括复数形式，除非上下文明确提示例外情形。

还应当理解，如在本申请说明书中，术语“包括”、“包含”仅提示存在所述特征、整体、步骤、操作、组件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或以上其他特征、整体、步骤、操作、组件、部件和/或其组合的情况。

根据以下对附图的描述，本申请的这些和其他的特征、特点以及相关结构元件的功能和操作方法，以及部件组合和制造经济性，可以变得更加显而易见，这些附图都构成本申请说明书的一部分。

然而，应当理解的是，附图仅仅是为了说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围。

应当理解的是，附图并不是按比例绘制的。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的一些实施例的系统所执行的操作。

应当理解的是，流程图中的操作可以不按顺序执行。

相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。

同时，也可以将一个或以上其他操作添加到这些流程图中。

也可以从流程图中删除一个或以上操作。

本申请涉及用于磁共振图像重建的方法和系统。

该方法可以包括使用基于由MR扫描仪获取的磁共振信号的径向采样技术来获取K空间的图像数据。

该方法还可以包括将图像数据分为多个期相。

每个期相可以具有多个条辐，并且每个条辐可以表示用于填充k空间的轨迹。

此外，该方法可以包括将多个期相分成多个组。

该方法还可以包括基于多个组确定参考图像。

该方法可以包括基于参考图像和K空间的图像数据，重建图像序列。

图1是根据本申请的一些实施例所示的示例性磁共振成像系统100的示意图。

如图所示，磁共振成像系统100可以包括磁共振扫描仪110、处理设备120、存储设备130、一个或以上终端140和网络150。

磁共振成像系统100中的组件可以以一种或多种方式连接。

仅作为示例，如图1所示，磁共振扫描器110可以通过网络150连接到处理设备120。

又例如，磁共振扫描器110可以直接与处理设备120连接，如通过连接磁共振成像扫描仪和处理设备120的虚线中的双向箭头所示。

再例如，存储设备130可以直接与处理设备120连接(图1中未示出)或通过网络150连接。

作为又一示例，终端140可以直接与处理设备120连接(如通过连接终端140和处理设备120的虚线中的双向箭头所示)或通过网络150。

磁共振扫描仪110可以扫描(部分)对象或在其检测区域内定位对象，并生成与对象的(部分)有关的磁共振信号。

在本申请中，术语“目标”和“对象”可互换使用。

在一些实施方案中，对象可包括身体、物质等，或其组合。

在一些实施方案中，对象可包括身体的特定部分，例如头部、胸部、腹部等，或其组合。

在一些实施方案中，对象可以包括特定的器官，如心脏、食道、气管、支气管、胃、胆囊、小肠、结肠、膀胱、输尿管、子宫、输卵管等。

磁共振扫描仪110可包括磁体组件、梯度线圈组件和射频(RF)线圈组件。

磁体组件可以生成第一磁场(也称为主磁场)，用于使待扫描的对象偏振。

磁体组件可包括永磁体、超导电磁体、电阻电磁体等。

梯度线圈组件可以生成第二磁场(也称为梯度磁场)。

梯度线圈组件可包括X 梯度线圈、Y梯度线圈和Z梯度线圈。

梯度线圈组件可以在X方向(Gx)、Y方向(Gy)和Z方向(Gz)上向主磁场生成一个或以上的磁场梯度脉冲，以编码对象的空间信息。

在一些实施例中，X方向可以被指定为频率编码方向，而Y方向可以被指定为期相编码方向。

在一些实施例中，Gx可以用于频率编码或信号读出，通常被称为频率编码梯度或读出梯度。

在一些实施例中，Gy可以用于相位编码，通常被称为期相编码梯度。

在一些实施例中，Gz可以用于片层选择以获取二维k空间数据。

在一些实施例中，Gz可以用于相位编码以获取三维k空间数据。

射频线圈组件可包括至少两个射频线圈。

射频线圈可包括一个或以上射频发射线圈和/或一个或以上射频接收器线圈。

射频发射线圈可以向对象发射射频脉冲。

在主磁场、梯度磁场和射频脉冲的协调作用下，可以根据脉冲序列生成与对象有关的磁共振信号。

射频接收器线圈可以根据脉冲序列从对象获取磁共振信号。

脉冲序列可以表示多个成像参数以及成像参数在时序上的排列。

在一些实施例中，成像参数可以包括与射频线圈发射的射频脉冲相关的参数(例如，激励次数(NEX)、带宽等)、与梯度线圈生成的梯度场有关的参数(例如，梯度方向、施加梯度的持续时间等)、与磁共振信号有关的参数(例如，回波时间(TE)、回波链长度(ETL)等)。

在一些实施例中，脉冲序列可以表示与时间有关的一个或以上参数，例如重复时间(TR)、采集时间(TA)等。

磁共振信号也可以被称为回波信号。

磁共振信号可用于基于采样技术填充k空间。

示例性采样技术可以包括笛卡尔采样技术、螺旋采样技术、径向采样技术、Z采样技术、降采样技术等。

以径向采样技术为例，可以根据至少两个径向轨迹的磁共振信号填充k空间。

用于填充k空间的轨迹也可以被称为条辐。

多个条辐可具有中心点。

多个条辐通过预设方位角增量间隔，以使条辐以恒定的时间间隔开。

另外，多个条辐可以在预设的时间间隔内旋转预设角度(例如，111.25°)。

在一些实施例中，一个或以上射频线圈可以在不同时间发射射频脉冲并接收磁共振信号。

在一些实施例中，可以根据一个或以上特定条件来确定或改变射频线圈的功能、尺寸、类型、几何形状、位置、数量和/或幅度。

例如，根据功能和尺寸的不同，射频线圈可以分类为体积线圈和局部线圈。

在一些实施例中，射频接收器线圈可以对应于用于获取磁共振信号的通道。

射频接收器线圈可以对应于从对象接收至少两个磁共振信号的通道。

射频接收器线圈可以具有线圈灵敏度。

如这里所使用的，射频接收器线圈的线圈灵敏度可以指射频接收器线圈用于接收输入信号(例如，磁共振信号)的响应度。

输入信号(例如，磁共振信号)的强度可以随着射频接收器线圈和生成磁共振信号的对象之间的距离而衰减。

在一些实施例中，射频接收器线圈的灵敏度越高，输入信号可以越慢地衰减到恒定(例如，0、输入信号的一半强度等)。

在一些实施例中，磁共振扫描器110中的射频
接收器线圈的线圈灵敏度可以相同或不同。

射频接收器线圈的线圈灵敏度可以满足一定的灵敏度分布，其可以由灵敏度函数表示。

关于灵敏度函数的更多描述可以在本申请的其他地方找到(例如，图6及其描述)。

所接收的磁共振信号可以直接或经由网络150发送到处理设备120，以进行图像重建和/或图像处理。

在一些实施例中，磁共振成像扫描仪110可包括模数转换器(ADC)(图1中未示出)。

模数转换器可以将由一个或以上射频接收器线圈接收的磁共振信号转换为磁共振图像数据。

模数转换器可以是直接转换模数转换器、逐次逼近型模数转换器、斜坡比较模数转换器、威尔金森模数转换器、积分模数转换器、增量编码模数转换器、流水线模数转换器、sigma-delta模数转换器等，或其组合。

处理设备120可以处理从磁共振扫描仪110、终端140和/或存储设备130获取的数据和/或信息。

例如，处理设备120可以基于从磁共振扫描仪110获取的一个或以上通道的磁共振信号获取K空间的图像数据。

又例如，处理设备120可以处理K空间的图像数据并重建对象的图像序列。

在一些实施例中，重建的图像可以被发送到终端140并显示在终端140中的一个或以上显示设备上。

在一些实施例中，处理设备120可以是单个服务器或服务器组。

服务器组可以是集中式的或分布式的。

在一些实施例中，处理设备120可以是本地的或远程的。

例如，处理设备120可以经由网络150访问存储在磁共振扫描仪110、终端140和/或存储设备130中的信息和/或数据。

又例如，处理设备120可以直接与磁共振扫描器110、终端140和/或存储设备130连接，以访问存储信息和/或数据。

在一些实施例中，处理设备120可以在云平台上实现。

仅作为示例，该云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布云、内部云、多层云等，或其任意组合。

在一些实施例中，处理设备120可以在具有本申请中的图2中所示的一个或以上组件的计算设备200上实现。

存储设备130可以存储数据和/或指令。

在一些实施例中，存储设备130可以存储从终端140和/或处理设备120获取的数据。

例如，存储设备130可以存储从磁共振扫描器110获取的磁共振信号和基于磁共振信号确定K空间的图像数据。

又例如，存储设备130可以存储对象的图像序列，其可以基于K空间的图像数据来重建。

在一些实施例中，存储设备130可以存储处理设备120可以执行或用于执行本申请中描述的示例性方法的数据和/或指令。

在一些实施例中，存储设备130包括大容量存储设备、可移动存储设备、易失性读写存储器、只读存储器(ROM)等，或其任意组合。

示例性的大容量存储器可以包括磁盘、光盘、固态磁盘等。

示例性可移动存储器可以包括闪存驱动器、软盘、光盘、存储器卡、压缩盘、磁带等。

示例性易失性读写存储器可以包括随机存取存储器(RAM)。

示例性RAM可包括动态随机存取存储器(DRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDR SDRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、晶闸管随机存取存储器(T-RAM)和零电容随机存取存储器(Z-RAM)等。

示例性ROM可以包括掩模型只读存储器(MROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(PEROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)和数字多功能磁盘只读存储器等。

在一些实施例中，所述存储设备130可在云端平台上执行。

仅作为示例，该云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布云、内部云、多层云等，或其任意组合。

在一些实施例中，存储设备130可以与网络150连接以与磁共振成像系统100的一个或以上组件(例如，处理设备120、终端140等)通信。

磁共振成像系。