CN111090067B - 用于在磁共振成像中对k空间数据进行采样的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“用于在磁共振成像中对K空间数据进行采样的方法和系统”。本发明提供了用于采集用于磁共振成像的k空间数据的各种方法和系统。在一个示例中，在施加相位编码梯度之后，在施加频率编码梯度时采集相位角的k空间数据。相位编码梯度的幅值和相位编码梯度的持续时间基于相位编码线的相位角和频率编码梯度的持续时间中的每一个来确定。

Description

用于在磁共振成像中对K空间数据进行采样的方法和系统
技术领域
本文所公开的主题的实施方案涉及磁共振成像中的数据采集。
背景技术
磁共振成像(MRI)是可以在不使用X射线或其他电离辐射的情况下创建人体内部的图像的医学成像模态。MRI系统包括超导磁体以产生强而均匀的静磁场B0。当人体或人体的一部分被放置在磁场B0中时，与组织水中的氢核相关联的核自旋变得极化，其中与这些自旋相关联的磁矩优先沿磁场B0的方向对准，从而导致沿该轴的小的净组织磁化。MRI系统还包括梯度线圈，该梯度线圈产生具有正交轴线的较小幅值、空间变化的磁场以通过在体内每个位置处产生特征共振频率来对磁共振(MR)信号进行空间编码。氢核由处于或接近氢核的共振频率的射频信号激发，这为核自旋系统增加了能量。当核自旋弛豫回到其静止能量状态时，其以RF信号的形式释放吸收的能量。该RF信号(或MR信号)由一个或多个RF线圈检测并且使用重建算法转换成图像。
发明内容
在一个实施方案中，一种方法包括施加与圆形笛卡尔k空间中的相位编码线对应的相位编码梯度，其中相位编码梯度的幅值和持续时间随相位编码线在圆形笛卡尔k空间中的位置而变化；以及通过施加频率编码梯度而沿着圆形笛卡尔k空间中的相位编码线采集k空间数据，其中采集k空间数据的持续时间随相位编码线在k空间中的位置而变化。这样，可减少MRI成像期间的相位梯度的功率和射频脉冲的重复时间。
应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本公开，其中以下：
图1是根据一个示例性实施方案的MRI系统的框图。
图2示出了用于对矩形笛卡尔k空间进行采样的示例脉冲序列。
图3示出了示例矩形笛卡尔k空间。
图4示出了用于对圆形笛卡尔k空间进行采样的示例脉冲序列。
图5A示出了示例圆形笛卡尔k空间。
图5B示出了用于确定图5A的圆形笛卡尔k空间的示例Fermi滤波器。
图6A示出了图4的脉冲序列中不同相位角处的相位编码梯度的幅值。
图6B示出了图2的脉冲序列中不同相位角处的相位编码梯度的幅值。
图7示出了用于对圆形笛卡尔k空间进行采样的示例方法的流程图。
图8示出了用于确定脉冲序列的示例方法的流程图。
图9A是用图2的脉冲序列采集的MRI图像。
图9B是用图4的脉冲序列采集的MRI图像。
具体实施方式
以下描述涉及用于在磁共振成像(MRI)系统(诸如图1所示的MRI装置)中采集k空间数据的各种实施方案。在MRI期间，根据预先确定的脉冲序列将射频(RF)激发、切片选择梯度、相位编码梯度和频率编码梯度施加到图像对象。脉冲序列确定对k空间进行采样的方式。图2示出了用于采集矩形笛卡尔k空间(诸如图3的矩形笛卡尔k空间)中的k空间数据的示例脉冲序列。为了增加成像速度并减少伪影诸如带状伪影和运动伪影，期望在RF激发之间设置短重复时间(TR)。然而，最小TR可受到一个或多个因素限制，该一个或多个因素包括RF线圈的功率、梯度线圈的功率、RF线圈的加热和每个RF脉冲之后的脉冲序列长度。在一些脉冲序列(例如，平衡式稳态梯度回波序列)中，最小TR主要可受到梯度线圈的功率负载尤其是相位梯度线圈的功率负载限制。降低TR的一种方法是减少数据采集时间和/或相位编码步骤，然而，这可降低图像分辨率。
本文介绍了一种用于在TR减少且梯度线圈功率消耗速率较低的情况下采集k空间数据的方法。该方法包括用图4所示的脉冲序列对图5A所示的圆形笛卡尔k空间进行采样。图5B示出了用于生成图5A的圆形笛卡尔k空间的示例Fermi滤波器。图6A和图6B分别示出了图4和图2的脉冲序列中的相位梯度幅值分布。图7是用于通过用图4所示的脉冲序列对圆形笛卡尔k空间进行采样来执行MRI成像的示例方法。图8是用于确定图4的脉冲序列的子例程。图9A和图9B分别是根据用图2和图4的脉冲序列采集的数据重建的MRI图像。
图1示出了磁共振成像(MRI)装置10，该磁共振成像装置包括静磁场磁体单元12、梯度线圈单元13、RF线圈单元14、RF体或体积线圈单元15、传输/接收(T/R)开关20、RF驱动器单元22、梯度线圈驱动器单元23、数据采集单元24、控制器单元25、患者检查床或床26、数据处理单元31、操作控制台单元32和显示单元33。在一些实施方案中，RF线圈单元14是表面线圈，其是通常被放置在对象16感兴趣的解剖结构附近的局部线圈。此处，RF体线圈单元15是传输RF信号的传输线圈，并且局部表面RF线圈单元14接收MR信号。因此，传输体线圈(例如，RF体线圈单元15)和表面接收线圈(例如，RF线圈单元14)是独立但电磁耦合的部件。MRI装置10将电磁脉冲信号传输到放置在成像空间18中的对象16，其中形成静态磁场以执行扫描来从对象16获得磁共振信号。可基于由此通过扫描获得的磁共振信号来重建对象16的一个或多个图像。
静磁场磁体单元12包括例如安装在环形真空容器内的环形超导磁体。磁体限定了围绕对象16的圆柱形空间，并且生成恒定的主静磁场B0。
MRI装置10还包括梯度线圈单元13，该梯度线圈单元在成像空间18中形成梯度磁场，以便为由RF线圈阵列接收的磁共振信号提供三维位置信息。梯度线圈单元13包括三个梯度线圈系统，每个梯度线圈系统生成沿彼此垂直的三个空间轴线中的一者的梯度磁场，并且根据成像条件在频率编码方向、相位编码方向和切片选择方向中的每一方向上生成梯度场。更具体地，梯度线圈单元13在对象16的切片选择方向(或扫描方向)上施加梯度场，以选择切片；并且RF体线圈单元15或局部RF线圈阵列可以将RF脉冲传输到对象16的所选择的切片。梯度线圈单元13还在对象16的相位编码方向上施加梯度场，以对来自由RF脉冲激发的切片的磁共振信号进行相位编码。然后梯度线圈单元13在对象16的频率编码方向上施加梯度场，以对来自由RF脉冲激发的切片的磁共振信号进行频率编码。
RF线圈单元14被设置为例如包围对象16的待成像区域。在一些示例中，RF线圈单元14可被称为表面线圈或接收线圈。在由静磁场磁体单元12形成静磁场B0的静磁场空间或成像空间18中，RF线圈单元15基于来自控制器单元25的控制信号将作为电磁波的RF脉冲传输到对象16，并且从而生成高频磁场B1。这激发了待成像的对象16的切片中的质子自旋。RF线圈单元14接收当在对象16的待成像的切片中由此激发的质子自旋返回到与初始磁化矢量对准时生成的电磁波作为磁共振信号。在一些实施方案中，RF线圈单元14可传输RF脉冲并接收MR信号。在其他实施方案中，RF线圈单元14可仅用于接收MR信号，而不用于传输RF脉冲。
RF体线圈单元15被设置为例如包围成像空间18，并且产生与由成像空间18内的静磁场磁体单元12产生的主磁场B0正交的RF磁场脉冲以激发核。与RF线圈单元14相比，其可以与MRI装置10断开并且用另一个RF线圈单元替换，RF体线圈单元15固定地附接并连接到MRI装置10。此外，尽管局部线圈诸如RF线圈单元14可以仅从对象16的局部区域传输或接收信号，但是RF体线圈单元15通常具有更大的覆盖区域。例如，RF体线圈单元15可用于向对象16的整个身体传输或接收信号。使用仅接收的局部线圈和传输体线圈提供均匀的RF激发和良好的图像均匀性，代价是沉积在对象中的高RF功率。对于传输-接收局部线圈，局部线圈向感兴趣区域提供RF激发并接收MR信号，从而减少沉积在对象中的RF功率。应当理解，RF线圈单元14和/或RF体线圈单元15的特定用途取决于成像应用。
当以接收模式操作时，T/R开关20可以选择性地将RF体线圈单元15电连接到数据采集单元24，并且当以传输模式操作时，T/R开关20可以选择性地将RF体线圈单元15电连接到RF驱动器单元22。类似地，当RF线圈单元14以接收模式操作时，T/R开关20可以选择性地将RF线圈单元14电连接到数据采集单元24，并且当以传输模式操作时，T/R开关20可以选择性地将RF线圈单元14电连接到RF驱动器单元22。当RF线圈单元14和RF体线圈单元15都用于单次扫描时，例如，如果RF线圈单元14被配置为接收MR信号并且RF体线圈单元15被配置为传输RF信号，则T/R开关20可以将来自RF驱动器单元22的控制信号引导到RF体线圈单元15，同时将接收的MR信号从RF线圈单元14引导到数据采集单元24。RF体线圈单元15的线圈可以被配置为以仅传输模式或传输-接收模式操作。局部RF线圈单元14的线圈可以被配置为以传输-接收模式或仅接收模式操作。
RF驱动器单元22包括栅极调制器(未示出)、RF功率放大器(未示出)和RF振荡器(未示出)，用于驱动RF线圈(例如，RF线圈单元15)并在成像空间18中形成高频磁场。RF驱动器单元22基于来自控制器单元25的控制信号并且使用栅极调制器，将从RF振荡器接收的RF信号调制成具有预定包络的预定定时的信号。由栅极调制器调制的RF信号由RF功率放大器放大，然后输出到RF线圈单元15。
梯度线圈驱动器单元23基于来自控制器单元25的控制信号驱动梯度线圈单元13，并且从而在成像空间18中生成梯度磁场。梯度线圈驱动器单元23包括与梯度线圈单元13中包括的三个梯度线圈系统对应的三个驱动器电路系统(未示出)。
数据采集单元24包括前置放大器(未示出)、相位检测器(未示出)和用于采集由RF线圈单元14接收的磁共振信号的模拟/数字转换器(未示出)。在数据采集单元24中，相位检测器相位使用来自RF驱动器单元22的RF振荡器的输出作为参考信号，检测从RF线圈单元14接收并由前置放大器放大的磁共振信号，并将相位检测的模拟磁共振信号输出到模拟/数字转换器，以转换成数字信号。由此获得的数字信号被输出到数据处理单元31。
MRI装置10包括用于在其上放置对象16的检查床26。通过基于来自控制器单元25的控制信号移动检查床26，可以使对象16在成像空间18的内部和外部移动。
控制器单元25包括计算机和其上记录有要由计算机执行的程序的记录介质。程序在被计算机执行时使装置的各个部分执行与预定扫描对应的操作。记录介质可包括例如ROM、软盘、硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM或非易失性存储卡。控制器单元25连接到操作控制台单元32并且处理输入到操作控制台单元32的操作信号，并且还通过向它们输出控制信号来控制检查床26、RF驱动器单元22、梯度线圈驱动器单元23和数据采集单元24。控制器单元25还基于从操作控制台单元32接收的操作信号来控制数据处理单元31和显示单元33以获得期望的图像。
操作控制台单元32包括用户输入设备，诸如触摸屏、键盘和鼠标。操作员使用操作控制台单元32，例如，输入此类数据作为成像协议，并且设置要执行成像序列的区域。关于成像协议和成像序列执行区域的数据被输出到控制器单元25。
数据处理单元31包括计算机和记录介质，在该记录介质上记录由计算机执行以执行预定数据处理的程序。数据处理单元31连接到控制器单元25，并且基于从控制器单元25接收的控制信号执行数据处理。数据处理单元31还连接到数据采集单元24，并且通过对从数据采集单元24输出的磁共振信号施加各种图像处理操作来生成光谱数据。
显示单元33包括显示设备，并且基于从控制器单元25接收的控制信号在显示设备的显示屏幕上显示图像。显示单元33显示例如关于操作者从操作控制台单元32输入操作数据的输入项目的图像。显示单元33还显示由数据处理单元31生成的对象16的二维(2D)切片图像或三维(3D)图像。
图2示出了用于对图3所示的矩形k空间进行采样的示例脉冲序列。在图2中，x轴是时间，并且时间如箭头所示增加。第一曲线图为RF激发。相邻RF激发脉冲之间的持续时间为TR。第二曲线图为切片选择梯度，其确定准备被成像的垂直于B0的平面。第三曲线图和第四曲线图分别示出了施加到图像对象的频率编码梯度场和相位编码梯度场。通过施加频率编码梯度和相位编码梯度，可通过对回波串的一个回波进行采样来填充沿着k空间中的相位编码线的数据点。频率编码梯度和相位编码梯度的幅值可为正的或负的。第五曲线图是采样回波信号(即MR信号)。回波中心与其对应的RF激发脉冲之间的持续时间为回波时间(TE)。
图3示出了矩形笛卡尔k空间中的相位编码线。Kx轴是频率编码轴，并且Ky轴是相位编码轴。相位编码线(诸如相位编码线301和302)相等间隔开并且平行于Kx轴。每个相位编码线对应于一个相位角。沿着相位编码线中的每一个的实点指示采样数据点。相位编码线301和304具有最高的绝对相位角。相位编码线303具有零相位角。图3中的k空间为矩形形状。即，每个相位编码线具有相同长度。换句话讲，每个相位编码线沿着频率编码轴跨越相同范围。
重新参见图2，在T1处，在正在施加切片选择梯度时发送RF激发脉冲。切片选择梯度可包括正分量和负分量。RF激发脉冲的中心可与切片选择梯度的正部分的中心对准。
在T2处，相位编码梯度开始从零相位角斜线上升到期望的相位编码梯度幅值，然后在T3处从该期望的相位梯度幅值降低到零。相位编码梯度的持续时间202为从T2至T3。在一个示例中，可省略从零相位角斜线上升到期望的相位梯度幅值以及从该期望的相位梯度幅值降低到零，并且相位梯度可具有顶帽轮廓。在本文中，期望的相位梯度幅值也被称为相位编码梯度幅值。相位梯度下的区域204与笛卡尔k空间中相位编码线的相位角的绝对值成比例。因此，当施加相位编码梯度以填充相位编码线301和304时，相位梯度下的区域是最大的。施加在相位梯度下具有最小区域的相位编码梯度用于采集相位编码线303。在一个示例中，不施加相位编码梯度来采集相位编码线303(即，相位梯度下的零区域)。
在T3处，相位编码梯度达到零，并且频率编码梯度达到读出幅值201。在从T3至T5的整个读出时间203期间，将频率编码梯度保持在读出幅值201。在读出时间期间，通过对回波信号(MR信号)进行采样来填充一个相位编码线(诸如图3的相位编码线301)。在整个读出时间期间对MR信号进行采样，并且将读出时间期间的所有采样数据点映射到k空间中的对应的相位编码线。采样数据点具有相同的相位角。从发送RF激发脉冲到读出时间开始的持续时间(从T1至T3)被称为预读时间。从发送RF激发脉冲到读出时间的中点的持续时间为回波时间(TE)。
在T5处，在对沿着相位编码线的所有数据点进行采样之后，频率编码梯度开始从读出幅值201降低。还施加负切片选择梯度。负切片选择梯度的区域208与切片选择梯度的负部分的区域207以及为切片选择梯度的正部分的区域的一半的区域206相同。在T5和T6之间施加与T2和T3之间的相位编码梯度相反的反绕相位编码梯度。反绕相位梯度可具有与T2和T3之间的相位梯度相同的持续时间但相反的相位(或相反的幅值)。
在T7处，在正在施加第二切片选择梯度时发送第二RF激发脉冲。第二切片选择梯度可与T1处的切片选择梯度相同。
从T8至T9施加相位编码梯度。从T8至T9的持续时间可与从T2至T3的持续时间相同。换句话讲，相位梯度的持续时间是恒定的。相位编码梯度的幅值低于相位编码梯度在T2和T3之间的幅值。
在T9和T10之间的读出时间期间，填充第二相位编码线(诸如图3的相位编码线302)。由于相位梯度下的区域205小于区域204，因此第二相位编码线具有比在从T3至T5的读出时间期间填充的相位编码线小的相位角。从T9至T10的读出时间持续时间与从T3至T5的读出时间持续时间相同。因此，当对矩形笛卡尔k空间进行采样时，读出时间持续时间是恒定的，并且不随采样相位编码线的相位角而改变。
在T10处，完成对MR信号的采样。施加负切片选择梯度和负相位编码梯度。
在图2所示的脉冲序列中，读出时间不随相位编码线的相位角而改变。预读时间(从T1至T3)主要由相位编码梯度持续时间确定。预读时间随相位编码梯度持续时间增加而增加。相位编码梯度的幅值可与采样相位编码线的相位角的绝对值成比例，如图6B所示。最小相位编码梯度持续时间受到相位梯度功率限制。换句话讲，相位编码梯度持续时间可不被进一步减少，因为相位梯度的最大幅值不应超过相位梯度功率所确定的阈值。
图4示出了用于对图5A的圆形笛卡尔k空间进行采样的示例脉冲序列。每个曲线图的轴线与图2所示的脉冲序列相同。在图4的脉冲序列中，相位编码梯度的持续时间和/或幅值以及读出时间可基于采样相位编码线的相位角而变化。
图5A示出了示例圆形笛卡尔k空间。图5A的轴线与图3的轴线相同。圆形笛卡尔k空间包括沿着相位编码轴Ky相等间隔开的多个相位编码线。该多个相位编码线平行于频率编码轴Kx。每个相位编码线对应于一个相位角。相位编码线的长度基于相位角而变化。相位编码线上的实点指示被填充的数据点。圆形笛卡尔k空间的所有数据点由虚线501包围。虚线501在k空间的中心(即，Kx＝0，并且Ky＝0)处居中。在一个示例中，虚线501可以是一个圆。又如，虚线501可呈椭圆形。在恒定的采样停留时间下，读出时间的持续时间与相位编码线的长度成比例。读出持续时间在最高绝对相位角下最短，并且在最低绝对相位角(诸如零相位角)下最长。例如，相位编码线503的读出持续时间最长。
在一个示例中，圆形笛卡尔k空间可通过对Fermi滤波器设定阈值来确定。图5B示出了示例Fermi滤波器。滤波器的幅值以灰度指示，其中值零(0)为黑色，并且值一(1)为白色。x轴和y轴是沿着频率编码轴Kx和相位编码轴Ky的数据点的索引。可使用以下公式来计算数据点(x,y)处的Fermi滤波器幅值w(x,y)：
Figure GDA0003808933670000091
Figure GDA0003808933670000092
其中xsize为沿x轴的尺寸(或沿x轴的数据点的数量)；ysize为沿y轴的尺寸(或沿y轴的数据点的数量)；fermiecc为滤波器参数；fermiradius为滤波器的半径；并且fermiwidth为另一个滤波器参数。在本文中，xsize＝ysize＝512，并且fermiradius＝xsize/2＝256。当xsize等于ysize时，滤波器为圆形，并且当xsize和ysize不同时，滤波器为椭圆。滤波器参数fermiecc和fermiwidth分别被设置为1和10。可设置针对滤波器的幅值的滤波器阈值以获得圆形笛卡尔k空间。例如，虚线501可被确定为包括高于滤波器阈值的所有滤波器幅值。
回到图4，在T0处，类似于图2的脉冲序列，在切片选择梯度保持在切片选择幅值401时发送RF激发脉冲。RF激发脉冲的中心与切片选择梯度的正部分的中心对准。
在T1处，相位编码梯度开始从零相位角斜线上升到期望的相位编码梯度幅值，然后在T3处从该期望的相位梯度幅值降低到零。
在从T3至T5的读出时间期间，对MR信号(回波405)进行采样并将其映射到圆形k空间中的相位编码线。读出时间的持续时间基于相位编码线的相位角而变化。从T0至T4(回波405的中心)的持续时间为TE。
从T5至T7，可施加反绕相位编码梯度。反绕相位编码梯度与从T1至T3的相位梯度相反。即，反绕相位梯度具有与从T1至T3的相位梯度相同的绝对幅值和相反的标志。
在T6处，响应于频率梯度从读出幅值402降低，施加负切片选择梯度。与图2的切片选择梯度类似，区域410、区域411和区域412是相同的。
在T8处，在正在施加切片选择梯度时发送RF激发脉冲。在T9处，相位编码梯度开始斜线上升到第二相位梯度幅值404并且在第二相位梯度幅值404处保持一段持续时间，然后在T10处从第二相位梯度幅值404降低到零。第二相位梯度幅值404高于相位梯度幅值403。第二相位编码梯度幅值404下的区域可低于第一相位梯度编码幅值403下的区域，因为404的持续时间比403的持续时间短。从T0至T8的持续时间为TR。
响应于相位编码梯度在T10处达到零，在从T10至T11的读出时间期间对MR信号(第二回波406)进行采样。一个相位编码线填充有采样数据。用于对第二回波406进行采样的读出时间的持续时间可长于用于对第一回波405进行采样的读出时间的持续时间。与通过对第一回波405进行采样填充的相位编码线相比，通过对第二回波406进行采样填充的相位编码线具有更低的绝对相位角。
在T11处，施加具有从T9至T10的相位梯度的反相的反绕相位梯度。
在T12处，在正在施加切片选择梯度时发送RF激发脉冲。当切片选择梯度在T13处开始降低时，相位编码梯度开始斜线上升到第三相位梯度幅值408。第三相位梯度幅值408可低于第一相位梯度幅值403和第二相位梯度幅值404。
在从T14至T15的读出时间期间，对MR信号(第三回波407)进行采样。与通过对第一回波405和第二回波406进行采样填充的相位编码线相比，通过对第三回波407进行采样填充的相位编码线具有最小的绝对相位角(即，最靠近k空间中心)。读出时间的持续时间(从T14至T15)与频率梯度处于读出幅值402时的持续时间相同。从T15至T16，在对回波407进行采样之后，施加反绕相位梯度。
在一些实施方案中，用于对每个回波进行采样的读出幅值402是相同的。读出时间的最大持续时间(诸如从T14至T15)是用于对最靠近k空间中心的相位编码线(即，最低相位角)进行采样的持续时间。在一个示例中，如果相位编码线穿过k空间的中心(诸如图5A的相位编码线503)，则从T13至T14和从T15至T16可不施加相位梯度和反绕相位梯度(以虚线绘制)。
在一些实施方案中，在每个RF激发之后，相位编码梯度的持续时间(诸如T1至T3)、读出时间的持续时间(诸如T3至T5)和反绕相位编码梯度的持续时间(诸如T5至T7)之和与频率编码梯度的持续时间(诸如从T1至T7)相同。频率编码梯度的持续时间可基于最大读出时间的持续时间(诸如从T14至T15)来确定。又如，在每个RF激发之后，对应的读出时间持续时间的一半和相位编码梯度持续时间之和等于频率梯度持续时间的一半。这样，与图2的TR和TE相比，TR和TE都可被减少，而不会牺牲图像质量。此外，在绝对相位角更大的情况下，减少读出持续时间并且增加相位编码梯度的持续时间。因此，可减小相位编码梯度的最大幅值。
在一些实施方案中，用于对每个相位编码线进行采样的频率编码梯度是相同的。用于每个相位编码线的频率编码梯度处于读出幅值下的持续时间是相同的。读出时间是频率编码梯度处于读出幅值下的片段。即，在频率梯度处于读出幅值下的片段期间可不对回波进行采样。
在一些实施方案中，频率编码梯度基于相位编码线的相位角而变化。例如，如虚线409和410所示，频率编码梯度处于读出水平下的持续时间可与读出持续时间相同，可基于填充的相位编码线的相位角而变化。例如，频率编码梯度处于读出幅值402下的持续时间与从T3至T5的读出时间相同。通过基于对应的相位编码线的相位角来调整频率编码梯度，可减少提供给频率编码梯度线圈的总功率。
图6A示出了在图4的脉冲序列中相位编码梯度幅值610随相位编码轴Ky的分布。y轴是相位编码梯度的幅值。相位梯度编码幅值610如y轴的箭头所指示地增大。相位编码梯度幅值与k空间的中心(零相位角)对称。从零相位角至相位角P2以及从零相位角至相位角P3，相位梯度幅值单调地从零增加到最大相位梯度幅值601，然后从相位角P2至相位角P1以及从相位角P3至相位角P4，单调地从最大相位梯度幅值601降低。相位角P1和P4具有最大绝对值。
在一些实施方案中，当确定圆形笛卡尔k空间的半径和读出幅值时，可基于相位角和频率梯度的持续时间来计算相位梯度的幅值。例如，最大相位梯度幅值601可通过搜索使相位梯度编码幅值最大化的特定相位角来确定。由于读出时间取决于相位角，因此相位编码梯度的持续时间基于读出持续时间并由此基于相位角来确定。
又如，选择包括相位编码梯度的持续时间和频率编码梯度的持续时间中的一者或多者的参数，使得梯度线圈的总功率负载不超过功率负载极限。
图6B示出了用于对矩形笛卡尔k空间进行采样的脉冲序列(诸如图2的脉冲序列)中的相位梯度幅值分布。相位梯度幅值630从零相位角线性增大到最大绝对相位角P1和P4。
在特定相位角处，对于图2和图4的脉冲序列，相位梯度下的区域是相同的。由于图6A中的相位梯度幅值是非线性的，因此相位梯度持续时间相对于相位角是非线性的。图2的脉冲序列中的相位梯度持续时间是恒定的。
图7示出了用于使用MRI装置(诸如图1的MRI装置10)来执行扫描的示例方法700。在扫描期间，通过使用图4的脉冲序列来对圆形笛卡尔k空间进行采样。然后将采样k空间数据映射到图像空间以获得MRI图像。
在702处，响应于操作者的指令，移动检查床(诸如图1的检查床26)以将对象(诸如患者)定位在成像空间(诸如图1的成像空间18)中。
在704处，接收关于患者信息的操作者输入。患者信息可包括准备被扫描的解剖结构和视场(FOV)等等。
在706处，可执行对对象的预扫描。预扫描可以是较低分辨率的扫描。在一个示例中，可在704处确定的FOV中执行预扫描。又如，预扫描的视场可大于在704处确定的FOV。可基于预扫描来进一步调整FOV。
在708处，确定用于更高分辨率扫描的成像协议。在一个示例中，可基于所接收的患者信息和FOV来确定成像协议。确定成像协议可包括在712处确定圆形笛卡尔k空间以及在714处确定脉冲序列。又如，成像协议可选自存储在控制器中的多个协议。例如，基于所接收的患者信息和FOV，MRI装置可向操作者显示该多个成像协议。然后，操作者可选择协议并调整所选择的协议内的成像参数。
在712处，确定圆形笛卡尔k空间(诸如图5A的圆形笛卡尔k空间)。确定圆形笛卡尔k空间可包括确定在其中对k空间数据进行采样的圆形笛卡尔k空间(诸如虚线501)的尺寸。在一个示例中，可基于图像的分辨率来确定该尺寸。例如，该尺寸(数据点的数量)可随图像分辨率增加而增加。在一个示例中，可基于公式1和公式2利用图5B所示的Fermi滤波器来确定圆形笛卡尔k空间。确定Fermi滤波器的尺寸可包括确定公式1和公式2中的xsize和ysize。
确定圆形笛卡尔k空间还可包括确定数据点在频率编码轴和相位编码轴上的间距。数据点的间距可基于FOV来确定。例如，k空间中的数据点之间的间距随FOV的增大而减小。
在714处，确定用于对712处的圆形笛卡尔k空间进行采样的脉冲序列。
在716处，通过使用在708处确定的成像协议对圆形笛卡尔k空间进行采样来执行更高分辨率的扫描。
在718处，可通过重建所采集的k空间数据来生成对象的图像。所采集的数据和/或图像可存储在成像装置的存储器中。
图8示出了用于确定用于对圆形笛卡尔k空间进行采样的脉冲序列(诸如图4的脉冲序列)的示例方法800。具体地，相位编码梯度的持续时间和幅值可随相位编码线的相位角而变化。
在802处，确定每个相位编码线的读出时间、频率编码梯度的持续时间和读出幅值。在一个示例中，读出时间可基于相位编码线的相位角、圆形笛卡尔k空间的尺寸和停留时间来确定。频率梯度持续时间可基于最大读出时间，即，用于对具有最低相位角的相位编码线进行采样的读出时间来确定。读出幅值可基于用于接收MR信号的图像装置的FOV和带宽来确定。
在804处，可确定预读时间。预读时间为发送RF激发脉冲和对回波进行采样之间的持续时间。例如，在图4中，预读时间为从T0至T3的持续时间。预读时间可基于切片选择梯度的持续时间来确定。可基于切片的厚度和图像的信噪比来确定切片选择梯度。
在806处，确定相位编码梯度的最大持续时间。相位梯度的最大持续时间可基于频率梯度的持续时间来确定。例如，最大相位梯度持续时间可为频率梯度持续时间的一半。
在808处，计算最大相位幅值并将其与阈值幅值进行比较。阈值幅值基于最大相位梯度功率来确定。基于例如频率梯度持续时间、圆形笛卡尔k空间的半径和读出幅值，可计算具有最大相位幅值的第一相位角。如果最大相位幅值低于阈值幅值，则在812处确定用于每个相位编码线的频率梯度的持续时间。否则，在810处更新相位梯度的最大持续时间和预读时间。
在810处，更新相位梯度的最大持续时间。相位梯度的最大持续时间被增大，使得最大相位幅值不高于阈值幅值。在一些实施方案中，最大相位梯度幅值被设置为阈值幅值，并且然后基于阈值幅值来确定最大相位梯度持续时间。此外，还可基于更新的最大相位梯度持续时间来增大预读时间。
在812处，基于在802处确定的读出时间来确定用于对圆形k空间的每个相位编码线进行采样的频率编码梯度。在一些实施方案中，用于对每个相位编码线进行采样的频率编码梯度处于读出幅值下的持续时间是相同的。频率编码梯度处于读出幅值下的持续时间为在802处确定的最大读出时间，并且频率编码梯度的幅值为在802处确定的读出幅值。在一些实施方案中，频率编码梯度处于读出幅值下的持续时间基于相位编码线的相位角而变化。频率梯度处于读出幅值下的持续时间与读出时间的持续时间相同。
在814处，确定用于每个相位编码线的相位编码梯度的幅值和持续时间。相位梯度的持续时间可基于最大相位梯度持续时间和读出时间来计算。在一个示例中，相位编码梯度的持续时间可通过从最大相位编码梯度持续时间减去读出时间的一半来计算。相位编码梯度的幅值可基于相位梯度的持续时间来计算。例如，相位梯度的幅值和持续时间的乘积与相位编码线的相位角成比例。
在816处，可基于预读时间和频率梯度的持续时间来确定TR。TR还可受到射频线圈和频率梯度线圈的功率限制的限制。这样，可最小化相位编码线的幅值以减少提供给相位梯度线圈的功率。通过限制到相位梯度线圈的功率供应，可减少TR。
图9A和图9B分别示出了使用矩形笛卡尔k空间和圆形笛卡尔k空间获得的体模的MRI图像。使用图2的脉冲序列来采集图9A，并且使用图4的脉冲序列来采集图9B。图像质量相同，但TR从图9A中的4.9ms减少到图9B中的4.3ms，并且TE从图9A中的2.2ms减少到图9B中的1.0ms。
对圆形笛卡尔k空间而不是矩形笛卡尔k空间进行采样的技术效应在于可减少线圈的总功率而不影响图像质量。此外，可减小相位梯度幅值以减少到相位梯度的功率供应并减少TR和TE。
如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一个”或“一种”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所列举特征的附加实施方案的存在。此外，除非有相反的明确说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定属性的元件或多个元件的实施方案可包括不具有该属性的附加此类元件。术语“包括”和“在……中”用作相应术语“包含”和“其中”的通俗语言等同物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象施加数字要求或特定位置次序。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使相关领域中的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其它示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其它示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种用于磁共振成像的方法，包括：
施加与圆形笛卡尔k空间中的相位编码线对应的相位编码梯度，其中所述相位编码梯度的幅值和持续时间随所述相位编码线在所述圆形笛卡尔k空间中的位置而变化；以及
通过施加频率编码梯度而沿着所述圆形笛卡尔k空间中的所述相位编码线采集k空间数据，其中所述频率编码梯度的持续时间和采集k空间数据的持续时间随所述相位编码线在所述k空间中的所述位置而变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述相位编码线越靠近所述k空间的中心，所述采集k空间数据的所述持续时间越长，并且所述相位编码线越远离所述k空间的所述中心，所述采集k空间数据的所述持续时间越短。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述相位编码线越靠近所述k空间的中心，所述相位编码梯度的所述持续时间越短，并且所述相位编码线越远离所述k空间的所述中心，所述相位编码梯度的所述持续时间越长。
4.根据权利要求1所述的方法，其中具有所述相位编码梯度的最大幅值的所述相位编码线在最靠近所述k空间的中心的所述相位编码线和最远离所述k空间的所述中心的所述相位编码线之间。
5.一种磁共振成像装置，包括：
频率梯度线圈；
相位梯度线圈；
控制器单元，所述控制器单元耦接至所述频率梯度线圈和所述相位梯度线圈；和
存储器，所述存储器存储可执行指令，所述可执行指令在被执行时使得所述控制器单元：
经由所述相位梯度线圈施加与圆形笛卡尔k空间中的相位编码线对应的相位编码梯度，其中所述相位编码梯度的幅值和持续时间随所述相位编码线在所述圆形笛卡尔k空间中的位置而变化；以及
通过经由所述频率梯度线圈施加频率编码梯度而沿着所述圆形笛卡尔k空间中的所述相位编码线采集k空间数据，其中所述频率编码梯度的持续时间和采集k空间数据的持续时间随所述相位编码线在所述k空间中的所述位置而变化。
6.根据权利要求5所述的磁共振成像装置，其中所述相位编码线越靠近所述k空间的中心，所述采集k空间数据的所述持续时间越长，并且所述相位编码线越远离所述k空间的所述中心，所述采集k空间数据的所述持续时间越短。
7.根据权利要求5所述的磁共振成像装置，其中所述相位编码线越靠近所述k空间的中心，所述相位编码梯度的所述持续时间越短，并且所述相位编码线越远离所述k空间的所述中心，所述相位编码梯度的所述持续时间越长。
8.根据权利要求5所述的磁共振成像装置，其中具有所述相位编码梯度的最大幅值的所述相位编码线在最靠近所述k空间的中心的所述相位编码线和最远离所述k空间的所述中心的所述相位编码线之间。
9.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质包括指令，所述指令在被执行时使得处理器：
施加与圆形笛卡尔k空间中的相位编码线对应的相位编码梯度，其中所述相位编码梯度的幅值和持续时间随所述相位编码线在所述圆形笛卡尔k空间中的位置而变化；以及
通过施加频率编码梯度而沿着所述圆形笛卡尔k空间中的所述相位编码线采集k空间数据，其中所述频率编码梯度的持续时间和采集k空间数据的持续时间随所述相位编码线在所述k空间中的所述位置而变化。
10.根据权利要求9所述的计算机可读介质，其中所述相位编码线越靠近所述k空间的中心，所述采集k空间数据的所述持续时间越长，并且所述相位编码线越远离所述k空间的所述中心，所述采集k空间数据的所述持续时间越短。
11.根据权利要求9所述的计算机可读介质，其中所述相位编码线越靠近所述k空间的中心，所述相位编码梯度的所述持续时间越短，并且所述相位编码线越远离所述k空间的所述中心，所述相位编码梯度的所述持续时间越长。
12.根据权利要求9所述的计算机可读介质，其中具有所述相位编码梯度的最大幅值的所述相位编码线在最靠近所述k空间的中心的所述相位编码线和最远离所述k空间的所述中心的所述相位编码线之间。
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