CN118226355A - 磁共振成像系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于利用磁共振成像(MRI)系统生成对象的图像的方法包括：采集初始组径向k空间辐条。基于初始组径向k空间辐条，估计对象的多个运动状态。然后基于预定义的视图顺序序列，采集第一组径向k空间辐条。基于第一组径向k空间辐条，确定对象的运动。如果检测到对象运动，则调整预定义的视图顺序。然后基于所调整的预定义的视图顺序采集第二组径向k空间辐条。通过将具有类似运动的径向k空间辐条均匀地分布在MRI k空间中来生成MRI k空间。最后，基于MRI k空间来重建对象的图像。

Description

磁共振成像系统和方法

背景技术

本发明中所公开的实施方案涉及医疗成像技术，并且更具体地涉及一种用于获得磁共振成像(MRI)数据的方法和一种磁共振成像系统。

作为医学成像模式，磁共振成像(MRI)可以在不使用X射线或其他电离辐射的情况下获得人体的图像。MRI使用具有强磁场的磁体来生成静磁场B0。当人体的待成像部分位于静磁场B0中时，与人体组织中的氢核相关联的核自旋被极化，使得待成像部分的组织在宏观水平上生成纵向磁化矢量。在施加与静磁场B0的方向相交的射频场B1之后，质子的旋转方向改变，使得待成像部分的组织在宏观水平上生成横向磁化矢量。在去除射频场B1之后，该横向磁化矢量以螺旋方式衰减，直到其恢复为零。在衰减期间生成了自由感应衰减信号。该自由感应衰减信号可以作为磁共振信号被采集，并且可以基于所采集的信号重建待成像部分的组织图像。

在MRI采集期间，患者运动影响图像的质量。已经开发了执行MRI成像序列以校正患者运动的技术，诸如以避免患者所需的长屏气以及校正自主/非自主患者运动。然而，用于这种校正的当前技术通常不充分或有待进一步改善。例如，具有硬或软选通的径向星形堆叠(SoS)成像是一种这样的技术。这样的技术还可以采用视图排序方法，诸如黄金角度或交错方法。然而，在一些情况下，这些方法最终会由于定位在MRI k空间中一些区域的患者运动而导致信号被破坏，从而导致图像质量下降。因此，现在认识到，需要改善对患者运动敏感的磁共振成像技术中的数据采集和重建方法。

因此，需要一种用于磁共振成像系统和方法的改善的数据采集和重建技术。

发明内容

根据本发明技术的实施方案，提供了一种用于利用磁共振成像(MRI)系统来生成对象的图像的方法。该方法包括采集初始组径向k空间辐条，以及基于初始组径向k空间辐条估计对象的多个运动状态。该方法还包括基于预定义的视图顺序序列采集第一组径向k空间辐条，以及基于第一组径向k空间辐条估计对象的运动。该方法还包括：如果检测到对象的运动，则调整预定义的视图顺序；以及基于所调整的预定义的视图顺序来采集第二组径向k空间辐条。此外，该方法包括通过将具有类似运动的径向k空间辐条均匀地分布在MRIk空间中来生成MRI k空间，以及基于MRI k空间来重建对象的图像。

根据本发明技术的另一个实施方案，提供了一种MRI系统，该MRI系统具有磁体，该磁体被配置为围绕布置在MRI系统中的对象的至少一部分生成极化磁场。该MRI系统包括梯度线圈组件，该梯度线圈组件包括读出梯度线圈、相位梯度线圈、切片选择梯度线圈，该梯度线圈组件被配置为将至少一个梯度场施加到极化磁场；射频(RF)系统，该RF系统被配置为向对象施加RF场并从对象接收磁共振信号。该MRI系统还包括处理系统，该处理系统被编程为采集初始组径向k空间辐条，以及基于初始组径向k空间辐条来估计对象的多个运动状态。该处理系统还被编程为基于预定义的视图顺序序列采集第一组径向k空间辐条，以及基于第一组径向k空间辐条估计对象的运动。该处理系统还被编程为：如果检测到对象的运动，则调整预定义的视图顺序，以及基于所调整的预定义的视图顺序采集第二组径向k空间辐条。此外，该处理系统被编程为通过将具有类似运动的径向k空间辐条均匀地分布在MRIk空间中来生成MRI k空间，以及基于MRI k空间来重建对象的图像。

根据本发明技术的又一个实施方案，提出了一种用于利用磁共振成像(MRI)系统来生成对象的图像的方法。该方法包括基于初始组径向k空间辐条来估计对象的多个运动状态，以及采集MRI径向k空间辐条以生成MRI k空间。该方法还包括：根据MRI径向k空间辐条中的至少一个MRI径向k空间辐条来估计对象的运动，以及基于检测到的对象的运动来调整采集MRI径向k空间辐条的视图顺序。该方法还包括通过将具有类似运动的径向MRI k空间辐条均匀地分布在MRI k空间中来生成MRI k空间；以及基于MRI k空间来重建对象的图像。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，附图中相同的符号在整个附图中表示相同的部分，其中：

图1是根据本发明技术的实施方案的示例性磁共振成像(MRI)系统的示意图；

图2是根据本发明技术的实施方案的径向k空间轨迹及对应脉冲序列图的示意图；

图3是根据本发明技术的实施方案的描绘3D径向k空间轨迹的示意图；

图4是基于呼吸信号波形描绘填充k空间的黄金角度视图顺序技术的示意图；

图5A是根据本发明技术的实施方案的采集径向k空间轨迹的k空间幅条的过程的示意图；

图5B是根据本发明技术的实施方案的具有三个运动状态的呼吸信号曲线的示意图

图6是根据本发明技术的实施方案的智能视图排序技术的流程图；

图7是根据本技术的实施方案的描绘利用黄金角度视图顺序技术和智能视图顺序技术获得的对象图像的比较的示意图；并且

图8是根据本发明技术的实施方案的用于利用MRI系统来生成对象的MR图像的方法的流程图。

具体实施方式

在下面将描述一个或多个具体的实施方案。为了提供这些实施方案的简明描述，可能未在说明书中描述实际具体实施的所有特征。应当理解，在任何此类实际具体实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多特定于具体实施的决策以实现开发者的具体目标，诸如遵守可能因具体实施而不同的系统相关和业务相关约束。此外，应当理解，此类开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的普通技术人员来说仍然是设计、制作和制造的常规任务。

当介绍本实施方案的各种实施方案的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在这些元件中的一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含性的，并且意指除了列出的元件之外还可存在附加元件。此外，以下讨论中的任何数值示例旨在非限制性的，并且因此附加的数值、范围和百分比在所公开的实施方案的范围内。此外，术语“电路”和“电路系统”和“控制器”可包括单个部件或多个部件，这些部件为有源的和/或无源的，并且被连接或以其他方式耦接在一起以提供所述功能。

在磁共振成像(MRI)中，将对象置于磁体中。当对象处于由磁体生成的磁场中时，核(诸如质子)的磁矩尝试与磁场对准，但在核的拉莫尔频率下以随机顺序围绕磁场进动。磁体的磁场被称为B0并且在纵向或z方向上延伸。在采集MR图像时，处于x-y平面中并且接近拉莫尔(Larmor)频率的磁场(称为激励场B1)由射频(RF)线圈生成，并且可用于将核的净磁矩(或净磁化)M_z从z方向朝横向或x-y平面旋转或“翻转”。核的净磁矩M_z的此翻转通过翻转角来测量，该翻转角是在向RF线圈施加RF脉冲期间净磁化所经历的旋转量。在激励信号B1终止之后，核发射信号，该信号被称为MR信号。为了使用MR信号来生成对象的图像，使用磁场梯度脉冲(G_x、G_y和G_z)。梯度脉冲用于扫描通过k空间、空间频率的空间或距离的反向。在所采集的MR信号和对象的图像之间存在傅里叶关系，因此可以通过重建MR信号来导出对象的图像。对象的图像可包括二维(2D)或三维(3D)图像。

现在将参考附图以举例的方式描述本公开的实施方案，其中图1是磁共振成像(MRI)系统10的示意图。系统10的操作可以从操作者控制台12进行控制，该操作者控制台包括输入装置13、控制面板14和显示屏16。输入装置13可为鼠标、操纵杆、键盘、跟踪球、触摸致动屏、光棒、语音控制器和/或其他输入装置。输入装置13可用于交互式几何形状指定。控制台12通过链路18与计算机系统20通信，该计算机系统使得操作者能够控制显示屏16上的图像的产生和显示。链路18可以是无线或有线连接。计算机系统20可包括通过背板20a彼此通信的模块。计算机系统20的模块可包括例如图像处理器模块22、中央处理单元(CPU)模块24和存储器模块26，该存储器模块可包括例如用于存储图像数据阵列的帧缓冲器。计算机系统20可链接到档案媒体设备、永久或备份存储器或用于存储图像数据和程序的网络，并且通过高速信号链路34与MRI系统控件32通信。MRI系统控件32可与计算机系统20分开或与其集成。计算机系统20和MRI系统控件32共同形成“MRI控制器”33或“控制器”。

在示例性实施方案中，MRI系统控件32包括由背板32a连接的模块。这些模块包括CPU模块36以及脉冲发生器模块38。CPU模块36通过数据链路40连接到操作者控制台12。MRI系统控件32通过数据链路40接收来自操作者的命令以指示待执行的扫描序列。CPU模块36操作系统部件以实施期望的扫描序列，并且产生指示所产生的RF脉冲的定时、强度和形状以及数据采集窗口的定时和长度的数据。CPU模块36连接到由MRI控制器32操作的部件，包括控制梯度放大器42、生理采集控制器(PAC)44和扫描室接口电路46的脉冲发生器模块38。

在一个示例中，CPU模块36从生理采集控制器44接收受检者数据，该生理采集控制器从连接到对象的传感器接收信号，诸如从附接到患者的电极接收的ECG信号。如本文所用，对象是人(或患者)、动物或体模。CPU模块36经由扫描室接口电路46接收来自传感器的与患者和磁体系统的状况相关联的信号。扫描室接口电路46还使得MRI控制器33能够命令患者定位系统48将患者移动到用于扫描的期望位置。

全身RF线圈56用于将波形朝向受检者解剖结构传输。全身RF线圈56可以为身体线圈。RF线圈也可以为局部线圈，其可以放置成比身体线圈更靠近受检者解剖结构。RF线圈56也可以是表面线圈。包含RF接收器信道的RF线圈可用于接收来自受检者解剖结构的信号。典型的表面线圈将具有八个接收通道；然而，不同数量的通道是可能的。已知使用身体线圈56和表面线圈两者的组合来提供更好的图像质量。

脉冲发生器模块38可操作梯度放大器42以实现扫描期间产生的梯度脉冲的所需定时和形状。由脉冲发生器模块38产生的梯度波形可应用于具有Gx、Gy和Gz放大器的梯度放大器系统42。每个梯度放大器在梯度线圈组件50中激发相应的物理梯度线圈，以产生用于空间编码所采集信号的磁场梯度。具体地，Gx对应于流量/频率编码梯度，Gy对应于相位编码梯度，并且Gz对应于切片选择梯度。梯度线圈组件50可形成磁体组件52的一部分，该磁体组件还包括极化磁体54(在操作中，该极化磁体在被磁体组件52包围的整个目标空间55中提供纵向磁场B0)和全身RF线圈56(在操作中，该线圈提供横向磁场B1，该横向磁场在整个目标空间55中大致垂直于B0)。MRI系统控件32中的收发器模块58产生可被RF放大器60放大的脉冲，所述RF放大器通过发射/接收开关62耦接到RF线圈56。由受检者解剖结构中的受激核发射的所得信号可由接收线圈(未示出)感测并通过发射/接收开关62提供给前置放大器64。放大的MR信号在收发器58的接收器部分中被解调、滤波和数字化。发射/接收开关62由来自脉冲发生器模块38的信号控制，以在发射模式期间将RF放大器60电连接到线圈56，并且在接收模式期间将前置放大器64连接到接收线圈。

通过收发器模块58将由目标的激励产生的MR信号数字化。MR系统控件32然后通过傅里叶变换处理数字化的信号以产生k空间数据，该k空间数据经由MRI系统控件32传输到存储器模块66或其他计算机可读介质。“计算机可读介质”可包括例如被配置成使得电、光或磁状态可通过常规计算机以可感知和可再现的方式固定的结构(例如，印刷到纸张或显示在屏幕、光盘或其他光学存储介质上的文本或图像、“闪存”存储器、EEPROM、SDRAM或其他电存储介质；软盘或其他磁盘、磁带或其他磁存储介质)。

当在计算机可读介质66中采集到原始k空间数据的阵列时，扫描完成。对于每个要重建的图像，该原始k空间数据被重新布置成单独的k空间数据阵列，并且这些k空间数据阵列中的每个被输入到阵列处理器68，该阵列处理器操作以使用重建算法诸如傅里叶变换将数据重建成图像数据的阵列。当获得完整的k空间数据时，其表示受检者身体的整个体积，并且如此获得的k空间可被称为参考k空间。类似地，当仅获得部分k空间数据时，图像可被称为部分k空间。该图像数据通过数据链路34传送到计算机系统20，并存储在存储器中。响应于从操作者控制台12接收到的命令，该图像数据可归档在长期存储装置中，或者可由图像处理器22进一步处理并且传送到操作者控制台12，并且呈现在显示器16上。

MR信号由复数表示，其中k空间处的每个位置由复数表示，其中I和Q正交MR信号是实分量和虚分量。可以使用过程诸如k空间MR数据的傅里叶变换，基于I正交MR信号和Q正交MR信号重建复合MR图像。复合MR图像是具有由复数表示的每个像素的MR图像，该复数也具有实分量和虚分量。所接收的MR信号的量值M可以被确定为所接收的MR信号的I正交分量和Q正交分量的平方和的平方根，如下面等式(3)中所示：

并且所接收的MR信号的相位φ也可以如下面等式(2)来确定：

应当注意，如果患者在MR信号采集期间移动，则图像的质量将受到影响。例如，每当患者吸气或呼气时，存在沿着上-下(S-I)方向即患者头部到患者脚部方向的运动。为了减少患者运动对图像质量的影响，径向MR采集(其中采集多条径向线以填充k空间)优于常规笛卡尔MR采集(其中采集从k空间的顶部到底部的水平线)。在径向MR采集中，与笛卡尔MR采集不同，由于运动导致的图像伪影分布在整个图像上。此外，在径向MR采集中，由于k空间线的径向性质，k空间的中心被过度采样，这允许运动伪影的检测和校正。因此，径向MR采集允许患者在采集期间自由呼吸。

多种视图排序方法与径向MR采集相关联。视图排序方法指的是采集径向k空间线(也称为辐条)的序列。传统视图排序方法的示例包括黄金角度视图排序方法或交错视图排序方法。在一些情况下，这些传统的视图排序方法最终会由于MRI k空间中一些区域的患者运动而导致信号被破坏，从而导致图像质量下降。

根据该技术的实施方案，提出了径向MR采集的智能视图顺序。该技术采用实时从每个k空间辐条或k空间辐条的子集估计患者运动，并且动态调整视图顺序(辐条采集序列)，以便具有类似运动状态的k空间辐条在k空间中更均匀地分布。

图2是径向k空间轨迹200及对应脉冲序列图202的示意图。应当注意，径向k空间轨迹200是2维(2D)k空间轨迹。一般而言，k空间200表示从MR信号直接获得的原始数据，其中k空间kx-ky值对应于MR图像的空间频率。脉冲序列图202可以由图1的MRI系统控件32的不同模块生成。

曲线208和曲线206分别示出了读出梯度波形Gx和Gy。曲线204示出了切片选择梯度波形Gz。梯度波形204、206和208中的每个梯度波形激励梯度线圈组件50中的对应物理梯度线圈。此外，曲线210示出了激励RF线圈56并且生成对应回波信号(或MR信号)的RF波形。RF信号波形210包括以时间间隔TR(重复时间)重复的RF脉冲212。

利用每次重复TR，填充k空间200的k空间线220(也称为径向辐条)。此外，每个k空间线220穿过k空间200的中心。换句话说，利用穿过k空间200的中心的径向辐条对k空间200进行采样。

对于脉冲序列的每个重复时间TR，以不同的幅度(由水平阴影线/虚线指示)施加Gx读出梯度波形208(由水平阴影线/虚线指示)。类似地，对于脉冲序列的每个重复时间TR，以不同的幅度(由水平阴影线/虚线指示)施加Gy读出梯度206，以在每次重复时采集不同的k空间线(或辐条)。还应当注意，如图2所示，在每个重复时间TR期间同时施加Gy读出梯度波形206和Gx读出梯度波形206。一般而言，Gy读出梯度206和Gx读出梯度208的幅度确定k空间200的哪个辐条220被填充。填充k空间辐条的序列被称为视图顺序。在本发明技术的一个实施方案中，提出了智能视图顺序，其在采集k空间辐条220的子集之后检测患者运动，并且然后基于运动状态确定接下来填充哪个k空间辐条。

切片选择梯度信号波形204具有被称为主切片选择梯度的一个向上波瓣216和被称为切片重新定相波瓣的一个向下波瓣218。在RF信号脉冲212之后施加切片重新定相波瓣218。如本领域技术人员将理解的，切片重新定相波瓣218帮助校正伴随主切片选择梯度218的施加而发生的横向磁化的相位分散。

图2中示出的k空间轨迹200是2D径向k空间轨迹。图3是根据本发明技术的实施方案的描绘3D径向k空间轨迹300的示意图。为了采集3D径向k空间轨迹(即梯度信号波形204)，沿着z轴进行笛卡尔采样，并且沿着x-y平面(即梯度信号波形206和208)进行径向采样。沿着x-y平面的径向采样得到径向k空间辐条304的层302。每个层302表示2D径向层并且类似于2D径向k空间轨迹200。此外，由于沿着z轴的笛卡尔采样，2D径向k空间辐条的多个层形成堆叠306。与k空间轨迹300相关的x、y和z轴的方向由轴表示308示出。还应当注意，由于x-y平面具有径向辐条，因此x-y平面还可以由k空间辐条半径kr和k空间辐条角度表示，如表示310中所示。k空间辐条角度相对于预定参考k空间辐条测量，其角度被认为是0度。

如先前所讨论的，存在填充k空间辐条的k空间300的每个层302的多种方式，并且对应的序列被称为视图顺序。视图顺序影响最终图像中的运动伪影。图4示出了基于呼吸信号波形来填充k空间的常规黄金角度视图顺序技术。如本领域技术人员将理解的，呼吸信号示出了患者运动。图4示出了利用黄金角度视图顺序技术采集的呼吸信号和k空间层352的曲线350。为了演示的目的，示出了用于呼吸波形的呼吸窗口354。然后假设在该预设呼吸窗口内采集的所有k空间辐条将具有类似的运动状态，而对应于其他呼吸波形的其他k空间辐条将具有不同的运动状态。落入预设呼吸窗口/运动状态的k空间辐条然后被给予较高权重，并且剩余的k空间辐条被惩罚(给予较低权重)，这被称为软选通，或者被丢弃(即，权重＝0)，这被称为硬选通。由于黄金角度视图顺序技术对于任何给定数目的辐条几乎均匀地采样k空间，所以通常期望具有类似运动状态的辐条几乎均匀地分布在k空间上。然而，因为呼吸模式从一个患者到另一个患者显著变化，所以不能保证具有类似运动状态的辐条的均匀分布，并且很多时候在k空间中存在大的间隙，例如k空间352中的间隙356、358和360。注意，硬选通在k空间352中被示出，即，具有不落入预设呼吸窗口354中的运动状态的辐条被丢弃。尽管在软选通技术中没有出现间隙，但是由于运动导致的k空间中的空间频率破环，在图像中仍然出现严重的伪影。本发明技术通过实时地估计每个辐条或辐条的子集的运动状态并且动态地即实时地调整视图顺序来解决这个问题。这导致具有类似运动状态的辐条均匀地分布在k空间中，从而避免k空间中的大间隙以及破坏的空间频率。

图5A描绘根据本发明技术的实施方案的采集径向k空间轨迹的k空间辐条的过程。具体地，图5A示出了描绘采集k空间辐条的序列的层402和根据本文提出的智能视图顺序技术获得的最终k空间层404。在该技术中，根据k空间辐条数据本身来确定每个辐条的运动状态，并且基于运动对视图顺序进行实时调整，如将在下面说明的。

首先，采集来自层402的k空间辐条404。对于3D k空间，然后采集具有与k空间辐条406相同的k空间角度的其他层中的k空间辐条。一般而言，在径向k空间轨迹中，一个层中的所有k空间辐条穿过该层的k空间的中心。例如，在图5A所示的层402中，k空间辐条406和408穿过中心410。类似地，对于其他层(未示出)，k空间辐条穿过对应层的中心。

如本领域技术人员将理解的，k空间的中心具有唯一的性质。k空间的中心基本上提供了关于图像的良好指示。如果对于3D k空间具有相同角度的辐条的k空间点的所有中心都以矢量形式表示并且对该矢量进行傅里叶变换，则其将提供沿着切片方向或z方向的图像的轮廓(图像轮廓)。如果辐条之间没有运动，则可以从具有不同角度的辐条获得完全相同的图像轮廓。因此，该图像轮廓可以用于确定在采集期间患者运动如何沿着切片方向改变。

本发明技术利用k空间中心的这种唯一的性质来确定患者运动。具体地，采集k空间辐条的子集。该子集可以包括每层的一个k空间辐条或多于一个k空间辐条。如果k空间辐条的子集的图像轮廓的质心不同于k空间辐条的前一子集的图像轮廓的质心，则确定患者运动已经发生。

在一个实施方案中，运动检测包括降维过程。如本领域技术人员将理解的，降维涉及将多维数据(例如，来自多个接收器通道的数据)变换成具有减少的维数的数据，诸如一维数据或仍然保持原始数据的唯一的性质的单个量测量。例如，在图5中，可以对辐条406的多通道数据进行主成分分析(PCA)，以将k空间辐条406的原始数据减少到单通道数据。然后，可以在该单通道数据上计算轮廓的质心，以进一步将维数减小为单个值-运动量化数目。现在，如果运动量化数目对于k空间采集的下一子集变化，则确定运动已经发生。

通常，在每次扫描开始时采集初始组k空间辐条以使MR信号达到稳态，或者该组数据可以用作校准数据以计算线圈灵敏度分布或校正梯度系统缺陷。在该提出的方法中，使用该初始组辐条数据集来提取关于患者呼吸模式的信息，诸如患者呼吸有多快以及呼吸运动的峰-峰信号变化。可以通过计算该校准数据中的每个辐条的图像轮廓的质心来从该数据提取呼吸模式。诸如流形学习的其他信号处理技术也可以用于从初始组k空间辐条提取关于患者的呼吸模式的信息。在提取了呼吸模式之后，该呼吸周期即呼吸信号波形被划分为多个运动状态，其中稍后的辐条(即，在图像重建中实际使用的主采集幅条)被分组。运动状态的总数目可被预设或可基于患者的呼吸模式来设定。作为示例，图5B示出了呼吸信号曲线500以及基于所采集的初始组辐条的三个运动状态502、504和506的总数目。这些运动状态中的每一者表示与其相关联的运动量化数目的范围。例如，运动状态502可表示0至10％运动量化数目。运动状态504可表示10％至20％，并且运动状态506可表示20％到30％的运动量化数目。由于已经设定了诸如重复时间TR和主采集幅条的总数目的采集参数，所以可以计算将被分组到每个运动状态中的幅条的数目。

返回参考图5A，一旦主采集幅条的采集开始并且采集第一k空间幅条406。然后，该过程涉及确定该k空间辐条406的运动量化数目。该运动量化数将被用于调整接下来将要采集的幅条的幅条角度。具体地，基于k空间辐条406的运动量化数目，可以确定患者在呼吸波形上的运动状态。基于运动状态，将调整下一幅条的幅条角度，使得其将填充对应于其运动状态的k空间中的最大间隙。此后，采集第二k空间幅条408，并且还确定k空间幅条408的运动量化数目，该运动量化数目将用于调整下一个幅条的幅条角度，等等。因此，对应于相同运动量化数目的k空间辐条尽可能均匀地分布在k空间中。取决于患者的呼吸模式，分布可能不像所期望的那样均匀。然而，与常规视图排序方法相比，其仍将提供更均匀的分布，因此，将改善图像质量。

然后，具有类似运动的k空间辐条均匀地分布在k空间层中，如层404中所示。换句话说，对于具有类似运动量化数目的所有k空间辐条，所采集的相应k空间辐条均匀地分布在k空间的层404中，同时填充k空间。因此，如果在如图5B所示的所有k空间辐条的采集期间存在3个运动状态，则在层404中将存在k空间辐条的3个均匀分布。将具有类似运动量的幅条均匀地分布在k空间上保证由由于运动而破坏(或丢失)的高空间频率信号没有被定位。这避免了k空间中的大间隙，如层404相对于图4的层352所示。

图6示出了根据本发明技术的实施方案的智能视图排序技术的流程图600。应当注意，流程图600的步骤可以由图1的MRI控制器33来实施。具体地，在步骤602处，MRI系统准备用于MR信号采集。这可以包括定义视图顺序，该视图顺序决定需要施加的梯度脉冲信号以采集下一个k空间辐条。在步骤604处，施加梯度信号以采集期望的k空间幅条。然后在步骤606处理来自所采集的k空间幅条的幅条数据以估计运动608。估计运动可以包括如先前描述的那样处理k空间幅条数据并且确定对应的运动量化数目。可将量化数目与先前k空间运动量化数目进行比较以查看是否已发生任何运动。如果运动已经发生，则确定呼吸波形上的新运动状态。在步骤610处，使用运动估计608和对应的运动状态来更新视图顺序。如果运动还没有发生，则在602处的预设视图顺序将不改变。然而，如果在2k空间幅条的采集之间已经发生运动，则将在步骤610中准备基于新运动状态的新视图顺序。然后，更新后的视图顺序将被提供回步骤602用于下一次采集。

图7根据本技术的实施方案的利用黄金角度视图顺序技术和智能视图顺序技术获得的对象图像的比较。具体地，图7示出了原始图像702和在重建利用黄金角度视图顺序技术获得的k空间352(图4)之后生成的图像704。此外，图7示出了在重建利用本文提出的智能视图顺序技术获得的k空间404(图6)之后生成的图像706。可以看出，由于k空间352中的大间隙，来自原始图像702的大量图像细节在图像704中丢失。即使利用先进的重建方法诸如利用深度学习的方法，也不能直接恢复这些丢失的图像细节。相比之下，图像706中的图像细节没有丢失那么多。图像706中可能存在一些伪影，这些伪影更不相干，并且可以通过诸如并行成像、深度学习技术的重建方法来显著减少。

图8是根据本发明技术的实施方案的用MRI系统10生成对象的MR图像的方法800的流程图。应当注意，方法800可以由图1的MRI控制器33来实施。在步骤801处，该方法包括采集初始组径向k空间幅条。在一个实施方案中，被采集以使MR信号达到稳态的k空间或校准k空间(采样不足或具有低分辨率)可以被用作初始组径向k空间辐条。基于初始组径向k空间辐条，在步骤802处，呼吸周期即患者的呼吸信号被划分成如图5B中所示的多个运动状态，其中稍后的k空间辐条将被分组。在步骤803处，该方法包括基于预定义的视图顺序采集第一组径向k空间辐条。基于初始组径向k空间辐条可以来确定预定义的视图顺序。通常，该方法采用径向采样方法来采集径向k空间幅条。径向采样方法可以包括以下中的至少一者：星形堆叠径向采样方法、径向单次激发快速自旋回波(SSFSE)方法、径向回波平面成像(EPI)方法、具有增强重建的周期性旋转的重叠平行线(PROPELLLER)的3D堆叠、螺旋的3D堆叠或任何其他3D径向采样方法。

在步骤804处，该方法包括基于第一组径向k空间辐条来估计对象的运动。在一个实施方案中，估计对象的运动包括确定第一组径向k空间辐条中的至少一个径向k空间辐条的质心。应当注意，不需要根据径向k空间幅条中的每个来确定对象运动，因为对象运动对于每个径向幅条采集不改变。因此，在一些实施方案中，不是确定每个径向辐条的运动，而是仅在从第一组中采集多个径向辐条后才确定运动状态。

在一个实施方案中，估计对象的运动包括基于降维过程确定至少一个径向k空间辐条的运动量化数目。降维过程包括对至少一个径向k空间幅条的多通道数据进行主成分分析(PCA)，以将k空间幅条的原始数据减少到单通道数据到。然后，可以在该单通道数据上计算质心，以进一步降维至运动量化数。然后在质心上操作PCA以产生运动量化数目。

如果在步骤804处检测到对象运动，则在步骤806处，该方法包括调整预定义的视图顺序。调整预定义的视图顺序包括确定接下来要采集哪个k空间幅条。在一个实施方案中，所调整的预定义的视图顺序被称为智能视图顺序。一般而言，在步骤804中确定的运动量化数目用于调整下一个将要采集的幅条的幅条角度。一旦调整了预定义的视图顺序，在步骤808处，基于所调整的视图顺序采集第二组径向k空间幅条。此外，在步骤810处，通过将具有类似运动的径向k空间辐条均匀地分布在MRI k空间中来填充或生成MRI k空间。换句话说，具有类似运动量化数目的MRI k空间幅条可以均匀地分布在径向k空间中，并且因此在步骤810处，产生最终径向k空间。应当注意，k空间辐条的采集和将它们填充在k空间中继续直到采集到所有k空间辐条，即直到完成整个对象扫描。一旦填充或生成完整的k空间，则在步骤812处，基于最终的k空间来重建对象的图像。还应当注意，可以通过使用深度学习(DL)技术来去除任何图像伪影来进一步改善对象图像。

本发明技术的优点之一是它提供了更好的图像质量，特别是对于k空间采样不足的快速成像。此外，该技术将已经采集的k空间幅条用于运动检测和k空间形成，并且因此，该技术减少了对重复扫描的需要并且提高了扫描器效率。此外，该技术可以与现有的DL技术结合使用以进一步提高图像质量。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域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。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他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，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (22)

1.一种用于利用磁共振成像(MRI)系统来生成对象的图像的方法，所述方法包括：

采集初始组径向k空间辐条；

基于所述初始组径向k空间辐条来估计所述对象的多个运动状态；

基于预定义的视图顺序序列来采集第一组径向k空间辐条；

基于所述第一组径向k空间辐条来估计所述对象的运动；

如果检测到所述对象的所述运动，则调整所述预定义的视图顺序；以及

基于所调整的预定义的视图顺序采集第二组径向k空间辐条；

通过将具有类似运动的径向k空间辐条均匀地分布在MRI k空间中来生成所述MRI k空间；以及

基于所述MRI k空间来重建所述对象的所述图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其中以下中的至少一者被用作所述初始组径向k空间辐条：i)为了使所述MRI系统的MR信号达到稳态而采集的k空间，或者ii)为了计算所述MRI系统的线圈灵敏度分布而采集的校准k空间，或者iii)为了校正所述MRI系统的梯度系统缺陷而采集的梯度校正k空间。

3.根据权利要求1所述的方法，其中估计所述对象的所述多个运动状态包括，基于所述对象的呼吸模式将所述对象的呼吸信号波形划分为多个状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其中通过计算所述初始组径向k空间辐条中的每个径向k空间辐条的图像轮廓的质心，来确定所述对象的所述呼吸模式。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一组径向k辐条和所述第二组径向k辐条是利用以下各项来采集的：三维(3D)星形堆叠径向采样方法、3D径向单次激发快速自旋回波(SSFSE)方法、3D径向回波平面成像(EPI)方法、具有增强重建的周期性旋转的重叠平行线(PROPELLER)的3D堆叠、螺旋的3D堆叠方法或者其中3D轨迹包括2D轨迹的堆叠的3D MR序列。

6.根据权利要求1所述的方法，其中估计所述对象的所述运动包括，确定所述第一组径向k空间辐条的k空间辐条的至少一个径向堆叠的质心。

7.根据权利要求6所述的方法，其中估计所述对象的所述运动还包括：如果k空间辐条的所述至少一个径向堆叠的所述质心不同于径向k空间辐条的前一堆叠的质心，则检测所述运动。

8.根据权利要求6所述的方法，其中确定所述至少一个径向k空间辐条的所述质心包括，基于降维过程确定所述至少一个径向k空间辐条的运动量化数目。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述降维过程包括确定将主成分分析(PCA)应用于所述至少一个径向k空间辐条，以确定所述运动量化数目。

10.根据权利要求9所述的方法，其中将具有类似运动的所述径向k空间辐条均匀地分布在所述MRI k空间中包括，分布具有类似运动量化数目的所述径向k空间辐条。

11.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述视图顺序包括改变接下来需要采集的径向k空间辐条的序列。

12.一种磁共振成像(MRI)系统，所述MRI系统包括：

磁体，所述磁体被配置为围绕布置在所述MRI系统中的对象的至少一部分生成极化磁场；

梯度线圈组件，所述梯度线圈组件包括读出梯度线圈、相位梯度线圈、切片选择梯度线圈，所述梯度线圈组件被配置为将至少一个梯度场施加到所述极化磁场；

射频(RF)系统，所述RF系统被配置为向所述对象施加RF场并从所述对象接收磁共振信号；

处理系统，所述处理系统被编程为：

采集初始组径向k空间辐条；

基于所述初始组径向k空间辐条来估计所述对象的多个运动状态；

基于预定义的视图顺序序列来采集第一组径向k空间辐条；

基于所述第一组径向k空间辐条来估计所述对象的运动；

如果检测到所述对象的所述运动，则调整所述预定义的视图顺序；

基于所调整的预定义的视图顺序来采集第二组径向k空间辐条；

通过将具有类似运动的径向k空间辐条均匀地分布在MRI k空间中来生成所述MRI k空间；以及

基于所述MRI k空间来重建所述对象的所述图像。

13.根据权利要求12所述的MRI系统，其中以下中的至少一者被用作所述初始组径向k空间辐条：i)为了使所述MRI系统的MR信号达到稳态而采集的k空间，或者ii)为了计算所述MRI系统的线圈灵敏度分布而采集的校准k空间，或者iii)为了校正所述MRI系统的梯度系统缺陷而采集的梯度校正k空间。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理系统被编程为：通过基于所述对象的呼吸模式将所述对象的呼吸信号波形划分为多个状态，来估计所述对象的所述多个运动状态。

15.根据权利要求14所述的系统，其中通过计算所述初始组径向k空间辐条中的每个径向k空间辐条的图像轮廓的质心，来确定所述对象的所述呼吸模式。

16.根据权利要求12所述的MRI系统，其中所述第一组径向k辐条和所述第二组径向k辐条是利用以下各项来采集的：三维(3D)星形堆叠径向采样方法、3D径向单次激发快速自旋回波(SSFSE)方法、3D径向回波平面成像(EPI)方法、具有增强重建的周期性旋转的重叠平行线(PROPELLER)的3D堆叠、螺旋的3D堆叠方法或者其中3D轨迹包括2D轨迹的堆叠的3D MR序列。

17.根据权利要求12所述的MRI系统，其中所述处理系统被编程为通过确定所述第一组径向k空间辐条中的至少一个径向k空间辐条的质心，来估计所述对象的所述运动。

18.根据权利要求17所述的MRI系统，其中所述处理系统被编程为：如果所述至少一个径向k空间辐条的所述质心不同于前一径向k空间辐条的质心，则通过检测所述运动来估计所述对象的所述运动。

19.根据权利要求17所述的MRI系统，其中所述处理系统被编程为通过基于降维过程确定所述至少一个径向k空间辐条的运动量化数目，来确定所述至少一个径向k空间辐条的所述质心。

20.根据权利要求19所述的MRI系统，其中所述降维过程包括确定将主成分分析(PCA)应用于所述至少一个径向k空间辐条，以确定所述运动量化数目。

21.根据权利要求20所述的MRI系统，其中所述处理系统被编程为通过分布具有类似运动量化数目的所述径向k空间辐条来将具有类似运动的所述径向k空间辐条均匀地分布在所述MRI k空间中。

22.一种用于利用磁共振成像(MRI)系统来生成对象的图像的方法，所述方法包括：

基于初始组径向k空间辐条来估计所述对象的多个运动状态；

采集MRI径向k空间辐条以生成MRI k空间；

从所述MRI径向k空间辐条中的至少一个MRI径向k空间辐条来估计所述对象的运动；

基于所述检测到的所述对象的运动来调整采集所述MRI径向k空间辐条的视图顺序；

通过将具有类似运动的所述径向MRI k空间辐条均匀地分布在MRI k空间中来生成所述MRI k空间；以及

基于所述MRI k空间来重建所述对象的所述图像。