专利名称：使用磁敏感加权成像和磁敏感填图(swim)来生成核磁共振图像的方法各种磁共振成像技术利用磁敏感加权成像(SWI)来增强被扫描的对象之中的磁化率中的空间不连续之间的对比度。在以参考的方式整体合并如本文的美国专利N0.6，658，280 中总体描述了 Sff10量化局部磁化率的能力等效于能够测量对象或物体中的铁的数量而不管铁是处于非血红素铁(如铁蛋白或血铁质)还是血红素铁的形式(脱氧血红蛋白)，或者钙的数量或导致材料任意其他磁敏感影响(包括几何效应)。最近，已经开发了多种利用快速傅里叶变换方法来量化局部磁磁化率的方`法。其中一个方法利用反格林函数。g(k) = l/3_kz2/(kx2+ky2+kz2)其中，kx、ky和kz是相位数据的空间频率域的坐标。源于不适定问题的该方法充满问题。不适定性来自分析滤波器的分母中的零。为此目的，实施涉及正则化、需要对象在扫描之间旋转的多次扫描以及约束最小二乘法的各种复杂并且冗长的方法，以力图改进结果。但是，最小二乘法需要对象的几何形状的相对准确的知识，使用多个方向数据的方法需要附加时间来收集不同对象方向中的数据。最小二乘法在一些情况中还强制整个对象中的均匀磁敏感约束。这里给出的直接反方法克服这些限制，因为其主要使用对象的来自单个方向的磁共振相位信息并且是快速并且容易实现的技术。此外，与具有依赖于相位行为的方向并且因此最终影响最终对比度的SWI不同，本发明创建与对象对主磁场的方向独立的数据集合。因此，如果要使用磁敏感数据替代普通滤波相位数据来创建SWI数据，则就不具有方向依赖性方面而言，结果将较好。
本发明允许对象的较好质量的磁源成像或磁敏感填图(SM !susceptibility map)的生成。正则化反函数(k)，过采样k空间，去除外部相位噪声和快速相位改变效应，并且使用SWI高通滤波相位数据，可以从SWI数据生成合理的磁敏感填图。发明人将本文所述的创造性的方法称为磁敏感加权成像和填图(SWIM !Susceptibility Weighted Imagingand Mapping)。SWM数据还可用于生成更加鲁棒的SWI结果，因为SWM数据是独立于方向的。在本发明的一个方面，一种对对象进行核磁共振成像的方法包括用于从该对象的梯度回波磁共振扫描获得用于Nx乘以Ny乘以Nz个数据点的第一矩阵的相位数据(p(r)的步骤，其中队、乂和Nz中的每一个是正整数(但是必要地是相同的整数)。该方法还包括生成用于aNx乘以bNy乘以cNz个数据点的较大矩阵的(p(r)new，其中aNx、bNy和cNz中的每一个是正整数(它们中的至少一个大于第一矩阵中的对应值)。这是使用(pOO并且通过向该第一矩阵和该较大矩阵不共 用的数据点分配常数来完成的(可以首先在(p(r)上执行许多中间滤波步骤，但是(p(r)new仍然依赖于(p(r))。该方法还包括对cp(r)new进行傅里叶变换并且由此生成(对应于相位的)k空间数据((p(k))。该方法还包括将cp(k)乘以磁敏感填图滤波函数并且以生成用于该较大矩阵的磁敏感填图估计的方式对乘积进行傅里叶逆变换。使用磁敏感填图估计，从所有这些创建该对象的数字图像文件。应该认识到术语“使用”在这里具有广义的意义并且仅意味着该数字图像文件以一些方式依赖于用于生成该磁敏感填图估计的步骤。换句话说，该数字图像文件可以依赖于更精致的磁敏感填图和/或其他k空间或图像数据，但是在一些点上生成该磁敏感填图估计并且最终该磁敏感填图估计在该数字图像文件的生成中起作用。在本发明的另一个方面，一种对对象进行核磁共振成像的方法包括从该对象的梯度回波磁共振扫描获得相位数据cp(r)，并且使用tp(r)生成(对应于相位的)原始k空间数据(cpCk))。该方法还包括将q>(k)乘以正则化磁敏感填图滤波函数并且以生成磁敏感填图估计的方式对乘积进行傅里叶逆变换。此外，该方法还包括对该磁敏感填图估计应用门限并且由此生成修正磁敏感填图估计。此外，该方法还包括对修正磁敏感填图估计进行傅里叶变换该并且由此生成修正k空间数据。此外，使用该原始k空间数据和该修正k空间数据生成新k空间数据。此后，对该新k空间数据进行傅里叶逆变换以由此生成修改的磁敏感填图估计。最后，使用该修改磁敏感填图估计创建该对象的数字图像文件。在本发明的另一个方面，一种对对象进行核磁共振成像的方法包括从该对象的梯度回波磁共振扫描收集k空间数据。该方法还包括使用该k空间数据生成初始相位值和初始幅度值，并且使用至少一些该初始幅度值和至少一些该初始相位值生成相位值的修正集合。此外，该方法还包括使用至少一些该相位值的修正集合生成磁场值的局部改变，使用至少一些该磁场值的局部改变生成(对应于相位的)修改的k空间数据值，通过将正则化逆滤波器应用于该修改的k空间数据值生成正则化的修改的k空间数据值，使用该正则化的修改的k空间数据值生成第一磁敏感值，并且通过将门限应用于该第一磁敏感值和/或通过由预先确定值的集合替代该磁敏感值生成第二磁敏感值。此后，使用该第一磁敏感值生成第三k空间数据值，使用第二磁敏感值生成第四k空间数据值，并且以生成第五k空间数据值的方式合并该第三k空间数据值与该第四k空间数据值。最后，使用该第五k空间数据值生成第三磁敏感值，并且使用该第三磁敏感值生成该对象的数字图像文件。此外，根据本发明的另一个方法涉及一种对对象进行核磁共振成像的方法，该方法包括从该对象的梯度回波磁共振扫描获得相位数据cp(r)。该方法还包括基于该对象的至少一部分的几何形状用常数值替换cp(r)的体素的子集中的值。此外，该方法还包括使用cp(r)生成(对应于相位的)原始k空间数据，在这被称为(q>(k)),并且将cp(k)乘以正则化磁敏感填图滤波函数并且以生成磁敏感填图估计的方式对乘积进行。然后可以使用修改的磁敏感填图估计生成该对象的数字图像文件。下文参考附图详细描述了本发明的其他特征和优点以及本发明的各种实施方式的操作。图1-6描述了本发明的优选实施方式的步骤的流程图。「00叫 r m时撕try晰邮( ^ m -图4-5描述了在用于该情况的本发明中可以使用的“理想”滤波器的实现的流程图。用于玻恩近似的主要假设规定不同磁敏感的结构中的感应磁化主要由于主外部磁场Btl，其中，当考虑多个对象时玻恩近似对于场的线性和重叠是最首要的。例如，当将具有不同磁敏感的两个结构A和B靠近地放置在外部磁场Btl中时，假设ABA(r) xa * B0,因为A不影响结构B中的感应磁化或者反之亦然即ABB(r)Bm该理想滤波器的优点在于其可以用于说明在它的定义中的对象的有限的观察场和离散的形状边界条件，并且因此可以用于获得高度准确的chi填图，而伪影最小。该滤波器包括(该形状专用的)全部可能的高阶项，其中在以前的工作中忽略该高阶项。此外，离散地定义Gideal (k)，其中，FT是与分析地定义的G(k)相反的离散傅里叶变换。这具有更好地处理有限采样问题的优点。此外在对于具体对象形状定义该滤波器之后，其可用于从一个或多个形状和大小相同的对象的相位找出磁敏感。当知道由于该形状的场微扰的分析表示时，例如在标准对称几何球形、圆柱形或椭圆形的情况中，可以容易地完成定义用于给定几何形状的Gid6alGO。对于不知道场微扰的分析表示的任意形状的对象，可以通过准备该形状的幻影并且测量由MR相位数据导致的场微扰来获得AB(r)数据。用于获得/估计AB(r)数据的另一个方法涉及使用一个标准有限差分时域计算技术，数值求解具有用于具体对象形状的边界条件的麦克斯韦方程式。最后，可以认为已知对象是整个大脑或者大脑内部的其他感兴趣的结构，其中磁敏感的一些猜测来自先验知识或者具有一些平滑或类似的修改的当前SWM方法。当对象的A B (r)包括尽可能小的噪声时，实现在准确地定义Gideal (k)时的最佳结果。但是，在AB(r)中出现相当大的噪声的情况中，可以使用诸如场拟合的技术来从对象的AB(r)填图中去除噪声。其中，场拟合使用基于对象的模型或场关于多项式函数的建模。可以结合以上讨论的磁敏感填图来使用理想滤波器，以成像包括多个子结构的复合结构。例如，可以将其 应用于大脑，其中在大脑中不同的次皮质结构、窦、灰质、白质、动脉、静脉构成该子结构/几何形状。给定大脑的幅度图像和场填图(即相位图像:展开的或高通滤波的)，假设用于每个子结构形状的理想滤波器可用，可以单独地使用用于每个子结构或几何形状的Gid6al,以获得用于该具体结构/几何形状的磁敏感值。可替换地，可以使用用于每个子结构的单独的理想滤波器定义新的G’idMl。其可以是单独的滤波器的加权和(即G’ ideal = E nWnGideal_n，其中n表示子结构的索引)。在一些情况中，G’ ideal的进一步的优化或正则化可以改善结构。例如，如果对于较大对象大小(即具有较小体素维度)定义原始Gidral_HigMtes，则可以从用于形状相同但是大小较小(即分辨率较低)的对象的
^ideal-HighEesGideal-LowRes-Estimate
但是在使用
Gidea1-LowEes-Estifflate的情况中，一些正则化/滤波可以减少不希望的伪影。该伪影的出现是因为GidMlwes-Estimate仅仅是用于该对象大小的实际理想滤波器的估计。当尝试通过使用已经定义的Gideal来加速磁敏感填图过程时使用该方法是有利的。在不脱离本发明的范围的前提下，可以做出这里所述并且所示的结构和方法的各种改进，意图将前文的描述或附图中所述的全部事物解释为示例性的而不是限制性的。因此，本发明的宽度和范围不应该受到任意上述示例性实施方式的限制而是仅由所附权利要求和他们的等效物限制的。还应该理解，当在权利要求中或者在本发明的优选实施方式的以上描述介绍本发明的元素时，术语“包括”、“应用”和“使用”适用于可扩展的并且意味着可以存在除了所列出的元素之外的附加元素。此外，如第一、第二和第三等标识符的使用不应该被解释为强制限制之间的时间顺序，除非执行该限制的时间顺序是必要的。此外，给出的任意方法权利要求的次序不应该被解释为限制执行该步骤所必须的次序，除非执行该步骤的次序是必要的 。


一种生成对象的磁敏感填图的方法利用正则化反函数，过采样k空间，去除外部相位噪声和快速相位改变效应，解释该对象的已知的几何形状并且使用修改的SWI相位数据以由此生成合理的磁敏感填图和数字图像，例如SWI图像。发明人将本发明所述的创造性的方法称为磁敏感加权成像和填图(SWIM)。