[论文解读] Spread spectrum compressed sensing MRI using chirp radio frequency pulses

Xiaobo Qu, Ying Chen+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2013

Advanced MRI Techniques and Applications参考文献 7被引用 4

一句话总结

本文提出了一种新颖的扩频压缩感知磁共振成像技术，采用啁啾射频脉冲调制磁共振信号，相较于以往基于匀场线圈的方法，实现了更强且更灵活的调制。通过利用二次相位编码的复正交性，该方法在图像重建质量方面优于采用可变密度采样的传统压缩感知磁共振成像，同时更好地保留了图像特征。

ABSTRACT

Compressed sensing has shown great potential in reducing data acquisition time in magnetic resonance imaging (MRI). Recently, a spread spectrum compressed sensing MRI method modulates an image with a quadratic phase. It performs better than the conventional compressed sensing MRI with variable density sampling, since the coherence between the sensing and sparsity bases are reduced. However, spread spectrum in that method is implemented via a shim coil which limits its modulation intensity and is not convenient to operate. In this letter, we propose to apply chirp (linear frequency-swept) radio frequency pulses to easily control the spread spectrum. To accelerate the image reconstruction, an alternating direction algorithm is modified by exploiting the complex orthogonality of the quadratic phase encoding. Reconstruction on the acquired data demonstrates that more image features are preserved using the proposed approach than those of conventional CS-MRI.

研究动机与目标

• 为克服基于匀场线圈的扩频调制在压缩感知磁共振成像中的局限性，其调制强度有限且操作不够便捷。
• 开发一种利用啁啾射频脉冲实现更灵活、更可控的磁共振成像扩频调制方法。
• 通过降低感知基与稀疏基之间的相干性，提升图像重建质量。
• 通过利用二次相位编码的复正交性，加速图像重建过程。
• 展示所提方法在图像特征保留方面优于采用可变密度采样的传统压缩感知磁共振成像。

提出的方法

• 该方法采用线性扫频（啁啾）射频脉冲对磁共振信号进行调制，实现有效的扩频调制。
• 利用啁啾脉冲实现二次相位调制，从而降低压缩感知磁共振成像中感知基与稀疏基之间的相干性。
• 采用交替方向算法，以利用二次相位编码的复正交性，加速图像重建。
• 所提方法用更鲁棒且可调谐的射频脉冲调制方式，替代了以往扩频压缩感知磁共振成像中使用的匀场线圈调制。
• 重建过程利用啁啾调制的数学结构，提升信噪比与特征保真度。

实验结果

研究问题

• RQ1 啁啾射频脉冲能否有效替代扩频压缩感知磁共振成像中基于匀场线圈的调制？
• RQ2 与传统可变密度采样相比，使用啁啾脉冲是否能实现更低的感知基与稀疏基之间的相干性？
• RQ3 能否利用基于啁啾的二次相位编码的复正交性来加速图像重建？
• RQ4 所提方法是否比传统压缩感知磁共振成像更有效地保留图像特征？
• RQ5 与以往的扩频方法相比，该方法是否更具实用性与可控性？

主要发现

• 所提出的基于啁啾的扩频方法在图像重建质量方面优于采用可变密度采样的传统压缩感知磁共振成像。
• 由于感知基与稀疏基之间的相干性降低，重建图像中保留了更多的图像特征。
• 使用啁啾射频脉冲实现了比基于匀场线圈的方法更强且更灵活的调制。
• 通过利用二次相位编码的复正交性，加速了重建算法。
• 该方法在保留精细图像细节与结构信息方面表现出更优的性能。