CN101865985B - 径向重排方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种径向重排方法，该方法包括以下步骤：计算k空间的Kz-Ky平面内所需采集的数据点的标记矩阵；在所述平面中选择一参考轴，该参考轴经过k空间中心；计算各数据点的半径和方位角，其中，如果任一数据点的方位角大于π，则将该数据点的半径改为负值，并将该数据点的方位角减去π；按照半径升序模式，对所有数据点进行排序；从所述标记矩阵中删除已排序序列中最先的数据点；按照各数据点在已排序序列中的位置，为剩余各个数据点分配升序的回波号；对于具有相同回波号的数据点，按照方位角升序模式，为这些数据点分配升序的回波链号。本发明的径向重排方法能够适用于中等TE成像。

Description

径向重排方法
技术领域
本发明涉及磁共振成像(MRI)技术领域，特别是一种径向重排(radialreordering)方法，用于对MRI中回波的数据点进行重排。
背景技术
在重聚焦脉冲中使用非选择性的脉冲和调制的翻转角，可以提高3D快速自旋回波成像中的采样效率。有人提出了线性模式(linear mode)和中心径向模式(centric radial mode)这两种灵活重排方案，以避开分段3D成像中矩形k空间中采样标记矩阵的限制，提供灵活的k空间覆盖度。其中，线性模式主要适用于中等回波时间(Time to Echo，TE)成像，中心径向模式主要适用于短TE成像。
总体而言，中心径向模式可以提供较好的对比度纯度(contrastpurity)，但是该模式只适用于短TE成像。线性模式适用于中等TE(约为40～50ms)成像，但是只能提供质量很差的对比度纯度。
在所提及的中心径向重排模式中，来自第一个回波或最后一个回波的数据填充到K空间中心，这种径向重排模式对于超短TE或超长TE成像来说效果不错。然而，中心径向重排模式不支持中等TE值，而中等TE值在一些躯干成像和整形外科成像的应用中非常有用。与线性重排模式相比，由于中等TE成像中的径向重排模式能够提供较好的对比度加权，降低k空间中部的亮度波动，以及降低部分傅立叶(Partial Fourier，PF)成像期间的图像模糊，所以有时需要优选采用中等TE成像中的径向重排模式。
因此，在MRI成像中急需一种能够支持中等TE成像的径向模式的重排技术。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种径向重排方法，其目的在于，本发明的径向重排方法能够支持中等TE成像。
因此，本发明提供了一种径向重排方法，该方法包括以下步骤：
计算k空间的Kz-Ky平面内所需采集的数据点的标记矩阵；
在所述平面中选择一参考轴，该参考轴经过k空间中心；
计算各数据点的半径和方位角，其中，如果任一数据点的方位角大于π，则将该数据点的半径改为负值，并将该数据点的方位角减去π；
按照半径升序模式，对所有数据点进行排序；
从所述标记矩阵中删除已排序序列中最先的数据点；
按照各数据点在已排序序列中的位置，为剩余各个数据点分配升序的回波号；
对于具有相同回波号的数据点，按照方位角升序模式，为这些数据点分配升序的回波链号。
所述参考轴沿Kz方向或者Ky方向。优选地，所述参考轴沿Kz方向和Ky方向中编码步较少的方向。
该方法进一步包括：利用公式fPF＝(0.5L+M)/L计算部分傅立叶因子，其中fPF为部分傅立叶因子，L为快速因子，M为k空间中心的回波号。
所删除的数据点的数量由部分傅立叶因子确定。
该方法进一步包括：将回波链的长度从L缩短为0.5L+M，其中L为快速因子，M为k空间中心的回波号。
本发明还提供了另一种径向重排方法，该方法包括以下步骤：
计算k空间的Ky-Kz平面内所需采集的数据点的标记矩阵；
在所述平面中选择一参考轴，该参考轴经过k空间中心；
删除所述标记矩阵中根据部分傅立叶采集所要省略的数据点；
计算剩余各数据点的半径和方位角，其中，如果任一数据点的方位角大于π，则将该数据点的半径改为负值，并将该数据点的方位角减去π；
按照半径升序模式，对所有数据点进行排序；
按照各数据点在已排序序列中的位置，为各个数据点分配升序的回波号；
对于具有相同回波号的数据点，按照方位角升序模式，为这些数据点分配升序的回波链号。
所述参考轴沿Kz方向或者Ky方向。优选地，所述参考轴沿Kz方向和Ky方向中编码步较少的方向。
该方法进一步包括：利用公式fPF＝(0.5L+M)/L计算部分傅立叶因子，其中fPF为部分傅立叶因子，L为快速因子，M为k空间中心的回波号。
该方法进一步包括：将回波链的长度从L缩短为0.5L+M，其中L为快速因子，M为k空间中心的回波号。
从上述方案中可以看出，由于本发明在k空间独特地对数据点重排，使得径向重排能够用于中等TE成像，并且提供了比中等TE成像中线性重排方案更好的图像质量。
附图说明
图1a中，回波M表示所需的TE值，L为快速因子，采集的回波(图1a中实线表示的回波)显示为从1到L/2+M，并且采用了部分傅立叶来进行重建。图1b显示了线性重排方案中常用的回波链轨迹。图1c和图1d显示了根据本发明的径向重排方案中的回波链轨迹。在图1c中，Kz方向编码步的数量接近于Ky方向编码步的数量。在图1d中，Kz方向编码步的数量远远小于Ky方向编码步的数量。
图2a为使用线性重排方案获得的人体模型(Phantom)图像，图2b为使用根据本发明的径向重排方案获得的人体模型图像，并且图2a和图2b使用的参数相同。图2c为使用线性重排方案获得的膝部图像，图2d为使用根据本发明的径向重排方案获得的膝部图像，并且图2c和图2d使用的参数相同。图2e和图2f分别为图2c和图2f中虚线框部分的放大图。
图3为腹部检查得到的Kz-Ky平面的多平面重建(MPR)图像。其中，图3a是使用线性重排方案得到的图像，图3b是使用根据本发明的径向重排方案得到的图像。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
在本发明的描述中，将传统的径向重排称为中心模式，而将本发明新提出的径向重排方案称为偏移模式(shifted mode)。在3D长回波链成像中，设L为快速因子，并表示回波链长度，M等于K空间中心的回波号，并且假设M＜L/2，但不限于此范围。在偏移径向重排中，每个回波链经过K空间中心。当将回波链中的第M个回波定义为K空间中心时，第M个回波的一侧具有L/2个回波，在另一侧具有M个回波。在一幅图像中的实际回波链长度从L缩短为L/2+M。即，每幅图像中少了L/2-M个回波。当方位角在采样期间从0变到π时，可以使用部分傅立叶重建来重建出减少的回波。
下面介绍本发明的两个具体实施例。
第一实施例：
设置TE＝(M+1)*回波间距，其中M＜L/2，L为快速因子。
根据本发明第一实施例的径向重排方法包括以下步骤：
步骤101，计算k空间的Kz-Ky平面内所需采集的数据点的标记矩阵。
步骤102，在Kz-Ky平面内选择一个参考轴，该参考轴经过K空间中心，并将标记矩阵分为两部分。
所述参考轴可以沿着Ky方向，如图1c所示；也可以沿着Kz方向，如图1d所示。优选地，参考轴沿着Kz方向和Ky方向中编码步较少的方向，例如图1d所示的情况。
步骤103，计算各数据点的半径和方位角，如果某一数据点的方位角大于π，则将该数据点的半径设为负值(即，在半径乘以-1作为新的半径)，并从该数据点的方位角中减去π。
步骤104，按照半径升序模式，对所有数据点进行排序。
步骤105，根据公式fPF＝(0.5L+M)/L，计算部分傅立叶因子fPF，并将回波链长度相应地从L缩短为0.5L+M。
在本实施例中，所省略的数据点的数量为(1-fPF)*N，其中N为没有采用部分傅立叶的情况下需要采集的数据点的总数量。
步骤106，从标记矩阵中删除已排序序列(步骤104中得到的序列)中最先的数据点。在本步骤中会删除(1-fPF)*N个数据点。
步骤107，按照删除后剩下的各个数据点在已排序序列中的位置，为各个数据点分配升序的回波号。每N/L个数据点共享一个回波号。
步骤108，按照方位角升序模式，对具有相同回波号的所有数据点进行排序，为具有相同回波号的数据点分配升序的回波链号。
通过上述第一实施例的操作，当Ky和Kz方向编码步的数量接近时，可以形成如图1c所示的k空间填充状态。当Kz方向编码步的数量远远小于Ky方向编码步的数量时，形成如图1d所示的k空间填充状态。
第二实施例：
设置TE＝(M+1)*回波间距，其中M＜L/2，L为快速因子。
根据本发明第二实施例的径向重排方法包括以下步骤：
步骤201，计算k空间中Kz-Ky平面内所需采集的数据点的标记矩阵。
步骤202，在Kz-Ky平面内选择一个参考轴，该参考轴经过K空间中心，并将标记矩阵分为两部分。
所述参考轴可以沿着Ky方向，或者沿着Kz方向。优选地，参考轴沿着Kz方向和Ky方向中编码步较少的方向。
步骤203，根据公式fPF＝(0.5L+M)/L，计算部分傅立叶因子fPF，并将回波链长度相应地从L缩短为0.5L+M。
与第一实施例相同，第二实施例所节省的数据点的数量也为(1-fPF)*N，其中N为没采用部分傅立叶的情况下需要采集的数据点的总数量。
步骤204，按照部分傅立叶采集的要求，从标记矩阵中删除部分数据点，具体而言，删除(1-fPF)*N个根据部分傅立叶采集所要省略数据点。
步骤205，计算删除后剩余的各数据点(所需采集的数据点)的半径和方位角，如果某一数据点的方位角大于π，则将该数据点的半径设为负值，并从该数据点的方位角中减去π。
步骤206，按照半径升序模式，对所有数据点(删除之后的所有数据点)进行排序。
步骤207，按照各个数据点在已排序序列(步骤207得到的序列)中的位置，为各个数据点分配升序的回波号。与第一实施例相似，每N/L个数据点共享一个回波号。
步骤208，按照方位角升序模式，对具有相同回波号的所有数据点进行排序，为具有相同回波号的数据点分配升序的回波链号。
将上述灵活重排方案引入重聚脉冲可调制的快速自旋回波序列中，在一个3T医用MRI扫描仪(西门子的MAGNETOM Verio型号产品)上实施。首先在一个人体模型上进行了测试，并且在中等TE成像中的线性重排和偏移径向重排之间进行比较。实验中的参数为：RO*PE*SL＝320*270*167，快速因子L＝70，M＝9，部分傅立叶因子＝0.63，TE/TR＝44ms/1000ms，重聚焦翻转角＝150度。其中，RO表示读出编码步，PE表示相位编码步，SL表示选层编码步，TR表示重复时间(Time ofRepetition)。
然后，还在两位健康的志愿者身上进行了实验，一位做了膝部检查，另一位做了腹部检查。在膝部检查中所用参数与人体模型实验中的参数相同，除了重聚焦脉冲是可变的，并针对T1/质子密度加权成像进行优化。在腹部检查中的参数为：RO*PE*SL＝384*262*26，快速因子L＝120，M＝59，部分傅立叶因子＝0.92，TE/TR＝253ms/2500ms，并且使用针对T2加权成像优化的可变翻转角重聚焦脉冲。
图2展示了上面实验的结果。其中，图2a为使用线性重排方案获得的图像，图2b为使用偏移径向重排方案获得的图像，并且图2a和图2b使用的参数相同。比较图2a和图2b可以看出，使用偏移径向重排方案明显降低了相位编码方向的伪影。偏移径向重排方案的k空间填充图案使得k空间中心的数据调制更为平滑，这会有助于部分傅立叶重建，尤其是在小PF因子的场景。
图2c为使用线性重排方案获得的膝部图像，图2d为使用偏移径向方案获得的膝部图像。图2e和图2f分别为图2c和图2f中虚线框部分的放大图。比较图2e和图2f可以看出，采用偏移径向重排方案比采用线性方案得到的图像，伪影较少，并且更好地显示了细微结构。
图3为腹部检查得到的图像。其中，图3a是使用线性重排方案得到的图像，图3b是使用偏移径向重排方案得到的图像。在图3a中可以看到胆管部位有明显的环状伪影，而在图3b中则没有这种环状伪影。
因此，本发明的偏移径向重排方案能够代替3D长回波链采集中针对中等TE成像的线性重排方案，并且提供了更好的图像质量。与线性重排相比，回波链轨迹总是从不同方向经过k空间中心区域，偏移径向重排能够对一些慢速运动伪影(例如图3中显示的呼吸运动)较为敏感。在偏移径向重排方案中，传递调制可以在k空间中沿着参考轴(方位角为0度)产生不连续，这会在引起图像域的环形伪影。将参考轴选择为沿着较少编码步的方向上，可以减少这种不连续(图1d)。当Kz-Ky平面的K空间采集矩阵从正方形(图1c)变为长方形(图1d)时，偏移径向重排方案变得与线性重排方案相似(图1d与图1b)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁共振成像系统的径向重排方法，该方法包括以下步骤：
计算k空间的Kz-Ky平面内所需采集的数据点的标记矩阵；
在所述平面中选择一参考轴，该参考轴经过k空间中心；
计算各数据点的半径和方位角，其中，如果任一数据点的方位角大于π，则将该数据点的半径改为负值，并将该数据点的方位角减去π；
按照半径升序模式，对所有数据点进行排序；
从所述标记矩阵中删除已排序序列中最先的数据点，其中，所删除的数据点的数量由部分傅立叶因子确定；
按照各数据点在已排序序列中的位置，为剩余各个数据点分配升序的回波号；
对于具有相同回波号的数据点，按照方位角升序模式，为这些数据点分配升序的回波链号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考轴沿Kz方向或者Ky方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考轴沿Kz方向和Ky方向中编码步较少的方向。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：利用公式fPF＝(0.5L+M)/L计算部分傅立叶因子，其中fPF为部分傅立叶因子，L为快速因子，M为k空间中心的回波号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将回波链的长度从L缩短为0.5L+M，其中L为快速因子，M为k空间中心的回波号。
6.一种磁共振成像系统的径向重排方法，该方法包括以下步骤：
计算k空间的Ky-Kz平面内所需采集的数据点的标记矩阵；
在所述平面中选择一参考轴，该参考轴经过k空间中心；
删除所述标记矩阵中根据部分傅立叶采集所要省略的数据点；
计算剩余各数据点的半径和方位角，其中，如果任一数据点的方位角大于π，则将该数据点的半径改为负值，并将该数据点的方位角减去π；
按照半径升序模式，对所有数据点进行排序；
按照各数据点在已排序序列中的位置，为各个数据点分配升序的回波号；
对于具有相同回波号的数据点，按照方位角升序模式，为这些数据点分配升序的回波链号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述参考轴沿Kz方向或者Ky方向。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述参考轴沿Kz方向和Ky方向中编码步较少的方向。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：利用公式fPF＝(0.5L+M)/L计算部分傅立叶因子，其中fPF为部分傅立叶因子，L为快速因子，M为k空间中心的回波号。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将回波链的长度从L缩短为0.5L+M，其中L为快速因子，M为k空间中心的回波号。
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