CN102435966A - 三维磁共振成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种三维磁共振成像方法，包括以下步骤：对物体在视野的第一相位编码方向上进行隔行欠采样扫描，且在第一相位编码方向中心区域进行全采样，对物体在第二相位编码方向上进行部分欠采样扫描，得到采样数据；对所述采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵；对所述并行重建矩阵进行共轭转置，得到共轭转置矩阵；通过并行重建矩阵和共轭转置矩阵得到卷积核系数；利用卷积核系数和共轭转置矩阵进行重建，得到K空间重建数据，并通过K空间重建数据得到完整图像。此外，还提供了一种三维磁共振成像系统。

Description

三维磁共振成像方法及系统

【技术领域】

本发明涉及磁共振技术，特别是涉及一种三维磁共振成像方法及系统。

【背景技术】

1971年美国科学家Paul Lauterbur提出磁共振成像(MRI，MagneticResonance Imaging)并于1973年发表第一个MRI实验结果。经过30多年的发展，MRI已经成为临床医学检查的重要手段之一，为临床医学提供了非常有价值的诊断信息。MRI技术与其它医学影像技术相比，具有无辐射危害、多方位和多参数成像等优点，其对软组织的检查非常敏感，不仅能够显示人体解剖结构的形态信息，而且还能反映人体组织的某些生理生化信息。

它可以生成不同方向的解剖影像，其多个参数与温度相关，因此，MRI具有无创的测温功能，它是局部热疗的理想的引导和监控手段。温度成像要及时的反应成像区域的温度变化，需要较高的时间分辨率。3D磁共振成像有较高的信噪比，但采样时间较长。传统的部分傅里叶重建方法由于相位校正不准确，不能提供精确的相位信息，最终导致得到重建图像的相位图差。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种具有良好相位信息的三维磁共振成像方法。

一种三维磁共振成像方法，包括以下步骤：对物体在视野的第一相位编码方向上进行隔行欠采样扫描，且在第一相位编码方向中心区域进行全采样，对物体在第二相位编码方向上进行部分欠采样扫描，得到采样数据；对所述采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵；对所述并行重建矩阵进行共轭转置，得到共轭转置矩阵；通过并行重建矩阵和共轭转置矩阵得到卷积核系数；利用卷积核系数和共轭转置矩阵进行重建，得到K空间重建数据，并通过K空间重建数据得到完整图像。

进一步地，所述对所述采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵的步骤为：根据所述采样数据得到敏感度估计的K空间数据；通过所述敏感度估计的K空间数据估计出线圈的敏感度；将所述采样数据经过快速傅里叶变换得到卷褶图像；通过所述卷褶图像及所述线圈的敏感度得到并行重建矩阵。

进一步地，所述方法还包括对物体进行全扫描，得到全扫描数据的步骤；所述根据所述采样数据得到敏感度估计的K空间数据的步骤具体是：将所述采样数据同全扫描数据相结合，得到敏感度估计的K空间数据；

进一步地，所述根据所述采样数据得到敏感度估计的K空间数据的步骤具体是：获取当前欠采样扫描得到的采样数据；获取上一次重建得到的K空间重建数据；将所述获取到的采样数据同所述获取到的K空间重建数据进行组合，得到当前敏感度估计的K空间数据。

进一步地，所述对所述采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵的步骤是：取采样数据中的第一相位编码方向上K空间中心全采样区域数据，计算拟合系数；利用所述拟合系数对所述采样数据进行重建，得到并行重建矩阵。

此外，还有必要提供一种具有良好相位信息的三维磁共振成像系统。

一种三维磁共振成像系统，包括：

线圈，用于对物体在视场的第一相位编码方向上进行隔行欠采样扫描，且在第一相位编码方向中心区域进行全采样，并对物体在第二相位编码方向上进行部分欠采样扫描，得到采样数据；

并行重建模块，与所述线圈电连接，用于对所述采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵；及

图像重建模块，用于对所述并行重建矩阵进行共轭转置，得到共轭转置矩阵；通过并行重建矩阵和共轭转置矩阵得到卷积核系数；还用于利用卷积核系数和共轭转置矩阵进行重建，得到K空间重建数据，并通过K空间重建数据得到完整图像。

进一步地，所述线圈还用于对物体进行全扫描，得到全扫描数据。

进一步地，所述并行重建模块包括敏感度获取单元及第一图像获取单元，所述敏感度获取单元用于估计出线圈的敏感度；所述第一图像获取单元用于将所述采样数据经过快速傅里叶变换得到卷褶图像，并通过所述卷褶图像及所述线圈的敏感度得到并行重建矩阵。

进一步地，所述并行重建模块包括拟合系数获取单元及第二图像获取单元，所述拟合系数获取单元用于取采样数据中的第一相位编码方向上物体中部全采样区域数据，计算拟合系数；所述第二图像获取单元利用所述拟合系数对所述采样数据进行重建，得到并行重建矩阵。

上述三维磁共振成像方法及系统中，通过计算得到卷积核系数，并利用卷积核系数对共轭转置矩阵进行重建，得到完整图像，使相位信息得到了校正，具有良好的相位信息。

【附图说明】

图1为磁共振领域视场的示意图；

图2为一实施例的三维磁共振成像方法的流程图；

图3为在Ky方向上欠采样的示意图；

图4为在K_Z方向上欠采样的示意图；

图5为图1中对采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵的示意图；

图6为图1中对并行重建矩阵进行共轭转置，得到共轭转置矩阵的示意图；

图7为图1中利用卷积核系数和共轭转置矩阵进行重建，得到K空间重建数据，并通过K空间重建数据得到完整图像的示意图；

图8为一实施例对采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵的具体示意图；

图9为图8中根据采样数据得到敏感度估计的K空间数据的具体示意图；

图10为另一实施例对采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵的具体示意图；

图11为一实施例的三维磁共振成像系统的模块图。

【具体实施方式】

为了解决传统三维磁共振成像方法中相位信息差的问题，提出了一种具有良好相位信息的三维磁共振成像方法。

请参阅图1，在磁共振领域里，一般将K空间的坐标用Kx、Ky和Kz三个方向表示，在3D磁共振成像中Ky是第一相位编码方向，Kz是第二相位编码方向。磁共振设备中包含若干个线圈，线圈用来接收信号数据。

请参阅图2，一种三维磁共振成像方法，包括以下步骤：

步骤S10，对物体在视野的第一相位编码方向上进行隔行欠采样扫描，且在第一相位编码方向中心区域进行全采样，对物体在第二相位编码方向上进行部分欠采样扫描，得到采样数据。具体采样方式请参阅图3，在第一相位编码方向，即Ky方向上进行隔行欠采样扫描，但在第一相位编码方向的中心区域110进行全采样。在第二相位编码方向上，进行部分欠采样扫描，请参阅图4，在视场的第二相位编码方向上包括不对称采样区120、对称采样区130及未采样区140。

步骤S20，对采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵。请参阅图5，采样数据经过并行重建，得到在第一相位编码方向上完整的并行重建矩阵。

步骤S30，对并行重建矩阵进行共轭转置，得到共轭转置矩阵。具体请参阅图6，并行重建矩阵经过共轭转置，得到共轭转置矩阵。由于并行重建矩阵与共轭转置矩阵的对称性，共轭转置矩阵也具有对称采样区(图未标)。

步骤S40，通过并行重建矩阵和共轭转置矩阵得到卷积核系数。取并行重建矩阵的对称采样区130和共轭转置矩阵的对称采样区，计算得到卷积核系数。用以下公式进行计算卷积核系数：

${S_j}^H(k_x,k_y,k_z)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\underset{a=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b=-M/2}{\overset{M/2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{c=-Z/2}{\overset{Z/2}{\mathrm{\Σ}}}n(j,a,b,c,l)S_l(k_x+a,k_y+b,k_z+c)$

其中，M、、Z、N为卷积核对应第一编码方向、第二编码方向和频率编码方向的大小的参数，卷积核的大小需要通过设定；

a、b、c分别为拟合点在Kx、Ky和Kz方向上的偏移；

S_l为第l个线圈的经过第一步重建出来的信号矩阵；

S_j ^H为第j个线圈的共轭对称矩阵；

n为所需计算的卷积核系数。

步骤S50，利用卷积核系数对共轭转置矩阵进行重建，得到K空间重建数据，并通过K空间重建数据得到完整图像。具体请参阅图7，共轭转置矩阵和卷积核系数重建得到K空间重建数据。K空间重建数据经过快速傅里叶变换得到完整图像。利用计算的卷积核系数对共轭转置矩阵进行重建的公式如下：

${\hat{S}}_j(k_x,k_y,k_z)=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\underset{a=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{b=-M/2}{\overset{M/2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{c=-Z/2}{\overset{Z/2}{\mathrm{\Σ}}}n(j,a,b,c,l)S_l^H(k_x+a,k_y+b,k_z+c)$

其中，M、Z、N为卷积核对应第一编码方向、第二编码方向和频率编码方向的大小的参数；

a、b、c分别为拟合点在Kx、Ky和Kz方向上的偏移；

S_l为第l个线圈的共轭对称矩阵；

n为卷积核系数；

为第j个线圈需要重建的数据。

将各个线圈重建的数据组合起来便是完整的K空间重建数据，K空间重建数据经过快速傅里叶变换得到完整图像。

上述三维磁共振成像方法中，通过计算得到卷积核系数，并利用卷积核系数和共轭转置并行重建矩阵进行重建，得到完整图像，使相位信息得到了校正，具有良好的相位信息。

为了满足磁共振温度成像等的需要，要反映被扫描物体温度等的变化，上述三维磁共振成像方法，在完成了步骤S50之后还需要重复执行步骤S10至步骤S50，生成了一系列重建图像。由于上述三维磁共振成像方法在第一相位编码方向和第二相位编码方向上都采用了欠采样，扫描速度大幅加快，提高了磁共振温度成像等的时间分辨率。

具体在本实施例中，在步骤S10之前还包括对物体进行全扫描，得到全扫描数据的步骤。请参阅图8，步骤S20包括以下步骤：

步骤S21，根据采样数据得到敏感度估计的K空间数据。

具体地，在首次对物体进行扫描得到采样数据时，上述三维磁共振成像方法还包括了对物体进行全扫描，得到全扫描数据的步骤。

步骤S21的具体过程为将采样数据同全扫描数据相结合，得到敏感度估计的K空间数据。

在后续的扫描过程中，如图9所示，步骤S21的具体过程为：

步骤S910，获取当前采样扫描得到的采样数据。在当前采样扫描次数为第N(N为不小于2的自然数)次时，获取第N次采样扫描所得到的采样数据。

步骤S930，获取上一次重建得到的K空间重建数据，即获取上一幅图像重建过程中重建所得到的完整K空间重建数据。

步骤S950，将获取到的采样数据同获取到的K空间重建数据进行组合，得到当前敏感度估计的K空间数据。

在第N幅(即第二幅或第二幅以后)图像重建过程中，扫描所得的采样数据与上一幅图像重建过程中得到的重建的K空间数据相组合，形成一个新的较完整的敏感度估计的数据集。再根据该新的较完整的敏感度估计的数据集估计出线圈的敏感度，最终得到并行重建矩阵。

将采样数据同全扫描数据相结合，得到敏感度估计的K空间数据；将采样数据与全扫描数据进行组合，形成一个新的较完整的敏感度估计的数据集。

步骤S22，通过敏感度估计的K空间数据估计出线圈的敏感度。

步骤S23，将采样数据经过快速傅里叶变换得到卷褶图像。

步骤S24，通过卷褶图像及线圈的敏感度得到并行重建矩阵。根据卷褶图像及线圈的敏感度经SENSE算法得到并行重建矩阵。

将第N次欠采样扫描得到的采样数据同第N-1次重建得到的K空间重建数据进行组合，得到第N次敏感度估计的K空间数据。

在另一实施例中，如图10所示，上述S20步骤具体为：

步骤S210，取采样数据中的第一相位编码方向上K空间中心全采样区域数据，计算拟合系数。取经过全采样的第一相位编码方向的中心区域110进行拟合处理，并得到拟合系数。

步骤S220，利用拟合系数对采样数据进行重建，得到并行重建矩阵。通过拟合系数对采样数据进行重建，得到并行重建矩阵。

需要注意的是，当步骤S20具体为步骤S210和步骤S220时，及之前已经对物体进行过扫描并已经具有参考扫描数据时，对物体进行全扫描，得到全扫描数据的步骤可以省去。

如图11所示，还提供了一种三维磁共振成像系统，该三维磁共振成像系统包括线圈、并行重建模块及图像重建模块。

线圈，用于对物体在视场的第一相位编码方向上进行隔行欠采样扫描，且在第一相位编码方向中心区域进行全采样，并对物体在第二相位编码方向上进行部分欠采样扫描，得到采样数据。磁共振成像系统包括若干个线圈，在第一相位编码方向，即Ky方向上进行隔行欠采样扫描，但在第一相位编码方向的中心区域110进行全采样。在第二相位编码方向上，进行部分欠采样扫描，在视场的第二相位编码方向上包括不对称采样区120、对称采样区130及未采样区140。线圈还用于对物体进行全扫描，得到全扫描数据。若无其它需求，对物体进行全扫描只需一次就足够。

并行重建模块，与线圈电连接，用于对采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵。

图像重建模块，与并行重建模块电连接，用于对所述并行重建矩阵进行共轭转置，得到共轭转置矩阵；通过并行重建矩阵和共轭转置矩阵得到卷积核系数；还用于利用卷积核系数和共轭转置矩阵进行重建，得到K空间重建数据，并通过K空间重建数据得到完整图像。并行重建矩阵经过共轭转置，得到共轭转置矩阵。由于并行重建矩阵与共轭转置矩阵的对称性，共轭转置矩阵也具有对称采样区，取并行重建矩阵的对称采样区130和共轭转置矩阵的对称采样区，计算得到卷积核系数。共轭转置矩阵和卷积核系数重建得到K空间重建数据。K空间重建数据经过快速傅里叶变换得到完整图像。

具体在本实施例中，并行重建模块包括敏感度获取单元和第一图像获取单元，第一图像获取单元与敏感度获取单元电连接。

敏感度获取单元用于估计出线圈的敏感度。系统在做反复的扫描重建时，敏感度通过采用采样数据同上述全扫描数据或较完整的重建的K空间数据相组合，形成一个新的较完整的敏感度估计的数据集，并通过该数据集得到敏感度。

第一图像获取单元，用于将采样数据经过快速傅里叶变换得到卷褶图像，并通过卷褶图像及所述线圈的敏感度得到并行重建矩阵。根据卷褶图像及线圈的敏感度经SENSE算法得到并行重建矩阵。

需要指出的是，当物体已经进行过扫描并已经具有参考扫描数据时，线圈不需要对物体进行全扫描。

在另一实施例中，并行重建模块包括拟合系数获取单元和第二图像获取单元，拟合系数获取单元与第二图像获取单元电连接。

拟合系数获取单元用于取采样数据中的第一相位编码方向上K空间中心全采样区域数据，计算拟合系数。取经过全采样的第一相位编码方向的中心区域110进行拟合处理，并得到拟合系数。

第二图像获取单元，利用拟合系数对所述采样数据进行重建，得到并行重建矩阵。

需要注意的是，在该实施例中，线圈亦不需要对物体进行全扫描。

上述三维磁共振成像方法及系统中，通过计算得到卷积核系数，并利用卷积核系数和共轭转置矩阵进行重建，得到完整图像，使相位信息得到了校正，具有良好的相位信息。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种三维磁共振成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

对物体在视野的第一相位编码方向上进行隔行欠采样扫描，且在第一相位编码方向中心区域进行全采样，对物体在第二相位编码方向上进行部分欠采样扫描，得到采样数据；

对所述采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵；

对所述并行重建矩阵进行共轭转置，得到共轭转置矩阵；

通过并行重建矩阵和共轭转置矩阵得到卷积核系数；

利用卷积核系数和共轭转置矩阵进行重建，得到K空间重建数据，并通过K空间重建数据得到完整图像。

2.根据权利要求1所述的三维磁共振成像方法，其特征在于，所述对所述采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵的步骤为：

根据所述采样数据得到敏感度估计的K空间数据；

通过所述敏感度估计的K空间数据估计出线圈的敏感度；

将所述采样数据经过快速傅里叶变换得到卷褶图像；

通过所述卷褶图像及所述线圈的敏感度得到并行重建矩阵。

3.根据权利要求2所述的三维磁共振成像方法，其特征在于，所述方法还包括对物体进行全扫描，得到全扫描数据的步骤；

所述根据所述采样数据得到敏感度估计的K空间数据的步骤具体是：将所述采样数据同全扫描数据相结合，得到敏感度估计的K空间数据。

4.根据权利要求2所述的三维磁共振成像方法，其特征在于，所述根据所述采样数据得到敏感度估计的K空间数据的步骤具体是：

获取当前欠采样扫描得到的采样数据；

获取第上一次重建得到的K空间重建数据；

将所述获取到的采样数据同所述获取到的K空间重建数据进行组合，得到当前敏感度估计的K空间数据。

5.根据权利要求1所述的三维磁共振成像方法，其特征在于，所述对所述采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵的步骤是： 

取采样数据中的第一相位编码方向上K空间中心全采样区域数据，计算拟合系数；

利用所述拟合系数对所述采样数据进行重建，得到并行重建矩阵。

6.一种三维磁共振成像系统，其特征在于，包括：

线圈，用于对物体在视野的第一相位编码方向上进行隔行欠采样扫描，且在第一相位编码方向中心区域进行全采样，并对物体在第二相位编码方向上进行部分欠采样扫描，得到采样数据；

并行重建模块，与所述线圈电连接，用于对所述采样数据进行并行重建，得到并行重建矩阵；及

图像重建模块，用于对所述并行重建矩阵进行共轭转置，得到共轭转置矩阵；通过并行重建矩阵和共轭转置矩阵得到卷积核系数；还用于利用卷积核系数对共轭转置矩阵进行重建，得到K空间重建数据，并通过K空间重建数据得到完整图像。

7.根据权利要求6所述的三维磁共振成像系统，其特征在于，所述线圈还用于对物体进行全扫描，得到全扫描数据。

8.根据权利要求7所述的三维磁共振成像系统，其特征在于，所述并行重建模块包括：

敏感度获取单元，用于估计出线圈的敏感度；

第一图像获取单元，用于将所述采样数据经过快速傅里叶变换得到卷褶图像，并通过所述卷褶图像及所述线圈的敏感度得到并行重建矩阵。

9.根据权利要求6所述的三维磁共振成像系统，其特征在于，所述并行重建模块包括：

拟合系数获取单元，用于取采样数据中的第一相位编码方向上物体中部全采样区域数据，计算拟合系数；

第二图像获取单元，利用所述拟合系数对所述采样数据进行重建，得到并行重建矩阵。 

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