CN102488519B - 弥散张量成像方法及系统 - Google Patents

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一种弥散张量成像方法，包括以下步骤：在K空间在读出方向上进行划分，将K空间划分成多个相互独立的子空间；在K空间读出方向上对所述多个相互独立的子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样，得到K空间的数据；对所述K空间数据进行重建得到重建图像。此外，还提供了弥散张量成像系统。

Description

弥散张量成像方法及系统
【技术领域】
本发明涉及磁共振技术，特别是涉及一种弥散张量成像方法及系统。
【背景技术】
弥散张量成像(DTI)，是在弥散加权成像(DWI)基础上发展起来的新方法，是磁共振成像(MRI)的特殊形式，是近几年发展迅速的一项新的磁共振成像技术。弥散张量成像技术是利用水分子的弥散各向异性进行成像，可从微观的领域评价组织结构的完整性，可以在细胞及分子水平给出疾病状况，是功能磁共振成像的一个重要组成部分。弥散张量成像是目前唯一无创性活体研究脑白质结构及白质束形态的检查技术，也是目前唯一反映活体组织空间组成信息及病理状态下各组织成分之间水分子交换功能状况的检查方法。基于弥散张量成像的高空间分辨率、非入侵性的优点，弥散张量成像主要应用于脑部各方向白质纤维和白质纤维束的评价，且逐渐扩展到人体的其他部位(比如心脏、肾脏、骨骼肌等)，可以为疾病的诊断、治疗提供更多信息。
在磁共振领域里，k空间是寻常空间在傅利叶转换下的对偶空间，主要应用在磁共振造影的成像分析。
弥散张量成像常使用单次激发-平面回波成像(single shot-echo planarimaging，SE-EPI)成像。单次激发采集由于回波链过长，链尾的信号衰减较快，在磁化率差异大的组织边界会产生严重的几何变形，这样会造成弥散张量成像易于出现伪影，使得图像质量较差，限制了其临床应用。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种图像质量高的弥散张量成像方法。
一种弥散张量成像方法，包括以下步骤：在K空间在读出方向上进行划分，将K空间划分成多个相互独立的子空间；在K空间读出方向上对所述多个相互独立的子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样，得到K空间的数据；对所述K空间数据进行重建得到重建图像。
进一步地，所述将K空间读出方向上划分出多个子空间的步骤具体为：将K空间读出方向上中间区域划分出多个相互独立的子空间；所述在K空间读出方向上对所述多个子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样，得到K空间的数据的步骤具体为：在K空间读出方向上对中部区域的所述多个相互独立的子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样。
进一步地，对K空间在相位编码方向上进行采样的方式为欠采样。
进一步地，所述欠采样具体为随机欠采样、等间距欠采样及变密度欠采样中的一种。
进一步地，所述对所述K空间数据进行重建得到重建图像的步骤具体为：
对所述K空间数据进行压缩感知重建得到重建图像。
此外，还有必要提供一种快速的弥散张量成像系统。
一种弥散张量成像系统，包括处理模块、采样模块及重建模块；处理模块，用于在K空间在读出方向上进行划分，将K空间划分成多个相互独立的子空间；采样模块，与所述处理模块连接，所述采样模块用于在K空间读出方向上对所述多个相互独立的子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样，得到K空间的数据；重建模块，与所述采样模块连接，用于对所述K空间数据进行重建得到重建图像。
进一步地，所述处理模块具体用于将K空间读出方向上中间区域划分出多个相互独立的子空间；所述采样模块具体用于在K空间读出方向上对中部区域的所述多个相互独立的子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样。
进一步地，对K空间在相位编码方向上进行采样的方式为欠采样。
进一步地，所述欠采样具体为随机欠采样、等间距欠采样及变密度欠采样中的一种。
进一步地，所述重建模块对所述K空间数据进行压缩感知重建得到重建图像。
上述弥散张量成像方法及系统中，通过在K空间在读出方向上进行划分，将K空间划分成多个相互独立的子空间，并分别激发，多次激发缩短了单次激发后的回波链长度，增加激发次数，解决了仅对K空间读出方向单次激发所带来的弥散张量成像易于出现伪影的问题，大大提高了图像的质量。
进一步地，仅在K空间读出方向上中间区域划分出多个相互独立的子空间，并激发，做到了在K空间读出方向上的欠采样，在保证成像质量的同时节省了大量的时间，大大加快了弥散张量成像的速度。
【附图说明】
图1为弥散张量成像领域K空间示意图；
图2为一个实施例中弥散张量成像的流程图；
图3为一个实施例中在读出方向将K空间划分的示意图；
图4为一个实施例中弥散张量成像的示意图；
图5为另一实施例在读出方向将K空间划分的示意图；
图6为另一实施例中弥散张量成像的示意图；
图7为一个实施例中弥散张量成像系统的结构示意图；
【具体实施方式】
为了解决在传统的弥散张量成像常使用单次激发-平面回波成像过程中出现伪影，导致图像质量较差的问题，提出了一种图像质量高的弥散张量成像方法。
请参阅图1，在弥散张量成像领域中，K空间包括Kx和Ky两个方向，Kx为相位编码方向(phase-encoding direction)，Ky为读出方向(readout direction)。
请参阅图2，一种弥散张量成像方法，包括以下步骤：
步骤S10，在K空间的读出方向上进行划分，将K空间划分成多个相互独立的子空间。请参阅图3，在K空间读出方向Ky上将K空间划分成多个相互独立的子空间。
步骤S20，在K空间读出方向上对多个相互独立的子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样，得到K空间的数据。
请参阅图4，对K空间读出方向上划分出来的多个相互独立的子空间，分别使用平面回波信号进行激发，在K空间读出方向上形成多次激发。同时，在相位编码方向上进行采样，得到每一个子空间所对应的K空间数据，将这些子空间所对应的K空间数据相加，即得到一个完整的K空间数据。
需要指出的是，在K空间相位编码方向上可以采用欠采样方式对数据进行采样。欠采样的方式可以为随机欠采样、等间距欠采样和变密度欠采样等方式中的一种。随机欠采样即在K空间相位编码方向上进行随机采样以替代全采样。等间距采样即在K空间相位编码方向上进行隔行采样。变密度欠采样即根据自适应或非自适应函数，对K空间相位编码方向上进行欠采样。在K空间相位编码方向欠采样，减少了所需采集的数据量，大大缩短了采样所需的时间，提高了整个弥散张量成像的速度。
步骤S30，对K空间数据进行重建得到重建图像。对所采集到的K空间数据进行反傅里叶变换等过程，最终完成重建得到重建图像。
需要注意的是，如果K空间数据时欠采样得到的数据，则可以采用压缩感知重建，以快速得到重建图像。压缩感知是近几年新兴起的一种能实现快速成像的理论。压缩感知基于信号或图像的稀疏性，突破奈奎斯特采样定理的限制，通过欠采样得到的极少量的采样点或观测点恢复出原始信号或图像。但必须满足以下条件：(1)数据信号是稀疏的，或者可以被稀疏表示；(2)由于欠采样所得的K空间数据所导致的混叠伪影是不一致的。使用压缩感知能大大加快图像重建的速度，缩短了弥散张量成像的时间。
上述弥散张量成像方法中，通过在K空间在读出方向上进行划分，将K空间划分成多个相互独立的子空间，并分别激发，多次激发缩短了单次激发后的回波链长度，增加激发次数，解决了仅对K空间读出方向单次激发所带来的弥散张量成像易于出现伪影的问题，大大提高了图像的质量。
在另一实施例中，步骤S10具体为：将K空间读出方向上中间区域划分出多个相互独立的子空间。
步骤S20具体为在K空间读出方向上对中部区域的多个相互独立的子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样。
如图5所示，仅在K空间读出方向中间区域划分出多个相互独立的子空间。由于图像中的大部分数据都集中在读出方向的中部区域，如图6所示，发射平面回波，对K空间读出方向中间区域划分出的多个相互独立的子空间进行激发，同时对K空间相位编码方向上进行采样，即能得到K空间读出方向上多个子空间所对应的数据，最后通过压缩感知或其它重建方式，得到完整的重建图像。在K空间读出方向中间区域进行数据欠采样，减少了有用信息的丢失，保证了图像的质量。
仅在K空间读出方向上中间区域划分出多个相互独立的子空间，并激发，做到了在K空间读出方向上的欠采样，在保证了成像质量的同时节省了大量的时间，大大加快了弥散张量成像的速度。
请参阅图7，还提供了一种弥散张量成像系统，包括处理模块100、采样模块200及重建模块300。
处理模块100用于在K空间在读出方向上进行划分，将K空间划分成多个相互独立的子空间。在K空间读出方向Ky上将K空间划分成多个相互独立的子空间。
采样模块200与处理模块100连接，采样模块200用于在K空间读出方向上对多个相互独立的子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样，得到K空间的数据。
整个系统对K空间读出方向上划分出来的多个相互独立的子空间，分别使用平面回波信号进行激发，在K空间读出方向上形成多次激发。同时，在相位编码方向上进行采样，得到每一个子空间所对应的K空间数据，将这些子空间所对应的K空间数据相加，即得到一个完整的K空间数据。
具体的，在本实施例中，采样模块200用于在K空间相位编码方向上采用欠采样方式对数据进行采样。欠采样的方式可以为随机欠采样、等间距欠采样及变密度欠采样等方式中的一种。随机欠采样即在K空间相位编码方向上进行随机采样以替代全采样。等间距采样即在在K空间相位编码方向上进行隔行采样。变密度欠采样即根据自适应或非自适应函数，对K空间相位编码方向上进行欠采样。在K空间相位编码方向欠采样，减少了所需采集的数据量，大大缩短了采样所需的时间，提高了整个弥散张量成像的速度。当然，为了保证数据的高度完整性，可以在K空间相位编码方向上进行全采样。
重建模块300与采样模块200连接，用于对所述K空间数据进行重建得到重建图像。重建模块300对所采集到的K空间数据进行反傅里叶变换等过程，最终完成重建得到重建图像。
需要注意的是，如果K空间数据时欠采样得到的数据，重建模块300可以采用压缩感知重建，以快速得到重建图像。
上述弥散张量成像系统中，通过在K空间在读出方向上进行划分，将K空间划分成多个相互独立的子空间，并分别激发，多次激发缩短了单次激发后的回波链长度，增加激发次数，解决了仅对K空间读出方向单次激发所带来的弥散张量成像易于出现伪影的问题，大大提高了图像的质量。
在另一实施例中，处理模块100具体用于将K空间读出方向上中间区域划分出多个相互独立的子空间。
采样模块200具体用于在K空间读出方向上对中部区域的多个相互独立的子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样。
仅在K空间读出方向上中间区域划分出多个相互独立的子空间，并激发，做到了在K空间读出方向上的欠采样，在保证了成像质量的同时节省了大量的时间，大大加快了弥散张量成像的速度。
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 (4)

1.一种弥散张量成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
在K空间在读出方向上中间区域进行划分，将K空间读出方向上中间区域划分成多个相互独立的子空间；
在K空间读出方向上对中部区域的所述多个相互独立的子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样，得到K空间的数据；对K空间在相位编码方向上进行采样的方式为欠采样；所述欠采样具体为变密度欠采样；所述变密度欠采样根据自适应函数，对K空间相位编码方向上进行欠采样；
对所述K空间数据进行重建得到重建图像。
2.根据权利要求1所述的弥散张量成像方法，其特征在于，所述对所述K空间数据进行重建得到重建图像的步骤具体为：
对所述K空间数据进行压缩感知重建得到重建图像。
3.一种弥散张量成像系统，其特征在于，包括：
处理模块，用于在K空间在读出方向上中间区域进行划分，将K空间读出方向上中间区域划分成多个相互独立的子空间；
采样模块，与所述处理模块连接，所述采样模块用于在K空间读出方向上对中部区域的所述多个相互独立的子空间进行激发，并对K空间在相位编码方向上进行采样，得到K空间的数据；对K空间在相位编码方向上进行采样的方式为欠采样；所述欠采样具体为变密度欠采样；所述变密度欠采样根据自适应函数，对K空间相位编码方向上进行欠采样；及
重建模块，与所述采样模块连接，用于对所述K空间数据进行重建得到重建图像。
4.根据权利要求3所述的弥散张量成像系统，其特征在于，所述重建模块对所述K空间数据进行压缩感知重建得到重建图像。
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