CN102680928B - 磁共振图像处理方法和磁共振图像处理装置 - Google Patents

磁共振图像处理方法和磁共振图像处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁共振图像处理方法、一种磁共振图像处理装置、用于实现所述方法的计算机程序、以及存储该程序的计算机可读记录介质。其中，所述方法包括：利用远离厚片边界的层进行插值，并替换厚片边界处存在厚片边界伪影的层，得到插值后图像；对所述插值后图像进行傅立叶变换，产生第一K空间数据；对原始图像进行傅立叶变换，产生第二K空间数据；合并第一K空间数据和第二K空间数据，其中，在K空间中部，第一K空间数据的权重大于第二K空间数据的权重，在K空间边缘，第二K空间数据的权重大于第一K空间数据的权重；对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换。通过本发明的实施能够有效地消除磁共振图像中的厚片边界伪影。

Description

磁共振图像处理方法和磁共振图像处理装置
技术领域
本发明涉及磁共振成像(MRI)技术领域，特别是涉及一种磁共振图像处理方法、一种磁共振图像处理装置、用于实现所述方法的计算机程序、以及存储所述程序的计算机可读记录介质。 
背景技术
磁共振成像技术广泛地应用于多个领域，用于探测物体的内部结构。磁共振成像的原理为：当施加外在磁场后，采用射频(RF)脉冲激励被测组织内的质子，质子吸收一定的能量而发生共振；当停止发射RF脉冲后，被激励的质子将吸收的能量以信号的形式逐步释放出来，对这些信号进行采集，并采用图像重建技术对信号进行处理就可获得被测物体的扫描图像。在三维MRI成像技术中，以厚片(Slab)为单位激励被测组织内的质子，并且每个厚片包括若干层(Slice)。 
三维快速自旋回波(3D-TSE)成像方法是三维MRI技术中一种常用的成像方法，图1为现有技术中3D-TSE成像方法的原理图。通常将相邻两次选择性激励脉冲的间隔时间称为重复时间(TR)，一个TR包括采集窗(图中斜线部分所示)和等待时间(图中空白框所示)。图1示出了两个TR。如图1所示，在第一TR的采集窗内，首先采用选择性激励脉冲激励当前厚片，然后施加多个非选择性回聚脉冲，每个回聚脉冲的角度可以相同也可以各异。当每个回聚脉冲的角度相同时，即为常规的3D-TSE成像技术；当每个回聚脉冲的角度各异时，通常将具有这种特征的3D-TSE成像技术称为可变翻转角的三维自旋回波(SPACE，Sampling Perfection with Application optimized Contrast by using different flip angle Evolutions)成像技术。每施加一次回聚脉冲后施加相位编码梯度(图中未示出)，然后再施加频率编码梯度(图中未示出)，在频率编码梯度的持续时间内进行一次回波采集，也就是扫描信号的采集，多次回波采集可构成回波链，用于后续图像重建。在第一TR的等待时间内，被激励的质子逐渐恢复到激励前的状态；当等待时间结束后，被激励的质子已经恢复到激励前的状态，这就完成了第一TR内的扫描。在接下来的连续几个TR内，可重复对当前厚片继续进行扫描，例如，在第二TR内，可重 复上述过程，第二TR的扫描结束后，然后再对下一厚片进行扫描，下一厚片的扫描方法和当前厚片的扫描方法相同。 
可见，在现有技术所提供的3D-TSE成像方法中，在一个TR内只能对一个厚片进行扫描，若需对下一个厚片进行扫描，至少得等待下一个TR来临，而且在一个TR内等待时间的长度远远大于采集窗的长度，所以，现有技术提供的3D-TSE成像方法具有较低的成像效率。 
在申请号为201010160442.4、申请人为西门子迈迪特(深圳)磁共振有限公司的中国专利申请中公开了一种新的磁共振成像方法。 
如图2所示，在一个TR内可对一个以上厚片依次进行扫描，不妨假设在一个TR内可对沿选层方向三个彼此相邻的厚片(第一厚片slab1、第二厚片slab2和第三厚片slab3)依次进行扫描。时间段t1-t2为第一厚片在第一TR内的采集窗，在时间段t1-t2内，对第一厚片依次施加一个选择性激励脉冲和多个选择性回聚脉冲，在时间段t2-t7内，第一厚片内被激励的质子逐渐恢复到激励前的状态；时间段t3-t4为第二厚片在第一TR内的采集窗，在时间段t3-t4内，对第二厚片依次施加一个选择性激励脉冲和多个选择性回聚脉冲，在时间段t4-t9内，第二厚片内被激励的质子逐渐恢复到激励前的状态；时间段t5-t6为第三厚片在第一TR内的采集窗，在时间段t5-t6内，对第三厚片依次施加一个选择性激励脉冲和多个选择性回聚脉冲，在时间段t6-t11内，第三厚片内被激励的质子逐渐恢复到激励前的状态。可见，对当前厚片来说，当等待其中被激励的质子恢复到激励前的时间段中，磁共振成像设备可实现对其他厚片的扫描。按照上述方法，可以将一个厚片的采集时间降低至图1所示时间的2/N，其中N为厚片数量，例如图2中N＝3。 
然而，在上述成像过程得到的磁共振图像中，存在厚片边界处的暗线，这种暗线称为厚片边界伪影(Slab Boundary Artifact，SBA)。上述中国专利申请201010160442.4提出了过采样的手段来消除厚片边界伪影。 
然而，在磁共振成像领域还需要更多的技术手段来消除厚片边界伪影，而本发明正是致力于提出另一种消除厚片边界伪影的技术。 
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种磁共振图像处理方法，用以消除磁共振图像中的SBA。本发明还意欲提出一种磁共振图像处理装置，用以消除磁共振图像中的SBA。同时，本 发明还提出了相应的计算机程序和计算机可读介质。 
本发明提供了一种磁共振图像处理方法，其中所述磁共振图像包括复数个厚片，每个厚片包括复数个层，所述方法包括：利用原始图像中远离厚片边界的层进行插值，并替换厚片边界处存在厚片边界伪影的层，得到插值后图像；对所述插值后图像进行傅立叶变换，产生第一K空间数据；对原始图像进行傅立叶变换，产生第二K空间数据；合并第一K空间数据和第二K空间数据，其中，在K空间中部，第一K空间数据的权重大于第二K空间数据的权重，在K空间边缘，第二K空间数据的权重大于第一K空间数据的权重；对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换。 
从上述方案中可以看出，由于本发明在图像的后处理过程中对厚片边界的层进行插值，并在K空间中对插值后图像和原始图像进行加权合并，从而消除了厚片边界伪影。并且，与中国专利申请201010160442.4改变序列而实现过采样的技术相比，本申请无需改变序列，只要对图像进行后期处理即可，所以易于实现。 
根据一种实施方式，选择靠近所述存在厚片伪影的层的2-4个层进行插值。这样可以提升消除厚片边界伪影的效果。 
可选地，利用高斯加权来实现所述合并。 
可选地，该方法还包括对傅立叶逆变换后的磁共振图像进行归一化处理的步骤。从而消除磁共振图像中的明暗变化。 
优选地，所述归一化处理的步骤包括：对傅立叶逆变换后图像中厚片边界的层进行中值滤波；对中值滤波后图像进行傅立叶变换，产生第三K空间数据；对傅立叶逆变换后图像进行傅立叶变换，产生第四K空间数据；合并第三K空间数据和第四K空间数据，其中，在K空间中部，第三K空间数据的权重大于第四K空间数据的权重，在K空间边缘，第四K空间数据的权重大于第三K空间数据的权重；对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换。 
本发明还提供了一种计算机程序，使计算机执行如上所述的任意一种方法。 
本发明还提供了一种计算机可读的记录介质，存储了上述的计算机程序。 
本发明还提供了一种磁共振图像处理装置，所述磁共振图像包括复数个厚片，并且每个厚片包括复数个层，所述装置包括：一个插值单元，用于利用原始图像中远离厚片边界的层进行插值，并替换厚片边界存在厚片边界伪影的层，得到插值后图像；一个第一傅立叶变换单元，用于对所述插值后图像进行傅立叶变换，得到第一K空间数据；一个第二傅立叶变换单元，用于对原始图像进行傅立叶变换，得到第二K空间数据；一个 第一合并单元，用于合并第一K空间数据和第二K空间数据，其中，在K空间中部，第一K空间数据的权重大于第二K空间数据的权重，在K空间边缘，第二K空间数据的权重大于第一K空间数据的权重；一个第一傅立叶逆变换单元，用于对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换。 
利用该装置能够有效消除厚片边界伪影。并且与中国专利申请201010160442.4改变序列而实现过采样的技术相比，无需改变序列，只要对图像进行后期处理即可，所以易于实现。 
优选地，所述第一傅立叶变换单元和第二傅立叶变换单元实现为一个单元。从而能够简化装置，节约成本。 
可选地，所述装置还包括：一个滤波单元，用于对傅立叶逆变换后图像中厚片边界的层进行中值滤波；一个第三傅立叶变换单元，用于对中值滤波后图像进行傅立叶变换，得到第三K空间数据；一个第四傅立叶变换单元，用于对傅立叶逆变换后图像进行傅立叶变换，得到第四K空间数据；一个第二合并单元，用于合并第三K空间数据和第四K空间数据，其中，在K空间中部，第三K空间数据的权重大于第四K空间数据的权重，在K空间边缘，第四K空间数据的权重大于第三K空间数据的权重；一个第二傅立叶逆变换单元，用于对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换。这样，该装置还能够去处磁共振图像中可能引入的明暗变化。 
优选地，所述第三傅立叶变换单元和第四傅立叶变换单元实现为一个单元；和/或，所述第二合并单元和第一合并单元实现为一个单元；和/或，所述第二傅立叶逆变换单元和第一傅立叶逆变换单元实现为一个单元。这样，能够进一步简化装置，节约成本。 
从上述方案中可以看出，由于本发明在图像的后处理过程中对厚片边界的层进行插值，并在K空间中对插值后图像和原始图像进行加权合并，从而消除了厚片边界伪影。并且，与中国专利申请201010160442.4改变序列而实现过采样的技术相比，本申请无需改变序列，只要对图像进行后期处理即可，所以易于实现。 
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中： 
图1为一种磁共振成像方法的示意图。 
图2为另一种磁共振成像方法的示意图。 
图3为射频脉冲的波形图。 
图4为根据本发明一实施例的方法的流程示意图。 
图5为插值的示意图。 
图6为合并的示意图。 
图7为根据本发明另一实施例的方法的流程示意图。 
图8为根据本发明再一实施例的装置的结构示意图。 
图9为根据本发明又一实施例的装置的结构示意图。 
其中，附图标记如下： 
TR：重复时间 
slab1：第一厚片 slab2：第二厚片 slab3：第三厚片 
t1，t2…t12：时间点 
30：RF脉冲曲线 
31，32，33：RF脉冲曲线的各个区域 
101-105，111-115：方法的步骤 
20，40：厚片 
21-24，41-44：厚片中的层 
500：磁共振图像处理装置 
501：插值单元 
502：第一傅立叶变换单元 
503：第二傅立叶变换单元 
504：第一合并单元 
505：第一傅立叶逆变换单元 
511：滤波单元 
512：第三傅立叶变换单元 
513：第四傅立叶变换单元 
514：第二合并单元 
515：第二傅立叶逆变换单元 
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。 
经研究发现，磁共振图像中厚片边界伪影的产生与相位编码梯度方向的RF脉冲曲线有关。相位编码梯度方向的RF脉冲曲线在回波采集期间不是恒定的，即，在回波采集期间，相位编码梯度方向的RF脉冲的信号强度和对比度不是恒定的。 
如图3所示，相位编码梯度方向的RF脉冲曲线30在中部的大部分区域31基本是恒定的，信号强度和对比度都是正确的。在两侧的斜线区域32，相位编码梯度方向的RF脉冲30逐渐降低，信号强度改变了，但是对比度仍然正确。在边缘的网格线区域33，相位编码梯度方向的RF脉冲30变得更差，信号强度和对比度都发生了变化，于是导致厚片边缘的回波信号比厚片中部的回波信号低，从而厚片边缘存在暗线，形成厚片边缘伪影。 
本实施例提出了在后处理中消除厚片边界伪影的方法。在本实施例中，磁共振图像在选层方向包括复数个厚片，每个厚片包括复数个层。例如，在图5中，显示了磁共振图像在选层方向相邻的两个厚片20和40，并且厚片20和厚片40分别包括4个层。这里的“4个”仅作为示例，并不限定技术方案中厚片包括的具体层数。 
如图4所示，根据本实施例的方法包括如下步骤： 
步骤101，对于带有厚片边界伪影的原始图像，利用远离厚片边界的层进行插值，并替换厚片边界存在厚片边界伪影的层，得到插值后的图像。 
请参照图5，厚片20边界的层21和厚片40边界的层41通常对应于图3中RF脉冲曲线30在区域33的部分，即，在层21和层41存在厚片边界伪影。厚片20的层22和厚片40的层42通常对应于图2中RF脉冲曲线在区域32的部分。厚片20的层23、24和厚片40的层43、44通常对应于图2中RF脉冲曲线在区域31的部分。 
在本步骤中，可以利用层22和42中的像素进行插值，并替换层21和41中原来的像素。当然，也可以利用更多的层(例如层22、23、42、43)进行插值，从而可以进一步提高消除厚片边界伪影的效果。 
本实施例中，可以利用线形插值法等多种已有的或等同的方法来进行插值。 
步骤102，对插值后图像进行傅立叶变换，优选采用快速傅立叶变换(FFT)，得到第一K空间数据。 
步骤103，对原始图像进行傅立叶变换，优选采用FFT，得到第二K空间数据。 
需要指出的是，在本实施例中，步骤101-102与步骤103没有先后次序的要求。 
步骤104，合并第一K空间数据和第二K空间数据。 
请参照图6，在本实施例中，需要在合并后的K空间数据中部较多地保留第一K空间数据(图6左上方)，在合并后的K空间数据边缘较多地保留第二K空间数据(图6左下方)。亦即，在K空间中部，第一K空间数据的权重大于第二K空间数据的权重，在K空间边缘，第二K空间数据的权重大于第一K空间数据的权重。 
在合并过程中，可以利用高斯加权来实现上述合并，也可以利用其它类型的加权方法来进行合并。图6中给出了其中一种加权合并的示意图。 
步骤105，对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换(优选采用快速傅立叶逆变换FFT-1)，从而得到消除了厚片边界伪影的磁共振图像。 
在进行了上述处理之后，消除了厚片边界伪影，但是有可能会引入磁共振图像明暗的变化，即磁共振图像中有些区域比另外一些区域显得暗，尤其是厚片边界处显得更暗。因此，根据本发明的另一实施例，可以进一步进行归一化处理的步骤。 
本实施例以中值滤波技术为例，说明归一化处理的过程，然而，本领域技术人员可以采用其它等同或类似的技术来实现归一化处理。 
参考图7，归一化处理的过程包括： 
步骤111，在步骤105得到的磁共振图像中，对厚片边界的层进行中值滤波。所谓中值滤波是指将厚片边界的层中像素点的像素值设置为该点某邻域窗口内的所有像素点像素值的中值。例如选用2x2、3x3、…、6x6的窗口。 
步骤112，对中值滤波后图像进行傅立叶变换，得到第三K空间数据。 
步骤113，对步骤105中傅立叶逆变换后的图像进行傅立叶变换，得到第四K空间数据。 
同样需要指出的是，在本实施例中，步骤111-112与步骤113没有先后次序的要求。同样这里优选采用快速傅立叶变换。 
步骤114，合并第三K空间数据和第四K空间数据。与上述步骤104相似，在本实施例中，需要在合并后的K空间数据中部较多地保留第三K空间数据，在合并后的K空 间数据边缘较多地保留第四K空间数据。亦即，在K空间中部，第三K空间数据的权重大于第四K空间数据的权重，在K空间边缘，第四K空间数据的权重大于第三K空间数据的权重。 
同样，在合并过程中，如图6所示，可以利用高斯加权来实现上述合并，也可以利用其它类型的加权方法来进行合并。 
步骤115，对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换，从而得到消除了明暗变化的磁共振图像。 
根据本发明的又一实施例，提供了一种计算机程序，该计算机程序使计算机执行上述磁共振图像处理方法。 
另外，还提供一种计算机可读的记录介质，该计算机可读的存储介质存储了上述计算机程序。 
根据本发明的又一实施例，提供了一种磁共振图像处理装置，来消除磁共振图像中的厚片边界伪影。其中，磁共振图像在选层方向包括复数个厚片，并且每个厚片包括复数个层。 
参照图8，磁共振图像处理装置500包括一个插值单元501、一个第一傅立叶变换单元201、一个第二傅立叶变换单元503，一个第一合并单元504以及一个第一傅立叶逆变换单元505。 
请参照图8，插值单元501用于在原始图像中利用远离厚片边界的层进行插值，并替换厚片边界存在厚片边界伪影的层，得到插值后的图像。 
第一傅立叶变换单元502，用于对插值单元501得到的插值后图像进行傅立叶变换，得到第一K空间数据。而第二傅立叶变换单元503用于对原始图像进行傅立叶变换，得到第二K空间数据。第一傅立叶变换单元502和第二傅立叶变换单元503可以实现为一个单元，例如在图8中用一个框来表示。 
第一合并单元504，用于合并来自第一傅立叶变换单元502的第一K空间数据和来自第二傅立叶变换单元503的第二K空间数据。其中，在K空间中部，第一K空间数据的权重大于第二K空间数据的权重，在K空间边缘，第二K空间数据的权重大于第一K空间数据的权重。第一合并单元504中的具体实现可以参见先前实施例所描述的方法。 
第一傅立叶逆变换单元505，用于对第一合并单元504合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换，得到消除厚片边界伪影的磁共振图像。 
进一步，请参照图9，根据再一实施例的磁共振图像处理装置500还包括一个滤波单元511、一个第三傅立叶变换单元512、一个第四傅立叶变换单元513、一个第二合并单元以及一个第二傅立叶逆变换单元515。 
继续参照图9，滤波单元511用于在第一傅立叶逆变换单元505得到的图像中，对厚片边界的层进行中值滤波。 
第三傅立叶变换单元512，用于对中值滤波后图像进行傅立叶变换，得到第三K空间数据。第四傅立叶变换单元513用于对第一傅立叶逆变换单元505得到的磁共振图像进行傅立叶变换，得到第四K空间数据。同样，第三傅立叶变换单元512和第四傅立叶变换单元513可以实现为一个单元，如图9中的一个框所示。 
另外，第一傅立叶变换单元502、第二傅立叶变换单元503、第三傅立叶变换单元512和第四傅立叶变换单元513可以实现为一个单元。 
第二合并单元514，用于合并第三K空间数据和第四K空间数据，其中，在K空间中部，第三K空间数据的权重大于第四K空间数据的权重，在K空间边缘，第四K空间数据的权重大于第三K空间数据的权重。第一合并单元504和第二合并单元514也可以实现为一个单元(图中未示出)。 
第二傅立叶逆变换单元515，用于对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换。第一傅立叶逆变换单元505和第二傅立叶逆变换单元515可以实现为一个单元(图中未示出)。 
本发明的实施例公开了一种磁共振图像处理方法、一种磁共振图像处理装置、用于实现所述方法的计算机程序、以及存储该程序的计算机可读记录介质。其中，所述方法包括：利用远离厚片边界的层进行插值，并替换厚片边界处存在厚片边界伪影的层，得到插值后图像；对所述插值后图像进行傅立叶变换，产生第一K空间数据；对原始图像进行傅立叶变换，产生第二K空间数据；合并第一K空间数据和第二K空间数据，其中，在K空间中部，第一K空间数据的权重大于第二K空间数据的权重，在K空间边缘，第二K空间数据的权重大于第一K空间数据的权重；对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换。通过本发明的实施能够有效地消除磁共振图像中的厚片边界伪影。 
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 (9)

1.一种磁共振图像处理方法，其中所述磁共振图像包括复数个厚片，每个厚片包括复数个层，所述方法包括：
利用原始图像中远离厚片边界的层进行插值，并替换厚片边界处存在厚片边界伪影的层，得到插值后图像；
对所述插值后图像进行傅立叶变换，产生第一K空间数据；
对原始图像进行傅立叶变换，产生第二K空间数据；
合并第一K空间数据和第二K空间数据，其中，在K空间中部，第一K空间数据的权重大于第二K空间数据的权重，在K空间边缘，第二K空间数据的权重大于第一K空间数据的权重；
对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选择靠近所述存在厚片伪影的层的2-4个层进行插值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用高斯加权来实现所述合并。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括对傅立叶逆变换后的磁共振图像进行归一化处理的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述归一化处理的步骤包括：
对傅立叶逆变换后图像中厚片边界的层进行中值滤波；
对中值滤波后图像进行傅立叶变换，产生第三K空间数据；
对傅立叶逆变换后图像进行傅立叶变换，产生第四K空间数据；
合并第三K空间数据和第四K空间数据，其中，在K空间中部，第三K空间数据的权重大于第四K空间数据的权重，在K空间边缘，第四K空间数据的权重大于第三K空间数据的权重；
对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换。
6.一种磁共振图像处理装置，所述磁共振图像包括复数个厚片，并且每个厚片包括复数个层，所述装置包括：
一个插值单元，用于利用原始图像中远离厚片边界的层进行插值，并替换厚片边界存在厚片边界伪影的层，得到插值后图像；
一个第一傅立叶变换单元，用于对所述插值后图像进行傅立叶变换，得到第一K空间数据；
一个第二傅立叶变换单元，用于对原始图像进行傅立叶变换，得到第二K空间数据；
一个第一合并单元，用于合并第一K空间数据和第二K空间数据，其中，在K空间中部，第一K空间数据的权重大于第二K空间数据的权重，在K空间边缘，第二K空间数据的权重大于第一K空间数据的权重；
一个第一傅立叶逆变换单元，用于对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一傅立叶变换单元和第二傅立叶变换单元实现为一个单元。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
一个滤波单元，用于对傅立叶逆变换后图像中厚片边界的层进行中值滤波；
一个第三傅立叶变换单元，用于对中值滤波后图像进行傅立叶变换，得到第三K空间数据；
一个第四傅立叶变换单元，用于对傅立叶逆变换后图像进行傅立叶变换，得到第四K空间数据；
一个第二合并单元，用于合并第三K空间数据和第四K空间数据，其中，在K空间中部，第三K空间数据的权重大于第四K空间数据的权重，在K空间边缘，第四K空间数据的权重大于第三K空间数据的权重；
一个第二傅立叶逆变换单元，用于对合并后的K空间数据进行傅立叶逆变换。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第三傅立叶变换单元和第四傅立叶变换单元实现为一个单元；和/或，
所述第二合并单元和第一合并单元实现为一个单元；和/或，
所述第二傅立叶逆变换单元和第一傅立叶逆变换单元实现为一个单元。
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