磁共振图像重建方法及装置
【技术领域】
本发明涉及磁共振成像(MRI,Magnetic Resonance Imaging)技术领域,尤其涉及磁共振并行采集图像重建方法及装置。
【背景技术】
在磁共振多通道采集图像重建过程中,一般采用SOS等方法对各个通道采集到的数据进行简单的合并。此方法的缺陷在于:信噪比较低的通道在合并过程中的权重没有很好的被抑制,因此影响整体的成像质量。
另一方面,某些序列,例如SE序列,在采集过程中为了避免FID信号的影响,采用了相位循环的方法,使得K空间中的采集线性质有所区别,如图1所示,K空间中奇偶线FID信号正负相反。此方法的缺陷在于:这样虽然可以达到将FID伪影移到图像域边缘的效果,但是还是没有能够去除FID伪影。
因此,需要提出一种技术方案,在多通道图像重建过程中能够有效抑制信噪比比较低的通道,同时能够去除由于K空间数据线性质差异造成的伪影,从而提高成像质量。
【发明内容】
本发明解决的是现有技术在图像重建过程中不能有效抑制信噪比较低的通道,以及由于K空间数据线性质差异造成的伪影对成像质量造成影响的问题。
为了解决上述问题,本发明提出一种磁共振图像重建方法,包括以下步骤:
1)采集获得若干通道的全采样的原始K空间;或采集获得若干通道的欠 采样k空间,并利用相关方法获得全采样原始K空间;
2)对每一通道的原始K空间按照相同的规则进行预处理分组,获得若干分组K空间,所述分组K空间为与所述原始K空间相同大小的矩阵,所述每一分组K空间都包括原始K空间中的部分已采样数据点,以及待填补数据;
3)利用原始K空间数据作为校准数据求得合并系数,使用并行采集重建方法对所述每一分组K空间中的每一待填补数据进行填补;
4)将填补完成后的分组K空间数据或分组图像进行合并,获得各通道的图像;
5)合并各个通道的图像获得最终的图像。
可选地,步骤1)中所述相关方法为并行采集重建方法或部分傅里叶重建方法。
可选地,所述并行采集重建方法为GRAPPA方法或SPIRIT方法。
可选地,使用GRAPPA方法对所述每一分组K空间中的待填补数据点进行填补,具体包括以下步骤:
根据每一通道原始K空间数据计算GRAPPA方法的合并系数;
利用所述合并系数,对每一分组K空间中的每一待填补数据进行填补,所述待填补数据具体可通过如下公式获得:
其中,G为GRAPPA方法的合并系数,所述DTa为每一通道相应分组K空间的已采样数据,为待填补数据。
可选地,所述步骤4)具体包括以下步骤:
分别合并填补完成后的各个通道的分组K空间数据,获得各个通道的K空间数据;
将所述各个通道K空间数据转换至图像域,获得各个通道的图像。
可选地,所述步骤4)具体包括以下步骤:
将填补完成后的各分组K空间数据分别转换至图像域,获得各个分组的图像;
分别合并各个通道的分组的图像,获得各个通道的图像。
可选地,所述分别合并填补完成后的各个通道的分组K空间数据,具体为:将每一通道的各个分组K空间数据相加;
或,将每一通道的各个分组K空间数据分别取绝对值后相加。
可选地,对于SE序列使用相位循环方法采集获得若干通道的原始K空间数据,使得所述原始K空间中第奇数条数据线和第偶数条数据线的FID信号正负相反,按照如下规则对每一通道的原始K空间进行预处理分组:
将每一通道的原始K空间分为两个分组K空间,其中,原始K空间中的第奇数条数据线映射入第一分组K空间中,第一分组K空间的第偶数条数据线作为待填补数据;原始K空间中的第偶数条数据线映射入第二分组K空间,第二分组K空间的第奇数条数据线作为待填补数据。
可选地,所述步骤4)具体为:将每一通道的各个分组K空间数据进行相加,获得各个通道的K空间数据;将所述各个通道K空间数据转换至图像域,获得各个通道的图像。
本发明还提出另一种磁共振图像重建方法,包括以下步骤:1)采集获得若干通道的欠采集的原始K空间,所述原始K空间中至少包括一个全采样区域,所述全采样区域中每一数据点都已采样;
2)对每一通道的原始K空间的已采样数据按照相同的规则进行预处理分组,获得若干分组K空间,所述每一分组K空间都包括部分已采样数据点,以 及待填补数据;
3)使用并行采集重建方法对所述每一分组K空间中的每一待填补数据进行填补;
4)将每一通道完成填补后的分组K空间数据分别进行合并,取代原始K空间中的已采样数据;
5)对原始K空间中未采样数据点进行填补;
6)将完成填补后的各个通道的K空间数据转换至图像域,得到各个通道的图像;
7)合并各个通道的图像得到最终的图像。
可选地,所述并行采集重建方法包括GRAPPA方法、SPIRIT方法。
可选地,所述步骤5)中对原始K空间中未采样数据点进行填补的方法包括并行采集重建方法和半傅里叶重建方法。
可选地,使用GRAPPA方法对所述每一分组K空间中的待填补数据点进行填补,具体包括以下步骤:
根据每一通道原始K空间的全采样区域数据计算GRAPPA方法的合并系数;
利用所述合并系数,对每一分组K空间中的每一待填补数据进行填补,所述待填补数据具体可通过如下公式获得:
其中,G为GRAPPA方法的合并系数,所述DTa为每一通道相应分组K空间的已采样数据,为待填补数据。
可选地,所述步骤4)中将每一通道完成填补后的分组K空间数据分别进行合并,具体为:分别将每一通道的各个分组K空间数据进行相加;
或,将每一通道的各个分组K空间数据分别取绝对值后相加。
本发明还提出一种磁共振图像重建装置,包括:
采集单元,用于采集磁共振信号获得原始K空间;
存储单元,与所述采集单元相连,用于存储所述原始K空间数据;
分组单元,与所述存储单元相连,用于对每一通道的原始K空间进行预处理分组;
填补单元,与所述存储单元及分组单元分别相连,用于使用并行采集重建方法对每一分组K空间中的待填补数据进行填补;
合并单元,与所述填补单元相连,用于将填补完成后的分组K空间数据或分组图像进行合并,获得各通道的图像;
图像重建单元,与所述合并单元相连,用于合并各个通道的图像获得最终的图像。
本发明还提出另一种磁共振图像重建装置,其特征在于,包括:
采集单元,用于采集磁共振信号获得原始K空间;
存储单元,与所述采集单元相连,用于存储所述原始K空间数据;
分组单元,与所述存储单元相连,用于对每一通道的原始K空间的已采样数据进行预处理分组;
第一填补单元,与所述存储单元及分组单元分别相连,用于使用并行采集重建方法对每一分组K空间中的待填补数据进行填补;
第一合并单元,与所述第一填补单元和存储单元分别相连,用于将每一通道完成填补后的分组K空间数据分别进行合并,取代原始K空间中的已采样数据;
第二填补单元,与所述第一合并单元相连,用于对原始K空间中未采样数据点进行填补;
图像重建单元,与所述第二填补单元相连,用于将完成填补后的各个通道的K空间数据转换至图像域,得到各个通道的图像;
第二合并单元,与所述图像重建单元相连,用于合并各个通道的图像得到最终的图像。
本发明对比现有技术有如下的有益效果:
本发明分离采集获得的原始K空间,将所述原始K空间拆分成若干欠采样的分组K空间,利用并行采集重建方法对各分组K空间中的数据点进行填补,将填补完成后的各分组K空间进行合并后参与后续的图像重建的计算,通过上述方法,有效地抑制了信噪比较低通道在图像重建计算过程中的权重,从而提高图像整体的信噪比,并且可以去除由于K空间数据线性质差异造成的伪影,例如SE序列中的FID伪影。
【附图说明】
图1是现有技术中使用相位循环采集K空间数据的原理图;
图2是本发明的实施例一的磁共振图像重建方法的原理图;
图3是本发明的实施例一的磁共振图像重建方法的流程图;
图4是GRAPPA方法的原理图;
图5是使用实施例一中的磁共振图像重建方法和现有的磁共振图像重建方法获得的图像的对比图;
图6是本发明的实施例一的磁共振图像重建装置的结构图;
图7是本发明的实施例二的磁共振图像重建方法的原理图;
图8是本发明的实施例二的磁共振图像重建方法的流程图;
图9是使用实施例二的磁共振图像重建方法和现有的磁共振图像重建方法获得的图像的对比图;
图10是本发明的实施例三的磁共振图像重建方法的流程图;图11是本发明的实施例三的磁共振图像重建装置的示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
图2和图3是本发明的实施例一的磁共振图像重建方法的原理图和流程图。如图3所示,具体过程如下:
步骤S001:采集获得若干通道的全采样的原始K空间。全采样的原始K空间中每一数据点都已采样;或采集获得若干通道的欠采样k空间,并利用相关方法获得全采样原始K空间。
所述相关方向包括但不限于并行采集重建方法和半傅里叶重建方法。
步骤S002:对每一通道的原始K空间按照相同的规则进行预处理分组,获得若干分组K空间,所述分组K空间为与所述原始K空间相同大小的矩阵,所述预处理分组使得每一分组K空间都包括原始K空间中的部分已采样数据点,分组K空间中其他数据点作为待填补数据。
在本实施例中,将每一通道的原始K空间分为3个分组K空间,如图2所示,图2中黑色实点为已采样数据,白色空点为待填补数据,图2只示出了一个通道的原始K空间及分组K空间,对其他通道的情况作了省略。
步骤S003,利用原始K空间数据作为校准数据求得合并系数,使用并行采集重建方法对所述每一分组K空间中的每一待填补数据进行填补。
所述并行采集重建方法包括但不限于GRAPPA方法和SPIRIT方法。GRAPPA方法和SPIRIT方法都是磁共振图像并行采集重建过程中用来填补欠采样数据 重建图像的现有的常规方法,本领域及相关领域的技术人员应当熟悉这些方法。在本实施例中,以GRAPPA(Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisitions)方法为例进行说明。
图4是GRAPPA方法的原理图,如图4所示,其中黑色实点代表实际已采样数据点;白色空点为待填补的数据;灰色实点代表为了计算合并系数而选择的一部分全部采集的数据。在GRAPPA算法中,图中任意一个白色空点可以表示为周围黑色实点的线性叠加,相当于对多个通道的数据进行了合并。对应于第i个线圈(通道),第j个位置的合并系数nij可以通过黑色实点拟合灰色实点来确定。合并系数确定后,其他白色空点即可根据求得的合并系数将线圈合并,填补空白数据点。
在本实施例中,使用GRAPPA方法对所述每一分组K空间中的待填补数据点进行填补,具体为:
根据每一通道原始K空间数据计算GRAPPA方法的合并系数;
利用所述合并系数,对每一分组K空间中的每一待填补数据进行填补,所述待填补数据具体可通过如下公式获得:
其中,G为GRAPPA方法的合并系数,所述DTa为每一通道相应分组K空间的已采样数据,为待填补数据。
步骤S004,分别合并填补完成后的各个通道的分组K空间数据,获得各个通道的K空间数据。
合并的方法可以是将每一通道的各个分组K空间数据进行相加,也可以是将每一通道的各个分组K空间数据分别取绝对值后相加。
还有一些其他的方法也可以对各个通道的分组K空间数据进行合并,本发 明对此不作限制。
步骤S005,将所述各个通道K空间数据转换至图像域,获得各个通道的图像。
在具体实施中,使用傅里叶逆变换将所述K空间数据转换至图像域,获得各个通道的图像。
步骤S006,合并各个通道的图像获得最终的图像。
在具体实施中,将上述步骤S004和S005的顺序互换也属于在本发明的范围内。
在本实施例中,计算GRAPPA方法的合并系数G时,所有通道的K空间数据都参与了拟合计算,信噪比较低的通道参与拟合计算的权重较低,信噪比较高的通道参与拟合计算的权重较高,相当于计算获得的合并系数G带有了各个通道信噪比高低的信息,利用这个带有各个通道信噪比信息的合并系数G来获取分组K空间中的待填补数据,再将各分组K空间数据合并后的各通道的K空间数据取代原来的原始K空间参与后续的图像重建,从而可以有效的抑制信噪比较低的通道在图像重建计算过程中的权重,进而提高图像整体的信噪比。
图5是使用实施例一中的磁共振图像重建方法和现有的磁共振图像重建方法获得的图像的对比图。图5(a)为本实施例重建获得的图像,图5(b)为现有的图像重建方法获得的图像。从图中可以看出,图5(a)的图像信噪比明显好于图5(b)(最简单地,可以通过观察图5(a)和图5(b)的黑色背景区域得出此结论,图5(a)的黑色背景区域明显比图5(b)的清晰。实际上在两幅图的成像区域也是类似于背景区域的情况,只是背景区域的清晰度更容易看出来),这说明使用本发明提出的图像重建方法能够显著提高图像信噪比。
图6是本发明的实施例一的磁共振图像重建装置的结构图。如图6所示,所述磁共振图像重建装置600包括:
采集单元601,用于采集磁共振信号获得原始K空间;
存储单元602,与所述采集单元601,用于存储所述原始K空间数据;
分组单元603,与所述存储单元602相连,用于对每一通道的原始K空间进行预处理分组;
填补单元604,分别与所述存储单元602及分组单元603相连,用于使用并行采集重建方法对每一分组K空间中的待填补数据进行填补;
合并单元605,与所述填补单元604相连,用于将填补完成后的分组K空间数据或分组图像进行合并,获得各通道的图像;
图像重建单元606,与所述合并单元605相连,用于合并各个通道的图像获得最终的图像。
实施例二
如背景技术中所述的,某些序列,例如SE序列,在采集过程中为了避免FID信号的影响,采用了相位循环方法采集磁共振信号,使得原始K空间中第奇偶条线FID信号正负相反。使用相位循环方法采集磁共振信号(K空间数据)虽然可以达到将FID伪影移到图像域边缘的效果,但还是没有能够去除FID伪影。使用本发明的方法可以彻底去除这些FID伪影。
本实施例重点说明使用本发明提出的方法在具有FID伪影的SE序列的图像重建中的应用。
图7是本发明的实施例二的磁共振图像重建方法的原理图;图8是本发明的实施例二的磁共振图像重建方法的流程图。
如图8所示,本实施例的磁共振图像重建方法具体包括以下步骤:
步骤S011,采用SE序列进行磁共振扫描,使用相位循环方法采集获得若干通道的原始K空间。
具体地,在本实施例中,使用相位循环方法采集获得磁共振信号填入K空间中,使得所述原始K空间中第奇数条数据线和第偶数条数据线的FID信号正负相反。图7中的粗实线表示FID信号为正的第奇数条数据线,细实线表示FID信号为负的第偶数条数据线。
步骤S012,对每一通道的原始K空间按照相同的规则进行预处理分组,获得分组K空间,所述分组K空间为与所述原始K空间相同大小的矩阵,所述预处理分组使得每一分组K空间都包括原始K空间中的部分已采样数据点,其他数据点作为待填补数据。
具体地,在本实施例中,按照如下规则对每一通道的原始K空间进行预处理分组:每一通道的原始K空间分为两个分组K空间,其中,原始K空间中的第奇数条数据线映射入第一分组K空间中,第一分组K空间的第偶数条数据线作为待填补数据;原始K空间中的第偶数条数据线映射入第二分组K空间,第二分组K空间的第奇数条数据线作为待填补数据。
如图7所示,左边为第一分组K空间,右边为第二分组K空间,图7只示出了一个通道的原始K空间及分组K空间,对其他通道的情况作了省略,图中,实线表示已采样数据,虚线表示待填补数据。
步骤S013,使用并行采集重建方法对所述每一分组K空间中的每一待填补数据进行填补。
步骤S014,分别合并填补完成后的各个通道的分组K空间数据,获得各个通道的K空间数据。
需要注意的是,在本实施例中,所述合并方法只能是将每一通道的两个分 组K空间数据进行相加,这样才能达到消除FID伪影的效果。
步骤S015,将所述各个通道K空间数据转换至图像域,获得各个通道的图像。
步骤S016,合并各个通道的图像获得最终的图像。
在本实施例中,对原始K空间按照FID信号的正负进行分组,对于每一通道来说,都有FID信号一正一负的两个分组K空间,对这些分组K空间进行填补后,第一分组K空间数据FID信号全为正,第二分组K空间数据FID信号全为负,将两个分组K空间相加进行合并,即可消除FID信号,进而消除FID伪影。
图9是使用实施例二的磁共振图像重建方法和现有的磁共振图像重建方
法获得的图像的对比图。图9(a)为按照本实施例的方法进行图像重建获得的图像,图9(b)为现有的图像重建方法获得的图像。图9(b)中箭头所指的地方为FID伪影,而图9(a)中没有这些伪影,这说明使用本发明提出的图像重建方法能够有效去除FID伪影。
实施例三
在实施例一中,如果采集的K空间为欠采样的,则利用相关方法获得全采样原始K空间,然后再进行预处理分组及后续的图像重建。对于欠采样的K空间,还可以使用另一种图像重建方法:将欠采样的K空间中的已采样数据提取出来,对已采样数据进行预处理分组及后续处理,将处理完成后的数据取代原始欠采样原始K空间中的已采样数据,再进行后续的图像重建,这样也能达到相应的效果。本实施例重点说明在这种情况下对图像进行重建的具体步骤。
图10是本发明的实施例三的磁共振图像重建方法的流程图,其具体过程如下:
步骤S021,采集获得若干通道的欠采样的原始K空间。
步骤S022,对每一通道的原始K空间的已采样数据按照相同的规则进行预处理分组,获得若干分组K空间,所述预处理分组使得每一分组K空间都包括原始K空间中的部分已采样数据点,分组K空间中的其他数据点作为待填补数据。
步骤S023,使用并行采集重建方法对所述每一分组K空间中的每一待填补数据进行填补。具体方法可参照实施例一所述,这里不再敷述。
步骤S024,将每一通道完成填补后的分组K空间数据分别进行合并,将合并后的数据取代原始K空间中的已采集数据。
步骤S025,对原始K空间中未采样数据点进行填补。具体地,所述对原始K空间中未采样数据点进行填补的方法包括但不限于并行采集重建方法和半傅里叶重建方法。
S026,将完成填补后的各个通道的K空间数据转换至图像域,得到各个通道的图像。
S027,合并各个通道的图像得到最终的图像。
图11是本发明的实施例三的磁共振图像重建装置的示意图。如图11所示,所述磁共振图像重建装置1100包括:
采集单元1101,用于采集磁共振信号获得原始K空间;
存储单元1102,与所述采集单元1101相连,用于存储所述原始K空间数据;
分组单元1103,与所述存储单元1102相连,用于对每一通道的原始K空间的已采样数据进行预处理分组;
第一填补单元1104,与所述存储单元1102及分组单元1103分别相连, 用于使用并行采集重建方法对每一分组K空间中的待填补数据进行填补;
第一合并单元1105,与所述第一填补单元1104和存储单元1102分别相连,用于将每一通道完成填补后的分组K空间数据分别进行合并,取代原始K空间中的全采样区域,作为校准数据;
第二填补单元1106,与所述第一合并单元1105相连,用于对原始K空间中未采样数据点进行填补;
图像重建单元1107,与所述第二填补单元1106相连,用于将完成填补后的各个通道的K空间数据转换至图像域,得到各个通道的图像;
第二合并单元1108,与所述图像重建单元1107相连,用于合并各个通道的图像得到最终的图像。
本发明中,各实施例采用递进式写法,重点描述与前述实施例的不同之处,各实施例中的相同方法或结构参照前述实施例的相同部分。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。