CN104166112A - 磁共振图像重建方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的磁共振图像重建方法，通过集原始各通道数据，并将所述数据填入原始K空间，所述数据包括校准数据区域数据和欠采样区域数据；建立目标虚拟空间Sp，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp；在所述目标虚拟空间Sp中，通过保留信噪比高的通道数据，建立目标优化虚拟空间Sp1；在所述目标优化虚拟空间Sp1中对欠采样区域进行填充，获取完整的目标优化虚拟空间Sp1数据；将所述完整的目标优化虚拟空间Sp1数据转换至图像域获取图像。所述方法进一步地提高了通道数据的信噪比，明显地改善了图像的质量。本发明还提供了一种磁共振图像重建装置。

Description

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领域，尤其涉及一种磁共振图像重建方法及装置。

背景技术

在磁共振成像技术中，成像的速度是衡量成像方法的一个重要标准，限制成像速度的因素包括数据采集的时间以及/或者K空间填充时间。一般的数据采集方式要求采满K空间数据，然后才能进行磁共振图像重建。磁共振并行采集重建技术，利用线圈组合并的方式对欠采样的数据进行填补，利用填补完整的K空间数据进行重建。利用这种方式，可以根据需求只采集一部分K空间数据，而不必采满整个K空间，减少了数据的采集时间，提高了成像的速度。

比较常用的并行重建方法之一是GRAPPA，传统的GRAPPA算法如图1所示，黑色实点代表实际采集的K空间数据；白色空点为欠采样需要填补的数据；灰色实点表示为了计算线圈合并参数而适量全采数据。GRAPPA算法认为图中任意一个空心点可以表示为周围黑色实点的线性叠加，相当于对多个线圈的数据进行了合并，合并系数n_ij(第i个线圈，第j个位置，如图1所示)可以通过黑色的实点拟合灰色点来确定。系数确定后其他白色空点即可根据求得的合并参数将线圈合并填补空白数据。通过如上所述的并行采集技术获取的数据，某些情况下数据中的噪声成分较高，根据所述数据得到的图像质量不是很明理想。

发明内容

为了解决现有技术中磁共振成像数据噪声较多的问题，本发明提供了一种磁共振图像重建方法。

一种磁共振图像重建方法，包括：

采集原始各通道数据，并将所述数据填入原始K空间，所述数据包括校准数据区域数据和欠采样区域数据；

建立目标虚拟空间Sp，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp；

在所述目标虚拟空间Sp中，通过保留信噪比高的通道数据，建立目标优化虚拟空间Sp1；

在所述目标优化虚拟空间Sp1中对欠采样区域进行填充，获取完整的目标优化虚拟空间Sp1数据；

将所述完整的目标优化虚拟空间Sp1数据转换至图像域获取图像。

优选地，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp的具体步骤包括：

选取部分原始各通道数据，并根据其计算原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；

根据所述映射关系，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp中。

优选地，将部分原始各通道数据RO方向向量作为提取对象，计算提取对象的协方差矩阵MI；

计算所述协方差矩阵MI归一化的正交特征矢量，将所有的正交特征矢量组成一个矩阵OP1，所述OP1即为原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；

将原始K空间数据与矩阵OP1进行矩阵相乘获取到目标虚拟空间Sp数据。

优选地，所述通过保留信噪比高的通道数据，建立目标优化虚拟空间Sp1的步骤具体为：

在通道方向上乘以抑制函数f(ch)，即Sp1(ro，pe，ch)＝Sp(ro，pe，ch)×f(ch)。

优选地，所述抑制函数 $f\left(\mathrm{ch}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{ch}\≤\mathrm{CH}\\ 0& \mathrm{other}\end{array}\right.,$ 其中CH为保留的通道个数。

优选地，所述保留的通道个数CH=n×80%，n为通道的数量。

优选地，CH为衰减系数。

优选地，所述衰减系数CH=n，n为通道的数量。

优选地，在所述目标优化虚拟空间Sp1中对欠采样区域进行填充，获取完整的目标优化虚拟空间Sp1数据的步骤为：

利用校准数据区域的数据A以及校准数据中的目标数据B进行卷积运算得到合并系数N，根据合并系数N以及已采样的数据填充欠采样区域中的未采样数据。

本发明还提供了一种磁共振图像重建装置，所述装置包括：

采集单元，用于采集原始各通道数据，并将所述数据填入原始K空间，所述数据包括校准数据区域数据和欠采样区域数据；

第一映射单元，用于建立目标虚拟空间Sp，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp；

第二映射单元，用于在所述目标虚拟空间Sp中，通过保留信噪比高的通道数据，建立目标优化虚拟空间Sp1；

数据填充单元，用于在所述目标优化虚拟空间Sp1中对欠采样区域进行填充，获取完整的目标优化虚拟空间Sp1数据；

数据转换单元，用于将所述完整的目标优化虚拟空间Sp1数据转换至图像域获取图像。

优选地，所述第一映射单元，还用于选取部分原始各通道数据，并根据其计算原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；根据所述映射关系，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp中。

优选地，所述第一映射单元，还用于将部分原始各通道数据RO方向向量作为提取对象，计算提取对象的协方差矩阵MI；计算所述协方差矩阵MI归一化的正交特征矢量，将所有的正交特征矢量组成一个矩阵OP1，所述OP1即为原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；将原始K空间数据与矩阵OP1进行矩阵相乘获取到目标虚拟空间Sp数据。

优选地，所述第二映射单元，用于在通道方向上乘以抑制函数f(ch)，即Sp1(ro，pe，ch)＝Sp(ro，pe，ch)×f(ch)。

优选地，所述数据填充单元，用于利用校准数据区域的数据A以及校准数据中的目标数据B进行卷积运算得到合并系数N，根据合并系数N以及已采样的数据填充欠采样区域中的未采样数据。

本发明提供的磁共振图像重建方法，通过建立将原始采集的未填充的K空间映射到虚拟空间，在虚拟空间中去除噪声部分，保留信噪比比较高的通道数据，再进行并行重建获取的图像，进一步地提高了通道数据的信噪比，明显地改善了图像的质量。本发明还提供了一种磁共振图像重建装置。

附图说明

图1为现有技术并行采集数据填充示意图；

图2为本发明提供的磁共振图像重建方法流程示意图；

图3为利用本发明提供的技术方案以及传统方法对数据进行处理之后的效果对比图；

图4为本发明提供的磁共振图像重建装置的结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。

一种磁共振图像重建方法，包括如下步骤：

步骤S10）采集原始各通道数据，并将所述数据填入原始K空间，所述数据包括校准数据区域数据和欠采样区域数据。

步骤S20）建立目标虚拟空间Sp，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp。

步骤S30)在所述目标虚拟空间Sp中，通过保留信噪比高的通道数据，建立目标优化虚拟空间Sp1。

步骤S40)在所述目标优化虚拟空间Sp1中对欠采样区域进行填充，获取完整的目标优化虚拟空间Sp1数据。

步骤S50)将所述完整的目标优化虚拟空间Sp1数据转换至图像域获取图像。

下面结合附图具体说明磁共振图像的重建的方法，如图2所示，

执行步骤S10）采集原始各通道数据，并将所述数据填入原始K空间，所述数据包括校准数据区域（满采样区域）数据和欠采样区域数据。

各通道数据包括用作校准数据的满采样区域的数据，还包括欠采样区域数据，将这些数据填入到原始K空间，实际上原始K空间就是一个欠采样的K空间。

执行步骤S20）建立目标虚拟空间Sp，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp。

选取部分原始各通道数据，并根据其计算原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；根据所述映射关系，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp中。

再具体地，将部分原始各通道数据RO方向向量作为提取对象，计算提取对象的协方差矩阵MI；计算所述协方差矩阵MI归一化的正交特征矢量，将所有的正交特征矢量组成一个矩阵OP1，所述OP1即为原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；将原始K空间数据与矩阵OP1进行矩阵相乘获取到目标虚拟空间Sp数据。

执行步骤S30)在所述目标虚拟空间Sp中，通过保留信噪比高的通道数据，建立目标优化虚拟空间Sp1。

所述通过保留信噪比高的通道数据，建立目标优化虚拟空间Sp1的步骤具体为：在通道方向上乘以抑制函数f(ch)，即Sp1(ro，pe，ch)＝Sp(ro，pe，ch)×f(ch)。

所述抑制函数 $f\left(\mathrm{ch}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{ch}\≤\mathrm{CH}\\ 0& \mathrm{other}\end{array}\right.,$ 其中CH为保留的通道个数。优选地，所述保留的通道个数CH=n×80%，n为通道的数量。

在另一个实施例中，所述抑制函数CH为衰减系数。优选地，所述衰减系数CH等于通道的数量。

执行步骤S40)在所述目标优化虚拟空间Sp1中对欠采样区域进行填充，获取完整的目标优化虚拟空间Sp1数据。

具体地，利用校准数据区域的数据A以及校准数据中的目标数据B进行卷积运算得到合并系数N，根据合并系数N以及已采样的数据填充欠采样区域中的未采样数据。

执行步骤S50)将所述完整的目标优化虚拟空间Sp1数据转换至图像域获取图像。

将填充完整的目标优化虚拟空间Sp1数据转换至图像域可以采用常规的做法，对读出（RO）方向以及频率（PE）方向分别进行一维傅里叶变换得到图像。

如图3所示，经过本方法与传统方法处理后获得的图像对比，上部为底噪部分对比图，下部为信号区域对比图。本方法处理后，底噪部分有一个明显的下降，而信号部分则没有明显变化。本对比选取的是同样的窗宽窗位，采用本方法方框内部的底噪水平为207，而传统方法为283；方框内部的信号水平为4554，传统方法为4565，本方法的信噪比为22.0，而传统方法为16.1，可见采用本方法获取的数据信噪比有明显的提升。

如图4所示，本发明还提供了一种磁共振图像重建装置，所述装置包括：

采集单元101，用于采集原始各通道数据，并将所述数据填入原始K空间，所述数据包括校准数据区域（满采样区域）数据和欠采样区域数据；

第一映射单元102，用于建立目标虚拟空间Sp，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp。

在一个实施例中，所述第一映射单元101，还用于选取部分原始各通道数据，并根据其计算原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；根据所述映射关系，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp中。

进一步地，所述第一映射单元101，还用于将部分原始各通道数据RO方向向量作为提取对象，计算提取对象的协方差矩阵MI；计算所述协方差矩阵MI归一化的正交特征矢量，将所有的正交特征矢量组成一个矩阵OP1，所述OP1即为原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；将原始K空间数据与矩阵OP1进行矩阵相乘获取到目标虚拟空间Sp数据。

第二映射单元103，用于在所述目标虚拟空间Sp中，通过保留信噪比高的通道数据，建立目标优化虚拟空间Sp1。

在一个实施例中，所述第二映射单元，用于在通道方向上乘以抑制函数f(ch)，即Sp1(ro，pe，ch)＝Sp(ro，pe，ch)×f(ch)。

所述抑制函数 $f\left(\mathrm{ch}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{ch}\≤\mathrm{CH}\\ 0& \mathrm{other}\end{array}\right.,$ 其中CH为保留的通道个数。优选地，所述保留的通道个数CH=n×80%，n为通道的数量。

在另一个实施例中，所述抑制函数CH为衰减系数。优选地，所述衰减系数CH等于通道的数量。

数据填充单元104，用于在所述目标优化虚拟空间Sp1中对欠采样区域进行填充，获取完整的目标优化虚拟空间Sp1数据，具体地用于利用校准数据区域的数据A以及校准数据中的目标数据B进行卷积运算得到合并系数N，根据合并系数N以及已采样的数据填充欠采样区域中的未采样数据。

数据转换单元105，用于将所述完整的目标优化虚拟空间Sp1数据转换至图像域获取图像。

本发明提供的磁共振图像重建方法，通过建立将原始采集的未填充的K空间映射到虚拟空间，在虚拟空间中去除噪声部分，保留信噪比比较高的通道数据，再进行并行重建获取的图像，进一步地提高了通道数据的信噪比，明显地改善了图像的质量。本发明还提供了一种磁共振图像重建装置。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种磁共振图像重建方法，其特征在于，包括：

采集原始各通道数据，并将所述数据填入原始K空间，所述数据包括校准数据区域数据和欠采样区域数据；

建立目标虚拟空间Sp，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp；

在所述目标虚拟空间Sp中，通过保留信噪比高的通道数据，建立目标优化虚拟空间Sp1；

在所述目标优化虚拟空间Sp1中对欠采样区域进行填充，获取完整的目标优化虚拟空间Sp1数据；

将所述完整的目标优化虚拟空间Sp1数据转换至图像域获取图像。

2.如权利要求1所述的磁共振图像重建方法，其特征在于，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp的具体步骤包括：

选取部分原始各通道数据，并根据其计算原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；

根据所述映射关系，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp中。

3.如权利要求2所述的磁共振图像重建方法，其特征在于，

将部分原始各通道数据RO方向向量作为提取对象，计算提取对象的协方差矩阵MI；

计算所述协方差矩阵MI归一化的正交特征矢量，将所有的正交特征矢量组成一个矩阵OP1，所述OP1即为原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；

将原始K空间数据与矩阵OP1进行矩阵相乘获取到目标虚拟空间Sp数据。

4.如权利要求1至3任一项所述的磁共振图像重建方法，其特征在于，所述通过保留信噪比高的通道数据，建立目标优化虚拟空间Sp1的步骤具体为：

在通道方向上乘以抑制函数f(ch)，即Sp1(ro，pe，ch)＝Sp(ro，pe，ch)×f(ch)。

5.如权利要求4所述的磁共振图像重建方法，其特征在于，所述抑制函数 $f\left(\mathrm{ch}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{ch}\≤\mathrm{CH}\\ 0& \mathrm{other}\end{array}\right.,$ 其中CH为保留的通道个数。

6.如权利要求5所述的磁共振图像重建方法，其特征在于，所述保留的通道个数CH＝n×80％，n为通道的数量。

7.如权利要求4所述的磁共振图像重建方法，其特征在于， CH为衰减系数。

8.如权利要求7所述的磁共振图像重建方法，其特征在于，所述衰减系数CH＝n，n为通道的数量。

9.如权利要求1所述的磁共振图像重建方法，其特征在于，在所述目标优化虚拟空间Sp1中对欠采样区域进行填充，获取完整的目标优化虚拟空间Sp1数据的步骤为：

利用校准数据区域的数据A以及校准数据中的目标数据B进行卷积运算得到合并系数N，根据合并系数N以及已采样的数据填充欠采样区域中的未采样数据。

10.一种磁共振图像重建装置，其特征在于，所述装置包括：

采集单元，用于采集原始各通道数据，并将所述数据填入原始K空间，所述数据包括校准数据区域数据和欠采样区域数据；

第一映射单元，用于建立目标虚拟空间Sp，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp；

第二映射单元，用于在所述目标虚拟空间Sp中，通过保留信噪比高的通道数据，建立目标优化虚拟空间Sp1；

数据填充单元，用于在所述目标优化虚拟空间Sp1中对欠采样区域进行填充，获取完整的目标优化虚拟空间Sp1数据；

数据转换单元，用于将所述完整的目标优化虚拟空间Sp1数据转换至图像域获取图像。

11.如权利要求10所述的磁共振图像重建装置，其特征在于，所述第一映射单元，还用于选取部分原始各通道数据，并根据其计算原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；根据所述映射关系，将原始K空间数据映射至所述目标虚拟空间Sp中。

12.如权利要求11所述的磁共振图像重建装置，其特征在于，所述第一映射单元，还用于将部分原始各通道数据RO方向向量作为提取对象，计算提取对象的协方差矩阵MI；计算所述协方差矩阵MI归一化的正交特征矢量，将所有的正交特征矢量组成一个矩阵OP1，所述OP1即为原始K空间至所述目标虚拟空间Sp的映射关系；将原始K空间数据与矩阵OP1进行矩阵相乘获取到目标虚拟空间Sp数据。

13.如权利要求10或11所述的磁共振图像重建装置，其特征在于，所述第二映射单元，用于在通道方向上乘以抑制函数f(ch)，即Sp1(ro，pe，ch)＝Sp(ro，pe，ch)×f(ch)。

14.如权利要求13所述的磁共振图像重建装置，其特征在于，所述数据填充单元，用于利用校准数据区域的数据A以及校准数据中的目标数据B进行卷积运算得到合并系数N，根据合并系数N以及已采样的数据填充欠采样区域中的未采样数据。