CN104181481A - 磁共振图像采集与重建方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磁共振图像采集与重建方法，在二维磁共振成像中，使用n片(n≥2)层加速与GRAPPA法并行采集的方法对K空间进行采集与重建，通过改变K空间欠采样和重建方法，使多层激发采集方法与现有GRAPPA技术能够同时结合使用，解决了采用现有K空间采样方式进行采样时，多层激发采集方法对K空间相位调制循环连续性破坏的问题，进一步地加快了成像速度，同时层间分离还弥补了并行加速处理带来的信噪比降低的问题。同时，本发明还提供了一种磁共振图像采集与重建装置。
Description
【技术领域】
本发明涉及磁共振成像领域，尤其是涉及一种磁共振图像采集与重建方法及装置。
【背景技术】
在二维磁共振成像扫描中，为了提高成像速度，一般会激发多层同时采集，并对采集信号进行调制以及在重建过程中实现层间分离。比如在专利“Method for producing multi-slice NMR images”(美国专利US4843322A)提出使用特殊设计的多层激发射频脉冲，实现多层同时激发，并同时对不同层沿相位编码方向施加不同的相位调制，经重建后实现层间分离的方法，这种方法能够加快成像速度，或者在相同的时间里获取更高的信噪比。
目前还经常采用K空间并行加速处理来提高磁共振的成像速度，并行加速成像技术，如图像域的SENSE技术和K空间的GRAPPA技术，K空间的GRAPPA技术是通过在K空间相位编码方向数据欠采，并利用相控阵线圈不同的灵敏度分布在重建时填入欠采数据，能让成像速度成倍提高，GRAPPA技术在最终图像质量稳定性和信噪比上的优越性使其得到了广泛的应用。
如果能把并行加速和多层同时采集的技术结合使用，那么我们可以进一步地加快成像速度；或者基于多层激发采集的方法也能用来提高信噪比，以弥补并行加速带来的信噪比降低。虽然多层激发采集和图像域加速已有现有技术实现，但是由于多层激发采集方法在K空间的相位调制循环连续性在采用现有K空间欠采样方式时受到破坏，使得它不能与应用更为广泛的现有GRAPPA技术同时结合使用。本发明的目的就是要改变K空间欠采样和重建方法，使这两种技术能结合起来使用，以进一步来提高成像速度和图像质量。
【发明内容】
为了解决上述提到的多层激发采集方法不能与现有GRAPPA技术同时结合使用的问题，本发明提供了一种使得这两种技术能结合起来使用的磁共振图像采集与重建方法及装置。
一种磁共振图像采集与重建方法，使用n(n≥2)片层加速与GRAPPA法并行采集的方法对K空间进行采集与重建，包括如下步骤：
使用n个组合射频脉冲对K空间进行欠采样，所述K空间包含若干组全采样数据线，所述每组全采样数据线包含n条采样数据线；
基于所述若干组全采样数据线，将相位循环方式相同的数据线分别进行并行加速处理，获取包含有完整数据的K空间；
将所述包含完整数据的K空间转换至图像域，获取磁共振图像。
优选地，所述K空间在相位编码方向的长度是采集视野在相位编码方向长度的n倍。
优选地，采用2片层加速采集与重建时，采用2个组合射频脉冲进行2次相位循环，所述每组全采样数据线包含2条采样数据线，其中采集第一条采样数据线的组合射频脉冲相位0/0度，采集第二条采样数据线的组合射频脉冲相位为0/180度。
优选地，采用3片层加速采集与重建时，采用3个组合射频脉冲进行3次相位循环，所述每组全采样数据线包含3条采样数据线，其中采集第一条采样数据线的组合射频脉冲相为0/0/0度，采集第二条采样数据线的组合射频脉冲相位为0/-120/120度，采集第三条采样数据线的组合射频脉冲的相位为0/-240/240度。
优选地，采用4片层加速采集与重建时，采用4个组合射频脉冲进行4次相位循环，所述每组全采样数据线包含4条采样数据线，其中采集第一条采样数据线的组合射频脉冲相位为0/0/0/0度，采集第二条采样数据线的组合射频脉冲相位为0/90/-90/180度，采集第三全采样数据线的组合射频脉冲的相位为0/-180/180/0度，采集第四条采样数据线的组合射频脉冲的相位为0/270/-270/180度。
优选地，GRAPPA法并行加速采集的加速因子为q(q≥2)，使用n个组合射频脉冲对K空间进行欠采样的具体步骤为：使用组合射频脉冲，每隔2*(q-1)行采集一组所述全采样数据线。
优选地，将相位循环方式相同的数据线分别进行并行加速处理的步骤具体为：将相位相同的组合射频脉冲采集的数据线分别进行并行加速处理。
一种磁共振图像采集与重建装置，使用n(n≥2)片层加速与GRAPPA法并行采集的方法对K空间进行采集与重建，包括：
采集单元，用于使用n个组合射频脉冲对K空间进行欠采样，所述K空间包含若干组全采样数据线，所述每组全采样数据线包含n条采样数据线；
并行加速处理单元，用于基于所述若干组全采样数据线，将相位循环方式相同的数据线分别进行并行加速处理，获取包含有完整数据的K空间；
图像生成单元，用于将所述包含完整数据的K空间转换至图像域，获取磁共振图像。
优选地，所述采集单元，用于使用组合射频脉冲，每隔2*(q-1)行采集一组所述全采样数据线。
优选地，所述并行加速处理单元，用于基于所述若干组全采样数据线，将相位相同的组合射频脉冲采集的数据线分别进并行加速处理，获取包含有完整数据的K空间。
本发明提供了磁共振图像采集与重建方法，在二维磁共振成像中，通过改变K空间欠采样和重建方法，使多层激发采集方法与现有GRAPPA技术能够同时结合使用，解决了采用现有K空间采样方式进行采样时，多层激发采集方法对K空间相位调制循环连续性破坏的问题，进一步加快了成像速度，同时层间分离还弥补了并行加速处理带来的信噪比降低的问题。
【附图说明】
图1为现有技术中采用组合射频脉冲K空间数据采集示意图；
图2为现有技术中采用组合射频脉冲采集信号实现多层分离示意图；
图3为现有技术中采用组合射频脉冲相位调制循环受K空间加速采集干扰示意图；
图4为本发明提供的磁共振图像采集与重建方法的流程图；
图5为本发明采用结合组合射频脉冲相位循环的K空间加速采集方法示意图；
图6为本发明采集欠采样K空间数据之后进行填补得到完整K空间数据的示意图；
图7(A)、图7(B)分别为采用本发明提供的技术方案获取的未经层间分离的磁共振图像、采用本发明提供的技术方案获取的层间分离后的磁共振图像；
图8为本发明提供的磁共振图像采集与重建装置。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
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，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如背景技术中提到的在二维磁共振成像扫描中，为了提高成像速度，一般会激发多层同时采集，并对采集信号的进行调制以及在重建过程中实现层间分离。比如在专利“Method for producing multi-slice NMR images”(美国专利US4843322A)提出使用特殊设计的多层激发射频脉冲，实现多层同时激发，并同时对不同层沿相位编码方向施加不同的相位调制，经重建后实现层间分离的方法，这种方法能够加快成像速度，或者在相同的时间里获取更高的信噪比。
如图1所示，为采用组合射频脉冲的梯度回波成像序列示意，图中所示采用了二个其相位可调的射频脉冲组合，可用来同时激发双层。通过采用不同的相位组合采集k空间数据，可以在沿相位编码方向对不同层面引入不同的相位调制。例如针对二层，其中一层的相位不变，而另一层的相位沿相位编码方向交替改变180度，图中+代表射频脉冲相位为0度，-代表射频脉冲相位为180度。
如图2所示，根据傅里叶位移定理，经图像重建后，这二个层面的图像沿相位编码方向相对移动采集视野(FOV)的一半。在没有并行加速的条件下，K空间在相位编码方向的长度是采集视野在相位编码方向长度的2倍，二幅不同层面的图像则可在相位编码方向得到分离。
但是，当采用k空间加速时，组合射频脉冲的相位调制循环被插入的填补数据破坏。如图3所示，组合射频脉冲相位调制循环受K空间加速采集干扰示意。图3仅示出了加速因子为2的欠采区数据。经K空间加速填入的数据，其第二层的相位循环周期被插入的填补数据。其他层数和加速因子的情况问题相同。
因此有必要提供一种可以使得多层激发采集方法与现有GRAPPA技术同时结合使用的磁共振图像采集与重的方法。
如图4所示，一种磁共振图像采集与重建方法，使用n(n≥2)片层加速与GRAPPA法并行采集的方法对K空间进行采集与重建，包括如下步骤：
S10)使用n个组合射频脉冲对K空间进行欠采样，所述K空间包含若干组全采样数据线，所述每组全采样数据线包含n条采样数据线；
S20)基于所述若干组全采样数据线，将相位循环方式相同的数据线分别进行并行加速处理，获取包含有完整数据的K空间；
S30)将所述包含完整数据的K空间转换至图像域，获取磁共振图像。
下面结合附图5、6、7对上述磁共振图像采集与重建方法作进一步说明。
执行步骤S10)使用n个组合射频脉冲对K空间进行欠采样，所述K空间包含若干组全采样数据线，所述每组全采样数据线包含n条采样数据线。这里需要说明的K空间在相位编码(PE)方向上的步长为原来在相位编码方向步长的1/n倍，即如果是2片层加速，那么K空间在PE方向上的步长是原来在相位编码(PE)方向步长的一半；在图像域中，K空间在相位编码方向的长度是采集视野在相位编码方向长度的n倍。
在一个实施例中，采用2片层加速采集与重建时，采用2个组合射频脉冲进行2次相位循环，所述每组全采样数据线包含2条采样数据线，其中采集第一条采样数据线的组合射频脉冲相位0度、0度，采集第二条采样数据线的组合射频脉冲相位为0度、180度。
所述GRAPPA法并行加速采集的加速因子为q(q≥2)，每隔2*(q-1)行采集一组全采样数据线。比如可以先采集一组全采样数据线，包括n条数据线，之后每隔2(q-1)行采集一组全采样数据线，数量与第一组相同，直至K空间末尾。
如图5所示，其中+代表射频脉冲相位为0度，-代表射频脉冲相位为180度。图中所示的是加速因子为2的情形，先采集一组全采样数据线，接着每隔2行采集一组全采样数据线，每组全采样数据线含2条数据线，图中的0代表没有采集的数据线。
在另一个实施例中，采用3片层加速采集与重建时，采用3个组合射频脉冲进行3次相位循环，所述每组全采样数据线包含3条采样数据线，其中采集第一条采样数据线的组合射频脉冲相分别为0度、0度、0度，采集第二条采样数据线的组合射频脉冲相位分别为0度、-120度、120度，采集第三条采样数据线的组合射频脉冲的相位分别为0度、-240度、240度。
在另一个实施例中，采用4片层加速采集与重建时，采用4个组合射频脉冲进行4次相位循环，所述每组全采样数据线包含4条采样数据线，其中采集第一条采样数据线的组合射频脉冲相位分别为0度、0度、0度，采集第二条采样数据线的组合射频脉冲相位分别为0度、90度、-90度、180度，采集第三条全采样数据线的组合射频脉冲的相位分别为0度、-180度180度、0度，采集第四条采样数据线的组合射频脉冲的相位分别为0度、270度、-270度、180度。
执行步骤S20)基于所述若干组全采样数据线，将相位循环方式相同的数据线分别进行并行加速处理，获取包含有完整数据的K空间。具体地，将相位相同的组合脉冲所采集的数据线分别进行并行加速处理，如图6所示，图中示出的是采用2层激发采集并且加速倍数为2的情形，左侧粗曲线指的是相位均为0/0组合射频脉冲采集的两条数据线，利用这两条数据线即可填充未采集行中第一行的数据。
执行步骤S30)将所述包含完整数据的K空间转换至图像域，获取磁共振图像。具体地，采用傅里叶变换的方式将所述包含完整数据的K空间转换至图像域，获取磁共振图像。
如图7所示，图7(A)是本技术方案采用2层激发采集与GRAPPA法结合使用所获取的未层间分离的磁共振图像，可以看出获取的2层图像是交叠在一起，图7(B)采用本技术方所述获取的层间分离之后的图像，即在一个K空间里，同时获得了两个层面的图像。
需要说明的是，通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明的部分或全部可借助软件并结合必需的通用硬件平台来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可包括其上存储有机器可执行指令的一个或多个机器可读介质，这些指令在由诸如计算机、计算机网络或其他电子设备等一个或多个机器执行时可使得该一个或多个机器根据本发明的实施例来执行操作。机器可读介质可包括，但不限于，软盘、光盘、CD-ROM(紧致盘-只读存储器)、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、或适于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质。
本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等。
本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
如图8所示，本发明还提供了一种磁共振图像采集与重建装置，使用n(n≥2)片层加速与GRAPPA法并行采集的方法对K空间进行采集与重建，包括：采集单元10、并行加速处理单元20以及图像生成单元30。其中
所述采集单元10，用于使用n个组合射频脉冲对K空间进行欠采样，所述K空间包含若干组全采样数据线，所述每组全采样数据线包含n条采样数据线；具体地，用于使用组合射频脉冲，每隔2(q-1)行采集一组所述全采样数据线。
所述并行加速处理单元20，用于基于所述若干组全采样数据线，将相位循环方式相同的数据线分别进行并行加速处理，获取包含有完整数据的K空间；具体地，用于基于所述若干组全采样数据线，将相位相同的组合射频脉冲采集的数据线分别进并行加速处理，获取包含有完整数据的K空间。
所述图像生成单元30，用于将所述包含完整数据的K空间转换至图像域，获取磁共振图像。
综上所述，本发明提供了磁共振图像采集与重建方法，在二维磁共振成像中，通过改变K空间欠采样和重建方法，使多层激发采集方法与现有GRAPPA技术能够同时结合使用，解决了采用现有K空间采样方式进行采样时，多层激发采集方法对K空间相位调制循环连续性破坏的问题，进一步加快了成像速度，同时层间分离还弥补了并行加速处理带来的信噪比降低的问题。同时，本发明还提供了一种磁共振图像采集与重建装置。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种磁共振图像采集与重建方法，其特征在于，使用n(n≥2)片层加速与GRAPPA法并行采集的方法对K空间进行采集与重建，包括如下步骤：
使用n个组合射频脉冲对K空间进行欠采样，所述K空间包含若干组全采样数据线，所述每组全采样数据线包含n条采样数据线；
基于所述若干组全采样数据线，将相位循环方式相同的数据线分别进行并行加速处理，获取包含有完整数据的K空间；
将所述包含完整数据的K空间转换至图像域，获取磁共振图像。
2.如权利要求1所述的磁共振图像采集与重建方法，其特征在于，所述K空间在相位编码方向的长度是采集视野在相位编码方向长度的n倍。
3.如权利要求1所述的磁共振图像采集与重建方法，其特征在于，采用2片层加速采集与重建时，采用2个组合射频脉冲进行2次相位循环，所述每组全采样数据线包含2条采样数据线，其中采集第一条采样数据线的组合射频脉冲相位0/0度，采集第二条采样数据线的组合射频脉冲相位为0/180度。
4.如权利要求1所述的磁共振图像采集与重建方法，其特征在于，采用3片层加速采集与重建时，采用3个组合射频脉冲进行3次相位循环，所述每组全采样数据线包含3条采样数据线，其中采集第一条采样数据线的组合射频脉冲相为0/0/0度，采集第二条采样数据线的组合射频脉冲相位为0/-120/120度，采集第三条采样数据线的组合射频脉冲的相位为0/-240/240度。
5.如权利要求1所述的磁共振图像采集与重建方法，其特征在于，采用4片层加速采集与重建时，采用4个组合射频脉冲进行4次相位循环，所述每组全采样数据线包含4条采样数据线，其中采集第一条采样数据线的组合射频脉冲相位为0/0/0/0度，采集第二条采样数据线的组合射频脉冲相位为0/90/-90/180度，采集第三全采样数据线的组合射频脉冲的相位为0/-180/180/0度，采集第四条采样数据线的组合射频脉冲的相位为0/270/-270/180度。
6.如权利要求1所述的磁共振图像采集与重建的方法，其特征在于，GRAPPA法并行加速采集的加速因子为q(q≥2)，使用n个组合射频脉冲对K空间进行欠采样的具体步骤为：使用组合射频脉冲，每隔2*(q-1)行采集一组所述全采样数据线。
7.如权利要求1所述的磁共振图像采集与重建的方法，其特征在于，将相位循环方式相同的数据线分别进行并行加速处理的步骤具体为：将相位相同的组合射频脉冲采集的数据线分别进行并行加速处理。
8.一种磁共振图像采集与重建装置，使用n(n≥2)片层加速与GRAPPA法并行采集的方法对K空间进行采集与重建，其特征在于，包括：
采集单元，用于使用n个组合射频脉冲对K空间进行欠采样，所述K空间包含若干组全采样数据线，所述每组全采样数据线包含n条采样数据线；
并行加速处理单元，用于基于所述若干组全采样数据线，将相位循环方式相同的数据线分别进行并行加速处理，获取包含有完整数据的K空间；
图像生成单元，用于将所述包含完整数据的K空间转换至图像域，获取磁共振图像。
9.如权利要求8所述的磁共振图像采集与重建装置，其特征在于，所述采集单元，用于使用组合射频脉冲，每隔2*(q-1)行采集一组所述全采样数据线。
10.如权利要求8所述的磁共振图像采集与重建装置，其特征在于，所述并行加速处理单元，用于基于所述若干组全采样数据线，将相位相同的组合射频脉冲采集的数据线分别进并行加速处理，获取包含有完整数据的K空间。
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