CN104248435A - 磁共振成像方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁共振成像方法和装置，该方法包括：设定采集数据的触发范围，通过并行采集重建方法，利用某一层内、在相位编码方向上连续的数据计算合并系数；在同一条相位编码线上采集多次数据Dm，并计算每个数据的置信权重；将每个相位编码线上置信权重最大的数据填充K空间得到第一K空间；利用合并系数以及第一K空间中的数据计算出第二K空间；比较任一相位编码线j处的第二K空间的数据K0j’与已采集到的数据Dmj，将最大的数据填充到K空间得到第三K空间；判断是否需要进行迭代；对第三K空间进行傅里叶变换得到磁共振图像。如此有效合理利用整个呼吸过程的数据，提高图像质量，并且可以有效滤除不正确的数据对重建的干扰。

Description

磁共振成像方法和装置

【技术领域】

本发明是有关一种磁共振成像方法和装置，尤其是指一种用于对运动的部位进行扫描的磁共振成像方法和装置。

【背景技术】

磁共振成像的基本原理为：人体组织内的氢原子具有自旋运动，产生磁矩，可以看为一些小磁体，正常状态下，这些小磁体的自旋方向排列无规律，但在固定电磁场作用下会产生定向排列；此时，当外加一个射频脉冲时，这些氢原子吸收一定能量而产生共振，自旋方向在射频脉冲作用下发生偏转，呈规律排列，即发生了磁共振现象；射频脉冲消失后，这些氢原子都将恢复到原来的状态，在恢复过程中，释放能量及改变自旋方向，对这些氢原子产生的磁共振信号进行采样，然后把这些采样获得的信号填入到K空间中，再把K空间通过傅里叶变换进行图像重建，就可以得到人体组织的磁共振图像。

磁共振扫描和成像时将扫描协议生成相应脉冲序列并将其转变成射频脉冲信号及梯度场脉冲信号，射频脉冲信号被发射出去作用于成像对象，产生磁共振信号，梯度场脉冲信号经放大用于控制梯度线圈进行成像的空间编码以定位信号产生的空间位置，将射频接收模块(射频接收线圈)采集到的磁共振信号填充到K空间，再将K空间数据经过傅里叶变换重建成图像。脉冲序列包括射频脉冲信号；沿Z轴方向的层面选择(第二相位编码方向)梯度场脉冲信号，用于对成像对象进行Z轴方向的选层并定位；沿Y轴方向的相位编码(第一相位编码方向)梯度场脉冲信号，用于对成像对象用于对成像区域根据相位编码(PE，即Y轴)进行定位；沿X轴方向的读出梯度场脉冲信号，用于对成像区域根据频率编码(RO，即X轴)进行定位，产生K空间的数据线，根据以上脉冲序列产生回波信号(磁共振信号)。重复上述一组脉冲序列需要的时间称为重复时间(TR)，即相邻两个射频脉冲中心之间的时间差，一组脉冲序列可采集获得一条读出方向上的数据线，根据扫描序列的梯度场脉冲进行定位获得的数据填入K空间中的相应位置，不断重复上述脉冲序列产生所有的数据线填充K空间即完成扫描。

成像速度是衡量磁共振成像方法的一个重要指标，限制成像速度的很重要因素是数据采集以及K空间填充，最基本的数据采集方法要采满K空间数据，然后才能进行重建得到图像。近年来，发展出了磁共振并行采集重建技术，利用线圈重组合并的方式，对欠采集的数据进行填补，利用填补完成的K空间数据进行图像重建。使用并行采集重建方法，可以只采集一部分K空间数据，不必采集K空间的每一个数据点，可以大大加快成像速度。比较常用的并行采集重建方法是GRAPPA方法。传统的GRAPPA方法如图1所示，黑色实心点代表实际采集的K空间数据；白色空心点为未采集需要填补的K空间数据；灰色实心点代表为了计算线圈合并系数，而适量全采的数据。GRAPPA方法认为，图中任意一个空心点可以表示为周围黑色实心点的线性叠力口，相当于对多个线圈的数据进行了合并。而合并系数nij(第i个线圈，第j个位置)可以通过黑色实心点拟合灰色实心点来确认。合并系数确认后其他空心点即可根据求得的合并系数将线圈合并填补未采集数据。

一直以来，对运动的部位进行磁共振成像是一个棘手的问题。在磁共振扫描过程中，某些运动的部位由于生理原因，无法长时间静止，如腹部扫描。一些方法是让病人屏气，然后对其进行扫描。但是对于病情严重的病人，屏气是很困难的，而且屏气的时间不宜过长，因此制约了很多应用序列的使用。一个有效地解决方法是通过设置传感器，检测病人呼吸的状态，在病人呼吸到某一固定位置的时候，触发扫描，这样在扫描过程中可以不需要屏气。但是由于病人的呼吸经常与预想不同，呼吸的特征经常被检测错误，导致触发扫描位置错误，从而得到有误的数据，这样会严重影响图像质量，进而影响诊断。

因此，确有必要提供一种改进的磁共振成像方法和装置，以克服上述磁共振成像方法和装置存在的缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种对对运动的部位进行扫描、并获得较高的图像质量的磁共振成像方法和装置。

本发明的磁共振成像方法是通过以下技术方案实现：一种磁共振成像方法，其包括如下步骤：

步骤1，设定采集数据的触发范围P1-P2，采集某一层内、在相位编码方向上连续的编码线上的数据，将数据作为校准数据用于计算合并系数；

步骤2，在同一条相位编码线上采集并获得多于一组数据Dm，并计算每个数据的置信权重Ai；

步骤3，将每个相位编码线上置信权重Ai最大的数据填充K空间得到第一K空间K0；

步骤4，利用合并系数以及第一K空间K0中的数据计算出第二K空间K0’；

步骤5，比较第二K空间K0’的任一相位编码线j处的数据K0j’与已采集到的在相位编码线j处数据Dmj，将K0j’与Dmj中相似因子Hmj最大的数据填充到K空间得到第三K空间K1；

步骤6，判断是否需要进行迭代，若是，回到步骤4并将第三K空间K1中的数据填充到第一K空间K0，若否，进行步骤7；

步骤7，对第三K空间进行傅里叶变换得到磁共振图像。

在优选的实施方式中，步骤1中校准数据位于同一传感器触发位置。

在优选的实施方式中，步骤1中在采集编码线上的数据时使用快速序列扫描或者让病人短时间内屏气。

在优选的实施方式中，步骤1中计算合并系数是通过并行采集重建的算法算出的。

在优选的实施方式中，所述并行采集重建算法为GRAPPA算法。

在优选的实施方式中，步骤3中置信权重最大的数据是位于同一条编码线上最靠近触发位置处的数据。

在优选的实施方式中，置信权重Ai＝f(P0-Pi)＝1/(|P0-Pi|+1)，P0为触发位置，Pi为第i次采集位置。

在优选的实施方式中，通过设在病人身上的传感器获得呼吸信号，并通过呼吸信号计算得到所述触发位置。

在优选的实施方式中，步骤5中K0j’与Dmj中相似因子Hmj最大的数据是通过如下方式算出的，Hmj＝1/std(K0j’-Dmj)*(Amj)，其中，std表示求解标准差，m表示第m次采集(或者第m组)，j表示相位编码位置。

在优选的实施方式中，若进行迭代，则预设置迭代次数N，并进行N次迭代计算。

在优选的实施方式中，若进行迭代，则计算两次相邻的迭代的K空间的数据的差值，若小于设定的阈值，则迭代结束。

本发明的磁共振成像装置是通过以下技术方案实现：一种磁共振成像装置，其包括：

设定模块，用于设定采集数据的触发范围P1-P2；

第一采集模块，用于采集某一层内、在相位编码方向上连续的编码线上的数据作为校准数据；

计算合并系数模块，用于通过校准数据计算合并系数；

第二采集模块，用于在同一条相位编码线上采集多于一组数据Dm；

计算置信权重模块，用于计算每个数据Dm的置信权重；

第一填充模块，用于将每个相位编码线上置信权重最大的数据填充K空间得到第一K空间K0；

转换模块，用于利用合并系数以及第一K空间K0中的数据计算出第二K空间K0’；

比较模块，用于比较第二K空间K0’的任一相位编码线j处的数据K0j’与已采集到的在相位编码线j处数据Dmj，求得K0j’与Dmj中相似因子Hmj最大的数据；

第二填充模块，用于将K0j’与Dmj中相似因子Hmj最大的数据填充到K空间得到第三K空间K1；

判断模块，用于判断是否需要进行迭代；

重建模块，对第三K空间进行傅里叶变换得到磁共振图像。

与现有技术相比，本发明的磁共振成像方法和装置可以有效合理利用整个呼吸过程中采集的数据，提高图像质量，并且可以有效滤除不正确的数据对重建的干扰。

【附图说明】

图1现有的磁共振二维并行采集重建方法的示意图。

图2是本发明磁共振成像方法的流程图。

图3是在呼吸信号的图表上显示触发范围的示意图。

图4是本发明磁共振成像方法的示意图。

图5是本发明磁共振成像装置的模块图。

【具体实施方式】

以下结合附图和具体实施例对本发明的磁共振图像重建方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图2为本发明的磁共振成像方法的流程图，其包括如下步骤：

步骤1，设定采集数据的触发范围P1-P2，采集某一层内、在相位编码方向上连续的编码线上的数据，将数据作为校准数据用于计算合并系数；

步骤2，在同一条相位编码线上采集并获得多于一组数据Dm，并计算每个数据的置信权重Ai；

步骤3，将每个相位编码线上置信权重Ai最大的数据填充K空间得到第一K空间K0；

步骤4，利用合并系数以及第一K空间K0中的数据计算出第二K空间K0’；

步骤5，比较第二K空间K0’的任一相位编码线j处的数据K0j’与已采集到的在相位编码线j处数据Dmj，将K0j’与Dmj中相似因子Hmj最大的数据填充到K空间得到第三K空间K1；

步骤6，判断是否需要进行迭代，若是，回到步骤4并将第三K空间K1中的数据填充到第一K空间K0，若否，进行步骤7；

步骤7，对第三K空间进行傅里叶变换得到磁共振图像。

具体的，步骤1中，设定触发范围(P1～P2)，所有的数据采集都在这一范围内进行，范围以外的不做数据采集。通过快速采集一层内、在相位编码方向上连续的编码线上的数据，将数据作为校准数据。该校准数据的位置最好在k空间中心，且数据在相位编码方向连续；校准数据位于同一个传感器触发位置；由于采集编码线所占k空间比例不大，所以时间会比较少。可以考虑让病人短时间内屏气，或者采用某种快速序列、如fse序列进行校准数据收集，在采集过程中，可以认为这部分数据是没有任何运动干扰的，可作为校准数据。记录下校准数据收集时，触发位置P0。

请参阅图3所示，在优选的实施方式中，P2-P1＝(Pmax-Pmin)*10％。

在其他实施方式中，触发范围也可以是-∞～+∞，此时，对数据是一直采集。

请参阅图4所示，利用校准数据计算出合并系数。

自由采集阶段，在同一相位编码线处采集多次数据，在本实施方式中，采集两组数据D1、D2，并将采集得到的数据D1、D2作为备选数据。在优选的实施方式中，D1、D2均是两组完整的数据。在其他实施方式中，D1或者D2中可以有一组是不完整的数据。采集过程中，病人可以自由呼吸。在收集每一条编码线的时候，记录一下其置信权重Ai＝f(P0-Pi)，其中Pi为第i次采集的触发位置，f为一个用来估计可信度函数，这个函数的意义是，距离P0越近的位置，置信权重越大。在本实施方式中，f(x)＝1/(|x|+1)。

采集完毕，每个相位编码位置由初始权重最大的数据填充，构成第一k空间K0。

利用当前的校准数据，通过并行采集重建的方法(如GRAPPA，SPIRIT等)，计算合并系数。利用合并系数以及第一K空间K0计算新的第二K空间K0’。请参阅图1所示，记灰色点数据为B，黑色点为A，则A*N0＝B可以求得N0＝(A^HA)^-1A^HB，这个公式是GRAPPA常用的公式，N0即为合并系数。详情请参见文献：Magnetic Resonance in Medicine47：1202-1210(2002)Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisitions(GRAPPA)。

第二K空间K0’中某一相位编码位置j处的数据即为K0j’，比较K0j’与所有在相位编码j处的数据Dmj(Dmj表示第m次采集在相位编码j处的数据)，计算相似因子Hmj＝g(K0j’，Dmj)*r(Amj)，其中，函数g反映K0j’与Dmj在数值上的差异，可以用g(x，y)＝1/std(x-y)来计算，std为标准差，函数r反映Dmj采集时传感器的信号位置，与P0的差异，可以用r(x)＝x来标示，Amj是初始权重，m表示第m次采集(或者第m组)，j表示相位编码位置，D表示备选数据集。找到最大值，满足这个最大值的Dmj则填充得到K1。

选择是否进行迭代，如果进行迭代，则K0＝K1，并更新Ai以及校准数据，Ai＝Ai*Hi。校准数据的更新可以采用如下办法，在原始校准数据相位编码方向附近寻找相似因子Hmj高于阈值(预先设定)的加入校准数据组，或者替代原始校准数据组，作为下一次的校准数据。迭代结束的依据可以有几种办法，一种是设定迭代次数，比如三次，迭代到了三次就自动停止，进行下面的步骤；还有一些方法是判断两次相邻迭代数据变化有多大，如果数据变化不大，小于某个阈值，则认为迭代终止。最简单的情况就是迭代次数为1，也就是不做迭代。

如果不进行迭代，或者迭代结束，则将得到的K1作为最终K空间，对其进行后续重建处理，变换到图像域，得到最终的图像。

图5为一种磁共振成像装置，其包括：设定模块，用于设定采集数据的触发范围P1-P2；

第一采集模块，用于采集某一层内、在相位编码方向上连续的编码线上的数据作为校准数据；

计算合并系数模块，用于通过校准数据计算合并系数；

第二采集模块，用于在同一条相位编码线上采集多于一组数据Dm；

计算置信权重模块，用于计算每个数据Dm的置信权重；

第一填充模块，用于将每个相位编码线上置信权重最大的数据填充K空间得到第一K空间K0；

转换模块，用于利用合并系数以及第一K空间K0中的数据计算出第二K空间K0’；

比较模块，用于比较第二K空间K0’的任一相位编码线j处的数据K0j’与已采集到的在相位编码线j处数据Dmj，求得K0j’与Dmj中相似因子Hmj最大的数据；

第二填充模块，用于将K0j’与Dmj中相似因子Hmj最大的数据填充到K空间得到第三K空间K1；

判断模块，用于判断是否需要进行迭代；

重建模块，对第三K空间进行傅里叶变换得到磁共振图像。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变化，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种磁共振成像方法，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤1，设定采集数据的触发范围P1-P2，采集某一层内、在相位编码方向上连续的编码线上的数据，将数据作为校准数据用于计算合并系数；

步骤2，在同一条相位编码线上采集并获得多于一组数据Dm，并计算每个数据的置信权重Ai；

步骤3，将每个相位编码线上置信权重Ai最大的数据填充K空间得到第一K空间K0；

步骤4，利用合并系数以及第一K空间K0中的数据计算出第二K空间K0’；

步骤5，比较第二K空间K0’的任一相位编码线j处的数据K0j’与已采集到的在相位编码线j处数据Dmj，将K0j’与Dmj中相似因子Hmj最大的数据填充到K空间得到第三K空间K1；

步骤6，判断是否需要进行迭代，若是，回到步骤4并将第三K空间K1中的数据填充到第一K空间K0，若否，进行步骤7；

步骤7，对第三K空间进行傅里叶变换得到磁共振图像。

2.如权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于：步骤1中校准数据位于同一传感器触发位置。

3.如权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于：步骤1中在采集编码线上的数据时使用快速序列扫描或者让病人短时间内屏气。

4.如权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于：步骤1中计算合并系数是通过并行采集重建的算法算出的。

5.如权利要求4所述的磁共振成像方法，其特征在于：所述并行采集重建算法为GRAPPA算法。

6.如权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于：步骤3中置信权重最大的数据是位于同一条编码线上最靠近触发位置处的数据。

7.如权利要求4所述的磁共振成像方法，其特征在于：所述置信权重Ai＝f(P0-Pi)＝1/(|P0-Pi|+1)，P0为触发位置，Pi为第i次采集位置。

8.如权利要求4或5所述的磁共振成像方法，其特征在于：通过设在病人身上的传感器获得呼吸信号，并通过呼吸信号计算得到所述触发位置。

9.如权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于：步骤5中K0j’与Dmj中相似因子Hmj最大的数据是通过如下方式算出的，Hmj＝1/std(K0j’-Dmj)*(Amj)，其中，std表示求解标准差，m表示第m次采集(或者第m组)，j表示相位编码位置。

10.如权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于：若进行迭代，则预设置迭代次数N，并进行N次迭代计算。

11.如权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于：若进行迭代，则计算两次相邻的迭代的K空间的数据的差值，若小于设定的阈值，则迭代结束。

12.一种磁共振成像装置，其特征在于，其包括：

设定模块，用于设定采集数据的触发范围P1-P2；

第一采集模块，用于采集某一层内、在相位编码方向上连续的编码线上的数据作为校准数据；

计算合并系数模块，用于通过校准数据计算合并系数；

第二采集模块，用于在同一条相位编码线上采集多于一组数据Dm；

计算置信权重模块，用于计算每个数据Dm的置信权重；

第一填充模块，用于将每个相位编码线上置信权重最大的数据填充K空间得到第一K空间K0；

转换模块，用于利用合并系数以及第一K空间K0中的数据计算出第二K空间K0’；

比较模块，用于比较第二K空间K0’的任一相位编码线j处的数据K0j’与已采集到的在相位编码线j处数据Dmj，求得K0j’与Dmj中相似因子Hmj最大的数据；

第二填充模块，用于将K0j’与Dmj中相似因子Hmj最大的数据填充到K空间得到第三K空间K1；

判断模块，用于判断是否需要进行迭代；

重建模块，对第三K空间进行傅里叶变换得到磁共振图像。