CN105093143B - 磁共振片层层面加速方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁共振片层层面加速方法和磁共振成像装置，该方法包括如下步骤：步骤1，以CAIPIRINHA方式采集数据；步骤2，计算校准数据区域内的数据，在该区域内，至少有一个虚拟层面全采样，其余的虚拟层面至少采集一条数据线；步骤3，至少有一个虚拟层面可以通过层面内并行采集加速的方式填充完整或者全采样；步骤4，根据至少一个虚拟层面内的数据计算非校准数据的区域内的其它层面的数据；步骤5，各个虚拟层面根据原始的相位循环机制，将真实层面解出；步骤6，将每个真实层面数据进行后续重建处理，变换到图像域，得到最终各层面图像。通过本方法，可实现校准数据的采集量得到减少，从而减少总的采集时间。

Description

磁共振片层层面加速方法
【技术领域】
本发明是有关一种用于磁共振的片层层面加速方法和磁共振成像装置。
【技术背景】
在磁共振成像技术中，成像的速度是衡量成像方法的一个很重要标准。限制成像速度的很重要因素是数据采集及k空间填充。一般的数据采集方式要采满k空间数据，然后才能进行重建得到图像。磁共振并行采集重建技术，是利用线圈重组合并的方式，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。利用这样的方式，可以根据需求，只采集一部分k空间数据，不必采满整个k空间。利用这样的方法可以大大加快成像的速度。
比较常用的并行重建方法之一是GRAPPA。传统的GRAPPA算法如图1，黑色实点代表为实际采集的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，而适量全采的数据。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。而合并系数nij(第i个线圈，第j个位置，如图1)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。这种技术能够实现层面内部加速。
另外一种方法叫做CAIPIRINHA，这种方法靠实现多片层同时激发，然后根据并利用相位循环的机制，将不同片层的图像错开，得到优化的敏感度叠加，然后利用额外的线圈敏感度信息(需要校准数据采集)，将不同层面进行分离，实现加速。
然而，两种方法结合时，需要采集大量的校准数据，来实现层面内以及层面间的分离。如图2所示黑色实点表示需要采集的数据，由于需要另外采集线圈敏感度校准数据，所以增加了采集数据的时间。
因此，确有必要提供一种改进的磁共振片层层面加速方法和磁共振成像装置，以克服上述磁共振片层层面加速方法和磁共振成像装置中存在的缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种通过采集校准数据线的策略，实现校准数据的高效使用，使得校准数据的采集量得到减少，从而减少采集的总时间。
本发明的磁共振片层层面加速方法是通过以下技术方案实现：一种磁共振片层层面加速方法，其包括如下步骤：
步骤1，以CAIPIRINHA方式采集数据，其中，该数据包括n个虚拟层面数据；
步骤2，计算校准数据区域内的数据，在该区域内，至少有一个虚拟层面全采样，其余的虚拟层面至少采集一条数据线，其中，校准数据是虚拟层面数据的一部分；
步骤3，至少有一个虚拟层面可以通过层面内并行采集加速的方式填充完整或者全采样；
步骤4，根据至少一个虚拟层面内的数据计算非校准数据的区域内的其它层面的数据；
步骤5，各个虚拟层面根据原始的相位循环机制，将真实层面解出；
步骤6，将每个真实层面数据进行后续重建处理，变换到图像域，得到最终各层面图像。
在优选的实施方式中，计算校准数据区域内的数据的方法为：建立映射关系A*Nn1＝B，*为卷积运算；其中A为虚拟层面1的数据，B为虚拟层面n的目标数据，Nn1为映射系数；利用映射系数Nn1将所有虚拟层面校准数据区域欠采样部分补充完毕。
在优选的实施方式中，计算非校准数据的区域内的其它层面的数据的方法为：对于某个已经填充完整的虚拟层面，根据现有数据，建立该虚拟层面到其余层面的映射，得到映射系数N23～Nn3；根据N23～Nn3以及映射关系，利用现有数据补充完整所有的虚拟层面。
在优选的实施方式中，n层为2层。
在优选的实施方式中，任一虚拟层面上的数据是由如下方式组成的：任两个相邻相位编码处的数据其中一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相加，另一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相减而得到。
在优选的实施方式中，相邻两个虚拟层面上的数据是由如下方式组成的：任两个上下方向相邻相位编码处的数据其中一个是由两个真实层面在该相位 编码处的数据相加，另一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相减而得到。
在优选的实施方式中，(A1+A2)/2＝B1，(A2-A1)/2＝B2，其中，A1为虚拟层面1的数据，A2为虚拟层面2的数据，B1为实际层面1的数据，B2为实际层面2的数据。
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：
采集模块，被配置为以CAIPIRINHA方式采集数据，其中，该数据包括n个虚拟层面数据；
校准模块，被配置为计算校准数据区域内的数据，在该区域内，至少有一个虚拟层面全采样，其余的虚拟层面至少采集一条数据线；其中，校准数据是虚拟层面数据的一部分，至少有一个虚拟层面可以通过层面内并行采集加速的方式填充完整或者全采样；根据至少一个虚拟层面内的数据计算非校准数据的区域内的其它层面的数据；
计算模块，被配置为各个虚拟层面根据原始的相位循环机制，将真实层面解出；
重建模块，被配置为将每个真实层面数据进行后续重建处理，变换到图像域，得到最终各层面图像。
在优选的实施方式中，所述虚拟层面为两层。
在优选的实施方式中，任一虚拟层面上的数据是由如下方式组成的：任两个相邻相位编码处的数据其中一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相加，另一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相减而得到。
与现有技术相比，本发明的的磁共振片层层面加速方法和磁共振成像装置可以实现校准数据的高效使用，使得校准数据的采集量得到减少，从而减少采集的总时间。
【附图说明】
图1是传统的GRAPPA算法的示意图。
图2是现有技术中GRAPPA算法和CAIPIRINHA算法结合后的示意图。
图3是本发明磁共振片层层面加速方法的示意图。
图4a是计算校准数据部分第一虚拟层面到第二虚拟层面的映射系数N1的示意图。
图4b是通过映射系数N1计算另一层的校准数据的示意图。
图5a是计算虚拟层面2到虚拟层面1的映射系数N3的示意图。
图5b是通过映射系数N3计算另一层的数据的示意图。
图6是本发明通过虚拟层面计算实际层面的示意图。
图7是本发明获得的图像和传统方案获得的图像的对比图。
图8是本发明的磁共振成像装置的模块图。
【具体实施方式】
本发明的磁共振片层层面加速方法是通过以下技术方案实现：一种磁共振片层层面加速方法，其包括如下步骤：
步骤1，以CAIPIRINHA方式采集数据，其中，该数据包括n个虚拟层面数据；
步骤2，计算校准数据区域内的数据，在该区域内，至少有一个虚拟层面全采样，其余的虚拟层面至少采集一条数据线，其中，校准数据是虚拟层面数据的一部分。其中，建立映射关系A*Nn1＝B，*为卷积运算，A为虚拟层面1的数据，B为虚拟层面n的目标数据，Nn1为映射系数。利用映射系数Nn1将所有虚拟层面校准数据区域欠采样部分补充完毕。在本实施方式中，校准区域内的数据层数和虚拟层面的数据层数相同，且在纵向上的各层的数据是一一对应。
步骤3，至少有一个虚拟层面可以通过层面内并行采集加速的方式填充完整或者全采样，其中，该并行采集加速方法为现有技术中的GRAPPA等方法；
步骤4，根据至少一个虚拟层面内的数据计算非校准数据的区域内的其它层面的数据。其中，对于某个已经填充完整的虚拟层面，根据现有数据，建立该虚拟层面到其余层面的映射，得到映射系数N23～Nn3；根据N23～Nn3以及映射关系，利用现有数据补充完整所有的虚拟层面。
步骤5，各个虚拟层面根据原始的相位循环机制，将真实层面解出；
步骤6，将每个真实层面数据进行后续重建处理，变换到图像域，得到最终各层面图像。
同时激发n个层面，每个层面激发时K空间相位编码方向有不同的相位循环，对于按照这样的方式得到的层面，称为虚拟层面，虚拟层面之间需满足每两个虚拟层面之间，激发的n个层面至少有一层相位循环不同。
为了叙述方便，以两层加速的方式进行说明。
校准数据采集策略如图3所示，图形的含义见图中的解释。这里所谓的虚拟层面的意义是，该层面不是真正的层面，而是多个层面混合以后的总层面数据；不同的虚拟层面，数据混合的方式不同，参见文献Magnetic Resonance in Medicine 53：684-691(2005)。
任两个相邻相位编码处的数据，其中一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相加，另一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相减而得到。
任两个上下方向相邻相位编码处的数据，其中一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相加，另一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相减而得到。
按照本策略，校准数据部分，只有一个虚拟层面需要满采样，其余的虚拟层面校准数据部分可以欠采样，但要采集部分(至少一条)数据。欠采样数据的填充，按照如下方式进行，首先如图4所示，在填充校准数据中，欠采样部分，建立映射关系A*N1＝B，*为卷积运算；其中A为虚拟层面1的数据或虚拟层面1的数据经过某种运算处理后的数据，如线性运算，B为虚拟层面2的目标数据，N1为映射系数；根据两个层面都采集的区域，求得系数N1；然后按照同样的映射关系，计算出虚拟层面2的欠采样区域。
然后虚拟层面2中得到了满采样的校准数据，利用该校准数据计算合并系数N2，然后利用N2以及层面2中现有数据对欠采样区域进行填充。其中，可以通过GRAPPA等并行采集方法对虚拟层面2的欠采样区域进行填充。
如图5，根据虚拟层面2现有数据，以及虚拟层面1现有数据，建立从虚拟层面2到虚拟层面1的映射，得到映射系数N3，然后根据N3填充虚拟层面1。这个过程与图4类似。
如图6，最后根据填充完毕的虚拟层面1以及虚拟层面2进行运算，(A1+A2)/2＝B1，(A2-A1)/2＝B2，其中，A1为虚拟层面1的数据，A2为虚拟层面2的数据，B1为实际层面1的数据，B2为实际层面2的数据实际层面的数据经过后续处理变换到图像域，得到最终图像。
图7所示，为重建结果。从该图中可得知，通过本方案获得的图像质量和传统方案获得的图像质量是一样的。
请参阅图8所示，本发明还公开了一种磁共振成像装置，其包括：
采集模块，被配置为以CAIPIRINHA方式采集数据，其中，该数据包括n个虚拟层面数据；
校准模块，被配置为计算校准数据区域内的数据，在该区域内，至少有一 个虚拟层面全采样，其余的虚拟层面至少采集一条数据线；其中，校准数据是虚拟层面数据的一部分，至少有一个虚拟层面可以通过层面内并行采集加速的方式填充完整或者全采样；根据至少一个虚拟层面内的数据计算非校准数据的区域内的其它层面的数据；
计算模块，被配置为各个虚拟层面根据原始的相位循环机制，将真实层面解出；
重建模块，被配置为将每个真实层面数据进行后续重建处理，变换到图像域，得到最终各层面图像。
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 (7)

1.一种磁共振片层层面加速方法，其包括如下步骤：
步骤1，以CAIPIRINHA方式采集数据，其中，该数据包括n个虚拟层面数据；
步骤2，计算校准数据区域内的数据，在该区域内，至少有一个虚拟层面全采样，其余的虚拟层面至少采集一条数据线，其中，校准数据是虚拟层面数据的一部分；
步骤3，至少有一个虚拟层面可以通过层面内并行采集加速的方式填充完整或者全采样；
步骤4，根据至少一个虚拟层面内的数据计算非校准数据的区域内的其它层面的数据；
步骤5，各个虚拟层面根据原始的相位循环机制，将真实层面解出；
步骤6，将每个真实层面数据进行后续重建处理，变换到图像域，得到最终各层面图像。
2.如权利要求1所述的磁共振片层层面加速方法，其特征在于：计算校准数据区域内的数据的方法为：建立映射关系A*Nn1＝B，*为卷积运算；其中A为虚拟层面1的数据，B为虚拟层面n的目标数据，Nn1为映射系数；利用映射系数Nn1将所有虚拟层面校准数据区域欠采样部分补充完毕。
3.如权利要求2所述的磁共振片层层面加速方法，其特征在于：计算非校准数据的区域内的其它层面的数据的方法为：对于某个已经填充完整的虚拟层面，根据现有数据，建立该虚拟层面到其余层面的映射，得到映射系数N23～Nn3；根据N23～Nn3以及映射关系，利用现有数据补充完整所有的虚拟层面。
4.如权利要求2所述的磁共振片层层面加速方法，其特征在于：n层为2层。
5.如权利要求4所述的磁共振片层层面加速方法，其特征在于：任一虚拟层面上的数据是由如下方式组成的：任两个相邻相位编码处的数据其中一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相加，另一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相减而得到。
6.如权利要求4所述的磁共振片层层面加速方法，其特征在于：相邻两个虚拟层面上的数据是由如下方式组成的：任两个上下方向相邻相位编码处的数据其中一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相加，另一个是由两个真实层面在该相位编码处的数据相减而得到。
7.如权利要求4所述的磁共振片层层面加速方法，其特征在于：(A1+A2)/2＝B1，(A2-A1)/2＝B2，其中，A1为虚拟层面1的数据，A2为虚拟层面2的数据，B1为实际层面1的数据，B2为实际层面2的数据。
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