CN106264530B - 用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统 - Google Patents

用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106264530B
CN106264530B CN201610965455.6A CN201610965455A CN106264530B CN 106264530 B CN106264530 B CN 106264530B CN 201610965455 A CN201610965455 A CN 201610965455A CN 106264530 B CN106264530 B CN 106264530B
Authority
CN
China
Prior art keywords
echo
acquisition
signal
coordinate
magnetic resonance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610965455.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106264530A (zh
Inventor
朱艳春
李硕
杨洁
谢耀钦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Shen Tech Advanced Cci Capital Ltd
Shenzhen National Research Institute of High Performance Medical Devices Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS filed Critical Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority to CN201610965455.6A priority Critical patent/CN106264530B/zh
Publication of CN106264530A publication Critical patent/CN106264530A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106264530B publication Critical patent/CN106264530B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

本申请提出一种用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统，该方法包括：建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例得到；根据采集轨迹确定扫描的时间序列和磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度；根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据。该方法能够实现三维k空间数据的连续采集，使采集到的k空间数据在任意时间窗内都近似均匀分布，避免在重建图像中产生条纹伪影，实现高时间分辨率的三维动态磁共振成像。

Description

用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统
技术领域
本申请涉及三维动态磁共振成像技术领域，尤其涉及一种用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统。
背景技术
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是利用核磁共振现象，激发人体中的自旋核，然后接收自旋核子释放的电磁信号，重建出人体组织图像信息，具有无辐射，多对比度成像和软组织对比度高等优点，目前已经成为临床医学检查的一种重要工具。磁共振成像过程中采集得到的数据叫k空间数据，所有数据整体组成k空间，所用的采集轨迹叫k空间轨迹，对k空间数据进行重建可以得到磁共振图像。三维动态磁共振成像是利用磁共振成像方法对人体组织器官的动态生理过程(如心脏跳动，药物代谢等)进行跟踪成像的一种技术，该技术通过对一特定的成像空间进行连续重复的扫描，得到一系列与时间相关的k空间数据，通过对这些数据筛选重建可以得到一组随时间变化的动态图像，通过对动态图像做数据分析可以获得一系列反映病变发生、发展过程中生物学和病理生理学信息的定量或半定量参数，对研究和诊断都有重要价值。动态磁共振成像技术已经广泛应用于如心脏电影磁共振成像(Cardiac Cine MRI)，动态对比度增强磁共振成像(Dynamic ContrastEnhanced MRI，DCE-MRI)等领域。
在这类动态磁共振成像技术中，由于受到三维k空间数据采集时间的限制，时间分辨率较低。在近似周期性运动的器官成像，如心脏电影三维成像中，虽然可以采用多运动周期重复采集和回顾性重建方法来提高时间分辨率，但受到采集方案的限制，很难保证任意时间窗内采集到的k空间数据都近似均匀分布。
目前的三维动态磁共振成像采集方法都是重复采集部分或者全部k空间数据得到的，比如三维笛卡尔采集和三维径向采集。三维笛卡尔采集方法是通过选层梯度编码和相位编码实现两个维度上的编码，然后通过频率编码实现第三维度上的数据采集，以此实现对三维k空间的填充。三维径向采集方法通过对选层，相位和频率三个方向同时编码采集实现对三维k空间的填充。对于这两类方法，重建一组三维动态图像需要重复采集全部或大量的三维k空间数据，因此时间分辨率较低，且图像重建时需要选择特定时间窗内的k空间数据，采集完一个时间窗再进行下一个时间窗采集，以保证k空间数据均匀分布，因此图像重建的自由性受到限制。此外还有笛卡尔和径向混合采集方法，该方法在平面内采用径向采集，在选层梯度方向采用笛卡尔采集，虽然通过欠采样采集可以一定程度上降低采集时间，但是k空间数据均匀性仍然受到某一维度编码方案的限制，动态成像的时间分辨率难以提高，此外，由于采用了径向采集方式，因此在重建图像中容易受到条纹伪影的影响，尤其是在欠采样重建中。此外，现有动态磁共振成像技术大多是通过对后期筛选重组的数据重建来实现动态成像的，因此一般很难获得连续的动态图像。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本申请的一个目的在于提出一种适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法及系统，可以实现三维k空间数据的连续采集，使采集到的k空间数据在任意时间窗内都近似均匀分布，提高三维动态磁共振成像的时间分辨率，并避免在重建图像中受到条纹伪影的影响。
为达到上述目的，本申请实施例提出的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法，包括：建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到；根据所述采集轨迹确定磁共振扫描的时间序列，并计算磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度；根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据。
为达到上述目的，本申请实施例提出的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统，包括：建模模块，用于建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到；计算模块，用于根据所述采集轨迹确定磁共振扫描的时间序列，并计算磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度；采集模块，用于根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据。
本申请实施例提供的技术方案，能够采集均匀的k空间数据，进而提高动态成像的时间分辨率，具体优点如下：
1、均匀性方面：可以实现任意长度时间窗内、任意位置时间窗内、任意组合时间窗内采集的数据，在笛卡尔k空间内都近似均匀分布。因此，在进行图像重建时数据的选择具有较高的自由性，通过适当的图像重建方法可以获得具有较高时间分辨率的动态影像，并避免在重建图像中受到条纹伪影的影响。
2、重建速度：能够适用于常见的重建方法，重建简单，并能够使计算得到的采集坐标能够对应笛卡尔网格点，重建速度更快。
3、应用方面：有利于对动态生理过程进行三维磁共振成像(如动态对比度增强磁共振成像，DCE-MRI)，还有利于对近似周期性运动的器官进行三维磁共振成像(如心脏，胃，肺等)。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法的流程示意图；
图2是本申请一实施例的确定笛卡尔k空间采集回波坐标的流程示意图；
图3是本申请另一实施例的确定笛卡尔k空间数据采集回波坐标的流程示意图；
图4是本申请一实施例采集到的笛卡尔k空间的数据分布情况示意图；
图5是本申请一实施例的动态磁共振图像重建中k空间时间窗的三种选择模式的示意图；
图6是本申请一具体实施例的相应不同的时间窗选择模式下的k空间数据均匀性对比示意图；
图7是本申请一实施例的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统的结构示意图；
图8是本申请另一实施例的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
图1是本申请一实施例提出的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：
步骤101，建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到。
步骤102，根据所述采集轨迹确定磁共振扫描的时间序列，并计算磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度。
步骤103，根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据。
具体地，本实施例采集的三维k空间整体是一个立方体。在三维笛卡尔k空间中，回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到，通过采集符合上述轨迹的回波信号最终实现对三维笛卡尔k空间的填充。
本申请实施例由于三维笛卡尔k空间不采用径向采集方式，能够适应现有的图像重建技术，避免条纹伪影的影响，且重建简单。由于回波信号沿同方向采集，通过采集方向垂直平面内的坐标即可确定回波信号的位置，平面内的采集位置根据二维黄金分割比例计算得出，可以使采集到的k空间数据更均匀，重建得到高时间分辨率的连续三维动态图像。
下面将以频率编码方向沿x轴方向，相位编码方向沿y轴方向，选层编码方向沿z轴方向为例对本申请的实施例进行阐述。实际应用中这三个编码方向与坐标轴的对应关系可以根据需要调整，但都属于本专利的保护范围。
根据本申请一个实施例，可以根据二维黄金分割比例系数计算对应的相位编码和选层编码。具体地，二维黄金分割比例系数为GR1和GR2，是根据广义斐波那契数列的特征向量得到的，取小数点后四位后，GR1≈0.4656，GR2≈0.6823。计算二维黄金分割比例系数的基本步骤如下：
1.求解二维斐波那契变换矩阵的特征值；
2.求解与对应的特征矢量d；
3.取特征矢量d中非1的两个数值作为二维黄金分割比例系数GR1和GR2，GR1≈0.4656，GR2≈0.6823。
详细的计算方法在文献[Gao S,Zhu YC,Li S,Bao SL(2014)An optimaldirection strategy of diffusion sensitive gradient mangnetic fields inmagnetic resonance diffusion tensor imaging based on generalized Fibonaccisequence.Acta Physica Sinica 63]中有详细介绍，在此不再赘述。
基于以上，本发明实施例能够在任意时间窗内提供近似均匀的k空间分布。这有利于提高动态成像的时间分辨率，以及图像重建时k空间数据选择的自由性。在动态对比度增强磁共振成像中，高时间分辨率能够提供更精确的组织器官生理代谢过程，有利于帮助对疾病的进一步研究与诊断。
假设k空间的分辨率为：Resx×Resy×Resz，其中Resx，Resy，Resz分别表示x，y，z方向的编码数。由于回波信号沿同方向采集，通过采集方向垂直平面内的坐标即可确定回波信号的位置，因此每次采集回波的位置均可由平面坐标中y、z两个参数确定。因此，如果要实现高时间分辨率的三维k空间采集，只需优化y和z这两个参数。下面介绍本申请实施例的两种相位编码和选层编码在k空间中yOz平面上对应位置的计算方法。
根据本申请的一个实施例，如图2所示，回波信号的采集轨迹通过以下步骤计算：
1)设第i次采集的回波信号在与之垂直平面内的平面坐标为(yi,zi)，初始回波的编号为i＝i0。
2)根据二维黄金分割比例系数计算所述平面坐标(yi,zi)。
具体地，yi和zi分别与GR1，GR2对应，在本申请一个实施例中可根据下式计算平面坐标(yi,zi)：
yi＝mod(i×GR1,1)×Resy,zi＝mod(i×GR2,1)×Resz
或者，
yi＝mod(i×GR2,1)×Resy,zi＝mod(i×GR1,1)×Resz
其中，mod(a,b)为求a/b的余数。
得到的yi和zi用于设定第i次采集的回波在k空间yOz平面内的位置。
3)根据预设截止条件判断采集是否结束，即第i次采集的回波信号是否为采集的最后一条回波信号。
其中，预设的截止条件由人为设定，例如是采集时间为20分钟，或者，采集10万次回波信号等。
4)若是，则采集结束，否则使i＝i+1，重复1)到3)直至采集结束。
根据本申请的一个实施例，上述回波采集的所述初始回波的编号i0可以为任意自然数，能够从任意位置一条采集轨迹开始采集回波信号对k空间进行填充。
在本申请的另一个实施例中，还可以通过另外一种方法根据二维黄金分割比例系数计算所述平面坐标(yi,zi)：将(yi,zi)的计算值分配到该平面内最近的整数网格点上；在预设范围内对所述整数网格点的坐标进行查重；当不存在相同坐标时，将所述整数网格点的坐标作为采集所述回波信号的平面坐标；若已存在相同坐标，则根据二维黄金分割比例系数计算平面坐标(yi+1,zi+1)。还可以将每次计算的回波信号的平面坐标预先存入数组中；在采集k空间数据时调用所述数组来确定回波信号的采集轨迹。如图3所示，确认采集轨迹的过程如下：
201)设定一个可以存储二维坐标的空数组M＝[]。
202)设第i次采集的回波在k空间yOz平面内坐标为：(yi,zi)。令j＝i。(初始值i＝i0)
203)判断i是否大于Resy×Resz。
如果是，则执行204)，如果否，则执行205)。
204)令M(i)＝M(i-Resy×Resz),(yi,zi)＝M(i)。进入209)。
205)计算ry＝round(mod(j×GR1,1)×Resy),rz＝round(mod(j×GR2,1)×Resz)。
其中mod(a,b)为计算a/b的余数，round(c)为对c做四舍五入计算。
206)查找M中是否存在点坐标值(ry,rz)。
如果不存在，执行207)，如果存在，执行208)。
207)令M(i)＝(ry,rz)，且(yi,zi)＝M(i)，得到的yi和zi用于设定第i次采集的回波在k空间yOz平面内的位置。
208)令j＝j+1。重复205)到206)。
209)根据预设截止条件判断采集是否结束。
如果是，则结束采集，否则i＝i+1，重复202)到209)直至采集结束。
具体地，将计算得到的yi和zi分配到相应最近的k空间平面内的整数网格点上。如果该网格点的坐标在设定的连续时间窗内存在，则按照二维黄金分割比例继续计算下一个二维坐标值，直至得到的整数网格点的坐标值在设定的连续时间窗内不存在，然后将该坐标值设定为本次采集回波的平面坐标。优选的，设定的连续时间窗与k空间分辨率对应，数组M可以根据设定的k空间分辨率预先计算得到。在实际扫描中每次采集回波可以按顺序调用M中的这些坐标值，确定每次采集的回波所对应的相位编码和选层编码的位置。值得注意的是，M只需存储前(Resy×Resz)个值，此后的采集循环调用M即可。M的计算方法与上述方法相近，可通过编程手段实现，在此不再赘述。
根据本申请的一个实施例，为了采集得到符合采集轨迹的k空间数据，磁共振成像系统在x，y，z三个坐标方向均使用对应的物理梯度磁场。计算磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度，可以根据第i次采集轨迹上各个采集点坐标xi，yi，zi计算第i次采集时所需施加的三个方向磁场的编码梯度。在不考虑实际硬件条件等限制时，第i次采集时所施加的编码梯度Gx,y,z与xi，yi，zi的关系可由下式描述：
其中，kx,y,z为第i次采集轨迹在k空间内的坐标，对应于xi，yi和zi；γ为旋磁比，t为梯度施加的时间。
在所述根据所述编码采集相应的k空间数据之后，通过对所述k空间数据进行处理，可以重建得到连续的三维动态图像。
本申请实施例可以实现在任意时间窗内采集的数据在三维笛卡尔k空间内都近似均匀分布，结合欠采样重建技术可以实现高时间分辨率的动态磁共振图像重建，并且可以实现连续的运动或动态成像。下面通过具体模拟实验评估采用本申请实施例的方法采集到的k空间数据的均匀性。
以回波方向沿x方向、k空间分辨率为100×100×100，连续采集1000次和10000次回波为例，图4是使用本发明实施例的方法采集得到的两种k空间在yOz平面内的坐标点分布情况。将采用步骤1)-4)的记为方法1，采用步骤201)-207)的记为方法2，图4中的(a)、(b)两列分别是使用方法1和方法2连续采集1000次和10000次回波的结果。
为了评估k空间数据在yOz平面内的均匀性，可计算每个点与之邻域内所有点的平均距离，然后统计所有这些距离值的标准差，标准差越趋近于0，表示每个点与之邻域内所有点之间的距离越相近，即表示分布越均匀。每个点的邻域范围为以该点为中心半径为R的圆域，R由下式确定：其中T为采集总次数，Resy与Resz为y和z方向的分辨率，即编码数。图5为动态磁共振图像重建中k空间数据的三种选择模式，其中(a)为不同的连续采集次数，即不同长度的时间窗，(b)为不同位置的时间窗，(c)为不同时间窗的组合。图6给出了相应不同的时间窗选择模式下的k空间数据分布均匀性对比，包括不同的采集次数(a)、不同的时间窗位置(b)以及不同的时间窗组合(c)三种条件下两种方法采集到的笛卡尔k空间数据的平均距离值标准差对比，其中(b)和(c)的采集次数为5000。
由图4-6的评估结果可以看出，用本发明实施例提出的采集方法采集的k空间数据在笛卡尔k空间内均匀性很好，本发明提出的两种方法在三种不同k空间数据选择模式下的统计标准差都很小，接近于0，证明采用本发明方法得到的k空间数据具有较好的空间均匀性。
综上所述，本发明实施例的笛卡尔k空间采集方法具备如下优点：
1、均匀性方面：可以实现任意长度时间窗内、任意位置时间窗内、任意组合时间窗内采集的数据，在笛卡尔k空间内都近似均匀分布。因此，在进行图像重建时数据的选择具有较高的自由性，通过适当的图像重建方法可以获得具有较高时间分辨率的动态影像，并避免在重建图像中受到条纹伪影的影响。
2、重建速度：能够适用于常见的重建方法，重建简单，并能够使计算得到的采集坐标能够对应笛卡尔网格点，重建速度更快。
3、应用方面：有利于对动态生理过程进行三维磁共振成像(如动态对比度增强磁共振成像，DCE-MRI)，还有利于对近似周期性运动的器官进行三维磁共振成像(如心脏，胃，肺等)。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统解决问题的原理与适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法相似，因此适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统的实施可以参见适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图7是本申请一实施例的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统的结构示意图。本实施例的系统可以为实现相应功能的逻辑部件构成，也可以为运行有相应功能软件的电子设备。如图7所示，该适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统包括：建模模块10、计算模块20和采集模块30。
具体地，建模模块10用于建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到。
计算模块20用于根据所述采集轨迹确定磁共振扫描的时间序列，并计算磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度。
采集模块30用于根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据。
图8所示是本申请另一实施例的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统的结构示意图。如图8所示，在图7的基础上，建模模块10还包括计算单元11、网格化单元12、去重单元13和存储单元14。
具体地，所述建模模块10还用于通过以下步骤确定回波信号的采集轨迹：
1)设回波信号沿x轴方向采集，第i次采集的回波信号在与之垂直平面内的平面坐标为(yi,zi)，初始回波的编号为i＝i0；
2)根据二维黄金分割比例系数计算平面坐标(yi,zi)；
3)根据预设截止条件判断采集是否结束，即第i次采集的回波信号是否为采集的最后一条回波信号；
4)若是，则采集结束，否则使i＝i+1，重复1)到3)直至采集结束。
其中，所述二维黄金分割比例系数为GR1，GR2，GR1≈0.4656，GR2≈0.6823；所述回波信号在垂直平面内两个方向的坐标分别与GR1、GR2对应。
其中，所述初始回波的编号i0可以为任意自然数。
建模模块10还包括计算单元11，当三维k空间的分辨率为Resx×Resy×Resz，回波信号沿x轴方向采集时，通过下式计算所述回波信号在垂直平面yOz内的平面坐标(yi,zi)：
yi＝mod(i×GR1,1)×Resy,zi＝mod(i×GR2,1)×Resz
或者，
yi＝mod(i×GR2,1)×Resy,zi＝mod(i×GR1,1)×Resz
其中，mod(a,b)为求a/b的余数。
网格化单元12用于将(yi,zi)的计算值分配到该平面内最近的整数网格点上。
去重单元13用于在预设范围内对所述整数网格点的坐标进行查重，若不存在相同坐标，将所述整数网格点的坐标作为采集所述回波信号的平面坐标；若已存在相同坐标，则根据二维黄金分割比例系数计算平面坐标(yi+1,zi+1)。
存储单元14用于预先存储每次计算的回波信号的平面坐标。
所述采集模块30还用于在采集k空间数据时调用所述存储单元中的坐标来确定回波信号的采集轨迹。
本实施例的装置可以实现三维k空间数据的连续采集，提高三维动态磁共振成像的时间分辨率，具体体现为如下优点：
1、均匀性方面：可以实现任意长度时间窗内、任意位置时间窗内、任意组合时间窗内采集的数据，在笛卡尔k空间内都近似均匀分布。因此，在进行图像重建时数据的选择具有较高的自由性，通过适当的图像重建方法可以获得具有较高时间分辨率的动态影像，并避免在重建图像中受到条纹伪影的影响。
2、重建速度：能够适用于常见的重建方法，重建简单，并能够使计算得到的采集坐标能够对应笛卡尔网格点，重建速度更快。
3、应用方面：有利于对动态生理过程进行三维磁共振成像(如动态对比度增强磁共振成像，DCE-MRI)，还有利于对近似周期性运动的器官进行三维磁共振成像(如心脏，胃，肺等)。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法，其特征在于，包括：
建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到；
根据所述采集轨迹确定磁共振扫描的时间序列，并计算磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度；
根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据；
所述回波信号的采集轨迹的计算方法，包括以下步骤：
1)设回波信号沿x轴频率编码方向采集，第i次采集的回波信号在与之垂直平面内的平面坐标为(yi,zi)，初始回波的编号为i＝i0；
2)根据二维黄金分割比例系数计算所述平面坐标(yi,zi)；
3)根据预设截止条件判断采集是否结束，即第i次采集的回波信号是否为采集的最后一条回波信号；
4)若是，则采集结束，否则使i＝i+1，重复1)到3)直至采集结束；
所述二维黄金分割比例系数为GR1，GR2，GR1≈0.4656，GR2≈0.6823；所述回波信号在垂直平面内两个方向的坐标分别与GR1、GR2对应；
设三维k空间的分辨率为Resx×Resy×Resz，回波信号沿x轴方向采集，则通过下式计算所述回波信号在垂直平面yOz内的平面坐标(yi,zi)：
yi＝mod(i×GR1,1)×Resy,zi＝mod(i×GR2,1)×Resz
或者，
yi＝mod(i×GR2,1)×Resy,zi＝mod(i×GR1,1)×Resz
其中，mod(a,b)为求a/b的余数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维笛卡尔坐标系下的三个坐标方向分别与频率编码方向、相位编码方向、选层编码方向一一对应。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据二维黄金分割比例系数计算平面坐标(yi,zi)还包括：
将(yi,zi)的计算值分配到该平面内最近的整数网格点上；
在预设范围内对所述整数网格点的坐标进行查重；
当不存在相同坐标时，将所述整数网格点的坐标作为采集所述回波信号的平面坐标；
若已存在相同坐标，则根据二维黄金分割比例系数计算平面坐标(yi+1,zi+1)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定模型中回波信号的采集轨迹，还包括：
将每次计算的回波信号的平面坐标预先存入数组中；
在采集k空间数据时调用所述数组来确定回波信号的采集轨迹。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，回波采集的所述初始回波的编号i0为任意自然数。
6.一种适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统，其特征在于，包括：
建模模块，用于建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到；
计算模块，用于根据所述采集轨迹确定磁共振扫描的时间序列，并计算磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度；
采集模块，用于根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据；
所述建模模块具体用于通过以下步骤确定回波信号的采集轨迹：
1)设回波信号沿x轴频率编码方向采集，第i次采集的回波信号在与之垂直平面内的平面坐标为(yi,zi)，初始回波的编号为i＝i0；
2)根据二维黄金分割比例系数计算平面坐标(yi,zi)；
3)根据预设截止条件判断采集是否结束，即第i次采集的回波信号是否为采集的最后一条回波信号；
4)若是，则采集结束，否则使i＝i+1，重复1)到3)直至采集结束；
所述二维黄金分割比例系数为GR1，GR2，GR1≈0.4656，GR2≈0.6823；所述回波信号在垂直平面内两个方向的坐标分别与GR1、GR2对应；
所述建模模块包括：
计算单元，用于当三维k空间的分辨率为Resx×Resy×Resz，回波信号沿x轴方向采集时，通过下式计算所述回波信号在垂直平面yOz内的平面坐标(yi,zi)：
yi＝mod(i×GR1,1)×Resy,zi＝mod(i×GR2,1)×Resz
或者，
yi＝mod(i×GR2,1)×Resy,zi＝mod(i×GR1,1)×Resz
其中，mod(a,b)为求a/b的余数。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述建模模块还包括：
网格化单元，用于将(yi,zi)的计算值分配到该平面内最近的整数网格点上；
去重单元，用于在预设范围内对所述整数网格点的坐标进行查重，若不存在相同坐标，将所述整数网格点的坐标作为采集所述回波信号的平面坐标；若已存在相同坐标，则根据二维黄金分割比例系数计算平面坐标(yi+1,zi+1)。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述建模模块还包括：
存储单元，用于预先存储每次计算的回波信号的平面坐标；
其中，所述采集模块还用于在采集k空间数据时调用所述存储单元中的坐标来确定回波信号的采集轨迹。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述初始回波的编号i0为任意自然数。
CN201610965455.6A 2016-11-04 2016-11-04 用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统 Active CN106264530B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610965455.6A CN106264530B (zh) 2016-11-04 2016-11-04 用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610965455.6A CN106264530B (zh) 2016-11-04 2016-11-04 用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106264530A CN106264530A (zh) 2017-01-04
CN106264530B true CN106264530B (zh) 2019-08-23

Family

ID=57719403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610965455.6A Active CN106264530B (zh) 2016-11-04 2016-11-04 用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106264530B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107703467A (zh) * 2017-08-21 2018-02-16 深圳先进技术研究院 三维动态磁共振成像的采集方法、装置、设备及存储介质
US11435419B2 (en) * 2018-05-10 2022-09-06 Siemens Healthcare Gmbh Streak artifact reduction in magnetic resonance imaging
US10928473B2 (en) * 2018-09-17 2021-02-23 General Electric Company Methods and systems for reduced shading and blurring in magnetic resonance imaging
CN111077486A (zh) * 2018-10-19 2020-04-28 深圳先进技术研究院 三维正对比磁共振成像方法、装置、设备和存储介质
US11550013B2 (en) * 2020-09-30 2023-01-10 GE Precision Healthcare LLC Systems and methods of silent multi-gradient echo dynamic magnetic resonance imaging
CN112557978B (zh) * 2020-11-26 2022-03-25 上海交通大学 一种基于三维非笛卡尔轨迹的多回波采样方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2145199B1 (en) * 2007-04-27 2018-12-12 Koninklijke Philips N.V. Magnetic resonance device and method for propeller mri
DE102013210947B4 (de) * 2013-06-12 2019-01-10 Siemens Healthcare Gmbh Radiale MR-Abtastung unter Verwendung des Goldenen Winkels
US10545208B2 (en) * 2014-04-25 2020-01-28 New York University System, method and computer-accessible medium for rapid real-time cardiac magnetic resonance imaging utilizing synchronized cardio-respiratory sparsity

Also Published As

Publication number Publication date
CN106264530A (zh) 2017-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106264530B (zh) 用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统
CN106264529B (zh) 用于三维动态磁共振成像的圆柱形k空间采集方法和系统
CN103211596B (zh) 用于运动修正mr扩散成像的系统
CN103477238B (zh) 采用来自先验采集的约束的压缩感测mr图像重建
US6505064B1 (en) Diagnostic imaging systems and methods employing temporally resolved intensity tracing
CN101843486B (zh) 利用卧榻连续移动的磁共振投影血管造影
US9983286B2 (en) SAR reduction in fast advanced spin echo (FASE) or single-shot fast spin echo (SS-FSE) imaging
CN106997034B (zh) 基于以高斯模型为实例整合重建的磁共振扩散成像方法
CN1698537B (zh) 冠状动脉的时间分辨的对比度增强的磁共振投影成像
CN108957375A (zh) 磁共振成像方法、装置、设备及存储介质
CN107730567B (zh) 医学成像方法及系统
JP2005503874A (ja) 浮動式テーブル投影イメージングを使用した磁気共鳴血管造影法
WO2011082225A1 (en) System and method for combined time-resolved magnetic resonance angiography and perfusion imaging
CN107037385B (zh) 数字mri图谱的构建方法及设备
JP7272818B2 (ja) データ処理装置、方法及びプログラム
CN102914754A (zh) 用于产生磁共振照片的方法
CN109917315A (zh) 磁共振成像扫描方法、装置、计算机设备和存储介质
CN116774121A (zh) 磁共振成像系统和方法
CN106308799B (zh) 用于三维动态磁共振成像的球形k空间采集方法和装置
CN110095742A (zh) 一种基于神经网络的平面回波成像方法和装置
Lo et al. Realistic 4D MRI abdominal phantom for the evaluation and comparison of acquisition and reconstruction techniques
US9968276B2 (en) System and method for imaging of the vascular components with temporal information and suppressed blood pools using magnetic resonance imaging
US20070055138A1 (en) Accelerated whole body imaging with spatially non-selective radio frequency pulses
JP5294879B2 (ja) 磁気共鳴イメージング装置
Sampath et al. Automatic 3D tracking of cardiac material markers using slice-following and harmonic-phase MRI

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200825

Address after: Room A101, building 1, Yinxing Zhijie phase II, No. 1301-76, sightseeing Road, Xinlan community, Guanlan street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee after: Shenzhen National Research Institute of high performance Medical Devices Co.,Ltd.

Address before: Room office building No. 1068 Shenzhen Institute of advanced technology A-301 518055 in Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Shenzhen University city academy Avenue

Patentee before: Shenzhen shen-tech advanced Cci Capital Ltd.

Effective date of registration: 20200825

Address after: Room office building No. 1068 Shenzhen Institute of advanced technology A-301 518055 in Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Shenzhen University city academy Avenue

Patentee after: Shenzhen shen-tech advanced Cci Capital Ltd.

Address before: 1068 No. 518055 Guangdong city in Shenzhen Province, Nanshan District City Xili University School Avenue

Patentee before: SHENZHEN INSTITUTES OF ADVANCED TECHNOLOGY