CN106443533B - 基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法及装置 - Google Patents

基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法及装置，其中，方法包括以下步骤：对被测目标进行多次激发，采集扩散磁共振信号，并同时采集一维导航数据，其中，一维导航数据为多次激发成像回波之后采集的k空间过0点数据；通过并行成像方法向临近的k空间点插值，进而根据一维导航数据恢复出二维导航信息；根据二维导航信息对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，以得到所需图像。该成像方法不但可以减小图像变形和提高图像分辨率，并且可以去除多次激发扩散成像中的相位误差以及相位误差产生的伪影，同时提高了图像采集的效率。

Description

基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法及装置
技术领域
本发明涉及磁共振扩散成像技术领域，特别涉及一种基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法及装置。
背景技术
目前，磁共振扩散成像技术是活体测量水分子扩散运动的唯一影像手段，其通过施加扩散梯度感知水分子的微观运动，来探测组织的微细结构，既可以获得结构信息，又可以产生功能信息。
相关技术中，临床上使用的扩散成像方法通常是单次激发平面回波成像。单次激发平面回波成像的特点是扫描时间短，受被试者的运动影响较小。然而，由于沿着相位编码方向的采集带宽较小，导致在磁介质率相差较大的不同组织交界处会产生较严重的图像变形，从而限制了图像的空间分辨率。
进一步地，为了减小图像变形，提高图像分辨率，近年来提出了相关技术中的多次激发扩散成像。多次激发通过减小每次激发采集的相位编码的数目，提高采集带宽，因而能有效减少图像变形，达到较大的采集矩阵，提高空间分辨率。但是，因为施加了扩散梯度，导致运动的质子无法完全聚相，人体的生理运动会导致每次激发过程中图像会产生一个随机的相位误差。因此，为了去除多次激发扩散成像中的相位误差以及由于相位误差产生的伪影，可以在图像回波采集之后额外施加180°重聚焦脉冲后另外采集一个导航回波，利用导航回波的相位信息进行相位校正。然而，这种双回波的采集方式会延长多次激发扩散成像的扫描时间，从而降低了图像采集的效率。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法，该方法可以提高图像采集的效率，简单易实现。
本发明的另一个目的在于提出一种基于多次激发的导航磁共振扩散成像装置。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法，包括以下步骤：对被测目标进行多次激发，采集扩散磁共振信号，并同时采集一维导航数据，其中，所述一维导航数据为多次激发成像回波之后采集的k空间过0点数据；通过并行成像方法对所述一维导航数据向临近的k空间点插值，进而根据所述一维导航数据恢复出二维导航信息；根据所述二维导航信息利用校正算法对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，以得到所需图像。
本发明实施例的基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法，可以高效的采集多次激发扩散磁共振成像的导航信息，并且可以从采集到的一维导航数据中恢复出二维导航信息，从而对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，不但可以减小图像变形和提高图像分辨率，并且可以去除多次激发扩散成像中的相位误差以及相位误差产生的伪影，同时提高了图像采集的效率，简单易实现。
另外，根据本发明上述实施例的基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述采集一维导航数据进一步包括：扩散准备梯度；采集回波信号数据；在成像回波之后，根据成像数据采集完成后在梯度相位编码方向施加对应梯度后得到所述一维导航数据。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述通过并行成像方法向临近的k空间点插值，以根据所述一维导航数据恢复出二维导航信息，进而对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，进一步包括：利用并行成像算法从所述一维导航数据插值出周围的多条k空间的采集线，以获取所述二维导航信息；根据所述二维导航信息的相位信息进行扩散成像的相位校正。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据所述一维导航数据得到频率编码方向上的导航信息，并且根据插值得到的所述二维导航信息得到相位编码方向上的导航信息。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述多次激发成像回波为多次激发平面回波扩散成像或者多次激发螺旋扩散成像。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述二维导航信息利用校正算法对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，进一步包括：通过迭代的扩散成像相位校正算法利用恢复出的所述二维导航信息和扩散加权回波信号进行扩散图像伪影校正。
为达到上述目的，本发明实施例还提出了一种基于多次激发的导航磁共振扩散装置，包括：采集模块，用于对被测目标进行多次激发，采集扩散磁共振信号，并同时采集一维导航数据，其中，所述一维导航数据为多次激发成像回波之后采集的k空间过0点数据；导航重建模块，用于通过并行成像方法对所述一维导航数据向临近的k空间点插值，进而根据所述一维导航数据恢复出二维导航信息；校正模块，用于根据所述二维导航信息利用校正算法对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，以得到所需图像。
本发明实施例的基于多次激发的导航磁共振扩散成像装置，可以高效的采集多次激发扩散磁共振成像的导航信息，并且可以从采集到的一维导航数据中恢复出二维导航信息，从而对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，不但可以减小图像变形和提高图像分辨率，并且可以去除多次激发扩散成像中的相位误差以及相位误差产生的伪影，同时提高了图像采集的效率，简单易实现。
另外，根据本发明上述实施例的基于多次激发的导航磁共振扩散成像装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述采集模块包括：扩散准备单元，用于扩散准备梯度与扩散编码；图像采集单元，用于采集回波信号数据；导航采集单元，在成像回波之后，用于根据成像数据采集完成后在梯度相位编码方向施加对应梯度后，得到所述一维导航数据。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述导航重建模块包括：插值单元，用于利用并行成像算法从所述一维导航数据插值出周围的多条k空间的采集线，以获取所述二维导航信息；校正单元，用于根据所述二维导航信息的相位信息进行扩散成像的相位校正。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述校正模块还用于利用所述恢复的二维导航信息，使用校正算法对多次激发扩散磁共振图像相位进行校正，以得到所需磁共振扩散图像。
本发明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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法的流程图；
图2为根据本发明一个实施例的磁共振序列示意图；
图3为根据本发明一个实施例的成像回波和一维导航回波数据的k空间示意分布示意图；
图4为根据本发明一个实施例的采集到的一维导航数据和插值恢复出的k空间数据关系示意图；
图5为根据本发明一个实施例的采集到的一维导航信息和恢复出的二维导航信息k空间数据空间以及对应的图像的幅度和相位示意图；
图6为根据本发明一个实施例的迭代的相位校正算法实现示意图；
图7为根据本发明一个实施例的基于多次激发的导航磁共振扩散成像装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法。
图1是本发明一个实施例的基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法的流程图。
如图1所示，该基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法包括以下步骤：
在步骤S101中，对被测目标进行多次激发，采集扩散磁共振信号，并同时采集一维导航数据，其中，一维导航数据为多次激发成像回波之后采集的k空间过0点数据。
可选地，在本发明的一个实施例中，多次激发成像回波可以为多次激发平面回波扩散成像或者多次激发螺旋扩散成像。
具体而言，本发明实施例的方法适用于多次激发磁共振扩散成像技术，其中，本发明实施例的信号采集使用多次激发成像回波之前或之后直接采集k空间过0点数据作为一维导航信息的成像序列。在传统多次激发磁共振扩散序列的成像回波采集之前或之后，迅速采集一维导航数据，成像回波可以是多次激发平面回波扩散成像、多次激发螺旋扩散成像等，为方便说明，下面的说明以一维导航数据在成像回波采集之后的基于多次激发interleaved(交错采集)平面回波成像扩散成像为例。
进一步地，在本发明的一个实施例中，采集一维导航数据进一步包括：扩散准备梯度；采集回波信号数据；在成像回波之后，根据成像数据采集完成后在梯度相位编码方向施加对应梯度后，得到一维导航数据。
可以理解的是，在本发明的实施例中，磁共振扫描序列包括三部分：扩散准备梯度、成像回波采集和导航回波采集。扩散准备梯度可以采用Stejskal-Tanner形式或者twice-refocused等梯度编码形式，但也不限于这几种方法。在扩散准备梯度之后，可以进行传统的多次激发采集，该采集对应于成像回波，填充k空间的部分区域。其中，在回波信号数据采集完成之后，不再施加额外的180°重聚焦脉冲，而是在梯度相位编码方向施加对应梯度后，读出一条对应于k空间相位编码方向为0(即ky＝0)的一维数据读出，作为一维导航数据，以用于后续数据处理。需要说明的是，一维导航信息也可以放在成像回波信号采集之前梯度编码之后采集。
在本发明的一个实施例中，以一维导航数据在成像回波采集之后的基于多次激发interleaved平面回波成像扩散成像为例，对应的磁共振序列如图2所示，在扩散准备梯度和传统的成像回波采集之后，与相关技术相比，不再施加额外的180°重聚焦脉冲，而是在梯度相位编码方向施加对应梯度后，读出一条对应于k空间相位编码方向为0(即ky＝0)的一维数据读出，从而采集到一维导航数据。另外，成像回波和一维导航回波数据的k空间示意分布如图3所示，一维导航回波只采集k空间相位编码方向为0(即ky＝0)的一维数据读出。
在步骤S102中，通过并行成像方法对一维导航数据向临近的k空间点插值，进而根据一维导航数据恢复出二维导航信息。
其中，在本发明的一个实施例中，根据一维导航数据得到频率编码方向上的导航信息，并且根据插值得到的二维导航信息得到相位编码方向上的导航信息。
也就是说，对于数据采集得到的一维导航数据，只能得到在频率编码方向上的的导航信息，在相位编码方向上的导航信息将丢失，从而为了还原出二维的导航信息，对于采集到的一维导航回波，需要使用磁共振系统多通道线圈采集信息，利用并行成像的方法向邻近的k空间点插值，如GROWL并行成像算法(GRAPPA Operator for Wider RadiaL Band，LIN W,HUANG F,LI Y,REYKOWSKI A，.GRAPPA operator for wider radial bands(GROWL)with optimally regularized self-calibration[J].Magnetic Resonance inMedicine,2010,64(3):757–766.，专利Rapid parallel reconstruction for arbitraryk-space trajectories，WO 2012085810 A2)。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过并行成像方法向临近的k空间点，以根据一维导航数据恢复出二维导航信息，进而对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，进一步包括：利用并行成像算法从一维导航数据插值出周围的多条k空间的采集线，以获取二维导航信息；根据二维导航信息的相位信息进行扩散成像的相位校正。
具体而言，本发明实施例的方法利用并行成像算法，从采集的一维导航数据插值出周围的数条k空间的采集线，可以得到二维的导航信息，利用其相位信息进行扩散成像的相位校正。其中，在插值的参数可以从额外扫描的多通道k空间数据计算，也可以从不施加扩散梯度的多次激发平面回波成像的k空间数据集中计算获得。
在步骤S103中，根据二维导航信息利用校正算法对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，以得到所需图像。
举例而言，采集到的一维导航数据和插值恢复出的k空间数据关系示意图如图4所示，一维导航回波只采集k空间相位编码方向为0(即ky＝0)的一维导航数据，从采集的一维导航数据插值恢复出ky＝0周围的数条k空间的采集线，从而可以得到二维的导航信息。另外，采集到的一维导航信息和恢复出的二维导航信息k空间数据空间以及对应的图像的幅度和相位示意图如图5所示。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据所述二维导航信息利用校正算法对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，进一步包括：通过迭代的扩散成像相位校正算法利用恢复出的所述二维导航信息和扩散加权回波信号进行扩散图像伪影校正。
举例而言，根据得到的数据，可以进一步提高相位校正效果，具体步骤如下：1)利用插值得到的二维的导航信息，使用POCSMUSE(CHU M L,CHANG H C,CHUNG H W,TRUONG TK,BASHIR M R,CHEN N K，.POCS-based reconstruction of multiplexed sensitivityencoded MRI(POCSMUSE):A general algorithm for reducing motion-relatedartifacts[J].Magnetic Resonance in Medicine,2015,74(5):1336–1348.)或其他算法进行校正(如MUSE)，得到一幅扩散图像作为初始值；2)然后把上一步的每次激法的相位信息和扩散图像的幅值做复数乘法，以此为每一次激发的图像的初始值，利用POCSENSE(SAMSONOV A A,KHOLMOVSKI E G,PARKER D L,JOHNSON C R，.POCSENSE:POCS-basedreconstruction for sensitivity encoded magnetic resonance imaging[J].MagneticResonance in Medicine,2004,52(6):1397–1406.)或其他方法重新计算每一次激发的图像，再提取相位使用POCSMUSE或其他算法进行校正，依次循环，直到循环终止条件达到。采集到的一维导航数据和插值恢复出的k空间数据关系示意图如图4所示，采集到的一维导航信息和恢复出的二维导航信息k空间数据空间以及对应的图像的幅度和相位，以及迭代算法最终得到的导航信息示意图如图5所示。以使用POCSMUSE和POCSENSE算法为例迭代的相位校正算法实现示意图如图6所示，其中，虚线框内为计算得到的数据，实线框内为处理算法与步骤，其中以POCSMUSE和POCSENSE算法为例，实际实施过程中不作具体限制。
根据本发明实施例的基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法，在成像回波之后直接施加梯度采集k空间过0点的低频直流数据，可以高效的采集多次激发扩散磁共振成像的导航信息，并且可以从采集到的一维导航数据中恢复出二维导航信息，从而对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，不但可以减小图像变形和提高图像分辨率，并且可以去除多次激发扩散成像中的相位误差以及相位误差产生的伪影，同时提高了图像采集的效率，以及使用迭代的相位校正算法能够更好地重建图像，优化扩散磁共振图像校正效果，减小伪影，简单易实现。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于多次激发的导航磁共振扩散装置。
图7是本发明一个实施例的基于多次激发的导航磁共振扩散成像装置的结构示意图。
如图7所示，该基于多次激发的导航磁共振扩散成像装置10包括：采集模块100、导航重建模块200和校正模块300。
采集模块100用于对被测目标进行多次激发，采集扩散磁共振信号，并同时采集一维导航数据，其中，一维导航数据为多次激发成像回波之后采集的k空间过0点数据。导航重建模块200用于通过并行成像方法对一维导航数据向临近的k空间点插值，进而根据一维导航数据恢复出二维导航信息。校正模块300用于根据二维导航信息利用校正算法对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，以得到所需图像。本发明实施例的装置10不但可以减小图像变形和提高图像分辨率，并且可以去除多次激发扩散成像中的相位误差以及相位误差产生的伪影，同时提高了图像采集的效率。
进一步地，在本发明的一个实施例中，采集模块100包括：扩散准备单元、图像采集单元和导航采集单元。
其中，扩散准备单元用于扩散准备梯度与扩散编码。图像采集单元用于采集回波信号数据。在成像回波之后，导航采集单元用于根据成像数据采集完成后在梯度相位编码方向施加对应梯度后，得到一维导航数据。
进一步地，在本发明的一个实施例中，导航重建模块200包括：插值单元和校正单元。
其中，插值单元用于利用并行成像算法从一维导航数据插值出周围的多条k空间的采集线，以获取二维导航信息。校正单元用于根据二维导航信息的相位信息进行扩散成像的相位校正。
进一步地，在本发明的一个实施例中，校正模块300还用于利用恢复的二维导航信息，使用校正算法对多次激发扩散磁共振图像相位进行校正，以得到所需磁共振扩散图像。
需要说明的是，前述对基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于多次激发的导航磁共振扩散成像装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例的基于多次激发的导航磁共振扩散成像装置，在成像回波之后直接施加梯度采集k空间过0点的低频直流数据，可以高效的采集多次激发扩散磁共振成像的导航信息，并且可以从采集到的一维导航数据中恢复出二维导航信息，从而对多次激发扩散磁共振成像的相位进行校正，不但可以减小图像变形和提高图像分辨率，并且可以去除多次激发扩散成像中的相位误差以及相位误差产生的伪影，同时提高了图像采集的效率，简单易实现。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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发明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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
对被测目标进行多次激发，采集扩散磁共振信号，并同时采集一维导航数据，其中，所述一维导航数据为多次激发成像回波之后采集的k空间过0点数据；
通过并行成像方法对所述一维导航数据向临近的k空间点插值，进而根据所述一维导航数据恢复出二维导航信息，其中，所述采集一维导航数据进一步包括：扩散准备梯度；采集回波信号数据；在成像回波之后，根据成像数据采集完成后在梯度相位编码方向施加对应梯度后，读出一条对应于k空间相位编码方向为0的所述一维导航数据；以及
根据所述二维导航信息利用校正算法对多次激发磁共振扩散成像的相位进行校正，进一步包括：利用并行成像方法从所述一维导航数据插值出周围的多条k空间的采集线，以获取所述二维导航信息；根据所述二维导航信息的相位信息进行扩散成像的相位校正，以得到所需图像，其中，通过迭代的扩散成像相位校正算法利用恢复出的所述二维导航信息和扩散加权回波信号进行扩散图像伪影校正。
2.根据权利要求1所述的基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法，其特征在于，根据所述一维导航数据得到频率编码方向上的导航信息，并且根据插值得到的所述二维导航信息得到相位编码方向上的导航信息。
3.根据权利要求1所述的基于多次激发的导航磁共振扩散成像方法，其特征在于，所述多次激发成像回波为多次激发平面回波扩散成像或者多次激发螺旋扩散成像。
4.一种基于多次激发的导航磁共振扩散成像装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于对被测目标进行多次激发，采集扩散磁共振信号，并同时采集一维导航数据，其中，所述一维导航数据为多次激发成像回波之后采集的k空间过0点数据，所述采集模块包括：扩散准备单元，用于扩散准备梯度与扩散编码；图像采集单元，用于采集回波信号数据；导航采集单元，在成像回波之后，用于根据成像数据采集完成后在梯度相位编码方向施加对应梯度后，读出一条对应于k空间相位编码方向为0的所述一维导航数据；
导航重建模块，用于通过并行成像方法对所述一维导航数据向临近的k空间点插值，进而根据所述一维导航数据恢复出二维导航信息，所述导航重建模块包括：插值单元，用于利用并行成像方法从所述一维导航数据插值出周围的多条k空间的采集线，以获取所述二维导航信息；校正单元，用于根据所述二维导航信息的相位信息进行扩散成像的相位校正；以及
校正模块，用于根据所述二维导航信息利用校正算法对多次激发磁共振扩散成像的相位进行校正，以得到所需图像，其中，所述校正模块还用于通过迭代的扩散成像相位校正算法利用恢复出的所述二维导航信息和扩散加权回波信号进行扩散图像伪影校正。
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