CN106597333B - 一种磁共振并行成像方法及磁共振成像系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种磁共振并行成像方法，包括：利用射频脉冲激发目标区域，并利用多个RF线圈采集目标区域的磁共振信号；对磁共振信号进行相位编码获取多条数据线，并将多条数据线填充至K空间，K空间包括全采样区域和欠采样区域；根据全采样区域的数据线获取中间图像，并对中间图像进行预处理；基于预处理后的中间图像获取全采样区域的校正数据线；根据全采样区域的校正数据线重建欠采样区域的数据线，获取合成K空间数据集；根据合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像。本方法可抑制运动伪影，提高图像质量。此外，本申请还提出磁共振成像系统。

Description

一种磁共振并行成像方法及磁共振成像系统
【技术领域】
本申请涉及医疗诊断用磁共振成像技术领域，尤其涉及一种磁共振并行成像方法及磁共振成像系统。
【背景技术】
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)技术具有非侵入性、无电离、辐射等特点，其所获得的图像清晰、精细、分辨率高、对比度好，特别对软组织层次显示非常好，可大大提高诊断效率。射频(Radio Frequency，RF)接收线圈作为接收链的最前端，对成像质量起着非常重要的作用，直接影响图像信噪比。磁共振并行成像技术是近几年发展起来的成像新技术，它以多通道相控阵线圈为基础，具有高信噪比、高图像空间分辨率等特点。
磁共振并行成像技术通过多个接收线圈同时接收磁共振信号，利用不同线圈的敏感信息来部分代替傅里叶空间编码，从而减少采集时间。在已提出了多种重建算法中，全局自动校准部分并行采集(Generalized Auto-calibrating Partially ParallelAcquisition，GRAPPA)算法通过接收到的K空间相邻相位编码线上的数据来拟合未采集的信号值，采用自动校准插值和平方和重建，避免了基于K空间重建算法的相位消除以及由于拟合问题的欠优化造成的图像质量下降等问题，因为获得了广泛的商业应用。
为了提高GRAPPA算法重建图像的质量，通常需要利用一组参考数据来估计与线圈相关的参数，根据该参数可重建欠采样的K空间数据。而在K空间中该组参考数据被称为自动校准信号线/参考线(auto-calibration signal lines，ACS lines)。一旦为每个线圈重建出所有的K空间数据，就可利用傅里叶变换生成每个线圈的未组合图像；将多个图像组合可获得多通道合成的磁共振图像。但是在磁共振扫描过程中，如果受检者的扫描区域出现运动，包括ACS数据线在内的K空间采集数据就会出现误差，最终形成的图像会产生运动伪影。鉴于此，有必要对现有并行成像算法进行改进。
【发明内容】
本申请所要解决的技术问题是提出一种改进的磁共振并行成像方法，其可有效抑制运动伪影，提高成像质量。
根据本申请的一方面，本申请解决上述技术问题所采用的技术方案为一种磁共振并行成像方法，包括：
利用射频脉冲激发受检者目标区域，并利用多个RF线圈采集所述目标区域的磁共振信号；
对所述磁共振信号进行相位编码获取多条数据线，并将所述多条数据线填充至K空间，所述K空间包括全采样区域和欠采样区域；
根据所述全采样区域的数据线获取中间图像，并对所述中间图像进行预处理；
基于预处理后的中间图像获取全采样区域的校正数据线；
根据所述全采样区域的校正数据线重建所述欠采样区域的数据线，获取合成K空间数据集；
根据所述合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像。
可选地，根据所述全采样区域的校正数据线重建所述欠采样区域的数据线，获取合成K空间数据集，包括：
根据所述全采样区域的校正数据线，获取线圈组合权重系数；
根据所述线圈组合权重系数与欠采样区域中已采样点的K空间数据重建所述欠采样区域中未采样点的K空间数据，获取合成K空间数据集。
可选地，每个RF线圈都有对应的K空间数据集，且所述K空间数据集的数量与所述K空间的数量相同，根据所述合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像包括：
对所述合成K空间数据集进行傅里叶反变换，获取多个图像；
对所述多个图像进行合并获取受检者目标区域的磁共振图像。
可选地，根据所述全采样区域的数据线获取中间图像，包括：
对所述全采样区域之外的K空间进行填零处理，获取每个RF线圈对应的第一K空间；
对所述第一K空间进行傅里叶反变换获取每个RF线圈对应的中间图像，所述中间图像包含多个像素。
可选地，所述全采样区域位于所述K空间中的中心区域，且所述全采样区域填充若干条ACS线。
可选地，对所述中间图像进行预处理包括：
采用与所述目标区域对应的蒙版与所述中间图像的各像素进行相乘，以去除所述中间图像的非信号成分；
所述蒙版包括信号区域和非信号区域，且所述信号区域的值为1，所述非信号区域的值为0。
可选地，基于预处理后的中间图像获取全采样区域的校正数据线，包括：
对所述降噪处理后的中间图像进行傅里叶变换，以获取第二K空间；
去除所述第二K空间中零填充的数据线，获取校正的部分全采样数据线。
根据本申请的另一方面，提出一种磁共振并行成像方法，包括：
利用射频脉冲激发受检者目标区域，并利用L个RF线圈采集所述目标区域的磁共振信号，其中L为大于或等于2的整数；
分别对L个RF线圈所采集的磁共振信号进行相位编码后获取沿读出方向的多条数据线，并将分别与L个RF线圈相对应的所述多条数据线填充至K空间，获得与L个RF线圈相对应的全采样区域和欠采样区域；
分别根据所述与L个RF线圈相对应的全采样区域的数据线获取与L个RF线圈相对应的中间图像，并对所述中间图像进行预处理；
基于预处理后的中间图像分别获取与L个RF线圈相对应的校正数据线；
根据L个RF线圈相对应的校正数据线获取与L个RF线圈相对应的线圈组合权重系数；
对于与L个RF线圈中的每个RF线圈相对应未采样的数据线：
分别根据所述L个RF线圈中的每个组合权重系数以及L个RF线圈相对应的欠采样区域中已采样的数据线的重建该RF线圈所对应的欠采样区域的未采样的数据线，获取与该RF线圈相对应的合成K空间数据集；
根据所述L个RF线圈相对应的合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像。
根据本申请的又一方面，提出一种磁共振成像系统，包括：
多个RF线圈，用于从受检者目标区域采集所述目标区域的磁共振信号；
梯度线圈，用于对所述磁共振信号进行相位编码获取多条数据线，所述多条数据线填充至K空间，所述K空间包括全采样区域和欠采样区域；
全采样区域数据线校正单元，用于根据所述全采样数据线获取中间图像，并对所述中间图像进行预处理；以及，基于预处理后的中间图像获取全采样区域的校正数据线；
合成K空间数据集获取单元，用于根据所述全采样区域的校正数据线重建所述欠采样区域的数据线，获取合成K空间数据集；
图像获取单元，用于根据所述合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像。
可选地，还包括饱和带施加单元，所述饱和带施加单元用于在所述成像区域前和/或所述成像区域后施加饱和带。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：将ACS数据线经傅里叶变换获取中间图像，对中间图像滤除非信号成分相当于对ACS数据线进行校正，有效抑制无信号区RF线圈的敏感函数，降低了成像区域运动对ACS数据线采集产生的误差；ACS数据线的校正转换到图像域进行，可有效去除饱和带或信号抑制等无信号区域的信号噪声，该噪声不参与图像重建，提高重建图像的质量。
【附图说明】
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构和操作。
图1a为本申请一实施例的磁共振成像系统结构示意图；
图1b为本申请一实施例的扫描成像装置结构框图；
图2为本申请一实施例的数据处理模块结构框图；
图3为本申请一实施例的ACS数据线校正单元结构框图；
图4为本申请一实施例的磁共振并行成像方法流程图；
图5为本申请另一实施例的磁共振并行成像方法流程图；
图6为本申请另一实施例的K空间采样示意图；
图7a为采用图6所示的K空间采样方式形成的K空间示意图；
图7b为本申请另一实施例获取的ACS数据线对应的K空间示意图；
图7c为对图7b所示的K空间进行傅里叶变换获得的中间图像；
图7d为本申请另一实施例采用的蒙版示意图；
图7e为采用图7d所示的蒙版获得的去除非信号成分的中间图像；
图7f为对图7e获得的去除非信号成分的中间图像进行傅里叶变换获得的全采样区域的校正数据线；
图8a为本申请另一实施例获取的合成K空间数据集结果示意图；
图8b为采用如图8a所示的合成K空间数据集获取的图像；
图9a为采用现有GRAPPA方法获取的膝关节图像；
图9b为采用如图5所示方法获取的膝关节图像；
图9c为采用图9a所示的图像和图9b所示的图像获取的差值图像。
【具体实施方式】
为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。应当理解，给出这些示例性实施例仅是为了使相关领域的技术人员能够更好地理解进而实现本申请，而并非以任何方式限制本申请的范围。
如图1a，为本申请一实施例的磁共振成像系统结构示意图。该磁共振成像系统可包括扫描成像装置110和输入/输出装置120。在执行扫描成像时，受检者可随扫描床移动至扫描视野区域。如图1b，为本申请一实施例的扫描成像装置110结构框图。示例性地，该扫描成像装置110包括信号获取模块130、控制模块140、数据处理模块150和存储模块160。
信号获取模块130包括磁体单元131和射频单元132。磁体单元131主要包括产生主磁场B0的主磁体和产生梯度场的梯度组件。磁体单元132包含的主磁体可以是永磁体或超导磁体，梯度组件主要包含梯度电流放大器(AMP)、梯度线圈，梯度组件还可包含三个独立通道Gx、Gy、Gz，每个梯度放大器激发梯度线圈组中对应的一个梯度线圈，产生用于生成相应空间编码信号的梯度场，以对磁共振信号进行空间定位。
射频单元132主要包括射频发射线圈和射频接收线圈，射频发射线圈用于向受检者或人体发射射频脉冲信号，射频接收线圈用于接收从人体采集的磁共振信号，且根据功能的不同，组成射频单元132的射频线圈可分为体线圈和局部线圈。在一个实施例中，体线圈或局部线圈的种类可以是鸟笼形线圈、螺线管形线圈、马鞍形线圈、亥姆霍兹线圈、相控阵列线圈、回路线圈等。
在一个具体实施例中，局部线圈设置为相控阵列线圈，且该相控阵列线圈可设置为4通道模式、8通道模式或16通道模式。磁体单元131和射频单元132可组成开放性低场磁共振装置或者封闭型超导磁共振装置。
在一个实施例中，组成射频单元132的射频线圈可包括L个RF线圈，其中，L为大于或等于2的整数。可选地，L个RF线圈可包括第一、第二RF线圈，两个RF线圈可同时在扫描区域采集磁共振信号，所采集的磁共振信号进行相位编码后获取沿读出方向的多条数据线，并将分别与第一、第二RF线圈相对应的所述多条数据线填充至K空间。
在另一实施例中，RF线圈可包括第一、第二、第三RF线圈，且该L个RF线圈可同时在扫描区域采集磁共振信号。三个RF线圈可同时在扫描区域采集磁共振信号，所采集的磁共振信号进行相位编码后获取沿读出方向的多条数据线，并将分别与第一、第二、第三RF线圈相对应的所述多条数据线填充至K空间。当然，RF线圈的数目还可包括四个、五个或者更多数量，获得K空间的数目可与RF线圈的数目相等。
控制模块140可同时控制包含磁体单元131和射频单元132的信号获取模块130、数据处理模块150。示例性地，控制模块140可接收信号获取模块130发送的信息或者脉冲参数；此外，控制模块140还可控制数据处理模块150的处理过程。在一个实施例中，控制模块140还连接有包含脉冲序列发生器、梯度波形发生器、发射机和接收机等，在接受用户从控制台发出的指令后，控制信号获取模块130执行相应扫描序列。
可选地，控制模块140可以是微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、应用专用指令集处理器(ASIP)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、微控制器单元、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)等中的一种或多种的组合。控制模块140还可包括存储器，该存储器包括但不限于，硬盘、软盘、随机存储器(random access memory,RAM)、动态随机存储器(dynamic random access memory,DRAM)、静态随机存储器(static random access memory,SRAM)、磁泡存储器(bubblememory)、薄膜存储器(thin film memory)、磁镀线存储器(magnetic plated wirememory)、相变存储器(phase change memory)、闪速存储器(flash memory)、云盘(a clouddisk)等中的一种或多种的组合。
数据处理模块150，可获取从受检者成像区域采集的K空间数据集，并重建该K空间数据集获取成像区域的磁共振图像。在一个实施例中，可采用包含多个RF线圈的相控阵线圈采集成像区域的磁共振信号；对磁共振信号填充至K空间可获取K空间数据集，K空间可包括全采样部分和欠采样部分，K空间数据集可包括ACS数据线和成像数据线，且全采样部分可填充ACS数据线，欠采样部分可填充成像数据线；根据ACS数据线可重建欠采样的成像数据获全采样成像数据线，对全采样成像数据线进行傅里叶反变换可获取成像区域的磁共振图像。
在另一实施例中，当扫描视野FOV选择过大或者使用饱和带方法人为压制成像空间中某个区域内的信号情况下，数据处理模块150还可将ACS数据线变换到图像域，然后在图像进行滤波或去噪等空间预处理操作，接着重新变换回K空间获取经过校正的ACS数据线，根据经过校正的ACS数据线可重建欠采样的成像数据获取全采样成像数据线，对全采样成像数据线进行傅里叶变换可获取成像区域的磁共振图像。
可选地，数据处理模块150包括但不限于，微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、应用专用指令集处理器(ASIP)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、微控制器单元、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)等中的一种或多种的组合。
在一个实施例中，磁体单元131的主磁体产生主磁场B0，受检者体内的原子核在主磁场B0作用下产生进动频率，该进动频率与主磁场强度呈正比；控制模块140存储和发送需要执行的扫描序列(scan sequence)的指令，控制模块140中的脉冲序列发生器根据扫描序列指令对梯度波形发生器和发射机进行控制，控制模块140中的梯度波形发生器输出具有预定时序和波形的梯度脉冲信号，该信号经过Gx、Gy和Gz梯度电流放大器，再通过磁体单元131中梯度组件中的三个独立通道Gx、Gy、Gz，每个梯度放大器激发梯度线圈组中对应的一个梯度线圈，产生用于生成相应空间编码信号的梯度场，以对磁共振信号进行空间定位；控制模块140中的脉冲序列发生器还执行扫描序列，输出包括射频发射的射频脉冲的计时、强度、形状等数据以及射频接收的计时和数据采集窗口的长度到发射机，同时发射机将相应射频脉冲发送至射频单元132中的体发射线圈产生B1场，在B1场作用下病人/受检者体内被激发的原子核发出的信号被射频单元132中的接收线圈感知到，然后通过发送/接收开关传输到数据处理模块150，经过放大、解调、过滤、AD转换等数字化处理，然后传输到数据处理模块150的存储器。存储器中的磁共振信号经过相位编码填充至K空间的各数据位点可获得包含多条数据线的K空间数据集。对于多个RF线圈，K空间数据集被重新整理成与每个将被重建的图像对应的单独的k-空间数据组，每个k-空间数据组被输入到阵列处理器，进行图像重建后结合磁共振信号，形成一组图像数据。
如图2，为本申请一实施例的数据处理模块150结构框图。数据处理模块150可包括全采样区域数据线校正单元210、合成K空间数据集获取单元220、图像获取单元230。在一些实施例中，至少两个单元之间可通过无线或有线方式连接。其中，有线连接的方式可采用铜缆、光纤、同轴线缆等，无线连接的方式可采用局域网、广域网、蓝牙、ZigBee以及近场通信等。
如图3，为本申请一实施例的全采样区域数据线校正单元210结构框图。全采样区域数据线校正单元210可包括中间图像获取子单元310、预处理子单元320和零数据线去除子单元330。
中间图像获取子单元310可从信号获取模块130获取RF线圈(同时)采集的磁共振信号，对磁共振信号进行相位编码获取多条数据线，并基于多条数据线获取中间图像。在一个实施例中，RF线圈包含多个，每个RF线圈可对应一个K空间，将多条数据线分别填充至每个RF线圈对应的K空间可获得多个K空间数据集，其中，K空间可包括全采样区域和欠采样区域，全采样区域的K空间填充位点完全填充，即全采样；欠采样区域部分K空间填充位点填充数据、部分K空间填充位点未填充数据。
在一个实施例中，对于一个RF线圈对应的K空间采用如下方式填充：K空间的全采样区域的数据位点填充ACS线/数据，欠采样区域的部分数据位点填充采集的成像数据线/数据，而另一部分数据位点/K空间填充位点未填充成像数据。
进一步地，对全采样区域之外的K空间进行填零处理，获取每个RF线圈对应的第一K空间；对第一K空间进行傅里叶反变换获取每个RF线圈对应的中间图像，该中间图像包含多个像素。在另一实施例中，从每个RF线圈对应K空间数据集提取全采样区域填充的数据线，并将全采样区域填充的数据线填充入第一K空间，且对全采样区域之外的K空间进行填零处理；对填零处理后的第一K空间进行傅里叶反(逆)变换获取每个RF线圈对应的中间图像，该中间图像包含多个像素。
预处理子单元320可从中间图像获取子单元310获取中间图像，并对中间图像进行预处理。在一个实施例中，对中间图像进行预处理可包括：提前获取与目标区域对应的蒙版，且与信号成分对应的蒙版像素点点为1，与非信号成分对应的蒙版像素点点为0；将蒙版与中间图像的各像素进行相乘可达到降噪或去伪影的目的。在另一实施例中，对中间图像进行降噪处理可采用滤波法或者平滑处理的方法。
零数据线去除子单元330可从预处理子单元320获取预处理后的中间图像，并基于预处理后的中间图像获取全采样区域的校正数据线。可选地，零数据线去除子单元330可对预处理后的中间图像进行傅里叶变换，获取第二K空间；去除第二K空间中零填充的数据线，获取全采样区域的校正数据线。
合成K空间数据集获取单元220可从全采样区域数据线校正单元210获取全采样区域的校正数据线，并根据全采样区域的校正数据线重建欠采样区域的数据线，获取合成K空间数据集。当采集磁共振信号的RF线圈为多个，则利用所有RF线圈所对应的全采样区域的校正数据线重建欠采样区域的数据线，获取合成K空间数据集。
在一个实施例中，对于多个RF线圈的任一个，该RF线圈对应的K空间，其全采样区域的数据位点填充ACS线/数据，欠采样区域的部分数据位点填充采集的成像数据线/数据，而另一部分数据位点/K空间填充位点未填充成像数据，获取K空间数据集。首先，利用当前RF线圈对应的K空间包含的数据集和其他至少一个RF线圈对应的K空间数据集，对当前RF线圈的对应全采样区域的校正数据线进行拟合，可获得每个RF线圈相对当前K空间的线圈组合权重系数；接着，采用每个RF线圈相对当前K空间的线圈组合权重系数，重建K空间未填充位点的数据；最后，将重建后的数据填充至相应填充位点可获得当前RF线圈的合成K空间数据集。
在另一实施例中，可采用如下步骤获取每个RF线圈的合成K空间数据集：首先，利用当前RF线圈对应的K空间欠采样区域的已填充数据和其他至少一个RF线圈对应的K空间欠采样区域的已填充数据，对当前RF线圈的对应全采样区域的校正数据线进行拟合，可获得每个RF线圈相对当前K空间的线圈组合权重系数；接着，采用每个RF线圈相对当前K空间的线圈组合权重系数，重建K空间未填充位点的数据；最后，将重建后的数据填充至相应填充位点可获得当前RF线圈的合成K空间数据集。需要说明的是，对于不同的RF线圈，由于对应K空间中全采样区域的校正数据线不相同，在采用相同采样数据对拟合的情况下，每个RF线圈对应的线圈组合权重系数也不相同。进一步地，每个RF线圈的合成K空间数据集也可不同。
图像获取单元230，用于根据合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像。磁共振图像重建的方法可采用SMASH(Simultaneous Acquisition of SpatialHarmonics)的算法，也可采用GRAPPA(Generalized Autocalibrating Patially ParallelAcquisitions)的算法，还可采用SENSE(Sensitivity Encoding)算法。在一个实施例中，RF线圈包含多个，合成K空间数据集的数量可为多个，对每个RF线圈对应合成K空间数据集作傅里叶变换，可获取多个图像，对该多个图像进行合并可获得目标区域的磁共振图像。在另一个实施例中，RF线圈包含多个，合成K空间数据集的数量为一个，对该合成K空间数据集作傅里叶变换，可获取目标区域的磁共振图像。
需要说明的是，在磁共振扫描过程中，如果受检者的身体部位或扫描区域出现运动，K空间采集的数据中会出现误差，形成运动伪影。本申请的磁共振并行成像方法可有效抑制无信号区域的RF线圈的敏感函数或权重系数，将该权重系数设置为零或可忽略的值，可有效抑制由于身体部位运动在参考线中存在的噪声或误差对磁共振成像影响。
如图4所示，为本申请一实施例的磁共振并行成像方法流程图，包括如下步骤：
步骤401.利用射频脉冲激发受检者目标区域，并利用多个RF线圈采集目标区域的磁共振信号。
在一个实施例中，信号获取模块130可采用包含多个RF线圈的相控阵列线圈采集(也可称之为多通道采集)受检者成像区域/目标区域的磁共振信号。目标区域可选择头部区域、腹部区域、背部区域或者下肢区域等任意的组织或器官，对应地，相控阵列线圈可采用头线圈、脊柱线圈或者腹部线圈等。与相控阵列线圈中包好的RF线圈相对应，相控阵列线圈可包含两通道、四通道、八通道、十六通道或者三十二通道。在磁共振信号采集过程中，每个通道可独立采集磁共振信号。
可选地，为抑制血管流动对磁共振成像的影响，在成像区域前或成像区域后可施加饱和带，也可在成像区域前和成像区域后同时施加饱和带。
步骤402.对磁共振信号进行相位编码获取多条数据线，并将多条数据线填充至K空间，K空间可包括全采样区域和欠采样区域。
在一些实施例中，采用多个RF线圈采集磁共振信号，且每个RF线圈采集的磁共振信号可填充对应的K空间，即每个RF线圈可对应一个K空间。对每个RF线圈采集的磁共振信号进行相位编码可获得一条或多条数据线，将其填充入对应的K空间可获得多个K空间数据集。
通常情况下，为了提高加速并行成像速度，对于每个RF线圈的K空间数据集的形成过程中，每采集一条相位编码线或成像数据线后可连续跳过R–1条相位编码步，即：K空间中可存在欠采样区域，该欠采样区域的K空间填充位点未填充采集的编码数据，或仅包含部分数据线。
可选地，K空间区域可包括全采样区域和欠采样区域，其中：全采样区域以奈奎斯特速率采样；而欠采样区域则每采集一条相位编码线或成像数据线后可连续跳过R–1条相位编码步。在一个实施例中，全采样区域为K空间中的部分区域，且在全采样区域的全部K空间填充位点填充K空间数据，而欠采样区域分为位于欠采样区域的两侧。在另一实施例中，全采样区域和欠采样区域可交错/间隔分布。
在本实施例中，全采样区域可填充ACS数据线，对应ACS数据线的自动校准信号以奈奎斯特速率采样，且一般取K空间中间位置区域，按照原始相位编码步采集信号；欠采样区域则间隔一个或多个相位编码步采集数据线。这样就在全采样区域填充ACS数据线，而在欠采样区域填充部分成像数据线。
步骤403.根据全采样区域的数据线获取中间图像，并对中间图像进行预处理。示例性地，全采样区域位于K空间中的中心区域，且全采样区域填充一条或多条ACS线。在一些实施例中，全采样区域数据线校正单元210根据全采样区域的数据线获取中间图像可包括：对全采样区域之外的K空间进行填零处理，获取每个RF线圈对应的第一K空间；对第一K空间进行傅里叶变换获取每个RF线圈对应的中间图像，该中间图像包含多个像素。在一些实施例中，对中间图像进行预处理可包括去除图像噪声或者去除图像伪影。示例性地，可包括：
采用与目标区域对应的蒙版与中间图像的各像素进行相乘，以去除中间图像的非信号成分，所采用的蒙版包括信号区域和非信号区域，且信号区域的值为1，所述非信号区域的值为0。
在一个实施例中，全采样区域可填充一条或多条ACS线，全采样区域数据线校正单元210根据ACS数据线获取中间图像，并对中间图像进行降噪处理可包括如下步骤：
(a)对ACS数据线之外的K空间区域进行填零处理或将ACS数据线置于用零填满的K空间中，获取ACS数据线对应的K空间。可选地，首先在K空间数据集提取出ACS数据线；然后形成仅包含ACS数据线的K空间；接着在该K空间中，对ACS数据线之前的K空间位置作填零处理，以获取ACS数据线对应的完整K空间，即第一K空间。
(b)对ACS数据线对应的K空间进行傅里叶(反)变换获取中间图像，该中间图像包含多个像素，且多个体素包括信号区域对应的体素和非信号区域对应的体素。示例性地，信号区域可对应成像区域，而非信号区域可对应成像区域之外的FOV视野区域或因为使用饱和带而信号受到抑制的一个或多个空间区域。
(c)采用成像区域对应的蒙版与中间图像的各像素进行相乘，以去除中间图像的非信号成分。在一个实施例中，选择与中间图像大小相同的蒙版，该蒙版包括多个像素点，每个像素点的可能取值为1或0；又根据图像中饱和带的存在位置可确定信号区域和非信号区域，可令信号区域像素点的值为1，令非信号区域像素点的值为0。通过蒙版中的像素点与中间图像的对应像素点的值相乘，可获得去除非信号成分的中间图像。
步骤404.基于预处理后的中间图像获取全采样区域的校正数据线。可选地，全采样区域的校正数据线可采用如下方式获得：合成K空间数据集获取单元220的预处理子单元320对降噪处理后的中间图像进行变换，以获取第二K空间；零数据线去除子单元330去除第二K空间中零填充的数据线，获取校正的部分全采样数据线。
在一些实施例中，采用多个RF线圈采集磁共振信号，且对每个RF线圈采集的磁共振信号进行编码获取多条数据线；将多条数据线分别填充至多个K空间可获得每个RF线圈对应的K空间数据集。对于每个RF线圈对应的K空间数据集，包括欠采样区域的填充的数据线和全采样区域填充的数据线，且欠采样区域的部分K空间填充位点未填充K空间数据。采用如步骤403所示的方法可获取全采样区域填充的数据线对应的中间图像以及预处理后的中间图像。
需要说明的是，与RF线圈的数量相对应，本实施例中获取的中间图像或/和预处理的后中间图像也包含多个，对预处理后的中间图像进行变换，可获取多个第二K空间。进一步地，去除多个第二K空间中零填充的数据线，可获取多个RF线圈校正的部分全采样数据线。
可以理解的是，上述对中间图像采用蒙版方法进行预处理的描述并不构成对本申请的限定。对于本领域的普通技术人员来讲，虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。在一个实施例中，对中间图像进行预处理处理还可采用基于滤波器滤波方法或者其他图像去噪、伪影去除方法，以去除中间图像的非信号成分。
步骤405.根据全采样区域的校正数据线重建欠采样区域的数据线，获取合成K空间数据集。示例性地，合成K空间数据集获取单元220可通过如下步骤获得合成K空间数据集：根据全采样区域的校正数据线，获取线圈组合权重系数；根据线圈组合权重系数重建欠采样区域中未采样点的K空间数据，获取合成K空间数据集。
在一个实施例中，线圈组合权重系数可通过如下步骤获取：将去除非信号成分的中间图像变换到K空间即为第二K空间，去除第二K空间中的零填充的数据线，可获取如图7f所示校正的ACS数据线或全采样区域的校正数据线；根据校正的ACS数据线对成像数据线进行拟合确定线圈组合权重系数。
线圈组合权重系数的获取可同构造一个输入好数据已知的线性系统来实现。示例性地，可用如下方程获取线圈权重系数：
其中，kx表示频率编码方向的坐标，ky表示相位编码方向的坐标；令表示第j个线圈的ACS数据线，j可取1至L的任意值；m表示插值核与重建坐标的偏移量，如加速因子R＝3时，m∈{1,2}；gl为第l个线圈的权重系数/重建系数；令表示第l个线圈ACS数据或成像数据线，l∈[1,L]，L表示相控阵线圈的数量或通道数；为了合成一个点需要kx，ky方向上多个点的数据，设一维插值核大小为N×M，则n∈[1,N]，b∈[1,M]；f为采集到的点与需合成点的对应距离。
在一个实施例中，根据线圈组合权重系数重建欠采样区域中未采样点的K空间数据，获取合成K空间数据集可包括：根据线圈权重系数计算成像数据线未采样点/欠采样点的K空间数据，以及将未采样点的K空间数据与欠采样区域的已采样K空间数据进行合并，全采样区域的数据线和重建后的欠采样区域的数据线可共同组成每个线圈的合成K空间数据集。
在一个实施例中，与多个RF线圈相对应，合成K空间数据集个数也包括多个，采用如下公式获取欠采样区域中未采样点的K空间数据：
其中，kx表示频率编码方向的坐标，ky表示相位编码方向的坐标；令Sj表示第j个线圈欠采样区域未采样点的K空间数据；m表示插值核与重建坐标的偏移量；gl为步骤404拟合得到的第l个线圈组合权重系数/重建系数；令Sl表示第l个线圈的采样数据或成像数据线，l∈[1,L]，L表示相控阵线圈/RF线圈的数量或通道数。
步骤406.根据合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像。在一个实施例中，图像获取单元230根据每个线圈对应的合成K空间数据集可重建得到单个通道采集的磁共振图像；对磁共振图像进行多通道合并获取扫描区域的磁共振图像。可选地，多通道合并和采用平方和(SOS)算法或自适应通道合并方法，其中，经典SOS算法可参考Yan R,Erdogmus D,Larsson E G,et al.“Image combination for high-field phased-array”.MRI[C]//ICASSP(5).2003:1-4.；自适应通道算法可参考Ma Y J,Liu W,Zhao X,et al.“Improved adaptive reconstruction of multichannel MR images”.Medical Physics,2015,42(2):637-644。
如图5所示，为本申请另一实施例的磁共振并行成像方法流程图，包括如下步骤：
步骤501.利用射频脉冲激发受检者目标区域，并利用L个RF线圈采集目标区域的磁共振信号，其中L为大于或等于2的整数。在此实施例中，RF线圈包括第一、第二、第三、第四RF线圈，且四个RF线圈可同时采集所述目标区域的磁共振信号。
步骤502.分别对L个RF线圈所采集的磁共振信号进行相位编码后获取沿读出方向的多条数据线，并将分别与L个RF线圈相对应的所述多条数据线填充至K空间，获得与L个RF线圈相对应的全采样区域和欠采样区域。每个RF线圈都具有相应的K空间。
如图6所示为本申请实施例的K空间采样示意图。图中Coil1、Coil2、Coil3和Coil4分别代表第一、第二、第三、第四RF线圈，每个RF线圈分别对应一个通道。对于每个通道，黑色点代表实际采集的数据(对应欠采样区域的已采集数据位点/成像数据线)，白色点代表欠采样区域待填补的欠采集数据，灰色点代表全采样区域采集的自动校准信号(对应ACS数据线)。
可选地地，ACS数据线包括三条，填充在K空间的中心位置(对应K空间的全采样区域)；每间隔一条相位编码步采集一条成像数据线，填充在位于K空间中心两侧的位置(对应K空间的欠采样区域)，与全采样相比采样速度提高一倍，加速因子R＝2。第一、第二、第三、第四RF线圈相对应的全采样区域位于K空间的中心区域。
在又一实施例中，ACS数据线包括一条，且每间隔三条相位编码步采集一条成像数据线，与全采样相比采样速度提高三倍，加速因子R＝4。需要说明的是，本申请中ACS数据线的数目并没有具体限制，间隔相位编码步也可设置为其他值。
如图7a为采用如图6所示的K空间采样方式形成的K空间示意图。以其相控阵列线圈中其中一个RF线圈的K空间数据为例说明：K空间的中心区域为全采样区域，该全采样区域为ACS数据线填充的区域；K空间的两侧区域为欠采样区域，该欠采样区域仅部分K空间填充位点填充数据，成像数据线未填充整个欠采样区域，ACS数据线以奈奎斯特脉冲速率进行全采样；欠采样区域采样间隔方式采样，包括已采样数据位点和未采样数据位点。
步骤503.分别根据所述与L个RF线圈相对应的全采样区域的数据线获取与L个RF线圈相对应的中间图像(也称初始图像)，并对所述中间图像进行预处理。中间图像的获取和对中间图像的预处理可参考对步骤403相关的描述。
如图7b为本申请一实施例将ACS数据线置于用零填满的K空间/第一K空间中，获取ACS数据线对应的K空间，其中：中心区域为如图7a所述的ACS数据线，其他K空间区域为零填充的数据线。将如图7b所示的K空间进行傅里叶反变换可获得如图7c所示的中间图像/初始图像。
如图7d为本申请一实施例采用的蒙版示意图。该蒙版包含多个像素点，图像的灰度值表示对应像素点的像素值。与成像区域施加饱和带的位置相对应，蒙版两侧区域(对应非信号区域)像素点的像素值为0；与饱和带外侧对应的区域(对应信号区域)的像素值为1。将该蒙版与图7c所示的中间图像各像素点的像素值相乘，可去除中间图像的非信号成分，从而获得如图7e所示的预处理后的中间图像。进一步地，将预处理后的中间图像进行傅里叶变换、并去除零填充的数据线可获得如7f所示的全采样区域的校正数据线。
步骤504.基于预处理后的中间图像分别获取与L个RF线圈相对应的校正数据线。
步骤505.根据L个RF线圈相对应的校正数据线获取与L个RF线圈相对应的线圈组合权重系数。需要说明的是每个RF线圈相对应的线圈组合权重系数分别不同，可获得L组线圈组合权重系数。
步骤506.对于与L个RF线圈中的每个RF线圈相对应未采样的数据线
分别根据所述L个RF线圈中的每个组合权重系数以及L个RF线圈相对应的欠采样区域中已采样的数据线的重建该(本)RF线圈所对应的欠采样区域的未采样的数据线，获取与该(本)RF线圈相对应的合成K空间数据集。
如图8a为本申请一实施例获取的合成K空间数据集结果示意图。与图7a相比，RF线圈欠采样区域的未采样点的K空间数据/数据线可被重建恢复，不再包含未采样的K空间数据点。进一步地，对如图8a所示的K空间重建可获得如图8b所示的图像。该图像不包含运动伪影，且图像质量较高。
步骤507.根据L个RF线圈相对应的合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像。
需要说明的是，L个RF线圈相对应的合成K空间数据集为L个，对L个合成K空间数据集进行傅里叶反变换可获得L个图像，对L个图像进行通道合并可获得目标区域的磁共振图像。
上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。对于本领域的普通技术人员来讲，虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。例如，可以在任何两个步骤之间加入一个存储步骤或一个缓存步骤，其中信号或中间数据可以被存储或缓存。在另一个实施例中，RF线圈包含多个，根据多个RF线圈对应的K空间可形成一个合成K空间数据集，对该合成K空间数据集作傅里叶变换，可获取目标区域的磁共振图像。
本申请在一个实施例中分别采用现有GRAPPA方法和如图5所示的方法进行并行成像扫描，其中现有GRAPPA方法主要包括：利用相控阵线圈的多个RF线圈以奈奎斯特脉冲频率对成像区域的K空间中心区域进行全采样以获取ACS数据线，对K空间的除去中心的其他区域进行欠采样以获取成像数据线；对于每个射频线圈，根据ACS数据线和成像数据线获取线圈权重系数；基于线圈权重系数，重建K空间中的欠采样数据点，获取每个线圈对应的完整K空间数据；对上述完整的K空间数据进行傅里叶反变换，可获得每个线圈在成像区域采集的图像数据；对多个线圈采集的图像数据进行合并获取成像区域的磁共振图像数据。在此实施例中，成像区域选择膝关节，相控阵线圈采用4通道射频线圈，且每个线圈所采集的图像的像素为256像素×256像素。如图9a所示为采用现有GRAPPA方法获取的膝关节图像，由于该成像部位存在微小运动，膝关节图像的前/后(或上/下)两端存在运动伪影。如图9b所示为采用如图5所示方法获取的膝关节图像，该膝关节图像前/后(或上/下)的运动伪影得到有效抑制，且与图9a相比信噪比增强、图像质量提高。如图9c所述，为采用图9a所示的图像和图9b所示的图像获取的差值图像。通过该图像，可知，本发明并行成像方法在保证和现有并行成像方法获得的图像结构一致性的前提下(未改变图像结构)，有效提高图像质量，抑制运动伪影。
本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件服务。
此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种磁共振并行成像方法，其特征在于，包括：
利用射频脉冲激发受检者目标区域，并利用多个RF线圈采集所述目标区域的磁共振信号；
对所述磁共振信号进行相位编码获取多条数据线，并将所述多条数据线填充至K空间，所述K空间包括全采样区域和欠采样区域；
根据所述全采样区域的数据线获取中间图像，并对所述中间图像进行预处理；
基于预处理后的中间图像获取全采样区域的校正数据线；
根据所述全采样区域的校正数据线重建所述欠采样区域的数据线，获取合成K空间数据集；
根据所述合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像。
2.根据权利要求1所述的磁共振并行成像方法，其特征在于，根据所述全采样区域的校正数据线重建所述欠采样区域的数据线，获取合成K空间数据集，包括：
根据所述全采样区域的校正数据线，获取线圈组合权重系数；
根据所述线圈组合权重系数与欠采样区域中已采样点的K空间数据重建所述欠采样区域中未采样点的K空间数据，获取合成K空间数据集。
3.根据权利要求1所述的磁共振并行成像方法，其特征在于，每个RF线圈都有对应的K空间数据集，且所述K空间数据集的数量与所述K空间的数量相同，根据所述合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像包括：
对所述合成K空间数据集进行傅里叶反变换，获取多个图像；
对所述多个图像进行合并获取受检者目标区域的磁共振图像。
4.根据权利要求1所述的磁共振并行成像方法，其特征在于，根据所述全采样区域的数据线获取中间图像，包括：
对所述全采样区域之外的K空间进行填零处理，获取每个RF线圈对应的第一K空间；
对所述第一K空间进行傅里叶反变换获取每个RF线圈对应的中间图像，所述中间图像包含多个像素。
5.根据权利要求4所述的磁共振并行成像方法，其特征在于，所述全采样区域位于所述K空间中的中心区域，且所述全采样区域填充若干条ACS线。
6.根据权利要求1所述的磁共振并行成像方法，其特征在于，对所述中间图像进行预处理包括：
采用与所述目标区域对应的蒙版与所述中间图像的各像素进行相乘，以去除所述中间图像的非信号成分；
所述蒙版包括信号区域和非信号区域，且所述信号区域的值为1，所述非信号区域的值为0。
7.根据权利要求1所述的磁共振并行成像方法，其特征在于，所述预处理包括降噪处理，所述基于预处理后的中间图像获取全采样区域的校正数据线包括：
对所述预处理后的中间图像进行傅里叶变换，以获取第二K空间；
去除所述第二K空间中零填充的数据线，获取校正的部分全采样数据线。
8.一种磁共振并行成像方法，其特征在于，包括：
利用射频脉冲激发受检者目标区域，并利用L个RF线圈采集所述目标区域的磁共振信号，其中L为大于或等于2的整数；
分别对L个RF线圈所采集的磁共振信号进行相位编码后获取沿读出方向的多条数据线，并将分别与L个RF线圈相对应的所述多条数据线填充至K空间，获得与L个RF线圈相对应的全采样区域和欠采样区域；
分别根据所述与L个RF线圈相对应的全采样区域的数据线获取与L个RF线圈相对应的中间图像，并对所述中间图像进行预处理；
基于预处理后的中间图像分别获取与L个RF线圈相对应的校正数据线；
根据L个RF线圈相对应的校正数据线获取与L个RF线圈相对应的线圈组合权重系数；
对于与L个RF线圈中的每个RF线圈相对应未采样的数据线：
分别根据所述L个RF线圈中的每个组合权重系数以及L个RF线圈相对应的欠采样区域中已采样的数据线的重建该RF线圈所对应的欠采样区域的未采样的数据线，获取与该RF线圈相对应的合成K空间数据集；
根据所述L个RF线圈相对应的合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像。
9.一种磁共振成像系统，包括：
多个RF线圈，用于从受检者目标区域采集所述目标区域的磁共振信号；
梯度线圈，用于对所述磁共振信号进行相位编码获取多条数据线，所述多条数据线填充至K空间，所述K空间包括全采样区域和欠采样区域；
全采样区域数据线校正单元，用于根据所述全采样数据线获取中间图像，并对所述中间图像进行预处理；以及，基于预处理后的中间图像获取全采样区域的校正数据线；
合成K空间数据集获取单元，用于根据所述全采样区域的校正数据线重建所述欠采样区域的数据线，获取合成K空间数据集；
图像获取单元，用于根据所述合成K空间数据集获取受检者目标区域的磁共振图像。
10.根据权利要求9所述的磁共振成像系统，其特征在于，还包括饱和带施加单元，所述饱和带施加单元用于在所述目标区域前和/或所述目标区域后施加饱和带。
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