CN106680748A - 磁共振图像获取方法及磁共振系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁共振图像获取方法及磁共振系统，磁共振图像获取方法包括：根据PROPELLER序列采集方式获取磁共振K空间的多个叶片，包括第一叶片和第二叶片；根据所述第一叶片进行图像重建得到校准图像；选取所述第二叶片的其中一个作为待填充叶片，根据所述待填充叶片确定旋转角度，基于经过所述旋转角度旋转后的所述校准图像计算所述待填充叶片的线圈合并系数，根据线圈合并系数计算得到待填充叶片的欠采样数据，完成各第二叶片内欠采样数据的填充；根据所述第一叶片和经过所述填充后的第二叶片进行图像重建得到磁共振图像。本发明可以通过数据间的共有信息完成图像重建，特别是对于腹部屏气类临床场景在保证图像质量的情况下采集速度快。

Description

磁共振图像获取方法及磁共振系统

技术领域

本发明涉及医学图像领域，特别涉及磁共振图像获取方法及磁共振系统。

背景技术

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以及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，由此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广义自校准并行采集(GRAPPA，GeneRalized AutocalibratingPartially Parallel Acquisitions)。

然而，磁共振成像(MRI)由于其数据采集的时间比较长，病人或某些组织(如心脏)的运动常常导致图像中出现伪影，图像质量严重恶化。因此，有效地矫正运动伪影在临床上存在巨大的需求，也一直是医学磁共振成像的研究热点同时也是技术难题之一。

PROPELLER序列(periodically rotated overlapping parallel lines withenhanced reconstruction)的采集方式对于运动伪影有很好的消除效果，但是这种方法由于K空间数据重叠较为严重，使得采集时间会比较长。

发明人在实现本发明的过程中发现，对于传统的K空间采集方式，一个较为有效地加速采集速度的办法是利用并行采集(GRAPPA)方法，但GRAPPA方法本身由于校准数据的存在使得采集加速的倍数打一定的折扣。若考虑PROPELLER采集方式与GRAPPA的方式相结合，由于PROPELLER采集方式的每一个叶片采集区本身条数就很少，如果再加上校准数据，则并行的优势就不明显。

此外，在一般情况下，由于快速自旋回波信号进入稳态需要至少一个重复时间(TR，Repetition Time)的周期，导致第一次叶片采集的数据需要丢掉，否则会由于信号不匹配，引入伪影，这样的做法浪费一个TR周期，对屏气这样的临床场景是很不利的。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种磁共振图像获取方法和磁共振系统，解决PROPELLER采集方式不利于加速的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种磁共振图像获取方法，包括：根据PROPELLER序列采集方式获取磁共振K空间的多个叶片，所述多个叶片包括第一叶片和第二叶片，所述第一叶片包含满采样数据，所述第二叶片由并行成像采集方式获取、包含待填充的欠采样数据；根据所述第一叶片进行图像重建得到校准图像；选取所述第二叶片的其中一个作为待填充叶片，根据所述待填充叶片确定旋转角度，基于经过所述旋转角度旋转后的所述校准图像计算所述待填充叶片的线圈合并系数，根据所述线圈合并系数计算得到所述待填充叶片的欠采样数据并进行填充，选取所述第二叶片的其他叶片作为待填充叶片进行对应的计算填充，完成各所述第二叶片内欠采样数据的填充；根据所述第一叶片和经过所述填充后的第二叶片进行图像重建得到磁共振图像

优选的，所述旋转角度为所述第一叶片和所述待填充叶片对应序列的编码角度。

优选的，所述旋转角度根据所述第一叶片和所述待填充叶片在K空间或图像域计算得到。

优选的，所述根据PROPELLER序列采集方式获取磁共振K空间的多个叶片的第一个叶片包括两个回波链的采集数据，第一个回波链的采集数据被填充到K空间的中心，第二个回波链的采集数据被填充到K空间的非中心。

优选的，所述图像重建方法为基于傅里叶变换的方法。

为解决上述问题，本发明还提供了一种磁共振系统，包括：存储器，用于存储可由处理器执行的指令；处理器，用于执行指令，所述指令包括：根据PROPELLER序列采集方式获取磁共振K空间的多个叶片，所述多个叶片包括第一叶片和第二叶片，所述第一叶片包含满采样数据，所述第二叶片由并行成像采集方式获取、包含待填充的欠采样数据；根据所述第一叶片进行图像重建得到校准图像；选取所述第二叶片的其中一个作为待填充叶片，根据所述待填充叶片确定旋转角度，基于经过所述旋转角度旋转后的所述校准图像计算所述待填充叶片的线圈合并系数，根据所述线圈合并系数计算得到所述待填充叶片的欠采样数据并进行填充，选取所述第二叶片的其他叶片作为待填充叶片进行对应的计算填充，完成各所述第二叶片内欠采样数据的填充；根据所述第一叶片和经过所述填充后的第二叶片进行图像重建得到磁共振图像。

与现有技术相比，本发明的技术方案提供一种磁共振图像获取方法及磁共振系统，可以通过数据间的共有信息完成图像重建，特别是对于腹部屏气类临床场景在保证图像质量的情况下采集速度快。进一步的，有效的利用了每一个实际采集数据，不会造成第一个TR周期数据的浪费。

附图说明

图1是本发明一些实施例的磁共振系统的结构示意图；

图2是本发明一些实施例的磁共振图像获取方法的流程图；

图3是本发明一些实施例的PROPELLER采集方式的示意图；

图4是本发明一些实施例的并行采集方式的示意图；

图5是本发明一些实施例的采集第一叶片的示意图；

图6是本发明一些实施例的K空间各叶片的示意图；

图7是本发明一些实施例的根据第一叶片填充第二叶片的示意图；

图8是是本发明一些实施例的根据填充后的完整K空间重建磁共振图像的示意图；

图9是本发明一些实施例的由完整K空间重建得到的实际磁共振图像的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1是本发明一些实施例的磁共振系统的结构示意图，如图1所示，磁共振系统100通常包括磁共振机架，机架内有主磁体101，主磁体101可以是由超导线圈构成，用来产生主磁场，在一些情况下也可以采用永磁体。主磁体101可以用来产生0.2特斯拉、0.5特斯拉、1.0特斯拉、1.5特斯拉、3.0特斯拉或者更高的主磁场强度。在磁共振成像时，成像对象150会由患者床106进行承载，随着床板的移动，将成像对象150移入主磁场磁场分布较为均匀的区域105内。通常对于磁共振系统，如图1所示，空间坐标系(即设备的坐标系)的z方向设置为与磁共振系统机架的轴向相同，通常将患者的身长方向与z方向保持一致进行成像，磁共振系统的水平平面设置为xz平面，x方向与z方向垂直，y方向与x和z方向均垂直。

在磁共振成像，脉冲控制单元111控制射频脉冲产生单元116产生射频脉冲，射频脉冲由放大器放大后，经过开关控制单元117，最终由体线圈103或者局部线圈104发出，对成像对象150进行射频激发。成像对象150根据射频激发，会由共振产生相应的射频信号。在接收成像对象150根据激发产生的射频信号时，可以是由体线圈103或者局部线圈104进行接收，射频接收链路可以有很多条，射频信号发送到射频接收单元118后，进一步发送到图像重建单元121进行图像重建，形成磁共振图像。

磁共振系统100还包括梯度线圈102，梯度线圈可以用来在磁共振成像时对射频信号进行空间编码。脉冲控制单元111控制梯度信号产生单元112产生梯度信号，梯度信号通常会分为三个相互正交方向的信号：x方向、y方向和z方向，不同方向的梯度信号经过梯度放大器(113、114、115)放大后，由梯度线圈102发出，在区域105内产生梯度磁场。

脉冲控制单元111、图像重建单元121与处理器122、显示单元123、输入/输出设备124、存储单元125、通信端口126之间可以通过通信总线125进行数据传输，从而实现对磁共振成像过程的控制。其中，处理器122可以由一个或多个处理器组成。显示单元123可以是提供给用户用来显示图像的显示器。输入/输出设备124可以是键盘、鼠标、控制盒等相关设备，支持输入/输出相应数据流。存储单元125可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘等，存储单元125可以用来存储需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器122所执行的可能的程序指令。通信端口105可以实现与其他部件例如：外接设备、图像采集设备、数据库、外部存储以及图像处理工作站等之间进行数据通信。

在本发明的一些实施例中，提供了一种磁共振图像获取方法，如图2所示，包括步骤S201，根据PROPELLER序列采集方式获取磁共振K空间的多个叶片。

螺旋桨(PROPELLER，periodically rotated overlapping parallel lines withenhanced reconstruction)技术的基本序列是快速自旋回波序列(FSE，Fast Spin Echo)或快速反转恢复序列(FIR，Fast Inversion Recovery)，具有回波链，在一个重复周期(TR，Repetition Time)采集一个回波链，回波链中每个回波都需要经过频率编码和相位编码，在某个角度上平行地填充于K空间，这一组填充信息可以被称为PROPELLER的一个叶片。结合图3所示，图中叶片301可以表示在一个TR期间采集到的磁共振回波链，其包括了互相平行的一组回波。在下一个TR间期采集另一个回波链，这个回波链的频率编码和相位编码方向与前一个回波链相比已经旋转了一定的角度，因此需要旋转一定角度后再平行地填充于K空间，形成PROPELLER的另一叶片，例如叶片302；如此反复进行直至填满这个K空间，也即多个叶片组成一个完整的螺旋桨，例如图3右图所示，完整螺旋桨300由一组互相成一定角度的叶片：叶片301、叶片302、叶片303等组成。

本发明的一些实施例另引入了并行加速采集方式，传统的并行加速方式，例如基于GRAPPA算法、SENSE算法或者SMASH算法，由多通道相控阵射频线圈的多个线圈单元同时采集磁共振数据，通过减少采集的相位编码线，仅采集并填充K空间的一部分数据，另一部分K空间数据欠采集，从而提高采集速度。

以GRAPPA算法为例，如图4所示，图中以4个线圈采集得到的磁共振数据作为示意，其中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；填充斜线的实点表示为了计算线圈合并系数而适量全采样的数据。GRAPPA算法认为，图4中任意一个白色空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，而线圈合并系数ni j(第i个线圈，第j个位置)可以通过黑色实点拟合斜线实点来确定。在线圈合并系数ni j确定后，其他白色空点即可根据求得的线圈合并系数ni j将线圈合并填补空白数据。

在本步骤中，根据PROPELLER序列采集方式采集多个K空间叶片时，对不同叶片采取了不同的方式采集，其中，可以全采样各叶片中的一个作为第一叶片，第一叶片的数据可以是满采样数据，其余叶片通过并行采集方式进行采集作为第二叶片)，第二叶片包含欠采样数据，欠采样数据需要在后续步骤进行填充。具体对于第一叶片和第二叶片的采集根据本领域技术人员的现有知识，以及上述部分的说明已经明确，这里不再展开。在一些实施例中，为提高计算精确度，也可以满采样多个叶片，这样就有多个第一叶片。

在一些实施例中，由回波链采集各第一叶片、第二叶片时，由于回波序列本身特点，采集序列的第一个回波链信号强度较大，若直接填充在K空间后进行图像重建，容易产生伪影。结合图5，此时可以将原来第一个采集的回波链分两个子回波链进行采集，分别对于第一回波链和第二回波链，将由第一回波链采集得到的数据填充到K空间两侧502处(图5中虚线表示)，由第二回波链采集得到数据填充到K空间中心位置501(图5中实线表示)。

由相关序列采集得到的数据填充到K空间后如图6所示，其中第一叶片601是满采样数据的叶片，第二叶片602是欠采样数据的叶片，满采样数据在图6中用实线表示，欠采样数据用虚线表示，由第一叶片601和第二叶片602构成K空间螺旋桨600。

以下对第二叶片内的欠采集数据进行填充，步骤S202，根据第一叶片进行图像重建，如图7所示，对第一叶片601进行图像重建得到校准图像，图像重建方法可以是基于傅里叶变换的方法。

步骤S203，选取一个第二叶片，例如第二叶片6021，根据第二叶片6021和第一叶片601的相对位置计算旋转角度。旋转角度可以是根据第二叶片6021和第一叶片601分别对应采集序列的编码角度进行，例如两个叶片的采集序列的编码角度差值为45度，则可以设定旋转角度值为45度。在一些情况下，也可以根据实际采集到的回波信号的角度差值，例如分别将填充到K空间的叶片601和叶片6021在K空间计算角度差值，或者变换成图像后，在图像域进行图像配准，计算得到角度差值，将该角度差值作为旋转角度。

之前由第一叶片601图像重建得到校准图像701，此时应用该旋转角度(例如45度)对校准图像701进行旋转，将旋转后的校准图像702变换回K空间)得到校准数据703，将图像数据变换到K空间数据的方法具体可以采用基于傅里叶反变化的方法。

该校准数据703可以作为第二叶片6021的校准数据，与并行采集的线圈合并计算方法类似(例如前面描述的GRAPPA方法)，根据校准数据703可以计算对应第二叶片6021的线圈合并系数。之后根据第二叶片6021的已采集数据和线圈合并系数704计算得到第二叶片6021的欠采样数据，对欠采样数据进行填充。

在本发明的一些实施例中，对第二叶片数据的填充过程可以在类似K空间的其他数学空间完成，例如可以是在频率与图像的混合空间，具体可参考本发明人提交的名称为“磁共振成像方法与装置”的专利申请，申请号为CN201210588103.5。

其余的第二叶片的欠采样数据计算填充方式与第二叶片6021的欠采样数据计算填充方式相同，这里不再赘述。待所有第二叶片填充完成后，如图8左侧所示，形成完整的K空间，之后将完整K空间数据进行图像重建，图像重建的具体方式可以是傅里叶变换，得到磁共振图像。图9是根据本发明方法重建得到的磁共振图像示意图，以及传统方法重建得到的磁共振图像示意图，其中，本发明方法的图像相比传统方法的图像效果相仿、伪影略轻，但传统方法用时61s，本发明发仅用时48s，两种方法都是分四口屏气。

本发明的技术方案提供一种磁共振图像获取方法及磁共振系统，可以通过数据间的共有信息完成图像重建，特别是对于腹部屏气类临床场景在保证图像质量的情况下采集速度快。进一步的，有效的利用了每一个实际采集数据，不会造成第一个TR周期数据的浪费。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“子模块”、“引擎”、“单元”、“子单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

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即服务(SaaS)。

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。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

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)

1.一种磁共振图像获取方法，其特征在于，包括：

根据PROPELLER序列采集方式获取磁共振K空间的多个叶片，所述多个叶片包括第一叶片和第二叶片，所述第一叶片包含满采样数据，所述第二叶片由并行成像采集方式获取、包含待填充的欠采样数据；

根据所述第一叶片进行图像重建得到校准图像；

选取所述第二叶片的其中一个作为待填充叶片，根据所述待填充叶片确定旋转角度，基于经过所述旋转角度旋转后的所述校准图像计算所述待填充叶片的线圈合并系数，根据所述线圈合并系数计算得到所述待填充叶片的欠采样数据并进行填充，选取所述第二叶片的其他叶片作为待填充叶片进行对应的计算填充，完成各所述第二叶片内欠采样数据的填充；

根据所述第一叶片和经过所述填充后的第二叶片进行图像重建得到磁共振图像。

2.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述旋转角度为所述第一叶片和所述待填充叶片对应序列的编码角度。

3.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述旋转角度根据所述第一叶片和所述待填充叶片在K空间或图像域计算得到。

4.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述根据PROPELLER序列采集方式获取磁共振K空间的多个叶片的第一个叶片包括两个回波链的采集数据，第一个回波链的采集数据被填充到K空间的中心，第二个回波链的采集数据被填充到K空间的非中心。

5.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述图像重建方法为基于傅里叶变换的方法。

6.一种磁共振系统，其特征在于，包括：

存储器，用于存储可由处理器执行的指令；

处理器，用于执行指令，所述指令包括：

根据PROPELLER序列采集方式获取磁共振K空间的多个叶片，所述多个叶片包括第一叶片和第二叶片，所述第一叶片包含满采样数据，所述第二叶片由并行成像采集方式获取、包含待填充的欠采样数据；

根据所述第一叶片进行图像重建得到校准图像；

选取所述第二叶片的其中一个作为待填充叶片，根据所述待填充叶片确定旋转角度，基于经过所述旋转角度旋转后的所述校准图像计算所述待填充叶片的线圈合并系数，根据所述线圈合并系数计算得到所述待填充叶片的欠采样数据并进行填充，选取所述第二叶片的其他叶片作为待填充叶片进行对应的计算填充，完成各所述第二叶片内欠采样数据的填充；

根据所述第一叶片和经过所述填充后的第二叶片进行图像重建得到磁共振图像。

7.根据权利要求6所示的磁共振系统，其特征在于，所述旋转角度为所述第一叶片和所述待填充叶片对应序列的编码角度。

8.根据权利要求6所述的获取方法，其特征在于，所述旋转角度根据所述第一叶片和所述待填充叶片在K空间或图像域计算得到。

9.根据权利要求6所述的获取方法，其特征在于，所述根据PROPELLER序列采集方式获取磁共振K空间的多个叶片的第一个叶片包括两个回波链的采集数据，第一个回波链的采集数据被填充到K空间的中心，第二个回波链的采集数据被填充到K空间的非中心。

10.根据权利要求6所述的获取方法，其特征在于，所述图像重建方法为基于傅里叶变换的方法。