CN107576925A - 磁共振多对比度图像重建方法和装置 - Google Patents

磁共振多对比度图像重建方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种磁共振多对比度图像重建方法和装置，在该方法和装置中，为了节省扫描时间，采用降采样的方式采集各个对比度下的磁共振信号数据，并且为了拟合出未采集的磁共振信号数据，还采用了满采样的方式对k空间中央区域进行数据采集。这些满采样的数据用于训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核。各个卷积核用于拟合出未采集的磁共振信号数据。如此，可以利用同一对比度的已经采集到的数据和拟合得到的数据进行一个对比度的图像重建。该图像重建方法充分利用了多对比度图像间的相关性，因而，利用本申请实施例提供的方法在节省磁共振扫描时间的前提下，能够提高重建图像的准确性。

Description

磁共振多对比度图像重建方法和装置
技术领域
本申请涉及图像处理领域，尤其涉及一种磁共振多对比度图像重建方法和装置。
背景技术
相较于其它成像设备，磁共振可以获得多种对比度的图像，提供更加丰富的信息用于诊断。
传统的磁共振成像方法是将这些不同对比度的图像分别扫描和重建，因此，磁共振的成像速度较慢，严重影响了临床的适用性。
为了节省扫描时间，目前提供了一种直接共享数据的方法，这类方法通过在k空间共享高频信息的方法共享组织结构信息，不同对比度的图像单独使用各自的低频信息产生不同的对比度，从而避免了高频信息的重复扫描，节省了扫描时间。
然而，这种直接共享数据的方法，由于将一个对比度下扫描的组织结构信息直接共享到其它对比度的图像中，如此，会导致图像之间的对比度受到污染，导致最终重建出的图像结果不准确。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种磁共振多对比度图像重建方法和装置，以提高多对比度磁共振图像的准确性。
为了解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：
一种磁共振多对比度图像重建方法，包括：
数据采集步骤：通过降采样方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据并通过满采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间中央区域的磁共振信号数据，得到L*T组k空间中央区域满采的k空间数据其中，t∈{1,2,3,...,T}，l∈{1,2,3,...,L}，T≥2，且T为正整数，L为正整数；
卷积核训练步骤：利用所述L*T组k空间中央区域满采的k空间数据分别训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核；
数据拟合步骤：将所述各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核分别结合与其对应的对比度和采集通道中已经采集到的部分采集的k空间数据拟合出各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的k空间数据，从而得到各个对比度各个采集通道中无缺失数据的k空间数据；
图像重建步骤：将属于同一对比度的各个采集通道中无缺失数据的k空间数据进行图像重建，得到每个对比度的磁共振图像。
一种磁共振多对比度图像重建装置，包括：
采集单元，用于根据设置后的磁共振扫描参数，通过预设降采样方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据并通过满采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间中央区域的磁共振信号数据，得到L*T组k空间中央区域满采的k空间数据其中，t∈{1,2,3,...,T}，l∈{1,2,3,...,L}，T≥2，且T为正整数，L为正整数；
训练单元，用于利用所述L*T组k空间中央区域满采的k空间数据分别训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核；
拟合单元，用于将所述各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核分别结合与其对应的对比度和采集通道中已经采集到的部分采集的k空间数据，拟合出各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的k空间数据，从而得到各个对比度各个采集通道中无缺失数据的k空间数据；
重建单元，用于将属于同一对比度的各个采集通道中无缺失数据的k空间数据进行图像重建，得到每个对比度的磁共振图像。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
通过以上技术方案可知，本申请提供的磁共振多对比度图像重建方法，为了节省扫描时间，采用降采样的方式采集各个对比度下的磁共振信号数据，并且为了拟合出未采集的磁共振信号数据，还采用了满采样的方式对k空间中央区域进行数据采集。这些满采样的数据用于训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核。各个卷积核用于拟合出未采集的磁共振信号数据。
其中，在利用卷积核拟合一个对比度的未采集的磁共振信号数据时，各个卷积核将其它对比度中的相关性较高的磁共振信号数据关联起来，通过对这些数据进行拟合得到未采集的磁共振信号数据。如此，在图像重建时，可以利用同一对比度的已经采集到的数据和拟合得到的数据进行一个对比度的图像重建。本方法充分利用了多对比度图像间的相关性，为数据拟合提供了更多的信息，提高了拟合的准确性。因而，利用本申请实施例提供的方法在节省磁共振扫描时间的前提下，能够提高重建图像的准确性。
附图说明
为了清楚地理解本申请的具体实施方式，下面将描述本申请具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本申请的部分实施例。
图1是本申请实施例提供的磁共振多对比度图像重建方法流程示意图；
图2示出了一个k空间中的磁共振信号数据的嵌入式采样方式的示意图；
图3示出了一个k空间中的磁共振信号数据的额外式采样方式的示意图；
图4是本申请实施例提供的执行磁共振多对比度图像重建逻辑指令的控制设备结构示意图；
图5是本申请实施例提供的磁共振多对比度图像重建装置结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供的磁共振多对比度图像重建方法和装置是基于GRAPPA并行成像原理提出的。
为了清楚地理解本申请的具体实施方式，首先介绍GRAPPA并行成像原理。
GRAPPA并行成像采用多通道采集数据，其中，多通道采集数据相当于利用位于不同角度的多台照相机同时对被拍照物体进行照相，如此，能够同时得到多个角度的图像，因此，这种成像方式称为并行成像。
下面以4个通道加速2倍的数据采集方式为例说明GRAPPA的并行成像原理。设定每个通道采集第奇数行相位编码线的数据，即采集第1行、第3行、第5行，……，第2k+1行相位编码线的磁共振信号数据，k≥0，且k为整数。
在图像重建之前，可以通过线型拟合的方式得到未采集的第偶数行数据即第2行、第4行、第6行，……，第2k+2行相位编码线的磁共振信号数据，k≥0，且k为整数。
其中，线型拟合的通用公式如式(1)所示，
其中，为第n通道的第i行相位编码线的数据，i∈{2,4,6,8,.k.，，n∈{1,2,3,4},w1至w8为第n通道的第i行相位编码线数据的GRAPPA卷积核，其通过对k空间部分区域的满采样数据进行训练得到。
需要说明，针对同一采集通道来说，在数据拟合时，待拟合数据的大小与已经采集到的数据的相对位置关系有关，若一行待拟合的相位编码线数据与其相邻的已经采集到的相位编码线数据的位置关系与另一行待拟合的相位编码线数据与其相邻的已经采集到的相位编码线数据的位置关系相同，则该两行待拟合的相位编码线数据具有相同的卷积核。不同采集通道的相位编码线数据具有不同的卷积核。
仍以上述示例的仅采集奇数行相位编码线为例说明。
因与第2行相位编码线相邻的第1行和第3行相位编码线数据均被采集，与第4行相位编码线相邻的第3行和第5行相位编码线数据也均被采集，依次类推，与第2k行相位编码线相邻的第2k-1行和第2k+1行相位编码线数据也均被采集，因此，第2行、第4行、……，第2k行相位编码线数据与其相邻的已经采集到的相位编码线数据具有相同的相对位置关系，因此，它们可以共用一个卷积核。也就是说，当训练得到第2行相位编码线数据的卷积核后，无需再训练第4行、第6行等等第偶数行相位编码线数据的卷积核，该第4行、第6行等等第偶数行相位编码线数据可以利用第2行相位编码线数据的卷积核以及与该第偶数行相位编码线相邻的相位编码线数据通过公式(1)进行数据拟合得到。
而不同采集通道的相同位置的相位编码线数据具有不同的卷积核，针对上述示例来说，需要训练得到4*1个卷积核。
若对上述示例进行扩展，设定加速A倍，采集通道个数为N，则每个采集通道中仅采集第(A*k+i)行相位编码线数据，其中，A为大于或等于2的整数，k为整数，1≤i≤A，且i为整数。
符合通式(A*k+j)(其中，k为整数，1≤j≤A，j≠i,且j为整数)的相位编码线数据与其相邻的已经采集到的相位编码线数据具有相同的位置关系，因此，同一采集通道中的第(A*k+j)的相位编码线数据可以共用一个卷积核。如此，在同一采集通道内，需要训练(A-1)个卷积核，因此，当每个采集通道加速A倍，采集通道个数为N时，需要训练(A-1)*N个卷积核来拟合未填充数据的相位编码线数据。
仍以具体示例说明，设定：数据采集加速4倍，采集通道个数为8，在每一采集通道中采集的相位编码线为第4k+1行，则每个采集通道中，采集的相位编码线为第1行、第5行、第9行、第13行，……。则同一采集通道的第2行、第6行、第10行，……，第4k+2行数据可以采用同一卷积核。同一采集通道的第3行、第7行、第11行，……，第4k+3行数据可以采用同一卷积核。同一采集通道的第4行、第8行、第12行，……，第4k+4行数据可以采用同一卷积核。在该示例中，需要训练(4-1)*8＝24个卷积核来拟合出未填充数据的相位编码线数据。
下面介绍GRAPPA卷积核的具体训练过程。在介绍具体训练过程时，仍以4个采集通道加速2倍的数据采集方式为例说明。作为示例，具体训练过程可以如下：
在该示例中，以256*256的像素点阵为例说明。针对示例的4个通道，每个通道均采集第96行至第128行数据，得到的数据用表示，其中，n为通道标识，n∈{1,2,3,4}，j为扫描行标识，j∈{96,97,...,128}，即为采集到的第n通道第j行相位编码线的数据。因此，当训练第1通道的第2行相位编码线的卷积核时，将采集得到的第1通道的第97行数据带入到公式(1)的左边，将采集到的各个通道的第96行相位编码线数据和第98行相位编码线数据分别代入到公式(1)的右边，得到一个方程；将采集得到的第1通道的第98行数据带入到公式(1)的左边，将采集到的各个通道的第97行相位编码线数据和第99行相位编码线数据分别代入到公式(1)的右边，得到一个方程，以此类推，将采集得到的第1通道的第j+1行数据带入到公式(1)的左边，将采集到的各个通道的第j-1行相位编码线数据和第j+2行相位编码线数据分别代入到公式(1)的右边，因每个通道中满采样数据为32行，若将这些数据均按照上述方式均代入到公式(1)中，则可以得出含有多个(30×256个)方程的方程组。在每个方程中，只有卷积核w1至w8为未知数，其它均为已知数，因此，通过对方程组进行求解可以得到第1通道的第2行相位编码线的卷积核w1至w8。其中，w1和w2为卷积核在第一通道内的大小，w3至w8为卷积核在第2通道至第4通道内的大小。
如此，针对上述示例，当训练得到第1通道的第2行相位编码线的GRAPPA的卷积核w1至w8后，将该卷积核w1至w8对多通道的相邻两行奇数行的数据进行线性拟合，从而得到该相邻两行奇数行之间的偶数行的数据。具体地说，将不同通道的第1行和第3行的数据代入到公式(1)中，可以得到第1通道的第2行数据，将不同通道的第3行和第5行数据代入到公式(1)中，得到第1通道的第4行数据，依次类推，即可得到第1通道的第偶数行数据。因此，通过这种方式能够计算得到未采集的数据，当将这些计算得到的数据填充到k空间中对应的相位编码线上后，得到每个通道的没有缺失的k空间数据。
最后利用填充后的没有缺失的属于同一通道的k空间数据进行图像重建，从而得到每个通道的图像。
通过以上所述可知，在卷积核训练过程中，各行相位编码线的数据即是已知的，通过这些已知的数据训练得到卷积核wi。在数据拟合过程中，卷积核wi已知，并且位于公式(1)右边的数据也是已知的，所以，根据公式(1)可以计算出未填充数据的相位编码线的数据。
以上为GRAPPA并行成像原理。
发明人经过研究发现，在GRAPPA并行成像原理中，所述GRAPPA的卷积核能够反映采集通道敏感度信息，而采集通道敏感度信息为低频信息，而在磁共振多对比度图像中，对比度信息在频率域来说也为低频信息，因此可以将上述GRAPPA并行成像的卷积核中的通道敏感度信息替换为多对比度图像中的对比度信息。因此，可以利用GRAPPA并行成像原理来实现磁共振多对比度图像的成像。
另外，在磁共振多对比度成像时，可以与GRAPPA并行成像相同，采用多个采集通道采集每个对比度的磁共振信号数据。
基于上述GRAPPA并行成像原理，本申请提供的磁共振多对比度图像重建方法，本申请提供的磁共振多对比度图像重建方法，为了节省扫描时间，采用降采样的方式采集各个对比度下的磁共振信号数据，并且为了拟合出未采集的磁共振信号数据，还采用了满采样的方式对k空间中央区域进行数据采集。这些满采样的数据用于训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核。各个卷积核用于拟合出未采集的磁共振信号数据。
其中，在利用卷积核拟合一个对比度的未采集的磁共振信号数据时，各个卷积核将其它对比度中的相关性较高的磁共振信号数据关联起来，通过对这些数据进行拟合得到未采集的磁共振信号数据。如此，在图像重建时，可以利用同一对比度的已经采集到的数据和拟合得到的数据进行一个对比度的图像重建。本方法充分利用了多对比度图像间的相关性，为数据拟合提供了更多的信息，提高了拟合的准确性。因而，利用本申请实施例提供的方法在节省磁共振扫描时间的前提下，能够提高重建图像的准确性。
下面结合附图详细描述本申请提供的磁共振多对比度图像重建方法和装置的具体实施方式。
图1是本申请实施例提供的磁共振多对比度图像重建方法流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
S101：通过预设降采样方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据并通过满采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间中央区域的磁共振信号数据，得到L*T组k空间中央区域满采的k空间数据其中，t∈{1,2,3,...,T}，l∈{1,2,3,...,L}，T≥2，且T为正整数，L为正整数。
所述满采样是指整个k空间内的所有相位编码线的数据均要采集。举例来说，设定整个k空间内有256行相位编码线，则该256行相位编码线上的数据均要采集。所述降采样是指仅采集整个k空间内的部分相位编码线上的数据。
k空间中央区域的磁共振信号数据为反映组织结构信息的磁共振信号数据，其属于频率空间中的高频磁共振信号数据。
k空间周边区域的磁共振信号数据为反映对比度信息的信号数据，其属于频率空间中的低频磁共振信号数据。
步骤S101的具体实现方式将在下文中详细展开描述。
S102：利用所述L*T组k空间中央区域满采的k空间数据分别训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核。
设定加速倍数为A，则每个对比度每个采集通道采集的相位编码线的行号为A*k+i，其中，A为大于或等于2的整数，k为整数，1≤i≤A，且i为整数。
在同一对比度中同一采集通道中相位编码线的行号符合通式(A*k+j)(其中，k为整数，1≤j≤A，j≠i,且j为整数)的相位编码线数据对应的卷积核相同。但是，当j不同时，对应的卷积核不同。
在同一对比度中，不同采集通道的磁共振信号数据对应的卷积核不同，在不同对比度中，即使是同一采集通道的磁共振信号数据，其对应的卷积核不同。
基于上述所述，针对T个对比度，L个采集通道，加速A倍的情况，则最少需要训练T*L*(A-1)个卷积核。
步骤S102的具体实现方式将在下文中详细展开描述。
S103：将所述各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核分别结合与其对应的对比度和采集通道中已经采集到的部分采集的k空间数据，拟合出各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的k空间数据，从而得到各个对比度各个采集通道中无缺失数据的k空间数据。
步骤S103的具体实现方式将在下文中详细展开描述。
S104：将属于同一对比度的各个采集通道中无缺失数据的k空间数据进行图像重建，得到每个对比度的磁共振图像。
将对比度1的L个采集通道的L组无缺失数据的k空间数据进行图像重建，得到对比度1的磁共振图像。将对比度2的L个采集通道的L组无缺失数据的k空间数据进行图像重建，得到对比度2的磁共振图像。依次类推，直到得到对比度T的磁共振图像。如此重建出T个对比度的磁共振图像。
需要说明，在本申请实施例中，具体可以利用各通道图像平方和的平方根来实现同一对比度的各个采集通道的无缺失数据的k空间数据重建。
以上为本申请提供的磁共振多对比度图像重建方法的具体实施方式。在该具体实施方式中，本申请提供的磁共振多对比度图像重建方法，为了节省扫描时间，采用降采样的方式采集各个对比度下的磁共振信号数据，并且为了拟合出未采集的磁共振信号数据，还采用了满采样的方式对k空间中央区域进行数据采集。这些满采样的数据用于训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核。各个卷积核用于拟合出未采集的磁共振信号数据。
其中，在利用卷积核拟合一个对比度的未采集的磁共振信号数据时，各个卷积核将其它对比度中的相关性较高的磁共振信号数据关联起来，通过对这些数据进行拟合得到未采集的磁共振信号数据。如此，在图像重建时，可以利用同一对比度的已经采集到的数据和拟合得到的数据进行一个对比度的图像重建。本方法充分利用了多对比度图像间的相关性，为数据拟合提供了更多的信息，提高了拟合的准确性。因而，利用本申请实施例提供的方法在节省磁共振扫描时间的前提下，能够提高重建图像的准确性。
下面介绍步骤S101的具体实现方式。
在步骤S101中，可以采用嵌入式采样方式，也可以采用额外式采样方式采集磁共振信号数据。所谓嵌入式采样方式是将对k空间中央区域进行满采样的过程嵌入到对k空间周边区域进行部分采样的过程中，即对k空间中央区域进行满采样和k空间周边区域部分采样在同一采样过程中完成。
所谓额外式采样方式是对k空间中央区域进行满采样的过程与对k空间周边区域进行部分采样的过程分开进行。
作为示例，当利用嵌入式采样方式采集磁共振信号数据时，步骤S101可以具体包括：
根据设置后的磁共振扫描参数，通过预设降采样方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间周边区域的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据同时，通过满采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间中央区域的磁共振信号数据，得到得到L*T组k空间中央区域满采的k空间数据
需要说明，降采样过程和满采样过程中所根据的磁共振扫描参数为相同的磁共振扫描参数。作为示例，磁共振扫描参数可以包括重复时间、扫描层数、回波时间、层厚、反转时间、层间距、采样带宽、反转角、激励次数和回波链长度等等。
也就是说，在嵌入式采样方式中，降采样和满采样是在同一次采样过程中进行的，如此，一个对比度仅采集一次数据。具体地，在数据采集之前，将k空间区域划分为中央区域和周边区域，在一次采样过程中，对k空间周边区域采用预设降采样的方式采集磁共振信号数据，以加快扫描速度，对k空间中央区域采用满采样的方式采集磁共振信号数据，以利用该数据训练卷积核。
图2示出了一个k空间中的磁共振信号数据的嵌入式采样方式的示意图。在图2中，k为相位编码，t为对比度。星号表示采集到的k空间中央区域的数据点，实心黑点表示采集到的数据点，空心点为没有采集的数据点。从图2中可以很直观地看出，嵌入式采样方式的特点为对k空间中央区域采用满采样方式进行采样，对k空间周边区域采用降采样方式进行采样。
需要说明，k空间中央区域的磁共振信号数据为低频磁共振信号数据，其能够反映图像对比度信息和采集通道的敏感度信息。
当利用额外式采样方式执行步骤S101时，步骤S101可以具体包括以下两个步骤：
步骤S1011：根据设置后的磁共振扫描参数，通过预设降采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的整个k空间区域的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据
在该步骤S1011中，每个对比度的整个k空间区域均采用预设降采样的方式进行磁共振信号数据采集。
每个采集通道得到一组部分采集的k空间数据，因利用L个采集通道对每个对比度的整个k空间区域进行磁共振信号数据采集，所以，每个对比度中得到L组部分采集的k空间数据，又因对比度个数为T，则总共得到L*T组部分采集的k空间数据
步骤S1012：根据设置后的磁共振扫描参数，通过满采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间中央区域的磁共振信号数据，得到L*T组k空间中央区域满采的k空间数据
该步骤中，仅对每个对比度的k空间中央区域进行数据采集，且采用满采样的方式对数据进行采集。
需要说明，本申请实施例不限定步骤S1011和步骤S1012的先后执行顺序，也就是说，本申请实施例可以先执行步骤S1011，再执行步骤S1012，也可以先执行步骤S1012，再执行步骤S1011。
由上述额外式采集数据的方式可知，需要对同一对比度采集两次磁共振信号数据。图3示出了一个k空间中的磁共振信号数据的额外式采样方式的示意图。在图3中，k为相位编码，t为对比度。实心黑点表示采集到的数据点，空心点为没有采集的数据点。从图3中可以很直观地看出，额外式采样方式的特点为每次对k空间整个区域采集数据时均采用降采样方式进行采样。
作为本申请的一可选实施例，在本申请实施例中，预设降采样方式可以为等距离降采样方式。所谓等距离降采样方式是同一对比度中的同一采集通道采集的每相邻两行相位编码线之间的距离相等。当采用等距离降采样方式采集磁共振信号数据时，能够使得后续训练卷积核较为容易进行。
在本申请实施例中，通过等距离降采样方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据可以通过以下两种可能的实现方式实现。
第一种可能的实现方式为：k-t GRAPPA加速的错位部分采样方式。
该方式具体为：至少两个对比度的同一采集通道采集的相位编码线在k空间的位置不完全相同。
具体地说，设定加速A倍，各个对比度中的同一采集通道采集的相位编码线在k空间的位置为A*k+i，1≤i≤A，且i为整数，则其中至少两个对比度中的A*k+i中的i的取值不同，如此存在以下一种可能：多个对比度采集得到的相位编码线能够覆盖整个k空间区域的相位编码线，这种采样方式使得通过卷积核拟合出的相位编码线数据更加准确。
举例说明，以加速4倍，8个对比度为例说明。不同对比度的同一采集通道采集的相位编码线具体如下：
对比度为1时，采集的相位编码线在k空间的位置为第4k+1行；
对比度为2时，采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+2行；
对比度为3时，采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+3行；
对比度为4时，采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+4行；
对比度为5时，采集的相位编码线在k空间的位置为第4k+1行；
对比度为6时，采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+2行；
对比度为7时，采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+3行；
对比度为8时，采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+4行。
因此，通过这种错位采样方式，采集的所有对比度的相位编码线数据覆盖了k空间中的所有相位编码线，这种采样方式使得拟合出的相位编码线数据更加准确。
第二种可能的实现方式为：SENSE等距离部分采样方式。
该方式具体可以为：各个对比度中相同采集通道采集的相位编码线在k空间的位置完全相同。
具体地说，设定加速A倍，各个对比度中的位于相同位置的采集通道采集的相位编码线为A*k+i，同一对比度中不同采集通道采集的相位编码线为A*k+j，其中，k为整数，1≤i,j≤A，且i，j为整数；则各个对比度中的A*k+i中的i均相同，同一对比度中各个采集通道中的A*k+j的j均相同。
以加速4倍，8个对比度为例说明各个对比度中同一采集通道采集的相位编码线在k空间的位置完全相同。
对比度为1时，采集通道1采集的相位编码线在k空间的位置为第4k+1行；
对比度为2时，采集通道1采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+1行；
对比度为3时，采集通道1采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+1行；
对比度为4时，采集通道1采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+1行；
对比度为5时，采集通道1采集的相位编码线在k空间的位置为第4k+1行；
对比度为6时，采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+1行；
对比度为7时，采集通道1采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+1行；
对比度为8时，采集通道1采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+1行。
以加速4倍，同一对比度中有5个采集通道为例说明同一对比度中的不同采集通道采集的相位编码线在k空间的位置完全相同。以对比度为1时说明。
对比度为1的采集通道1采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+2行；
对比度为1的采集通道2采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+2行；
对比度为1的采集通道3采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+2行；
对比度为1的采集通道4采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+2行；
对比度为1的采集通道5采集到的相位编码线在k空间的位置为第4k+2行。
以上为步骤S101的具体实现方式。
下面介绍步骤S102的具体实现方式。
当采用等距离降采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据时，设定加速倍数为A，对比度为t的第l个采集通道采集的相位编码线的行号为(A*k+m)，其中，k≥0，且k为整数，m∈{1，2，...,A}。
步骤S102可以具体为：通过公式(2)对训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核。
在公式(2)中，ky是相位编码线的行号，Δky是相邻两行相位编码线在k空间的距离，Δky＝1，A是加速倍数；m∈{1，2，...,A}，
是对比度为t的第l采集通道的第(ky-m·Δky)行相位编码线的数据；
是对比度为t的第l采集通道的第(ky-bAΔky)行相位编码线的数据；
是对比度为v的第l采集通道的第(ky-bAΔky)行相位编码线的数据；
L是每个对比度中的采集通道个数，L为正整数；
Nb是卷积核在本对比度t内的元素个数；
nb(l,m)是对比度为t的第l采集通道的第(A*k+m)行相位编码线的卷积核的值；
nv(l,m)是对比度为v的第l采集通道的第(A*k+m)行相位编码线的卷积核的值；
指标l、b、v分别是遍历通道、卷积核在本对比度t内的元素个数以及卷积核在其它对比度内的元素个数。
训练具体过程可以具体包括：
首先，将所述L*T组k空间中央区域满采的k空间数据中符合下述公式限定的相位编码线位置关系的k空间数据分别代入以下公式中，分别生成多个未知数为nb(l,m)和nv(l,m)的方程，该多个未知数为nb(l,m)和nv(l,m)的方程联立形成方程组，然后，求解方程组，得到的方程组的解为nb(l,m)和nv(l,m)；
本步骤可以具体为：
将采集得到的磁共振信号数据以及代入到公式(2)中，满采样了多行相位编码线的数据，因此，将多组符合上述公式(2)限定的位置关系的以及分别代入到公式(2)中，生成包括多个方程的方程组，在该方程组中，只有nb(l,m)和nv(l,m)为未知数，因满采样的相位编码线的行数可以很多，尤其生成的方程的个数可以大于未知数的个数，因此，通过求解方程组的解，即可计算出nb(l,m)和nv(l,m)。该计算出的nv(l,m)和nv(l,m)作为对比度为t的第j采集通道的第(ky-m·Δky)行相位编码线的卷积核。
通过上述方式通过上述公式(2)的多次训练，能够训练得到各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核。
在训练得到卷积核后，就可以利用该卷积核重建未采集的数据。即执行步骤S103。
下面介绍步骤S103的具体实现方式。
因在步骤S102中，已经训练得到各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核，因此，利用公式(2)，将采集到的数据代入到公式(2)的右边，通过计算即可得出各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的k空间数据。
也就是说，在该步骤中，公式(2)右边的各项均为已知数，左边为未知数，因此，当将采集得到的数据代入到公式(2)中，通过计算即可得到公式(2)左边的各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的k空间数据。
将重建出的各个个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的k空间数据填充到已经采集到的k空间数据中，即可得到各个对比度各个采集通道中无缺失数据的k空间数据。
该各个对比度各个采集通道中无缺失数据的k空间数据相当于满采样时得到的k空间数据。
需要说明，当预设降采样方式为等距离降采样方式时，训练卷积核的过程不是迭代过程。
作为本申请的另一可选实施例，预设降采样方式也可以为非等距离降采样方式。当采用非等距离降采样方式采集磁共振信号数据时，本申请实施例可以采用迭代卷积的方式利用L*T组k空间中央区域满采的k空间数据分别训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核。也就是说，在该可选实施例中，训练卷积核的过程为迭代过程。其中，采用迭代卷积的方式训练卷积核的过程与上述训练卷积核的过程类似，只是在用迭代卷积的方式训练卷积核时，每一个卷积核需要反复循环训练多次，直到得到预期结果。
另外，在本申请实施例中，卷积核可以使用任何采集的数据，或者上一次迭代过程重建的数据。而且，不同对比度或通道，可以使用不同的卷积核(形状和大小)。
以上为本申请实施例提供的磁共振多对比度图像的重建方法的具体实施方式。
基于本申请实施例提供的磁共振多对比度图像的重建方法，本申请还提供了一种磁共振多对比度图像的重建装置的具体实施方式。
上述实施例所述的磁共振多对比度图像重建方法可以由图4所示的控制设备执行。图4所示的控制设备包括处理器(processor)410，通信接口(CommunicationsInterface)420，存储器(memory)430，总线440。处理器410，通信接口420，存储器430通过总线440完成相互间的通信。
其中，存储器430中可以存储有磁共振多对比度图像重建的逻辑指令，该存储器例如可以是非易失性存储器(non-volatile memory)。处理器410可以调用执行存储器430中的磁共振多对比度图像重建的逻辑指令，以执行上述的磁共振多对比度图像重建方法。作为实施例，该磁共振多对比度图像重建的逻辑指令可以为控制软件对应的程序，在处理器执行该指令时，控制设备可以对应地在显示界面上显示该指令对应的功能界面。
磁共振多对比度图像重建的逻辑指令的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上述的磁共振多对比度图像重建的逻辑指令，可以称为“磁共振多对比度图像重建装置”，该装置可以划分成各个功能模块。具体参见以下实施例。
下面介绍本申请实施例提供的磁共振多对比度图像重建装置的具体实施方式。
图5是本申请实施例提供的磁共振多对比度图像重建装置结构示意图。如图5所示，该装置包括：
采集单元51，用于根据设置后的磁共振扫描参数，通过预设降采样方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据并通过满采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间中央区域的磁共振信号数据，得到L*T组k空间中央区域满采的k空间数据其中，t∈{1,2,3,...,T}，l∈{1,2,3,...,L}，T≥2，且T为正整数，L为正整数；
训练单元52，用于利用所述L*T组k空间中央区域满采的k空间数据分别训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核；
拟合单元53，用于将所述各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核分别结合与其对应的对比度和采集通道中已经采集到的部分采集的k空间数据，拟合出各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的k空间数据，从而得到各个对比度各个采集通道中无缺失数据的k空间数据；
重建单元54，用于将属于同一对比度的各个采集通道中无缺失数据的k空间数据进行图像重建，得到每个对比度的磁共振图像。
在本申请一具体实施例中，预设降采样方式可以为等距离降采样方式。
作为本申请的一具体示例，当采样等距离降采样方式采集k空间内的磁共振信号数据时，训练单元52可以具体包括：
方程组生成子单元，用于将所述L*T组k空间中央区域满采的k空间数据中符合下述公式限定的相位编码线位置关系的k空间数据分别代入以下公式中，分别生成多个未知数为nb(l,m)和nv(l,m)的方程，该多个未知数为nb(l,m)和nv(l,m)的方程联立形成方程组；
计算子单元，用于求解方程组，得到的方程组的解为nb(l,m)和nv(l,m)；
其中，所述公式为：
公式中，ky是相位编码线的行号，Δky是相邻两行相位编码线在k空间的距离，Δky＝1，A是加速倍数；m∈{1，2，...,A}，
是对比度为t的第l采集通道的第(ky-m·Δky)行相位编码线的数据；
是对比度为t的第l采集通道的第(ky-bAΔky)行相位编码线的数据；
是对比度为v的第l采集通道的第(ky-bAΔky)行相位编码线的数据；
L是每个对比度中的采集通道个数，L为正整数；
Nb是卷积核在本对比度t内的元素个数；
nb(l,m)是对比度为t的第l采集通道的第(A*k+m)行相位编码线的卷积核的值；
nv(l,m)是对比度为v的第l采集通道的第(A*k+m)行相位编码线的卷积核的值；
指标l、b、v分别是遍历通道、卷积核在本对比度t内的元素个数以及卷积核在其它对比度内的元素个数。
需要说明，本申请实施例提供的磁共振多对比度图像重建装置与本申请实施例提供的磁共振多对比度图像重建方法相对应，因此该重建装置具有与重建方法相同的技术效果，在此不再详细描述。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。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做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种磁共振多对比度图像重建方法，其特征在于，包括：
数据采集步骤：通过降采样方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据并通过满采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间中央区域的磁共振信号数据，得到L*T组k空间中央区域满采的k空间数据其中，t∈{1,2,3,...,T}，l∈{1,2,3,...,L}，T≥2，且T为正整数，L为正整数；
卷积核训练步骤：利用所述L*T组k空间中央区域满采的k空间数据分别训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核；
数据拟合步骤：将所述各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核分别结合与其对应的对比度和采集通道中已经采集到的部分采集的k空间数据拟合出各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的k空间数据，从而得到各个对比度各个采集通道中无缺失数据的k空间数据；
图像重建步骤：将属于同一对比度的各个采集通道中无缺失数据的k空间数据进行图像重建，得到每个对比度的磁共振图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据采集步骤具体为：
根据设置后的磁共振扫描参数，通过预设降采样方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间周边区域的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据同时，通过满采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间中央区域的磁共振信号数据，得到得到L*T组k空间中央区域满采的k空间数据
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据采集步骤具体为：
根据设置后的磁共振扫描参数，通过预设降采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的整个k空间区域的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据
根据设置后的磁共振扫描参数，通过满采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间中央区域的磁共振信号数据，得到L*T组k空间中央区域满采的k空间数据
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述预设降采样方式为等距离降采样方式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述卷积核训练步骤，具体为：
将所述L*T组k空间中央区域满采的k空间数据中符合下述公式限定的相位编码线位置关系的k空间数据分别代入以下公式中，分别生成多个未知数为nb(l,m)和nv(l,m)的方程，该多个未知数为nb(l,m)和nv(l,m)的方程联立形成方程组；
求解方程组，得到的方程组的解为nb(l,m)和nv(l,m)；
其中，所述公式为：
<mrow> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>l</mi> <mi>t</mi> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>k</mi> <mi>y</mi> </msub> <mo>-</mo> <mi>m</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;k</mi> <mi>y</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>l</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>L</mi> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>b</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <msub> <mi>n</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>(</mo> <mrow> <mi>l</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> <mo>)</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>l</mi> <mi>t</mi> </msubsup> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mi>y</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>bA&amp;Delta;k</mi> <mi>y</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> <mo>+</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>v</mi> <mo>=</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mi>A</mi> <mo>-</mo> <mi>m</mi> </mrow> </munder> <msup> <mi>n</mi> <mi>v</mi> </msup> <mo>(</mo> <mrow> <mi>l</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> </mrow> <mo>)</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>l</mi> <mi>v</mi> </msubsup> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>k</mi> <mi>y</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>bA&amp;Delta;k</mi> <mi>y</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
公式中，ky是相位编码线的行号，Δky是相邻两行相位编码线在k空间的距离，Δky＝1，A是加速倍数；m∈{1，2，...,A}，
是对比度为t的第l采集通道的第(ky-m·Δky)行相位编码线的数据；
是对比度为t的第l采集通道的第(ky-bAΔky)行相位编码线的数据；
是对比度为v的第l采集通道的第(ky-bAΔky)行相位编码线的数据；
L是每个对比度中的采集通道个数，L为正整数；
Nb是卷积核在本对比度t内的元素个数；
nb(l,m)是对比度为t的第l采集通道的第(A*k+m)行相位编码线的卷积核的值；
nv(l,m)是对比度为v的第l采集通道的第(A*k+m)行相位编码线的卷积核的值；
指标l、b、v分别是遍历通道、卷积核在本对比度t内的元素个数以及卷积核在其它对比度内的元素个数。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述预设降采样方式为非等距离降采样方式。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述卷积核训练步骤，具体为：
通过迭代卷积的方式利用所述L*T组k空间中央区域满采的k空间数据分别训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核。
8.一种磁共振多对比度图像重建装置，其特征在于，包括：
采集单元，用于根据设置后的磁共振扫描参数，通过预设降采样方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的磁共振信号数据，得到L*T组部分采集的k空间数据并通过满采样的方式利用L个采集通道分别采集T个对比度的k空间中央区域的磁共振信号数据，得到L*T组k空间中央区域满采的k空间数据其中，t∈{1,2,3,...,T}，l∈{1,2,3,...,L}，T≥2，且T为正整数，L为正整数；
训练单元，用于利用所述L*T组k空间中央区域满采的k空间数据分别训练各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核；
拟合单元，用于将所述各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的卷积核分别结合与其对应的对比度和采集通道中已经采集到的部分采集的k空间数据，拟合出各个对比度各个采集通道中各行未填充磁共振信号数据的相位编码线的k空间数据，从而得到各个对比度各个采集通道中无缺失数据的k空间数据；
重建单元，用于将属于同一对比度的各个采集通道中无缺失数据的k空间数据进行图像重建，得到每个对比度的磁共振图像。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述预设降采样方式为等距离降采样方式。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述训练单元具体为：
方程组生成子单元，用于将所述L*T组k空间中央区域满采的k空间数据中符合下述公式限定的相位编码线位置关系的k空间数据分别代入以下公式中，分别生成多个未知数为nb(l,m)和nv(l,m)的方程，该多个未知数为nb(l,m)和nv(l,m)的方程联立形成方程组；
计算子单元，用于求解方程组，得到的方程组的解为nb(l,m)和nv(l,m)；
其中，所述公式为：
公式中，ky是相位编码线的行号，Δky是相邻两行相位编码线在k空间的距离，Δky＝1，A是加速倍数；m∈{1，2，...,A}，
是对比度为t的第l采集通道的第(ky-m·Δky)行相位编码线的数据；
是对比度为t的第l采集通道的第(ky-bAΔky)行相位编码线的数据；
是对比度为v的第l采集通道的第(ky-bAΔky)行相位编码线的数据；
L是每个对比度中的采集通道个数，L为正整数；
Nb是卷积核在本对比度t内的元素个数；
nb(l,m)是对比度为t的第l采集通道的第(A*k+m)行相位编码线的卷积核的值；
nv(l,m)是对比度为v的第l采集通道的第(A*k+m)行相位编码线的卷积核的值；
指标l、b、v分别是遍历通道、卷积核在本对比度t内的元素个数以及卷积核在其它对比度内的元素个数。
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