CN107993271A - 一种磁共振动态成像采样方法和图像重建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁共振动态成像采样方法，所述磁共振动态成像采样方法包括：采集多帧图像，分配不同帧图像的k空间采样点位置，使其形成位置互补或近似互补关系，所述不同帧图像的采样点位置组合后形成一个全采样或者近似全采样的k空间，称作组合k空间。随后可以使用各种各样的磁共振重建方法来重建图像，例如压缩感知类方法，基于先验图像或参考图像的方法，以及并行重建类方法(GRAPPA,SENSE及其变种)等。本发明还公开了两种对该采样方法进行图像重建的方法。此技术相比于传统的欠采样方式，可以进一步降低采样率，减少采样数，进一步减少了扫描时间，并且提高重建结果的质量。

Description

一种磁共振动态成像采样方法和图像重建方法
技术领域
本发明涉及磁共振成像领域，尤其涉及一种磁共振动态成像采样方法和图像重建方法。
背景技术
磁共振成像(MRI)具有非侵入性、无电离辐射、高软组织对比度、可以提供清晰的人体内部结构的解剖和功能信息等特点。目前，MRI已经广泛应用于医学研究和临床诊断。但是，传统的MRI的成像速度较慢，对于动态成像等时间灵敏度要求较高的应用(例如心脏电影成像)来说，成像质量较差。
加快MRI成像速度的一种有效的方法是减少数据采集量，目前应用较广泛的方法是并行成像技术(GRAPPA和SENSE)以及压缩感知(CS)技术。CS理论利用MRI图像的稀疏性，使用远少于未知量个数的测量值来恢复重建整个图像。非常多的研究者已经对CS理论应用于MRI的稀疏重建作了研究，例如Lustig和Jung等人研究了磁共振的稀疏重建和稀疏动态重建，并且提出了有效的算法。
相对于静态成像，磁共振动态成像的采样时间更长。加快动态成像的速度具有十分重要的意义。对于动态数据而言，在运动周期的某个时间节点采集图像，称为一帧。采集多个时间点的数据可以较准确地反映整个运动周期的情况。每一帧图像的大部分信息是相似的，不同的地方集中在运动变化的部位。所以，减少大量背景信息的重复采样，可以极大地加快磁共振动态成像的速度。
因此，本领域的技术人员致力于开发快速的磁共振动态成像采样方法，通过减少背景信息的重复采样来加快磁共振动态成像的速度。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是加快磁共振动态成像的速度。为此，本发明提供了一种有效的加速采样方式，并且给出了的重建方法。
本发明的磁共振动态成像采样方法包括：采集多帧图像，合理分配不同帧图像的k空间采样点位置，使其形成位置互补或近似互补关系，所述采样点位置组合后形成一个全采样或者近似全采样的k空间，称作组合k空间。
在本发明的较佳实施方式中，所述磁共振动态成像采样方法为笛卡尔采样、径向采样、随机采样或螺旋采样。
在本发明的较佳实施方式中，所述径向采样为顺序径向采样、黄金角径向采样、每根辐条间隔固定角度的径向采样、或每根辐条间隔随机角度的径向采样。
在本发明的较佳实施方式中，所述磁共振动态成像采样方法可以根据具体的需求决定不同帧图像的采样率。不同帧图像的采样率可以设置为相同，也可以设置为不同。
本发明还提供了一种利用所述的磁共振动态成像采样方法进行图像重建的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将采集到的不同帧的k空间数据组合在一起，得到组合k空间；
第二步，对组合k空间的数据进行傅里叶逆变换，得到组合图像；
第三步，将组合图像作为先验图像，并用可行的算法进行重建。
在第一步中，所述的组合k空间可以通过所有帧的k空间数据的平均来得到，也可以通过抽取不同帧互补采样点位置的数据来得到。
在本发明的一个较佳实施方式中，所述可行的算法为基于先验图像约束的磁共振稀疏重建方法，其中，先验图像有时也被称作参考图像，故也可选择使用了参考图像的这类重建方法。本发明还提供了一种利用所述的磁共振动态成像采样方法进行图像重建的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将采集到的不同帧的k空间数据组合在一起，得到组合k空间；
第二步，对每一帧缺失的k空间采样点位置进行填充；
第三步，对于填充后的k空间数据，用可行的算法进行图像重建。
在第一步中，所述的组合k空间可以通过所有帧的k空间数据的平均来得到，也可以通过抽取不同帧互补采样点位置的数据来得到。
在本发明的一个较佳的实施方式中，所述对每一帧缺失的k空间采样点位置进行填充的具体方法为：对当前帧缺失的采样点位置使用相邻几帧采集了该位置的k空间数据进行填充，或者直接使用组合k空间中该位置的数据进行填充。
在本发明的另一个较佳的实施方式中，所述第二步中对每一帧缺失的k空间采样点位置进行填充和第三步中可行的图像重建算法的具体方法为：对当前帧k空间进行隔行填充并用GRAPPA、SENSE等并行重建算法对图像进行重建，或者将当前帧的k空间填充成常规压缩感知采样的形式，并用压缩感知类算法对图像进行重建，或者对当前帧的k空间进行全部填充后对图像进行重建。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明使得磁共振k空间的采样方式变得更灵活。
2、本发明设计的动态采样方式可以进一步降低每一帧图像的采样率，进一步减少了采样时间。
3、本发明设计的动态采样方式，可以灵活地运用组合k空间的数据，适用于各种各样的重建算法。
4、本发明提供的重建方式，充分利用了动态成像过程中的冗余信息，使重建结果具有了更好的鲁棒性，提高了重建结果的质量。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例，是笛卡尔采样方式示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例，是径向采样方式示意图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例1：
图1是笛卡尔采样方式示意图，是本发明磁共振动态成像加速采样方法的一个优选具体实施方式。其中粗虚线代表k空间中采样的数据点，细虚线表示k空间中未采样的数据点。不同帧的k空间采样位置互补或近似互补，每一帧的k空间中心位置可以适当多采集一些数据。其中每一帧的采样点数目仅为示意。以下详细阐述笛卡尔采样的具体实施方式。
首先根据实际应用的需求，确定需要扫描的帧数N。随后根据采样率和扫描的具体帧数N计算每一帧的采样位置，保证不同采样点形成位置互补关系或近似互补关系。对于每一帧图像的k空间可以在中心位置适当多采集一些数据，在边缘位置随机采样，但是要保证总共N帧图像的采样位置组合在一起可以将k空间全部覆盖或大范围覆盖。也即，对单独的一帧图像来说，仍是随机采样，但是很多帧组合在一起，可以得到一个完整或近似完整的k空间。随后可以通过所有帧的k空间数据的平均得到组合k空间。也可以通过抽取不同帧互补采样点位置的数据得到组合k空间。在本实施例中，不同帧的采样率可以相同，也可以不同，可以根据具体的需求来定。
实施例2：
图2是本发明磁共振动态成像加速采样方法的另一个优选的实施方式，是径向采样方式的示意图。其中粗虚线代表k空间中采样的数据点，细虚线表示k空间中未采样的数据点。不同帧的k空间采样位置互补或近似互补。其中每一帧的采样点数目仅为示意。
如图所示，首先设动态成像一共采集N帧图像，随后根据采样率和扫描的具体帧数N计算每一帧的采样位置，保证不同采样点形成位置互补或近似互补关系。不同帧可以采集不同角度的数据，最终组合在一起相当于k空间被全部采样或者近似全部采样。具体的实施方式并不局限于图2所示，还可以使用很多其他的采样方式得到最终的组合k空间，例如使用顺序径向采样，每一帧接着上一帧的辐条(spoke)顺序开始采集数据；也可以使用黄金角(Golden Angle)的方式设计每一帧的采样方式。同实施例1类似，不同帧的采样率可以相同，也可以不同，可以根据具体的需求来定。
实施例3：
本实施例将采样方法和的图像重建结合起来并以心脏电影成像为例进行具体说明。包括以下步骤：
第一步，在病人扫描前的协议准备阶段，确定心脏电影成像的期相数，也即要扫描的帧数；
第二步，根据采样率、扫描的帧数等信息，计算每一帧的采样点位置；
第三步，病人扫描，得到k空间数据；
第四步，组合每一帧的k空间数据，得到组合k空间；
第五步，对组合k空间的数据进行傅里叶逆变换，得到组合图像；
第六步，将组合图像当作先验图像，进行重建，来得到最终结果。
如果使用其他的重建方式，可以对上述第五步和第六步进行替换。例如，可以选择对每一帧的k空间的缺失数据进行填充。具体方法为：对当前帧缺失的采样点位置，使用相邻几帧采集了该位置的k空间数据填充，或者直接使用组合k空间中该位置的数据进行填充。填充的形式可以根据具体的需求来定，例如可以将当前帧k空间进行隔行填充，使用GRAPPA和SENSE等并行重建算法来重建图像。也可以将当前帧的k空间填充成常规压缩感知采样的样式，使用压缩感知类方法进行重建。也可以将当前帧的k空间全部填充，再对图像进行重建。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁共振动态成像采样方法，其特征在于，所述磁共振动态成像采样方法包括：采集多帧图像，分配不同帧图像的k空间采样点位置，使其形成位置互补或近似互补关系，所述采样点位置组合后形成一个全采样或者近似全采样的k空间，即组合k空间。
2.如权利要求1所述的磁共振动态成像采样方法，其特征在于，所述磁共振动态成像采样方法为笛卡尔采样、径向采样、随机采样或螺旋采样。
3.如权利要求2所述的磁共振动态成像采样方法，其特征在于，所述径向采样为顺序径向采样、黄金角径向采样、每根辐条间隔固定角度的径向采样、或每根辐条间隔随机角度的径向采样。
4.如权利要求1所述的磁共振动态成像采样方法，其特征在于，所述不同帧图像的采样率根据具体的需求来定，不同帧图像的采样率设置为相同或不同。
5.一种利用如权利要求1所述的磁共振动态成像采样方法进行图像重建的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将采集到的不同帧的k空间数据组合在一起，得到组合k空间；
第二步，对组合k空间的数据进行傅里叶逆变换，得到组合图像；
第三步，将组合图像作为先验图像，并用可行的算法进行重建。
6.如权利要求5所述的重建图像的方法，其特征在于，所述可行的算法为基于先验图像或参考图像约束的磁共振稀疏重建方法。
7.一种利用如权利要求1所述的磁共振动态成像采样方法进行图像重建的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将采集到的不同帧的k空间数据组合在一起，得到组合k空间；
第二步，对每一帧缺失的k空间采样点位置进行填充；
第三步，对于填充后的k空间数据，用可行的算法进行图像重建。
8.如权利要求5或7所述的图像重建方法，其特征在于，所述组合k空间可以通过所有帧的k空间数据的平均或者通过抽取不同帧互补采样点位置的数据得到。
9.如权利要求7所述的图像重建方法，其特征在于，所述对每一帧缺失的k空间采样点位置进行填充的具体方法为：对当前帧缺失的采样点位置使用相邻几帧采集了该位置的k空间数据进行填充，或者直接使用组合k空间中该位置的数据进行填充。
10.如权利要求9所述的图像重建方法，其特征在于，所述第二步中对每一帧缺失的k空间采样点位置进行填充和第三步中可行的图像重建算法的具体方法为：对当前帧k空间进行隔行填充并用并行重建算法对图像进行重建，或者将当前帧的k空间填充成常规压缩感知采样的形式，并用压缩感知类算法对图像进行重建，或者对当前帧的k空间进行全部填充后对图像进行重建。
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