CN109342981A - 一种基于epi序列的动态成像方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于EPI序列的动态成像方法和装置，该方法中，动态图像是由预扫描图像和残差图像加和得到的。预扫描图像具有较高的图像质量。而残差图像是以预扫描图像或预扫描k‑空间为约束项进行重建得到的稀疏图像，因此，该稀疏图像重建结果更好，所以，以高质量的预扫描图像和每个动态期的残差图像加和得到的动态总图像也具有较高的图像质量。另外，每个动态期的动态扫描k‑空间为多次激发中一次激发数据，所以，每个动态图像的变形较小。而且，一次激发数据作为一个动态期的动态扫描k‑空间，所以，每个动态期的扫描时间和传统的单次激发相比可以缩短。所以，本申请实现了在不延长扫描时间的前提下，提高图像的信噪比并且降低图像变形的效果。

Description

一种基于EPI序列的动态成像方法和装置
技术领域
本申请涉及医学图像技术领域，尤其涉及一种基于EPI(echo planner imaging，EPI)序列的动态成像方法和装置。
背景技术
MRI(magnetic resonance imaging，磁共振成像)是现代医学影像中主要的成像方式之一，其基本原理是利用磁共振现象，采用射频激励激发人体中的氢质子，利用梯度场进行位置编码，随后使用接收线圈接收带位置信息的信号，最终通过傅里叶变换重建出图像信息。然而，磁共振成像需要较长的扫描时间。
由于EPI序列具有扫描速度快的特点，所以，在很多对时间分辨率要求较高的应用中经常采用EPI序列进行扫描。然而，EPI序列扫描却存在两大图像质量问题：图像信噪比低以及图像变形。
为了解决图像信噪比低的问题，需要多次采集平均，为了解决图像变形的问题，需要使用多次激发采集。这些提高图像质量的方法都会延长扫描时间，降低时间分辨率。因此，如何在不延长扫描时间的前提下，提高图像的信噪比并且降低图像变形，一直是基于EPI的动态成像方法的一大难题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种基于EPI序列的动态成像方法和装置，以在不延长扫描时间的前提下，提高图像的信噪比并且降低图像变形。
为了解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：
一种基于EPI序列的动态成像方法，包括：
基于第一EPI序列和预扫描参数对被测目标进行至少一次预扫描，以得到第一预扫描k-空间；所述第一EPI序列为多次激发EPI序列；
基于第二EPI序列和动态扫描参数对被测目标进行动态扫描，以得到各个动态期的动态扫描k-空间；其中，每个动态期的动态扫描k-空间为一次激发的多通道降采k-空间，所述预扫描参数与所述动态扫描参数相同；每个动态期的动态扫描k-空间的降采倍数与所述第一预扫描k-空间的降采倍数相同；
根据所述第一预扫描k-空间得到预扫描图像和第二预扫描k-空间，所述第二预扫描k-空间为所述第一预扫描k-空间对应的完整多通道k-空间；
分别根据每个动态期的动态扫描k-空间和所述第二预扫描k-空间，得到每个动态期的残差图像；
将所述预扫描图像分别与所述每个动态期的残差图像相融合，得到的总图像为每个动态期的动态图像。
可选地，所述分别根据每个动态期的动态扫描k-空间和所述第二预扫描k-空间，得到每个动态期的残差图像，具体包括：
分别将每个动态期的动态扫描k-空间与所述第二预扫描k-空间进行作差，得到每个动态期的残差k-空间；
根据各个动态期的残差k-空间，得到各个动态期的残差图像。
可选地，所述根据各个动态期的残差k-空间，得到各个动态期的残差图像，具体包括：
利用结合稀疏约束的并行重建方式分别对每个动态期的残差k-空间进行稀疏约束重建，得到每个动态期的残差图像。
可选地，所述利用结合稀疏约束的并行重建方式分别对每个动态期的残差k-空间进行稀疏约束重建，得到每个动态期的残差图像，具体包括：
针对每个动态期，分别求解以下目标函数达到最小值时对应的残差图像，该求解得到的残差图像作为每个动态期的残差图像；
其中，f(rIt)为目标函数，
J为线圈通道数，J为正整数，j∈{1,2,...,J}；
rIt为第t个动态期的待求解的残差图像，
E(rIt)为第t个动态期的残差图像rIt对应的k-空间；
为第t个动态期的第j通道的残差k-空间，t为正整数；
α是正则化因子。
可选地，所述根据各个动态期的残差k-空间，得到各个动态期的残差图像，具体包括：
利用邻近动态期的信号相似性，结合邻近动态期的残差k-空间，分别重建每个动态期的残差图像，所述邻近动态期为当前动态期的前后一个或多个动态期。
可选地，所述利用邻近动态期的信号相似性，结合邻近动态期的残差k-空间，分别重建每个动态期的残差图像，具体包括：
利用邻近动态期的信号相似性，结合邻近动态期的残差k-空间，采用直接数据共享方式或者k-t并行重建方式，分别重建每个动态期的残差图像。
可选地，所述第一降采方式的采样轨迹为k-空间读梯度方向上的多分段采集轨迹、k-空间相位编码方向上的交叉相位编码线采集轨迹或螺旋轨迹。
可选地，所述第二EPI序列与所述第一EPI序列为同一EPI序列；
其中，每个动态期的动态扫描k-空间为每次激发过程中采集到的k-空间。
可选地，所述第二EPI序列为单次激发EPI序列，且单次激发EPI序列的降采倍数与所述第一EPI序列中的每次激发过程的降采倍数相同。
一种基于EPI序列的动态成像装置，包括：
预扫描单元，用于基于第一EPI序列和预扫描参数对被测目标进行至少一次预扫描，以得到第一预扫描k-空间；所述第一EPI序列为多次激发EPI序列；
动态扫描单元，用于基于第二EPI序列和动态扫描参数对被测目标进行动态扫描，以得到各个动态期的动态扫描k-空间；其中，每个动态期的动态扫描k-空间为一次激发的多通道降采k-空间，所述预扫描参数与所述动态扫描参数相同；每个动态期的动态扫描k-空间的降采倍数与所述第一预扫描k-空间的降采倍数相同；
预扫描图像和第二预扫描k-空间获取单元，用于根据所述第一预扫描k-空间得到预扫描图像和第二预扫描k-空间，所述第二预扫描k-空间为所述第一预扫描k-空间对应的完整多通道k-空间；
残差图像获取单元，用于分别根据每个动态期的动态扫描k-空间和所述第二预扫描k-空间，得到每个动态期的残差图像；
融合单元，用于将所述预扫描图像分别与所述每个动态期的残差图像相融合，得到的总图像为每个动态期的动态图像。
可选地，所述残差图像获取单元，具体包括：
作差子单元，用于分别将每个动态期的动态扫描k-空间与所述第二预扫描k-空间进行作差，得到每个动态期的残差k-空间；
残差图像获取子单元，用于根据各个动态期的残差k-空间，得到各个动态期的残差图像。
可选地，所述残差图像获取子单元，具体包括：
利用结合稀疏约束的并行重建方式分别对每个动态期的残差k-空间进行稀疏约束重建，得到每个动态期的残差图像。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
基于以上技术方案可知，本申请提供的基于EPI序列的动态成像方法中，每个动态期的动态图像是由预扫描图像和每个动态期的残差图像加和得到的。其中，预扫描图像是由至少一次预扫描得到的多次激发的数据重建得到的。而由多次激发的数据重建到的图像具有较高的图像质量，例如较高的图像分辨率和/或图像信噪比。而且，残差图像是以预扫描图像或预扫描k-空间为约束项进行重建得到的稀疏图像，因此，该稀疏图像重建结果更好，如伪影更少，所以，以高质量的预扫描图像和每个动态期的残差图像加和得到的动态总图像也具有较高的图像质量。另外，每个动态期的动态扫描k-空间为多次激法中的一次激发数据，因此，每个动态期的动态扫描k-空间的采集相当于高并行成像因子(高降采样倍数)采集，所以，每个动态图像的变形较小。而且，一次激发数据作为一个动态期的动态扫描k-空间，所以，每个动态期的扫描时间和传统的单次激发相比可以进一步缩短。所以，本申请实现了在不延长扫描时间的前提下，提高图像的信噪比并且降低图像变形的效果。
附图说明
为了清楚地理解本申请的技术方案，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1A为EPI序列示意图；
图1B为EPI序列K空间填充方式示意图；
图2是本申请实施例提供的基于EPI序列的动态扫描方法流程示意图；
图3是本申请实施例提供的一采集轨迹的示意图；
图4是本申请实施例提供的执行基于EPI序列的动态扫描方法的控制设备的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的基于EPI序列的动态扫描装置结构示意图。
具体实施方式
在描述本申请具体实施方式之前，首先介绍描述本申请实施例用到的技术术语。
EPI序列：
EPI序列与常规梯度回波序列不同，它是在施加一次射频脉冲激发后，利用读梯度的连续正反切换，每次切换产生一个梯度回波，见图1A，若对这些梯度回波分别施加不同的相位编码，则可以实现一次或者多次激励采集整个k-空间，如图1B。由EPI序列扫描得到的EPI原始数据由n(n为正整数)行k-空间组成，为了简化起见，正梯度采集的k-空间称为偶回波(对应k-空间的偶数行数据)，负梯度采集的k-空间称为奇回波(对应k-空间的奇数行数据)。
需要说明，在本申请中，所述k-空间为该k-空间上的扫描数据。
如背景技术部分所述，EPI序列具有扫描速度快的特点，但是其存在图像信噪比低以及图像变形的图像质量问题。
为了在不延长扫描时间的前提下，提高图像的信噪比并且降低图像变形，
现有技术中出现了一些在不延长扫描时间的前提下，提高图像的信噪比并且降低图像变形的加速图像扫描技术，例如，并行成像技术、多层激发的并行成像技术和压缩感知技术。
而并行成像技术可以在不延长扫描时间的前提下，降低图像变形，但是会进一步增加图像噪声。多层激发的并行成像技术可以在不延长扫描时间，也不显著改变信噪比的前提下，可以降低图像变形，但是对硬件包括线圈和射频放大器的要求较高。压缩感知技术，尤其是时间维的压缩感知技术，可以提高信噪比并且降低图像变形，但是存在信号损失导致的图像锐利度降低的风险。
因此，现有的这些加速图像扫描方法会给图像带来一定的负面影响，例如增加噪声、对硬件要求高以及因信号损失导致的降低图像的锐利度等。
本申请实施例为了在不延长扫描时间的前提下，提高图像的信噪比并且降低图像变形，同时不需要配置高要求的硬件以及不降低图像锐利度，提供了一种基于EPI序列的动态成像方法。该方法得以实现的前提条件如下：
在动态扫描以前，可以利用较长时间对被测目标进行预扫描，得到一副高质量的预扫描图像。
需要说明，在本申请实施例中，动态扫描是指对被测目标进行连续的重复的扫描，得到一系列图像，这些图像可以反映被测目标组织的某些特定生理特征，如肿瘤和血管。动态扫描方法主要应用于需要对组织进行连续跟踪的应用，如脑功能、动态增强成像、动脉自旋标记等。
预扫描是指在正式动态扫描之前的扫描，通常利用预扫描图像进行图像校正、图像质量改善等。
之所以在动态扫描之前，可以利用较长时间对被测目标进行预扫描，得到一副高质量的预扫描图像，是因为：在动态扫描中，时间分辨率是一个很重要的参数，时间分辨率越高，基于连续图像的分析越准确。预扫描独立于动态扫描，它的时间分辨率并不影响动态扫描的时间分辨率。因此可以利用预扫描得到高信噪比的预扫描图像，且不会牺牲动态扫描图像的时间分辨率。
所谓时间分辨率是指扫描得到一幅完整图像所需要的时间，扫描时间越短，时间分辨率越高。
为了提高图像的分辨率，该预扫描采用的EPI序列可以为多次激发EPI序列，如此，在每次激发过程中，可以采集k-空间不同区域的信号，因此，该多次激发的k-空间可以组成完整k-空间，由此重建得到的图像具有较高的分辨率。此外，为了提高图像的信噪比，还可以基于多次激发的EPI序列对被测目标进行多次预扫描，然后将多次预扫描数据进行平均，利用平均后的预扫描数据进行图像重建，可以降低图像的噪声，提高图像的信噪比。
因而，本申请利用动态扫描之前的时间对被测目标进行预扫描，通过对预扫描k-空间通过图像重建得到一幅或一组高信噪比的预扫描图像。
针对同一被测目标，其预扫描图像与各个动态期的动态图像存在较大的相似性，其间存在共同部分，我们假设预扫描图像表征了这部分共有信息。因此，可以将每个动态期的动态图像分为共同部分和不同部分。预扫描图像以及各个动态期的动态图像之间的不同部分为各个动态期的动态扫描k-空间与预扫描k-空间之间的残差k-空间(或由该残差k-空间重建得到的残差图像)。
最后，分别将各个动态期的残差图像和预扫描图像加和，得到的总图像即为各个动态期的动态图像。因将该高质量的预扫描图像和残差图像构成了各个动态图像，因此，由此得到的各个动态图像具有较高的质量。而且，该高质量预扫描图像的扫描不会占用动态扫描时间。
其中，一个动态期图像是指一个单位时间内扫描得到的多层2D图像或3D图像，是连续扫描时的一个单位图像。把多个单位图像沿时间维度排列，可以得到关心的组织在一定时间内的变化情况。利用不同组织变化情况的不同帮助医生做出决策。
基于此，本申请提供的基于EPI序列的动态成像方法包括以下步骤：基于第一EPI序列和预扫描参数对被测目标进行至少一次预扫描，以得到第一预扫描k-空间；第一EPI序列为多次激发EPI序列；基于第二EPI序列和动态扫描参数对被测目标进行动态扫描，以得到各个动态期的动态扫描k-空间；其中，每个动态期的动态扫描k-空间为一次激发的多通道降采k-空间，预扫描参数与动态扫描参数相同；每个动态期的动态扫描k-空间的降采倍数与第一预扫描k-空间的降采倍数相同；根据第一预扫描k-空间得到预扫描图像和第二预扫描k-空间，第二预扫描k-空间为第一预扫描k-空间对应的完整多通道k-空间；分别根据每个动态期的动态扫描k-空间和第二预扫描k-空间，得到每个动态期的残差图像；将预扫描图像分别与每个动态期的残差图像相融合，得到的总图像为每个动态期的动态图像。
基于以上技术方案可知，本申请提供的基于EPI序列的动态成像方法中，每个动态期的动态图像是由预扫描图像和每个动态期的残差图像加和得到的。其中，预扫描图像是由至少一次预扫描得到的多次激发的数据重建得到的。而由多次激发的数据重建到的图像具有较高的图像质量，例如较高的图像分辨率和/或图像信噪比。而且，残差图像是以预扫描图像或预扫描k-空间为约束项进行重建得到的稀疏图像，因此，该稀疏图像重建结果更好，如伪影更少，所以，以高质量的预扫描图像和每个动态期的残差图像加和得到的动态总图像也具有较高的图像质量。另外，每个动态期的动态扫描k-空间为一次激发数据，因此，每个动态期的动态扫描k-空间的采集相当于高并行成像因子(高降采样倍数)采集，所以，每个动态图像的变形较小。而且，一次激发数据作为一个动态期的动态扫描k-空间，所以，每个动态期的扫描时间和传统的单次激发相比可以进一步缩短。所以，本申请实现了在不延长扫描时间的前提下，提高图像的信噪比并且降低图像变形的效果。
而且，该方法无需额外配置线圈和射频放大器，相较于现有技术，没有提高对硬件的要求。此外，在该方法中，不存在信号损失，因而也不存在因信号损失导致的图像锐利度下降的问题。
下面结合附图对本申请的具体实施方式进行详细描述。
请参见图2，本申请实施例提供的基于EPI序列的动态成像方法包括以下步骤：
S201：基于第一EPI序列和预扫描参数对被测目标进行至少一次预扫描，以得到第一预扫描k-空间。
需要说明，在本申请实施例中，第一EPI序列为多次激发EPI序列。因此，一次预扫描过程中包括多次激发过程。
预扫描参数可以包括重复时间(repetition time，TR)、回波时间(echo time，TE)、回波间隔(echo spacing，ES)、视野和分辨率等等。
本步骤可以具体为：基于第一EPI序列和预扫描参数对被测目标进行至少一次预扫描，并在每次激发过程中通过多通道线圈进行信号采集，从而获得第一预扫描k-空间。
需要说明，当预扫描次数为1时，则第一预扫描k-空间为采集一次扫描的多次激发过程的多通道降采k-空间。
每次激发过程，可以采集不同k-空间区域的数据，从而使得采集到的多次激发过程的信号组成完整k-空间，从而提高预扫描图像的质量。
当预扫描次数为多次时，例如2次或2次以上，则第一预扫描k-空间为多次采集平均后的多通道降采k-空间。
通过多次采集平均可以降低噪声，进而提高预扫描图像的信噪比。采用多次激发EPI序列对被测目标进行多次激发，可以提高预扫描图像的分辨率。
需要说明，本申请实施例对预扫描的采样轨迹不做限定，其可以为任意形式的采样轨迹。作为示例，第一预扫描k-空间的采样轨迹可以为k-空间读梯度方向上的多分段采集、k-空间相位编码方向上的交叉相位编码线采集或螺旋轨迹。
需要说明，在本申请实施例中，在采集每次激发的信号时，可以采集不同k-空间区域的信号，在图像重建时，将这些采集到的不同激发过程的信号整合在一起，形成完整k-空间，最终由该完整k-空间重建经过多次平均得到高信噪比的预扫描图像。
为了更清楚地理解本步骤的具体实现方式，下面举例说明本步骤的具体实现方式。
设定第一EPI序列为4次激发EPI序列，则在预扫描时，基于该第一EPI序列对被测目标进行4次激发。
作为一示例，k-空间读梯度方向上的多分段采集轨迹可以如图3所示，其中，Kx为读梯度方向，Ky为相位编码方向。在图3中，k-空间在读梯度方向上划分为4个分段：S1至S4。在该示例下，第一预扫描k-空间的采集轨迹为：第一次激发过程中，采集k-空间第一分段S1的信号，第二次激发过程中，采集k-空间第二分段S2的信号，第三次激发过程中，采集k-空间第三分段S3的信号，第四次激发过程中，采集k-空间第四分段S4的信号。
作为另一示例，k-空间包括96行相位编码线，则在该示例下，k-空间相位编码方向上的交叉相位编码线采集轨迹可以具体为：
第一次激发过程中，采集第1、5、9、…、4n+1行相位编码线上的信号；
第二次激发过程中，采集第2、6、10、…、4n+2行相位编码线上的信号；
第三次激发过程中，采集第3、7、11、…、4n+3行相位编码线上的信号；
第四次激发过程中，采集第4、8、12、…、4n+4行相位编码线上的信号，其中，n为整数。
如此，通过上述采样方式采集4次激发过程的信号，将这些信号整合在一起，可以形成完整k-空间。
S202：基于第二EPI序列和动态扫描参数对被测目标进行动态扫描，以得到各个动态期的动态扫描k-空间。
需要说明，在本步骤中，每个动态期的动态扫描k-空间为一次激发的多通道降采k-空间。
作为一示例，第二EPI序列可以为多次激发EPI序列，在该示例下，第二EPI序列与第一EPI序列可以为同一EPI序列。
作为另一示例，第二EPI序列也可以为单次激发EPI序，在该示例下，该单次激发EPI序列的降采倍数与第一EPI序列的每次激发过程中的降采倍数相同。
当第二EPI序列为多次激发EPI序列时，S202可以具体为：基于第二EPI序列和动态扫描参数对被测目标进行一次动态扫描，并在每次激发过程中采集信号，并将采集到的每次激发过程中的信号作为每个动态期的动态k-空间。
当第二EPI序列为单次激发EPI序列时，S202可以具体为：基于单次激发EPI序列和动态扫描参数对被测目标进行多次动态扫描，并采集每次动态扫描的信号，将每次采集到的信号作为每个动态期的动态扫描k-空间。
作为一示例，动态扫描参数可以包括重复时间、回波时间、回波间隔、视野和分辨率等等。并且动态扫描参数与预扫描参数相同。
每个动态期的动态扫描k-空间的降采倍数与所述第一预扫描k-空间的降采倍数相同。
需要说明，在本申请实施例中，之所以要求第一第一降采方式和第二降采方式的降采样倍数相同，是因为后续要计算残差k空间，降采倍数相同能够保证图像的形变和能量都一致，得到的才是残差，否则重建的图不是残差图像，会包含一些共有的信息。
作为示例，每个动态期的采样轨迹可以与每次激发过程中的采样轨迹相同。此外，各个动态期的采样轨迹可以互不重叠。也就是说，各个动态期的采样轨迹为交叉采样轨迹。下面举例说明。
设定第一EPI序列为4次激发EPI序列，采集各次激发过程的采样轨迹为第1、2、3、4个采样轨迹，相应地，第二PEI序列也为4次激发EPI序列，则动态扫描的各个激发过程的采样轨迹如下：
在第1次激发过程中通过多通道线圈按照第1采样轨迹采集信号，把采集到的第1次激发过程的信号分别作为动态期1的动态扫描k-空间；
在第2次激发过程中通过多通道线圈按照第2采样轨迹采集信号，把采集到的第2次激发过程的信号分别作为动态期2的动态扫描k-空间；
在第3次激发过程中通过多通道线圈按照第3采样轨迹采集信号，把采集到的第3次激发过程的信号分别作为动态期3的动态扫描k-空间；
在第4次激发过程中通过多通道线圈按照第4采样轨迹采集信号，把采集到的第4次激发过程的信号分别作为动态期4的动态扫描k-空间。
当然，本步骤中各个动态期的动态扫描k-空间也可以不限定为上述形式。例如，作为实施例的扩展，动态期1至4的动态扫描k-空间可以分别为采集第1、3、2、4次激发过程的信号。
下面举例说明S202的具体实现方式。
在本申请实施例中，第二PEI序列为4次激发EPI序列：第1次激发至第4次激发。当各个激发过程的采样轨迹为k-空间读梯度方向上的分段采集时，为了方便获取到各个动态期的动态扫描k-空间，作为一示例，则本步骤具体为：
基于第二EPI序列和动态扫描参数对被测对象进行4次激发，在该第1次激发过程中，通过多通道线圈采集k-空间读梯度方向上的第一分段S1的信号，将采集到的第一分段S1的信号作为动态期1的动态扫描k-空间。
在该第2次激发过程中，通过多通道线圈采集k-空间读梯度方向上的第二分段S2的信号，将采集到的第二分段S2的信号作为动态期2的动态扫描k-空间。
在该第3次激发过程中，通过多通道线圈采集k-空间读梯度方向上的第三分段S3的信号，将采集到的第三分段S3的信号作为动态期3的动态扫描k-空间。
在该第4次激发过程中，通过多通道线圈采集k-空间读梯度方向上的第四分段S4的信号，将采集到的第四分段S4的信号作为动态期4的动态扫描k-空间。
在上述设定条件下，当各个动态期的采样轨迹为k-空间相位编码线交叉采集时，为了方便获取到各个动态期的动态扫描k-空间，作为另一示例，则本步骤具体为：
基于第二EPI序列和动态扫描参数对被测对象进行4次激发，在该第1次激发过程中，通过多通道线圈采集k第1、5、9、…、4n+1行相位编码线上的信号；将采集到的第1、5、9、…、4n+1行相位编码线上作为动态期1的动态扫描k-空间。
在该第2次激发过程中，通过多通道线圈采集第2、6、10、…、4n+2行相位编码线上的信号；将采集到的第2、6、10、…、4n+2行相位编码线上作为动态期2的动态扫描k-空间。
在该第3次激发过程中，通过多通道线圈采集第2、6、10、…、4n+2行相位编码线上的信号；将采集到的第2、6、10、…、4n+2行相位编码线上的信号作为动态期3的动态扫描k-空间。
在该第4次激发过程中，通过多通道线圈采集采集第4、8、12、…、4n+4行相位编码线上的信号，将采集到的第4、8、12、…、4n+4行相位编码线上的信号作为动态期4的动态扫描k-空间。其中，n为整数。
需要说明，在动态扫描过程中，各次激发过程的采样轨迹不限于上述示例的采样轨迹，其可以采用其它形式的采样轨迹，只要其采样轨迹的降采倍数与预扫描的降采倍数相同即可。
S203：根据第一预扫描k-空间得到预扫描图像和第二预扫描k-空间，第二预扫描k-空间为每次激发过程的完整的多通道k-空间。
作为一示例，为了提高成像速率，简化算法复杂度，S203可以具体包括以下步骤：
S2031：对第一预扫描k-空间进行图像重建，得到预扫描图像。
第一预扫描k-空间为多次激发的多通道降采k-空间，因此，当第一预扫描k-空间为等距离降采样得到的k-空间时，为了提高图像质量和成像速度，可以采MUSE(multiplexed sensitivity-encoding，合并复用灵敏度编码)算法对第一预扫描k-空间进行图像重建，得到预扫描图像。此外，当第一预扫描k-空间为均匀降采样得到的k-空间时，可以采用GRAPPA算法(自校准并行重建方法，generalized auto-calibrating patiallyparallel acquisitions)对第一预扫描k-空间进行图像重建，得到预扫描图像。
需要说明，因第一预扫描k-空间是基于多次激发EPI序列进行至少一次预扫描得到的信号，因此，由该第一预扫描k-空间重建得到的预扫描图像具有较高的图像质量。
S2032：将预扫描图像映射到k-空间，得到第二预扫描k-空间。
本步骤可以采用傅里叶变换方式将预扫描图像映射到k-空间，得到第二预扫描k-空间，该映射得到的第二预扫描k-空间为完整的多通道k-空间。
在上述示例中，第二预扫描k-空间是在图像域通过傅里叶变换或MUSE得到的。作为另一示例，第二预扫描k-空间也可以在数据域得到。在该示例下，S203可以包括以下步骤：
B1：对第一预扫描k-空间进行图像重建，得到预扫描图像。
该步骤与上述步骤A1的具体实现方式相同，为了简要起见，在此不再详细描述。
B2：根据第一预扫描k-空间恢复每次激发过程的完整的多通道k-空间，得到第二预扫描k-空间。
因第一预扫描k-空间为多通道降采k-空间，因此，可以通过数据差值方法对该多通道降采k-空间进行恢复，从而得到每次激发过程的完整的多通道k-空间，即第二预扫描k-空间。
S204：根据每个动态期的动态扫描k-空间和第二预扫描k-空间，得到每个动态期的残差图像。
在本申请实施例中，预扫描图像为高信噪比图像，而且该预扫描图像与每个动态期的动态图像之间有很大相似，所以，两者的残差图像较为稀疏，因此，为了提高每个动态图像的图像质量，在重建动态图像时，可以采用预扫描图像为约束项。
作为本申请的一示例，S204可以包括以下步骤：
S2041：分别将每个动态期的动态扫描k-空间与所述第二预扫描k-空间进行作差，得到每个动态期的残差k-空间。
需要说明，在本申请实施例中，每个动态期的动态扫描k-空间与所述第二预扫描k-空间进行作差，具体为：
对应k-空间位置上对应线圈通道上的数据进行作差。例如：每个动态期的动态扫描k-空间上的第1行相位编码线第1通道的数据与第二预扫描k-空间上的第1行相位编码线上的第1通道的数据进行作差。
此外，针对每个动态期，均需要执行步骤C1，如此，若共有T(T为正整数)个动态期，则通过步骤C1，则得到T个残差k-空间。每个残差k-空间均为多通道的k-空间。
为了更加清楚地理解步骤C1，下面以公式表示步骤C1，该公式具体为：
其中，为第t个动态期的第j通道的残差k-空间，t为正整数，t∈{1,2,...,T}；
为第t个动态期的第j通道采集到的k-空间；
为第二预扫描k-空间中的第j通道的k-空间。
如此，通过公式(1)可以得到每个动态期的残差k-空间。
S2042：根据各个动态期的残差k-空间，得到各个动态期的残差图像。
作为步骤C2的一示例，C2可以具体为：利用结合稀疏约束的并行重建方式分别重建每个动态期的残差k-空间，得到每个动态期的残差图像。
作为示例，为了提高最终重建出的各个动态图像的质量，本步骤可以具体为：针对每个动态期，分别求解以下目标函数达到最小值时对应的残差图像，该求解得到的残差图像作为每个动态期的残差图像；
其中，f(rIt)为目标函数，
J为线圈通道数，J为正整数，j∈{1,2,...,J}；
rIt为第t个动态期的待求解的残差图像，
E(rIt)为第t个动态期的残差图像rIt对应的k-空间；
为第t个动态期的第j通道的残差k-空间，t为正整数；
α是正则化因子。
在上述示例中，是以并行重建方法为例重建残差图像。实际上，也可以利用相邻动态期数据的相似性，来重建残差图像。如此，作为本申请的另一示例，C2也可以具体为：
利用邻近动态期的信号相似性，结合邻近动态期的残差k-空间，重建每个动态期的残差图像。更具体为：
利用邻近动态期的信号相似性，结合邻近动态期的残差k-空间，采用直接数据共享方式或者k-t并行重建方式，分别重建每个动态期的残差图像。
需要说明，在本申请实施例中，临近动态期可以为当前动态期的前后一个或多个动态期。
下面以临近动态期为前后一个动态期为例来说明利用邻近动态期的信号相似性，结合邻近动态期的残差k-空间，采用直接数据共享方式或者k-t并行重建方式，分别重建每个动态期的残差图像的具体实现方式。
例如，要重建第t个动态期的动态图像，则利用第t个动态期的前后两个动态期即第t-1个动态期和第t+1个动态期的残差k-空间和并结合第t个动态期的残差k-空间采用直接数据共享方式或者k-t并行重建方式，通过k空间插值的方式来重建第t个动态期的残差图像。
S205：分别融合每个动态期的残差图像和预扫描图像，得到的总图像为每个动态期的动态图像。
本步骤可以具体为：针对每个动态期，将该动态期的残差图像和预扫描图像相加，得到的总图像为该动态期的动态图像。
为了更清楚地理解该步骤，下面用公式来描述S205。
It＝rIt+Io (3)
其中，It为第t动态期的动态图像，即为最终重建结果，t∈{1,2,...,T}。
rIt为第t动态期的残差图像；
Io为预扫描图像。
以上为本申请实施例提供的基于EPI序列的动态扫描方法的具体实现方式。在该具体实现方式中，本申请提供的基于EPI序列的动态成像方法中，每个动态期的动态图像是由预扫描图像和每个动态期的残差图像加和得到的。其中，预扫描图像是由至少一次预扫描得到的多次激发的数据重建得到的。而由多次激发的数据重建到的图像具有较高的图像质量，例如较高的图像分辨率和/或图像信噪比。而且，残差图像是以预扫描图像或预扫描k-空间为约束项进行重建得到的稀疏图像，因此，该稀疏图像重建结果更好，如伪影更少，所以，以高质量的预扫描图像和每个动态期的残差图像加和得到的动态总图像也具有较高的图像质量。另外，每个动态期的动态扫描k-空间为一次激发数据，因此，每个动态期的动态扫描k-空间的采集相当于高并行成像因子(高降采样倍数)采集，所以，每个动态图像的变形较小。而且，一次激发数据作为一个动态期的动态扫描k-空间，所以，每个动态期的扫描时间和传统的单次激发相比可以进一步缩短。所以，本申请实现了在不延长扫描时间的前提下，提高图像的信噪比并且降低图像变形的效果。
而且，该方法无需额外配置线圈和射频放大器，相较于现有技术，没有提高对硬件的要求。此外，在该方法中，不存在信号损失，因而也不存在因信号损失导致的图像锐利度下降的问题。
此外，该方法的应用面较广，其可以适用于多种使用EPI序列作为动态扫描序列的应用，例如fMRI(functional magnetic resonance imaging，功能磁共振成像)，ASL(arterial spin labeling，动脉自旋标记)等。此外，该方法对采样轨迹没有限制，预扫描中的多次激发的每次激发过程中的信号采集可以采用任意形式的采集轨迹，例如可以采用k-空间读梯度方向上的多分段采集、k-空间相位编码方向上的交叉相位编码线采集或螺旋轨迹。
上述实施例提供的基于EPI序列的动态成像方法可以由图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(Communications Interface)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中可以存储有基于EPI序列的动态成像的逻辑指令，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中的基于EPI序列的动态成像的逻辑指令，以执行上述的基于EPI序列的动态成像的方法。作为实施例，该基于EPI序列的动态成像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。
基于EPI序列的动态成像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)执行本申请各个实施例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(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上述的基于EPI序列的动态成像的逻辑指令，可以称为“基于EPI序列的动态成像的装置”，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基于EPI序列的动态成像的装置的具体实施方式。
请参见图5，本申请实施例提供的基于EPI序列的动态成像装置包括：
预扫描单元51，用于基于第一EPI序列和预扫描参数对被测目标进行至少一次预扫描，以得到第一预扫描k-空间；所述第一EPI序列为多次激发EPI序列；
动态扫描单元52，用于基于第二EPI序列和动态扫描参数对被测目标进行动态扫描，以得到各个动态期的动态扫描k-空间；其中，每个动态期的动态扫描k-空间为一次激发的多通道降采k-空间，所述预扫描参数与所述动态扫描参数相同；每个动态期的动态扫描k-空间的降采倍数与所述第一预扫描k-空间的降采倍数相同；
预扫描图像和第二预扫描k-空间获取单元53，用于根据所述第一预扫描k-空间得到预扫描图像和第二预扫描k-空间，所述第二预扫描k-空间为所述第一预扫描k-空间对应的完整多通道k-空间；
残差图像获取单元54，用于分别根据每个动态期的动态扫描k-空间和所述第二预扫描k-空间，得到每个动态期的残差图像；
融合单元55，用于将所述预扫描图像分别与所述每个动态期的残差图像相融合，得到的总图像为每个动态期的动态图像。
作为一示例，为了提高残差图像的质量，上述残差图像获取单元54可以具体包括：
作差子单元541，用于分别将每个动态期的动态扫描k-空间与所述第二预扫描k-空间进行作差，得到每个动态期的残差k-空间；
残差图像获取子单元542，用于根据各个动态期的残差k-空间，得到各个动态期的残差图像。
作为一具体示例，为了进一步提高残差图像质量，残差图像获取子单元可以具体包括：
利用结合稀疏约束的并行重建方式分别对每个动态期的残差k-空间进行稀疏约束重建，得到每个动态期的残差图像。
以上为本申请提供的基于EPI序列的动态成像装置，在该装置中，每个动态期的动态图像是由预扫描图像和每个动态期的残差图像加和得到的。其中，预扫描图像是由至少一次预扫描得到的多次激发的数据重建得到的。而由多次激发的数据重建到的图像具有较高的图像质量，例如较高的图像分辨率和/或图像信噪比。而且，残差图像是以预扫描图像或预扫描k-空间为约束项进行重建得到的稀疏图像，因此，该稀疏图像重建结果更好，如伪影更少，所以，以高质量的预扫描图像和每个动态期的残差图像加和得到的动态总图像也具有较高的图像质量。另外，每个动态期的动态扫描k-空间为一次激发数据，因此，每个动态期的动态扫描k-空间的采集相当于高并行成像因子(高降采样倍数)采集，所以，每个动态图像的变形较小。而且，一次激发数据作为一个动态期的动态扫描k-空间，所以，每个动态期的扫描时间和传统的单次激发相比可以进一步缩短。所以，本申请实现了在不延长扫描时间的前提下，提高图像的信噪比并且降低图像变形的效果。
以上为本申请的具体实施方式。

Claims (12)

1.一种基于EPI序列的动态成像方法，其特征在于，包括：
基于第一EPI序列和预扫描参数对被测目标进行至少一次预扫描，以得到第一预扫描k-空间；所述第一EPI序列为多次激发EPI序列；
基于第二EPI序列和动态扫描参数对被测目标进行动态扫描，以得到各个动态期的动态扫描k-空间；其中，每个动态期的动态扫描k-空间为一次激发的多通道降采k-空间，所述预扫描参数与所述动态扫描参数相同；每个动态期的动态扫描k-空间的降采倍数与所述第一预扫描k-空间的降采倍数相同；
根据所述第一预扫描k-空间得到预扫描图像和第二预扫描k-空间，所述第二预扫描k-空间为所述第一预扫描k-空间对应的完整多通道k-空间；
分别根据每个动态期的动态扫描k-空间和所述第二预扫描k-空间，得到每个动态期的残差图像；
将所述预扫描图像分别与所述每个动态期的残差图像相融合，得到的总图像为每个动态期的动态图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别根据每个动态期的动态扫描k-空间和所述第二预扫描k-空间，得到每个动态期的残差图像，具体包括：
分别将每个动态期的动态扫描k-空间与所述第二预扫描k-空间进行作差，得到每个动态期的残差k-空间；
根据各个动态期的残差k-空间，得到各个动态期的残差图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各个动态期的残差k-空间，得到各个动态期的残差图像，具体包括：
利用结合稀疏约束的并行重建方式分别对每个动态期的残差k-空间进行稀疏约束重建，得到每个动态期的残差图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用结合稀疏约束的并行重建方式分别对每个动态期的残差k-空间进行稀疏约束重建，得到每个动态期的残差图像，具体包括：
针对每个动态期，分别求解以下目标函数达到最小值时对应的残差图像，该求解得到的残差图像作为每个动态期的残差图像；
其中，f(rIt)为目标函数，
J为线圈通道数，J为正整数，j∈{1,2,...,J}；
rIt为第t个动态期的待求解的残差图像，
E(rIt)为第t个动态期的残差图像rIt对应的k-空间；
为第t个动态期的第j通道的残差k-空间，t为正整数；
α是正则化因子。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各个动态期的残差k-空间，得到各个动态期的残差图像，具体包括：
利用邻近动态期的信号相似性，结合邻近动态期的残差k-空间，分别重建每个动态期的残差图像，所述邻近动态期为当前动态期的前后一个或多个动态期。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述利用邻近动态期的信号相似性，结合邻近动态期的残差k-空间，分别重建每个动态期的残差图像，具体包括：
利用邻近动态期的信号相似性，结合邻近动态期的残差k-空间，采用直接数据共享方式或者k-t并行重建方式，分别重建每个动态期的残差图像。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述第一降采方式的采样轨迹为k-空间读梯度方向上的多分段采集轨迹、k-空间相位编码方向上的交叉相位编码线采集轨迹或螺旋轨迹。
8.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述第二EPI序列与所述第一EPI序列为同一EPI序列；
其中，每个动态期的动态扫描k-空间为每次激发过程中采集到的k-空间。
9.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述第二EPI序列为单次激发EPI序列，且单次激发EPI序列的降采倍数与所述第一EPI序列中的每次激发过程的降采倍数相同。
10.一种基于EPI序列的动态成像装置，其特征在于，包括：
预扫描单元，用于基于第一EPI序列和预扫描参数对被测目标进行至少一次预扫描，以得到第一预扫描k-空间；所述第一EPI序列为多次激发EPI序列；
动态扫描单元，用于基于第二EPI序列和动态扫描参数对被测目标进行动态扫描，以得到各个动态期的动态扫描k-空间；其中，每个动态期的动态扫描k-空间为一次激发的多通道降采k-空间，所述预扫描参数与所述动态扫描参数相同；每个动态期的动态扫描k-空间的降采倍数与所述第一预扫描k-空间的降采倍数相同；
预扫描图像和第二预扫描k-空间获取单元，用于根据所述第一预扫描k-空间得到预扫描图像和第二预扫描k-空间，所述第二预扫描k-空间为所述第一预扫描k-空间对应的完整多通道k-空间；
残差图像获取单元，用于分别根据每个动态期的动态扫描k-空间和所述第二预扫描k-空间，得到每个动态期的残差图像；
融合单元，用于将所述预扫描图像分别与所述每个动态期的残差图像相融合，得到的总图像为每个动态期的动态图像。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述残差图像获取单元，具体包括：
作差子单元，用于分别将每个动态期的动态扫描k-空间与所述第二预扫描k-空间进行作差，得到每个动态期的残差k-空间；
残差图像获取子单元，用于根据各个动态期的残差k-空间，得到各个动态期的残差图像。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述残差图像获取子单元，具体包括：
利用结合稀疏约束的并行重建方式分别对每个动态期的残差k-空间进行稀疏约束重建，得到每个动态期的残差图像。
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