CN111239658A - 一种减小propeller序列伪影的方法 - Google Patents

一种减小propeller序列伪影的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减小PROPELLER序列伪影的方法，包括数据采集和数据重建两部分，其中，数据采集部分包括如下步骤：步骤dS1：获取PROPELLER序列采集轨迹参数；步骤dS2：进行第一次激发，采集ETL回波链；步骤dS3：重复执行步骤dS2；步骤dS4：重复执行步骤dS2和步骤dS3；步骤iS1：对每个数据带内部多次激发的数据线进行自相位校正；步骤aiS1：对数据带进行调整；步骤iS5：对数据进行处理得到最终图像；所述步骤aiS1包括如下步骤：步骤iS2：对数据带和数据带之间进行带间相位校正。本发明通过将多次激发采集的数据线填充到一个数据带中从而达到增大数据带宽度的效果；使由多次激发组合而成的数据带满足后续PROPELLER重建算法要求；消除了星芒状伪影；消除了运动伪影。

Description

一种减小PROPELLER序列伪影的方法
技术领域
本发明涉及一种减小核磁共振设备伪影的方法，特别涉及一种减小PROPELLER序列伪影的方法。
背景技术
磁共振成像(MRI)技术已经成为医学诊断中的重要手段。当受试者在扫描过程中运动，采用常规扫描技术得到的图像则会出现运动伪影，而严重的运动伪影甚至会影响临床医学诊断。增强重建的周期性旋转重叠平行线(Periodically Rotated OverlappingParallel Lines with Enhanced Reconstruction,PROPELLER)序列通过类似螺旋桨旋转的方式采集磁共振数据，并在重建模块增加运动校正功能，可有效减少由受试者运动造成的磁共振图像伪影。
PROPELLER序列一次激发后采集若干个回波信号作为数据线组成一个数据带，通过多次激发采集多个绕中心旋转的数据带获得完整的K空间数据。但是当系统硬件配置不强，或者由于扫描组织的T2弛豫时间过短导致磁共振信号过早衰减消失时，PROPELLER序列一次激发后采集的数据线数量较少时无法获得完整的数据，则得到的图像存在明显的星芒状伪影(数据采集示意图如附图1所示)。一种减小星芒状伪影的常方案是增加PROPELLER数据带的数量(数据采集示意图如附图2所示)，但该方案中每条数据带所包含的数据线比较少，其造成后续图像重建中运动校正模块效果大大下降。上述缺陷限制了PROPELLER序列在磁共振成像系统上的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种减小PROPELLER序列伪影的方法。本发明通过将多次激发采集的回波信号填充到同一条数据带中提高数据块的宽度，并且每次激发均采集一次数据带中心位置的回波作为参考数据线；在重建过程中，对每个数据带内部通过使用参考数据线对多次激发采集的数据进行相位校正，从而减小星芒状伪影，提高运动校正效果。本发明不需要额外的硬件设备，也不需要增加额外的图像采集时间。
为了解决上述技术问题及实现上述技术效果，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种减小PROPELLER序列伪影的方法，。
作为本发明的一种优选技术方案，包括数据采集和数据重建两部分，其中，
数据采集部分包括如下步骤：
步骤dS1：获取PROPELLER序列采集轨迹参数；
步骤dS2：进行第一次激发，采集ETL回波链；
步骤dS3：重复执行步骤dS2；
步骤dS4：重复执行步骤dS2和步骤dS3；
数据重建部分包括如下步骤：
步骤iS1：对每个数据带内部多次激发的数据线进行自相位校正；
步骤aiS1：对数据带进行调整；
步骤iS5：对数据进行处理得到最终图像。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤aiS1包括如下步骤：
步骤iS2：对数据带和数据带之间进行带间相位校正；
步骤iS3：对数据带和数据带之间进行带间旋转校正；
步骤iS4：对数据带和数据带之间进行带间平移校正；。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤iS5中，对数据带进行处理包括第一次处理和第二次处理，其中，
第一次处理为对数据带进行网格化处理，
第二次处理为得到K空间数据后对其进行第三次处理得到最终图像。
作为本发明的一种优选技术方案，对K空间数据进行的第三次处理为进行两维FT变换。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤iS1中，对每个数据带进行自相位校正的步骤如下：
步骤iS101：对数据带中的所有数据线和参考数据线进行一维FT变换，分别得到Iijk和I_refjk，计算过程如下：
Iijk＝1DFT(Sijk)；
Figure BDA0002386975620000021
步骤iS102：对Iijk中每个数据点进行逐点相位校正，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000031
其中，
Figure BDA0002386975620000032
表示I_refijk的相位；
步骤iS103：对I进行-维逆FT变换，计算过程如下：
S_correct1ijk＝1DIFT(I′ijk)；
步骤iS104：通过遍历i、i和k对数据带中的数据线重复步骤iS101、步骤iS102、步骤iS103，得到自相位校正后的数据带数据。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤iS2中，对数据带和数据带之间进行相位校正的具体实现过程如下：
步骤iS201：对每个数据带进行二维FT变换，计算过程如下：
Ik＝2DFT(S_correct1k)；
其中，S_correct1k表示警告自相位校正后的第k和数据带；
步骤iS202：对每个数据带加三角窗函数，计算过程如下：
Sfilter＝S_correct1k*filter_triangle()；
其中，filter_triangle()表示三角窗函数；
步骤iS203：对每个Sfilter进行二维FT变换，计算过程如下：
Ifilter＝2DFT(Sfilter)；
步骤iS204：对每个I进行相位校正，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000033
其中，
Figure BDA0002386975620000034
表示Ifilter的相位；
步骤iS205：对每个Icorrect进行二维逆FT变换，得到相位校正后的数据带数据，计算过程如下：
S_correct2k＝2DIFT(I_correct1k)。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤iS3中，对数据带和数据带之间进行旋转校正的步骤如下：
步骤iS301：取每个数据带S_correct2k中心直径为NEX＊(ETL-1)圆的内的数据，并网格化到笛卡尔坐标系R上，得到S_circlek；
步骤iS302：取S_circlek的模，计算过程如下：
M_circlek＝abs(S_circlek)；
步骤iS303：将所有的M_circle相加计算得到参考数据，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000041
步骤iS304：将M_circlek旋转一系列的角度θ，并网格化到笛卡尔坐标系R上，得到一组M_circle_θk；
步骤iS305：计算M_circle_θk和Mref的相关系数，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000042
步骤iS306：使用二阶或更高阶多项式曲线拟合rk(θ)，曲线的峰值点所对应的θk角即为M_circlek的旋转角度；将数据带S_correct2k旋转θk角度，即得到旋转校正后的数据带数据S_correct3k。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤iS4中，对数据带和数据带之间进行平移校正的具体步骤如下：
步骤iS401：取每个数据带S_correct3k中心直径为3*7＝21圆的内的数据，并使用Kaiser-Bessel窗函数网格化到笛卡尔坐标系R上，得到S_circlek；
步骤iS402：将所有的S_circlek相加计算得到参考数据，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000043
步骤iS403：计算SRk，计算过程如下：
SRk＝conj(S_circlek)*Sref，其中，
conj(x)表示取x的共轭；
步骤iS404：对SRk进行二维FT变换得到IRk，计算过程如下：
IRk＝2DFT(SRk)；
步骤iS405：通过三点抛物线法拟合曲面IRk(x，y)，得到其最大值位置坐标(xk，yk)；
步骤iS406：对S_correct3k进行线性相位校正，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000044
其中，
其中m＝{1，2，…，21}表示数据带宽度方向；n＝{1，2，3，…，256}，表示数据带中数据线长度方向；FOV为观察野，本实施例中FOV＝240mm；
步骤iS407：遍历所有k，直至每条数据带都平移校正完毕。
本发明所达到的有益效果是：本发明通过将多次激发采集的数据线填充到一个数据带中从而达到增大数据带宽度的效果，同时对一个数据带中多次激发的数据线进行自相位校正，使由多次激发组合而成的数据带满足后续PROPELLER重建算法要求；消除了星芒状伪影；消除了运动伪影；未显著增加数据采集时间；通过将多次激发采集的回波信号填充到同一条数据带中提高数据块的宽度，并且每次激发均采集一次数据带中心位置的回波作为参考数据线；在重建过程中，对每个数据带内部通过使用参考数据线对多次激发采集的数据进行相位校正，从而减小星芒状伪影，提高运动校正效果。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为数据带数量为10、每条数据带所包含数据线数量为7的PROPELLER序列K空间数据采集示意图，图中1和2分别表示第一个和最后一个即第10个数据带；
图2为数据带数量为21、每条数据带所包含数据线数量为7的PROPELLER序列K空间数据采集示意图，图中3和4分别表示第一个和最后一个即第21个数据带；
图3为数据带数量为10、每条数据带所包含数据线数量为21的PROPELLER序列K空间数据采集示意图，图中5和6分别表示第一个和最后一个即第10个数据带；
图4为其中一个实施例中，NEX＝3、ETL＝8，采集一个数据带示意图(白色表示采集对应位置的数据线，黑色表示未采集对应位置的数据线)；
图5为本发明的实施例采集重建得到的模体图像。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
在本实施例中，将演示本发明如何依据扫描参数，通过将一条数据带分多次激发的方法，提高每条数据带中数据线的数量，达到同时消除星芒状伪影和运动伪影的效果。
如图1-5所示，包括数据采集和数据重建两部分，其中，
数据采集部分包括如下步骤：
步骤dS1：获取PROPELLER序列采集轨迹参数；
步骤dS2：进行第一次激发，采集ETL回波链；
步骤dSS：重复执行步骤dS2；
步骤dS4：重复执行步骤dS2和步骤dSS；
数据重建部分包括如下步骤：
步骤iS1：对每个数据带内部多次激发的数据线进行自相位校正；
步骤aiS1：对数据带进行调整；
步骤iS5：对数据进行处理得到最终图像。
所述步骤aiS1包括如下步骤：
步骤iS2：对数据带和数据带之间进行带间相位校正；
步骤iS3：对数据带和数据带之间进行带间旋转校正；
步骤iS4：对数据带和数据带之间进行带间平移校正。
所述步骤iS5中，对数据带进行处理包括第一次处理和第二次处理，其中，
第一次处理为对数据带进行网格化处理，
第二次处理为得到K空间数据后对其进行第三次处理得到最终图像。
对K空间数据进行的第三次处理为进行两维FT变换。
所述步骤iS1中，对每个数据带进行自相位校正的步骤如下：
步骤iS101：对数据带中的所有数据线和参考数据线进行一维FT变换，分别得到Iijk和I_refjk，计算过程如下：
Iijk＝1DFT(Sijk)；
Figure BDA0002386975620000061
步骤iS102：对Iijk中每个数据点进行逐点相位校正，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000062
其中，
Figure BDA0002386975620000063
表示I_refijk的相位；
步骤iS103：对I进行一维逆FT变换，计算过程如下：
S_correct1ijk＝1DIFT(I′ijk)；
步骤iS104：通过遍历i、j和k对数据带中的数据线重复步骤iS101、步骤iS102、步骤iS103，得到自相位校正后的数据带数据。
所述步骤iS2中，对数据带和数据带之间进行相位校正的具体实现过程如下：
步骤iS201：对每个数据带进行二维FT变换，计算过程如下：
Ik＝2DFT(S_correct1k)；
其中，S_correct1k表示警告自相位校正后的第k和数据带；
步骤iS202：对每个数据带加三角窗函数，计算过程如下：
Sfilter＝S_correct1k*filter_triangle()；
其中，filter_triangle()表示三角窗函数；
步骤iS203：对每个Sfilter进行二维FT变换，计算过程如下：
Ifilter＝2DFT(Sfilter)；
步骤iS204：对每个I进行相位校正，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000071
其中，
Figure BDA0002386975620000072
表示Ifilter的相位；
步骤iS205：对每个Icorrect进行二维逆FT变换，得到相位校正后的数据带数据，计算过程如下：
S_correct2k＝2DIFT(I_correct1k)。
所述步骤iS3中，对数据带和数据带之间进行旋转校正的步骤如下：
步骤iSS01：取每个数据带S_correct2k中心直径为NEX＊(ETL-1)圆的内的数据，并网格化到笛卡尔坐标系R上，得到S_circlek；
步骤iS302：取S_circlek的模，计算过程如下：
M_circlek＝abs(S_circlek)；
步骤iS303：将所有的M_circle相加计算得到参考数据，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000073
步骤iS304：将M_circlek旋转一系列的角度θ，并网格化到笛卡尔坐标系R上，得到一组M_circle_θk；
步骤iS305：计算M_circle_θk和Mref的相关系数，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000074
步骤iS306：使用二阶或更高阶多项式曲线拟合rk(θ)，曲线的峰值点所对应的θk角即为M_circlek的旋转角度；将数据带S_correct2k旋转θk角度，即得到旋转校正后的数据带数据S_correct3k。
所述步骤iS4中，对数据带和数据带之间进行平移校正的具体步骤如下：
步骤iS401：取每个数据带S_correct3k中心直径为3*7＝21圆的内的数据，并使用Kaiser-Bessel窗函数网格化到笛卡尔坐标系R上，得到S_circlek；
步骤iS402：将所有的S_circlek相加计算得到参考数据，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000081
步骤iS403：计算SRk，计算过程如下：
SRk＝conj(S_circlek)*Sref，其中，
conj(x)表示取x的共轭；
步骤iS404：对SRk进行二维FT变换得到IRk，计算过程如下：
IRk＝2DFT(SRk)；
步骤iS405：通过三点抛物线法拟合曲面IRk(x，y)，得到其最大值位置坐标(xk，yk)；
步骤iS406：对S_correct3k进行线性相位校正，计算过程如下：
Figure BDA0002386975620000082
其中，
其中m＝{1，2，…，21}表示数据带宽度方向；n＝{1，2，3，…，256}，表示数据带中数据线长度方向；FOV为观察野，本实施例中FOV＝240mm；
步骤iS407：遍历所有k，直至每条数据带都平移校正完毕。
本发明的减小PROPELLER序列伪影的方法，能够分为两部分来实现减小伪影的功能，包括数据采集以及数据重建部分，能够在患者进行测试的时候，即进行数据的采集，能够在之后的数据重建(影像重建)中形成具有增强效果的作用，实现质量更好的成像以及对图像的调整及优化，尤其是在对数据带进行细节优化的时候，可以对数据带的详细的部分进行测试以及优化，避免了现有的设备在进行消除伪影方面的缺点及不足；消除了星芒状的伪影。
本发明通过将多次激发采集的数据线填充到一个数据带中从而达到增大数据带宽度的效果，同时对一个数据带中多次激发的数据线进行自相位校正，使由多次激发组合而成的数据带满足后续PROPELLER重建算法要求；消除了星芒状伪影；消除了运动伪影；未显著增加数据采集时间；通过将多次激发采集的回波信号填充到同一条数据带中提高数据块的宽度，并且每次激发均采集一次数据带中心位置的回波作为参考数据线；在重建过程中，对每个数据带内部通过使用参考数据线对多次激发采集的数据进行相位校正，从而减小星芒状伪影，提高运动校正效果。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种减小PROPELLER序列伪影的方法，其特征在于，包括数据采集和数据重建两部分，其中，
数据采集部分包括如下步骤：
步骤dS1：获取PROPELLER序列采集轨迹参数；
步骤dS2：进行第一次激发，采集ETL回波链；
步骤dS3：重复执行步骤dS2；
步骤dS4：重复执行步骤dS2和步骤dS3；
数据重建部分包括如下步骤：
步骤iS1：对每个数据带内部多次激发的数据线进行自相位校正；
步骤aiS1：对数据带进行调整；
步骤iS5：对数据进行处理得到最终图像。
2.根据权利要求1所述的一种减小PROPELLER序列伪影的方法，其特征在于，所述步骤aiS1包括如下步骤：
步骤iS2：对数据带和数据带之间进行带间相位校正；
步骤iS3：对数据带和数据带之间进行带间旋转校正；
步骤iS4：对数据带和数据带之间进行带间平移校正。
3.根据权利要求1所述的一种减小PROPELLER序列伪影的方法，其特征在于，所述步骤iS5中，对数据带进行处理包括第一次处理和第二次处理，其中，
第一次处理为对数据带进行网格化处理，
第二次处理为得到K空间数据后对其进行第三次处理得到最终图像。
4.根据权利要求3所述的一种减小PROPELLER序列伪影的方法，其特征在于，对K空间数据进行的第三次处理为进行两维FT变换。
5.根据权利要求1所述的一种减小PROPELLER序列伪影的方法，其特征在于，所述步骤iS1中，对每个数据带进行自相位校正的步骤如下：
步骤iS101：对数据带中的所有数据线和参考数据线进行一维FT变换，分别得到Iijk和I_refjk，计算过程如下：
Iijk＝1DFT(Sijk)；
Figure FDA0002386975610000025
步骤iS102：对Iijk中每个数据点进行逐点相位校正，计算过程如下：
Figure FDA0002386975610000021
其中，
Figure FDA0002386975610000022
表示I_refijk的相位；
步骤iS103：对I进行一维逆FT变换，计算过程如下：
S_correct1ijk＝1DIFT(I′ijk)；
步骤iS104：通过遍历i、j和k对数据带中的数据线重复步骤iS101、步骤iS102、步骤iS103，得到自相位校正后的数据带数据。
6.根据权利要求2所述的一种减小PROPELLER序列伪影的方法，其特征在于，所述步骤iS2中，对数据带和数据带之间进行相位校正的具体实现过程如下：
步骤iS201：对每个数据带进行二维FT变换，计算过程如下：
Ik＝2DFT(S_correct1k)；
其中，S_correct1k表示警告自相位校正后的第k和数据带；
步骤iS202：对每个数据带加三角窗函数，计算过程如下：
Sfilter＝S_correct1k*filter_triangle()；
其中，filter_triangle()表示三角窗函数；
步骤iS203：对每个Sfilter进行二维FT变换，计算过程如下：
Ifilter＝2DFT(Sfilter)；
步骤iS204：对每个I进行相位校正，计算过程如下：
Figure FDA0002386975610000023
其中，
Figure FDA0002386975610000024
表示Ifilter的相位；
步骤iS205：对每个Icorrect进行二维逆FT变换，得到相位校正后的数据带数据，计算过程如下：
S_correct2k＝2DIFT(I_correct1k)。
7.根据权利要求2所述的一种减小PROPELLER序列伪影的方法，其特征在于，所述步骤iS3中，对数据带和数据带之间进行旋转校正的步骤如下：
步骤iS301：取每个数据带S_correct2k中心直径为NEX*(ETL-1)圆的内的数据，并网格化到笛卡尔坐标系R上，得到S_circlek；
步骤iS302：取S_circlek的模，计算过程如下：
M_circlek＝abs(S_circlek)；步骤iS303：将所有的M_circle相加计算得到参考数据，计算过程如下：
Figure FDA0002386975610000031
步骤iS304：将M_circlek旋转一系列的角度θ，并网格化到笛卡尔坐标系R上，得到一组M_circle_θk；步骤iS305：计算M_circle_θk和Mref的相关系数，计算过程如下：
Figure FDA0002386975610000032
步骤iS306：使用二阶或更高阶多项式曲线拟合rk(θ)，曲线的峰值点所对应的θk角即为M_circlek的旋转角度；将数据带S_correct2k旋转θk角度，即得到旋转校正后的数据带数据S_correct3k。
8.根据权利要求2所述的一种减小PROPELLER序列伪影的方法，其特征在于，所述步骤iS4中，对数据带和数据带之间进行平移校正的具体步骤如下：
步骤iS401：取每个数据带S_correct3k中心直径为3*7＝21圆的内的数据，并使用Kaiser-Bessel窗函数网格化到笛卡尔坐标系R上，得到S_circlek；
步骤iS402：将所有的S_circlek相加计算得到参考数据，计算过程如下：
Figure FDA0002386975610000033
步骤iS403：计算SRk，计算过程如下：
SRk＝conj(S_circlek)*Sref，其中，
conj(x)表示取x的共轭；
步骤iS404：对SRk进行二维FT变换得到IRk，计算过程如下：
IRk＝2DFT(SRk)；
步骤iS405：通过三点抛物线法拟合曲面IRk(x,y)，得到其最大值位置坐标(xk,yk)；
步骤iS406：对S_correct3k进行线性相位校正，计算过程如下：
Figure FDA0002386975610000034
其中，
其中m＝{1,2,…,21}表示数据带宽度方向；n＝{1,2,3,…,256}，表示数据带中数据线长度方向；FOV为观察野，本实施例中FOV＝240mm；
步骤iS407：遍历所有k，直至每条数据带都平移校正完毕。
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