CN113866695B - 磁共振实时引导介入的图像采集与重建方法及系统 - Google Patents
磁共振实时引导介入的图像采集与重建方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种磁共振实时引导介入的图像采集与重建方法及系统，包括采用黄金角径向辐条采样的方式采集介入前参考图像的k空间；针对介入过程开展实时连续采样，连续采样应用黄金角径向辐条采样的方式开展；针对介入实时成像所需的时间分辨率，基于所采集的M个径向辐条开展重建。本发明通过采用连续黄金角径向采样以及固定采样轨迹的方式，解决了磁共振引导下介入实时成像中数据采集和重建时间较长的问题；在介入过程中进行连续的黄金角径向采样，可以很好的避免介入动态过程中可能产生的伪影；通过对介入前参考图像的固定黄金角径向轨迹的采样、存储和提取应用，较好的解决了图像重建中每次对轨迹傅里叶变换的计算量大的问题，提高了重建速度。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像的技术领域，具体地，涉及磁共振实时引导介入的图像采集与重建方法及系统。
背景技术
磁共振介入成像(interventional MRI)是通过对介入过程中开展图像采集和重建，对介入过程进行磁共振图像显示的方法。磁共振介入成像对临床介入治疗的许多方面，如脑组织的介入治疗具有重要的意义，可以很好的提高介入治疗的精准程度和治疗效果。对于临床科学研究也具有重要意义。
在公开号为CN103185878A的专利文献中公开了一种磁共振图像并行采集方法，包括：在欠采样k空间内设定至少两个拟合模块，每个拟合模块内包含的k空间矩阵的结构相同，并且每个拟合模块内包含有实际采集的k空间数据和由实际采集的k空间数据所拟合的数据；利用两个或两个以上的拟合模块获得合并系数；利用合并系数计算欠采样的数据，填补欠采样k空间，形成满采样k空间。本发明还提供一种磁共振图像的重建方法。
在公开号为CN105467342A的专利文献中公开了一种磁共振多通道采集图像重建方法和装置，包括以下步骤：获得若干通道全采集的原始K空间数据；确定各通道线圈敏感度之间的关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij；利用关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij，生成新的图像域值或K空间数据；根据所述新的图像域值或K空间数据，获得最终的磁共振图像。
在公开号为CN104166110A的专利文献中公开了一种磁共振并行采集图像重建方法及设备，包括以下步骤：采集若干通道磁共振信号填入原始k空间中；将原始k空间数据进行分离信号和噪声的数学变换作为第一虚拟k空间，保留第一虚拟k空间中第一参数值高于预设阈值的通道作为第二虚拟k空间，所述第一参数值用于衡量每一通道的信噪比高低；填补第二虚拟k空间数据；通过第二虚拟k空间获得重建图像。
Ajit Shankaranarayanan等人(Radial Keyhole Sequences for Low FieldProjection Reconstruction Interventional MRI，Journal of Magnetic ResonanceImaging,13:142-151(2001))采用径向keyhole技术用于磁共振介入图像重建，在介入前先采集一定数量的辐条数，在介入过程中采集部分辐条用于替换已采集的相同位置的辐条，采用NUFFT进行重建。该采样方式相邻辐条之间的夹角不是黄金角，当采用这种方式开展连续k空间采集时，会出现辐条互相重叠的情况。其他与本专利接近的技术则由于没有采用固定辐条，所以在每次重建时需要重新计算轨迹，效率低，时间长。
因此，需要提出一种技术方案以改善上述技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种磁共振实时引导介入的图像采集与重建方法及系统。
根据本发明提供的一种磁共振实时引导介入的图像采集与重建方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：采用黄金角径向辐条采样的方式采集介入前参考图像的k空间；
步骤S2：针对介入过程开展实时连续采样，连续采样应用黄金角径向辐条采样的方式开展；
步骤S3：针对介入实时成像所需的时间分辨率，基于所采集的M个径向辐条开展重建。
优选地，所述步骤S1包括如下步骤：
步骤S1.1：介入前参考图像的k空间采集采用黄金角径向辐条采样方式，每一个辐条的采样轨迹经过k空间中心，且在连续采样下任意两个k空间的采样辐条不会重合，相邻辐条之间的夹角为
步骤S1.2：依据实时介入成像的需求，决定欠采样、全采样或过采样；
步骤S1.3：在步骤S1.2中确定了需要采集的辐条数后，计算每一辐条的采样轨迹，采集参考图像的k空间，并存储计算好的采样轨迹和参考图像的k空间数据。
优选地，所述步骤S1中的参考图像包括欠采样、全采样和过采样。
优选地，所述步骤S2包括如下步骤：
步骤S2.1：在介入过程中，采用黄金角径向辐条式连续采集k空间数据，同步骤S1.1，相邻两辐条之间的夹角为黄金角111.25°；
步骤S2.2：根据时间分辨率的要求，采集部分k空间数据。
优选地，所述步骤S3包括如下步骤：
步骤S3.1：直接使用部分采集的M个径向辐条，采用基于压缩感知的算法或者基于机器学习的算法进行降采样图像实时重建；
步骤S3.2：利用采集的M个径向辐条，替换全采样k空间中的相同位置的M个径向辐条后开展重建，即采用keyhole的方式进行图像重建。
本发明还提供一种磁共振实时引导介入的图像采集与重建系统，所述系统包括如下模块：
模块M1：采用黄金角径向辐条采样的方式采集介入前参考图像的k空间；
模块M2：针对介入过程开展实时连续采样，连续采样应用黄金角径向辐条采样的方式开展；
模块M3：针对介入实时成像所需的时间分辨率，基于所采集的M个径向辐条开展重建。
优选地，所述模块M1包括如下模块：
模块M1.1：介入前参考图像的k空间采集采用黄金角径向辐条采样方式，每一个辐条的采样轨迹经过k空间中心，且在连续采样下任意两个k空间的采样辐条不会重合，相邻辐条之间的夹角为
模块M1.2：依据实时介入成像的需求，决定欠采样、全采样或过采样；
模块M1.3：在模块M1.2中确定了需要采集的辐条数后，计算每一辐条的采样轨迹，采集参考图像的k空间，并存储计算好的采样轨迹和参考图像的k空间数据。
优选地，所述模块M1中的参考图像包括欠采样、全采样和过采样。
优选地，所述模块M2包括如下模块：
模块M2.1：在介入过程中，采用黄金角径向辐条式连续采集k空间数据，同模块M1.1，相邻两辐条之间的夹角为黄金角111.25°；
模块M2.2：根据时间分辨率的要求，采集部分k空间数据。
优选地，所述模块M3包括如下模块：
模块M3.1：直接使用部分采集的M个径向辐条，采用基于压缩感知的算法或者基于机器学习的算法进行降采样图像实时重建；
模块M3.2：利用采集的M个径向辐条，替换全采样k空间中的相同位置的M个径向辐条后开展重建，即采用keyhole的方式进行图像重建。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过采用连续黄金角径向采样以及固定采样轨迹的方式，解决了磁共振引导下介入实时成像中数据采集和重建时间较长的问题；
2、本发明在介入过程中进行连续的黄金角径向采样，可以很好的避免介入动态过程中可能产生的伪影；
3、本发明通过对介入前参考图像的固定黄金角径向轨迹的采样、存储和提取应用，较好的解决了图像重建中每次对轨迹傅里叶变换的计算量大的问题，提高了重建速度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的整体方案图；
图2为黄金角径向采样方式图；
图3为磁共振实时成像连续采样方式图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
为实现磁共振引导的介入实时成像，采用基于黄金角的径向辐条采样的方式，在介入过程中连续进行k空间采集并实时重建介入图像。为加速图像重建过程，将k空间采集轨迹提前确定为全采样条件下的黄金角径向辐条采样轨迹，辐条个数为N。针对每个时间帧图像的重建，实时采集部分k空间辐条，如M个径向辐条,M≤N，用于替换已采集全采样k空间中相同位置的M个辐条进行重建、或基于实时采集的M个径向辐条直接开展重建。
本发明提供的一种磁共振引导的介入实时成像方法，包括如下步骤：
步骤S1：采用黄金角径向辐条采样的方式采集介入前参考图像的k空间。参考图像可以是欠采样、全采样或过采样。步骤S1.1：k空间采集采用黄金角径向辐条采样方式，如图2所示。具体为每一个辐条的采样轨迹都经过k空间中心，且在连续采样下任意两个k空间的采样辐条不会重合，相邻辐条之间的夹角为
步骤S1.2：依据实时介入成像的需求，决定欠采样、全采样或过采样。例如重建图像的尺寸大小为256×256，黄金角径向采样方式全采样需采集的辐条数为
则欠采样的辐条数小于402，过采样的辐条数大于402。步骤S1.3：在步骤S1.2中确定了需要采集的辐条数后，计算每一辐条的采样轨迹，据此采集参考图像的k空间，并存储计算好的采样轨迹和参考图像的k空间数据。
步骤S2：针对介入过程开展实时连续采样。连续采样应用黄金角径向辐条采样的方式开展。步骤S2.1：在介入过程中，采用黄金角径向辐条式连续采集k空间数据，同步骤S1.1，相邻两辐条之间的夹角为黄金角111.25°。步骤S2.2：根据时间分辨率的要求，采集部分k空间数据。如采集一条辐条所需要的时间为TR，所要求的时间分辨率为dT,则可采集的径向辐条数M＝dT/TR，如图3所示。
步骤S3：针对介入实时成像所需的时间分辨率，基于所采集的M个径向辐条开展重建。步骤S3.1：首先，可以直接使用部分采集的M个径向辐条，采用基于压缩感知的算法或者基于机器学习的算法进行降采样图像实时重建。步骤S3.2：其次，也可利用采集的M个径向辐条，替换全采样k空间中的相同位置的M个径向辐条后开展重建，即采用keyhole的方式进行图像重建。
本发明还提供一种磁共振实时引导介入的图像采集与重建系统，所述系统包括如下模块：模块M1：采用黄金角径向辐条采样的方式采集介入前参考图像的k空间；模块M1.1：介入前参考图像的k空间采集采用黄金角径向辐条采样方式，每一个辐条的采样轨迹经过k空间中心，且在连续采样下任意两个k空间的采样辐条不会重合，相邻辐条之间的夹角为
模块M1.2：依据实时介入成像的需求，决定欠采样、全采样或过采样；模块M1.3：在模块M1.2中确定了需要采集的辐条数后，计算每一辐条的采样轨迹，采集参考图像的k空间，并存储计算好的采样轨迹和参考图像的k空间数据。参考图像包括欠采样、全采样和过采样。
模块M2：针对介入过程开展实时连续采样，连续采样应用黄金角径向辐条采样的方式开展；模块M2.1：在介入过程中，采用黄金角径向辐条式连续采集k空间数据，同模块M1.1，相邻两辐条之间的夹角为黄金角111.25°；模块M2.2：根据时间分辨率的要求，采集部分k空间数据。
模块M3：针对介入实时成像所需的时间分辨率，基于所采集的M个径向辐条开展重建。模块M3.1：直接使用部分采集的M个径向辐条，采用基于压缩感知的算法或者基于机器学习的算法进行降采样图像实时重建；模块M3.2：利用采集的M个径向辐条，替换全采样k空间中的相同位置的M个径向辐条后开展重建，即采用keyhole的方式进行图像重建。
本发明通过采用连续黄金角径向采样以及固定采样轨迹的方式，解决了磁共振引导下介入实时成像中数据采集和重建时间较长的问题；在介入过程中进行连续的黄金角径向采样，可以很好的避免介入动态过程中可能产生的伪影；通过对介入前参考图像的固定黄金角径向轨迹的采样、存储和提取应用，较好的解决了图像重建中每次对轨迹傅里叶变换的计算量大的问题，提高了重建速度。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (6)
1.一种磁共振实时引导介入的图像采集与重建方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：采用黄金角径向辐条采样的方式采集介入前参考图像的k空间；
步骤S2：针对介入过程开展实时连续采样，连续采样应用黄金角径向辐条采样的方式开展；
步骤S3：针对介入实时成像所需的时间分辨率，基于所采集的M个径向辐条开展重建；
所述步骤S1包括如下步骤：
步骤S1.1：介入前参考图像的k空间采集采用黄金角径向辐条采样方式，每一个辐条的采样轨迹经过k空间中心，且在连续采样下任意两个k空间的采样辐条不会重合，相邻辐条之间的夹角为
步骤S1.2：依据实时介入成像的需求，决定欠采样、全采样或过采样；
步骤S1.3：在步骤S1.2中确定了需要采集的辐条数后，计算每一辐条的采样轨迹，采集参考图像的k空间，并存储计算好的采样轨迹和参考图像的k空间数据；
所述步骤S3包括如下步骤：
步骤S3.1：直接使用部分采集的M个径向辐条，采用基于压缩感知的算法或者基于机器学习的算法进行降采样图像实时重建；
步骤S3.2：利用采集的M个径向辐条，替换全采样k空间中的相同位置的M个径向辐条后开展重建，即采用keyhole的方式进行图像重建。
2.根据权利要求1所述的磁共振实时引导介入的图像采集与重建方法，其特征在于，所述步骤S1中的参考图像包括欠采样、全采样和过采样。
3.根据权利要求1所述的磁共振实时引导介入的图像采集与重建方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：
步骤S2.1：在介入过程中，采用黄金角径向辐条式连续采集k空间数据，同步骤S1.1，相邻两辐条之间的夹角为黄金角111.25°；
步骤S2.2：根据时间分辨率的要求，采集部分k空间数据。
4.一种磁共振实时引导介入的图像采集与重建系统，其特征在于，所述系统包括如下模块：
模块M1：采用黄金角径向辐条采样的方式采集介入前参考图像的k空间；
模块M2：针对介入过程开展实时连续采样，连续采样应用黄金角径向辐条采样的方式开展；
模块M3：针对介入实时成像所需的时间分辨率，基于所采集的M个径向辐条开展重建；
所述模块M1包括如下模块：
模块M1.1：介入前参考图像的k空间采集采用黄金角径向辐条采样方式，每一个辐条的采样轨迹经过k空间中心，且在连续采样下任意两个k空间的采样辐条不会重合，相邻辐条之间的夹角为
模块M1.2：依据实时介入成像的需求，决定欠采样、全采样或过采样；
模块M1.3：在模块M1.2中确定了需要采集的辐条数后，计算每一辐条的采样轨迹，采集参考图像的k空间，并存储计算好的采样轨迹和参考图像的k空间数据；
所述模块M3包括如下模块：
模块M3.1：直接使用部分采集的M个径向辐条，采用基于压缩感知的算法或者基于机器学习的算法进行降采样图像实时重建；
模块M3.2：利用采集的M个径向辐条，替换全采样k空间中的相同位置的M个径向辐条后开展重建，即采用keyhole的方式进行图像重建。
5.根据权利要求4所述的磁共振实时引导介入的图像采集与重建系统，其特征在于，所述模块M1中的参考图像包括欠采样、全采样和过采样。
6.根据权利要求4所述的磁共振实时引导介入的图像采集与重建系统，其特征在于，所述模块M2包括如下模块：
模块M2.1：在介入过程中，采用黄金角径向辐条式连续采集k空间数据，同模块M1.1，相邻两辐条之间的夹角为黄金角111.25°；
模块M2.2：根据时间分辨率的要求，采集部分k空间数据。
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