基于k空間中心鬼影定位的SPEED磁共振成像方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種基于k空間中心鬼影定位的SPEED磁共振成像方法,本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)主要包括九大步驟：k空間數(shù)據(jù)采集、填零傅立葉重建、差分變換、建立低分辨重疊鬼影圖、鬼影階數(shù)的確立、雙層鬼影模型求解、鬼影的分離、多個(gè)鬼影映射圖的配準(zhǔn)求和、逆濾波重建。采用本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)方法可以將k空間中心部分?jǐn)?shù)據(jù)用于SPEED成像時(shí)的鬼影階數(shù)的定位，避免了常規(guī)SPEED成像方法的最小平方誤差求解鬼影階數(shù)的步驟，從而將所需采集的三組k空間欠采樣數(shù)據(jù)減少到兩組，進(jìn)一步縮短了SPEED成像方法的數(shù)據(jù)采集時(shí)間。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于磁共振的圖像成像領(lǐng)域，涉及一種基于k空間中心鬼影定位的SPEED磁共振成像方法。
技術(shù)介紹
磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)對(duì)機(jī)體沒(méi)有不良影響，且具有優(yōu)良的軟組織分辨能力，已在臨床疾病檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。但是，MRI在臨床應(yīng)用中還常受到數(shù)據(jù)采集時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的限制。研究人員已通過(guò)提高M(jìn)RI硬件性能、采用高效的k空間(頻率空間)數(shù)據(jù)采集軌跡、研制快速序列和并行數(shù)據(jù)采集等方式來(lái)提高M(jìn)RI數(shù)據(jù)采集的速度，但是臨床實(shí)際應(yīng)用中，已有的研究成果還是不能完全滿(mǎn)足對(duì)快速成像的需求，例如腦功能成像和心臟動(dòng)態(tài)成像等應(yīng)用中。MRI的數(shù)據(jù)采集是在k空間中進(jìn)行的，在k空間的相位編碼(PhaseEncoding,PE)方向上減少數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)，可以有效地縮短數(shù)據(jù)采集時(shí)間。SPEED(SkippedPhaseEncodingandEdgeDeghosting)成像技術(shù)就是一種通過(guò)在PE方向減少數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)來(lái)縮短數(shù)據(jù)采集時(shí)間的MRI快速成像方法(QSXiang,AcceleratingMRIbyskippedphaseencodingandedgedeghosting(SPEED)，MagneticResonanceinMedicine,53:1112-1117,2005)。SPEED通過(guò)在k空間進(jìn)行簡(jiǎn)單規(guī)則的欠采樣來(lái)采集數(shù)據(jù)，然后基于解析法來(lái)重建圖像，其解析求解過(guò)程非常快速。SPEED成像方法不但易于實(shí)現(xiàn)，而且也易于和現(xiàn)有的采集方式結(jié)合，是一種很有應(yīng)用潛力的成像方式。目前已申請(qǐng)的關(guān)于SPEED快速成像方面的MRI專(zhuān)利有：基于小波域稀疏表示的SPEED快速磁共振成像方法(授權(quán)號(hào)：ZL2013102071971.1)，提出基于小波域的數(shù)據(jù)稀疏特性來(lái)提高SPEED快速成像方法的成像質(zhì)量。基于離散余弦變換的SPEED快速磁共振成像方法(授權(quán)號(hào)：ZL201310719667.2)，提出基于離散余弦變換來(lái)提高SPEED快速成像方法的成像質(zhì)量。目前還未能查詢(xún)到任何基于k空間中心鬼影定位的SPEED快速成像方法的授權(quán)專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利或申請(qǐng)。國(guó)內(nèi)外已發(fā)表的關(guān)于SPEED成像方面的文章有：2016年，金朝陽(yáng)、葉海慧、杜一平和向清三提出了基于離散余弦變換和離散小波變換的SPEED快速成像方法(JinZ,YeH,DuYP,XiangQS.Improvingimagequalityforskippedphaseencodingandedgedeghosting(SPEED)byexploitingseveralsparsifyingtransforms.MagneticResonanceinMedicine.75:2031-2045，2016)，該方法利用離散余弦變換和離散小波變換對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行稀疏表示，相比于常規(guī)SPEED方法采用基于離散差分變換的數(shù)據(jù)稀疏表示，獲得了更好的成像質(zhì)量。2013年，金朝陽(yáng)和向清三提出了通用G-SPEED(General-SPEED)采樣方法(JinZ,XiangQS.AcceleratedMRIbySPEEDwithgeneralizedsamplingschemes.MagneticResonanceinMedicine.70:1674-1681，2013)，突破了傳統(tǒng)SPEED方法的采樣間隔周期N必須是質(zhì)數(shù)(例如：N＝5、7、11)的限制，通過(guò)秩判據(jù)的方式，使得N不但可為質(zhì)數(shù)，也可為合數(shù)(例如：N＝2、4、6、8、9)。2009年，常征等人提出EMA-SPEED(EfficientMultipleAcquisitionbySPEED)算法(ChangZ,XiangQS,JiJ,andYinFF.Efficientmultipleacquisitionsbyskippedphaseencodingandedgedeghosting(SPEED)usingsharedspatialinformation.MagneticResonanceinMedicine.61:229-233,2009)，通過(guò)共享多個(gè)采集間的相似空間信息進(jìn)一步縮短了SPEED的數(shù)據(jù)采集時(shí)間，從而可獲得比單次采集更高的加速比。2007年，基于MRA數(shù)據(jù)本身就非常稀疏的特性，常征和向清三將SPEED的雙層模型簡(jiǎn)化到單層模型(ChangZandXiangQS.Simplifiedskippedphaseencodingandedgedeghosting(SPEED)forimagingsparseobjectswithapplicationstoMRA.MedPhys.34:3173-3182,2007)，提出了S-SPEED(Simplified-SPEED)算法，該算法適用于數(shù)據(jù)本身就非常稀疏的場(chǎng)合，例如暗背景亮信號(hào)的MRA應(yīng)用(ChangZ,XiangQS,ShenHandYinFF.Acceleratingnon-contrast-enhancedMRangiographywithinflowinversionrecoveryimagingbyskippedphaseencodingandedgedeghosting(SPEED).JournalofMagneticResonanceImaging.31:757-765,2010)。2006年，常征和向清三將SPEED算法與并行成像技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合，提出了SPEED-ACE成像法(ChangZandXiangQS.HighlyacceleratedMRIbyskippedphaseencodingandedgedeghostingwitharraycoilenhancement(SPEED-ACE).MedPhys.33:3758-3766,2006)，通過(guò)采用多個(gè)采集線圈來(lái)共同采集k-空間欠采樣數(shù)據(jù)，從而提高成像速度。以上發(fā)表的關(guān)于SPEED快速成像方面的文章或已授權(quán)的專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利，重建時(shí)是基于采集到的三組欠采樣數(shù)據(jù)來(lái)獲得重疊鬼影的定位，還未公開(kāi)過(guò)任何基于k空間中心鬼影定位的SPEED快速磁共振成像方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有SPEED技術(shù)的不足，將k空間中心部分的數(shù)據(jù)用于鬼影定位，從而將SPEED所需采集的三組k空間數(shù)據(jù)減少到只需采集兩組k空間數(shù)據(jù)，提供了一種新的SPEED數(shù)據(jù)采集方法，進(jìn)一步提高了SPEED快速成像的數(shù)據(jù)采集速度。本專(zhuān)利技術(shù)主要包括九個(gè)步驟：k空間數(shù)據(jù)采集、填零傅立葉重建、差分變換、建立低分辨重疊鬼影圖、鬼影階數(shù)的確立、雙層鬼影模型求解、鬼影的分離、多個(gè)鬼影映射圖的配準(zhǔn)求和、逆濾波重建。步驟1：k空間數(shù)據(jù)采集在k空間的相位編碼方向(即PE方向)每隔N行采集一行數(shù)據(jù)，共采集兩組，分別用S1和S2表示。用d1,d2表示每組欠采樣數(shù)據(jù)在PE方向上的偏移量，采樣方式用N(d1,d2)表示。根據(jù)圖像大小，在PE方向的k空間中心區(qū)域采集16至64行數(shù)據(jù)，用Sc表示。步驟2：填零傅立葉重建對(duì)于兩組欠采樣的數(shù)據(jù)S1和S2，其對(duì)應(yīng)k空間中沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的點(diǎn)用0表示，進(jìn)行常規(guī)的填零傅立葉重建，重建后圖像分別用I1和I2表示。k空間中每隔N行采集一行數(shù)據(jù)使得每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的填零傅立葉重建圖像中有N層重疊的鬼影，每個(gè)像素點(diǎn)上最多有N層重疊的鬼影。例如，當(dāng)N＝4時(shí)，I1和I本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
基于k空間中心鬼影定位的SPEED磁共振成像方法,其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟1：k空間數(shù)據(jù)采集在k空間的相位編碼方向每隔N行采集一行數(shù)據(jù)，共采集兩組，分別用S1和S2表示；用d1,d2表示每組欠采樣數(shù)據(jù)在PE方向上的偏移量，采樣方式用N(d1,d2)表示，k空間的相位編碼方向即PE方向；根據(jù)圖像大小，在PE方向的k空間中心區(qū)域采集16至64行數(shù)據(jù)，用Sc表示；步驟2：填零傅立葉重建對(duì)于兩組欠采樣的數(shù)據(jù)S1和S2，其對(duì)應(yīng)k空間中沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的點(diǎn)用0表示，進(jìn)行常規(guī)的填零傅立葉重建，重建后圖像分別用I1和I2表示；k空間中每隔N行采集一行數(shù)據(jù)使得每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的填零傅立葉重建圖像中有N層重疊的鬼影，每個(gè)像素點(diǎn)上最多有N層重疊的鬼影；將采集到的k空間中心部分?jǐn)?shù)據(jù)Sc也進(jìn)行填零傅立葉重建，形成一個(gè)低分辨率的重建圖像Ic；步驟3：差分變換對(duì)步驟2得到的圖像I1、I2和Ic分別進(jìn)行差分變換，得到稀疏的邊緣鬼影圖像E1、E2和Ec；步驟4：建立低分辨重疊鬼影圖在相位編碼方向?qū)c分別進(jìn)行長(zhǎng)度為Ny×n/N的平移，其中Ny表示沿PE方向的數(shù)據(jù)矩陣的大小，n表示邊緣鬼影的階數(shù)，n＝0,1,2,…,N?1；這n個(gè)邊緣鬼影相加后形成一個(gè)重疊的鬼影映射圖Ec,n；步驟5：鬼影階數(shù)的確立在鬼影映射圖Ec,n中，為每個(gè)像素點(diǎn)找出兩個(gè)最強(qiáng)的鬼影，并記錄下它們對(duì)應(yīng)的鬼影階數(shù)(n1s,n2s)；步驟6：雙層鬼影模型求解稀疏邊緣鬼影圖E1和E2中，由于每個(gè)像素點(diǎn)上通常只有兩層鬼影的重疊，因此采用雙層稀疏邊緣鬼影模型來(lái)描述E1和E2中的每個(gè)像素點(diǎn)；雙層稀疏邊緣鬼影模型表示為：E1=Pd1n1Gn1+Pd1n2Gn2E2=Pd2n1Gn1+Pd2n2Gn2---[1]]]>公式[1]中為相位因子，Gn1和Gn2分別為每個(gè)像素點(diǎn)上需要確定的不同階的鬼影，n1和n2分別表示不同的鬼影階數(shù)；定義為：Pdn=ei(2πdn/N),n=0,1,2,...,N-1---[2]]]>公式[2]中d表示每組欠采樣數(shù)據(jù)在PE方向上的偏移量d1和d2，n為鬼影階數(shù)；在公式[1]中，由于E1、E2、d和N已知，則基于步驟5得到的鬼影階數(shù)(n1s,n2s)，直接解出公式[1]中的兩個(gè)重疊的鬼影Gn1和Gn2；步驟7：鬼影的分離對(duì)步驟6得到的Gn1和Gn2中的像素點(diǎn)，按不同的鬼影階數(shù)n進(jìn)行分類(lèi)，產(chǎn)生N個(gè)分離的鬼影映射圖Gn,其中n＝0,1,…,N?1；步驟8：多個(gè)鬼影映射圖的配準(zhǔn)求和步驟7得到的N個(gè)鬼影映射圖Gn，各自對(duì)應(yīng)的鬼影位置不同，通過(guò)像素點(diǎn)的移位和對(duì)齊來(lái)配準(zhǔn)；配準(zhǔn)后各鬼影圖對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)求和后得到?jīng)]有重疊鬼影的邊緣映射圖像E0；步驟9：逆濾波重建步驟8得到的邊緣映射圖E0經(jīng)離散傅立葉變換到k空間，其對(duì)應(yīng)k空間中實(shí)際進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的點(diǎn)的值用實(shí)際采集的數(shù)據(jù)替代，得到k空間數(shù)據(jù)R0；基于逆濾波公式[3]重建出最終的SPEED圖像I0；I0=IDFT{DFT[R0]e-j2π(ky/Ny)-1}---[3]]]>公式[3]中IDFT表示離散傅立葉逆變換，ky表示沿PE方向的k空間位置。...

【技術(shù)特征摘要】
1.基于k空間中心鬼影定位的SPEED磁共振成像方法,其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟1：k空間數(shù)據(jù)采集在k空間的相位編碼方向每隔N行采集一行數(shù)據(jù)，共采集兩組，分別用S1和S2表示；用d1,d2表示每組欠采樣數(shù)據(jù)在PE方向上的偏移量，采樣方式用N(d1,d2)表示，k空間的相位編碼方向即PE方向；根據(jù)圖像大小，在PE方向的k空間中心區(qū)域采集16至64行數(shù)據(jù)，用Sc表示；步驟2：填零傅立葉重建對(duì)于兩組欠采樣的數(shù)據(jù)S1和S2，其對(duì)應(yīng)k空間中沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的點(diǎn)用0表示，進(jìn)行常規(guī)的填零傅立葉重建，重建后圖像分別用I1和I2表示；k空間中每隔N行采集一行數(shù)據(jù)使得每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的填零傅立葉重建圖像中有N層重疊的鬼影，每個(gè)像素點(diǎn)上最多有N層重疊的鬼影；將采集到的k空間中心部分?jǐn)?shù)據(jù)Sc也進(jìn)行填零傅立葉重建，形成一個(gè)低分辨率的重建圖像Ic；步驟3：差分變換對(duì)步驟2得到的圖像I1、I2和Ic分別進(jìn)行差分變換，得到稀疏的邊緣鬼影圖像E1、E2和Ec；步驟4：建立低分辨重疊鬼影圖在相位編碼方向?qū)c分別進(jìn)行長(zhǎng)度為Ny×n/N的平移，其中Ny表示沿PE方向的數(shù)據(jù)矩陣的大小，n表示邊緣鬼影的階數(shù)，n＝0,1,2,…,N-1；這n個(gè)邊緣鬼影相加后形成一個(gè)重疊的鬼影映射圖Ec,n；步驟5：鬼影階數(shù)的確立在鬼影映射圖Ec,n中，為每個(gè)像素點(diǎn)找出兩個(gè)最強(qiáng)的鬼影，并記錄下它們對(duì)應(yīng)的鬼影階數(shù)(n1s,n2s)；步驟6：雙層鬼影模型求解稀疏邊緣鬼影圖E1和E2中，由于每個(gè)像素點(diǎn)上通常只有兩層鬼影...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：金朝陽(yáng)，向清三，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：杭州電子科技大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：浙江;33