腦功能磁共振成像方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種腦功能磁共振成像方法，包括：對(duì)目標(biāo)腦區(qū)的一個(gè)層面的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)表達(dá)式中的時(shí)間基函數(shù)和階數(shù)，并根據(jù)圖像數(shù)據(jù)和階數(shù)構(gòu)建該表達(dá)式中的空間基函數(shù)，得到磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式，根據(jù)磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式計(jì)算磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)，根據(jù)磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)重建腦功能圖像。上述方法根據(jù)具有高空間分辨率的圖像數(shù)據(jù)計(jì)算空間基函數(shù)，并根據(jù)具有高時(shí)間分辨率的導(dǎo)航數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)間基函數(shù)，進(jìn)一步根據(jù)該空間基函數(shù)和時(shí)間基函數(shù)重建的腦功能圖像，由此得到的成像圖像具有高空間分辨率和高時(shí)間分辨率。此外，還提供一種腦功能磁共振成像系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】腦功能磁共振成像方法和系統(tǒng)
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及磁共振成像【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種腦功能磁共振成像方法和系統(tǒng)。【【背景技術(shù)】】
[0002]功能磁共振成像(functionalmagnetic resonance imaging, fMRI)技術(shù)因其能夠無(wú)創(chuàng)傷地對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)進(jìn)行較準(zhǔn)確地定位，以及較好的可重復(fù)性和可行性等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為腦功能成像發(fā)展最迅速的新技術(shù)之一。腦功能磁共振成像即用于對(duì)腦部成像的功能磁共振成像。
[0003]根據(jù)傳統(tǒng)的Nyquist (奈奎斯特)采樣定理，采集獲得的圖像的空間分辨率和時(shí)間分辨率存在此消彼長(zhǎng)的關(guān)系的矛盾，想要獲得高空間分辨率圖像，就要犧牲圖像的時(shí)間分辨率，若要提高圖像的時(shí)間分辨率，則圖像的空間分辨率就會(huì)降低，圖像的空間分辨率和時(shí)間分辨率不可能同時(shí)達(dá)到高分辨率。
[0004]普通的fMRI成像，一方面，受到磁共振物理、硬件等因素制約，為了能使獲得的圖像達(dá)到一定的空間分辨率，一般2~3s才能獲得一幅全腦圖像，導(dǎo)致其獲取到的圖像的時(shí)間分辨率不高；而另一方面，大腦神經(jīng)元活動(dòng)引起的局部力流增加是短暫的，且在采樣過(guò)程中功能信號(hào)又容易受到血液流動(dòng)、頭部不經(jīng)意移動(dòng)等因素的影響，這些因此導(dǎo)致其采集到的圖像有可能不準(zhǔn)確，即圖像的空間分辨率不高。
[0005]總而言之，普通的fMRI成像采集到的圖像的空間分辨率和時(shí)間分辨率不高。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]基于此，有必要提供一種能提高成像圖像的時(shí)間分辨率和空間分辨率的腦功能磁共振成像方法。
[0007]一種腦功能磁共振成像方法，包括以下步驟:
[0008]對(duì)目標(biāo)腦區(qū)的一個(gè)層面的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，其中，圖像數(shù)據(jù)為對(duì)該層面的k空間數(shù)據(jù)的所有行進(jìn)行采樣得到的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)為對(duì)該層面的k空間數(shù)據(jù)的指定的中間行進(jìn)行采樣得到的數(shù)據(jù)；
[0009]將磁共振信號(hào)表示為部分可分離函數(shù)，其中，磁共振信號(hào)隨著時(shí)間維度的信號(hào)變化被表示為L(zhǎng)個(gè)空間基函數(shù)和L列時(shí)間基函數(shù)的乘積的和，L表示階數(shù)，空間基函數(shù)、時(shí)間基函數(shù)以及階數(shù)都為待估計(jì)的參數(shù)；
[0010]根據(jù)采樣得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建所述時(shí)間基函數(shù)并確定所述階數(shù)，并根據(jù)采樣得到的圖像數(shù)據(jù)和確定的階數(shù)構(gòu)建所述空間基函數(shù)，從而得到磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式；
[0011]根據(jù)磁共振信 號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式計(jì)算磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)；
[0012]根據(jù)磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)重建腦功能圖像。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采樣為對(duì)所述k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行的稀疏米樣。[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述對(duì)目標(biāo)腦區(qū)的一個(gè)層面的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣的步驟為:
[0015]在采樣過(guò)程的相鄰兩個(gè)射頻周期內(nèi)，其中一個(gè)射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像數(shù)據(jù)，另一個(gè)射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
[0016]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述根據(jù)磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)重建腦功能圖像的步驟為:
[0017]將所述磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉逆變換，以重建腦功能圖像。
[0018]此外，還有必要提供一種能提高成像圖像的時(shí)間分辨率和空間分辨率的腦功能磁共振成像系統(tǒng)。
[0019]一種腦功能磁共振成像系統(tǒng)，包括:
[0020]采樣模塊，用于對(duì)目標(biāo)腦區(qū)的一個(gè)層面的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，其中，圖像數(shù)據(jù)為對(duì)該層面的k空間數(shù)據(jù)的所有行進(jìn)行采樣得到的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)為對(duì)該層面的k空間數(shù)據(jù)的指定的中間行進(jìn)行采樣得到的數(shù)據(jù)；
[0021]模型構(gòu)建模塊，用于將磁共振信號(hào)表示為部分可分離函數(shù)，其中，磁共振信號(hào)隨著時(shí)間維度的信號(hào)變化被表示為L(zhǎng)個(gè)空間基函數(shù)和L列時(shí)間基函數(shù)的乘積的和，L表示階數(shù)，空間基函數(shù)、時(shí)間基函數(shù)以及階數(shù)都為待估計(jì)的參數(shù)；
[0022]模型求解模塊，用于根據(jù)采樣得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建所述時(shí)間基函數(shù)并確定所述階數(shù)，并根據(jù)采樣得到的圖像數(shù)據(jù)和確定的階數(shù)構(gòu)建所述空間基函數(shù)，從而得到磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式；
[0023]磁共振信號(hào)計(jì)算模塊，用于根據(jù)磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式計(jì)算磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)；
[0024]腦功能圖像重建模塊，用于根據(jù)磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)重建腦功能圖像。
[0025]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述采樣模塊對(duì)圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采樣為對(duì)所述k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行的稀疏采樣。
[0026]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述采樣模塊在采樣過(guò)程的相鄰兩個(gè)射頻周期內(nèi)，其中一個(gè)射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像數(shù)據(jù)，另一個(gè)射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
[0027]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述腦功能圖像重建模塊用于將所述磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉逆變換，以重建腦功能圖像。
[0028]上述腦功能磁共振成像方法和系統(tǒng)中，磁共振信號(hào)用彼此獨(dú)立的時(shí)間基函數(shù)和空間基函數(shù)的乘積和表示，在該表示方式中時(shí)間與空間是分離的，從而突破了 Nyquist采樣定理的限制，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)成像的高空間率和高時(shí)間率，而且上述方法和系統(tǒng)根據(jù)具有高空間分辨率的圖像數(shù)據(jù)計(jì)算空間基函數(shù)，并根據(jù)具有高時(shí)間分辨率的導(dǎo)航數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)間基函數(shù)，進(jìn)一步根據(jù)上述得到的空間基函數(shù)和時(shí)間基函數(shù)重建的腦功能圖像，因此上述腦功能磁共振成像的成像圖像具有高空間分辨率和高時(shí)間分辨率。
【【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
[0029]圖1為一個(gè)實(shí)施例中的腦功能磁共振成像方法的流程示意圖；
[0030]圖2為一個(gè)實(shí)施例中的腦功能磁共振成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖?！尽揪唧w實(shí)施方式】】
[0031]如圖1所示，在一個(gè)實(shí)施例中，一種腦功能磁共振成像方法，包括以下步驟:
[0032]步驟S10，對(duì)目標(biāo)腦區(qū)的一個(gè)層面的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，其中，圖像數(shù)據(jù)為對(duì)該層面的k空間數(shù)據(jù)的所有行進(jìn)行采樣得到的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)為對(duì)該層面的k空間數(shù)據(jù)的指定的中間行進(jìn)行采樣得到的數(shù)據(jù)。
[0033]具體的，圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采樣為對(duì)目標(biāo)腦區(qū)的一個(gè)層面的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行的稀疏米樣。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中，步驟SlO可在采樣過(guò)程的相鄰兩個(gè)射頻周期內(nèi)，其中一個(gè)射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像數(shù)據(jù)，另一個(gè)射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
[0035]步驟S20，將磁共振信號(hào)表示為部分可分離函數(shù)，其中，磁共振信號(hào)隨著時(shí)間維度的信號(hào)變化被表示為L(zhǎng)個(gè)空間基函數(shù)和L列時(shí)間基函數(shù)的乘積的和，L表示階數(shù)，空間基函數(shù)、時(shí)間基函數(shù)以及階數(shù)都為待估計(jì)的參數(shù)。
[0036]階數(shù)即為運(yùn)動(dòng)頻率組分。
[0037]步驟S30，根據(jù)采樣得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建上述時(shí)間基函數(shù)并確定上述階數(shù)，并根據(jù)采樣得到的圖像數(shù)據(jù)和確定的階數(shù)構(gòu)建上述空間基函數(shù)，從而得到磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式。
[0038]在一個(gè)實(shí)施例中，可記磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式為:
[0039]
【權(quán)利要求】
1. 一種腦功能磁共振成像方法，包括以下步驟: 對(duì)目標(biāo)腦區(qū)的一個(gè)層面的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，其中，圖像數(shù)據(jù)為對(duì)該層面的k空間數(shù)據(jù)的所有行進(jìn)行采樣得到的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)為對(duì)該層面的k空間數(shù)據(jù)的指定的中間行進(jìn)行采樣得到的數(shù)據(jù)； 將磁共振信號(hào)表示為部分可分離函數(shù)，其中，磁共振信號(hào)隨著時(shí)間維度的信號(hào)變化被表示為L(zhǎng)個(gè)空間基函數(shù)和L列時(shí)間基函數(shù)的乘積的和，L表示階數(shù)，空間基函數(shù)、時(shí)間基函數(shù)以及階數(shù)都為待估計(jì)的參數(shù)； 根據(jù)采樣得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建所述時(shí)間基函數(shù)并確定所述階數(shù)，并根據(jù)采樣得到的圖像數(shù)據(jù)和確定的階數(shù)構(gòu)建所述空間基函數(shù)，從而得到磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式； 根據(jù)磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式計(jì)算磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)； 根據(jù)磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)重建腦功能圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦功能磁共振成像方法，其特征在于，所述圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采樣為對(duì)所述k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行的稀疏采樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦功能磁共振成像方法，其特征在于，所述對(duì)目標(biāo)腦區(qū)的一個(gè)層面的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣的步驟為: 在采樣過(guò)程的相鄰兩個(gè)射頻周期內(nèi)，其中一個(gè)射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像數(shù)據(jù)，另一個(gè)射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦功能磁共振成像方法，其特征在于，所述根據(jù)磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)重建腦功能圖像的步驟為: 將所述磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉逆變換，以重建腦功能圖像。
5.一種腦功能磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，包括: 采樣模塊，用于對(duì)目標(biāo)腦區(qū)的一個(gè)層面的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，其中，圖像數(shù)據(jù)為對(duì)該層面的k空間數(shù)據(jù)的所有行進(jìn)行采樣得到的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)為對(duì)該層面的k空間數(shù)據(jù)的指定的中間行進(jìn)行采樣得到的數(shù)據(jù)； 模型構(gòu)建模塊，用于將磁共振信號(hào)表示為部分可分離函數(shù)，其中，磁共振信號(hào)隨著時(shí)間維度的信號(hào)變化被表示為L(zhǎng)個(gè)空間基函數(shù)和L列時(shí)間基函數(shù)的乘積的和，L表示階數(shù)，空間基函數(shù)、時(shí)間基函數(shù)以及階數(shù)都為待估計(jì)的參數(shù)； 模型求解模塊，用于根據(jù)采樣得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建所述時(shí)間基函數(shù)并確定所述階數(shù)，并根據(jù)采樣得到的圖像數(shù)據(jù)和確定的階數(shù)構(gòu)建所述空間基函數(shù)，從而得到磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式； 磁共振信號(hào)計(jì)算模塊，用于根據(jù)磁共振信號(hào)的部分可分離函數(shù)的表達(dá)式計(jì)算磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)； 腦功能圖像重建模塊，用于根據(jù)磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)重建腦功能圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的腦功能磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣模塊對(duì)圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采樣為對(duì)所述k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行的稀疏采樣。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的腦功能磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣模塊在采樣過(guò)程的相鄰兩個(gè)射頻周期內(nèi)，其中一個(gè)射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像數(shù)據(jù)，另一個(gè)射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的腦功能磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述腦功能圖像重建模塊用于將所述磁共振信號(hào) 數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉逆變換，以重建腦功能圖像。
【文檔編號(hào)】A61B5/055GK103519816SQ201310514492
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】史彩云, 謝國(guó)喜, 張麗娟, 劉新, 馮翔 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院