擴(kuò)散磁共振成像和重建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種擴(kuò)散磁共振成像和重建方法。該方法包括：S1、使用多個(gè)通道線圈，采用多次激發(fā)擴(kuò)散成像方式對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行信號(hào)采集，以獲取k空間數(shù)據(jù)；S2、計(jì)算線圈敏感度圖，進(jìn)行迭代初始化；S3、根據(jù)采集到的k空間數(shù)據(jù)、計(jì)算得到的線圈敏感度圖和初始化參數(shù)，基于POCS算法，對(duì)所需的擴(kuò)散圖像進(jìn)行迭代重建。本發(fā)明的方法不僅提高了信號(hào)的采集效率，而且減少了圖像的模糊偽影和運(yùn)動(dòng)偽影，提高了圖像分辨率。
【專利說明】擴(kuò)散磁共振成像和重建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁共振成像【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種擴(kuò)散磁共振成像和重建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁共振影像中的擴(kuò)散成像技術(shù)是目前活體測(cè)量水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的唯一影像手段。在磁共振影像擴(kuò)散成像中，通過沿著多個(gè)方向施加擴(kuò)散梯度感知水分子的微觀運(yùn)動(dòng)來探測(cè)組織的微細(xì)結(jié)構(gòu)，既可以獲得結(jié)構(gòu)信息，又可以產(chǎn)生功能信息。因此，該技術(shù)在過去十年內(nèi)得到了很快的發(fā)展，并逐漸成為了一項(xiàng)重要的常規(guī)臨床檢查和科研工具。由于技術(shù)上的限制，現(xiàn)在臨床上使用的擴(kuò)散成像方法通常采用單次激發(fā)的回波平面成像(Echo PlanarImaging, EPI)序列，單次激發(fā)EPI成像特點(diǎn)是掃描時(shí)間短，且不存在多次激發(fā)之間由于運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的相位誤差。然而，單次激發(fā)技術(shù)有它本身的不足，例如空間分辨率低，過長(zhǎng)的信號(hào)讀取所造成的圖像變形等。隨著臨床和神經(jīng)成像研究需求的增加，人們期待擴(kuò)散成像能提供更高的分辨率和更高的信噪比的圖像。然而對(duì)傳統(tǒng)的磁共振成像來說，在較少的成像時(shí)間內(nèi)提高空間分辨率、信噪比和保真度一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。
[0003]與EPI相比，螺旋軌跡能夠有效減少圖像變形。傳統(tǒng)的螺旋擴(kuò)散成像采用變密度螺旋軌跡，將每次激發(fā)時(shí)采集到的位于k空間中心的滿采樣數(shù)據(jù)作為導(dǎo)航數(shù)據(jù)，來矯正運(yùn)動(dòng)帶來的相位誤差；不過這種成像方式增加了每次激發(fā)的采集時(shí)間，采集效率低，帶來模糊偽影。近來，提出了一種基于均勻徑向密度的螺旋軌跡的高分辨率擴(kuò)散成像重建方法SENSE+CG，對(duì)SENSE+CG技術(shù)的詳細(xì)說明可以參考2013年Magnetic Resonancein MedicineOO:000 - 000, Trong-Kha Truong 等的“High-Resolution MultishotSpiral Diffusion Tensor Imaging with Inherent Correction of Motion-1nducedPhase Errors”，此處并入以供參考。在該重建方法中，通常采用SENSE技術(shù)估計(jì)每次激發(fā)的運(yùn)動(dòng)誤差，對(duì)SENSE技術(shù)的詳細(xì)說明可以參考2001年Magnetic Resonance inMedicine46:638-651, Klaas P.Pruessmann 等的“Advances in Sensitivity EncodingWith Arbitrary k-Space Trajectories”,此處并入以供參考。然后，利用共軛梯度算法(Conjugate Gradient,簡(jiǎn)稱CG),將估計(jì)出的誤差融入重建中，恢復(fù)出圖像。但是,該算法要求激發(fā)次數(shù)(等同于SENSE加速倍數(shù))相對(duì)陣列線圈數(shù)目要較小，否則會(huì)受并行成像g因子的影響，從而帶來圖像信噪比下降，因此激發(fā)的次數(shù)受到限制。進(jìn)而，這會(huì)導(dǎo)致每次激發(fā)采集時(shí)間較長(zhǎng)，獲得的圖像模糊且分辨率受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。
[0005]為此，本發(fā)明需要提供一種擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，該方法提高了信號(hào)的采集效率，并且矯正不同激發(fā)之間由運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的相位誤差。
[0006]進(jìn)一步地，本發(fā)明需要提供一種擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，該方法減少了圖像模糊偽影和運(yùn)動(dòng)偽影，提高了圖像分辨率。[0007]為了解決上述技術(shù)問題中的至少一個(gè)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法可以包括以下步驟:S1、使用多個(gè)通道線圈，采用多次激發(fā)擴(kuò)散成像，對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行信號(hào)采集，以獲取k空間數(shù)據(jù)kd ;S2、計(jì)算每個(gè)所述通道線圈的線圈敏感度圖，并對(duì)所需的擴(kuò)散圖像f進(jìn)行迭代初始化；以及S3、根據(jù)所述k空間數(shù)據(jù)kd、所述線圈敏感度圖和所述迭代初始化的初始化參數(shù)，對(duì)所述擴(kuò)散圖像f進(jìn)行重建，以獲得所需的擴(kuò)散圖像f。
[0008]由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，可以有效地提高信號(hào)的采集效率，并且可矯正不同激發(fā)之間由運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的相位誤差，減少了圖像模糊偽影和運(yùn)動(dòng)偽影，加快數(shù)據(jù)采集，提高了圖像分辨率。
[0009]另外，根據(jù)本發(fā)明的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法還具有如下附加技術(shù)特征:
[0010]所述重建包括基于POCS算法進(jìn)行多次迭代，以重建所需的所述擴(kuò)散圖像f，其中，第n+1次被執(zhí)行的所述迭代包括如下步驟:S31、根據(jù)所述k空間數(shù)據(jù)kd進(jìn)行圖像更新，以獲得更新后的每次所述激發(fā)、每個(gè)所述通道線圈的圖像gu，其中，i=l…N，N為所述激發(fā)的次數(shù)，J=1-Nc, Ne為所述通道線圈的個(gè)數(shù)；S32、對(duì)于每次所述激發(fā)，將每個(gè)所述通道線圈更新后的所述圖像gu進(jìn)行通道合并，得到每次所述激發(fā)的合并圖像h ;S33、將每次所述激
發(fā)的所述合并圖像hi求平均得到平均圖像，并判斷所述平均圖像‘cr是否迭代收斂，
其中，n+1為迭代次數(shù)；S34，如果收斂，則所述平均圖像.C為所需的擴(kuò)散圖像；以及S35，
如果不收斂且n+1小于預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)，則對(duì)每次所述激發(fā)進(jìn)行相位恢復(fù)，以得到第n+2次迭代所需的每次所述激發(fā)的初始圖像，并根據(jù)所述初始圖像繼續(xù)執(zhí)行所述步驟S31。這樣可保證迭代重 建收 斂，進(jìn) 而提高圖像的分辨率。
[0011]所述信號(hào)采集為回波平面成像、均勻密度螺旋式成像或變密度螺旋式成像中的一種或多種。
[0012]所述步驟S31進(jìn)一步包括:S311、對(duì)于每次所述激發(fā)，將第η次迭代的每次激發(fā)的更新圖像ff)作為所需的所述擴(kuò)散圖像f的圖像估計(jì)值；S312、對(duì)于每次所述激發(fā)，將所需的所述擴(kuò)散圖像f的圖像估計(jì)值和每個(gè)所述通道線圈的所述線圈敏感度圖相乘，并依次經(jīng)過傅里葉變換和反網(wǎng)格化變換得到k空間數(shù)據(jù)kcn+1 ;S313、將所述k空間數(shù)據(jù)kcn+1和所述k空間數(shù)據(jù)kd相減，并將得到的差值依次經(jīng)過網(wǎng)格化變換和反傅里葉變換，以得到每次所述激發(fā)、每個(gè)所述通道線圈圖像的圖像域誤差；以及S314、將所述圖像域誤差和所需的所述擴(kuò)散圖像f的所述圖像估計(jì)值相加，得到每次所述激發(fā)對(duì)應(yīng)的每個(gè)所述通道線圈圖像更新后的圖像gi，j。
[0013]所述通道合并采用最優(yōu)化信噪比方法、SOS方法、自適應(yīng)重建方法、主成分分析方法、奇異值分解方法中的任意一種。
[0014]在所述通道合并采用所述最優(yōu)化信噪比方法時(shí)，所述合并圖像Iii通過下述重建模
型獲得:
【權(quán)利要求】
1.一種擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、使用多個(gè)通道線圈，采用多次激發(fā)擴(kuò)散成像，對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行信號(hào)采集，以獲取k空間數(shù)據(jù)kd ； 52、計(jì)算每個(gè)所述通道線圈的線圈敏感度圖，并對(duì)所需的擴(kuò)散圖像f進(jìn)行迭代初始化；以及 53、根據(jù)所述k空間數(shù)據(jù)kd、所述線圈敏感度圖和所述迭代初始化的初始化參數(shù)，對(duì)所述擴(kuò)散圖像f進(jìn)行重建，以獲得所需的擴(kuò)散圖像f。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述重建包括基于POCS算法進(jìn)行多次迭代，以重建所需的所述擴(kuò)散圖像f，其中，第n+1次被執(zhí)行的所述迭代包括如下步驟: 531、根據(jù)所述k空間數(shù)據(jù)kd進(jìn)行圖像更新，以獲得更新后的每次所述激發(fā)、每個(gè)所述通道線圈的圖像gi，j，其中，i=l…N，N為所述激發(fā)的次數(shù)，J=1-Nc, Ne為所述通道線圈的個(gè)數(shù)； 532、對(duì)于每次所述激發(fā)，將每個(gè)所述通道線圈更新后的所述圖像gu進(jìn)行通道合并，得到每次所述激發(fā)的合并圖像比； 533、將每次所述激發(fā)的所述合并圖像h求平均得到平均圖像/If)，并判斷所述平均圖像./Ltn是否迭代收斂，其中，n+1為迭代次數(shù)； S34，如果收斂，則所述平均圖像/tu為所需的擴(kuò)散圖像；以及 S35，如果不收斂且n+1小于預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)，則對(duì)每次所述激發(fā)進(jìn)行相位恢復(fù)，以得到第n+2次迭代所需的每次所述激發(fā)的初始圖像，并根據(jù)所述初始圖像繼續(xù)執(zhí)行所述步驟S31。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述信號(hào)采集為回波平面成像、均勻密度螺旋式成像或變密度螺旋式成像中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述步驟S31進(jìn)一步包括: 5311、對(duì)于每次所述激發(fā)，將第η次迭代的每次激發(fā)的更新圖像ff)作為所需的所述擴(kuò)散圖像f的圖像估計(jì)值； 5312、對(duì)于每次所述激發(fā)，將所需的所述擴(kuò)散圖像f的圖像估計(jì)值?\ω和每個(gè)所述通道線圈的所述線圈敏感度圖相乘，并依次經(jīng)過傅里葉變換和反網(wǎng)格化變換得到k空間數(shù)據(jù)I n+1KC ； 5313、將所述k空間數(shù)據(jù)kcn+1和所述k空間數(shù)據(jù)kd相減，并將得到的差值依次經(jīng)過網(wǎng)格化變換和反傅里葉變換，以得到每次所述激發(fā)、每個(gè)所述通道線圈圖像的圖像域誤差；以及 5314、將所述圖像域誤差和所需的所述擴(kuò)散圖像f的所述圖像估計(jì)值相加，得到每次所述激發(fā)對(duì)應(yīng)的每個(gè)所述通道線圈圖像更新后的圖像gu。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述通道合并采用最優(yōu)化信噪比方法、SOS方法、自適應(yīng)重建方法、主成分分析方法、奇異值分解方法中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，其特征在于，在所述通道合并采用所述最優(yōu)化信噪比方法時(shí)，所述合并圖像h通過下述重建模型獲得:
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述步驟S33進(jìn)一步包括: 5331、對(duì)每次所述激發(fā)的所述合并圖像h的低頻相位進(jìn)行估計(jì)，得到每次所述激發(fā)的所述合并圖像h的低頻相位；以及 5332、將所述低頻相位從相應(yīng)的所述合并圖像h中移除，并將得到的新的每次所述激發(fā)的合并圖像求平均，以得到所述多次激發(fā)的所述平均圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述步驟S331進(jìn)一步包括: 將每次所述激發(fā)的所述合并圖像h通過快速傅里葉變換以得到與所述合并圖像Iii對(duì)應(yīng)的k空間數(shù)據(jù)kei;并對(duì)所述k空間數(shù)據(jù)kei進(jìn)行加窗，且通過對(duì)加窗后的所述k空間數(shù)據(jù)kei進(jìn)行快速反傅里葉變換，以得到低分辨率圖像；以及 選取所述低分辨率圖像中的相位作為每次所述激發(fā)的所述合并圖像h的所述低頻相位。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述步驟S331進(jìn)一步包括: 將每次所述激發(fā)的所述合并圖像h進(jìn)行低通濾波，并將濾波后的圖像的相位作為每次所述激發(fā)的所述合并圖像h的所述低頻相位。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的擴(kuò)散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述步驟S35進(jìn)一步包括: 如果判斷所述平均圖像.Gf不收斂且n+1小于所述最大迭代次數(shù)，則分別將每次所述激發(fā)的所述合并圖像比的所述低頻相位與所述平均圖像/i=相乘，以得到用于下一次迭代的所述擴(kuò)散圖像f的初始值/ ，:并基于所述初始值廣+1>繼續(xù)執(zhí)行所述步驟S31，其中fi(n+1)為第n+1次迭代、第i次所述激發(fā)的更新圖像，i=l…N，N為所述激發(fā)的次數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01R33/561GK103675737SQ201310659202
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】馬曉棟, 郭華, 張喆 申請(qǐng)人:清華大學(xué)