專利名稱：磁共振成像方法及系統(tǒng)的制作方法
磁共振成像方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁共振技術(shù)，特別是涉及一種磁共振成像方法及系統(tǒng)。背景技術(shù)：
磁共振成像由于具有非常好的軟組織分辨力、可進行多方位多參數(shù)地成像，并且對患者不會產(chǎn)生輻射損害的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于臨床中。但是，磁共振的成像速度慢，在磁共振的動態(tài)成像中常常產(chǎn)生嚴重的運動偽影，極大地降低了圖像質(zhì)量，從而影響臨床診斷，嚴重地限制了磁共振成像在心臟、冠狀動脈等運動器官和神經(jīng)功能影像等領(lǐng)域中的應(yīng)用。為實現(xiàn)高分辨率的動態(tài)磁共振成像，傳統(tǒng)的磁共振成像方法大致可分為快速掃描成像方法、并行成像方法以及基于模型的成像方法?？焖賿呙璩上穹椒ㄊ抢每焖傩蛄衼韺崿F(xiàn)的，例如，快速序列可以是回波平面成像序列(Echo Planar Imaging，EPI)，利用回波平面成像序列通過一次射頻激發(fā)即可采集所有的數(shù)據(jù)，整個掃描過程可以在20毫秒至100 毫秒內(nèi)完成，成像速度較高但對噪聲以及磁場不均勻性等因素較為敏感。并行成像方法是利用多通道的相控陣線圈空間信息取代梯度編碼信息，多個接收線圈單元同時進行欠采樣，結(jié)合線圈的空間靈敏度信息和欠采樣數(shù)據(jù)重建出無混疊的磁共振圖像，整個成像過程中每個線圈單元需要采集的信號數(shù)量大大減少，成像掃描時間也相應(yīng)減少，但是在進行采樣的過程中常常存在著噪聲的放大?；谀Ｐ偷某上穹椒ㄊ抢贸上襁^程中原始數(shù)據(jù)的冗余來進行稀疏采樣，然后根據(jù)采集到的少量原始數(shù)據(jù)結(jié)合特定的重建方法來得到圖像。在基于模型的成像方法中，基于部分可分離函數(shù)理論(Partially Separable Functions,PSF)的成像方法是針對運動物體進行掃描成像，因此適宜用于動態(tài)成像中，但是在進行擬合的過程中對噪聲非常敏感，魯棒性差，且噪聲是在采集過程中無法避免的，因而利用傳統(tǒng)的基于部分可分離函數(shù)理論重建出的圖像質(zhì)量不高，嚴重地限制了基于部分可分離函數(shù)理論的成像方法在動態(tài)磁共振成像中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種可降低噪聲影響的磁共振成像方法。此外，還有必要提供一種可降低噪聲影響的磁共振成像系統(tǒng)。一種磁共振成像方法，包括以下步驟進行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；通過對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行魯棒主成分分析提取時間基函數(shù)；根據(jù)所述時間基函數(shù)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)測得到空間基函數(shù)；由所述時間基函數(shù)和空間基函數(shù)進行插值恢復(fù)信號數(shù)據(jù)；對恢復(fù)的信號數(shù)據(jù)進行傅里葉逆變換得到磁共振圖像。優(yōu)選地，進行采樣的每一條相位編碼線的中重復(fù)時間滿足所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)的時間奈奎斯特速率，相位編碼方向采樣間隔滿足空間奈奎斯特速率，從所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)中獲取的采樣幀數(shù)在頻率成像參數(shù)的經(jīng)驗值以上。優(yōu)選地，所述通過對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行魯棒主成分分析提取時間基函數(shù)的步驟為從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)中抽取導(dǎo)航數(shù)據(jù)矩陣；通過凸優(yōu)化從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)矩陣中恢復(fù)出真實導(dǎo)航矩陣；對所述真實導(dǎo)航矩陣進行奇異值分解得到所述真實導(dǎo)航矩陣的左特征向量，并估計頻率成分參數(shù)；按照由大到小的順序依次取頻率成分參數(shù)個左特征向量作為時間基函數(shù)。優(yōu)選地，所述根據(jù)所述時間基函數(shù)和動態(tài)圖像函數(shù)進行預(yù)測得到空間基函數(shù)的步驟為對時間基函數(shù)和動態(tài)圖像函數(shù)通過正則化方法進行擬合得到空間基函數(shù)。優(yōu)選地，所述正則化方法為修正的截斷奇異值分解正則化方法。一種磁共振成像系統(tǒng)，至少包括采集裝置，用于進行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理裝置，用于通過對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行魯棒主成分分析提取時間基函數(shù)；動態(tài)數(shù)據(jù)處理裝置，用于根據(jù)所述時間基函數(shù)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)測得到空間基函數(shù)；圖像重建裝置，用于由所述時間基函數(shù)和空間基函數(shù)進行插值恢復(fù)信號數(shù)據(jù)，并對恢復(fù)的信號數(shù)據(jù)進行傅里葉逆變換得到磁共振圖像。優(yōu)選地，所述采集裝置在進行采樣的過程中每一條相位編碼線的的重復(fù)時間滿足所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)的時間奈奎斯特速率，相位編碼方向采樣間隔滿足空間奈奎斯特速率，從所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)中獲取的采樣幀數(shù)在頻率成像參數(shù)的經(jīng)驗值以上。優(yōu)選地，所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理裝置包括抽取單元，用于從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)中抽取導(dǎo)航數(shù)據(jù)矩陣；優(yōu)化單元，用于通過凸優(yōu)化從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)矩陣中恢復(fù)出真實導(dǎo)航矩陣；計算單元，用于對所述真實導(dǎo)航矩陣進行奇異值分解得到所述真實導(dǎo)航矩陣的左特征向量，并估計成分參數(shù)，按照由大到小的順序依次取頻率成分參數(shù)個左特征向量作為時間基函數(shù)。優(yōu)選地，所述動態(tài)數(shù)據(jù)處理裝置對時間基函數(shù)和動態(tài)圖數(shù)據(jù)通過正則化方法進行擬合得到空間基函數(shù)。優(yōu)選地，所述正則化方法為修正的截斷奇異值分解正則化方法。上述磁共振成像方法及系統(tǒng)通過對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行魯棒主成分分析提取時間基函數(shù)，從被噪聲污染了的導(dǎo)航數(shù)據(jù)中通過對噪聲不敏感的魯棒性成分分析方法提取出時間基函數(shù)，極大地降低了噪聲的影響，從而提高提取到的時間基函數(shù)、空間基函數(shù)的準確性和圖像重建的質(zhì)量。上述磁共振成像方法及系統(tǒng)對時間基函數(shù)和動態(tài)圖像通過正則化方法進行擬合得到空間基函數(shù)，即使動態(tài)圖像受到了噪聲的污染，預(yù)測得到的空間基函數(shù)也不會發(fā)生波動，減少噪聲的影響，圖像信噪比顯著提高，進一步提高了擬合的準確性和圖像重建的質(zhì)量。
圖1為一個實施例中磁共振成像方法的流程圖；圖2為圖1中進行采樣的示意圖；圖3為圖1中通過對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行魯棒主成分分析提取時間基函數(shù)的步驟流程圖；圖4為一個實施例中磁共振成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4中導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6a為一個實施例中通過傳統(tǒng)的磁共振成像方法所得到的圖像；圖6b為圖6a中通過傳統(tǒng)的磁共振成像方法所得到的下一幀圖像；圖6c為與圖6a對應(yīng)的通過磁共振成像方法所得到的磁共振圖像；圖6d為與圖6b對應(yīng)的通過磁共振成像方法所得到的磁共振圖像；圖7為圖像的信噪比曲線對比圖；圖8a為另一個實施例中通過傳統(tǒng)的磁共振成像方法所得到的圖像；圖8b為通過傳統(tǒng)的磁共振成像方法得到的連續(xù)多幀圖像隨時間的演變圖；圖8c為與圖8a對應(yīng)的通過磁共振成像方法所得到的磁共振圖像；圖8d為與圖8c對應(yīng)的通過傳統(tǒng)的磁共振成像方法得到的連續(xù)多幀圖像隨時間的演變圖。
具體實施方式圖1示出了一個實施例中的磁共振成像方法，包括以下步驟步驟S101，進行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)。本實施例中，根據(jù)導(dǎo)航激勵協(xié)議(Navigator Excitation Protocol)采集兩個互補的數(shù)據(jù)集，即高空間分辨率低時間分辨率的動態(tài)圖像數(shù)據(jù)和高時間分辨率低空間分辨率的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。在運動物體的磁共振動態(tài)成像中，考慮到傅里葉成像，實際接收的信號數(shù)據(jù)S (k， t)和圖像函數(shù)P (r, t)的關(guān)系如以下公式所示
f+coj- 、
p{r,tyi2nkrdr( 1 )
-co其中，實際接收的信號數(shù)據(jù)S (k，t)在被采集的過程中存在著噪聲的污染，并且受到主磁場強度、梯度場切換速率等實際因素的限制，圖像函數(shù)P (r, t)難以精確地測定，因而在動態(tài)磁共振成像中只能盡量高分辨率地恢復(fù)出圖像函數(shù)P (r，t)。然而根據(jù)傳統(tǒng)的奈奎斯特征(Nyquist)采樣定理中需要進行稠密采樣，需要采集的數(shù)據(jù)量隨著物理維數(shù)的增加而指數(shù)增長，造成了空間分辨率和時間分辨率的矛盾，若得到高空間分辨率的圖像函數(shù) P (r，t)，則需要犧牲時間分辨率，若提高圖像函數(shù)P (r, t)的時間分辨率，則空間分辨率將會降低，兩者不可能同時達到高分辨率，而為了解決這一矛盾，如圖2所示，可進行高稀疏采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)Snav(k，t)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)Simg(k，t)。進行采樣的每一條相位編碼線的中重復(fù)時間Tk滿足導(dǎo)航數(shù)據(jù)(Navigator data)的時間奈奎斯特速率，相位編碼方向采樣間隔Aky滿足空間奈奎斯特速率，從動態(tài)圖像數(shù)據(jù)(Image data)中獲取的采樣幀數(shù)N在頻率成像參數(shù)的經(jīng)驗值以上。頻率成像參數(shù)的經(jīng)驗值是在運動器官成像中的經(jīng)驗值，例如，在心臟成像中，頻率成像參數(shù)的經(jīng)驗值通常是16，則可以將采樣幀數(shù)設(shè)定為40至50。
步驟S103，通過對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行魯棒主成分分析提取時間基函數(shù)。本實施例中， 根據(jù)部分可分離函數(shù)模型，可認為圖像函數(shù)P (r, t)的空間變化和時間變化是L階可分離的，因此利用部分可分離函數(shù)的性質(zhì)和傅里葉變換的線性特性，實際接收的信號數(shù)據(jù)S (k， t)可以表示為空間基函數(shù)C1 (k)和時間基函數(shù)約⑴這兩個獨立變量函數(shù)之和
權(quán)利要求
1.一種磁共振成像方法，包括以下步驟 進行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；通過對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行魯棒主成分分析提取時間基函數(shù)； 根據(jù)所述時間基函數(shù)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)測得到空間基函數(shù)； 由所述時間基函數(shù)和空間基函數(shù)進行插值恢復(fù)信號數(shù)據(jù)； 對恢復(fù)的信號數(shù)據(jù)進行傅里葉逆變換得到磁共振圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于，進行采樣的每一條相位編碼線的重復(fù)時間滿足所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)的時間奈奎斯特速率，相位編碼方向采樣間隔滿足空間奈奎斯特速率，從所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)中獲取的采樣幀數(shù)在頻率成像參數(shù)的經(jīng)驗值以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于，所述通過對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行魯棒主成分分析提取時間基函數(shù)的步驟為從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)中抽取導(dǎo)航數(shù)據(jù)矩陣；通過凸優(yōu)化從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)矩陣中恢復(fù)出真實導(dǎo)航矩陣；對所述真實導(dǎo)航矩陣進行奇異值分解得到所述真實導(dǎo)航矩陣的左特征向量，并估計頻率成分參數(shù)；按照由大到小的順序依次取頻率成分參數(shù)個左特征向量作為時間基函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于，所述根據(jù)所述時間基函數(shù)和動態(tài)圖像函數(shù)進行預(yù)測得到空間基函數(shù)的步驟為對時間基函數(shù)和動態(tài)圖像函數(shù)組成的超定方程組問題通過正則化方法進行擬合得到空間基函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁共振成像方法，其特征在于，所述正則化方法為修正的截斷奇異值分解正則化方法。
6.一種磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，至少包括 采集裝置，用于進行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理裝置，用于通過對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行魯棒主成分分析提取時間基函數(shù)； 動態(tài)數(shù)據(jù)處理裝置，用于根據(jù)所述時間基函數(shù)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)測得到空間基函數(shù)；圖像重建裝置，用于由所述時間基函數(shù)和空間基函數(shù)進行插值恢復(fù)信號數(shù)據(jù)，并對恢復(fù)的信號數(shù)據(jù)進行傅里葉逆變換得到磁共振圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述采集裝置在進行采樣的過程中每一條相位編碼線的的重復(fù)時間滿足所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)的時間奈奎斯特速率，相位編碼方向采樣間隔滿足空間奈奎斯特速率，從所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)中獲取的采樣幀數(shù)在頻率成像參數(shù)的經(jīng)驗值以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理裝置包括 抽取單元，用于從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)中抽取導(dǎo)航數(shù)據(jù)矩陣；優(yōu)化單元，用于通過凸優(yōu)化從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)矩陣中恢復(fù)出真實導(dǎo)航矩陣； 計算單元，用于對所述真實導(dǎo)航矩陣進行奇異值分解得到所述真實導(dǎo)航矩陣的左特征向量，并估計成分參數(shù)，按照由大到小的順序依次取頻率成分參數(shù)個左特征向量作為時間基函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述動態(tài)數(shù)據(jù)處理裝置對時間基函數(shù)和動態(tài)圖數(shù)據(jù)組成的超定方程組問題通過正則化方法進行擬合得到空間基函數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述正則化方法為修正的截斷奇異值分解正則化方法。
全文摘要
一種磁共振成像方法，包括以下步驟進行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；通過對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行魯棒主成分分析提取時間基函數(shù)；根據(jù)所述時間基函數(shù)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)測得到空間基函數(shù)；由所述時間基函數(shù)和空間基函數(shù)進行插值恢復(fù)信號數(shù)據(jù)；對恢復(fù)的信號數(shù)據(jù)進行傅里葉逆變換得到磁共振圖像。上述磁共振成像方法及系統(tǒng)對時間基函數(shù)和動態(tài)圖像通過正則化方法進行擬合得到空間基函數(shù)，即使動態(tài)圖像受到了噪聲的污染，預(yù)測所得到的空間基函數(shù)也不會發(fā)生波動，不會受到噪聲的影響，圖像信噪比顯著提高，進一步提高了擬合的準確性和圖像重建的質(zhì)量。
文檔編號A61B5/055GK102217934SQ201110088440
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者馮翔, 劉新, 戴睿彬, 潘艷麗, 翁卓, 謝國喜, 邱本勝, 鄒超, 鄭海榮 申請人:中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院