一種基于壓縮感知理論的快速并行動態(tài)磁共振成像方法
【專利摘要】現(xiàn)有的成像方法速度比較慢，硬件成本高，本發(fā)明公開了一種基于CS壓縮感知理論的快速并行動態(tài)磁共振成像方法。本發(fā)明在設(shè)定的加速因子下，產(chǎn)生k-t空間的不相干采樣軌跡，然后按照該軌跡采集數(shù)據(jù)；接著，利用動態(tài)MRI圖像稀疏和低秩結(jié)構(gòu)的復(fù)合信息建立目標(biāo)函數(shù)；最后，通過快速復(fù)合分裂算法(FCSA)求解該復(fù)合正則化目標(biāo)函數(shù)，能夠快速并行的得到最優(yōu)解，從而重建原始的動態(tài)MRI圖像序列。本發(fā)明突破了經(jīng)典奈奎斯特采樣定理的極限，通過隨機(jī)采樣少量數(shù)據(jù)點，結(jié)合聯(lián)合稀疏信息，利用可并行實現(xiàn)的FCSA算法重建動態(tài)MRI圖像序列，從而大幅度的縮短了磁共振成像時間。
【專利說明】一種基于壓縮感知理論的快速并行動態(tài)磁共振成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及醫(yī)學(xué)磁共振成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是指一種基于壓縮感知的快速并行動態(tài)磁共振成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]動態(tài)磁共振成像(dMRI)是一種利用體外測量的核磁共振信號產(chǎn)生體內(nèi)器官動態(tài)特性的體素圖像成像技術(shù)，是一種具有較高軟組織分辨能力的無損傷診斷方法，具有X-CT等成像方法無法比擬的優(yōu)點。然而，常規(guī)的動態(tài)磁共振成像時間比較長，成本過高，而且很難避免被驗者身體中生理性運(yùn)動所產(chǎn)生影像的模糊和對比度的失真，從而限制了它的實際臨床應(yīng)用。
[0003]影響動態(tài)磁共振成像速度的主要包括兩個方面:(I)原始數(shù)據(jù)采集速度；(2) k-t空間數(shù)據(jù)采集數(shù)量。研究人員通過改進(jìn)MRI硬件、快速序列設(shè)計研究及有效的采集軌跡來提高原始數(shù)據(jù)采集速度。但是由于硬件和人的生理條件限制，在縮短數(shù)據(jù)采集時間方面已經(jīng)接近極限。因此，更多的研究者把精力放在如何在不降低圖像質(zhì)量條件下減少數(shù)據(jù)采集總量上。
[0004]傳統(tǒng)的快速動態(tài)磁共振成像方法都受到奈奎斯特定理的限制，例如k-t Blast、k-t SENSE、UNFOLD等。但是近年來提出的壓縮感知理論，突破了香農(nóng)(Shannon)采樣定理關(guān)于采樣速率必須高于兩 倍信號帶寬的極限，因此，一些基于壓縮感知理論的動態(tài)磁共振成像方法被提了出來，例如k-t SPARSE、k-t FO⑶SS、k-t SLR等。這些基于壓縮感知的算法能夠更好的利用動態(tài)數(shù)據(jù)k空間和時間的相關(guān)性，來減少采集成像所需的數(shù)據(jù)，不僅減少誤差而且進(jìn)一步加速圖像采集，因此成為動態(tài)磁共振領(lǐng)域的研究熱點。而其中最新的k-tSLR不僅利用了數(shù)據(jù)的稀疏性還能夠有效的處理低秩結(jié)構(gòu)，該方法可以在不適用門控技術(shù)和存在自由呼吸的情況下對心臟等運(yùn)動部位進(jìn)行高分辨率掃描，成為一個非常有潛力的研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了進(jìn)一步加快動態(tài)磁共振成像速度，提供了一種基于壓縮感知技術(shù)的快速并行動態(tài)磁共振成像方法。該方法繼承了 k-t SLR方法的優(yōu)點，不需要門控技術(shù)仍然能夠?qū)Υ嬖诤粑\(yùn)動影響的心臟運(yùn)動進(jìn)行高分辨率動態(tài)成像，而且采用快速的復(fù)合分裂算法(FCSA)，算法具有較快速的收斂性，能夠快速重建高質(zhì)量的動態(tài)圖像。
[0006]本文基于壓縮感知的快速動態(tài)磁共振成像方法具體步驟如下:
(I)采用笛卡爾或者非笛卡爾采樣軌跡的動態(tài)磁共振成像脈沖序列，從磁共振掃描儀上獲取k-t空間的測量樣本數(shù)據(jù)bi。1^與1€4空間信號的采樣點相對應(yīng)，還可以假設(shè)測量樣本被噪聲所干擾
【權(quán)利要求】
1.一種基于CS壓縮感知理論的快速并行動態(tài)磁共振成像方法，其特征在于:采用了快速復(fù)合分裂算法(FCSA)來求解如下復(fù)合正則化問題，其中，φ0-)為低秩正則項，φ0-)為稀疏正則項、和、分別為其正則化參數(shù)I為傅里葉采樣運(yùn)算符，h為k-t空間的測量樣本，為動態(tài)磁共振圖像序列的2D矩陣形式，該發(fā)明利用了快速迭代收縮閾值算法(FISTA)的快速收斂性，并行求解每個正則項，從而快速并行的進(jìn)行動態(tài)磁共振圖像重建。
2.一種基于CS壓縮感知理論的快速并行動態(tài)磁共振成像方法，其特征在于該方法包括以下步驟:，2-1按照設(shè)定的加速因子，確定采樣軌跡，采集動態(tài)磁共振成像掃描儀中的k-t空間數(shù)據(jù)；，2-2對動態(tài)磁共振圖像序列選擇適當(dāng)?shù)南∈枳儞Q，并結(jié)合低秩約束；，2-3采用FCSA算法來快速并行求解優(yōu)化目標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CS壓縮感知理論的快速并行動態(tài)磁共振成像方法，其特征在于:步驟2-2中可以同時考慮稀疏和低秩結(jié)構(gòu)，能夠更充分利用數(shù)據(jù)冗余性，從而改進(jìn)了成像質(zhì)量，最優(yōu)化正則化 參數(shù)組合由經(jīng)驗確定。
【文檔編號】G06T11/00GK103505206SQ201210200798
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月18日
【發(fā)明者】董恩清, 呂成林, 鄭清彬, 曹祝樓 申請人:山東大學(xué)威海分校, 董恩清