磁共振圖像采集與重建方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種磁共振圖像采集與重建方法，在二維磁共振成像中，使用n片(n≥2)層加速與GRAPPA法并行采集的方法對K空間進行采集與重建，通過改變K空間欠采樣和重建方法，使多層激發采集方法與現有GRAPPA技術能夠同時結合使用，解決了采用現有K空間采樣方式進行采樣時，多層激發采集方法對K空間相位調制循環連續性破壞的問題，進一步地加快了成像速度，同時層間分離還彌補了并行加速處理帶來的信噪比降低的問題。同時，本發明還提供了一種磁共振圖像采集與重建裝置。
【專利說明】磁共振圖像采集與重建方法及裝置
【【技術領域】】
[0001]本發明涉及磁共振成像領域，尤其是涉及一種磁共振圖像采集與重建方法及裝置。
【【背景技術】】
[0002]在二維磁共振成像掃描中，為了提高成像速度，一般會激發多層同時采集，并對采集信號進行調制以及在重建過程中實現層間分離。比如在專利“Method for producingmult1-slice NMR images”(美國專利US4843322A)提出使用特殊設計的多層激發射頻脈沖，實現多層同時激發，并同時對不同層沿相位編碼方向施加不同的相位調制，經重建后實現層間分離的方法，這種方法能夠加快成像速度，或者在相同的時間里獲取更高的信噪比。
[0003]目前還經常采用K空間并行加速處理來提高磁共振的成像速度，并行加速成像技術，如圖像域的SENSE技術和K空間的GRAPPA技術，K空間的GRAPPA技術是通過在K空間相位編碼方向數據欠采，并利用相控陣線圈不同的靈敏度分布在重建時填入欠采數據，能讓成像速度成倍提高，GRAPPA技術在最終圖像質量穩定性和信噪比上的優越性使其得到了廣泛的應用。
[0004]如果能把并行加速和多層同時采集的技術結合使用，那么我們可以進一步地加快成像速度；或者基于多層激發采集的方法也能用來提高信噪比，以彌補并行加速帶來的信噪比降低。雖然多層激發采集和圖像域加速已有現有技術實現，但是由于多層激發采集方法在K空間的相位調制循環連續性在采用現有K空間欠采樣方式時受到破壞，使得它不能與應用更為廣泛的現有GRAPPA技術同時結合使用。本發明的目的就是要改變K空間欠采樣和重建方法，使這兩種技術能結合起來使用，以進一步來提高成像速度和圖像質量。
【
【發明內容】
】
[0005]為了解決上述提到的多層激發采集方法不能與現有GRAPPA技術同時結合使用的問題，本發明提供了一種使得這兩種技術能結合起來使用的磁共振圖像采集與重建方法及
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[0006]一種磁共振圖像采集與重建方法，使用η (η彡2)片層加速與GRAPPA法并行采集的方法對K空間進行采集與重建，包括如下步驟:
[0007]使用η個組合射頻脈沖對K空間進行欠采樣，所述K空間包含若干組全采樣數據線，所述每組全采樣數據線包含η條采樣數據線；
[0008]基于所述若干組全采樣數據線，將相位循環方式相同的數據線分別進行并行加速處理，獲取包含有完整數據的K空間；
[0009]將所述包含完整數據的K空間轉換至圖像域，獲取磁共振圖像。
[0010]優選地，所述K空間在相位編碼方向的長度是采集視野在相位編碼方向長度的η倍。
[0011]優選地，采用2片層加速采集與重建時，采用2個組合射頻脈沖進行2次相位循環，所述每組全采樣數據線包含2條采樣數據線，其中采集第一條采樣數據線的組合射頻脈沖相位0/0度，采集第二條采樣數據線的組合射頻脈沖相位為0/180度。
[0012]優選地，采用3片層加速采集與重建時，采用3個組合射頻脈沖進行3次相位循環，所述每組全采樣數據線包含3條采樣數據線，其中采集第一條采樣數據線的組合射頻脈沖相為0/0/0度，采集第二條采樣數據線的組合射頻脈沖相位為0/-120/120度，采集第三條采樣數據線的組合射頻脈沖的相位為0/-240/240度。
[0013]優選地，采用4片層加速采集與重建時，采用4個組合射頻脈沖進行4次相位循環，所述每組全采樣數據線包含4條采樣數據線，其中采集第一條采樣數據線的組合射頻脈沖相位為0/0/0/0度，采集第二條采樣數據線的組合射頻脈沖相位為0/90/-90/180度，采集第三全采樣數據線的組合射頻脈沖的相位為0/-180/180/0度，采集第四條采樣數據線的組合射頻脈沖的相位為0/270/-270/180度。
[0014]優選地，GRAPPA法并行加速采集的加速因子為q (q彡2)，使用η個組合射頻脈沖對K空間進行欠采樣的具體步驟為:使用組合射頻脈沖，每隔2*(q_l)行采集一組所述全采樣數據線。
[0015]優選地，將相位循環方式相同的數據線分別進行并行加速處理的步驟具體為:將相位相同的組合射頻脈沖采集的數據線分別進行并行加速處理。
[0016]一種磁共振圖像采集與重建裝置，使用n(n彡2)片層加速與GRAPPA法并行采集的方法對K空間進行采集與重建，包括:
[0017]采集單元，用于使用η個組合射頻脈沖對K空間進行欠采樣，所述K空間包含若干組全采樣數據線，所述每組全采樣數據線包含η條采樣數據線；
[0018]并行加速處理單元，用于基于所述若干組全采樣數據線，將相位循環方式相同的數據線分別進行并行加速處理，獲取包含有完整數據的K空間；
[0019]圖像生成單元，用于將所述包含完整數據的K空間轉換至圖像域，獲取磁共振圖像。
[0020]優選地，所述采集單元，用于使用組合射頻脈沖，每隔2*(q_l)行采集一組所述全采樣數據線。
[0021 ] 優選地，所述并行加速處理單元，用于基于所述若干組全采樣數據線，將相位相同的組合射頻脈沖采集的數據線分別進并行加速處理，獲取包含有完整數據的K空間。
[0022]本發明提供了磁共振圖像采集與重建方法，在二維磁共振成像中，通過改變K空間欠采樣和重建方法，使多層激發采集方法與現有GRAPPA技術能夠同時結合使用，解決了采用現有K空間采樣方式進行采樣時，多層激發采集方法對K空間相位調制循環連續性破壞的問題，進一步加快了成像速度，同時層間分離還彌補了并行加速處理帶來的信噪比降低的問題。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0023]圖1為現有技術中采用組合射頻脈沖K空間數據采集示意圖；
[0024]圖2為現有技術中采用組合射頻脈沖采集信號實現多層分離示意圖；
[0025]圖3為現有技術中采用組合射頻脈沖相位調制循環受K空間加速采集干擾示意圖；
[0026]圖4為本發明提供的磁共振圖像采集與重建方法的流程圖；
[0027]圖5為本發明采用結合組合射頻脈沖相位循環的K空間加速采集方法示意圖；
[0028]圖6為本發明采集欠采樣K空間數據之后進行填補得到完整K空間數據的示意圖；
[0029]圖7 (A)、圖7(B)分別為采用本發明提供的技術方案獲取的未經層間分離的磁共振圖像、采用本發明提供的技術方案獲取的層間分離后的磁共振圖像；
[0030]圖8為本發明提供的磁共振圖像采集與重建裝置。
【【具體實施方式】】
[0031]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖和實施例對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0032]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的方式來實施，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0033]如【背景技術】中提到的在二維磁共振成像掃描中，為了提高成像速度，一般會激發多層同時采集，并對采集信號的進行調制以及在重建過程中實現層間分離。比如在專利“Method for producing mult1-slice NMR images” (美國專利 US4843322A)提出使用特殊設計的多層激發射頻脈沖，實現多層同時激發，并同時對不同層沿相位編碼方向施加不同的相位調制，經重建后實現層間分離的方法，這種方法能夠加快成像速度，或者在相同的時間里獲取更高的信噪比。
[0034]如圖1所示，為采用組合射頻脈沖的梯度回波成像序列示意，圖中所示采用了二個其相位可調的射頻脈沖組合，可用來同時激發雙層。通過采用不同的相位組合采集k空間數據，可以在沿相位編碼方向對不同層面引入不同的相位調制。例如針對二層，其中一層的相位不變，而另一層的相位沿相位編碼方向交替改變180度，圖中+代表射頻脈沖相位為O度，-代表射頻脈沖相位為180度。
[0035]如圖2所示，根據傅里葉位移定理，經圖像重建后，這二個層面的圖像沿相位編碼方向相對移動采集視野(FOV)的一半。在沒有并行加速的條件下，K空間在相位編碼方向的長度是采集視野在相位編碼方向長度的2倍，二幅不同層面的圖像則可在相位編碼方向得到分離。
[0036]但是，當采用k空間加速時，組合射頻脈沖的相位調制循環被插入的填補數據破壞。如圖3所示，組合射頻脈沖相位調制循環受K空間加速采集干擾示意。圖3僅示出了加速因子為2的欠采區數據。經K空間加速填入的數據，其第二層的相位循環周期被插入的填補數據。其他層數和加速因子的情況問題相同。
[0037]因此有必要提供一種可以使得多層激發采集方法與現有GRAPPA技術同時結合使用的磁共振圖像采集與重的方法。
[0038]如圖4所示，一種磁共振圖像采集與重建方法，使用η (η彡2)片層加速與GRAPPA法并行采集的方法對K空間進行采集與重建，包括如下步驟:
[0039]S10)使用η個組合射頻脈沖對K空間進行欠采樣，所述K空間包含若干組全采樣數據線，所述每組全采樣數據線包含η條采樣數據線；
[0040]S20)基于所述若干組全采樣數據線，將相位循環方式相同的數據線分別進行并行加速處理，獲取包含有完整數據的K空間；
[0041]S30)將所述包含完整數據的K空間轉換至圖像域，獲取磁共振圖像。
[0042]下面結合附圖5、6、7對上述磁共振圖像采集與重建方法作進一步說明。
[0043]執行步驟S10)使用η個組合射頻脈沖對K空間進行欠采樣，所述K空間包含若干組全采樣數據線，所述每組全采樣數據線包含η條采樣數據線。這里需要說明的K空間在相位編碼(PE)方向上的步長為原來在相位編碼方向步長的l/η倍，S卩如果是2片層加速，那么K空間在PE方向上的步長是原來在相位編碼(PE)方向步長的一半；在圖像域中，K空間在相位編碼方向的長度是采集視野在相位編碼方向長度的η倍。
[0044]在一個實施例中，采用2片層加速采集與重建時，采用2個組合射頻脈沖進行2次相位循環，所述每組全采樣數據線包含2條采樣數據線，其中采集第一條采樣數據線的組合射頻脈沖相位O度、O度，采集第二條采樣數據線的組合射頻脈沖相位為O度、180度。
[0045]所述GRAPPA法并行加速采集的加速因子為q(q彡2)，每隔2*(q_l)行采集一組全采樣數據線。比如可以先采集一組全采樣數據線，包括η條數據線，之后每隔2(q_l)行采集一組全采樣數據線，數量與第一組相同，直至K空間末尾。
[0046]如圖5所示，其中+代表射頻脈沖相位為O度，-代表射頻脈沖相位為180度。圖中所示的是加速因子為2的情形，先采集一組全采樣數據線，接著每隔2行采集一組全采樣數據線，每組全采樣數據線含2條數據線，圖中的O代表沒有采集的數據線。
[0047]在另一個實施例中，采用3片層加速采集與重建時，采用3個組合射頻脈沖進行3次相位循環，所述每組全采樣數據線包含3條采樣數據線，其中采集第一條采樣數據線的組合射頻脈沖相分別為O度、O度、O度，采集第二條采樣數據線的組合射頻脈沖相位分別為O度、-120度、120度，采集第三條采樣數據線的組合射頻脈沖的相位分別為O度、-240度、240 度。
[0048]在另一個實施例中，采用4片層加速采集與重建時，采用4個組合射頻脈沖進行4次相位循環，所述每組全采樣數據線包含4條采樣數據線，其中采集第一條采樣數據線的組合射頻脈沖相位分別為O度、O度、O度，采集第二條采樣數據線的組合射頻脈沖相位分別為O度、90度、-90度、180度，采集第三條全采樣數據線的組合射頻脈沖的相位分別為O度、-180度180度、O度，采集第四條采樣數據線的組合射頻脈沖的相位分別為O度、270度、-270 度、180 度。
[0049]執行步驟S20)基于所述若干組全采樣數據線，將相位循環方式相同的數據線分別進行并行加速處理，獲取包含有完整數據的K空間。具體地，將相位相同的組合脈沖所采集的數據線分別進行并行加速處理，如圖6所示，圖中示出的是采用2層激發采集并且加速倍數為2的情形，左側粗曲線指的是相位均為0/0組合射頻脈沖采集的兩條數據線，利用這兩條數據線即可填充未采集行中第一行的數據。
[0050]執行步驟S30)將所述包含完整數據的K空間轉換至圖像域，獲取磁共振圖像。具體地，采用傅里葉變換的方式將所述包含完整數據的K空間轉換至圖像域，獲取磁共振圖像。
[0051]如圖7所示，圖7(A)是本技術方案采用2層激發采集與GRAPPA法結合使用所獲取的未層間分離的磁共振圖像，可以看出獲取的2層圖像是交疊在一起，圖7(B)采用本技術方所述獲取的層間分離之后的圖像，即在一個K空間里，同時獲得了兩個層面的圖像。
[0052]需要說明的是，通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到本發明的部分或全部可借助軟件并結合必需的通用硬件平臺來實現。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品可包括其上存儲有機器可執行指令的一個或多個機器可讀介質，這些指令在由諸如計算機、計算機網絡或其他電子設備等一個或多個機器執行時可使得該一個或多個機器根據本發明的實施例來執行操作。機器可讀介質可包括，但不限于，軟盤、光盤、CD-ROM (緊致盤-只讀存儲器)、磁光盤、ROM (只讀存儲器)、RAM(隨機存取存儲器)、EPROM(可擦除可編程只讀存儲器)、EEPR0M(電可擦除可編程只讀存儲器)、磁卡或光卡、閃存、或適于存儲機器可執行指令的其他類型的介質/機器可讀介質。
[0053]本發明可用于眾多通用或專用的計算系統環境或配置中。例如:個人計算機、服務器計算機、手持設備或便攜式設備、平板型設備、多處理器系統、基于微處理器的系統、置頂盒、可編程的消費電子設備、網絡PC、小型計算機、大型計算機、包括以上任何系統或設備的分布式計算環境等。
[0054]本發明可以在由計算機執行的計算機可執行指令的一般上下文中描述，例如程序模塊。一般地，程序模塊包括執行特定任務或實現特定抽象數據類型的例程、程序、對象、組件、數據結構等等。也可以在分布式計算環境中實踐本申請，在這些分布式計算環境中，由通過通信網絡而被連接的遠程處理設備來執行任務。在分布式計算環境中，程序模塊可以位于包括存儲設備在內的本地和遠程計算機存儲介質中。
[0055]如圖8所示，本發明還提供了一種磁共振圖像采集與重建裝置，使用n(n彡2)片層加速與GRAPPA法并行采集的方法對K空間進行采集與重建，包括:采集單元10、并行加速處理單元20以及圖像生成單元30。其中
[0056]所述采集單元10，用于使用η個組合射頻脈沖對K空間進行欠采樣，所述K空間包含若干組全采樣數據線，所述每組全采樣數據線包含η條采樣數據線；具體地，用于使用組合射頻脈沖，每隔2(q_l)行采集一組所述全采樣數據線。
[0057]所述并行加速處理單元20，用于基于所述若干組全采樣數據線，將相位循環方式相同的數據線分別進行并行加速處理，獲取包含有完整數據的K空間；具體地，用于基于所述若干組全采樣數據線，將相位相同的組合射頻脈沖采集的數據線分別進并行加速處理，獲取包含有完整數據的K空間。
[0058]所述圖像生成單元30，用于將所述包含完整數據的K空間轉換至圖像域，獲取磁共振圖像。
[0059]綜上所述，本發明提供了磁共振圖像采集與重建方法，在二維磁共振成像中，通過改變K空間欠采樣和重建方法，使多層激發采集方法與現有GRAPPA技術能夠同時結合使用，解決了采用現有K空間采樣方式進行采樣時，多層激發采集方法對K空間相位調制循環連續性破壞的問題，進一步加快了成像速度，同時層間分離還彌補了并行加速處理帶來的信噪比降低的問題。同時，本發明還提供了一種磁共振圖像采集與重建裝置。
[0060]雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的修改和完善，因此本發明的保護范圍當以權利要求書所界定的為準。
【權利要求】
1.一種磁共振圖像采集與重建方法，其特征在于，使用η (η彡2)片層加速與GRAPPA法并行采集的方法對K空間進行采集與重建，包括如下步驟: 使用η個組合射頻脈沖對K空間進行欠采樣，所述K空間包含若干組全采樣數據線，所述每組全采樣數據線包含η條采樣數據線； 基于所述若干組全采樣數據線，將相位循環方式相同的數據線分別進行并行加速處理，獲取包含有完整數據的K空間； 將所述包含完整數據的K空間轉換至圖像域，獲取磁共振圖像。
2.如權利要求1所述的磁共振圖像采集與重建方法，其特征在于，所述K空間在相位編碼方向的長度是采集視野在相位編碼方向長度的η倍。
3.如權利要求1所述的磁共振圖像采集與重建方法，其特征在于，采用2片層加速采集與重建時，采用2個組合射頻脈沖進行2次相位循環，所述每組全采樣數據線包含2條采樣數據線，其中采集第一條采樣數據線的組合射頻脈沖相位0/0度，采集第二條采樣數據線的組合射頻脈沖相位為0/180度。
4.如權利要求1所述的磁共振圖像采集與重建方法，其特征在于，采用3片層加速采集與重建時，采用3個組合射頻脈沖進行3次相位循環，所述每組全采樣數據線包含3條采樣數據線，其中采集第一條采樣數據線的組合射頻脈沖相為0/0/0度，采集第二條采樣數據線的組合射頻脈沖相位為0/-120/120度，采集第三條采樣數據線的組合射頻脈沖的相位為 0/-240/240 度。
5.如權利要求1所述的磁共振圖像采集與重建方法，其特征在于，采用4片層加速采集與重建時，采用4個組合射頻脈沖進行4次相位循環，所述每組全采樣數據線包含4條采樣數據線，其中采集第一條采樣數據線的組合射頻脈沖相位為0/0/0/0度，采集第二條采樣數據線的組合射頻脈沖相位為0/90/-90/180度，采集第三全采樣數據線的組合射頻脈沖的相位為0/-180/180/0度，采集第四條采樣數據線的組合射頻脈沖的相位為0/270/-270/180 度。
6.如權利要求1所述的磁共振圖像采集與重建的方法，其特征在于，GRAPPA法并行加速采集的加速因子為q(q ^ 2)，使用η個組合射頻脈沖對K空間進行欠采樣的具體步驟為:使用組合射頻脈沖，每隔2*(q_l)行采集一組所述全采樣數據線。
7.如權利要求1所述的磁共振圖像采集與重建的方法，其特征在于，將相位循環方式相同的數據線分別進行并行加速處理的步驟具體為:將相位相同的組合射頻脈沖采集的數據線分別進行并行加速處理。
8.—種磁共振圖像采集與重建裝置，使用η (η彡2)片層加速與GRAPPA法并行采集的方法對K空間進行采集與重建，其特征在于，包括: 采集單元，用于使用η個組合射頻脈沖對K空間進行欠采樣，所述K空間包含若干組全采樣數據線，所述每組全采樣數據線包含η條采樣數據線； 并行加速處理單元，用于基于所述若干組全采樣數據線，將相位循環方式相同的數據線分別進行并行加速處理，獲取包含有完整數據的K空間； 圖像生成單元，用于將所述包含完整數據的K空間轉換至圖像域，獲取磁共振圖像。
9.如權利要求8所述的磁共振圖像采集與重建裝置，其特征在于，所述采集單元，用于使用組合射頻脈沖，每隔2*(q_l)行采集一組所述全采樣數據線。
10.如權利要求8所述的磁共振圖像采集與重建裝置，其特征在于，所述并行加速處理單元，用于基于所述若干組全采樣數據線，將相位相同的組合射頻脈沖采集的數據線分別進并行加速處理，獲取包含有完整數據的K空間。
【文檔編號】A61B5/055GK104181481SQ201310264893
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年6月28日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】張衛國 申請人:上海聯影醫療科技有限公司