CN103185878A - 磁共振图像并行采集以及图像重建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磁共振图像并行采集方法，包括：在欠采样k空间内设定至少两个拟合模块，每个拟合模块内包含的k空间矩阵的结构相同，并且每个拟合模块内包含有实际采集的k空间数据和由实际采集的k空间数据所拟合的数据；利用两个或两个以上的拟合模块获得合并系数；利用合并系数计算欠采样的数据，填补欠采样k空间，形成满采样k空间。本发明还提供一种磁共振图像的重建方法。本发明提供的磁共振图像重建方法，通过至少两个拟合模块获得合并系数，使得拟合的数据量增多，弥补了信噪比较差的影响，能够高效地去除因合并系数不精确带来的伪影。

Description

磁共振图像并行采集以及图像重建方法
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术，尤其涉及一种磁共振图像并行采集以及图像重建方法。
背景技术
在磁共振成像技术中，成像的速度是衡量成像方法的一个重要标准。限制成像速度的重要因素包括数据采集及k空间填充的速度。一般的数据采集方式要采满k空间数据，然后才能进行重建得到图像。磁共振并行采集重建技术，是利用线圈重组合并的方式，对欠采样的数据进行填补，利用填补完整的k空间数据进行重建。利用这样的方式，可以根据需求，只采集一部分k空间数据，不必采满整个k空间。利用这样的方法可以大大加快成像的速度。
比较常用的并行重建方法之一是广义自校准并行采集(GeneralizedAutocalibrating Partially parallel acquisitions，GRAPPA)。图1为4个通道(线圈1，2，3，4)拟合的GRAPPA方法的采样图。参照图1，传统的GRAPPA的方法为：白色的点代表未被填充的欠采样数据，灰色的点代表正被拟合的方法填充的数据，黑色的点代表实际采样的数据，图1中任意一个白色的点可以表示为周围黑色的点的线性叠加，相当于对多个线圈的数据进行了合并，而合并系数nij表示第i个线圈，第j个位置，可以通过黑色的点拟合灰色的点来确定，图1中从某个灰色的点辐射出去到其他每个黑色的点之间的线表示拟合灰色的点的关系。合并系数确定后白色的点可根据求得的合并系数将线圈的数据合并，并填补空白数据。图2为利用传统的线圈合并方法计算合并系数的采样示意图。参照图2，共有4个通道，即线圈1’，2’，3’，4’，合并系数nij写成向量的形式有如下关系：
其中，
Figure BDA0000125629260000022
代表灰色点的向量表示，代表黑色点的向量表示，
Figure BDA0000125629260000024
为合并系数的向量表示，箭头22代表利用的数据关系，图中的省略号代表其余的数据点，在本线圈合并方法中，由黑色的点线性叠加得到灰色的点，利用公式(1)可以求得
Figure BDA0000125629260000025
然后滑动方框21，方框21表示拟合线圈合并系数需要参考的数据范围，在方框21内的所有数据为一个数据重建块，利用黑色的点与向量
Figure BDA0000125629260000026
的乘积可以计算图2中白色的点所表示的数据点，即可以获知k空间缺失的数据点。图3a为未经传统GRAPPA的方法填补，直接利用缺失数据的k空间重建后的图像；图3b为经过传统GRAPPA的方法合并线圈填补缺失k空间数据后重建的图像。图3a以及图3b的加速因子均为2，参照图3a图像的伪影严重，对比图3a，图3b中经过传统GRAPPA的方法去除了很多伪影，但是如箭头所示部分，仍然有一部分卷折伪影(artifact)。因此，利用上述方法虽然可以在一定程度上还原缺失的k空间数据，但当数据的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)较低的时候，利用公式(1)求得的
Figure BDA0000125629260000027
与最佳值有一定差别，如果只考虑某一个数据重建块，该拟合结果只能代表该方框中最佳的合并系数，而其它的方框内不一定为最佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种磁共振图像并行采集以及图像重建方法，以解决因合并系数不精确导致伪影的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供了一种磁共振图像并行采集方法，使用多通道的欠采样k空间数据来拟合满采样k空间数据，所述并行采集方法包括：在所述欠采样k空间内设定至少两个拟合模块，每个所述拟合模块内包含的k空间矩阵的结构相同，并且每个所述拟合模块内包含有实际采集的k空间数据和由所述实际采集的k空间数据所拟合的数据；利用所述两个或两个以上的拟合模块获得合并系数；利用所述合并系数计算欠采样的数据，填补所述欠采样k空间，形成满采样k空间。
进一步的，所述各拟合模块内矩阵单元排列方式相同。
进一步的，所述两个或两个以上的拟合模块包括第一拟合模块和沿频率编码方向移动第一拟合模块后形成的拟合模块。
进一步的，所述合并系数通过将所述两个或两个以上拟合模块合并生成一总拟合模块，由所述总拟合模块算得所述合并系数。
进一步的，所述合并系数通过对总拟合模块进行最小二乘法计算所得。
进一步的，所述拟合模块内包括各通道的k空间数据。
本发明还提供一种磁共振图像的重建方法，利用上述磁共振图像并行采集方法获得满采样k空间数据，将其转换为图像域的图像数据，合并所述各通道的图像数据从而实现图像重建。
本发明提供的磁共振图像并行采集方法，通过至少两个拟合模块获得合并系数，使得拟合的数据量增多，弥补了信噪比较差的影响，并充分考虑到了每一个可利用的拟合模块，使得拟合系数在整个全采空间中达到最佳，从而能够更加准确地得到合并系数，高效地去除因合并系数不精确带来的伪影。
本发明提供的磁共振图像的重建方法，利用磁共振图像并行采集方法获得的满采样k空间数据实现图像重建，能够有效地去除重建图像中的伪影。
附图说明
图1为4个通道(线圈1，2，3，4)拟合的GRAPPA方法的采样示意图；
图2为利用传统的线圈合并方法计算合并系数的采样示意图；
图3a为未经传统GRAPPA的方法填补，直接利用缺失数据的k空间重建后的图像；
图3b为经过传统GRAPPA的方法合并线圈填补缺失k空间数据后重建的图像；
图3c为利用本发明实施例的方法在加速因子为2时，填补缺失k空间数据后重建的图像；
图4是本发明实施例提供的磁共振图像并行采集方法的步骤流程示意图；
图5是本发明实施例提供的磁共振图像并行采集方法的采样示意图；
图6是本发明实施例提供的磁共振图像并行采集方法的简便采样示意图；
图7a是加速因子为4的未经传统GRAPPA的方法填补，直接利用缺失数据的k空间重建后的图像；
图7b是加速因子为4的经过传统GRAPPA的方法合并线圈填补缺失k空间数据后重建的图像；
图7c为利用本发明实施例的方法在加速因子为4时，填补缺失k空间数据后重建的图像。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种磁共振图像并行采集以及图像重建方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提供的磁共振图像并行采集方法，通过至少两个拟合模块获得合并系数，使得拟合的数据量增多，弥补了信噪比较差的影响，并充分考虑到了每一个可利用的拟合模块，使得拟合系数在整个全采空间中达到最佳，从而能够更加准确地得到合并系数，高效地去除因合并系数不精确带来的伪影。本发明提供的磁共振图像的重建方法，利用磁共振图像并行采集方法获得的满采样k空间数据实现图像重建，能够有效地去除重建图像中的伪影。
图4是本发明实施例提供的磁共振图像并行采集方法的步骤流程示意图，本发明提供了一种磁共振图像并行采集方法，包括：
S41、在所述欠采样k空间内设定至少两个拟合模块，每个所述拟合模块内包含的k空间矩阵的结构相同，并且每个所述拟合模块内包含有实际采集的k空间数据和由所述实际采集的k空间数据所拟合的数据；
S42、利用所述两个或两个以上的拟合模块获得合并系数；
S43、利用所述合并系数计算欠采样的数据，填补所述欠采样k空间，形成满采样k空间。
优选地，所述合并系数通过将所述两个或两个以上拟合模块合并生成一总拟合模块，由所述总拟合模块算得所述合并系数。在本实施例中，上述合并系数通过对总拟合模块进行最小二乘法计算所得。
优选地，所述各拟合模块内矩阵单元排列方式相同。矩阵单元排列方式相同具体是指各拟合模块内矩阵单元的行数和列数相同。所述两个或两个以上的拟合模块包括第一拟合模块和沿频率编码方向移动第一拟合模块后形成的拟合模块。
下面将结合采样示意图对本发明的磁共振图像并行采集方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。
图5是本发明实施例提供的磁共振图像并行采集方法的采样示意图，本发明实施例的采样示意图中共有4个通道，分别代表线圈1’，2’，3’，4’，图中白色点代表待填充的欠采样数据，灰色点代表正被拟合的方法填充的数据，黑色点代表实际采样的数据，在全采的数据中，设定若干拟合模块，每个所述拟合模块内包含的k空间矩阵的结构相同，k空间矩阵的结构相同是指同一列矩阵单元的性质相同，即同一列矩阵单元都为黑色点或都为灰色点或都为白色点。每个所述拟合模块内包含黑色点和灰色点，拟合模块内包括各通道的k空间数据，在本发明实施例中，将所有设定的拟合模块全部纳入计算中，但是为了阐述方便，并没有在图5中将全部的拟合模块表示出来，用省略号代表其余未标识出的拟合模块。在本实施例中，仅以拟合模块51，52，53为代表阐述方案，拟合模块51与拟合模块53内包含矩阵单元排列方式相同，拟合模块53的位置为拟合模块51的位置向右平移两列矩阵单元，拟合模块51的拟合方式511，拟合模块53的拟合方式531，可以根据
Figure BDA0000125629260000061
Figure BDA0000125629260000062
代表灰色点的向量表示，
Figure BDA0000125629260000063
代表黑色点的向量表示，
Figure BDA0000125629260000064
为合并系数的向量表示。拟合模块52与拟合模块51的结构相同，但是在k空间矩阵相同的位置的矩阵单元的性质不同，拟合模块52中黑色点和灰色点的位置与拟合模块51中黑色点和灰色点的位置正好对换，此时，
Figure BDA0000125629260000066
代表黑色点的向量表示，代表灰色点的向量表示，由于黑色点和灰色点处于同一k空间内，线圈的关系在这个k空间内不变，因此黑色点与灰色点的位置关系等同，即利用公式(1)与公式(2)所求得的向量的理论值相同，故拟合模块52在本实施例中与拟合模块51，53的地位等同，拟合模块52的拟合方式521。由于本实施例中还包含类似设定的拟合模块，将拟合模块51，52，53以及其他类似设定的拟合模块合并生成总拟合模块，由所述总拟合模块算得所述合并系数。在本实施例中，由于公式(1)与公式(2)均为超定方程，由于公式(1)与公式(2)的地位相等，即以公式(1)为例进行说明，公式
Figure BDA0000125629260000069
为超定方程，故存在
Figure BDA00001256292600000610
的逆，有其中H表示共轭转置，最终由程式(1)’获得向量
Figure BDA00001256292600000612
图6是本发明实施例提供的磁共振图像并行采集方法的简便采样示意图，同时参照图5，将图5中拟合模块51，52，53分别放在数据层61，62，63，数据层61，62，63分别相比于拟合模块51，52，53而言，只是分别将拟合模块51，52，53中包含的k空间矩阵的第二列和第六列省略而未示出。图6中的省略号表示更多的重建数据层。采用
Figure BDA00001256292600000613
结合在本实施例中的拟合方式64，其中
Figure BDA00001256292600000615
分别对应数据结构65，66，代表总拟合模块。由于公式(3)为超定方程，有
Figure BDA0000125629260000071
即根据可以由总拟合模块算得合并系数。
利用上述获得的合并系数填补欠采样k空间，即将白色点填补完成，形成满采样k空间。最后利用所述满k空间数据并行采集磁共振图像。
本发明还提供一种磁共振图像的重建方法，利用上述磁共振图像并行采集方法获得满采样k空间数据，将其转换为图像域的图像数据，合并所述各通道的图像数据从而实现图像重建。图3c为利用本发明实施例的方法在加速因子为2时，填补缺失k空间数据后重建的图像。参照图3c，与未利用本发明实施例的方法并行采集的图形相比(图3a，图3b)，本发明实施例根据上述满k空间数据并行采集的磁共振图像能够将卷折伪影去除干净。
图7a是加速因子为4的未经传统GRAPPA的方法填补，直接利用缺失数据的k空间重建后的图像；图7b是加速因子为4的经过传统GRAPPA的方法合并线圈填补缺失k空间数据后重建的图像；图7c为利用本发明实施例的方法在加速因子为4时，填补缺失k空间数据后重建的图像。参见图7a、图7b、图7c，在加速因子变大的情况下，7a，7b出现卷折伪影的情况更为明显，而通过本发明实施例提供的方法并行采集的磁共振图像能够将这些卷折伪影去除，参见7c，去除的效果更为明显。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种磁共振图像并行采集方法，使用多通道的欠采样k空间数据来拟合满采样k空间数据，其特征在于，所述并行采集方法包括：
在所述欠采样k空间内设定至少两个拟合模块，每个所述拟合模块内包含的k空间矩阵的结构相同，并且每个所述拟合模块内包含有实际采集的k空间数据和由所述实际采集的k空间数据所拟合的数据；
利用所述两个或两个以上的拟合模块获得合并系数；
利用所述合并系数计算欠采样的数据，填补所述欠采样k空间，形成满采样k空间。
2.如权利要求1所述磁共振图像并行采集方法，其特征在于，所述各拟合模块内矩阵单元排列方式相同。
3.如权利要求1所述磁共振图像并行采集方法，其特征在于，所述两个或两个以上的拟合模块包括第一拟合模块和沿频率编码方向移动第一拟合模块后形成的拟合模块。
4.如权利要求1所述磁共振图像并行采集方法，其特征在于，所述合并系数通过将所述两个或两个以上拟合模块合并生成一总拟合模块，由所述总拟合模块算得所述合并系数。
5.如权利要求1-4中任一项所述磁共振图像并行采集方法，其特征在于，所述合并系数通过对总拟合模块进行最小二乘法计算所得。
6.如权利要求1所述磁共振图像并行采集方法，其特征在于，所述拟合模块内包括各通道的k空间数据。
7.一种磁共振图像的重建方法，其特征在于，利用权利要求1-6中任意一项所述方法获得满采样k空间数据，将其转换为图像域的图像数据，合并所述各通道的图像数据从而实现图像重建。
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