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磁共振成像方法及系统制作方法

  • 专利名称
    磁共振成像方法及系统制作方法
  • 发明者
    冯翔, 刘新, 戴睿彬, 潘艳丽, 翁卓, 谢国喜, 邱本胜, 邹超, 郑海荣
  • 公开日
    2011年10月19日
  • 申请日期
    2011年4月8日
  • 优先权日
    2011年4月8日
  • 申请人
    中国科学院深圳先进技术研究院
  • 文档编号
    A61B5/055GK102217934SQ201110088440
  • 关键字
  • 权利要求
    1.一种磁共振成像方法,包括以下步骤 进行采样得到导航数据和动态图像数据;通过对所述导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函数; 根据所述时间基函数和动态图像数据进行预测得到空间基函数; 由所述时间基函数和空间基函数进行插值恢复信号数据; 对恢复的信号数据进行傅里叶逆变换得到磁共振图像2.根据权利要求1所述的磁共振成像方法,其特征在于,进行采样的每一条相位编码线的重复时间满足所述导航数据的时间奈奎斯特速率,相位编码方向采样间隔满足空间奈奎斯特速率,从所述动态图像数据中获取的采样帧数在频率成像参数的经验值以上3.根据权利要求1所述的磁共振成像方法,其特征在于,所述通过对所述导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函数的步骤为从所述导航数据中抽取导航数据矩阵;通过凸优化从所述导航数据矩阵中恢复出真实导航矩阵;对所述真实导航矩阵进行奇异值分解得到所述真实导航矩阵的左特征向量,并估计频率成分参数;按照由大到小的顺序依次取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数4.根据权利要求1所述的磁共振成像方法,其特征在于,所述根据所述时间基函数和动态图像函数进行预测得到空间基函数的步骤为对时间基函数和动态图像函数组成的超定方程组问题通过正则化方法进行拟合得到空间基函数5.根据权利要求4所述的磁共振成像方法,其特征在于,所述正则化方法为修正的截断奇异值分解正则化方法6.一种磁共振成像系统,其特征在于,至少包括 采集装置,用于进行采样得到导航数据和动态图像数据;导航数据处理装置,用于通过对导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函数; 动态数据处理装置,用于根据所述时间基函数和动态图像数据进行预测得到空间基函数;图像重建装置,用于由所述时间基函数和空间基函数进行插值恢复信号数据,并对恢复的信号数据进行傅里叶逆变换得到磁共振图像7.根据权利要求6所述的磁共振成像系统,其特征在于,所述采集装置在进行采样的过程中每一条相位编码线的的重复时间满足所述导航数据的时间奈奎斯特速率,相位编码方向采样间隔满足空间奈奎斯特速率,从所述动态图像数据中获取的采样帧数在频率成像参数的经验值以上8.根据权利要求6所述的磁共振成像系统,其特征在于,所述导航数据处理装置包括 抽取单元,用于从所述导航数据中抽取导航数据矩阵;优化单元,用于通过凸优化从所述导航数据矩阵中恢复出真实导航矩阵; 计算单元,用于对所述真实导航矩阵进行奇异值分解得到所述真实导航矩阵的左特征向量,并估计成分参数,按照由大到小的顺序依次取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数9.根据权利要求6所述的磁共振成像系统,其特征在于,所述动态数据处理装置对时间基函数和动态图数据组成的超定方程组问题通过正则化方法进行拟合得到空间基函数10.根据权利要求9所述的磁共振成像系统,其特征在于,所述正则化方法为修正的截断奇异值分解正则化方法
  • 技术领域
    本发明涉及磁共振技术,特别是涉及一种磁共振成像方法及系统背景技术磁共振成像由于具有非常好的软组织分辨力、可进行多方位多参数地成像,并且对患者不会产生辐射损害的优势被广泛应用于临床中但是,磁共振的成像速度慢,在磁共振的动态成像中常常产生严重的运动伪影,极大地降低了图像质量,从而影响临床诊断,严重地限制了磁共振成像在心脏、冠状动脉等运动器官和神经功能影像等领域中的应用为实现高分辨率的动态磁共振成像,传统的磁共振成像方法大致可分为快速扫描成像方法、并行成像方法以及基于模型的成像方法快速扫描成像方法是利用快速序列来实现的,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过一次射频激发即可采集所有的数据,整个扫描过程可以在20毫秒至100 毫秒内完成,成像速度较高但对噪声以及磁场不均勻性等因素较为敏感并行成像方法是利用多通道的相控阵线圈空间信息取代梯度编码信息,多个接收线圈单元同时进行欠采样,结合线圈的空间灵敏度信息和欠采样数据重建出无混叠的磁共振图像,整个成像过程中每个线圈单元需要采集的信号数量大大减少,成像扫描时间也相应减少,但是在进行采样的过程中常常存在着噪声的放大基于模型的成像方法是利用成像过程中原始数据的冗余来进行稀疏采样,然后根据采集到的少量原始数据结合特定的重建方法来得到图像在基于模型的成像方法中,基于部分可分离函数理论(Partially Separable Functions,PSF)的成像方法是针对运动物体进行扫描成像,因此适宜用于动态成像中,但是在进行拟合的过程中对噪声非常敏感,鲁棒性差,且噪声是在采集过程中无法避免的,因而利用传统的基于部分可分离函数理论重建出的图像质量不高,严重地限制了基于部分可分离函数理论的成像方法在动态磁共振成像中的应用
  • 具体实施方式
    图1示出了一个实施例中的磁共振成像方法,包括以下步骤步骤S101,进行采样得到导航数据和动态图像数据本实施例中,根据导航激励协议(Navigator Excitation Protocol)采集两个互补的数据集,即高空间分辨率低时间分辨率的动态图像数据和高时间分辨率低空间分辨率的导航数据在运动物体的磁共振动态成像中,考虑到傅里叶成像,实际接收的信号数据S (k, t)和图像函数P (r, t)的关系如以下公式所示
  • 发明内容
    基于此,有必要提供一种可降低噪声影响的磁共振成像方法此外,还有必要提供一种可降低噪声影响的磁共振成像系统一种磁共振成像方法,包括以下步骤进行采样得到导航数据和动态图像数据;通过对所述导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函数;根据所述时间基函数和动态图像数据进行预测得到空间基函数;由所述时间基函数和空间基函数进行插值恢复信号数据;对恢复的信号数据进行傅里叶逆变换得到磁共振图像优选地,进行采样的每一条相位编码线的中重复时间满足所述导航数据的时间奈奎斯特速率,相位编码方向采样间隔满足空间奈奎斯特速率,从所述动态图像数据中获取的采样帧数在频率成像参数的经验值以上优选地,所述通过对所述导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函数的步骤为从所述导航数据中抽取导航数据矩阵;通过凸优化从所述导航数据矩阵中恢复出真实导航矩阵;对所述真实导航矩阵进行奇异值分解得到所述真实导航矩阵的左特征向量,并估计频率成分参数;按照由大到小的顺序依次取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数优选地,所述根据所述时间基函数和动态图像函数进行预测得到空间基函数的步骤为对时间基函数和动态图像函数通过正则化方法进行拟合得到空间基函数优选地,所述正则化方法为修正的截断奇异值分解正则化方法一种磁共振成像系统,至少包括采集装置,用于进行采样得到导航数据和动态图像数据;导航数据处理装置,用于通过对导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函数;动态数据处理装置,用于根据所述时间基函数和动态图像数据进行预测得到空间基函数;图像重建装置,用于由所述时间基函数和空间基函数进行插值恢复信号数据,并对恢复的信号数据进行傅里叶逆变换得到磁共振图像优选地,所述采集装置在进行采样的过程中每一条相位编码线的的重复时间满足所述导航数据的时间奈奎斯特速率,相位编码方向采样间隔满足空间奈奎斯特速率,从所述动态图像数据中获取的采样帧数在频率成像参数的经验值以上优选地,所述导航数据处理装置包括抽取单元,用于从所述导航数据中抽取导航数据矩阵;优化单元,用于通过凸优化从所述导航数据矩阵中恢复出真实导航矩阵;计算单元,用于对所述真实导航矩阵进行奇异值分解得到所述真实导航矩阵的左特征向量,并估计成分参数,按照由大到小的顺序依次取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数优选地,所述动态数据处理装置对时间基函数和动态图数据通过正则化方法进行拟合得到空间基函数优选地,所述正则化方法为修正的截断奇异值分解正则化方法上述磁共振成像方法及系统通过对导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函数,从被噪声污染了的导航数据中通过对噪声不敏感的鲁棒性成分分析方法提取出时间基函数,极大地降低了噪声的影响,从而提高提取到的时间基函数、空间基函数的准确性和图像重建的质量上述磁共振成像方法及系统对时间基函数和动态图像通过正则化方法进行拟合得到空间基函数,即使动态图像受到了噪声的污染,预测得到的空间基函数也不会发生波动,减少噪声的影响,图像信噪比显著提高,进一步提高了拟合的准确性和图像重建的质量
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  • 说明书
  • 法律状态
专利名称:磁共振成像方法及系统的制作方法磁共振成像方法及系统
图1为一个实施例中磁共振成像方法的流程图;图2为图1中进行采样的示意图;图3为图1中通过对导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函数的步骤流程图;图4为一个实施例中磁共振成像系统的结构示意图;图5为图4中导航数据处理装置的结构示意图;图6a为一个实施例中通过传统的磁共振成像方法所得到的图像;图6b为图6a中通过传统的磁共振成像方法所得到的下一帧图像;图6c为与图6a对应的通过磁共振成像方法所得到的磁共振图像;图6d为与图6b对应的通过磁共振成像方法所得到的磁共振图像;图7为图像的信噪比曲线对比图;图8a为另一个实施例中通过传统的磁共振成像方法所得到的图像;图8b为通过传统的磁共振成像方法得到的连续多帧图像随时间的演变图;图8c为与图8a对应的通过磁共振成像方法所得到的磁共振图像;图8d为与图8c对应的通过传统的磁共振成像方法得到的连续多帧图像随时间的演变图。f+coj- 、p{r,tyi2nkrdr( 1 )-co其中,实际接收的信号数据S (k,t)在被采集的过程中存在着噪声的污染,并且受到主磁场强度、梯度场切换速率等实际因素的限制,图像函数P (r, t)难以精确地测定,因而在动态磁共振成像中只能尽量高分辨率地恢复出图像函数P (r,t)。然而根据传统的奈奎斯特征(Nyquist)采样定理中需要进行稠密采样,需要采集的数据量随着物理维数的增加而指数增长,造成了空间分辨率和时间分辨率的矛盾,若得到高空间分辨率的图像函数 P (r,t),则需要牺牲时间分辨率,若提高图像函数P (r, t)的时间分辨率,则空间分辨率将会降低,两者不可能同时达到高分辨率,而为了解决这一矛盾,如图2所示,可进行高稀疏采样得到导航数据Snav(k,t)和动态图像数据Simg(k,t)。进行采样的每一条相位编码线的中重复时间Tk满足导航数据(Navigator data)的时间奈奎斯特速率,相位编码方向采样间隔Aky满足空间奈奎斯特速率,从动态图像数据(Image data)中获取的采样帧数N在频率成像参数的经验值以上。频率成像参数的经验值是在运动器官成像中的经验值,例如,在心脏成像中,频率成像参数的经验值通常是16,则可以将采样帧数设定为40至50。步骤S103,通过对导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函数。本实施例中, 根据部分可分离函数模型,可认为图像函数P (r, t)的空间变化和时间变化是L阶可分离的,因此利用部分可分离函数的性质和傅里叶变换的线性特性,实际接收的信号数据S (k, t)可以表示为空间基函数C1 (k)和时间基函数约⑴这两个独立变量函数之和

一种磁共振成像方法,包括以下步骤进行采样得到导航数据和动态图像数据;通过对所述导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函数;根据所述时间基函数和动态图像数据进行预测得到空间基函数;由所述时间基函数和空间基函数进行插值恢复信号数据;对恢复的信号数据进行傅里叶逆变换得到磁共振图像。上述磁共振成像方法及系统对时间基函数和动态图像通过正则化方法进行拟合得到空间基函数,即使动态图像受到了噪声的污染,预测所得到的空间基函数也不会发生波动,不会受到噪声的影响,图像信噪比显著提高,进一步提高了拟合的准确性和图像重建的质量。



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