快速磁共振心脏实时电影成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种快速磁共振心脏实时电影成像方法及系统。快速磁共振心脏实时电影成像方法包括：采用交错采集方法，对每一通道采集到的所有帧的心脏数据进行并行欠采，得到欠采数据；采用变密度采样方法对欠采数据进行降采，得到欠采样信号；利用压缩感知重建方法对欠采样信号进行重建，得到有卷褶伪影图像；利用傅里叶变换将有卷褶伪影图像转换成K空间数据，并采用交错采集方法进行并行欠采，得到欠采K空间数据；采用GRAPPA重建方法对欠采K空间数据进行重建，得到没有卷褶伪影的成像图像。快速磁共振心脏实时电影成像方法及系统无需额外采集K空间数据即可去除卷褶伪影，可在更高的加速倍数下获得较好质量的图像；且扫描时无需受试者屏气配合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁共振成像
，尤其涉及一种快速磁共振心脏实时电影成像方法及系统。
技术介绍
磁共振心脏实时电影成像是一种以高帧频获得心脏运动的一系列图像的成像机制，临床上常用于检测心脏功能，扫描时需要受试者屏气，以获取受试者多个心脏运动周期内的完整的K空间数据。但是，若受试者患有心脏病或受试者为儿童时，往往难以配合完成反复多次的屏气要求，且扫描时间不能过长。因此，需要在成像质量为临床可接受的前提下尽量减少每一帧采集的数据量，提高采样速度，从而减少扫描时间。目前商用的快速成像技术主要是并行成像，如敏感度编码(Sensitivityencoding,SENSE)、广义自动校准部分并行采集(Generalizedautocalibratingpartiallyparallelacquisitions，GRAPPA)等，此类方法利用了接收线圈的空间信息，来填充欠采的K空间数据。目前磁共振心脏实时电影成像过程需要采集心脏运动周期内的多帧图像，对扫描时间的要求很高，常用并行成像技术受射频接收线圈的性能和重建算法的限制，会降低图像的信噪比，因此其加速倍数不能太大。同时并行成像技术要求额外采集全采的K空间数据以获取线圈的敏感度信息，才可以去除卷褶伪影。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有磁共振心脏实时电影成像所存在的不足，提供一种无需额外采集K空间数据即可得到线圈的敏感度信息，并且在较高的加速倍数下可获得较高质量图像的快速磁共振心脏实时电影成像方法及系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种快速磁共振心脏实时电影成像方法，包括：采用交错采集方法对每一通道采集到的所有帧的心脏数据进行并行欠采，得到欠采数据；采用变密度采样方法对所述欠采数据进行降采，得到欠采样信号；利用压缩感知重建方法对所述欠采样信号进行重建，得到有卷褶伪影图像；利用傅里叶变换将所述有卷褶伪影图像转换成K空间数据，并采用所述交错采集方法对所述K空间数据进行并行欠采，得到并行欠采的欠采K空间数据；采用GRAPPA重建方法对所述并行欠采的欠采K空间数据进行重建，得到没有卷褶伪影的成像图像。优选地，所述交错采集方法，包括：预设每一帧数据的降采率为R并行，采集数据的帧数为Nphase,相位编码数为Npe；对每一帧数据，频率编码方向全采，相位编码方向每隔R并行-1采集一条线，并且第nR并行+R帧数据从第R条线开始采集，直至Nphase帧的数据全部采集完毕；其中，1≤R≤R并行，所述采用变密度采样方法对所述欠采数据进行降采，得到欠采样信号，包括：对每一帧所述欠采数据，频率编码方向全采，相位编码方向变密度采集，并且相位编码方向采集要遵循压缩感知的随机采样理论。优选地，所述利用压缩感知重建方法对所述欠采样信号进行重建，得到有卷褶伪影图像，包括：基于压缩感知重建方法，对每一通道所有欠采样信号进行重建，得到Fρ＝y，求解Fρ＝y得到带卷褶伪影的图像；其中，F表示傅里叶欠采算子，ρ是要重建的图像，y是磁共振扫描仪实际采集的欠采的K空间数据。优选地，所述求解Fρ＝y得到带卷褶伪影的图像，包括：采用凸优化方法求解式Fρ＝y，使得每个线圈通道的1范数最小，从而获得每个线圈的有卷褶伪影的图像，将Fρ＝y转化为其中，||ρ||1是1范数，||ρ||2是2范数，y是欠采的K空间数据，ε是低于噪声级别的阈值参数；设最优化求解出来的近似解为ρ0，残差为Δρ，则ρ＝ρ0+Δρ，将转化为在中引入权重矩阵D，通过L2范数最小化求解转化为其中，D由0、1组成，0表示已找到ρ的支集，1表示还未找到ρ的支集；将中L1范数最小化问题通过欠定系统聚焦求解算法将其转化为迭代求解加权L2范数最小化问题；引入权重矩阵W,使ρ＝Wq，以将转化为将转化为无约束优化问题，转化为根据最小值理论，对中的q求导，导数为0时，即为该方程的最小值，q的求导结果为2λDDHq-2(y-FWq)WHFH；令导数为0，可得q＝WHFH(FWWHFH+λDHD)-1y；由于ρ＝Wq，则ρ＝WWHFH(FWWHFH+λDHD)-1y，得到每次迭代求解重建出的图像；其中，λ是正则化算子，W是对角化权重矩阵，并且在每次迭代过程中更新其值；设当前为第i次迭代，第i次迭代重建的图像为ρi，第i+1次迭代重建的图像为ρi+1，Wi为第i次迭代的权重矩阵，则ρi+1＝ρ0+Wρi，其中，ρi(N)是ρi的第N个元素；对于D，采用迭代的方式进行自适应更新，将设当前为第l次迭代，ρl的支集为Tl，定义其中，为ρl的第f个元素，τl为一阈值常数，若满足Tl的条件，则将D中相应位置的值置为0，反之置为1；将转化为优选地，所述利用压缩感知重建方法对所述欠采样信号进行重建，得到有卷褶伪影图像，包括：将Nphase帧所述欠采K空间数据沿时间方向求均值作为所述全采的自动校准数据；再将所述欠采K空间数据和所述自动校准数据应用到所述GRAPPA重建方法中，计算每一线圈的敏感度权重系数；根据每一线圈的敏感度权重系数，填充欠采的K空间数据，并通过傅里叶变换，得到没有卷褶伪影的成像图像。本专利技术还提供一种快速磁共振心脏实时电影成像系统，包括：交错采集模块，用于采用交错采集方法对每一通道采集到的所有帧的心脏数据进行并行欠采，得到欠采数据；变密度采样模块，用于采用变密度采样方法对所述欠采数据进行降采，得到欠采样信号；压缩感知重建模块，用于利用压缩感知重建方法对所述欠采样信号进行重建，得到有卷褶伪影图像；空间数据欠采模块，用于利用傅里叶变换将所述有卷褶伪影图像转换成K空间数据，并采用所述交错采集方法对所述K空间数据进行并行欠采，得到并行欠采的欠采K空间数据；GRAPPA重建模块，用于采用GRAPPA重建方法对所述并行欠采的欠采K空间数据进行重建，得到没有卷褶伪影的成像图像。优选地，所述交错采集模块包括：数据预设子模块，用于预设每一帧数据的降采率为R并行，采集数据的帧数为Nphase，相位编码数为Npe；采样处理子模块，用于对每一帧数据，频率编码方向全采，相位编码方向每隔R并行-1采集一条线，并且第nR并行+R帧数据从第R条线开始采集，直至Nphase帧的数据全部采集完毕；其中，1≤R≤R并行，所述变密度采样模块，用于对每一帧所述欠采数据，频率编码方向全采，相位编码方向变密度采集，并且相位编码方向采集要遵循压缩感知的随机采样理论。优选地，所述压缩感知重建模块，用于基于压缩感知重建方法，对每一通道所有欠采样信号进行重建，得到Fρ＝y，求解Fρ＝y得到带卷褶伪影的图像；其中，F表示傅里叶欠采算子，ρ是要重建的图像，y是磁共振扫描仪实际采集的欠采的K空间数据。优选地，所述求解Fρ＝y得到带卷褶伪影的图像，包括：采用凸优化方法求解式Fρ＝y，使得每个线圈通道的1范数最小，从而获得每个线圈的有卷褶伪影的图像，将Fρ＝y转化为其中，||ρ||1是1范数，||ρ||2是2范数，y是欠采的K空间数据，ε是低于噪声级别的阈值参数；设最优化求解出来的近似解为ρ0，残差为Δρ，则ρ＝ρ0+Δρ，将转化为在中引入权重矩阵D，通过L2范数最小化求解转化为其中，D由0、1组成，0表示已找到ρ的支集，1表示还未找到ρ的支集；将中L1范数最小化问题通过欠定系统聚焦求解算法将其转化为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速磁共振心脏实时电影成像方法，其特征在于，包括：采用交错采集方法对每一通道采集到的所有帧的心脏数据进行并行欠采，得到欠采数据；采用变密度采样方法对所述欠采数据进行降采，得到欠采样信号；利用压缩感知重建方法对所述欠采样信号进行重建，得到有卷褶伪影图像；利用傅里叶变换将所述有卷褶伪影图像转换成K空间数据，并采用所述交错采集方法对所述K空间数据进行并行欠采，得到并行欠采的欠采K空间数据；采用GRAPPA重建方法对所述并行欠采的欠采K空间数据进行重建，得到没有卷褶伪影的成像图像。

【技术特征摘要】
1.一种快速磁共振心脏实时电影成像方法，其特征在于，包括：采用交错采集方法对每一通道采集到的所有帧的心脏数据进行并行欠采，得到欠采数据；采用变密度采样方法对所述欠采数据进行降采，得到欠采样信号；利用压缩感知重建方法对所述欠采样信号进行重建，得到有卷褶伪影图像；利用傅里叶变换将所述有卷褶伪影图像转换成K空间数据，并采用所述交错采集方法对所述K空间数据进行并行欠采，得到并行欠采的欠采K空间数据；采用GRAPPA重建方法对所述并行欠采的欠采K空间数据进行重建，得到没有卷褶伪影的成像图像。2.根据权利要求1所述的快速磁共振心脏实时电影成像方法，其特征在于，所述交错采集方法，包括：预设每一帧数据的降采率为R并行，采集数据的帧数为Nphase,相位编码数为Npe；对每一帧数据，频率编码方向全采，相位编码方向每隔R并行-1采集一条线，并且第nR并行+R帧数据从第R条线开始采集，直至Nphase帧的数据全部采集完毕；其中，1≤R≤R并行，所述采用变密度采样方法对所述欠采数据进行降采，得到欠采样信号，包括：对每一帧所述欠采数据，频率编码方向全采，相位编码方向变密度采集，并且相位编码方向采集要遵循压缩感知的随机采样理论。3.根据权利要求2所述的快速磁共振心脏实时电影成像方法，其特征在于，所述利用压缩感知重建方法对所述欠采样信号进行重建，得到有卷褶伪影图像，包括：基于压缩感知重建方法，对每一通道所有欠采样信号进行重建，得到Fρ＝y，求解Fρ＝y得到带卷褶伪影的图像；其中，F表示傅里叶欠采算子，ρ是要重建的图像，y是磁共振扫描仪实际采集的欠采的K空间数据。4.根据权利要求3所述的快速磁共振心脏实时电影成像方法，其特征在于，所述求解Fρ＝y得到带卷褶伪影的图像，包括：采用凸优化方法求解式Fρ＝y，使得每个线圈通道的1范数最小，从而获得每个线圈的有卷褶伪影的图像，将Fρ＝y转化为其中，||ρ||1是1范数，||ρ||2是2范数，y是欠采的K空间数据，ε是低于噪声级别的阈值参数；设最优化求解出来的近似解为ρ0，残差为Δρ，则ρ＝ρ0+Δρ，将转化为在中引入权重矩阵D，通过L2范数最小化求解转化为其中，D由0、1组成，0表示已找到ρ的支集，1表示还未找到ρ的支集；将中L1范数最小化问题通过欠定系统聚焦求解算法将其转化为迭代求解加权L2范数最小化问题；引入权重矩阵W,使ρ＝Wq，以将转化为将转化为无约束优化问题，转化为根据最小值理论，对中的q求导，导数为0时，即为该方程的最小值，q的求导结果为2λDDHq-2(y-FWq)WHFH；令导数为0，可得q＝WHFH(FWWHFH+λDHD)-1y；由于ρ＝Wq，则ρ＝WWHFH(FWWHFH+λDHD)-1y，得到每次迭代求解重建出的图像；其中，λ是正则化算子，W是对角化权重矩阵，并且在每次迭代过程中更新其值；设当前为第i次迭代，第i次迭代重建的图像为ρi，第i+1次迭代重建的图像为ρi+1，Wi为第i次迭代的权重矩阵，则ρi+1＝ρ0+Wρi，其中，ρi(N)是ρi的第N个元素；对于D，采用迭代的方式进行自适应更新，将设当前为第l次迭代，ρl的支集为Tl，定义其中，为ρl的第f个元素，τl为一阈值常数，若满足Tl的条件，则将D中相应位置的值置为0，反之置为1；将转化为5.根据权利要求1-4任一项所述的快速磁共振心脏实时电影成像方法，其特征在于，所述利用压缩感知重建方法对所述欠采样信号进行重建，得到有卷褶伪影图像，包括：将Nphase帧所述欠采K空间数据沿时间方向求均值作为所述全采的自动校准数据；再将所述欠采K空间数据和所述自动校准数据应用到所述GRAPPA重建方法中，计算每一线圈的敏感度权重系数；根据每一线圈的敏感度权重系数，填充欠采的K空间数据，并通过傅里叶变换，得到没有卷褶伪影的成像图像。6.一种快速磁共振心脏实时电影成像系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁栋，刘元元，朱燕杰，刘新，郑海荣，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44