一种快速三维磁共振T1定量成像方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术提供了一种快速三维磁共振T1定量成像方法、系统及介质，利用多翻转角三维梯度回波序列获取沿相位编码方向和层编码方向欠采样的K空间数据；使用的一种空间域图像重建方法为：对欠采样的数据进行逆傅里叶变换得到多翻转角混叠图像；构建基于多翻转角梯度回波信号模型的能量函数；通过最小化多翻转角混叠图像相关的能量函数，重建去混叠的三维T1定量图。传统三维T1定量成像方法导致采样时间长，成像效率降低。本发明专利技术提供的成像方法使用欠采样的K空间数据，利用多翻转角梯度回波信号模型在时间域的冗余性去除欠采样造成的图像混叠，并结合多线圈磁共振信号和正则项约束，减少成像时间，提升图像信噪比和分辨率，提升三维T1定量成像的成像效率。维T1定量成像的成像效率。维T1定量成像的成像效率。

【技术实现步骤摘要】
一种快速三维磁共振T1定量成像方法、系统及介质


[0001]本专利技术涉及定量磁共振成像
，具体地，涉及一种快速三维磁共振T1定量成像方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]磁共振三维T1定量成像用于产生高分辨率的T1定量图，在临床上被广泛用于大脑、心脏、肝脏、以及其它器官相关疾病的诊断。三维T1定量成像的基本方法是通过施发多个不同翻转角下的三维梯度回波成像序列，重建出多幅具有不同T1和质子密度加权的图像，然后利用多翻转角模型进行非线性曲线拟合得到各个像素的T1数值。由于需要获得多幅三维图像，三维T1定量成像需要较长的扫描时间。实际的临床使用中，部分患者难以保持长时间的静止状态，且随着扫描时间的延长，患者不可避免地存在微小活动以及不自主运动，导致成像结果产生运动伪影。此外，腹部扫描时为避免腹部自主运动造成的运动伪影，常常需要患者屏气，扫描时间增长显著增加了扫描难度。因此，提升三维T1定量成像的成像效率对于拓展该技术在临床上的应用价值有重要意义。
[0003]现有的快速三维T1定量成像方法主要基于两类方法。第一类是并行成像技术，包括SENSE，GRAPPA，CAIPIRINHA等。该类方法利用多通道相控阵线圈接收信号的空间灵敏度信息替代部分相位编码步骤来加速成像。这类方法成像结果的信噪比随着加速倍率的升高显著降低，因此常用于2
‑
4倍加速。第二类方法通过施加约束条件，如稀疏性约束(Compressed Sensing，CS)，局部低秩约束(Locally Low Rank，LLR)来重建欠采样数据。这类方法一般使用伪随机采样轨迹来实现2
‑
8倍加速。然而，随着加速倍率的提高，该类方法重建的图像逐渐出现严重的模糊和失真；而且由于算法复杂度高且每次迭代需要更新整幅图像，该类方法重建时间往往较长，难以应用于临床。
[0004]SUPER是一种新型的基于模型的二维磁共振定量成像加速方法。该方法使用沿相位编码方向循环移动的笛卡尔移位欠采样轨迹来对K空间进行欠采样，获取信号沿对比度维度的变化信息，并用这些信息替代部分相位编码步骤实现加速。这种移位欠采样轨迹可以将待求解的大尺寸逆问题进行区块级分解，每次迭代只更新当前求解的区块，从而降低计算复杂度，实现快速重建。但是，SUPER仅被用于二维成像，其在三维成像中的应用需要重新设计三维K空间的欠采样轨迹。此外，传统SUPER成像方法在高倍加速下造成了较大的图像噪声，限制了其加速倍率。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种快速三维磁共振T1定量成像方法、系统及介质。
[0006]根据本专利技术提供的一种快速三维磁共振T1定量成像方法，包括如下步骤：
[0007]K空间欠采样数据获取步骤：利用多翻转角三维梯度回波序列获取沿相位编码方向和/或层编码方向欠采样的K空间数据；
[0008]欠采样数据图像重建步骤：根据欠采样的K空间数据，利用图像重建算法，重建三维T1定量图。
[0009]优选地，所述三维梯度回波序列包括三维扰相梯度回波序列及相关序列，或者三维平衡稳态自由进动序列及相关序列。
[0010]优选地，所述K空间欠采样轨迹在不同的对比度点沿相位编码方向和/或层编码方向循环移动。
[0011]优选地，所述K空间移位欠采样轨迹能够与并行成像技术欠采样轨迹结合。
[0012]优选地，所述欠采样数据直接在K空间构建能量函数进行重建，或者通过傅里叶变换转到空间域再进行重建。
[0013]优选地，所述将欠采样数据变换到空间域再进行图像重建的重建步骤包括：
[0014]混叠图像获取步骤：对欠采样的数据进行逆傅里叶变换得到多翻转角混叠图像；
[0015]图像重建步骤：构建基于多翻转角梯度回波信号模型的能量函数；通过最小化多翻转角混叠图像相关的能量函数，重建去混叠的三维T1定量图。
[0016]优选地，图像重建利用多翻转角信号模型，所述图像重建步骤包括：利用基于total variation的正则项约束对混叠图像进行重建，优化的目标函数为：
[0017][0018]其中，Y代表通过混叠图像获取步骤得到的多个线圈在不同翻转角下的空间域混叠图像，W代表每个体素对应的混叠系数矩阵，S代表线圈灵敏度矩阵，Φ代表根据多翻转角模型计算得到的信号，‖
·
‖
F
代表Frobenius范数，μ代表基于total variation的正则化项的权重，取值满足代表需要估计的参数图，‖
·
‖
TV
代表三维total variation算子，计算方法如下：
[0019][0020]其中N代表三维成像区域的体素总数，U1＝T1,U2＝M0，和分别表示沿笛卡尔坐标系x，y和z方向的有限差分算子。
[0021]优选地，多翻转角信号模型为：
[0022][0023]其中，Φ(M0，T1)代表测得的空间域信号，M0代表相对质子密度，T1代表纵向弛豫时间，TR代表序列重复时间，α代表序列使用的翻转角。
[0024]优选地，采用Levenberg
‑
Marquardt算法求解上述含total variation正则项约束的优化问题，步骤如下：
[0025]步骤S1：选择初始点U0；
[0026]步骤S2：从U
k
出发，计算中间解Z
k+1
，其中：
[0027][0028]步骤S3：从Z
k+1
出发:计算近似点U
k+1
，其中：
[0029][0030]根据本专利技术提供的一种快速三维磁共振T1定量成像系统，包括如下模块：
[0031]K空间欠采样数据获取模块：利用多翻转角三维梯度回波序列获取沿相位编码方向和/或层编码方向移位欠采样的K空间数据；
[0032]欠采样数据图像重建模块：利用欠采样的数据直接在K空间图像重建；或者转到空间域图像重建，包括如下步骤：
[0033]对欠采样数据进行逆傅里叶变换得到多翻转角混叠图像；构建基于多翻转角梯度回波信号模型的能量函数；通过最小化多翻转角混叠图像相关的能量函数，重建去混叠的三维T1定量图。
[0034]本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的快速三维磁共振T1定量成像方法。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0036]1、本专利技术解决现有相关成像技术加速倍率有限，图像重建偏差较大，重建计算效率较低等问题。
[0037]2、本专利技术使用欠采样的K空间数据，利用多翻转角梯度回波信号模型在时间域的冗余性去除欠采样造成的图像混叠，并结合多线圈磁共振信号和正则项约束，减少成像时间，提升图像信噪比和分辨率，提升三维T1定量成像的成像效率。
[0038]3、本专利技术将K空间欠采样分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速三维磁共振T1定量成像方法，其特征在于，包括如下步骤：K空间欠采样数据获取步骤：利用多翻转角三维梯度回波序列获取沿相位编码方向和/或层编码方向欠采样的K空间数据；欠采样数据图像重建步骤：根据欠采样的K空间数据，利用图像重建算法，重建三维T1定量图。2.根据权利要求1所述的快速三维磁共振T1定量成像方法，其特征在于，所述三维梯度回波序列包括三维扰相梯度回波序列及相关序列，或者三维平衡稳态自由进动序列及相关序列。3.根据权利要求1所述的快速三维磁共振T1定量成像方法，其特征在于，所述K空间欠采样轨迹在不同的对比度点沿相位编码方向和/或层编码方向循环移动。4.根据权利要求1所述的快速三维磁共振T1定量成像方法，其特征在于，所述K空间移位欠采样轨迹能够与并行成像技术欠采样轨迹结合。5.根据权利要求1所述的快速三维磁共振T1定量成像方法，其特征在于，所述欠采样数据直接在K空间构建能量函数进行重建，或者通过傅里叶变换转到空间域再进行重建。6.根据权利要求5所述的快速三维磁共振T1定量成像方法，其特征在于，所述将欠采样数据变换到空间域再进行图像重建的重建步骤包括：混叠图像获取步骤：对欠采样的数据进行逆傅里叶变换得到多翻转角混叠图像；图像重建步骤：构建基于多翻转角梯度回波信号模型的能量函数；通过最小化多翻转角混叠图像相关的能量函数，重建去混叠的三维T1定量图。7.根据权利要求5所述的快速三维磁共振T1定量成像方法，其特征在于，图像重建利用多翻转角信号模型，所述图像重建步骤包括：利用基于total variation的正则项约束对混叠图像进行重建，优化的目标函数为：其中，Y代表通过混叠图像获取步骤得到的多个线圈在不同翻转角下的空间域混叠图像，W代表每个体素对应的混叠系数矩阵，S代表线圈灵敏度矩阵，Φ代表根据多翻转角模型计算得...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晨曦，杨帆，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：