专利名称：磁共振成像的方法和系统的制作方法
磁共振成像的方法和系统
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的方法和系统。
背景技术：
磁共振成像(MRI)具有良好的软组织分辨力、可多方位、多参数进行成像、无X射线辐射损害等众多优势，但受其成像技术的限制，MRI大部分成像方法需要较长的扫描时间。例如，获得一幅经典自旋回波图像所花的时间在15 30秒之间。较慢的成像速度使得 MRI在动态成像中图像时间分辨率大大受到限制，同时会在图像中产生严重的运动伪影，降低图像质量，从而影响临床诊断，这就严重限制了 MRI在心脏、冠状动脉等运动器官和神经功能影像，特别是在介入手术引导领域中的应用。为了实现高分辨率实时磁共振成像，研究者们提出了实现实时成像的3个基本要素一是连续的采集数据，二是快速的重建和图像及时显示，三是可以让操作者依据显示的图像互动地调整图像采集过程。由于计算机硬件的快速发展，其计算能力大幅上升，而且算法的不断改进和优化，使得上述第二和第三要素已不是限制实时成像的因素。现阶段限制实时成像的主要因素就是其第一要素，即数据采集过程。在磁共振成像中，成像速度和图像分辨率彼此限制，很难同时到达高分辨率和快速成像。在实际应用中，往往根据不同的应用需求，牺牲其中一方来提高另一方的性能。为了实现高分辨率快速磁共振成像，研究者们提出了大量的方法。这些方法大致可分为三类快速扫描方法、并行成像方法和基于模型的成像方法。具体来说，(I)快速扫描成像，是利用快速序列来实现的，如回波平面成像(Echo Planar Imaging,EPI)序列就是通过一次射频激发即可采集整个k空间的数据，整个扫描过程可在20 IOOms内完成，因此成像速度较快且在实际中得到广泛的应用。(2)并行成像方法，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对k空间进行欠采样，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k空间信号数量大大减少，成像扫描时间减少，时间空间分辨率得到提高。(3) 基于模型的成像方法，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，常见的方法有Keyhole，k_t BLAST, k_t SENSE, k-t SPARSE, k_t FOCUSS，DIME, PSF。其中，基于部分可分离函数理论(Partially Separable Functions,PSF)的成像方法本身就是针对运动物体进行扫描成像，因此更适宜于动态成像。现有研究成果，已经证明PSF方法可以在心脏动态成像和灌注成像中提高图像的空间时间分辨率。现有的基于部分可分离函数的成像方法，其理论基础在于磁共振动态成像中图像数据是由部分可分离的时间基函数和相应的空间基函数组成。PSF方法的实现方案为 根据导航激励协议(Navigator Excitation Protocol),该方法同时采集2个互补的数据集，一个为高空间分辨率、低时间分辨率的动态图像数据，另一个为高时间分辨率、低空间分辨率的导航数据。待整个数据采集过程完毕后，通常这段时间较长，然后再进行图像重建。图像重建步骤具体为，PSF方法按照特定规则把导航数据组合成导航数据矩阵，对该矩阵进行奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD)即可以得到时间基函数,然后利用得到的时间基函数和采集到的动态图像数据组成的超定矩阵方程通过最小二乘法拟合得到空间基函数，然后由上述估算出的空间基函数和时间基函数对(k，t)空间进行插值恢复出高时间分辨率和高空间分辨率的全部信号数据，最后对恢复出的信号数据进行傅里叶逆变换(Inverse Fourier Transformation, I FT)得到高分辨的磁共振图像。在现有的PSF模型中，为了估计时间基函数和空间基函数等参数，往往需要采集很多数据，待这些数据完全采集得到后才进行图像重建工作。这样图像采集过程和重建过程完全孤立开来，即在较长的图像采集过程中是不能进行图像重建工作。只有待所有的图像数据和导航数据全部采集完，才可以进行上述的图像重建过程。由于数据采集时间较长， 例如，在2维动态成像(2D+t)中，一般采集时间需要3 5分钟，而在3维动态成像(3D+t) 中，采集时间大约为I小时，图像只能等待很长一段时间之后才能得到，于是，整个过程的实时性不好。这严重限制了 PSF方法在实时性要求较高的场景中的应用，比如说磁共振成像引导的介入手术。

发明内容基于此，有必要提供一种快速实时的磁共振成像方法和系统。一种磁共振成像的方法，包括以下步骤S101 :轮流采集导航数据和动态图像数据，选出当前采集的导航数据之前的若干个导航数据并在选出的若干个导航数据中的每一导航数据采样时刻处进行共享以使共享过的导航数据在选出的导航数据的每一导航数据采样时刻填满相应的K空间；S102 :结合共享过的导航数据和所述共享过的导航数据之前采集的导航数据获取时间基函数；S103 :根据所述时间基函数和动态图像数据得到空间基函数；S104 :使用所述时间基函数和所述空间基函数进行插值恢复信号数据；S105 :对恢复的信号数据进行傅里叶逆变换重建出图像；S106 :判断采集是否结束，若是，则结束，若否， 则继续重复步骤SlOl至步骤S105。优选的，在进行第一帧图像重建之前，采集2至3帧导航数据和动态图像数据作为训练数据。优选的，进行采样的每一条相位编码线的重复时间满足导航数据的时间奈奎斯特采样速率，进行采样的相位编码的方向采样间隔满足动态图像数据的空间奈奎斯特速率， 从所述动态图像数据中获取的采样帧数在频率成分参数的经验值以上。优选的，所述共享的过程为将与选出的若干个导航数据中的每一导航数据采样时刻最近的导航数据排列到所述选出的若干个导航数据中的每一导航数据采样时刻。优选的，所述结合共享过的导航数据和所述共享过的导航数据之前采集的导航数据获取时间基函数的步骤为根据共享过的导航数据和所述共享过的导航数据之前采集的导航数据抽取导航数据矩阵；对所述导航数据矩阵进行奇异值分解，得到所述导航数据矩阵的左特征向量，并估计频率成分参数；按照由大到小的顺序取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数。优选的，所述导航数据采集K空间中的3至5条相位线。优选的，选出当前采集的导航数据之前的I至K空间的相位编码数个导航数据并在选出的导航数据中的每一导航数据采样时刻处进行共享以使共享过的导航数据在选出 的导航数据的每一导航数据采样时刻填满相应的K空间。一种磁共振成像的系统，包括采集装置、处理装置和显示装置。所述采集装置用 于轮流采集导航数据和动态图像数据；所述处理装置与所述采集装置相连接，所述处理装 置包括共享模块、导航数据处理模块、动态数据处理模块、重建模块和判断模块，所述共享 模块选出当前采集的导航数据之前的若干个导航数据进行共享以使共享过的导航数据在 选出的导航数据的每一导航数据采样时刻填满相应的K空间，所述导航数据处理模块结合 共享过的导航数据和所述共享过的导航数据之前采集的导航数据获取时间基函数，所述动 态数据处理模块根据所述时间基函数和动态图像数据获取空间基函数，所述重建模块使用 所述时间基函数和所述空间基函数进行插值恢复信号数据，并对恢复的数据进行傅里叶逆 变换重建出图像，所述判断模块用于判断实时成像是否结束，若是，则结束，若否，则继续采 集数据，并成像；所述显示装置与所述处理装置相连接，所述显示装置用于显示处理装置处 理后的数据。优选的，所述导航数据处理模块包括计算单元和抽取单元。所述抽取单元根据共 享过的导航数据和所述共享过的导航数据之前采集的导航数据抽取导航数据矩阵；所述计 算单元对所述导航数据矩阵进行奇异值分解得到所述导航数据矩阵的左特征向量，并估计 频率成分参数，按照由大到小的顺序取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数。上述磁共振成像的方法和系统通过使用数据共享技术，采集部分数据便能实现对 图像的实时更新，提高了成像的实时性，通过PSF方法和数据共享技术相结合，能减少数据 采集量，进一步增加磁共振成像的实时性。

图1为一个实施例中的磁共振成像方法的流程图；图2为传统的PSF方法的采样示意图；图3为图1所示磁共振成像方法的流程图中的进行数据采样的示意图；图4为图1所示磁共振成像方法的流程图中的根据导航数据提取时间基函数的流 程图；图5为一个实施例中的磁共振成像系统的结构示意图；图6为图5所示磁共振成像系统中的导航单元的结构示意图；图7为一个实施例中的通过数据共享方法获得的心脏短轴位实时成像的结果；图8为使用三种不同的方法重建出心脏左心室面积随时间变化的曲线。
具体实施方式在一个实施例中，如图1所示，一种磁共振成像的方法，包括以下步骤SlOl 轮流采集导航数据和动态图像数据，选出当前采集的导航数据之前的预设 个导航数据进行共享以使共享过的导航数据在选出的导航数据的每一导航数据采样时刻 填满相应的K空间。部分可分离函数(PSF)的理论在于图像函数的空间变化和时间变化是L阶可分 离的，利用部分可分离函数的性质和傅里叶变换的线性特性，待采集图像信号可以分解为空间基函数和时间基函数的两个独立变量的函数之和其中，s(k，t)为接收到的信号，《MO为时间基函数、C1 (k)为空间基函数。只需要知道时间基函数奶(O、空间基函数C1 (k)和频率成分L，就可以得到待采集的图像信号。为了正确估计频率成分参数L、空间基函数C1GO及时间基函数奶(O ,需要采集两组(k，t)空间数据。如图2所示，在传统的PSF方法采样示意图中，高时间、低空间分辨率的导航数据(Navigator data,空心圆圈)用来确定奶(O和L ;高空间、低时间分辨率的动态图像数据(Image data,实心圆点)用来确Sc1QO。待上述各参数确定后,根据(I)式可以计算出整个k-t空间数据(Synthetic data,实心叉)。在现有的PSF模型中，为了估计时间基函数和空间基函数等参数，往往需要采集很多数据，待这些数据完全采集后才进行图像重建工作。这样图像采集过程和重建过程完全孤立开来，实时性差。在一个实施例中，使用了一种以数据共享技术为基础的实时成像方法，通过采集少量数据便可以实现图像的实时更新。如图3所示，数据采集的过程是以采集一个动态图像数据和采集一个导航数据轮流进行的模式来进行。采样数据的要求在k-t空间表现为进行采样的每一条相位编码线的重复时间满足导航数据的时间奈奎斯特采样速率，进行采样的相位编码的方向采样间隔满足动态图像数据的空间奈奎斯特速率，从动态图像数据中获取的采样帧数在频率成分参数的经验值以上。在轮流采集导航数据和动态图像数据时，选出当前采集的导航数据之前的若干个导航数据进行共享以使共享过的导航数据在选出的导航数据中的每一导航数据采样时刻填满相应的K空间。选出的若干个导航数据和与之对应的动态图像数据是实时图像变动的基本单位。当选出的导航数据数目的为I 时，每采集一个导航数据和动态图像数据，便进行实时成像，当选出的导航数据的数目为K 空间相位编码数时，相当于采集了一帧数据后进行重建。选出的导航数据的数量越少，成像的实时性也就越好，但是这对硬件的计算能力提出了很高的要求，因此使用上述方法，成像的实时性是由硬件的计算能力来决定的。由于采集部分数据便可进行图像的重建，因此在进行第一帧图象重建的时候需要采集若干帧数据作为训练数据。在一个具体的实施例中，在进行第一帧图像重建的时候，采集2-3桢数据作为训练数据，采集的训练数据作为实时更新数据的补充数据参与图像的重建。在一个实施例中，选出当前采集的导航数据之前的I至K空间相位编码数个导航数据并在选出的导航数据中的每一导航数据采样时刻处进行共享以使共享过的导航数据在选出的导航数据的每一导航数据采样时刻填满相应的K空间。共享的具体过程为将与选出的导航数据的每一导航数据采样时刻最近的导航数据排列到该导航数据采样时刻。在选出的导航数据中的每一导航数据采集时刻所需要共享的导航数据的数目是由导航数据采集K空间的相位线的数目决定的，需要共享的导航数据的数目为导航数据采集K空间中的相位线数目减I。一般的，导航数据采集K空间中的3-5条相位线。S102:结合共享过的导航数据和该共享过的导航数据之前采集的导航数据获取时间基函数。在一个具体的实施例中，如图4所示，根据共享过的导航数据和该共享过的导航数据以前扫描的导航数据获取导航数据矩阵，并根据导航数据矩阵获取时间基函数的步骤为S112:根据共享过的导航数据和该共享过的导航数据以前扫描的导航数据抽取导航数据矩阵。具体的从共享过的导航数据和该共享过的导航数据以前扫描的导航数据抽取导航数据矩阵的过程为
上述(I)式从最优化问题求解方面可描述为
权利要求
1.一种磁共振成像的方法，其特征在于，包括以下步骤SlOl :轮流采集导航数据和动态图像数据，选出当前采集的导航数据之前的预设个导航数据进行共享以使共享过的导航数据在选出的导航数据中的每一导航数据采样时刻填满相应的K空间；S102:结合共享过的导航数据和所述共享过的导航数据之前采集的导航数据获取时间基函数；5103:根据所述时间基函数和动态图像数据得到空间基函数；5104:使用所述时间基函数和所述空间基函数进行插值恢复信号数据；5105:对恢复的信号数据进行傅里叶逆变换重建出图像；5106:判断采集是否结束，若是，则结束，若否，则继续重复步骤SlOl至步骤S105。
2.如权利要求I所述的磁共振成像的方法，其特征在于，在进行第一帧图像重建之前， 采集2至3帧导航数据和动态图像数据作为训练数据。
3.如权利要求I所述的磁共振成像的方法，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导航数据的时间奈奎斯特采样速率，进行采样的相位编码的方向采样间隔满足动态图像数据的空间奈奎斯特速率，从所述动态图像数据中获取的采样帧数在频率成分参数的经验值以上。
4.如权利要求I所述的磁共振成像的方法，其特征在于，所述共享的过程为将与选出的若干个导航数据中的每一导航数据采样时刻最近的导航数据排列到所述选出的若干个导航数据中的每一导航数据采样时刻。
5.如权利要求I所述的磁共振成像的方法，其特征在于，所述结合共享过的导航数据和所述共享过的导航数据之前采集的导航数据获取时间基函数的步骤为根据共享过的导航数据和所述共享过的导航数据之前采集的导航数据抽取导航数据矩阵；对所述导航数据矩阵进行奇异值分解，得到所述导航数据矩阵的左特征向量，并估计频率成分参数；按照由大到小的顺序取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数。
6.如权利要求I至5中任意一项所述的磁共振成像的方法，其特征在于，所述导航数据采集K空间中的3至5条相位线。
7.如权利要求I至5中任意一项所述的磁共振成像的方法，其特征在于，选出当前采集的导航数据之前的I至K空间的相位编码数个导航数据进行共享以使共享过的导航数据在选出的导航数据中的每一导航数据采样时刻填满相应的K空间。
8.—种磁共振成像的系统，其特征在于，包括采集装置，用于轮流采集导航数据和动态图像数据；处理装置，与所述采集装置相连接，所述处理装置包括共享模块、导航数据处理模块、 动态数据处理模块、重建模块和判断模块，所述共享模块选出当前采集的导航数据之前的若干个导航数据进行共享以使共享过的导航数据在选出的导航数据的每一导航数据采样时刻填满相应的K空间，所述导航数据处理模块结合共享过的导航数据和所述共享过的导航数据之前采集的导航数据获取时间基函数，所述动态数据处理模块根据所述时间基函数和动态图像数据获取空间基函数，所述重建模块使用所述时间基函数和所述空间基函数进行插值恢复信号数据，并对恢复的数据进行傅里叶逆变换重建出图像，所述判断模块用于判断实时成像是否结束，若是，则结束，若否，则继续采集数据，并成像；显示装置，与所述处理装置相连接，所述显示装置用于显示所述处理装置处理后的数据。
9.如权利要求8所述的磁共振成像的方法，其特征在于，在进行第一帧图像重建之前， 采集2至3帧导航数据和动态图像数据作为训练数据。
10.如权利要求8所述的磁共振成像的系统，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导航数据的时间奈奎斯特采样速率，进行采样的相位编码的方向采样间隔满足动态图像数据的空间奈奎斯特采样速率，从所述动态图像数据中获取的采样帧数在频率成分参数的经验值以上。
11.如权利要求8所述的磁共振成像的方法，其特征在于，所述共享的过程为将与选出的若干个导航数据中的每一导航数据采样时刻最近的导航数据排列到所述选出的若干个导航数据中的每一导航数据采样时刻。
12.如权利要求8所述的磁共振成像的系统，其特征在于，所述导航数据处理模块包括抽取单元，根据共享过的导航数据和所述共享过的导航数据之前采集的导航数据抽取导航数据矩阵；计算单元，对所述导航数据矩阵进行奇异值分解得到所述导航数据矩阵的左特征向量，并估计频率成分参数，按照由大到小的顺序取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数。
13.如权利要求8至12中任意一项所述的磁共振成像的方法，其特征在于，所述导航数据采集K空间中的3至5条相位线。
14.如权利要求8至12中任意一项所述的磁共振成像的方法，其特征在于，选出当前采集的导航数据之前的I至K空间的相位编码数个导航数据并在选出的导航数据中的每一导航数据采样时刻处进行共享以使共享过的导航数据在选出的导航数据的每一导航数据采样时刻填满相应的K空间。
全文摘要
一种磁共振成像的方法，包括以下步骤轮流采集导航数据和动态图像数据，选出当前采集的导航数据之前的预设个导航数据并共享；结合共享过的导航数据和所述共享过的导航数据之前采集的导航数据获取时间基函数；根据所述时间基函数和动态图像数据得到空间基函数；使用所述时间基函数和所述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重建出图像；判断采集是否结束，若是，则结束，若否，则继续采集数据并成像。上述磁共振成像的方法通过使用数据共享技术，采集部分数据便能实现对图像的实时更新，提高了成像的实时性，通过PSF方法和数据共享技术相结合，能减少数据采集量，进一步增加磁共振成像的实时性。
文档编号G01R33/48GK102590773SQ201210039570
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月21日 优先权日2011年12月8日
发明者冯翔, 刘新, 潘艳丽, 谢国喜, 邱本胜, 邹超, 郑海荣 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院