专利名称：快速扩散磁共振成像和重建方法
技术领域：
本发明涉及磁共振成像技术领域，具体而言涉及一种高分辨率高信燥比的快速扩散磁共振成像和重建方法。
背景技术：
磁共振影像中的扩散成像技术是目前活体测量水分子扩散运动的唯一影像手段， 它通过沿着多个方向施加扩散梯度感知水分子的微观运动来探测组织的微细结构，既可以获得结构信息，又可以产生功能信息，因此该技术在过去十年内得到了很快的发展，并逐渐成为了一项重要的常规临床检查和科研工具。扩散成像中扩散梯度的使用使得该技术对相干运动异常敏感，这就要求成像速度要快以减少运动的破坏性影响。由于技术上的限制，现在临床上使用的扩散成像方法通常采用单次激发的回波平面成像(EPI)序列，来抑制运动带来的相位误差。然而，单次激发技术有它本身的不足，例如空间分辨率低，信噪比低，图像变形，过长的信号读取所造成的图像模糊等问题。随着临床和神经成像研究需求的增加，人们期待扩散成像能提供更高的分辨率和信噪比的图像。然而对传统的磁共振成像来说，在较少的成像时间内提高空间分辨率、信噪比和保真度一直是一个挑战。
并行成像技术的引入，可以降低扫描时间，或在不提高扫描时间的情况下，提高图像的空间分辨率，或提高时间分辨率。并行成像充分利用了各个线圈通道不同的敏感度信息，在保持k空间大小不变的情况下，沿着相位编码方向进行降采样扫描，从而加快了成像速度。但是，随着采样时间的缩短，并行成像带来了信噪比的降低，信噪比的减少程度与降采样倍数R的开方，即Λ反成正比。正因为这个限制，通常在实际临床应用中R不大于2。到目前为止，还不存在一种可靠的成像和重建方法能够在减少数据采集时间的同时，保持图像的信噪比和分辨率。发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
有鉴于此，本发明需要提供一种快速扩散磁共振成像和重建方法，通过该方法可以提高采样效率并减少图像成像时间。
此外，本发明还需要提供一种快速扩散磁共振成像和重建方法，通过该方法可以提高扩散图像的分辨率和信噪比。
根据本发明的一个实施例，提供了一种快速扩散磁共振成像和重建方法，包括以下步骤
(SI)通过多通道线圈在N个扩散加权方向上对被测目标进行信号采集，其中任何一个方向的采样轨迹与其余方向的采样轨迹互补，以分别获得在所述N个扩散加权方向的 k空间数据；
(S2)将所获得的互补的k空间数据进行合并，以获得满采样k空间数据Kc ；
(S3)基于与所述k空间数据对应的不同扩散加权方向的图像和所述满采样k空间数据Kc所对应的图像进行初步重建，以获得初步图像(J1, I );以及
(S4)基于所述像初步图像(J1, JiV)进行正则化重建，并迭代直至收敛，以获得所需的最终图像(I1,…，IN)。
根据本发明的一个实施例，所述正则化重建通过下述重建模型进行
权利要求
1.一种快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，包括以下步骤 (51)通过多通道线圈在N个扩散加权方向上对被测目标进行信号采集，其中任何一个方向的采样轨迹与其余方向的采样轨迹互补，以分别获得在所述N个扩散加权方向的k空间数据； (52)将所获得的互补的k空间数据进行合并，以获得满采样k空间数据Kc； (53)基于与所述k空间数据对应的不同扩散加权方向的图像和所述满采样k空间数据Kc所对应的图像进行初步重建，以获得初步图像(IIn);以及 (54)基于所述像初步图像(I1,Jw)进行正则化重建，并迭代直至收敛，以获得所需的最终图像(I1,…，IN)。
2.根据权利要求I所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述k空间数据通过所述多通道线圈在所述N个扩散加权方向上对被测目标进行并行降采样获得。
3.根据权利要求2所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述信号采集为回波平面成像(EPI)、快速自旋回波成像(FSE)、螺旋桨式成像(PROPELLER)、螺旋式成像(Spiral)、变密度螺旋式成像(VDS )中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述信号采集为单次激发成像或者为带导航数据的多次激发成像。
5.根据权利要求I所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，利用扩散成像不同方向数据对应的图像之间的共同信息进行重建。
6.根据权利要求5所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述共同信息为被测目标的解剖信息、被测目标的组织特性、与被测目标采样所施加的主磁场和发射磁场相关联的信息、或者所述多通道线圈的接收线圈敏感度和磁共振成像过程中的扫描参数。
7.根据权利要求I所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，对所述k空间数据进行相位校正，以得到在所述N个扩散加权方向上的校正数据其中n=l，2，…N，i = 1，2，…Ne。
8.根据权利要求7所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述校正数据通过基于导航数据的线性或非线性校正方法对所述k空间数据进行相位校正获得。
9.根据权利要求8所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述步骤S3包括 531:根据所述满采样k空间数据K。重建，以获得第一图像7^ ; 532:从所述满采样k空间K。的中心抽取满足奈奎斯特采样定理的数据重建，以获得第二图像7 , S33:从所述校正数据中心抽取满足奈奎斯特采样定理的数据以重建得到第三图像]^，其中11=1，2，.^;以及 S34 :基于所述第一图像7^*、第二图像Z和第三图像初步重建得到所述初步图像。
10.根据权利要求9所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，在所述步骤S34中，基于所述第一图像、第二图像7L,和第三图像7^通过下述公式利用图像比例约束进行初步重建，以获得所述初步图像^
11.根据权利要求2所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述正则化重建通过下述重建模型进行
12.根据权利要求2所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述正则化重建通过下述重建模型进行
13.根据权利要求I所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，所述的初步重建以及之后最终的迭代重建通过基于稀疏性的多对比度图像重建方法、独立成分分析(ICA)方法或基于熵的多对比度图像重建方法中的任何一个来进行。
14.根据权利要求I所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，在上述步骤S4中，采用高斯-牛顿正则化方法进行迭代直至收敛。
15.根据权利要求I所述的快速扩散磁共振成像和重建方法，其特征在于，在上述步骤S4的迭代重建过程中，采用共轭梯度法进行迭代直至收敛。
全文摘要
本发明公开了一种快速扩散磁共振成像和重建方法，包括以下步骤(S1)通过多通道线圈在N个扩散加权方向上对被测目标进行信号采集；(S2)将所获得的互补的k空间数据进行合并，以获得满采样k空间数据KC；(S3)基于与所述k空间数据对应的不同扩散加权方向的图像和所述满采样k空间数据KC所对应的图像进行初步重建，以获得初步图像以及(S4)基于所述像初步图像进行正则化重建，并迭代直至收敛，以获得所需的最终图像(I1，…，IN)。以上描述给出了本发明的一个具体实现。本发明利用不同扩散加权方向上图像之间的共同信息，从而不仅提高了采样效率而且提高了图像的分辨率和信噪比。
文档编号G01R33/561GK102928796SQ201210388038
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年9月28日
发明者郭华, 黄峰, 马晓栋 申请人:清华大学