專利名稱：磁共振動態(tài)成像方法及系統(tǒng)的制作方法
磁共振動態(tài)成像方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁共振技術(shù)，特別是涉及一種磁共振動態(tài)成像方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1971 年美國科學(xué)家 Paul Lauterbur 提出磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)并于1973年發(fā)表第一個磁共振成像實(shí)驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)過30多年的發(fā)展,磁共振成像已經(jīng)成為臨床醫(yī)學(xué)檢查的重要手段之一，為臨床醫(yī)學(xué)提供了非常有價(jià)值的診斷信息。 磁共振成像技術(shù)與其它醫(yī)學(xué)影像技術(shù)相比，具有無輻射危害、多方位和多參數(shù)成像等優(yōu)點(diǎn)， 其對軟組織的檢查非常敏感，不僅能夠顯示人體解剖結(jié)構(gòu)的形態(tài)信息，而且還能反映人體組織的某些生理生化信息。雖然磁共振成像具有良好的軟組織分辨力、可多方位多參數(shù)進(jìn)行成像、無X線輻射損害等眾多優(yōu)勢，但受其成像技術(shù)的限制，磁共振成像大部分成像方法需要較長的掃描時間，例如，獲得一幅經(jīng)典自旋回波圖像所花的時間在15 30秒之間。較慢的成像速度使得磁共振成像在動態(tài)成像中圖像時間分辨率大大受到限制，同時會在圖像中產(chǎn)生嚴(yán)重的運(yùn)動偽影，降低圖像質(zhì)量，從而影響臨床診斷，這就嚴(yán)重限制了磁共振成像在心臟、冠狀動脈等運(yùn)動器官和神經(jīng)功能影像等領(lǐng)域中的應(yīng)用。在如心臟、冠狀動脈等運(yùn)動器官等的磁共振動態(tài)成像中，成像速度較慢，且成像過程中被檢者身體中的生理性運(yùn)動都會使影像模糊，對比度失真，無法滿足心臟動態(tài)成像、腦功能成像、人體運(yùn)動成像以及實(shí)時導(dǎo)航等快速成像的要求。因此，加快磁共振動態(tài)成像速度具有重大和迫切的研究意義。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種成像速度快的磁共振動態(tài)成像方法。一種磁共振動態(tài)成像方法，包括以下步驟進(jìn)行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)及動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)；根據(jù)所述時間基函數(shù)和所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測得到空間基函數(shù)；由所述時間基函數(shù)和所述空間基函數(shù)得到信號數(shù)據(jù)；對所述信號數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到磁共振圖像。在其中一個實(shí)施例中，所述對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)的步驟為 從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)中抽取導(dǎo)航矩陣；對所述導(dǎo)航矩陣進(jìn)行奇異值分解得到所述導(dǎo)航矩陣的左特征向量，并估計(jì)頻率成分參數(shù)；按照由大到小的順序依次取頻率成分參數(shù)個左特征向量作為時間基函數(shù)。在其中一個實(shí)施例中，所述進(jìn)行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)及動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的步驟包括 在整個采樣時間中，保持對動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的采樣，獲得低維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)，并只在前段部分時間對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，得到低維導(dǎo)航數(shù)據(jù)；將所述低維導(dǎo)航數(shù)據(jù)及所述低維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)映射到高維空間得到高維導(dǎo)航數(shù)據(jù)及高維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；所述對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)中的導(dǎo)航數(shù)據(jù)為高維導(dǎo)航數(shù)據(jù)；所述根據(jù)所述時間基函數(shù)和所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測得到空間基函數(shù)中的動態(tài)圖像數(shù)據(jù)為高維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)。
在其中一個實(shí)施例中，進(jìn)行采樣的每一條相位編碼線的重復(fù)時間滿足所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)的時間奈奎斯特速率的限制，相位編碼方向采樣間隔滿足所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的空間奈奎斯特速率的限制，從所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)中獲取的采樣幀數(shù)大于頻率成分參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值。此外，還有必要提供一種成像速度快的磁共振動態(tài)成像系統(tǒng)。一種磁共振動態(tài)成像系統(tǒng)，包括采集模塊、導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊、動態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理模塊及成像模塊；采集模塊用于進(jìn)行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)及動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊用于對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)；動態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理模塊用于根據(jù)所述時間基函數(shù)和所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測得到空間基函數(shù)；成像模塊用于由所述時間基函數(shù)和所述空間基函數(shù)得到信號數(shù)據(jù)，并對所述信號數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到磁共振圖像。在其中一個實(shí)施例中，所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊包括抽取單元及計(jì)算單元；抽取單元用于從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)中抽取導(dǎo)航矩陣；計(jì)算單元用于對所述導(dǎo)航矩陣進(jìn)行奇異值分解得到所述導(dǎo)航矩陣的左特征向量，并估計(jì)頻率成分參數(shù)，同時按照由大到小的順序依次取頻率成分參數(shù)個左特征向量作為時間基函數(shù)。在其中一個實(shí)施例中，所述采集模塊包括數(shù)據(jù)采樣單元及映射單元；數(shù)據(jù)采樣單元用于在整個采樣時間中，保持對動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的采樣，獲得低維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)，并只在前段部分時間對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，得到低維導(dǎo)航數(shù)據(jù)；映射單元用于將所述低維導(dǎo)航數(shù)據(jù)及所述低維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)映射到高維空間得到高維導(dǎo)航數(shù)據(jù)及高維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊對所述高維導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)；所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)所述時間基函數(shù)和所述高維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測得到空間基函數(shù)。在其中一個實(shí)施例中，所述采集模塊在進(jìn)行采樣的過程中每一條相位編碼線的重復(fù)時間滿足所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)的時間奈奎斯特速率的限制，相位編碼方向采樣間隔滿足所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的空間奈奎斯特速率的限制，從所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)中獲取的采樣幀數(shù)大于頻率成分參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值。上述磁共振動態(tài)成像方法和系統(tǒng)，通過將動態(tài)成像復(fù)雜的圖像數(shù)據(jù)分離為時間基函數(shù)和空間基函數(shù),只需采集高時間分辨率低空間分辨率的導(dǎo)航數(shù)據(jù)和高空間分辨率低時間分辨率的動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行互補(bǔ)，減少了所需采集的數(shù)據(jù)，較大程度的提高了磁共振動態(tài)成像的成像速度，在對實(shí)時成像要求較高的心臟動態(tài)成像和灌注成像中有著良好的效果O


圖I為磁共振動態(tài)成像方法的流程圖2為圖I中進(jìn)行采樣的示意圖3為圖I中對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)的步驟的具體流程圖4為圖I中進(jìn)行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)及動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的步驟的具體流程圖
圖5為磁共振動態(tài)成像系統(tǒng)的模塊圖6為圖5中導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊的詳細(xì)模塊圖7為圖5中采集模塊的詳細(xì)模塊圖。
具體實(shí)施方式
為了解決傳統(tǒng)磁共振動態(tài)成像中，成像速度較慢，且成像過程中被檢者身體中的生理性運(yùn)動都會使影像模糊，對比度失真，無法滿足心臟動態(tài)成像等快速成像的要求的問題，提出了一種成像速度快的磁共振動態(tài)成像方法來實(shí)現(xiàn)快速成像。請參閱圖1，一種磁共振動態(tài)成像方法，包括以下步驟步驟S110，進(jìn)行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)及動態(tài)圖像數(shù)據(jù)。對需要成像的物體進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣。在運(yùn)動物體的磁共振動態(tài)成像中，實(shí)際接收的信號數(shù)據(jù)為S(k，t)，k代表空間，t 代表時間。而實(shí)際的圖像P (r,t)是其空間位置變量r和時間變量t的函數(shù)?？紤]到傅里葉成像，實(shí)際接收的信號數(shù)據(jù)S(k，t)和圖像函數(shù)P (r, t)的關(guān)系如以下公式所示S(k, t) = ]*_+: p(r, tyil7lk'rdr(ι)其中，實(shí)際接收的信號數(shù)據(jù)s (k，t)在被采集的過程中存在著噪聲的污染，并且受到主磁場強(qiáng)度、梯度場切換速率等實(shí)際因素的限制，圖像函數(shù)P (r, t)難以精確地測定，因而在磁共振動態(tài)成像中只能盡量高分辨率地恢復(fù)出圖像函數(shù)P (r，t)。然而根據(jù)傳統(tǒng)的奈奎斯特征(Nyquist)采樣定理中需要進(jìn)行稠密采樣，需要采集的數(shù)據(jù)量隨著物理維數(shù)的增加而指數(shù)增長，造成了空間分辨率和時間分辨率的矛盾，若得到高空間分辨率的圖像函數(shù) P (r，t)，則需要犧牲時間分辨率，若提高圖像函數(shù)P (r, t)的時間分辨率，則空間分辨率將會降低，兩者不可能同時達(dá)到高分辨率。而為了解決這一矛盾,根據(jù)導(dǎo)航激勵協(xié)議(Navigator Excitation Protocol),采集兩個互補(bǔ)的數(shù)據(jù)集，即高時間分辨率低空間分辨率的導(dǎo)航數(shù)據(jù)和高空間分辨率低時間分辨率的動態(tài)圖像數(shù)據(jù)。具體請參閱圖2，對需要成像的物體進(jìn)行高稀疏采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù) Snav(k，t)和動態(tài)圖像數(shù)據(jù)Simg(k，t)。進(jìn)行采樣的每一條相位編碼線的中重復(fù)時間Tk滿足導(dǎo)航數(shù)據(jù)Snav(k，t)在時間維度上的奈奎斯特采樣率，相位編碼方向采樣間隔Aky滿足動態(tài)圖像數(shù)據(jù)Simg(k，t)在空間維度上的奈奎斯特采樣率，從動態(tài)圖像數(shù)據(jù)Simg(k，t)中獲取的采樣幀數(shù)N大于頻率成分參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值。奈奎斯特采樣定理所要求的系統(tǒng)的采樣率必須不小于待采集信號最大頻率的兩倍。頻率成分參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值根據(jù)不同成像物體在磁共振動態(tài)成像中而有所不同，例如，在磁共振動態(tài)成像應(yīng)用平凡的心臟成像中，頻率成分參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值通常是16，則可以將采樣幀數(shù)設(shè)定為40至50，使從動態(tài)圖像數(shù)據(jù)Simg (k，t)中獲取的采樣幀數(shù)大于頻率成分參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值。步驟S120，對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)。磁共振動態(tài)成像中圖像數(shù)據(jù)可以認(rèn)為是由部分可分離的時間基函數(shù)和相應(yīng)的空間基函數(shù)組成的，即認(rèn)為圖像函數(shù)P (r， t)的空間變化和時間變化是L階可分離的，L為頻率成分參數(shù)。因此利用部分可分離函數(shù)的性質(zhì)和傅里葉變換的線性特性，實(shí)際接收的信號數(shù)據(jù)S (k，t)可以表示為空間基函數(shù)C1 (k) 和時間基函數(shù)約(O這兩個獨(dú)立變量函數(shù)之和
S(k,t) = Σ°ι^)(Ρι( )(2)
=1通過公式(2)將實(shí)際接收的信號數(shù)據(jù)在時間空間聯(lián)合維度中的復(fù)雜運(yùn)動轉(zhuǎn)化為空間每一點(diǎn)的信號隨時間變化的問題。為了得到時間基函數(shù)仍⑷，需要從導(dǎo)航數(shù)據(jù)中提取出時間基函數(shù)。具體的，如圖3
6所示，對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)的步驟具體為步驟S122，從導(dǎo)航數(shù)據(jù)中抽取導(dǎo)航矩陣。將采集到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)抽取成導(dǎo)航數(shù)據(jù)矩陣
權(quán)利要求
1.一種磁共振動態(tài)成像方法，其特征在于，包括以下步驟進(jìn)行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)及動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)；根據(jù)所述時間基函數(shù)和所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測得到空間基函數(shù)；由所述時間基函數(shù)和所述空間基函數(shù)得到信號數(shù)據(jù)；對所述信號數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到磁共振圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁共振動態(tài)成像方法，其特征在于，所述對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)的步驟為從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)中抽取導(dǎo)航矩陣；對所述導(dǎo)航矩陣進(jìn)行奇異值分解得到所述導(dǎo)航矩陣的左特征向量，并估計(jì)頻率成分參數(shù)；按照由大到小的順序依次取頻率成分參數(shù)個左特征向量作為時間基函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振動態(tài)成像方法，其特征在于，所述進(jìn)行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)及動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的步驟包括在整個采樣時間中，保持對動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的采樣，獲得低維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)，并只在前段部分時間對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，得到低維導(dǎo)航數(shù)據(jù)；將所述低維導(dǎo)航數(shù)據(jù)及所述低維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)映射到高維空間得到高維導(dǎo)航數(shù)據(jù)及高維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；所述對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)中的導(dǎo)航數(shù)據(jù)為高維導(dǎo)航數(shù)據(jù)；所述根據(jù)所述時間基函數(shù)和所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測得到空間基函數(shù)中的動態(tài)圖像數(shù)據(jù)為高維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁共振動態(tài)成像方法，其特征在于，進(jìn)行采樣的每一條相位編碼線的重復(fù)時間滿足所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)在時間維度上的奈奎斯特采樣率，相位編碼方向采樣間隔滿足所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的在空間維度上的奈奎斯特采樣率，從所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)中獲取的采樣幀數(shù)大于頻率成分參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值。
5.—種磁共振動態(tài)成像系統(tǒng)，其特征在于，包括采集模塊，用于進(jìn)行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)及動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊，用于對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)；動態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)所述時間基函數(shù)和所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測得到空間基函數(shù) '及成像模塊，用于由所述時間基函數(shù)和所述空間基函數(shù)得到信號數(shù)據(jù)，并對所述信號數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到磁共振圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁共振動態(tài)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊包括抽取單元，用于從所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)中抽取導(dǎo)航矩陣 '及計(jì)算單元，用于對所述導(dǎo)航矩陣進(jìn)行奇異值分解得到所述導(dǎo)航矩陣的左特征向量，并估計(jì)頻率成分參數(shù)，同時按照由大到小的順序依次取頻率成分參數(shù)個左特征向量作為時間基函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁共振動態(tài)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述采集模塊包括數(shù)據(jù)采樣單元，用于在整個采樣時間中，保持對動態(tài)圖像數(shù)據(jù)的采樣，獲得低維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)，并只在前段部分時間對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，得到低維導(dǎo)航數(shù)據(jù) '及映射單元，用于將所述低維導(dǎo)航數(shù)據(jù)及所述低維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)映射到高維空間得到高維導(dǎo)航數(shù)據(jù)及高維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理模塊對所述高維導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)；所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)所述時間基函數(shù)和所述高維動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測得到空間基函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁共振動態(tài)成像系統(tǒng)，其特征在于，所述采集模塊在進(jìn)行采樣的過程中每一條相位編碼線的重復(fù)時間滿足所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)在時間維度上的奈奎斯特采樣率，相位編碼方向采樣間隔滿足所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)在時間維度上的奈奎斯特采樣率，從所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)中獲取的采樣幀數(shù)大于頻率成分參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值。
全文摘要
一種磁共振動態(tài)成像方法，其特征在于，包括以下步驟進(jìn)行采樣得到導(dǎo)航數(shù)據(jù)及動態(tài)圖像數(shù)據(jù)；對所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到時間基函數(shù)；根據(jù)所述時間基函數(shù)和所述動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測得到空間基函數(shù)；由所述時間基函數(shù)和所述空間基函數(shù)得到信號數(shù)據(jù)；對所述信號數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到磁共振圖像。上述磁共振動態(tài)成像方法，通過將動態(tài)成像復(fù)雜的圖像數(shù)據(jù)分離為時間基函數(shù)和空間基函數(shù)，只需采集高時間分辨率低空間分辨率的導(dǎo)航數(shù)據(jù)和高空間分辨率低時間分辨率的動態(tài)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行互補(bǔ)，減少了所需采集的數(shù)據(jù)，較大程度的提高了磁共振動態(tài)成像的成像速度。同時還提供了一種磁共振動態(tài)成像系統(tǒng)。
文檔編號A61B5/055GK102599910SQ20121009878
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者馮翔, 劉新, 梁棟, 謝國喜, 鄭海榮 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院