功能磁共振成像方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種功能磁共振成像方法，所述方法包括：獲取利用部分可分離函數(shù)算法的采樣模式在(k-t)空間采集到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)；根據(jù)所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)得到時(shí)間基函數(shù)；根據(jù)所述時(shí)間基函數(shù)和所述測(cè)量數(shù)據(jù)，引入二范數(shù)約束構(gòu)造重建模型，利用所述重建模型得到最優(yōu)的空間基函數(shù)；根據(jù)所述最優(yōu)的空間基函數(shù)和L階的部分可分離函數(shù)算法模型，獲得重建后的功能磁共振圖像。采用本方法，能夠有效減少圖像偽影和重建噪聲，提高圖像質(zhì)量。此外還提供一種功能磁共振成像裝置。
【專利說明】功能磁共振成像方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及磁共振【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種功能磁共振成像方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] fMRI (functional magnetic resonance imaging，功能性磁共振成像）是一種新 興的神經(jīng)影像學(xué)方式，能夠無創(chuàng)傷地對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)進(jìn)行較準(zhǔn)確的定位。目前應(yīng)用最廣的是 B0LD(Blood Oxygenation Level Dependent，血氧合度依賴）效應(yīng)的fMRI jOLD腦功能磁共 振成像方法主要是利用EPI序列（Echo-Planar Imaging,回波平面成像）采集方式進(jìn)行快 速成像。但EPI序列本身對(duì)磁場(chǎng)硬件梯度的要求過高，而且EPI序列采集方式會(huì)使得圖像的 空間分辨率較低，容易出現(xiàn)圖像幾何畸變，使得某些功能信號(hào)丟失或產(chǎn)生錯(cuò)誤的功能激活 區(qū)。在BOLD腦功能磁共振成像過程中需要對(duì)腦部（全腦或某一區(qū)域）進(jìn)行多次重復(fù)掃描， 由于重復(fù)掃描的圖像之間具有高度的相關(guān)性，因此越來越多的研究者從稀疏采樣理論出發(fā) 研究磁共振成像方法。目前，稀疏采樣理論的數(shù)學(xué)模型主要有兩種，一是美國伊利諾伊大學(xué) 梁志培教授提出的部分可分離函數(shù)算法（Partial Separable Functions,簡(jiǎn)稱PSF)，另一 種是美國斯坦福大學(xué)Donoho教授提出的壓縮傳感理論（Compressed Sensing)。在這兩種 稀疏理論數(shù)學(xué)模型中，部分可分離函數(shù)算法是一種動(dòng)態(tài)成像方法，它通過將動(dòng)態(tài)磁共振信 號(hào)分解為與空間和時(shí)間相關(guān)的函數(shù)參數(shù)進(jìn)行成像，兩者相互獨(dú)立，由此克服了傳統(tǒng)磁共振 成像時(shí)間和空間分辨率此消彼長的制約關(guān)系，還可以實(shí)現(xiàn)高時(shí)間和高空間分辨率成像。由 于部分可分離函數(shù)算法是通過常規(guī)的最小二乘法來進(jìn)行擬合估計(jì)得到磁共振圖像的，因此 往往會(huì)造成對(duì)丟失的、未采集數(shù)據(jù)的擬合不夠準(zhǔn)確，并且會(huì)對(duì)噪聲進(jìn)行重建，由此產(chǎn)生了圖 像偽影和重建噪聲，導(dǎo)致磁共振圖像質(zhì)量下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于此，有必要針對(duì)上述技術(shù)問題，提供一種有效減少圖像偽影和重建噪聲，提高 圖像質(zhì)量的功能磁共振成像方法和裝置。
[0004] -種功能磁共振成像方法，所述方法包括：
[0005] 獲取利用部分可分離函數(shù)算法的采樣模式在（k_t)空間采集到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)和測(cè) 量數(shù)據(jù)；
[0006] 根據(jù)所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)得到時(shí)間基函數(shù)；
[0007] 根據(jù)所述時(shí)間基函數(shù)和所述測(cè)量數(shù)據(jù)，引入二范數(shù)約束構(gòu)造重建模型，利用所述 重建模型得到最優(yōu)的空間基函數(shù)；
[0008] 根據(jù)所述最優(yōu)的空間基函數(shù)和L階的部分可分離函數(shù)算法模型，獲得重建后的功 能磁共振圖像。
[0009] 一種功能磁共振成像裝置，所述裝置包括：
[0010] 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取利用部分可分離函數(shù)算法的采樣模式在（k-t)空間采集 到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)； toon] 時(shí)間基函數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)得到時(shí)間基函數(shù)；
[0012] 空間基函數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)所述時(shí)間基函數(shù)和所述測(cè)量數(shù)據(jù)，引入二范數(shù)約 束構(gòu)造重建模型，利用所述重建模型得到最優(yōu)的空間基函數(shù)；
[0013] 成像模塊，用于根據(jù)所述最優(yōu)的空間基函數(shù)和L階的部分可分離函數(shù)算法模型， 獲得重建后的功能磁共振圖像。
[0014] 上述功能磁共振成像方法和裝置，通過獲取利用部分可分離函數(shù)算法的采樣模式 在（k_t)空間采集到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)得到時(shí)間基函數(shù)，根據(jù)時(shí)間基 函數(shù)和測(cè)量數(shù)據(jù)，引入二范數(shù)約束構(gòu)造重建模型，利用重建模型得到最優(yōu)的空間基函數(shù)，根 據(jù)最優(yōu)的空間基函數(shù)和L階的部分可分離函數(shù)算法模型，獲得重建后的磁共振圖像。由于 引入了二范數(shù)約束，在常規(guī)的部分可分離函數(shù)算法基礎(chǔ)上對(duì)空間基函數(shù)進(jìn)行了稀疏限制和 平滑約束，由此克服了常規(guī)的部分可分離函數(shù)算法通過采用最小二乘法擬合不準(zhǔn)確的問 題，并且避免了由于最小二乘法對(duì)圖像噪聲的重建，有效提高了磁共振圖像的質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為一個(gè)實(shí)施例中功能磁共振成像方法的流程圖；
[0016] 圖2為一個(gè)實(shí)施例中功能磁共振成像方法的效果圖；
[0017] 圖3為一個(gè)實(shí)施例中功能磁共振成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖4為另一個(gè)實(shí)施例中功能磁共振成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖5為一個(gè)實(shí)施例中成像模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1所示，提供了一種功能磁共振成像方法，該方法具體包 括：
[0022] 步驟102,獲取利用部分可分離函數(shù)算法的采樣模式在（k_t)空間采集到的導(dǎo)航 數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0023] 由于很難通過密集采樣獲取MR (magnetic resonance,磁共振）數(shù)據(jù)，空間分辨 率和時(shí)間分辨率之間會(huì)出現(xiàn)此消彼長的問題，也就是若空間分辨率提高了，則時(shí)間分辨率 會(huì)下降，反之，若時(shí)間分辨率提高了，則空間分辨率會(huì)下降。部分可分離函數(shù)算法即PSF理 論模型，通過假設(shè)圖像函數(shù)在時(shí)間維度和空間維度上是部分可分離的，可以解決這個(gè)問題。 PSF理論模型，可以簡(jiǎn)單的由下面的公式表示

【權(quán)利要求】
1. 一種功能磁共振成像方法，所述方法包括： 獲取利用部分可分離函數(shù)算法的采樣模式在（k-t)空間采集到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù) 據(jù)； 根據(jù)所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)得到時(shí)間基函數(shù)； 根據(jù)所述時(shí)間基函數(shù)和所述測(cè)量數(shù)據(jù)，引入二范數(shù)約束構(gòu)造重建模型，利用所述重建 豐旲型得到最優(yōu)的空間基函數(shù)； 根據(jù)所述最優(yōu)的空間基函數(shù)和L階的部分可分離函數(shù)算法模型，獲得重建后的功能磁 共振圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述重建模型的公式為：
其中，為空間基函數(shù)，i為空間基函數(shù)的簡(jiǎn)寫，為單位算子，N為圖像矩陣的 所有像素點(diǎn)數(shù)，L為模階，d為測(cè)量數(shù)據(jù)，Q為空間稀疏采樣因子，F(xiàn)k為把時(shí)空?qǐng)D像轉(zhuǎn)化到 k空間的三維傅里葉變換，奶(0為時(shí)間基函數(shù)，Il Il丨為二范數(shù)約束，入為正則化參數(shù)，所 述空間基函數(shù)的初始值為0。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述時(shí)間基函數(shù)和所述測(cè)量數(shù) 據(jù)，引入二范數(shù)約束構(gòu)造重建模型，利用所述重建模型得到最優(yōu)的空間基函數(shù)的步驟之后， 還包括： 對(duì)所述重建模型的公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到所述重建模型的等價(jià)公式，所述等價(jià)公式為： (Cl^t)11 F^'aF^ + Aiy^) = cp^t)" FlnOJ1Cl 其中，H為NXL矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，I為單位算子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述重建模型得到最優(yōu)的空間 基函數(shù)的步驟之前，還包括： 調(diào)節(jié)所述重建模型中的正則化參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述最優(yōu)的空間基函數(shù)和L階的 部分可分離函數(shù)算法模型，獲得重建后的功能磁共振圖像的步驟包括： 將所述最優(yōu)的空間基函數(shù)和所述時(shí)間基函數(shù)調(diào)入所述L階的部分可分離函數(shù)算法模 型； 通過所述L階的部分可分離函數(shù)算法模型獲得時(shí)間維度上重建后的功能磁共振圖像。
6. -種功能磁共振成像裝置，其特征在于，所述裝置包括： 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取利用部分可分離函數(shù)算法的采樣模式在（k-t)空間采集到的 導(dǎo)航數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)； 時(shí)間基函數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)所述導(dǎo)航數(shù)據(jù)得到時(shí)間基函數(shù)； 空間基函數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)所述時(shí)間基函數(shù)和所述測(cè)量數(shù)據(jù)，引入二范數(shù)約束構(gòu) 造重建模型，利用所述重建模型得到最優(yōu)的空間基函數(shù)； 成像模塊，用于根據(jù)所述最優(yōu)的空間基函數(shù)和L階的部分可分離函數(shù)算法模型，獲得 重建后的功能磁共振圖像。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述重建模型的公式為：
其中，C/@為空間基函數(shù)，A為空間基函數(shù)的簡(jiǎn)寫，為單位算子，N為圖像矩陣 的所有像素點(diǎn)數(shù)，L為模階，d為測(cè)量數(shù)據(jù)，Q為空間稀疏采樣因子，F(xiàn)k為把時(shí)空?qǐng)D像轉(zhuǎn)化到 k空間的三維傅里葉變換，仍(0為時(shí)間基函數(shù)，Il g為二范數(shù)約束，A為正則化參數(shù)，所 述空間基函數(shù)的初始值為0。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括： 轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)所述重建模型的公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到所述重建模型的等價(jià)公式，所述 等價(jià)公式為： F^O^aF^in + AI^.ir) - (p,(t)n FlnQnd 其中，H為NXL矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，I為單位算子。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述空間基函數(shù)獲取模塊還用于調(diào)節(jié)所 述重建模型中的正則化參數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述成像模塊包括： 調(diào)入模塊，用于將所述最優(yōu)的空間基函數(shù)和所述時(shí)間基函數(shù)調(diào)入所述L階的部分可分 離函數(shù)算法模型； 重建模塊，用于通過所述L階的部分可分離函數(shù)算法模型獲得時(shí)間維度上重建后的功 能磁共振圖像。
【文檔編號(hào)】A61B5/055GK104337517SQ201410559198
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】史彩云, 謝國喜, 張麗娟, 劉新, 鄭海榮 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院