一種基于預(yù)掃描和非均勻采樣的薄層快速磁共振成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于預(yù)掃描和非均勻采樣的薄層快速磁共振成像方法，此方法適用于層厚較薄的多層磁共振成像過程。在成像過程中，由于層厚薄磁共振信號的信噪比較差，通常需要使用對同一層面信號進(jìn)行多次采集然后平均的方式來提高信噪比，這使得成像時間較長。本發(fā)明公開的成像方法首先通過對各掃描層的單次預(yù)掃描獲取各層信噪比較低的數(shù)據(jù)，然后對各層k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取各層k空間數(shù)據(jù)中大信號的位置信息。在接下來的重復(fù)掃描過程中，結(jié)合非均勻采樣方法只對各層k空間中的大信號區(qū)域多次采樣提高信噪比，而不是對整個k空間進(jìn)行多次采樣。通過這種方法實現(xiàn)在更短時間內(nèi)獲取和傳統(tǒng)方法相比質(zhì)量相當(dāng)或更高質(zhì)量的圖像。
【專利說明】一種基于預(yù)掃描和非均勾采樣的薄層快速磁共振成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于磁共振成像領(lǐng)域，涉及一種基于預(yù)掃描和非均勻采樣的薄層快速磁共 振成像方法。適用于要求掃描層厚較薄，掃描層數(shù)較多或要求掃描時間較短的磁共振成像 場合。 技術(shù)背景
[0002] MRI (Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像）技術(shù)是一種從20世紀(jì)80年代 開始在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中投入臨床應(yīng)用的一種影像診斷技術(shù)。其基本原理是利用NMR(Nuclear Magnetic Resonance,核磁共振）現(xiàn)象，通過不同的RF (Radio Frequency,射頻）脈沖序列對 生物組織進(jìn)行激勵，使其原子核共振并產(chǎn)生可以探測的核磁共振信號。同時利用梯度磁場 對組織信號進(jìn)行空間定位，并利用接收線圈檢測組織的磁共振信號，最終形成磁共振圖像。
[0003] 磁共振成像設(shè)備昂貴，同時由于其成像原理的限制，和CT等醫(yī)學(xué)影像技術(shù)相比， 成像時間相對較長。這些因素使得磁共振成像技術(shù)的使用成本非常高，限制了磁共振成像 技術(shù)在臨床診斷中更廣泛的使用。同時由于現(xiàn)有的商用磁共振成像儀多為半封閉結(jié)構(gòu)，成 像過程中病人需要呆在一個狹小的半封閉空間中，忍受成像時儀器產(chǎn)生的噪聲。過長的成 像時間可能會使病人的身心產(chǎn)生不良感受，有的病人甚至?xí)a(chǎn)生聽力損傷和幽閉癥?？s短 磁共振掃描時間對降低磁共振成像成本、減少成像對病患產(chǎn)生的不良感受有很大意義。
[0004] 在層厚較薄的多層磁共振成像過程中，由于層厚較薄，單次掃描所獲得的圖像信 噪比不高，難以滿足診斷需要，通常需要對同一層進(jìn)行多次掃描累加然后平均的方式提高 信噪比。信噪比提高的倍數(shù)和掃描次數(shù)的關(guān)系為= 其中R為信噪比提高的倍數(shù)，η為 掃描次數(shù)，因此成像時間過長的問題在層厚較薄的多層掃描過程中尤其突出。
[0005] 磁共振成像過程中的k空間數(shù)據(jù)有較強(qiáng)的稀疏性，即k空間中大信號數(shù)量較少，小 信號甚至零信號數(shù)量較多。k空間中有非常多的小信號和零信號，它們對圖像質(zhì)量貢獻(xiàn)微 弱，對這些信號的反復(fù)采集浪費了大量的采集時間。如果能夠?qū)⑦@些采集時間節(jié)省下來或 者分配到大信號的采集過程中，將更快更好的獲得掃描圖像。
[0006] 隨意減少k空間采樣點的數(shù)量，不一定能顯著減少采樣時間。因為采樣時間和采 樣過程中的TR(Time of R印etition,重復(fù)時間）數(shù)量密切相關(guān)，但是和一次TR中的采樣點 數(shù)關(guān)系不大。所以如果只是減少了 TR中的采樣點數(shù)，而沒有減少TR的數(shù)量，對大幅減少采 樣時間意義不大。采用非均勻采樣軌跡可以很好的在減少采樣點的同時減少TR次數(shù)，從而 大幅減少采樣時間。
[0007] 本發(fā)明公開的成像方法希望同時利用k空間信號的稀疏性和非均勻采樣方法在 更短時間內(nèi)獲取與傳統(tǒng)成像方法相比同等或更高質(zhì)量的磁共振圖像。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對技術(shù)背景中描述的多層磁共振成像速度慢的問題，本發(fā)明通過利用磁共振成 像k空間數(shù)據(jù)較為稀疏的特點結(jié)合非均勻采樣技術(shù)提出一種新的快速成像方法。
[0009] -種基于預(yù)掃描和非均勻采樣的薄層快速磁共振成像方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟1、對需要掃描的各層進(jìn)行單次預(yù)掃描，獲得各層k空間數(shù)據(jù)；
[0011] 步驟2、通過對預(yù)掃描結(jié)果的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，提取各層中大信號的位置信 息；
[0012] 步驟3、根據(jù)步驟2獲取的各層大信號的位置信息，為各層選擇在相同的頻率編碼 和相位編碼數(shù)量下能夠覆蓋更多的大信號區(qū)域的非均勻采樣軌跡和軌跡參數(shù)；
[0013] 步驟4、根據(jù)步驟3得到的非均勻采樣軌跡及軌跡參數(shù)對各層進(jìn)行多次掃描；
[0014] 步驟5、將步驟4中非均勻采樣獲得的數(shù)據(jù)分配到等間距均勻網(wǎng)格點上，通過傅里 葉逆變換得到各層圖像。
[0015] 如上所述的步驟1中預(yù)掃描所采用的掃描軌跡為均勻笛卡爾采樣軌跡。
[0016] 如上所述的步驟2中對k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計的具體篩選標(biāo)準(zhǔn)包括：按照a的大小 篩選、按照b的大小篩選、按照a的絕對值大小篩選、按照b的絕對值篩選、按照

【權(quán)利要求】
1. 一種基于預(yù)掃描和非均勻采樣的薄層快速磁共振成像方法，其特征在于，包括以下 步驟： 步驟1、對需要掃描的各層進(jìn)行單次預(yù)掃描，獲得各層k空間數(shù)據(jù)；步驟2、通過對預(yù)掃 描結(jié)果的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，提取各層中大信號的位置信息； 步驟3、根據(jù)步驟2獲取的各層大信號的位置信息，為各層選擇在相同的頻率編碼和相 位編碼數(shù)量下能夠覆蓋更多的大信號區(qū)域的非均勻采樣軌跡和軌跡參數(shù)； 步驟4、根據(jù)步驟3得到的非均勻采樣軌跡及軌跡參數(shù)對各層進(jìn)行多次掃描； 步驟5、將步驟4中非均勻采樣獲得的數(shù)據(jù)分配到等間距均勻網(wǎng)格點上，通過傅里葉逆 變換得到各層圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)掃描和非均勻采樣的薄層快速磁共振成像方法， 其特征在于，所述的步驟1中預(yù)掃描所采用的掃描軌跡為均勻笛卡爾采樣軌跡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)掃描和非均勻采樣的薄層快速磁共振成像方法， 其特征在于，所述的步驟2中對k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計的具體篩選標(biāo)準(zhǔn)包括：按照a的大小篩 選、按照b的大小篩選、按照a的絕對值大小篩選、按照b的絕對值篩選、按照
的大 小篩選、按照a/b的大小篩選和按照a/b的絕對值的大小篩選；其中，a和b為k空間數(shù)據(jù) 的實部和虛部，針對采集的目標(biāo)物理量不同，采用不同的篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)掃描和非均勻采樣的薄層快速磁共振成像方法， 其特征在于，所述的步驟3中使用的采樣序列為UTE類型的脈沖序列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)掃描和非均勻采樣的薄層快速磁共振成像方法， 其特征在于，所述的步驟3中的非均勻采樣軌跡包括：非均勻笛卡爾采樣軌跡、輻射形采樣 軌跡、螺旋形采樣軌跡和漸開線形采樣軌跡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于預(yù)掃描和非均勻采樣的薄層快速磁共振成像方法， 其特征在于，所述的步驟5中，對于非均勻采樣獲得的數(shù)據(jù)分配到等間距均勻網(wǎng)格點上采 用點擴(kuò)散函數(shù)法，使用的點擴(kuò)散函數(shù)為卡塞爾-貝塞爾函數(shù)。
【文檔編號】A61B5/055GK104042216SQ201410313197
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】呂植成, 周欣, 孫獻(xiàn)平, 蔣濱, 葉朝輝, 劉買利 申請人:中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所