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K空間重建方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種K空間重建方法，包括：多次激發(fā)平面回波成像序列，并行采集K空間數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包含至少兩個數(shù)據(jù)組，各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度，且各數(shù)據(jù)組之間有重疊部分；將所述每個數(shù)據(jù)組內的相位編碼線按照采集方向不同進一步劃分為第一小組和第二小組，所述第一小組內的相位編碼線與所述第二小組內的相位編碼線采集方向相反；將各小組加入K空間固定，每小組加入時尋找與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置固定；利用優(yōu)化后的K空間數(shù)據(jù)進行欠采樣數(shù)據(jù)填充，實現(xiàn)K空間的重建。本發(fā)明不需要額外采集校準數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)EPI偽影矯正，節(jié)省采集時間，提高了成像速度。
【專利說明】K空間重建方法及裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及磁共振成像領域，尤其涉及一種K空間重建方法及裝置。

【背景技術】
[0002]平面回波成像(echo planar imaging,EPI)是基于方向相反的頻率讀出梯度交替采集MR信號的奇、偶回波。由于成像物體的磁敏感性、化學位移及磁場不均勻性等因素引起的偏振效應，導致K空間數(shù)據(jù)在相位編碼上產(chǎn)生相位調制。信號接收回路以及濾波器的相位偏移會導致采集的奇、偶回波之間出現(xiàn)相位移動。此外，高速梯度的開關場導致的渦流也會影響回波時序的準確性。所有這些因素導致經(jīng)過傅立葉變換重建的EPI圖像在相位編碼方向存在明顯的偽影，嚴重破壞了圖像的質量。參見圖1，預想采集數(shù)據(jù)如圖1(a)所示，實際采集到的數(shù)據(jù)如圖1(b)所示。在圖1(b)中，粗線和細線分成了兩組，相互之間有一個移位。偽影可以通過優(yōu)化掃描參數(shù)、改善濾波器的性能、提高靜磁場的均勻性、減小梯度渦流等措施得以控制。但是由于系統(tǒng)硬件性能的提高是有限的，低強度的偽影幾乎總是出現(xiàn)在EPI圖像中。
[0003]為了克服這一缺點，人們提出了各種各樣的基于后處理的偽影消除方法。
[0004]Buonocore 在 J.Magn Resorn Med2001,45 (I):96 ?108 中提出了基于奇、偶重建的偽影消除方法。但是該方法要求偽影與目標圖像不完全重疊，而實際圖像中目標和偽影往往是重疊的，因此該方法在實際應用中效果并不十分理想。此外，該方法還假設奇、偶相位差是按線性變化的，這進一步限制了它的應用。K.J Lee在J.Magn Reson Med2002,47(4):812?817中提出了基于凸集投影的方法來校正相位，但他假設目標圖像和含有偽影的圖像相位差是按線性變化的，同時假設每一行的相位差是按同一參數(shù)變化的。此外還有人提出用二階矩的方法，但該方法要求圖像是對稱的，同時要求奇偶相位差按線性變化，且所有行的相位差按同一參數(shù)變化。
[0005]目前比較常用的方法是采用相位恢復的方法消除偽影。在采集K空間數(shù)據(jù)時，共采集兩部分數(shù)據(jù):應采集數(shù)據(jù)和校準數(shù)據(jù)，通過對采集到的校準數(shù)據(jù)進行分析，對應采集數(shù)據(jù)進行校正，以消除偽影。但是，采集校準數(shù)據(jù)增加了額外的時間損耗，對于高倍數(shù)加速的采集，采集校準數(shù)據(jù)所耗費的時間會大大限制成像速度。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明要解決的問題是提供一種K空間重建方法及裝置，以避免額外采集校準數(shù)據(jù)，利用校準數(shù)據(jù)對采集的K空間數(shù)據(jù)進行校正。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明技術方案提供的K空間重建的方法，包括以下步驟:
[0008]a,多次激發(fā)平面回波成像序列，并行采集K空間數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包含至少兩個數(shù)據(jù)組，各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度，且各數(shù)據(jù)組之間有重疊部分；
[0009]b，將所述每個數(shù)據(jù)組內的相位編碼線按照采集方向不同進一步劃分為第一小組和第二小組，所述第一小組內的相位編碼線與所述第二小組內的相位編碼線采集方向相反；
[0010]C，將各小組加入K空間固定，每小組加入時尋找與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置固定；
[0011]d，利用上述步驟C的K空間數(shù)據(jù)進行欠采樣數(shù)據(jù)填充，實現(xiàn)K空間的重建。
[0012]進一步地，所述步驟a中，所述并行采集K空間數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包含至少兩個數(shù)據(jù)組的步驟中，所述各數(shù)據(jù)組對應的加速因子的值相同或不同。
[0013]進一步地，所述步驟a中，所述各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度的步驟中，所述角度為大于O度且小于180度。
[0014]進一步地，所述步驟a中，所述各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度的步驟中，所述角度為90度。
[0015]進一步地，所述步驟c中，所述每小組加入時尋找與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置固定，進一步包括以下步驟:
[0016]Cl，將一小組放入K空間中，橫向和/或縱向移動該小組，使該小組與已加入K空間的其余小組之間有重疊部分；
[0017]c2,分別取出該小組與已加入K空間的其余小組之間的重疊部分，并將其統(tǒng)一插值到同一公共網(wǎng)格空間，計算所述重疊部分的相似性值；
[0018]c3，重復步驟Cl和c2，以獲得該小組在K空間中多個位置處所對應的與已加入K空間的其余小組之間的重疊部分的相似性值；
[0019]c4，將獲得的多個相似性值進行對比，確定該小組與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置，將該小組加入K空間固定。
[0020]進一步地，所述步驟c2中，所述計算所述重疊部分的相似性值的步驟具體為:利用方差估計方法或相關性估計方法計算所述重疊部分的相似性值。
[0021]進一步地，所述步驟c2中，計算所述重疊部分的相似性值之前，還包括以下步驟:對所述取出的該小組與已加入K空間的其余小組之間的重疊部分分別取模值。
[0022]為了解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種K空間成像裝置，包括:
[0023]采集單元，適于通過多次激發(fā)平面回波成像序列，并行采集K空間數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包含至少兩個數(shù)據(jù)組，各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度，且各數(shù)據(jù)組之間有重疊部分；
[0024]分組單元，適于將所述每個數(shù)據(jù)組內的相位編碼線按照采集方向不同進一步劃分為第一小組和第二小組，所述第一小組內的相位編碼線與所述第二小組內的相位編碼線采集方向相反；
[0025]校正單元，適于將各小組加入K空間固定，每小組加入時尋找與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置固定；
[0026]重建單元，適于利用經(jīng)過校正單元校正的K空間數(shù)據(jù)進行欠采樣數(shù)據(jù)填充，實現(xiàn)K
空間的重建。
[0027]本發(fā)明技術方案通過多次激發(fā)平面回波成像序列，采集多組K空間數(shù)據(jù)，各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度，組與組之間有重疊部分，利用重疊部分的數(shù)據(jù)，對采集的K空間數(shù)據(jù)進行校正，實現(xiàn)偽影消除。本發(fā)明技術方案不需要額外采集校準數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)平面回波成像中的偽影矯正，節(jié)省了采集校準數(shù)據(jù)需要耗費的時間，提高了磁共振的成像速度。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0028]圖1a是激發(fā)EPI后，在實際情況下K空間數(shù)據(jù)的采集軌跡示意圖；
[0029]圖1b是激發(fā)EPI后，理想情況下的K空間數(shù)據(jù)的采集軌跡示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明K空間重建方法的流程示意圖；
[0031]圖3是本發(fā)明實施例中采集K空間數(shù)據(jù)時相位編碼和頻率編碼方向上的梯度示意圖；
[0032]圖4是本發(fā)明實施例中分兩組采集K空間數(shù)據(jù)的采集軌跡示意圖；
[0033]圖5是本發(fā)明實施例中將采集到的數(shù)據(jù)組進一步劃分為兩個小組的示意圖；
[0034]圖6是本發(fā)明實施例中將采集到的K空間數(shù)據(jù)加入K空間固定的示意圖；
[0035]圖7是本發(fā)明實施例中對兩小組數(shù)據(jù)之間的相對位置進行矯正的示意圖；
[0036]圖8是本發(fā)明K空間重建裝置的結構示意圖。

【具體實施方式】
:
[0037]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0038]圖2是本發(fā)明K空間重建方法的流程示意圖。請參考圖1，所述K空間重建方法包括以下步驟:
[0039]a,多次激發(fā)平面回波成像序列，并行采集K空間數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包含至少兩個數(shù)據(jù)組，各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度，且各數(shù)據(jù)組之間有重疊部分；
[0040]b，將所述每個數(shù)據(jù)組內的相位編碼線按照采集方向不同進一步劃分為第一小組和第二小組，所述第一小組內的相位編碼線與所述第二小組內的相位編碼線采集方向相反；
[0041]C，將各小組加入K空間固定，每小組加入時尋找與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置固定；
[0042]d，利用步驟c的K空間數(shù)據(jù)進行欠采樣數(shù)據(jù)填充，實現(xiàn)K空間的重建。
[0043]下面結合具體實施例對本發(fā)明技術方案作進一步詳細的說明。
[0044]實施例一
[0045]多次激發(fā)EPI (multishot EPI，MS—EPI)，并行采集K空間數(shù)據(jù)。其中，一次射頻脈沖激發(fā)后利用讀出梯度場連續(xù)切換采集多個梯度回波，填充K空間的多條相位編碼線，需要多次射頻脈沖激發(fā)和相應次數(shù)的EPI采集及數(shù)據(jù)迂回填充才能完成整個K空間的填充。MS-EPI所需要進行的激發(fā)次數(shù)，取決于K空間相位編碼步級和回波鏈長度(ETL)。如K空間相位編碼步級為128，ETL=16，則需要進行8次激發(fā)。
[0046]在實際采集K空間數(shù)據(jù)之前，將要采集的K空間數(shù)據(jù)劃分為多個數(shù)據(jù)組，所述多個數(shù)據(jù)組兩兩之間在頻率編碼方向上互成一定角度，且有部分數(shù)據(jù)重疊。為了便于說明，本實施例將要采集的K空間數(shù)據(jù)劃分為兩組，兩個數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上的夾角為90度，且每個數(shù)據(jù)組按照一定的加速因子，一定的軌跡進行采集，具體以并行采集加速因子為2進行說明。
[0047]圖3是本發(fā)明實施例中采集K空間數(shù)據(jù)時相位編碼和頻率編碼方向上的梯度示意圖。請參考圖3，激發(fā)EPI脈沖序列，以采集數(shù)據(jù)組a和數(shù)據(jù)組b，采集數(shù)據(jù)組a與采集數(shù)據(jù)組b所用序列相當于梯度互換，即Gpe' =Geo,Geo/ =Gpe,這里Gkj=GX,Gpe=GY,即a組的頻率編碼方向沿X方向，相位編碼沿Y方向。需要說明的是，在圖3中，所示序列忽略層選梯度以及射頻脈沖等細節(jié)。
[0048]圖4是本發(fā)明實施例中分兩組采集K空間數(shù)據(jù)的采集軌跡示意圖。請參考圖4，圖中實線代表實際采集的數(shù)據(jù)，虛線表示欠采集數(shù)據(jù)，a組的相位編碼方向沿Y方向，b組的相位編碼方向沿X方向，頻率編碼方向垂直于相位編碼方向，即對于圖4所示的采樣，在采集數(shù)據(jù)組a和數(shù)據(jù)組b的時候，脈沖序列的相位編碼和頻率編碼梯度互換。在該圖中僅顯示了兩組數(shù)據(jù)中的部分數(shù)據(jù)。如圖所示，數(shù)據(jù)組a在Y方向上欠采樣，數(shù)據(jù)組b在X方向上欠采樣，數(shù)據(jù)組a和數(shù)據(jù)組b在頻率編碼方向上成90度，且兩者之間有部分數(shù)據(jù)重疊。
[0049]接下來，需要對采集得到的數(shù)據(jù)組a和數(shù)據(jù)組b進行優(yōu)化處理，具體為:將所述每個數(shù)據(jù)組內的相位編碼線按照采集方向不同進一步劃分為第一小組和第二小組，所述第一小組內的相位編碼線與所述第二小組內的相位編碼線采集方向相反；將各小組加入K空間固定，每小組加入時尋找與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置固定。
[0050]將采集得到的數(shù)據(jù)組a和數(shù)據(jù)組b中的每一個數(shù)據(jù)組進一步劃分為兩個小組。以數(shù)據(jù)組a為例，對將一個數(shù)據(jù)組進一步劃分為兩個小組的過程進行說明。圖5是本發(fā)明實施例中將采集到的數(shù)據(jù)組a進一步劃分為小組al和小組a2的示意圖。圖中箭頭表示沿一條相位編碼線采集數(shù)據(jù)時的采集方向，按照數(shù)據(jù)采集方向不同，將數(shù)據(jù)組a進一步劃分為小組al和小組a2，小組al與小組a2內的數(shù)據(jù)的采集方向相反，同一小組內數(shù)據(jù)的采集方向相同。
[0051]圖6是本發(fā)明實施例中將采集到的K空間數(shù)據(jù)加入K空間固定的示意圖。請參考圖6，將小組al、a2和小組bl、b2加入K空間中，每一個小組加入K空間時，尋找與已加入K空間的其他小組相關性最強的位置固定。首先，選取任一小組為基準組，如小組al，將該小組加入K空間中固定。請參考圖7，然后將小組al和小組bI取出，放入同一 K空間中，橫向和/或縱向移動小組bl，使小組al和小組bl之間有重疊部分。將小組al與小組bl重疊部分的數(shù)據(jù)抽出，得到兩個數(shù)據(jù)組Dl和D2，將Dl和D2插值到同一公共網(wǎng)格空間，以計算該重疊部分的相似性值。為了避免采集過程中平移運動的影響，在計算所述重疊部分的相似性值之前，對Dl和D2進行取模值。此處計算所述重疊部分的相似性值的步驟，具體為:通過方差估計或correlat1n估計等方法進行計算。將計算得到的所述重疊部分的相似性值記錄下來。然后，通過多次橫向和/或縱向移動小組bl，獲得小組al和小組bl之間的多個重疊部分，按照前述計算小組之間重疊部分的相似性值的步驟，計算獲得的小組al和小組bl之間的多個重疊部分的相似性值。最后，將計算得到的多個重疊部分對應的相似性值進行比較，以確定最佳值，所述最佳值對應的小組bl與小組al的相對位置就是小組bl與小組al相關性最強的位置，根據(jù)該位置將小組bl加入K空間固定。此處確定最佳值的步驟具體可以為尋找方差最小值。按照相同的方法，尋找小組a2與已固定小組bl相關性最強的位直，將小組a2加入K空間固定。尋找小組b2與已固定小組al、a2之間相關性最強的位置，將小組b2加入K空間固定。
[0052]將小組a2加入到K空間時，尋找與已固定的其余組相關性最強的位置，即尋找小組a2與小組al、bl之間相關性最強的位置，但是由于小組al與小組a2數(shù)據(jù)采集方向平行，兩小組之間沒有重疊部分，因此在將a2組加入K空間時，無需對兩組的相關性進行計算。同理，將小組b2加入到K空間時，無需對小組bl和小組b2之間的相關性進行計算。
[0053]需要說明的是，將小組al、a2、bl、b2加入K空間時，在時間先后上無限制，可以將小組al作為基準組先加入K空間，也可以將小組a2、bl或b2作為基準組最先加入K空間。
[0054]將采集到的K空間數(shù)據(jù)重新放入K空間后，填充在K空間相位編碼線上的數(shù)據(jù)已經(jīng)得到了優(yōu)化。利用這些經(jīng)過優(yōu)化的K空間數(shù)據(jù)，進行后續(xù)欠采樣數(shù)據(jù)填補及圖像重建，能夠消除因相位偏移引起的圖像偽影。另外，利用本實施例的K空間重建方法，無需額外采集校準數(shù)據(jù)，節(jié)約了采集時間，提高了磁共振成像速度。
[0055]對應上述K空間重建方法，本實施例還提供了一種K空間重建裝置，如圖8所示，包括以下單元:
[0056]采集單元81，適于通過多次激發(fā)平面回波成像序列，并行采集K空間數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包含至少兩個數(shù)據(jù)組，各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度，且各數(shù)據(jù)組之間有重疊部分；
[0057]分組單元82，適于將所述每個數(shù)據(jù)組內的相位編碼線按照采集方向不同進一步劃分為第一小組和第二小組，所述第一小組內的相位編碼線與所述第二小組內的相位編碼線采集方向相反；
[0058]校正單元83，適于將各小組加入K空間固定，每小組加入時尋找與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置固定；
[0059]重建單元84，適于利用經(jīng)過校正單元校正的K空間數(shù)據(jù)進行欠采樣數(shù)據(jù)填充，實現(xiàn)K空間的重建。
[0060]本實施例中，所述K空間重建裝置的具體實施可參考本實施例中所述用于回波平面成像中偽影校正的方法的實施，在此不再贅述。
[0061]綜上，本發(fā)明提供的K空間重建方法及裝置，多次激發(fā)平面回波成像序列，采集多組K空間數(shù)據(jù)，利用重疊部分的數(shù)據(jù)，計算各數(shù)據(jù)組之間的相似性值，以確定各數(shù)據(jù)組之間的相對位置，將采集到的數(shù)據(jù)加入K空間固定。本發(fā)明技術方案對在采集過程中發(fā)生相位偏移的數(shù)據(jù)進行相位恢復，實現(xiàn)偽影的校正，同時不需要額外采集校準數(shù)據(jù)，縮短了采集時間，提高了磁共振的成像速度。
[0062]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護范圍當以權利要求書所界定的為準。
【權利要求】
1.一種K空間重建方法，其特征在于，包括以下步驟: a,多次激發(fā)平面回波成像序列，并行采集K空間數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包含至少兩個數(shù)據(jù)組，各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度，且各數(shù)據(jù)組之間有重疊部分； b，將所述每個數(shù)據(jù)組內的相位編碼線按照采集方向不同進一步劃分為第一小組和第二小組，所述第一小組內的相位編碼線與所述第二小組內的相位編碼線采集方向相反； C，將各小組加入K空間固定，每小組加入時尋找與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置固定； d，利用步驟c的K空間數(shù)據(jù)進行欠采樣數(shù)據(jù)填充，實現(xiàn)K空間的重建。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a中，所述并行采集K空間數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包含至少兩個數(shù)據(jù)組的步驟中，所述各數(shù)據(jù)組對應的加速因子的值相同或不同。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a中，所述各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度的步驟中，所述角度為大于O度且小于180度。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a中，所述各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度的步驟中，所述角度為90度。
5.如權利要求1所述的K空間重建方法，其特征在于，所述步驟c中，所述每小組加入時尋找與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置固定，進一步包括以下步驟: cl,將一小組放入K空間中，橫向和/或縱向移動該小組,使該小組與已加入K空間的其余小組之間有重疊部分； c2，分別取出該小組與已加入K空間的其余小組之間的重疊部分，并將其統(tǒng)一插值到同一公共網(wǎng)格空間，計算所述重疊部分的相似性值； c3，重復步驟Cl和c2，以獲得該小組在K空間中多個位置處所對應的與已加入K空間的其余小組之間的重疊部分的相似性值； c4，將獲得的多個相似性值進行對比，確定該小組與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置，將該小組加入K空間固定。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟c2中，所述計算所述重疊部分的相似性值的步驟具體為:利用方差估計方法或相關性估計方法計算所述重疊部分的相似性值。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟c2中，計算所述重疊部分的相似性值之前，還包括以下步驟:對所述取出的該小組與已加入K空間的其余小組之間的重疊部分分別取模值。
8.一種K空間重建裝置，其特征在于，包括: 采集單元，適于通過多次激發(fā)平面回波成像序列，并行采集K空間數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包含至少兩個數(shù)據(jù)組，各數(shù)據(jù)組在頻率編碼方向上互成一定角度，且各數(shù)據(jù)組之間有重疊部分； 分組單元，適于將所述每個數(shù)據(jù)組內的相位編碼線按照采集方向不同進一步劃分為第一小組和第二小組，所述第一小組內的相位編碼線與所述第二小組內的相位編碼線采集方向相反； 校正單元，適于將各小組加入K空間固定，每小組加入時尋找與已加入K空間的其余小組相關性最強的位置固定；重建單元，適于利用經(jīng)過校正單元校正的K空間數(shù)據(jù)進行欠采樣數(shù)據(jù)填充，實現(xiàn)K空間的重建。
【文檔編號】G01R33/56GK104181487SQ201310585276
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權日:2013年11月19日
【發(fā)明者】翟人寬 申請人:上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司