专利名称：磁共振动态成像方法及系统的制作方法
磁共振动态成像方法及系统
技术领域：
本发明涉及磁共振技术，特别是涉及一种磁共振动态成像方法及系统。
背景技术：
1971 年美国科学家 Paul Lauterbur 提出磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)并于1973年发表第一个磁共振成像实验结果。经过30多年的发展,磁共振成像已经成为临床医学检查的重要手段之一，为临床医学提供了非常有价值的诊断信息。 磁共振成像技术与其它医学影像技术相比，具有无辐射危害、多方位和多参数成像等优点， 其对软组织的检查非常敏感，不仅能够显示人体解剖结构的形态信息，而且还能反映人体组织的某些生理生化信息。虽然磁共振成像具有良好的软组织分辨力、可多方位多参数进行成像、无X线辐射损害等众多优势，但受其成像技术的限制，磁共振成像大部分成像方法需要较长的扫描时间，例如，获得一幅经典自旋回波图像所花的时间在15 30秒之间。较慢的成像速度使得磁共振成像在动态成像中图像时间分辨率大大受到限制，同时会在图像中产生严重的运动伪影，降低图像质量，从而影响临床诊断，这就严重限制了磁共振成像在心脏、冠状动脉等运动器官和神经功能影像等领域中的应用。在如心脏、冠状动脉等运动器官等的磁共振动态成像中，成像速度较慢，且成像过程中被检者身体中的生理性运动都会使影像模糊，对比度失真，无法满足心脏动态成像、脑功能成像、人体运动成像以及实时导航等快速成像的要求。因此，加快磁共振动态成像速度具有重大和迫切的研究意义。
发明内容基于此，有必要提供一种成像速度快的磁共振动态成像方法。一种磁共振动态成像方法，包括以下步骤进行采样得到导航数据及动态图像数据；对所述导航数据进行分析得到时间基函数；根据所述时间基函数和所述动态图像数据进行预测得到空间基函数；由所述时间基函数和所述空间基函数得到信号数据；对所述信号数据进行重建得到磁共振图像。在其中一个实施例中，所述对所述导航数据进行分析得到时间基函数的步骤为 从所述导航数据中抽取导航矩阵；对所述导航矩阵进行奇异值分解得到所述导航矩阵的左特征向量，并估计频率成分参数；按照由大到小的顺序依次取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数。在其中一个实施例中，所述进行采样得到导航数据及动态图像数据的步骤包括 在整个采样时间中，保持对动态图像数据的采样，获得低维动态图像数据，并只在前段部分时间对导航数据进行采样，得到低维导航数据；将所述低维导航数据及所述低维动态图像数据映射到高维空间得到高维导航数据及高维动态图像数据；所述对所述导航数据进行分析得到时间基函数中的导航数据为高维导航数据；所述根据所述时间基函数和所述动态图像数据进行预测得到空间基函数中的动态图像数据为高维动态图像数据。
在其中一个实施例中，进行采样的每一条相位编码线的重复时间满足所述导航数据的时间奈奎斯特速率的限制，相位编码方向采样间隔满足所述动态图像数据的空间奈奎斯特速率的限制，从所述动态图像数据中获取的采样帧数大于频率成分参数的经验值。此外，还有必要提供一种成像速度快的磁共振动态成像系统。一种磁共振动态成像系统，包括采集模块、导航数据处理模块、动态图像数据处理模块及成像模块；采集模块用于进行采样得到导航数据及动态图像数据；导航数据处理模块用于对所述导航数据进行分析得到时间基函数；动态图像数据处理模块用于根据所述时间基函数和所述动态图像数据进行预测得到空间基函数；成像模块用于由所述时间基函数和所述空间基函数得到信号数据，并对所述信号数据进行重建得到磁共振图像。在其中一个实施例中，所述导航数据处理模块包括抽取单元及计算单元；抽取单元用于从所述导航数据中抽取导航矩阵；计算单元用于对所述导航矩阵进行奇异值分解得到所述导航矩阵的左特征向量，并估计频率成分参数，同时按照由大到小的顺序依次取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数。在其中一个实施例中，所述采集模块包括数据采样单元及映射单元；数据采样单元用于在整个采样时间中，保持对动态图像数据的采样，获得低维动态图像数据，并只在前段部分时间对导航数据进行采样，得到低维导航数据；映射单元用于将所述低维导航数据及所述低维动态图像数据映射到高维空间得到高维导航数据及高维动态图像数据；所述导航数据处理模块对所述高维导航数据进行分析得到时间基函数；所述动态图像数据处理模块根据所述时间基函数和所述高维动态图像数据进行预测得到空间基函数。在其中一个实施例中，所述采集模块在进行采样的过程中每一条相位编码线的重复时间满足所述导航数据的时间奈奎斯特速率的限制，相位编码方向采样间隔满足所述动态图像数据的空间奈奎斯特速率的限制，从所述动态图像数据中获取的采样帧数大于频率成分参数的经验值。上述磁共振动态成像方法和系统，通过将动态成像复杂的图像数据分离为时间基函数和空间基函数,只需采集高时间分辨率低空间分辨率的导航数据和高空间分辨率低时间分辨率的动态图像数据进行互补，减少了所需采集的数据，较大程度的提高了磁共振动态成像的成像速度，在对实时成像要求较高的心脏动态成像和灌注成像中有着良好的效果O
图I为磁共振动态成像方法的流程图2为图I中进行采样的示意图3为图I中对导航数据进行分析得到时间基函数的步骤的具体流程图4为图I中进行采样得到导航数据及动态图像数据的步骤的具体流程图
图5为磁共振动态成像系统的模块图6为图5中导航数据处理模块的详细模块图7为图5中采集模块的详细模块图。
具体实施方式
为了解决传统磁共振动态成像中，成像速度较慢，且成像过程中被检者身体中的生理性运动都会使影像模糊，对比度失真，无法满足心脏动态成像等快速成像的要求的问题，提出了一种成像速度快的磁共振动态成像方法来实现快速成像。请参阅图1，一种磁共振动态成像方法，包括以下步骤步骤S110，进行采样得到导航数据及动态图像数据。对需要成像的物体进行数据的采样。在运动物体的磁共振动态成像中，实际接收的信号数据为S(k，t)，k代表空间，t 代表时间。而实际的图像P (r,t)是其空间位置变量r和时间变量t的函数。考虑到傅里叶成像，实际接收的信号数据S(k，t)和图像函数P (r, t)的关系如以下公式所示S(k, t) = ]*_+: p(r, tyil7lk'rdr(ι)其中，实际接收的信号数据s (k，t)在被采集的过程中存在着噪声的污染，并且受到主磁场强度、梯度场切换速率等实际因素的限制，图像函数P (r, t)难以精确地测定，因而在磁共振动态成像中只能尽量高分辨率地恢复出图像函数P (r，t)。然而根据传统的奈奎斯特征(Nyquist)采样定理中需要进行稠密采样，需要采集的数据量随着物理维数的增加而指数增长，造成了空间分辨率和时间分辨率的矛盾，若得到高空间分辨率的图像函数 P (r，t)，则需要牺牲时间分辨率，若提高图像函数P (r, t)的时间分辨率，则空间分辨率将会降低，两者不可能同时达到高分辨率。而为了解决这一矛盾,根据导航激励协议(Navigator Excitation Protocol),采集两个互补的数据集，即高时间分辨率低空间分辨率的导航数据和高空间分辨率低时间分辨率的动态图像数据。具体请参阅图2，对需要成像的物体进行高稀疏采样得到导航数据 Snav(k，t)和动态图像数据Simg(k，t)。进行采样的每一条相位编码线的中重复时间Tk满足导航数据Snav(k，t)在时间维度上的奈奎斯特采样率，相位编码方向采样间隔Aky满足动态图像数据Simg(k，t)在空间维度上的奈奎斯特采样率，从动态图像数据Simg(k，t)中获取的采样帧数N大于频率成分参数的经验值。奈奎斯特采样定理所要求的系统的采样率必须不小于待采集信号最大频率的两倍。频率成分参数的经验值根据不同成像物体在磁共振动态成像中而有所不同，例如，在磁共振动态成像应用平凡的心脏成像中，频率成分参数的经验值通常是16，则可以将采样帧数设定为40至50，使从动态图像数据Simg (k，t)中获取的采样帧数大于频率成分参数的经验值。步骤S120，对导航数据进行分析得到时间基函数。磁共振动态成像中图像数据可以认为是由部分可分离的时间基函数和相应的空间基函数组成的，即认为图像函数P (r， t)的空间变化和时间变化是L阶可分离的，L为频率成分参数。因此利用部分可分离函数的性质和傅里叶变换的线性特性，实际接收的信号数据S (k，t)可以表示为空间基函数C1 (k) 和时间基函数約(O这两个独立变量函数之和
S(k,t) = Σ°ι^)(Ρι( )(2)
=1通过公式(2)将实际接收的信号数据在时间空间联合维度中的复杂运动转化为空间每一点的信号随时间变化的问题。为了得到时间基函数仍⑷，需要从导航数据中提取出时间基函数。具体的，如图3
6所示，对导航数据进行分析得到时间基函数的步骤具体为步骤S122，从导航数据中抽取导航矩阵。将采集到的导航数据抽取成导航数据矩阵
权利要求
1.一种磁共振动态成像方法，其特征在于，包括以下步骤进行采样得到导航数据及动态图像数据；对所述导航数据进行分析得到时间基函数；根据所述时间基函数和所述动态图像数据进行预测得到空间基函数；由所述时间基函数和所述空间基函数得到信号数据；对所述信号数据进行重建得到磁共振图像。
2.根据权利要求I所述的磁共振动态成像方法，其特征在于，所述对所述导航数据进行分析得到时间基函数的步骤为从所述导航数据中抽取导航矩阵；对所述导航矩阵进行奇异值分解得到所述导航矩阵的左特征向量，并估计频率成分参数；按照由大到小的顺序依次取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数。
3.根据权利要求2所述的磁共振动态成像方法，其特征在于，所述进行采样得到导航数据及动态图像数据的步骤包括在整个采样时间中，保持对动态图像数据的采样，获得低维动态图像数据，并只在前段部分时间对导航数据进行采样，得到低维导航数据；将所述低维导航数据及所述低维动态图像数据映射到高维空间得到高维导航数据及高维动态图像数据；所述对所述导航数据进行分析得到时间基函数中的导航数据为高维导航数据；所述根据所述时间基函数和所述动态图像数据进行预测得到空间基函数中的动态图像数据为高维动态图像数据。
4.根据权利要求I所述的磁共振动态成像方法，其特征在于，进行采样的每一条相位编码线的重复时间满足所述导航数据在时间维度上的奈奎斯特采样率，相位编码方向采样间隔满足所述动态图像数据的在空间维度上的奈奎斯特采样率，从所述动态图像数据中获取的采样帧数大于频率成分参数的经验值。
5.—种磁共振动态成像系统，其特征在于，包括采集模块，用于进行采样得到导航数据及动态图像数据；导航数据处理模块，用于对所述导航数据进行分析得到时间基函数；动态图像数据处理模块，用于根据所述时间基函数和所述动态图像数据进行预测得到空间基函数 '及成像模块，用于由所述时间基函数和所述空间基函数得到信号数据，并对所述信号数据进行重建得到磁共振图像。
6.根据权利要求5所述的磁共振动态成像系统，其特征在于，所述导航数据处理模块包括抽取单元，用于从所述导航数据中抽取导航矩阵 '及计算单元，用于对所述导航矩阵进行奇异值分解得到所述导航矩阵的左特征向量，并估计频率成分参数，同时按照由大到小的顺序依次取频率成分参数个左特征向量作为时间基函数。
7.根据权利要求6所述的磁共振动态成像系统，其特征在于，所述采集模块包括数据采样单元，用于在整个采样时间中，保持对动态图像数据的采样，获得低维动态图像数据，并只在前段部分时间对导航数据进行采样，得到低维导航数据 '及映射单元，用于将所述低维导航数据及所述低维动态图像数据映射到高维空间得到高维导航数据及高维动态图像数据；所述导航数据处理模块对所述高维导航数据进行分析得到时间基函数；所述动态图像数据处理模块根据所述时间基函数和所述高维动态图像数据进行预测得到空间基函数。
8.根据权利要求5所述的磁共振动态成像系统，其特征在于，所述采集模块在进行采样的过程中每一条相位编码线的重复时间满足所述导航数据在时间维度上的奈奎斯特采样率，相位编码方向采样间隔满足所述动态图像数据在时间维度上的奈奎斯特采样率，从所述动态图像数据中获取的采样帧数大于频率成分参数的经验值。
全文摘要
一种磁共振动态成像方法，其特征在于，包括以下步骤进行采样得到导航数据及动态图像数据；对所述导航数据进行分析得到时间基函数；根据所述时间基函数和所述动态图像数据进行预测得到空间基函数；由所述时间基函数和所述空间基函数得到信号数据；对所述信号数据进行重建得到磁共振图像。上述磁共振动态成像方法，通过将动态成像复杂的图像数据分离为时间基函数和空间基函数，只需采集高时间分辨率低空间分辨率的导航数据和高空间分辨率低时间分辨率的动态图像数据进行互补，减少了所需采集的数据，较大程度的提高了磁共振动态成像的成像速度。同时还提供了一种磁共振动态成像系统。
文档编号A61B5/055GK102599910SQ20121009878
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月6日 优先权日2011年12月8日
发明者冯翔, 刘新, 梁栋, 谢国喜, 郑海荣 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院