用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集方法和系統技術方案

本申請提出一種用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集方法和系統，該方法包括：建立三維笛卡爾坐標系下的k空間模型，確定模型中回波信號的采集軌跡，其中，所述回波信號的采集軌跡為：所有回波信號沿一個坐標方向平行采集，每條回波信號在另外兩個坐標方向形成的平面內的坐標由二維黃金分割比例得到；根據采集軌跡確定掃描的時間序列和磁共振成像系統所需施加磁場的編碼梯度；根據所述時間序列和編碼梯度設置磁共振成像系統，并采集符合所述采集軌跡的k空間數據。該方法能夠實現三維k空間數據的連續采集，使采集到的k空間數據在任意時間窗內都近似均勻分布，避免在重建圖像中產生條紋偽影，實現高時間分辨率的三維動態磁共振成像。

【技術實現步驟摘要】

本申請涉及三維動態磁共振成像
，尤其涉及一種用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集方法和系統。
技術介紹
磁共振成像(MagneticResonanceImaging，MRI)是利用核磁共振現象，激發人體中的自旋核，然后接收自旋核子釋放的電磁信號，重建出人體組織圖像信息，具有無輻射，多對比度成像和軟組織對比度高等優點，目前已經成為臨床醫學檢查的一種重要工具。磁共振成像過程中采集得到的數據叫k空間數據，所有數據整體組成k空間，所用的采集軌跡叫k空間軌跡，對k空間數據進行重建可以得到磁共振圖像。三維動態磁共振成像是利用磁共振成像方法對人體組織器官的動態生理過程(如心臟跳動，藥物代謝等)進行跟蹤成像的一種技術，該技術通過對一特定的成像空間進行連續重復的掃描，得到一系列與時間相關的k空間數據，通過對這些數據篩選重建可以得到一組隨時間變化的動態圖像，通過對動態圖像做數據分析可以獲得一系列反映病變發生、發展過程中生物學和病理生理學信息的定量或半定量參數，對研究和診斷都有重要價值。動態磁共振成像技術已經廣泛應用于如心臟電影磁共振成像(CardiacCineMRI)，動態對比度增強磁共振成像(DynamicContrastEnhancedMRI，DCE-MRI)等領域。在這類動態磁共振成像技術中，由于受到三維k空間數據采集時間的限制，時間分辨率較低。在近似周期性運動的器官成像，如心臟電影三維成像中，雖然可以采用多運動周期重復采集和回顧性重建方法來提高時間分辨率，但受到采集方案的限制，很難保證任意時間窗內采集到的k空間數據都近似均勻分布。目前的三維動態磁共振成像采集方法都是重復采集部分或者全部k空間數據得到的，比如三維笛卡爾采集和三維徑向采集。三維笛卡爾采集方法是通過選層梯度編碼和相位編碼實現兩個維度上的編碼，然后通過頻率編碼實現第三維度上的數據采集，以此實現對三維k空間的填充。三維徑向采集方法通過對選層，相位和頻率三個方向同時編碼采集實現對三維k空間的填充。對于這兩類方法，重建一組三維動態圖像需要重復采集全部或大量的三維k空間數據，因此時間分辨率較低，且圖像重建時需要選擇特定時間窗內的k空間數據，采集完一個時間窗再進行下一個時間窗采集，以保證k空間數據均勻分布，因此圖像重建的自由性受到限制。此外還有笛卡爾和徑向混合采集方法，該方法在平面內采用徑向采集，在選層梯度方向采用笛卡爾采集，雖然通過欠采樣采集可以一定程度上降低采集時間，但是k空間數據均勻性仍然受到某一維度編碼方案的限制，動態成像的時間分辨率難以提高，此外，由于采用了徑向采集方式，因此在重建圖像中容易受到條紋偽影的影響，尤其是在欠采樣重建中。此外，現有動態磁共振成像技術大多是通過對后期篩選重組的數據重建來實現動態成像的，因此一般很難獲得連續的動態圖像。
技術實現思路
為解決現有技術中的上述問題，本申請的一個目的在于提出一種適用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集方法及系統，可以實現三維k空間數據的連續采集，使采集到的k空間數據在任意時間窗內都近似均勻分布，提高三維動態磁共振成像的時間分辨率，并避免在重建圖像中受到條紋偽影的影響。為達到上述目的，本申請實施例提出的適用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集方法，包括：建立三維笛卡爾坐標系下的k空間模型，確定模型中回波信號的采集軌跡，其中，所述回波信號的采集軌跡為：所有回波信號沿一個坐標方向平行采集，每條回波信號在另外兩個坐標方向形成的平面內的坐標由二維黃金分割比例計算得到；根據所述采集軌跡確定磁共振掃描的時間序列，并計算磁共振成像系統所需施加磁場的編碼梯度；根據所述時間序列和編碼梯度設置磁共振成像系統，并采集符合所述采集軌跡的k空間數據。為達到上述目的，本申請實施例提出的適用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集系統，包括：建模模塊，用于建立三維笛卡爾坐標系下的k空間模型，確定模型中回波信號的采集軌跡，其中，所述回波信號的采集軌跡為：所有回波信號沿一個坐標方向平行采集，每條回波信號在另外兩個坐標方向形成的平面內的坐標由二維黃金分割比例計算得到；計算模塊，用于根據所述采集軌跡確定磁共振掃描的時間序列，并計算磁共振成像系統所需施加磁場的編碼梯度；采集模塊，用于根據所述時間序列和編碼梯度設置磁共振成像系統，并采集符合所述采集軌跡的k空間數據。本申請實施例提供的技術方案，能夠采集均勻的k空間數據，進而提高動態成像的時間分辨率，具體優點如下：1、均勻性方面：可以實現任意長度時間窗內、任意位置時間窗內、任意組合時間窗內采集的數據，在笛卡爾k空間內都近似均勻分布。因此，在進行圖像重建時數據的選擇具有較高的自由性，通過適當的圖像重建方法可以獲得具有較高時間分辨率的動態影像，并避免在重建圖像中受到條紋偽影的影響。2、重建速度：能夠適用于常見的重建方法，重建簡單，并能夠使計算得到的采集坐標能夠對應笛卡爾網格點，重建速度更快。3、應用方面：有利于對動態生理過程進行三維磁共振成像(如動態對比度增強磁共振成像，DCE-MRI)，還有利于對近似周期性運動的器官進行三維磁共振成像(如心臟，胃，肺等)。本申請附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。附圖說明為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本申請一實施例的適用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集方法的流程示意圖；圖2是本申請一實施例的確定笛卡爾k空間采集回波坐標的流程示意圖；圖3是本申請另一實施例的確定笛卡爾k空間數據采集回波坐標的流程示意圖；圖4是本申請一實施例采集到的笛卡爾k空間的數據分布情況示意圖；圖5是本申請一實施例的動態磁共振圖像重建中k空間時間窗的三種選擇模式的示意圖；圖6是本申請一具體實施例的相應不同的時間窗選擇模式下的k空間數據均勻性對比示意圖；圖7是本申請一實施例的適用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集系統的結構示意圖；圖8是本申請另一實施例的適用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集系統的結構示意圖。具體實施方式本申請實施例提供一種用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集方法和系統。為了使本
的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。圖1是本申請一實施例提出的適用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集方法的流程示意圖。如圖1所示，該方法包括：步驟101，建立三維笛卡爾坐標系下的k空間模型，確定模型中回波信號的采集軌跡，其中，所述回波信號的采集軌跡為：所有回波信號沿一個坐標方向平行采集，每條回波信號在另外兩個坐標方向形成的平面內的坐標由二維黃金分割比例計算得到。步驟102，根據所述采集軌跡確定磁共振掃描的時間序列本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集方法，其特征在于，包括：建立三維笛卡爾坐標系下的k空間模型，確定模型中回波信號的采集軌跡，其中，所述回波信號的采集軌跡為：所有回波信號沿一個坐標方向平行采集，每條回波信號在另外兩個坐標方向形成的平面內的坐標由二維黃金分割比例計算得到；根據所述采集軌跡確定磁共振掃描的時間序列，并計算磁共振成像系統所需施加磁場的編碼梯度；根據所述時間序列和編碼梯度設置磁共振成像系統，并采集符合所述采集軌跡的k空間數據。

【技術特征摘要】
1.一種用于三維動態磁共振成像的笛卡爾k空間采集方法，其特征在于，包括：建立三維笛卡爾坐標系下的k空間模型，確定模型中回波信號的采集軌跡，其中，所述回波信號的采集軌跡為：所有回波信號沿一個坐標方向平行采集，每條回波信號在另外兩個坐標方向形成的平面內的坐標由二維黃金分割比例計算得到；根據所述采集軌跡確定磁共振掃描的時間序列，并計算磁共振成像系統所需施加磁場的編碼梯度；根據所述時間序列和編碼梯度設置磁共振成像系統，并采集符合所述采集軌跡的k空間數據。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述三維笛卡爾坐標系下的三個坐標方向分別與頻率編碼方向、相位編碼方向、選層編碼方向一一對應。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述回波信號的采集軌跡的計算方法，包括以下步驟：1)設回波信號沿x軸頻率編碼方向采集，第i次采集的回波信號在與之垂直平面內的平面坐標為(yi,zi)，初始回波的編號為i＝i0；2)根據二維黃金分割比例系數計算所述平面坐標(yi,zi)；3)根據預設截止條件判斷采集是否結束，即第i次采集的回波信號是否為采集的最后一條回波信號；4)若是，則采集結束，否則使i＝i+1，重復1)到3)直至采集結束。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述二維黃金分割比例系數為GR1，GR2，GR1≈0.4656，GR2≈0.6823；所述回波信號在垂直平面內兩個方向的坐標分別與GR1、GR2對應。5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，設三維k空間的分辨率為Resx×Resy×Resz，回波信號沿x軸方向采集，則通過下式計算所述回波信號在垂直平面yOz內的平面坐標(yi,zi)：yi＝mod(i×GR1,1)×Resy,zi＝mod(i×GR2,1)×Resz或者，yi＝mod(i×GR2,1)×Resy,zi＝mod(i×GR1,1)×Resz其中，mod(a,b)為求a/b的余數。6.根據權利要求3-5任一項所述的方法，其特征在于，所述根據二維黃金分割比例系數計算平面坐標(yi,zi)還包括：將(yi,zi)的計算值分配到該平面內最近的整數網格點上；在預設范圍內對所述整數網格點的坐標進行查重；當不存在相同坐標時，將所述整數網格點的坐標作為采集所述回波信號的平面坐標；若已存在相同坐標，則根據二維黃金分割比例系數計算平面坐標(yi+1,zi+1)。7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述確定模型中回波信號的采集軌跡，還包括：將每次計算的回波信號的平面坐標預先存入數組中；在采集k空間數據時調用所述數組來確定回波信號的采集軌跡。8.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，回波采集的所述初始回波的編號...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱艷春，李碩，楊潔，謝耀欽，
申請(專利權)人：深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：廣東;44