用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统技术方案

本申请提出一种用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统，该方法包括：建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例得到；根据采集轨迹确定扫描的时间序列和磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度；根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据。该方法能够实现三维k空间数据的连续采集，使采集到的k空间数据在任意时间窗内都近似均匀分布，避免在重建图像中产生条纹伪影，实现高时间分辨率的三维动态磁共振成像。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及三维动态磁共振成像
，尤其涉及一种用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统。
技术介绍
磁共振成像(MagneticResonanceImaging，MRI)是利用核磁共振现象，激发人体中的自旋核，然后接收自旋核子释放的电磁信号，重建出人体组织图像信息，具有无辐射，多对比度成像和软组织对比度高等优点，目前已经成为临床医学检查的一种重要工具。磁共振成像过程中采集得到的数据叫k空间数据，所有数据整体组成k空间，所用的采集轨迹叫k空间轨迹，对k空间数据进行重建可以得到磁共振图像。三维动态磁共振成像是利用磁共振成像方法对人体组织器官的动态生理过程(如心脏跳动，药物代谢等)进行跟踪成像的一种技术，该技术通过对一特定的成像空间进行连续重复的扫描，得到一系列与时间相关的k空间数据，通过对这些数据筛选重建可以得到一组随时间变化的动态图像，通过对动态图像做数据分析可以获得一系列反映病变发生、发展过程中生物学和病理生理学信息的定量或半定量参数，对研究和诊断都有重要价值。动态磁共振成像技术已经广泛应用于如心脏电影磁共振成像(CardiacCineMRI)，动态对比度增强磁共振成像(DynamicContrastEnhancedMRI，DCE-MRI)等领域。在这类动态磁共振成像技术中，由于受到三维k空间数据采集时间的限制，时间分辨率较低。在近似周期性运动的器官成像，如心脏电影三维成像中，虽然可以采用多运动周期重复采集和回顾性重建方法来提高时间分辨率，但受到采集方案的限制，很难保证任意时间窗内采集到的k空间数据都近似均匀分布。目前的三维动态磁共振成像采集方法都是重复采集部分或者全部k空间数据得到的，比如三维笛卡尔采集和三维径向采集。三维笛卡尔采集方法是通过选层梯度编码和相位编码实现两个维度上的编码，然后通过频率编码实现第三维度上的数据采集，以此实现对三维k空间的填充。三维径向采集方法通过对选层，相位和频率三个方向同时编码采集实现对三维k空间的填充。对于这两类方法，重建一组三维动态图像需要重复采集全部或大量的三维k空间数据，因此时间分辨率较低，且图像重建时需要选择特定时间窗内的k空间数据，采集完一个时间窗再进行下一个时间窗采集，以保证k空间数据均匀分布，因此图像重建的自由性受到限制。此外还有笛卡尔和径向混合采集方法，该方法在平面内采用径向采集，在选层梯度方向采用笛卡尔采集，虽然通过欠采样采集可以一定程度上降低采集时间，但是k空间数据均匀性仍然受到某一维度编码方案的限制，动态成像的时间分辨率难以提高，此外，由于采用了径向采集方式，因此在重建图像中容易受到条纹伪影的影响，尤其是在欠采样重建中。此外，现有动态磁共振成像技术大多是通过对后期筛选重组的数据重建来实现动态成像的，因此一般很难获得连续的动态图像。
技术实现思路
为解决现有技术中的上述问题，本申请的一个目的在于提出一种适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法及系统，可以实现三维k空间数据的连续采集，使采集到的k空间数据在任意时间窗内都近似均匀分布，提高三维动态磁共振成像的时间分辨率，并避免在重建图像中受到条纹伪影的影响。为达到上述目的，本申请实施例提出的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法，包括：建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到；根据所述采集轨迹确定磁共振扫描的时间序列，并计算磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度；根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据。为达到上述目的，本申请实施例提出的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统，包括：建模模块，用于建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到；计算模块，用于根据所述采集轨迹确定磁共振扫描的时间序列，并计算磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度；采集模块，用于根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据。本申请实施例提供的技术方案，能够采集均匀的k空间数据，进而提高动态成像的时间分辨率，具体优点如下：1、均匀性方面：可以实现任意长度时间窗内、任意位置时间窗内、任意组合时间窗内采集的数据，在笛卡尔k空间内都近似均匀分布。因此，在进行图像重建时数据的选择具有较高的自由性，通过适当的图像重建方法可以获得具有较高时间分辨率的动态影像，并避免在重建图像中受到条纹伪影的影响。2、重建速度：能够适用于常见的重建方法，重建简单，并能够使计算得到的采集坐标能够对应笛卡尔网格点，重建速度更快。3、应用方面：有利于对动态生理过程进行三维磁共振成像(如动态对比度增强磁共振成像，DCE-MRI)，还有利于对近似周期性运动的器官进行三维磁共振成像(如心脏，胃，肺等)。本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请一实施例的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法的流程示意图；图2是本申请一实施例的确定笛卡尔k空间采集回波坐标的流程示意图；图3是本申请另一实施例的确定笛卡尔k空间数据采集回波坐标的流程示意图；图4是本申请一实施例采集到的笛卡尔k空间的数据分布情况示意图；图5是本申请一实施例的动态磁共振图像重建中k空间时间窗的三种选择模式的示意图；图6是本申请一具体实施例的相应不同的时间窗选择模式下的k空间数据均匀性对比示意图；图7是本申请一实施例的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统的结构示意图；图8是本申请另一实施例的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集系统的结构示意图。具体实施方式本申请实施例提供一种用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法和系统。为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。图1是本申请一实施例提出的适用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：步骤101，建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到。步骤102，根据所述采集轨迹确定磁共振扫描的时间序列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法，其特征在于，包括：建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到；根据所述采集轨迹确定磁共振扫描的时间序列，并计算磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度；根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据。

【技术特征摘要】
1.一种用于三维动态磁共振成像的笛卡尔k空间采集方法，其特征在于，包括：建立三维笛卡尔坐标系下的k空间模型，确定模型中回波信号的采集轨迹，其中，所述回波信号的采集轨迹为：所有回波信号沿一个坐标方向平行采集，每条回波信号在另外两个坐标方向形成的平面内的坐标由二维黄金分割比例计算得到；根据所述采集轨迹确定磁共振扫描的时间序列，并计算磁共振成像系统所需施加磁场的编码梯度；根据所述时间序列和编码梯度设置磁共振成像系统，并采集符合所述采集轨迹的k空间数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维笛卡尔坐标系下的三个坐标方向分别与频率编码方向、相位编码方向、选层编码方向一一对应。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回波信号的采集轨迹的计算方法，包括以下步骤：1)设回波信号沿x轴频率编码方向采集，第i次采集的回波信号在与之垂直平面内的平面坐标为(yi,zi)，初始回波的编号为i＝i0；2)根据二维黄金分割比例系数计算所述平面坐标(yi,zi)；3)根据预设截止条件判断采集是否结束，即第i次采集的回波信号是否为采集的最后一条回波信号；4)若是，则采集结束，否则使i＝i+1，重复1)到3)直至采集结束。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述二维黄金分割比例系数为GR1，GR2，GR1≈0.4656，GR2≈0.6823；所述回波信号在垂直平面内两个方向的坐标分别与GR1、GR2对应。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，设三维k空间的分辨率为Resx×Resy×Resz，回波信号沿x轴方向采集，则通过下式计算所述回波信号在垂直平面yOz内的平面坐标(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)为求a/b的余数。6.根据权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，所述根据二维黄金分割比例系数计算平面坐标(yi,zi)还包括：将(yi,zi)的计算值分配到该平面内最近的整数网格点上；在预设范围内对所述整数网格点的坐标进行查重；当不存在相同坐标时，将所述整数网格点的坐标作为采集所述回波信号的平面坐标；若已存在相同坐标，则根据二维黄金分割比例系数计算平面坐标(yi+1,zi+1)。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定模型中回波信号的采集轨迹，还包括：将每次计算的回波信号的平面坐标预先存入数组中；在采集k空间数据时调用所述数组来确定回波信号的采集轨迹。8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，回波采集的所述初始回波的编号...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱艳春，李硕，杨洁，谢耀钦，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44