心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正成像方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正成像方法及系统，包括：步骤S1：获得在多个对比度下采集的多通道心脏磁共振欠采样k空间数据；步骤S2：根据获取数据构建基于空间、对比度和通道多维张量低秩性约束的图像重建能量函数；步骤S3：将能量函数最小化，得到多对比度多通道图像的最优估计。本发明专利技术不需要线圈灵敏度校准，避免了高倍加速下并行成像引入误差，可实现更高的分辨率；本发明专利技术利用空间

【技术实现步骤摘要】
心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正成像方法及系统


[0001]本专利技术涉及磁共振成像领域，具体地，涉及一种心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正成像方法及系统，更为具体地，涉及一种针对心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正快速成像方法及系统。

技术介绍

[0002]心脏磁共振成像是一种无创性评估心脏功能和形态结构的金标准。其中，心脏磁共振定量成像包括心脏T1 mapping、心脏T2 mapping、心脏T2*mapping、心脏T1rho成像等定量成像技术；这些技术可用于早期定量地评估心肌坏死，心肌纤维化，心肌水肿等心肌受损的程度和范围，可为临床诊断提供定量信息。心脏磁共振动态成像包括心脏电影成像、心脏灌注成像、以及自由呼吸下多个呼吸位置的心脏成像等技术；这些技术可用于评估心脏收缩与舒张等机械功能和心肌缺血范围及程度等。尽管心脏磁共振定量或动态成像具有广泛的临床应用前景，这些成像技术需要采集多张具有不同对比度的图像，导致成像时间的延长。然而，由于人体生理运动(心跳和呼吸)的存在，心脏磁共振的数据采集时间非常有限。为了在有限的采集时间内完成采集，这些技术的分辨率一般较为受限，导致细小病灶难以识别。为了提高心脏磁共振定量或动态成像的分辨率，可对k空间进行欠采样来缩短扫描时间，然而欠采样又会降低信噪比，并引入混叠伪影，导致图像质量下降，影响诊断价值。
[0003]近期，比较受欢迎的一种重建方法是基于空间
‑
对比度的局部低秩性约束结合并行成像的方法，它是在并行成像的基础上利用空间
‑/>对比度的冗余信息来实现进一步加速，它可以在一定程度上提高信噪比，但需要线圈校准。该方法的重建结果在一定程度上依赖于线圈校准所获线圈灵敏度图的准确度；在高倍加速或者实现高分辨率的情况下，由于可用于线圈校准的数据量减少，线圈灵敏度准确性下降，易导致图像质量下降。此外，当视野大小受限时，灵敏度图存在卷绕伪影，同样会导致图像质量下降，伪影增多。
[0004]专利文献(申请号：202110089104.4)公布了一种基于低秩张量编码的快速心肌灌注磁共振成像方法，包括以下步骤：(a)采用k近邻方法按照一定的相似性准则在心肌灌注图像帧中搜索三维立体相似块并聚类构建三维低秩张量；(b)对构建的三维低秩张量进行高阶奇异值分解，以利用心肌灌注序列图像的空
‑
时冗余；(c)引入增广拉格朗日技术，建立基于低秩张量编码的图像重建模型；(d)利用交替方向乘子法对重建模型进行求解，得到成像结果。该专利技术采用的是相似图像块之间以及不同对比度间的低秩性，即空间
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对比度冗余性，需要线圈灵敏度校准，因此与本专利技术不同。
[0005]专利文献(申请号：201910725866.1)公开了基于改进鲁棒张量主成分分析的动态磁共振图像重构方法，包括：(a)使用张量来表示径向采样得到的K空间数据，并且使用张量鲁棒主成分分析工具来构造图像重建模型，保证高维数据的空间完整性；(b)提出一种新的张量核范数对低秩部分进行约束，保证低秩处理效率的同时提高整体的低秩约束性；(c)对稀疏部分进行时频变换后再进行阈值处理，提高重构精度；(d)最后使用迭代软阈值收缩算法来解决算法的优化问题，能有效提高图像重构质量和加速重构效率。该专利技术构建的张量
是二维空间加一维对比度，其同样是利用空间
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对比度冗余性，需要线圈灵敏度校准；此外，该专利技术将构建的张量分成低秩和稀疏两个部分分别约束，增加了计算的复杂性；这些均与本专利技术不同。
[0006]专利文献(申请号：201810141292.9)公开了一种动态磁共振稳健PCA成像。该专利技术首先根据压缩感知理论，进行部分k
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t空间测量的动态磁共振图像采样，然后引入低秩加稀疏模型，将其应用到欠采样动态磁共振成像，最后运用交替方向法(ADMM)解决稳健PCA优化问题。该专利技术同样是利用空间
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对比度冗余性，需要线圈灵敏度校准；此外，该专利技术是利用的二维矩阵的低秩性以及稀疏性双重约束，没有利用张量的结构性信息；这些均与本专利技术不同。
[0007]专利文献(申请号：202110303696.5)公开了一种参数化磁共振成像的图像重建方法，包括以下步骤：(a)数据准备；待重建的参数化磁共振图像信号表示为高维矩阵，整个参数化磁共振图像重建过程依次重建图像；欠采样参数化磁共振成像在傅里叶空间的数据，得到欠采样的傅里叶空间数据；(b)建立基于可分离汉克尔矩阵的参数化磁共振图像重建模型；(c)建立基于可分离汉克尔矩阵的参数化磁共振图像重建模型的求解算法：(d)对每个频率编码位置的图像都进行重建，得到重建的参数化磁共振图像；(e)重建的参数化磁共振图像通道合并，通过非线性最小二乘法拟合得到参数定量图。该专利技术是利用k空间数据沿着相位编码方向和通道方向构成的二维矩阵的低秩性，以及沿着通道方向和参数方向构成的二维矩阵的低秩性约束，即利用数据
‑
通道，和参数
‑
通道之间的冗余性，其没有利用空间域的冗余性，以及空间
‑
参数的冗余性；这些均与本专利技术不同。
[0008]专利文献(申请号：CN202210926935.7)公开了一种快速多对比度磁共振扩散成像和重建方法及系统，包括：(a)通过多个接收线圈，使用keyhole平面回波序列欠采多幅扩散加权图像的k空间数据；(b)构建包括多线圈图像保真项和基于线圈
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空间
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对比度域张量低秩性的图像正则项的目标函数；(c)通过最优化算法最小化目标函数，重建所有接收线圈的扩散图像并根据对比度变化的具体方式获取相关定量参数图像。该专利技术是本专利技术相同方法在多对比度磁共振扩散成像中的应用，而本专利技术应用于心脏磁共振定量与动态成像应用中，因此应用场景不同。
[0009]专利文献(申请号：201610718228.3)公开了一种快速磁共振心脏实时电影成像方法及系统，包括：采用交错采集方法，对每一通道采集到的所有帧的心脏数据进行并行欠采，得到欠采数据；采用变密度采样方法对欠采数据进行降采，得到欠采样信号；利用压缩感知重建方法对欠采样信号进行重建，得到有卷褶伪影图像；利用傅里叶变换将有卷褶伪影图像转换成K空间数据，并采用交错采集方法进行并行欠采，得到欠采K空间数据；采用GRAPPA重建方法对欠采K空间数据进行重建，得到没有卷褶伪影的成像图像。该专利技术是利用图像域的稀疏性并结合并行成像GRAPPA方法来重建的；这些均与本专利技术不同，本专利技术不依赖于并行成像方法，且不需要线圈灵敏度校准；

技术实现思路

[0010]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正成像方法及系统。
[0011]根据本专利技术提供的一种心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正成像方法，包
括：
[0012]步骤S1：获得在多个对比度下采集的多通道心脏磁共振欠采样k空间数据；
[0013]步骤S2：根据获取数据构建基于空间、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正成像方法，其特征在于，包括：步骤S1：获得在多个对比度下采集的多通道心脏磁共振欠采样k空间数据；步骤S2：根据获取数据构建基于空间、对比度和通道多维张量低秩性约束的图像重建能量函数；步骤S3：将能量函数最小化，得到多对比度多通道图像的最优估计。2.根据权利要求1所述的心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正成像方法，其特征在于：适用的心脏磁共振成像场景包括：T1定量成像、T2定量成像、T2*定量成像、T1rho定量成像、电影成像、灌注成像。3.根据权利要求1所述的心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正成像方法，其特征在于，在所述步骤S1中：所述多个对比度是指定量成像中多个参数下获得的不同图像，或动态成像中在不同时间点获得的不同图像；造成对比度变化的因素包括物理因素和外在因素，物理因素包括磁共振T1弛豫、T2弛豫、T2*弛豫和T1rho弛豫，外在因素包括造影剂流入流出、心脏、呼吸和身体各器官的运动；所述多个通道是指多个接收线圈；所述k空间数据包括二维空间成像数据或三维空间成像数据；所述欠采样方式包括笛卡尔欠采样和非笛卡尔欠采样；其中笛卡尔欠采样包括均匀欠采样和非均匀欠采样，非笛卡尔欠采样包括径向采样、螺旋采样、玫瑰花瓣采样。4.根据权利要求1所述的心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正成像方法，其特征在于，在所述步骤S2中：无需线圈灵敏度校正，不需要预先求解线圈灵敏度信息，直接重建出多个线圈通道下的图像；所述基于空间、对比度和通道多维张量低秩性约束的图像重建能量函数，如下所示：其中，y表示采集的多维数据；D表示欠采样操作；F表示快速傅里叶变换操作；x表示未知的多对比度多通道图像；α表示局部低秩张量约束的惩罚因子；‖
·
‖
LLRT
表示空间、对比度和通道多维局部低秩张量约束项；对多对比度多通道图像x进行分块，每个小块均构成一个局部张量，第i个小块构成的局部张量记为Z
i
，对其进行张量分解：Z
i
＝G
i
×1S
i
×2C
i
×3M
i
其中，G
i
表示核张量；
×
k
表示模k(k＝1,2,3)张量积；S
i
表示空间维度的因子矩阵；C
i
表示对比度维度的因子矩阵；M
i
表示通道维度的因子矩阵；将所有小块的G
i
均展开成一个向量并求其1范数，所有小块1范数的和为‖x‖
LLRT
的值。5.根据权利要求1所述的心脏磁共振定量或动态成像的免线圈校正成像方法，其特征在于，在所述步骤S3中：将能量函数最小化的算法包括交替方向乘子法、共轭梯度法、梯度下降法、高斯
‑
牛顿法和凸集投影法。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晨曦，高娟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：