多对比度定量磁共振重建方法、系统、介质、电子设备技术方案

本发明专利技术提供一种多对比度定量磁共振重建方法、系统、介质、电子设备，所述方法包括以下步骤：预定义磁共振图像的定量参数图的三维空间坐标；将所述定量参数图建模为所述三维空间坐标的连续函数；基于所述三维空间坐标和所述定量参数图的实际K空间数据训练所述连续函数；基于训练好的连续函数获取采集的三维空间坐标对应的预测定量参数图。本发明专利技术的多对比度定量磁共振重建方法、系统、介质、电子设备能够基于多对比度成像的欠采样K空间数据直接重建磁共振定量参数图，从而消除误差传播，进一步提高欠采样倍数。提高欠采样倍数。提高欠采样倍数。

【技术实现步骤摘要】
多对比度定量磁共振重建方法、系统、介质、电子设备


[0001]本专利技术涉及磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)的
，特别是涉及一种多对比度定量磁共振重建方法、系统、介质、电子设备。

技术介绍

[0002]磁共振成像根据组织不同的物理性质，如质子密度、纵向弛豫时间(T1)、横向弛豫时间(T2、T2*)和磁化率(χ)，可以灵活地提供具有不同成分加权的对比度图像。T2和T2*指磁共振横向磁化矢量衰减为原始强度的37％所需的时间；其中T2仅反映组织自旋
‑
自旋相互作用引起的信号衰减，而T2*还包含了局部磁场非均匀性的影响。但是，与这些定性的图像相比，定量地测量组织T1、T2、T2*等参数可以为评估组织本身特性和临床诊断提供更加准确的信息。例如，直接测量这些参数有助于肿瘤、缺血、多发性硬化症和帕金森病等的病理检测。
[0003]现有技术中，多参数定量通常需要不同的序列单独进行扫描。例如翻转恢复自旋回波序列，多回波自旋回波序列和多回波梯度回波序列分别用来测量组织的T1、T2、T2*和χ。但是，单独采集会导致扫描时间的延长，并且扫描间的运动可能会造成不同参数图像的错位。
[0004]目前，磁共振多对比度成像通过施加具有不同持续时间的T2准备模块、翻转恢复模块以及多回波梯度回波产生一系列具有不同T1、T2、T2*加权的对比度图像。利用这些对比度图像可以在单次扫描下同时定量组织的T1、T2、T2*和χ等参数。由于这些对比度图像具有多个时间维度，对其K空间数据进行全采样会带来巨大的时间消耗。另一方面，这些图像在时间维度上是高度相关的，它们由一个更低维度的子空间扩展而成，所以实际磁共振多对比度成像会对K空间数据进行高度地欠采样。其中，K空间中心会以相等的读出间隔进行采集，称为训练数据，而其余读出沿着两个相位编码方向以变密度高斯分布的形式对K空间其他区域进行非相干采样，称为成像数据。
[0005]传统算法对多对比度成像的重建主要利用低秩张量分解理论，包括以下几个步骤：
[0006]用K空间训练数据估计时间维度的基；
[0007]根据磁共振信号采集的物理模型，利用K空间成像数据求解空间维度的基；
[0008]合成整个多对比度的图像张量；非线性拟合信号公式，得到T1、T2、T2*等定量参数。
[0009]然而，以上传统重建方法具有以下不足：
[0010](1)每个步骤分别进行，会造成误差的累积与传播，影响定量精度；
[0011](2)要求K空间训练数据，即K空间中心，以一定的时间间隔重复采集，限制了欠采样倍数的进一步提高。

技术实现思路

[0012]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种多对比度定量磁共振重建方法、系统、介质、电子设备，能够基于多对比度成像的欠采样K空间数据直接重建磁共振定量参数图，从而消除误差传播，进一步提高欠采样倍数。
[0013]第一方面，本专利技术提供一种多对比度定量磁共振重建方法，所述方法包括以下步骤：预定义磁共振图像的定量参数图的三维空间坐标；将所述定量参数图建模为所述三维空间坐标的连续函数；基于所述三维空间坐标和所述定量参数图的实际K空间数据训练所述连续函数；基于训练好的连续函数获取采集的三维空间坐标对应的预测定量参数图。
[0014]在第一方面的一种实现方式中，预定义磁共振图像的定量参数图的三维空间坐标包括：将所述定量参数图中各个像素点的三维空间坐标以原点为中心，均匀映射在预设数值范围内。
[0015]在第一方面的一种实现方式中，所述预设数值范围为[
‑
1,1]。
[0016]在第一方面的一种实现方式中，将所述定量参数图建模为所述三维空间坐标的连续函数包括：
[0017]所述连续函数包括相连的哈希编码模块和多层感知机，所述哈希编码模块用于对所数定量参数图的三维空间坐标进行哈希编码；所述多层感知机用于根据哈希编码后的三维空间坐标生成预测定量参数图。
[0018]在第一方面的一种实现方式中，所述多层感知机包括5个全连接层；第一个全连接层的输入通道数是3，用于接收所述哈希编码后的三维空间坐标，最后一个全连接层的输出通道数为所述预测定量参数图的个数，用于对应个数的预测定量参数图；相邻两个全连接层之间设置有修正线性单元作为激活函数，最后一个全连接层以指数函数作为激活函数。
[0019]在第一方面的一种实现方式中，基于所述三维空间坐标和所述定量参数图的实际K空间数据训练所述连续函数包括以下步骤：
[0020]将所述三维空间坐标输入所述连续函数，获取预测定量参数图；
[0021]将所述预测定量参数图输入K空间数据计算模型，以获取预测K空间数据；
[0022]基于所述预测K空间数据和所述实际K空间数据构建损失函数，基于所述损失函数调节所述连续函数的参数，直至所述连续函数达到预设目标。
[0023]在第一方面的一种实现方式中，所述K空间数据计算模型包括相连的信号公式和磁共振信号采集的物理模型；所述信号公式为其中a代表质子密度图，T
R
和T
E
是多回波梯度回波序列的重复时间和回波时间，α为多回波梯度回波序列的翻转角度，τ代表T2准备模块的持续时间，n代表一个纵向弛豫恢复周期内读出信号的索引，T1、T2、和Δf分别表征了与组织本身属性相关的纵向T1弛豫时间、组织本征的横向T2弛豫时间、受到局部磁场不均匀性影响的横向T2*弛豫时间以及频率偏移；所述磁共振信号采集的物理模型为S
′
k
＝MFCS+ε，其中S
′
k
为预测K空间数据，C代表线圈灵敏度编码，F为傅里叶变换，M代表欠采样的掩膜，ε为噪声。
[0024]第二方面，本专利技术提供一种多对比度定量磁共振重建系统，所述系统包括预定义模块、建模模块、训练模块和重建模块；
[0025]所述预定义模块用于预定义磁共振图像的定量参数图的三维空间坐标；
[0026]所述建模模块用于将所述定量参数图建模为所述三维空间坐标的连续函数；
[0027]所述训练模块用于基于所述三维空间坐标和所述定量参数图的实际K空间数据训练所述连续函数；
[0028]所述重建模块用于基于训练好的连续函数获取采集的三维空间坐标对应的预测定量参数图。
[0029]第三方面，本专利技术提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的多对比度定量磁共振重建方法。
[0030]第四方面，本专利技术提供一种电子设备，包括：处理器及存储器；
[0031]所述存储器用于存储计算机程序；
[0032]所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电子设备执行上述的多对比度定量磁共振重建方法。
[0033]如上所述，本专利技术的多对比度定量磁共振重建方法、系统、介质、电子设备，具有以下有益效果：
[0034](1)能够基于多对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多对比度定量磁共振重建方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：预定义磁共振图像的定量参数图的三维空间坐标；将所述定量参数图建模为所述三维空间坐标的连续函数；基于所述三维空间坐标和所述定量参数图的实际K空间数据训练所述连续函数；基于训练好的连续函数获取采集的三维空间坐标对应的预测定量参数图。2.根据权利要求1所述的多对比度定量磁共振重建方法，其特征在于：预定义磁共振图像的定量参数图的三维空间坐标包括：将所述定量参数图中各个像素点的三维空间坐标以原点为中心，均匀映射在预设数值范围内。3.根据权利要求2所述的多对比度定量磁共振重建方法，其特征在于：所述预设数值范围为[
‑
1,1]。4.根据权利要求1所述的多对比度定量磁共振重建方法，其特征在于：将所述定量参数图建模为所述三维空间坐标的连续函数包括：所述连续函数包括相连的哈希编码模块和多层感知机，所述哈希编码模块用于对所数定量参数图的三维空间坐标进行哈希编码；所述多层感知机用于根据哈希编码后的三维空间坐标生成预测定量参数图。5.根据权利要求4所述的多对比度定量磁共振重建方法，其特征在于：所述多层感知机包括5个全连接层；第一个全连接层的输入通道数是3，用于接收所述哈希编码后的三维空间坐标，最后一个全连接层的输出通道数为所述预测定量参数图的个数，用于对应个数的预测定量参数图；相邻两个全连接层之间设置有修正线性单元作为激活函数，最后一个全连接层以指数函数作为激活函数。6.根据权利要求1所述的多对比度定量磁共振重建方法，其特征在于：基于所述三维空间坐标和所述定量参数图的实际K空间数据训练所述连续函数包括以下步骤：将所述三维空间坐标输入所述连续函数，获取预测定量参数图；将所述预测定量参数图输入K空间数据计算模型，以获取预测K空间数据；基于所述预测K空间数据和所述实际K空间数据构建损失函数，基于所述损失函数调节所述连续函数的参数，直至...

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