K空间重建方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种K空间重建方法，包括：多次激发平面回波成像序列，并行采集K空间数据，所采集的数据包含至少两个数据组，各数据组在频率编码方向上互成一定角度，且各数据组之间有重叠部分；将所述每个数据组内的相位编码线按照采集方向不同进一步划分为第一小组和第二小组，所述第一小组内的相位编码线与所述第二小组内的相位编码线采集方向相反；将各小组加入K空间固定，每小组加入时寻找与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置固定；利用优化后的K空间数据进行欠采样数据填充，实现K空间的重建。本发明不需要额外采集校准数据即可实现EPI伪影矫正，节省采集时间，提高了成像速度。
【专利说明】K空间重建方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁共振成像领域，尤其涉及一种K空间重建方法及装置。
【背景技术】
[0002]平面回波成像(echo planar imaging,EPI)是基于方向相反的频率读出梯度交替采集MR信号的奇、偶回波。由于成像物体的磁敏感性、化学位移及磁场不均匀性等因素引起的偏振效应，导致K空间数据在相位编码上产生相位调制。信号接收回路以及滤波器的相位偏移会导致采集的奇、偶回波之间出现相位移动。此外，高速梯度的开关场导致的涡流也会影响回波时序的准确性。所有这些因素导致经过傅立叶变换重建的EPI图像在相位编码方向存在明显的伪影，严重破坏了图像的质量。参见图1，预想采集数据如图1(a)所示，实际采集到的数据如图1(b)所示。在图1(b)中，粗线和细线分成了两组，相互之间有一个移位。伪影可以通过优化扫描参数、改善滤波器的性能、提高静磁场的均匀性、减小梯度涡流等措施得以控制。但是由于系统硬件性能的提高是有限的，低强度的伪影几乎总是出现在EPI图像中。
[0003]为了克服这一缺点，人们提出了各种各样的基于后处理的伪影消除方法。
[0004]Buonocore 在 J.Magn Resorn Med2001,45 (I):96 ?108 中提出了基于奇、偶重建的伪影消除方法。但是该方法要求伪影与目标图像不完全重叠，而实际图像中目标和伪影往往是重叠的，因此该方法在实际应用中效果并不十分理想。此外，该方法还假设奇、偶相位差是按线性变化的，这进一步限制了它的应用。K.J Lee在J.Magn Reson Med2002,47(4):812?817中提出了基于凸集投影的方法来校正相位，但他假设目标图像和含有伪影的图像相位差是按线性变化的，同时假设每一行的相位差是按同一参数变化的。此外还有人提出用二阶矩的方法，但该方法要求图像是对称的，同时要求奇偶相位差按线性变化，且所有行的相位差按同一参数变化。
[0005]目前比较常用的方法是采用相位恢复的方法消除伪影。在采集K空间数据时，共采集两部分数据:应采集数据和校准数据，通过对采集到的校准数据进行分析，对应采集数据进行校正，以消除伪影。但是，采集校准数据增加了额外的时间损耗，对于高倍数加速的采集，采集校准数据所耗费的时间会大大限制成像速度。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的问题是提供一种K空间重建方法及装置，以避免额外采集校准数据，利用校准数据对采集的K空间数据进行校正。
[0007]为解决上述问题，本发明技术方案提供的K空间重建的方法，包括以下步骤:
[0008]a,多次激发平面回波成像序列，并行采集K空间数据，所采集的数据包含至少两个数据组，各数据组在频率编码方向上互成一定角度，且各数据组之间有重叠部分；
[0009]b，将所述每个数据组内的相位编码线按照采集方向不同进一步划分为第一小组和第二小组，所述第一小组内的相位编码线与所述第二小组内的相位编码线采集方向相反；
[0010]C，将各小组加入K空间固定，每小组加入时寻找与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置固定；
[0011]d，利用上述步骤C的K空间数据进行欠采样数据填充，实现K空间的重建。
[0012]进一步地，所述步骤a中，所述并行采集K空间数据，所采集的数据包含至少两个数据组的步骤中，所述各数据组对应的加速因子的值相同或不同。
[0013]进一步地，所述步骤a中，所述各数据组在频率编码方向上互成一定角度的步骤中，所述角度为大于O度且小于180度。
[0014]进一步地，所述步骤a中，所述各数据组在频率编码方向上互成一定角度的步骤中，所述角度为90度。
[0015]进一步地，所述步骤c中，所述每小组加入时寻找与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置固定，进一步包括以下步骤:
[0016]Cl，将一小组放入K空间中，横向和/或纵向移动该小组，使该小组与已加入K空间的其余小组之间有重叠部分；
[0017]c2,分别取出该小组与已加入K空间的其余小组之间的重叠部分，并将其统一插值到同一公共网格空间，计算所述重叠部分的相似性值；
[0018]c3，重复步骤Cl和c2，以获得该小组在K空间中多个位置处所对应的与已加入K空间的其余小组之间的重叠部分的相似性值；
[0019]c4，将获得的多个相似性值进行对比，确定该小组与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置，将该小组加入K空间固定。
[0020]进一步地，所述步骤c2中，所述计算所述重叠部分的相似性值的步骤具体为:利用方差估计方法或相关性估计方法计算所述重叠部分的相似性值。
[0021]进一步地，所述步骤c2中，计算所述重叠部分的相似性值之前，还包括以下步骤:对所述取出的该小组与已加入K空间的其余小组之间的重叠部分分别取模值。
[0022]为了解决上述问题，本发明还提供了一种K空间成像装置，包括:
[0023]采集单元，适于通过多次激发平面回波成像序列，并行采集K空间数据，所采集的数据包含至少两个数据组，各数据组在频率编码方向上互成一定角度，且各数据组之间有重叠部分；
[0024]分组单元，适于将所述每个数据组内的相位编码线按照采集方向不同进一步划分为第一小组和第二小组，所述第一小组内的相位编码线与所述第二小组内的相位编码线采集方向相反；
[0025]校正单元，适于将各小组加入K空间固定，每小组加入时寻找与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置固定；
[0026]重建单元，适于利用经过校正单元校正的K空间数据进行欠采样数据填充，实现K
空间的重建。
[0027]本发明技术方案通过多次激发平面回波成像序列，采集多组K空间数据，各数据组在频率编码方向上互成一定角度，组与组之间有重叠部分，利用重叠部分的数据，对采集的K空间数据进行校正，实现伪影消除。本发明技术方案不需要额外采集校准数据即可实现平面回波成像中的伪影矫正，节省了采集校准数据需要耗费的时间，提高了磁共振的成像速度。
【专利附图】
【附图说明】
:
[0028]图1a是激发EPI后，在实际情况下K空间数据的采集轨迹示意图；
[0029]图1b是激发EPI后，理想情况下的K空间数据的采集轨迹示意图；
[0030]图2是本发明K空间重建方法的流程示意图；
[0031]图3是本发明实施例中采集K空间数据时相位编码和频率编码方向上的梯度示意图；
[0032]图4是本发明实施例中分两组采集K空间数据的采集轨迹示意图；
[0033]图5是本发明实施例中将采集到的数据组进一步划分为两个小组的示意图；
[0034]图6是本发明实施例中将采集到的K空间数据加入K空间固定的示意图；
[0035]图7是本发明实施例中对两小组数据之间的相对位置进行矫正的示意图；
[0036]图8是本发明K空间重建装置的结构示意图。
【具体实施方式】
:
[0037]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0038]图2是本发明K空间重建方法的流程示意图。请参考图1，所述K空间重建方法包括以下步骤:
[0039]a,多次激发平面回波成像序列，并行采集K空间数据，所采集的数据包含至少两个数据组，各数据组在频率编码方向上互成一定角度，且各数据组之间有重叠部分；
[0040]b，将所述每个数据组内的相位编码线按照采集方向不同进一步划分为第一小组和第二小组，所述第一小组内的相位编码线与所述第二小组内的相位编码线采集方向相反；
[0041]C，将各小组加入K空间固定，每小组加入时寻找与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置固定；
[0042]d，利用步骤c的K空间数据进行欠采样数据填充，实现K空间的重建。
[0043]下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步详细的说明。
[0044]实施例一
[0045]多次激发EPI (multishot EPI，MS—EPI)，并行采集K空间数据。其中，一次射频脉冲激发后利用读出梯度场连续切换采集多个梯度回波，填充K空间的多条相位编码线，需要多次射频脉冲激发和相应次数的EPI采集及数据迂回填充才能完成整个K空间的填充。MS-EPI所需要进行的激发次数，取决于K空间相位编码步级和回波链长度(ETL)。如K空间相位编码步级为128，ETL=16，则需要进行8次激发。
[0046]在实际采集K空间数据之前，将要采集的K空间数据划分为多个数据组，所述多个数据组两两之间在频率编码方向上互成一定角度，且有部分数据重叠。为了便于说明，本实施例将要采集的K空间数据划分为两组，两个数据组在频率编码方向上的夹角为90度，且每个数据组按照一定的加速因子，一定的轨迹进行采集，具体以并行采集加速因子为2进行说明。
[0047]图3是本发明实施例中采集K空间数据时相位编码和频率编码方向上的梯度示意图。请参考图3，激发EPI脉冲序列，以采集数据组a和数据组b，采集数据组a与采集数据组b所用序列相当于梯度互换，即Gpe' =Geo,Geo/ =Gpe,这里Gkj=GX,Gpe=GY,即a组的频率编码方向沿X方向，相位编码沿Y方向。需要说明的是，在图3中，所示序列忽略层选梯度以及射频脉冲等细节。
[0048]图4是本发明实施例中分两组采集K空间数据的采集轨迹示意图。请参考图4，图中实线代表实际采集的数据，虚线表示欠采集数据，a组的相位编码方向沿Y方向，b组的相位编码方向沿X方向，频率编码方向垂直于相位编码方向，即对于图4所示的采样，在采集数据组a和数据组b的时候，脉冲序列的相位编码和频率编码梯度互换。在该图中仅显示了两组数据中的部分数据。如图所示，数据组a在Y方向上欠采样，数据组b在X方向上欠采样，数据组a和数据组b在频率编码方向上成90度，且两者之间有部分数据重叠。
[0049]接下来，需要对采集得到的数据组a和数据组b进行优化处理，具体为:将所述每个数据组内的相位编码线按照采集方向不同进一步划分为第一小组和第二小组，所述第一小组内的相位编码线与所述第二小组内的相位编码线采集方向相反；将各小组加入K空间固定，每小组加入时寻找与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置固定。
[0050]将采集得到的数据组a和数据组b中的每一个数据组进一步划分为两个小组。以数据组a为例，对将一个数据组进一步划分为两个小组的过程进行说明。图5是本发明实施例中将采集到的数据组a进一步划分为小组al和小组a2的示意图。图中箭头表示沿一条相位编码线采集数据时的采集方向，按照数据采集方向不同，将数据组a进一步划分为小组al和小组a2，小组al与小组a2内的数据的采集方向相反，同一小组内数据的采集方向相同。
[0051]图6是本发明实施例中将采集到的K空间数据加入K空间固定的示意图。请参考图6，将小组al、a2和小组bl、b2加入K空间中，每一个小组加入K空间时，寻找与已加入K空间的其他小组相关性最强的位置固定。首先，选取任一小组为基准组，如小组al，将该小组加入K空间中固定。请参考图7，然后将小组al和小组bI取出，放入同一 K空间中，横向和/或纵向移动小组bl，使小组al和小组bl之间有重叠部分。将小组al与小组bl重叠部分的数据抽出，得到两个数据组Dl和D2，将Dl和D2插值到同一公共网格空间，以计算该重叠部分的相似性值。为了避免采集过程中平移运动的影响，在计算所述重叠部分的相似性值之前，对Dl和D2进行取模值。此处计算所述重叠部分的相似性值的步骤，具体为:通过方差估计或correlat1n估计等方法进行计算。将计算得到的所述重叠部分的相似性值记录下来。然后，通过多次横向和/或纵向移动小组bl，获得小组al和小组bl之间的多个重叠部分，按照前述计算小组之间重叠部分的相似性值的步骤，计算获得的小组al和小组bl之间的多个重叠部分的相似性值。最后，将计算得到的多个重叠部分对应的相似性值进行比较，以确定最佳值，所述最佳值对应的小组bl与小组al的相对位置就是小组bl与小组al相关性最强的位置，根据该位置将小组bl加入K空间固定。此处确定最佳值的步骤具体可以为寻找方差最小值。按照相同的方法，寻找小组a2与已固定小组bl相关性最强的位直，将小组a2加入K空间固定。寻找小组b2与已固定小组al、a2之间相关性最强的位置，将小组b2加入K空间固定。
[0052]将小组a2加入到K空间时，寻找与已固定的其余组相关性最强的位置，即寻找小组a2与小组al、bl之间相关性最强的位置，但是由于小组al与小组a2数据采集方向平行，两小组之间没有重叠部分，因此在将a2组加入K空间时，无需对两组的相关性进行计算。同理，将小组b2加入到K空间时，无需对小组bl和小组b2之间的相关性进行计算。
[0053]需要说明的是，将小组al、a2、bl、b2加入K空间时，在时间先后上无限制，可以将小组al作为基准组先加入K空间，也可以将小组a2、bl或b2作为基准组最先加入K空间。
[0054]将采集到的K空间数据重新放入K空间后，填充在K空间相位编码线上的数据已经得到了优化。利用这些经过优化的K空间数据，进行后续欠采样数据填补及图像重建，能够消除因相位偏移引起的图像伪影。另外，利用本实施例的K空间重建方法，无需额外采集校准数据，节约了采集时间，提高了磁共振成像速度。
[0055]对应上述K空间重建方法，本实施例还提供了一种K空间重建装置，如图8所示，包括以下单元:
[0056]采集单元81，适于通过多次激发平面回波成像序列，并行采集K空间数据，所采集的数据包含至少两个数据组，各数据组在频率编码方向上互成一定角度，且各数据组之间有重叠部分；
[0057]分组单元82，适于将所述每个数据组内的相位编码线按照采集方向不同进一步划分为第一小组和第二小组，所述第一小组内的相位编码线与所述第二小组内的相位编码线采集方向相反；
[0058]校正单元83，适于将各小组加入K空间固定，每小组加入时寻找与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置固定；
[0059]重建单元84，适于利用经过校正单元校正的K空间数据进行欠采样数据填充，实现K空间的重建。
[0060]本实施例中，所述K空间重建装置的具体实施可参考本实施例中所述用于回波平面成像中伪影校正的方法的实施，在此不再赘述。
[0061]综上，本发明提供的K空间重建方法及装置，多次激发平面回波成像序列，采集多组K空间数据，利用重叠部分的数据，计算各数据组之间的相似性值，以确定各数据组之间的相对位置，将采集到的数据加入K空间固定。本发明技术方案对在采集过程中发生相位偏移的数据进行相位恢复，实现伪影的校正，同时不需要额外采集校准数据，缩短了采集时间，提高了磁共振的成像速度。
[0062]虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
【权利要求】
1.一种K空间重建方法，其特征在于，包括以下步骤: a,多次激发平面回波成像序列，并行采集K空间数据，所采集的数据包含至少两个数据组，各数据组在频率编码方向上互成一定角度，且各数据组之间有重叠部分； b，将所述每个数据组内的相位编码线按照采集方向不同进一步划分为第一小组和第二小组，所述第一小组内的相位编码线与所述第二小组内的相位编码线采集方向相反； C，将各小组加入K空间固定，每小组加入时寻找与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置固定； d，利用步骤c的K空间数据进行欠采样数据填充，实现K空间的重建。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述并行采集K空间数据，所采集的数据包含至少两个数据组的步骤中，所述各数据组对应的加速因子的值相同或不同。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述各数据组在频率编码方向上互成一定角度的步骤中，所述角度为大于O度且小于180度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述各数据组在频率编码方向上互成一定角度的步骤中，所述角度为90度。
5.如权利要求1所述的K空间重建方法，其特征在于，所述步骤c中，所述每小组加入时寻找与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置固定，进一步包括以下步骤: cl,将一小组放入K空间中，横向和/或纵向移动该小组,使该小组与已加入K空间的其余小组之间有重叠部分； c2，分别取出该小组与已加入K空间的其余小组之间的重叠部分，并将其统一插值到同一公共网格空间，计算所述重叠部分的相似性值； c3，重复步骤Cl和c2，以获得该小组在K空间中多个位置处所对应的与已加入K空间的其余小组之间的重叠部分的相似性值； c4，将获得的多个相似性值进行对比，确定该小组与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置，将该小组加入K空间固定。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤c2中，所述计算所述重叠部分的相似性值的步骤具体为:利用方差估计方法或相关性估计方法计算所述重叠部分的相似性值。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤c2中，计算所述重叠部分的相似性值之前，还包括以下步骤:对所述取出的该小组与已加入K空间的其余小组之间的重叠部分分别取模值。
8.一种K空间重建装置，其特征在于，包括: 采集单元，适于通过多次激发平面回波成像序列，并行采集K空间数据，所采集的数据包含至少两个数据组，各数据组在频率编码方向上互成一定角度，且各数据组之间有重叠部分； 分组单元，适于将所述每个数据组内的相位编码线按照采集方向不同进一步划分为第一小组和第二小组，所述第一小组内的相位编码线与所述第二小组内的相位编码线采集方向相反； 校正单元，适于将各小组加入K空间固定，每小组加入时寻找与已加入K空间的其余小组相关性最强的位置固定；重建单元，适于利用经过校正单元校正的K空间数据进行欠采样数据填充，实现K空间的重建。
【文档编号】G01R33/56GK104181487SQ201310585276
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】翟人宽 申请人:上海联影医疗科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
