磁共振多通道采集图像重建方法和装置

摘要

一种磁共振多通道采集图像重建方法和装置，包括以下步骤：获得若干通道全采集的原始K空间数据；确定各通道线圈敏感度之间的关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij；利用关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij，生成新的图像域值或K空间数据；根据所述新的图像域值或K空间数据，获得最终的磁共振图像。本发明提出的磁共振多通道采集图像重建方法能够充分利用线圈间共有的信息，将采集获得的K空间数据重新进行组合，进一步提高磁共振图像的信噪比。

权利要求

1.一种磁共振多通道采集图像重建方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)获得若干通道全采集的原始K空间数据；

2)确定各通道线圈敏感度之间的关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij，所述关系系数Aij和各通道线圈敏感度之间有如下关系式：其中，Ci为第i个通道的线圈敏感度，Cj为第j个通道的线圈敏感度，L为总的通道数，Aij为关系系数；

3)利用关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij，生成新的图像域值或K空间数据；

4)根据所述新的图像域值或K空间数据，获得最终的磁共振图像。

2.如权利要求1所述的磁共振多通道采集图像重建方法，其特征在于，在所述步骤2)中确定关系系数Aij的方法具体为：

21)在K空间中选取合理大小的映射卷积核αij；

22)选取原始K空间数据中的一部分，根据如下的映射关系式求解所述映射卷积核αij：其中，Ki为第i个通道的原始K空间数据，(kx，ky)为K空间数据的位置，αij为关系系数Aij的K空间数据,Kj为第j个通道的原始K空间数据， 为卷积，所述映射卷积核αij即为关系系数Aij的K空间域值；

23)将所述映射卷积核αij转换至图像域，得到关系系数Aij。

3.如权利要求2所述的磁共振多通道采集图像重建方法，其特征在于，在所述步骤3)中，利用所述步骤2)确定的关系系数Aij，根据如下的关系式生成新的图像域值：其中，Sj为第j个通道的原始K空间数据对应的图像域值，Si’为第i个通道的新的图像域值。

4.如权利要求1所述的磁共振多通道采集图像重建方法,其特征在于,在所述步骤2)中确定关系系数Aij的K空间域值αij的方法具体为:

21)在K空间中选取合理大小的映射卷积核αij；

22)选取原始K空间数据中的一部分，根据如下的映射关系式求解所述映射卷积核αij：其中，Ki为第i个通道的原始K空间数据，(kx，ky)为K空间的位置，Kj为第j个通道的原始K空间数据， 为卷积，所述映射卷积核αij即为关系系数Aij的K空间域值。

5.如权利要求4所述的磁共振多通道采集图像重建方法，其特征在于，在所述步骤3)中，利用所述步骤2)中确定的关系系数Aij的K空间域值αij,根据如下关系式生成新的K空间数据：其中，Ki′为第i个通道的新的K空间数据。

6.如权利要求2～5所述的磁共振多通道采集图像重建方法，其特征在于，还包括以下步骤：选取若干不同的卷积核αij，针对每个卷积核执行步骤2)和步骤3)分别生成若干组新的图像域值或K空间数据，在步骤4)将所述若干组新的图像域值或K空间数据进行叠加。

7.如权利要求1～5所述的磁共振多通道采集图像重建方法，其特征在于，还包括以下步骤：在步骤3)后，判断是否进行迭代？若是，则将所述步骤3)中生成的新的K空间数据作为原始K空间数据，回到执行步骤2)，进行迭代计算；若否，则直接执行步骤4)。

8.一种磁共振多通道采集图像重建装置,其特征在于,包括:采集单元，用于获得若干通道全采集的原始K空间数据；

关系系数确定单元，用于确定各通道线圈灵敏度之间的关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij；

所述关系系数Aij和各通道线圈敏感度之间有如下关系式：其中，Ci为第i个通道的线圈敏感度，Cj为第j个通道的线圈敏感度，L为总的通道数，Aij为关系系数；

新数据生成单元，用于利用关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij，生成新的图像域值或K空间数据；

图像获得单元，用于根据所述新的图像域值或K空间数据，获得最终的磁共振图像。

说明书

磁共振多通道采集图像重建方法和装置

【技术领域】

[0001] 本发明涉及磁共振成像(MRI，Magnetic Resonance Imaging)技术领域，尤其涉及一种磁共振多通道采集图像重建方法和装置。【背景技术】

[0002] 在磁共振成像技术中，磁共振信号空间称为K空间，即为傅里叶变换空间，将磁共振扫描采集获得的磁共振信号填入到K空间中，将K空间数据经傅里叶变换到图像域，即可得到磁共振图像。

[0003] 现有的磁共振扫描成像，一般会采用多通道采集技术来提高磁共振图像的信噪比和均匀性。

[0004] 在目前的磁共振多通道采集图像重建方法中，最原始的方法是采用SOS等方法对各个线圈(通道)采集到的数据进行简单的合并。此类方法的缺陷在于：没有充分利用多个线圈(通道)之间共有的信息，信噪比较低的线圈(通道)采集的数据在合并过程中的权重没有很好的被抑制，重建获得的磁共振图像信噪比很低。

[0005] 在原始方法的技术上，本领域技术人员提出了一种改进的磁共振多通道采集图像重建方法：利用线圈敏感度信息，重新构造了多个K空间数据(或图像)，再将这些K空间数据(或图像)进行合并得到最终的磁共振图像。该方法相对于原始方法，信噪比有了提高，但是由于对线圈间共有的信息的利用仍然不够充分，因此磁共振图像的信噪比仍较低。

[0006] 因此，需要提出一种新的磁共振多通道采集图像重建方法和装置，能够充分利用线圈间共有的信息，将采集获得的K空间数据重新进行组合，进一步提高磁共振图像的信噪比。【发明内容】

[0007] 本发明解决的问题是现有的磁共振多通道采集图像重建方法获得的磁共振图像信噪比较低的问题。

[0008] 为了解决上述问题，本发明提出一种磁共振多通道采集图像重建方法，包括以下步骤：

[0009] 1)获得若干通道全采集的原始K空间数据；

[0010] 2)确定各通道线圈敏感度之间的关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij，所述关系系数Aij和各通道线圈敏感度之间有如下关系式：

[0011]

[0012] Ci为第i个通道的线圈敏感度，Cj为第j个通道的线圈敏感度，L为总的通道数，Aij为关系系数；

[0013] 3)利用关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij，生成新的图像域值或K空间数据；

[0014] 4)根据所述新的图像域值或K空间数据，获得最终的磁共振图像。

[0015] 可选地，在所述步骤2)中确定关系系数Aij的方法具体为：

[0016] 21)在K空间中选取合理大小的映射卷积核αij；

[0017] 22)选取原始K空间数据中的一部分，根据如下的映射关系式求解所述映射卷积核αij：

[0018]

[0019] 其中，Ki为第i个通道的原始K空间数据，(kx，ky)为K空间数据的位置，αij为关系系数Aij的K空间数据，Kj为第j个通道的原始K空间数据， 为卷积，所述映射卷积核αij即为关系系数Aij的K空间域值；

[0020] 23)将所述映射卷积核αij转换至图像域，得到关系系数Aij。

[0021] 可选地，在所述步骤3)中，利用所述步骤2)确定的关系系数Aii，根据如下的关系式生成新的图像域值：

[0022]

[0023] 其中，Sj为第j个通道的原始K空间数据对应的图像域值，Si′为第i个通道的新的图像域值。

[0024] 可选地，在所述步骤2)中确定关系系数Aij的K空间域值αij的方法具体为：

[0025] 21)在K空间中选取合理大小的映射卷积核αij；

[0026] 22)选取原始K空间数据中的一部分，根据如下的映射关系式求解所述映射卷积核αij：

[0027]

[0028] 其中，Ki为第i个通道的原始K空间数据，(kx，ky)为K空间的位置，Kj为第j个通道的原始K空间数据， 为卷积，所述映射卷积核αij即为关系系数Aij的K空间域值。

[0029] 可选地，在所述步骤3)中，利用所述步骤2)中确定的关系系数Aij的K空间域值αij，根据如下关系式生成新的K空间数据：

[0030]

[0031] 其中，Ki′为第i个通道的新的K空间数据。

[0032] 可选地，还包括以下步骤：

[0033] 选取若干不同的卷积核αij，执行步骤2)若干次，分别得到若干关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij；

[0034] 将所述若干关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij进行叠加。

[0035] 可选地，还包括以下步骤：

[0036] 选取若干不同的卷积核α，执行步骤2)和步骤3)若干次，分别生成若干组新的图像域值或K空间数据，将所述若干组新的图像域值或K空间数据进行叠加。

[0037] 可选地，还包括以下步骤：在步骤3)后，判断是否进行迭代？若是，则将所述步骤3)中生成的新的K空间数据作为原始K空间数据，回到执行步骤2)，进行迭代计算；若否，则直接执行步骤4)。

[0038] 本发明还提出一种磁共振多通道采集图像重建装置，包括：

[0039] 采集单元，用于获得若干通道全采集的原始K空间数据；

[0040] 关系系数确定单元，用于确定关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij；

[0041] 新数据生成单元，用于利用关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij，生成新的图像域值或K空间数据；

[0042] 图像获得单元，用于根据所述新的图像域值或K空间数据，获得最终的磁共振图像。

[0043] 本发明对比现有技术有如下的有益效果：充分利用线圈间共有的信息，将采集获得的K空间数据重新进行组合，提高了磁共振图像的信噪比。【附图说明】

[0044] 图1是本发明的磁共振多通道采集图像重建方法的实施例一的流程图；

[0045] 图2是本发明的磁共振多通道采集图像重建方法的实施例二的流程图；

[0046] 图3是本发明的磁共振多通道采集图像重建方法的实施例三的流程图；

[0047] 图4是本发明的磁共振多通道采集图像重建方法的实施例四的流程图；

[0048] 图5是本发明的磁共振多通道采集图像重建装置的示意图；

[0049] 图6是现有技术和本发明的磁共振多通道采集图像重建方法获得的磁共振图像的对比图。【具体实施方式】

[0050] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0051] 由于在图像域中，每个通道受到不同线圈敏感度的影响，使得接收到的信号不一致，但是这些信号中都存在一个相同的因素，就是实际成像物体的真实信息。对于其中第i个通道，其信号值可以表述为如下形式：

[0052] Si＝ρ×Ci+ni     (1)

[0053] 其中，Si为第i个通道中某个像素点的信号值(即图像域值)；ρ为实际成像物体的真实信号值；Ci为第i个通道的线圈敏感度；ni为第i个通道在该像素点位置处的噪音。

[0054] 由于各通道的线圈敏感度是连续变化的，可以用很多种办法进行估算，如果假设已经估算出第i个通道的线圈敏感度Ci，那么即可确定如下关系式：

[0055]

[0056] 其中，Cj为第j个通道的线圈敏感度，L为总的通道数，Aij为各通道线圈敏感度之间的关系系数。

[0057] 根据公式(1)和公式(2)，可以建立新的信号值，

[0058]

[0059] 对于新的信号值，非噪声部分与原信号值一致，噪声部分相当于做了加权平均，噪声部分大大减弱。从公式(2)中可以看出，存在很多组Aij，对Aij的估计可以通过对线圈敏感度进行估计；同样可以利用以下的方法，跳过对线圈敏感度Ci的估计，直接进行Aij的估计。

[0060] 对公式(2)的左右同时乘以ρ，对整个图像域有：

[0061]

[0062] 其中，(x，y)为图像域中第x行第y列的位置。根据公式(4)可以得到：

[0063]

[0064] 其中，Ii(x，y)表示没有噪音干扰的理想情况下，第i个通道的图像域值。

[0065] 将公式(5)两边同时做两维傅里叶变换，转换至K空间域，则有：

[0066]

[0067] 其中，Ki为第i个通道的K空间数据，(kx，ky)为K空间的位置，Kj为第j个通道的K空间数据， 为卷积，αij为关系系数Aij的K空间域值。

[0068] 由于线圈敏感度是缓慢变换的，所以αij的能量主要集中在中心低频区域，可以忽略高频部分，只关注中心部分；而中心区域的信噪比极高，可以忽略噪音影响，这时相当于建立了一个卷积映射关系，在整个K空间内，选择部分区域进行对(6)式求解，即可得到αij的近似值。再将αij转换到图像域，即可得到关系系数Aij。

[0069] 通过以上的理论分析，可以得到本发明的磁共振多通道采集图像重建方法。

[0070] 【实施例一】

[0071] 如图1所示，本发明的磁共振多通道采集图像重建方法的一个实施例具体包括以下步骤：

[0072] 执行步骤S01，获得若干通道全采集的原始K空间数据。

[0073] 执行步骤S02，在K空间中选取合理大小的映射卷积核αij。

[0074] 所述卷积核αij的大小表示为m×n，在本实施例中所述卷积核的大小为7×5，即在K空间域的读出方向上选取7个点，频率编码方向上选取5个点。

[0075] 执行步骤S03，选取原始K空间数据中的一部分，根据公式(6)的映射关系式求解所述映射卷积核αij：

[0076]

[0077] 其中，Ki为第i个通道的原始K空间数据，(kx，ky)为K空间的位置，Kj为第j个通道的原始K空间数据， 为卷积。

[0078] 所述映射卷积核αij即为关系系数Aij的K空间域值。

[0079] 执行步骤S04，利用关系系数Aij的K空间域值αij，根据如下公式生成新的K空间数据：

[0080]

[0081] 其中，Kj为第j个通道的原始K空间数据，Ki′为第i个通道的新的K空间数据， 为卷积。

[0082] 执行步骤S05，根据所述新的K空间数据，获得最终的磁共振图像。

[0083] 本实施例中，所述获得最终的磁共振图像的方法包括但不限于：将所述若干通道的新的K空间数据进行叠加，再通过傅里叶变换转换至图像域，得到最终的磁共振图像；或者将所述若干通道的新的K空间数据通过傅里叶变换转换至图像域，得到若干通道的图像，再将若干通道的图像进行叠加得到最终的磁共振图像。

[0084] 【实施例二】

[0085] 在实施例一中，步骤S04中是利用关系系数Aij的K空间域值αij生成新的K空间数据；同样地，也可以直接利用关系系数Aij生成新的图像域值。

[0086] 如图2所示，本实施例的步骤S01～～S03与实施例一相同，这里不再敷述，下面具体说明本实施例的步骤S04’和步骤S05’：

[0087] 执行步骤S04’，利用关系系数A，根据如下的关系式生成新的图像域值：

[0088]

[0089] 其中，Sj为第j个通道的原始K空间数据对应的图像域值，Aij为关系系数，Si′为第i个通道的新的图像域值，L为总的通道数。

[0090] 具体地，将步骤S03中确定的卷积核αij(即关系系数Aij的K空间域值)经傅里叶变换转换至图像域，即可得到关系系数Aij；

[0091] 所述原始K空间数据对应的图像域值Sj可以通过将采集获得的原始K空间数据经傅里叶变换转换至图像域得到。

[0092] 执行步骤S05’，根据所述新的图像域值，获得最终的磁共振图像。

[0093] 本实施例中，所述获得最终的磁共振图像的方法包括但不限于：将所述若干通道的新的图像域值进行叠加，得到最终的磁共振图像。

[0094] 【实施例三】

[0095] 在实施例一的基础上，为了进一步提高磁共振图像的信噪比，可以同时选取几个卷积核αij，并根据这些卷积核αij分别生成几组不同的新的K空间数据(或图像域值)，再将这些不同的新的K空间数据进行叠加，获得最终的磁共振图像。

[0096] 本实施例的磁共振多通道采集图像重建方法的具体过程如图3所示，包括以下步骤：

[0097] 执行步骤S01，采集获得若干通道的原始K空间数据。

[0098] 执行步骤S021～S023，在K空间中分别选取3个映射卷积核αij。为了表示区别，在本实施例中分别用αij1，αij2和αij3来代表这三个映射卷积核αij。

[0099] 优选地，选取3个大小不同的映射卷积核，以取得更好的计算效果。

[0100] 在本实施例中，选取的映射卷积核个数为3，但是在本发明的范围内并不限制选取的映射卷积核的个数。

[0101] 执行步骤S031～S033，针对所述映射卷积核αij1，αij2和αij3，分别选取原始K空间数据中的一部分，根据公式(6)的映射关系式分别求解所述映射卷积核αij1，αij2和αij3。

[0102] 执行步骤S041～S043，利用步骤S031～S033中求解得到的映射卷积核αij1，αij2和αij3，根据公式(7)，分别生成3个新的K空间数据。

[0103] 执行步骤S04.5，将所述3个新的K空间数据进行叠加。

[0104] 所述进行叠加的方法可以是但不限于：将所述3个新的K空间数据相加。

[0105] 执行步骤S05”，根据所述叠加得到的K空间数据，获得最终的磁共振图像。

[0106] 【实施例四】

[0107] 在实施例一的基础上，还可以通过迭代计算，进一步提高磁共振图像的信噪比。

[0108] 如图4所示，本实施例的步骤S01～S04与实施例一相同，这里不再敷述，下面具体说明本实施例的步骤S04.5’：

[0109] 执行步骤S04.5’，判断是否进行迭代。

[0110] 若是，则将步骤S06中生成的新的K空间数据作为下一次计算的原始K空间数据，回到执行步骤S02，进行迭代计算；优选地，每一次迭代计算选取不同大小的卷积核α，已获得更好的迭代计算效果。

[0111] 若否，则直接执行步骤S05，根据所述新的K空间数据，获得最终的磁共振图像。

[0112] 本发明还提出了一种磁共振多通道采集图像重建装置，如图5所示，所述磁共振多通道采集图像重建装置100包括：

[0113] 采集单元101，用于获得若干通道全采集的原始K空间数据；

[0114] 关系系数确定单元102，用于确定关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij；

[0115] 新数据生成单元103，用于利用关系系数Aij或关系系数Aij的K空间域值αij，生成新的图像域值或K空间数据；

[0116] 图像获得单元104，用于根据所述新的图像域值或K空间数据，获得最终的磁共振图像。

[0117] 图6是本发明的磁共振多通道采集图像重建方法和现有技术获得的磁共振图像的对比图，同时计算了这三幅磁共振图像的信噪比。图6(a)示出了采用SOS等方法对各个线圈(通道)采集到的数据进行简单的合并得到的磁共振图像，其信噪比为16.3；图6(b)示出了现有的利用线圈敏感度信息，重新构造多个K空间数据(或图像)，再将这些K空间数据(或图像)进行合并得到的磁共振图像，其信噪比为25.9；图6(C)示出了利用本发明实施例四的方法获得的磁共振图像，其信噪比为45.6。

[0118] 根据图6的直接对比及其信噪比可以得出结论，本发明提出的磁共振多通道采集图像重建方法获得的磁共振图像的信噪比相对于现有技术有了较大幅度的提高。

[0119] 本发明中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同方法或结构参照前述实施例的相同部分。

[0120] 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。