[发明专利]一种基于低秩张量编码的快速心肌灌注磁共振成像方法

说明书

本发明涉及磁共振成像领域，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：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；步骤(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；步骤(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；步骤(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。本发明通过低秩张量编码挖掘心肌灌注磁共振图像的空‑时冗余，使得图像数据可以更好地稀疏表示，在超欠采样下得到令人满意的图像重建效果，从而加快心肌灌注磁共振成像的速度。

技术领域

本发明涉及医学成像领域，尤其涉及使用低秩张量编码同时利用空-时冗余信息来加快心肌灌注磁共振成像的图像重建方法。

背景技术

心肌灌注磁共振成像是一种无创性、无电离辐射的测定心肌血流的检查方法，能够直接反映冠脉循环末端心肌血流的灌注情况和冠脉狭窄的血液动力学改变，弥补了冠状动脉造影只能反映毫米级以上冠脉血管的解剖狭窄病变的不足，更加准确地反映心肌细胞的病理生理和血液动力学状态。磁共振心肌灌注成像不仅能够早期发现心肌缺血，而且可以明确心肌缺血的部位和范围，评价治疗后心肌缺血再灌注情况。能够提供心肌灌注的即时信息，如：心室壁的运动情况，心室壁的厚度，左心室射血分数等参数。可清晰显示心内膜至心外膜间心肌梗死的透壁程度及梗死区存活心肌的范围，对冠心病心肌缺血、梗死的诊断，指导临床制定治疗计划，判断治疗效果和进行预后的评价具有重要意义。

心肌灌注磁共振成像为了跟踪对比剂通过心肌时浓度随时间的变化，需要快速连续获取约60秒时间每次心搏(每个R-R间期)左心室各解剖位置同一时相的多幅图像。因此心肌灌注成像时，必须最小化心脏自身和呼吸运动的影响，最大化对比剂对图像信号强度的影响。同时为了准确确定心肌缺血的范围、透壁缺血和减少心内膜下的黑缘伪影(Darkrim artifacts)可能导致的误诊断，需要高的空间分辨率。理想的心肌灌注磁共振成像要求：(1)成像的范围要包括整个左心室；(2)足够的时间分辨率可以对流入和流出的血液进行动力学计算；(3)具有足够的空间分辨率可以发现心内膜下的心肌缺血；(4)T1敏感度高和信噪比高；(5)尽可能少的图像伪影。受成像速度的制约，目前心肌灌注磁共振成像在每个心动周期(每个R-R间期)内只能获得2-4个二维非连续短轴层面(视心率快慢和静息或加压状态不同而不同)，导致不能准确确定心肌缺血的范围和可能的漏诊。同时，每个层面是在心动周期的不同时相获得，定量分析有较大的误差。使得其有效性和临床价值大打折扣。因此，业界对加快心肌灌注磁共振成像的速度有迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于低秩张量编码的快速心肌灌注磁共振成像方法。

本发明要解决的技术问题是通过低秩张量编码方法，充分利用心肌灌注序列图像的空-时冗余加快心肌灌注磁共振成像的速度。

本发明是通过以下技术方案步骤实现：

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方相似块并聚类构建三维低秩张量。

步骤(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。

步骤(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。

步骤(d)：采用交替方向乘子法对重建模型进行求解，得到成像结果。

进一步地，本发明所述步骤(a)为：采用非局部策略对心肌灌注序列图像进行三维相似块聚类以形成高阶低秩张量。从心肌灌注序列图像中提取三维图像块，对于每个三维样本块(i为样本块的索引，块的大小为)，利用心肌灌注序列图像的非局部相似性，采用k近邻搜索m个三维立方相似块。聚类这m个三维相似块并将这些相似块沿空间方向的矩阵重排为一维向量，然后堆叠相应的相似块形成三维低秩张量