[发明专利]结合k空间和图像空间重建的成像方法和装置

说明书

本发明公开了一种结合k空间和图像空间重建的成像方法和装置，属于磁共振成像领域。该方法首先使用k空间并行成像方法对被测对象在磁共振参数测量所需的多帧成像中得到的带有自动校准信号的欠采样图像帧进行重建；然后针对其他没有自动校准信号的欠采样图像帧数据，在图像空间进行重建。本发明从欠采样数据中生成准确的SENSE方法所需要的灵敏度图，而无需额外采集。该方法产生与传统GRAPPA方法几乎一致的图像，并且没有明显伪影；但是速度却是传统GRAPPA方法的四倍及以上。该方法作为一种自校准的重建方法且无需全采样帧，尤其适合用来加速三维(3D)多帧磁共振成像。

技术领域

本发明属于磁共振成像领域，可以针对需要多帧图像数据的磁共振参数测量实现快速采集。

背景技术

磁共振成像(MRI)可以用来测量包括核自旋密度、纵向弛豫时间(T1)，横向弛豫时间(T2)，表观扩散系数(ADC)，脑血流速率，磁化转移速率等组织参数。这些参数的信号来源可以是生物体内存在的内源性化合物的核(如水中的¹H)，也可以是外源性物质或示踪剂。组织的MRI参数的直接量化可以提供有关神经、肌肉骨骼、肝脏和心肌成像中各种病理上的更有价值的临床信息。

测量这些参数的成像技术包括弛豫时间成像、扩散成像、灌注成像、功能磁共振(fMRI)和化学交换饱和转移(CEST)成像，它们大都需要对同一个成像对象采集具有脉冲序列参数调制的多帧图像数据集。这些可调制的脉冲序列参数包括回波时间(TE)、翻转角度或梯度强度等，例如扩散成像需要对同一个成像对象采集不同梯度磁场下的数据。目标参数估计可以通过将多帧图像数据集中的信号演化与数学模型进行拟合来实现。由于需要多次采集，扫描时间很长，这限制了其在临床中的应用；另一方面较长的扫描时间容易引入额外的运动，这使得技术本身对运动比较敏感。因此减少数据采集时间，加速成像过程不仅方便患者，也有利于提高图像质量。

为了加速多帧成像中的参数测量，国内外学者已经提出了很多方法，以CEST技术为例有Keyhole-CEST，SLAM，k-w ROSA，CS-CEST等方法。Keyhole-CEST将获取的低分辨率图像以及高分辨率的参考图像相结合以减少每次所需采集的数据，但是其牺牲了图像的高频信息。SLAM方法使用从侦察扫描中获得的先验定位知识直接从任意形状的感兴趣区域产生区域CEST测量值，具有比传统单体素和多体素方法高得多的信噪比效率，但是区域内部组织异质性的信息丢失了。基于模型的方法，k-w ROSA通过将基于子空间的Z谱信号分解合并到测量模型中，可以直接从完整或不完整的测量中估计感兴趣的不对称Z谱，但是其加速能力有限。基于压缩感知的CS-CEST方法利用图像在变换域的稀疏性进行提速，但是在实际应用中尚未实现完全的随机欠采样。

并行成像方法因其实用性和鲁棒性而被临床广泛使用。目前可大致分为两大类，以GRAPPA为代表的自校准的k空间方法，和以SENSE为代表的基于显性线圈灵敏度的图像空间方法。GRAPPA是一种自校准的k空间并行成像算法，其通过多通道数据的线性组合来拟合缺失点。GRAPPA的校准方程如下：

y＝Aw [1]

其中A代表由自动校准信号(ACS)生成的源数据矩阵，y表示目标数据向量，w代表要拟合的权重。过去的研究表明当加速因子较低时，GRAPPA可以产生准确的图像，并具有较高的鲁棒性。对于需要多帧数据的参数测量来说，由于需要采集很多帧图像，传统的GRAPPA方法需要每个图像帧都采集ACS，这大大降低了提速效果；如果只采集一个ACS，将从其中计算出的权值应用到所有欠采样帧，又会引入未知的伪影。另一方面，当加速因子很高时，GRAPPA只能从相距较远的k空间采集数据来拟合缺失数据，这增加了误差。GRAPPA的原理限制了其提速能力，实际中二维(2D)成像一般采用2倍提速，三维(3D)成像一般采用2×2倍提速。