一种基于张量分解稀疏约束的三维心脏磁共振成像方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于张量分解稀疏约束的三维心脏磁共振成像方法，其采用三维径向采样轨迹实现全心脏三维K空间数据的欠采样；通过高阶张量分解实现磁共振图像的稀疏表示，实现全心脏三维磁共振数据的最优稀疏表示，提高磁共振成像的精度；结合张量分解的稀疏数据的L1范数与全变差变换的复合正则化项作为约束项，利用快速复合分裂算法实现欠采样三维心脏磁共振图像重构。本发明方法有效缩短磁共振成像扫描时间，提高心脏磁共振成像的速度，有利于消除心脏检测过程中产生的运动伪影，提高三维心脏磁共振成像的精度。
【专利说明】一种基于张量分解稀疏约束的三维心脏磁共振成像方法
【技术领域】
[0001]本发明属于磁共振成像【技术领域】，具体涉及一种基于张量分解稀疏约束的三维心脏磁共振成像方法。
【背景技术】
[0002]心血管疾病是导致心脏突然停止跳动的主要原因。当前心血管病发病和死亡率居高不下，使心血管病防治负担加重，成为重要公共卫生问题，加强心血管病防治刻不容缓。心脏磁共振成像(Cardiac Magnetic Resonance Imaging, CMR)是利用核磁共振原理进行人体心脏断层成像的技术，能准确地反映心脏的解剖结构、形态功能、血流特性和心肌活性，已迅速发展成为心脏疾病诊断中的主要工具。心脏磁共振成像在成像过程中具有较好的软组织对比度，没有任何放射性污染，分辨率高，可任意层面成像；而且由于参与磁共振成像的因素较多，得到的图像信息量大，优于现有的其它各种影像学成像技术，在心脏疾病诊断中有很大的优越性和应用潜力。
[0003]在早中期的磁共振成像中，设备扫描需时较长，如一次心脏扫描需要大约数小时左右，甚至更长时间，这限制了心脏磁共振成像的应用范围。磁共振成像大多被用在静态部位的成像中，通常不适用于动态成像，这是因为在动态成像中，数据量的增加会大幅度延长数据获取时间，需时会更长，病人常常会因为长时间的等待数据扫描感觉不适；或在数据获取过程中发生自主和非自主的运动，导致图像中出现各种伪影。提高磁共振成像速度，缩短磁共振成像扫描时间的意义不仅仅在于提高磁共振设备的工作效率，减轻病人痛苦，更重要的是它有利于消除心脏运动以及呼吸等造成运动伪影的影响。
[0004]目前所研究的磁共振图像重构方法主要两种:一种是多线圈并行成像技术，主要是利用相控阵线圈中单个接收线圈的空间敏感度差异来编码空间信息，降低成像所必需的梯度编码步数，其采用多线圈阵列同时采集信号，允许对K空间进行欠采样以减少相位编码步数，在保持图像空间分辨率不变的同时，能大幅度缩短扫描时间，提高成像速度；但多线圈并行成像技术涉及多线圈敏感度分布的估计，需要增加计算量。
[0005]另一种基于压缩感知理论的磁共振成像重构方法，由于磁共振影像具有稀疏特性，可以采用压缩感知理论从随机欠采样的k空间数据进行图像重构，减少采样数据，提高成像速度，目前常用的奇异值分解、离散小波变换、离散余弦变换等稀疏变换方法，只考虑单层心脏磁共振图像的稀疏表示，而没有考虑三维心脏磁共振图像层与层之间的稀疏性。
【发明内容】
[0006]针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于张量分解稀疏约束的三维心脏磁共振成像方法，不仅考虑心脏磁共振图像层内的稀疏特性，也考虑心脏磁共振成像层间的稀疏特性，可提高磁共振成像精度。
[0007]一种基于张量分解稀疏约束的三维心脏磁共振成像方法，包括如下步骤:
[0008](I)利用三维径向采样轨迹模式对人体心脏的磁共振K空间数据进行欠采样，得到心脏的K空间欠采样数据；
[0009](2)对所述的K空间欠采样数据进行傅里叶逆变换，得到初始三维心脏磁共振图像U0 ；
[0010](3)利用张量分解的稀疏正则项结合全变差的稀疏正则项作为约束，建立重构三维心脏磁共振图像的目标函数如下:
[0011]
【权利要求】
1.一种基于张量分解稀疏约束的三维心脏磁共振成像方法，包括如下步骤: (1)利用三维径向采样轨迹模式对人体心脏的磁共振K空间数据进行欠采样，得到心脏的K空间欠采样数据； (2)对所述的K空间欠采样数据进行傅里叶逆变换，得到初始三维心脏磁共振图像U。； (3)利用张量分解的稀疏正则项结合全变差的稀疏正则项作为约束，建立重构三维心脏磁共振图像的目标函数如下:
2.根据权利要求1所述的三维心脏磁共振成像方法，其特征在于:所述的K空间欠采样数据分为Nz个采样层面，每个采样层面包含有Np条投影线，每条投影线上包含有Ns个样本点;NZ、Np和Ns均为大于I的自然数。
3.根据权利要求2所述的三维心脏磁共振成像方法，其特征在于:所述的K空间欠采样数据中各样本点的三维坐标表示如下:
4.根据权利要求1所述的三维心脏磁共振成像方法，其特征在于:所述的稀疏正则项HOSVD(u)的表达式如下:
5.根据权利要求1所述的三维心脏磁共振成像方法，其特征在于:所述的稀疏正则项TV(U)的表达式如下:
6.根据权利要求1所述的三维心脏磁共振成像方法，其特征在于:所述的步骤(4)中通过以下迭代方程组对目标函数进行最小化求解:
7.根据权利要求6所述的三维心脏磁共振成像方法，其特征在于:所述的重构子图像at和bt通过收缩阈值化的快速迭代算法求解得到。
8.根据权利要求6所述的三维心脏磁共振成像方法，其特征在于:通过所述的迭代方程组进行迭代计算，使达到最大迭代次数或迭代收敛后的三维心脏磁共振图像即作为重建得到的三维心脏磁共振图像u ;迭代收敛条件如下:
【文档编号】A61B5/055GK104013403SQ201410222133
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】蒋明峰, 汪亚明, 黄文清, 冯杰, 郑俊褒 申请人:浙江理工大学