一种结合导航回波与压缩感知的运动伪影矫正方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于磁共振成像的技术领域，具体涉及一种结合导航回波与压缩感知的运 动伪影矫正方法。
【背景技术】
[0002] 运动是磁共振成像中最常见的问题，由运动导致的伪影会降低磁共振图像的质 量，严重影响临床医生做出正确诊断。导航回波技术是一种广泛应用于监测成像物体运动 和伪影矫正的技术。在一定幅度范围内，导航回波可有效追踪物体的运动，如呼吸运动、小 幅度头部运动等，并可利用监测得到的运动信息对k空间数据进行矫正，从而降低运动伪 影对图像质量的影响。然而导航回波技术无法矫正大幅度运动以及非刚体运动导致的图像 伪影，运动时刻采集到的k空间数据只能舍弃。
[0003] 压缩感知（Compressed Sensing，CS)通过非线性重建算法，在远小于Nyquist采 样率的条件下，对欠采样的数据进行重建恢复出原始信号。应用压缩感知进行图像重建需 要满足两个重要条件：（1)所要重建的图像能变换到一种稀疏形式；（2) k空间数据必须为 随机欠采样，其经傅立叶变换后，图像中的伪影如噪声一般是非相干的。磁共振图像能很好 地满足这两个条件，因此可以将压缩感知技术应用于磁共振成像领域。近年来，压缩感知已 广泛地应用于磁共振成像领域，对随机欠采样的数据进行重建，以缩短成像时间。Barral小 组提出结合压缩感知和导航回波技术进行运动伪影矫正，但他们只是针对运动之后回到原 来位置的情况进行了矫正，这在实际的应用中有很大的局限性，因为被试对象在运动之后 很难回到初始位置。
【发明内容】
[0004] 本发明针对上述导航回波无法矫正大幅度运动或非刚体运动造成的伪影等不足 之处，提出一种结合导航回波与压缩感知的运动伪影矫正方法，该方法能够有效的矫正大 幅度运动及非刚体运动造成的伪影，且无需要求被试在运动之后必须回到原来的位置。为 实现以上目的，本发明提出以下技术方案：
[0005] 本发明提出了一种结合导航回波与压缩感知的运动伪影矫正方法，所述方法包括 以下步骤：
[0006] 步骤a :实现有导航回波的梯度回波序列，对所述序列的相位编码梯度施加顺序 进行特定的设计；
[0007] 步骤b :用所述梯度回波序列对被试对象进行扫描获得原始数据；
[0008] 步骤C :基于步骤b中获得的原始数据得到未受运动影响的伪随机欠采样k空间 数据；
[0009] 步骤d :用压缩感知技术对所述伪随机欠采样k空间数据进行图像重建，获得重建 图像；以及
[0010] 步骤e :用均方根的方式对所述重建图像进行多通道数据组合，得到矫正后的图 像。
[0011] 本发明提出的所述结合导航回波与压缩感知的运动伪影矫正方法中，步骤a中将 所述梯度回波序列中的第二个回波作为导航回波，用于探测物体的运动信息。
[0012] 本发明提出的所述结合导航回波与压缩感知的运动伪影矫正方法中，步骤a中， 所述对相位编码梯度施加顺序进行特定的设计即为对k空间数据采集顺序进行特定的设 计，包括：采用两次k空间中心附近数据的采集，即分别在扫描开始阶段与结束阶段进行采 集，其它k空间数据在相位编码方向上进行随机采集。
[0013] 本发明提出的所述结合导航回波与压缩感知的运动伪影矫正方法中，步骤c中获 得伪随机欠采样k空间数据进一步包括：
[0014] 步骤cl :将所述原始数据分为导航回波数据和图像回波数据；
[0015] 步骤c2 :用所述导航回波数据获取运动信息，将所述运动信息与所述相位编码梯 度施加顺序结合得到伪随机欠采样模板；以及
[0016] 步骤c3 :由所述伪随机欠采样模板和所述图像回波数据得到未受运动影响的伪 随机欠采样k空间数据。
[0017] 本发明提出的所述结合导航回波与压缩感知的运动伪影矫正方法中，步骤c中用 导航回波获取运动信息以选择未受运动影响的数据较多的一部分作为所述伪随机欠采样k 空间数据。
[0018] 本发明提出的所述结合导航回波与压缩感知的运动伪影矫正方法中，步骤c3中 通过所述伪随机欠采样模板乘以所述图像回波数据得到所述伪随机欠采样k空间数据。
[0019] 本发明提出的所述结合导航回波与压缩感知的运动伪影矫正方法中，步骤d还包 括如下步骤：
[0020] 步骤dl :该k空间数据经过反傅立叶变换后，得到欠采样图像m ;以及
[0021] 步骤d2 :对欠采样图像m进行压缩感知重建。
[0022] 本发明方法同传统的导航回波矫正运动伪影方法相比，不需要考虑物体如何运动 及是否符合刚体运动。由于受运动影响的数据是被去除的，因此伪影的矫正效果与运动的 幅度及形式无关，大幅度运动或非刚体运动无法矫正的问题得到了很好的解决。本发明对 相位编码梯度施加顺序进行了特定的设计，有两次的k空间中心数据的采集，这样无需要 求被试在运动之后必须回到原来位置，可选择未受运动影响的数据量较多的一部分数据进 行重建。同时，本方法适用其他的序列，为磁共振成像的运动伪影矫正提供了一个新思路。
【附图说明】
[0023] 图1是根据本发明的实施例一中实现的集成有导航回波的二维梯度回波脉冲序 列时序图。
[0024] 图2是根据本发明的实施例一中二维序列的相位编码梯度施加顺序图。
[0025] 图3是根据本发明的实施例中运动伪影矫正方法的流程图。
[0026] 图4是本发明实施例一中二维成像中的欠采样模板与对应的欠采样k空间数据， 图4(a)示出二维欠采样模板，图4(b)示出二维欠采样k空间。
[0027] 图5是压缩感知重建中的整个迭代过程图。
[0028] 图6是根据本发明实施例一的运动伪影矫正方法得到的矫正前后的二维颅脑图， 图6(a)示出扫描前期头动，图6(b)示出扫描后期头动，图6(c)示出随机一次头动。
[0029] 图7是根据本发明的实施例二中实现的集成有导航回波的三维梯度回波脉冲序 列时序图。
[0030] 图8是根据本发明的实施例二中三维序列的相位编码梯度施加顺序图。
[0031] 图9是本发明实施例二中三维成像中的欠采样模板与对应的欠采样k空间数据， 图9(a)示出三维欠采样模板，图9(b)示出三维欠采样k空间。
[0032] 图10是根据本发明实施例二的运动伪影矫正方法得到的矫正前后的三维膝关节 图，图10(a)示出扫描前期运动，图10(b)扫描后期运动，图10(c)随机一次运动。
【具体实施方式】
[0033] 结合以下具体实施例和附图，对发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条 件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明 没有特别限制内容。
[0034] 本发明方法较好地矫正了任意时刻的一次大幅度运动或非刚体运动造成的伪影， 无需重新采集。以下两个实施例分别分步介绍本发明方法序列设计，得到伪随机欠采样k 空间数据，用压缩感知技术进行图像重建的具体操作过程。
[0035] 实施例一：
[0036] 本实施例中，采集的磁共振成像数据为二维的颅脑磁共