一种基于预扫描和非均匀采样的薄层快速磁共振成像方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于预扫描和非均匀采样的薄层快速磁共振成像方法，此方法适用于层厚较薄的多层磁共振成像过程。在成像过程中，由于层厚薄磁共振信号的信噪比较差，通常需要使用对同一层面信号进行多次采集然后平均的方式来提高信噪比，这使得成像时间较长。本发明公开的成像方法首先通过对各扫描层的单次预扫描获取各层信噪比较低的数据，然后对各层k空间数据进行分析，提取各层k空间数据中大信号的位置信息。在接下来的重复扫描过程中，结合非均匀采样方法只对各层k空间中的大信号区域多次采样提高信噪比，而不是对整个k空间进行多次采样。通过这种方法实现在更短时间内获取和传统方法相比质量相当或更高质量的图像。
【专利说明】一种基于预扫描和非均勾采样的薄层快速磁共振成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于磁共振成像领域，涉及一种基于预扫描和非均匀采样的薄层快速磁共 振成像方法。适用于要求扫描层厚较薄，扫描层数较多或要求扫描时间较短的磁共振成像 场合。 技术背景
[0002] MRI (Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像）技术是一种从20世纪80年代 开始在医疗机构中投入临床应用的一种影像诊断技术。其基本原理是利用NMR(Nuclear Magnetic Resonance,核磁共振）现象，通过不同的RF (Radio Frequency,射频）脉冲序列对 生物组织进行激励，使其原子核共振并产生可以探测的核磁共振信号。同时利用梯度磁场 对组织信号进行空间定位，并利用接收线圈检测组织的磁共振信号，最终形成磁共振图像。
[0003] 磁共振成像设备昂贵，同时由于其成像原理的限制，和CT等医学影像技术相比， 成像时间相对较长。这些因素使得磁共振成像技术的使用成本非常高，限制了磁共振成像 技术在临床诊断中更广泛的使用。同时由于现有的商用磁共振成像仪多为半封闭结构，成 像过程中病人需要呆在一个狭小的半封闭空间中，忍受成像时仪器产生的噪声。过长的成 像时间可能会使病人的身心产生不良感受，有的病人甚至会产生听力损伤和幽闭症。缩短 磁共振扫描时间对降低磁共振成像成本、减少成像对病患产生的不良感受有很大意义。
[0004] 在层厚较薄的多层磁共振成像过程中，由于层厚较薄，单次扫描所获得的图像信 噪比不高，难以满足诊断需要，通常需要对同一层进行多次扫描累加然后平均的方式提高 信噪比。信噪比提高的倍数和扫描次数的关系为= 其中R为信噪比提高的倍数，η为 扫描次数，因此成像时间过长的问题在层厚较薄的多层扫描过程中尤其突出。
[0005] 磁共振成像过程中的k空间数据有较强的稀疏性，即k空间中大信号数量较少，小 信号甚至零信号数量较多。k空间中有非常多的小信号和零信号，它们对图像质量贡献微 弱，对这些信号的反复采集浪费了大量的采集时间。如果能够将这些采集时间节省下来或 者分配到大信号的采集过程中，将更快更好的获得扫描图像。
[0006] 随意减少k空间采样点的数量，不一定能显著减少采样时间。因为采样时间和采 样过程中的TR(Time of R印etition,重复时间）数量密切相关，但是和一次TR中的采样点 数关系不大。所以如果只是减少了 TR中的采样点数，而没有减少TR的数量，对大幅减少采 样时间意义不大。采用非均匀采样轨迹可以很好的在减少采样点的同时减少TR次数，从而 大幅减少采样时间。
[0007] 本发明公开的成像方法希望同时利用k空间信号的稀疏性和非均匀采样方法在 更短时间内获取与传统成像方法相比同等或更高质量的磁共振图像。
【发明内容】
[0008] 针对技术背景中描述的多层磁共振成像速度慢的问题，本发明通过利用磁共振成 像k空间数据较为稀疏的特点结合非均匀采样技术提出一种新的快速成像方法。
[0009] -种基于预扫描和非均匀采样的薄层快速磁共振成像方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤1、对需要扫描的各层进行单次预扫描，获得各层k空间数据；
[0011] 步骤2、通过对预扫描结果的k空间数据进行统计，提取各层中大信号的位置信 息；
[0012] 步骤3、根据步骤2获取的各层大信号的位置信息，为各层选择在相同的频率编码 和相位编码数量下能够覆盖更多的大信号区域的非均匀采样轨迹和轨迹参数；
[0013] 步骤4、根据步骤3得到的非均匀采样轨迹及轨迹参数对各层进行多次扫描；
[0014] 步骤5、将步骤4中非均匀采样获得的数据分配到等间距均匀网格点上，通过傅里 叶逆变换得到各层图像。
[0015] 如上所述的步骤1中预扫描所采用的扫描轨迹为均匀笛卡尔采样轨迹。
[0016] 如上所述的步骤2中对k空间数据进行统计的具体筛选标准包括：按照a的大小 筛选、按照b的大小筛选、按照a的绝对值大小筛选、按照b的绝对值筛选、按照
【权利要求】
1. 一种基于预扫描和非均匀采样的薄层快速磁共振成像方法，其特征在于，包括以下 步骤： 步骤1、对需要扫描的各层进行单次预扫描，获得各层k空间数据；步骤2、通过对预扫 描结果的k空间数据进行统计，提取各层中大信号的位置信息； 步骤3、根据步骤2获取的各层大信号的位置信息，为各层选择在相同的频率编码和相 位编码数量下能够覆盖更多的大信号区域的非均匀采样轨迹和轨迹参数； 步骤4、根据步骤3得到的非均匀采样轨迹及轨迹参数对各层进行多次扫描； 步骤5、将步骤4中非均匀采样获得的数据分配到等间距均匀网格点上，通过傅里叶逆 变换得到各层图像。
2. 根据权利要求1所述的一种基于预扫描和非均匀采样的薄层快速磁共振成像方法， 其特征在于，所述的步骤1中预扫描所采用的扫描轨迹为均匀笛卡尔采样轨迹。
3. 根据权利要求1所述的一种基于预扫描和非均匀采样的薄层快速磁共振成像方法， 其特征在于，所述的步骤2中对k空间数据进行统计的具体筛选标准包括：按照a的大小筛 选、按照b的大小筛选、按照a的绝对值大小筛选、按照b的绝对值筛选、按照
的大 小筛选、按照a/b的大小筛选和按照a/b的绝对值的大小筛选；其中，a和b为k空间数据 的实部和虚部，针对采集的目标物理量不同，采用不同的筛选标准进行筛选。
4. 根据权利要求1所述的一种基于预扫描和非均匀采样的薄层快速磁共振成像方法， 其特征在于，所述的步骤3中使用的采样序列为UTE类型的脉冲序列。
5. 根据权利要求1所述的一种基于预扫描和非均匀采样的薄层快速磁共振成像方法， 其特征在于，所述的步骤3中的非均匀采样轨迹包括：非均匀笛卡尔采样轨迹、辐射形采样 轨迹、螺旋形采样轨迹和渐开线形采样轨迹。
6. 根据权利要求1所述的一种基于预扫描和非均匀采样的薄层快速磁共振成像方法， 其特征在于，所述的步骤5中，对于非均匀采样获得的数据分配到等间距均匀网格点上采 用点扩散函数法，使用的点扩散函数为卡塞尔-贝塞尔函数。
【文档编号】A61B5/055GK104042216SQ201410313197
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】吕植成, 周欣, 孙献平, 蒋滨, 叶朝辉, 刘买利 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所