三维动态磁共振成像的采集方法、装置、设备及存储介质与流程
本发明属于动态核磁共振成像技术领域，尤其涉及一种三维动态磁共振成像的采集方法、装置、设备及存储介质。
背景技术：
磁共振成像(magneticresonanceimaging，mri)具有无电离辐射，多对比度成像，软组织对比度高等优点，已经成为临床医学检查的一种重要工具。在磁共振成像过程中将采集到的磁共振模拟信号转换为数字信号，并填充到k空间中，再对k空间数据进行重建可得到磁共振图像。k空间也称为傅里叶空间，是带有空间定位编码信息的磁共振信息原始数字数据的填充空间。
三维动态磁共振成像是利用磁共振技术对人体组织器官的动态生理过程或者药物代谢过程进行跟踪成像的一种技术。三维动态磁共振成像的基本原理是通过重复地采集同一成像空间，生成一系列与时间相关的k空间数据，通过对这些数据重建可以得到与时间相关的磁共振图像，该组磁共振图像在一定程度上可以提供组织器官等动态生理过程(如心跳运动，药物代谢等)。通过对这些图像做数据分析可以获得一系列定量或半定量参数，这些参数反映了病变发生发展过程中的生物学和病理生理学信息，对研究和诊断都有重要价值。
目前，三维动态磁共振成像的采集方法主要包括三维笛卡尔采集、三维径向采集、径向与笛卡尔相结合的混合采集等，这些采集方法都是基于重复采集部分或者全部k空间数据实现动态成像。在三维笛卡尔采集中，通过选层梯度、相位编码梯度和频率编码梯度完成k空间三个方向上的编码，实现三维k空间数据的填充。三维径向采集方法通过对k空间三个方向同时施加适当的梯度实现三维球形k空间的填充。这两种方法重建一组三维图像都需要采集全部k空间数据，导致获得的三维动态磁共振图像的时间分辨率很低。径向与笛卡尔相结合的混合采集方法一般在二维面内采用基于黄金比例角的径向轨迹的采集方式，在第三个维度上采用笛卡尔采集，该方法通过结合回顾性重建技术可以在一定程度上提高时间分辨率，但需要进行多次重复的采集才能实现，增加了扫描时间，动态图像的连续性也不高，而且由于受到第三个维度上的采集时间限制，该方法的时间分辨率难以进一步提高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种三维动态磁共振成像的采集方法、装置、设备及存储介质，旨在解决由于现有的三维动态磁共振成像的采集方法需要重复采集全部的三维k空间数据、或多次重复采集全部或部分的三维k空间，导致三维动态磁共振成像的数据采集效率较低的问题。
一方面，本发明提供了一种三维动态磁共振成像的采集方法，所述方法包括下述步骤：
在预设的磁共振成像系统的三维k空间中建立球坐标系，根据所述球坐标系，构建当前采集次数对应的圆锥面；
根据预设的螺旋轨迹函数，在所述圆锥面中构建螺旋轨迹，并沿着所述螺旋轨迹，通过所述磁共振成像系统采集k空间数据；
当检测到所述当前采集次数达到预设阈值时，停止所述k空间数据的采集，输出采集的所述k空间数据，否则，对所述当前采集次数进行加一操作，并跳转至所述构建当前采集次数对应的圆锥面的步骤。
另一方面，本发明提供了一种三维动态磁共振成像的采集装置，所述装置包括：
圆锥面构建单元，用于在预设的磁共振成像系统的k空间中建立球坐标系，根据所述球坐标系，构建当前采集次数对应的圆锥面；
螺旋采集单元，用于根据预设的螺旋轨迹函数，在所述圆锥面中构建螺旋轨迹，并沿着所述螺旋轨迹，通过所述磁共振成像系统采集k空间数据；以及
采集数据输出单元，用于当检测到所述当前采集次数达到预设阈值时，停止所述k空间数据的采集，输出采集的所述k空间数据，否则，对所述当前采集次数进行加一操作，并触发所述圆锥面构建单元执行构建所述当前采集次数对应的圆锥面的操作。
另一方面，本发明还提供了一种医疗设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述一种三维动态磁共振成像的采集方法所述的步骤。
另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述一种三维动态磁共振成像的采集方法所述的步骤。
本发明在预设的三维动态磁共振成像系统的k空间中，建立球坐标系，根据球坐标系，构建当前采集次数对应的圆锥面，根据螺旋轨迹函数，在圆锥面中构建螺旋轨迹，并通过磁共振成像系统沿着该螺旋轨迹采集k空间数据，当检测道当前采集次数达到预设阈值时，停止k空间数据的采集，输出采集的k空间数据，否则跳转至构建圆锥面的步骤，继续k空间数据的采集，从而通过球坐标、圆锥面以及螺旋轨迹实现k空间数据的连续采集，在任一采集时间窗内都可以得到近似均匀的k空间数据分布，使得后续图像重建数据的选择更为自由，有效地提高了三维动态磁共振成像的数据采集效率、以及后续重建得到的三维动态磁共振图像的时间分辨率。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的三维动态磁共振成像的采集方法的实现流程图；
图2是本发明实施例一提供的三维动态磁共振成像的采集方法中球坐标系中圆锥面的仰角、螺旋轨迹的初始方位角的示例图；
图3是本发明实施例一提供的三维动态磁共振成像的采集方法中连续采集3次的螺旋轨迹和连续采集300次的螺旋轨迹分别在球坐标系中的分布示例图；
图4是本发明实施例一提供的三维动态磁共振成像的采集方法中连续采集500次后，螺旋轨迹末端在虚拟球面上的点分布的示例图；
图5是本发明实施例一提供的三维动态磁共振成像的采集方法中分别在不同采集次数、不同时间窗、不同时间组合下，螺旋轨迹末端在虚拟球面上的点分布的示例图；
图6是本发明实施例二提供的三维动态磁共振成像的采集装置的优选结构示意图；
图7是本发明实施例二提供的三维动态磁共振成像的采集装置的优选结构示意图；以及
图8是本发明实施例三提供的医疗设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
实施例一：
图1示出了本发明实施例一提供的三维动态磁共振成像的采集方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
在步骤s101中，在预设的磁共振成像系统的三维k空间中建立球坐标系。
在步骤s102中，根据建立的球坐标系，构建当前采集次数对应的圆锥面。
在本发明实施例中，磁共振成像系统在这里可称为三维动态磁共振成像系统，三维的k空间为磁共振成像系统采集的原始数据的填充空间。在磁共振成像系统采集k空间数据前(即采集用来填充k空间的原始数据)，在三维的k空间中建立球坐标系，以便在三维球形的k空间中进行k空间数据的采集。
在本发明实施例中，在进行k空间数据采集时，先在该球坐标系中建立当前采集次数对应的圆锥面，具体地，可根据预设的二维黄金分割比例系数，计算当前采集次数对应的圆锥面在该球坐标系中的仰角，再根据该仰角，并以球坐标系的原点为圆锥面的顶点，构建当前采集次数对应的圆锥面。其中，圆锥面在该球坐标系中的仰角的计算公式可为：
θn＝arcsin(2mod(n1γ1,1)-1)，其中，n1＝n+i，n为当前采集次数，n为大于等于1的正整数，θn为当当前采集次数为n时，圆锥面在球坐标系中的仰角，i为预设参数，i的值可为任意自然数，γ1为二维黄金分割比例系数之一且γ1＝0.6823。
在步骤s103中，根据预设的螺旋轨迹函数，在圆锥面中构建螺旋轨迹，并沿着螺旋轨迹，通过磁共振成像系统采集k空间数据。
在本发明实施例中，在构建好当前采集次数对应的圆锥面后，可根据预设的螺旋轨迹函数，在该圆锥面上构建螺旋轨迹，具体地，先根据二维黄金分割比例系数，计算圆锥面中的螺旋轨迹在球坐标系中的初始方位角，再根据该初始方位角和螺旋轨迹函数，在圆锥面上构建(或绘制)该螺旋轨迹。其中，螺旋轨迹在球坐标系中的初始方位角的计算公式为：
作为示例地，图2中给出了圆锥面在球坐标系中的仰角θn、圆锥面上的螺旋轨迹在球坐标系上的初始方位角
在步骤s104中，检测当前采集次数是否达到预设阈值。
在本发明实施例中，当检测到当前采集次数达到预设阈值时，可认为已完成k空间数据的采集，执行步骤s104，否则，执行步骤s105。
在步骤s105中，停止k空间数据的采集，输出采集的k空间数据。
在本发明实施例中，当前可认为已完成k空间数据的采集，输出采集的k空间数据，已采集到的k空间数据可用来重建三维动态磁共振图像，例如，将第一次到第二十次采集的k空间数据用于第一帧三维磁共振图像的重建，将第二十一次到三十次采集的k空间数据用于第二帧三维磁共振图像的重建，如此推算，即可完成三维动态磁共振图像的重建，从而通过k空间数据的连续采集，提高了重建后三维动态磁共振图像的连续性。
作为示例地，图3左边的a为连续采集3次的螺旋轨迹、右边的b为连续采集300次的螺旋轨迹，虚线部分为虚拟的球体(用来表示三维球形k空间)。图4为连续采集500次后，螺旋轨迹末端在虚拟球面上的点分布，从图4可看出，采集到的k空间数据在三维球体的k空间中近似均匀分布。图5中分别为不同采集次数、不同时间窗、不同时间组合下，螺旋轨迹末端在虚拟球面上的点分布，从图5可以看出，任意长度时间内(即任意采集次数)采集到的k空间数据在三维球体的k空间中近似均匀分布，任意位置时间窗内采集到的k空间数据在三维球体的k空间中近似均匀分布，任意组合时间窗内采集到的k空间数据在三维球体的k空间中近似均匀分布，从而使得后续进行图像重建时数据的选择更为自由，有效地提高了三维动态磁共振成像的数据采集效率、三维动态磁共振图像的时间分辨率。
在步骤s106中，对当前采集次数进行加一操作，并跳转至步骤s102。
在本发明实施例中，当当前采集次数未达到预设阈值时，可对当前采集次数进行加一操作，并跳转至步骤s102中，继续进行当前采集次数对应的圆锥面、螺旋轨迹的构建和k空间数据的采集。
在本发明实施例中，在磁共振成像系统的三维k空间中建立球坐标系，在球坐标系中根据二维黄金分割比例系数，建立圆锥面并构建圆锥面上的螺旋轨迹，通过磁共振成像系统沿着螺旋轨迹进行k空间数据的采集，当当前采集次数达到预设阈值时，停止k空间数据的采集，并输出采集的k空间数据，否则对当前采集次数进行加一操作，继续圆锥面、螺旋轨迹的构建以及k空间数据的采集，从而实现了三维动态磁共振成像中三维k空间数据的连续采集，使得任一时间窗采集到的数据在三维球形的k空间中近似均匀分布，进而使得后续图像重建数据的选择更为自由，有效地提高了三维动态磁共振成像的数据采集效率、三维动态磁共振图像的时间分辨率。
实施例二：
图6示出了本发明实施例二提供的三维动态磁共振成像的采集装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，其中包括：
圆锥面构建单元61，用于在预设的磁共振成像系统的三维k空间中建立球坐标系，根据球坐标系，构建当前采集次数对应的圆锥面。
在本发明实施例中，在磁共振成像系统采集k空间数据前在三维的k空间中建立球坐标系，在该球坐标系中建立当前采集次数对应的圆锥面，具体地，可根据预设的二维黄金分割比例系数，计算当前采集次数对应的圆锥面在该球坐标系中的仰角，再根据该仰角，以球坐标系的原点为圆锥面的顶点，构建当前采集次数对应的圆锥面。
在本发明实施例中，圆锥面在该球坐标系中的仰角的计算公式可为：
θn＝arcsin(2mod(n1γ1,1)-1)，其中，n1＝n+i，n为当前采集次数，n为大于等于1的正整数，θn为当当前采集次数为n时，圆锥面在球坐标系中的仰角，i为预设参数，i的值可为任意自然数，γ1为二维黄金分割比例系数之一且γ1＝0.6823。
螺旋采集单元62，用于根据预设的螺旋轨迹函数，在圆锥面中构建螺旋轨迹，并沿着螺旋轨迹，通过磁共振成像系统采集k空间数据。
在本发明实施例中，在构建好当前采集次数对应的圆锥面后，可根据预设的螺旋轨迹函数，在该圆锥面上构建螺旋轨迹，具体地，先根据二维黄金分割比例系数，计算圆锥面中的螺旋轨迹在球坐标系中的初始方位角，再根据该初始方位角和螺旋轨迹函数，在圆锥面上构建(或绘制)该螺旋轨迹。其中，螺旋轨迹在球坐标系中的初始方位角的计算公式为：
采集数据输出单元63，用于当检测到当前采集次数达到预设阈值时，停止k空间数据的采集，输出采集的k空间数据，否则，对当前采集次数进行加一操作，并触发圆锥面构建单元61执行构建当前采集次数对应的圆锥面的操作。
在本发明实施例中，当检测到当前采集次数达到预设阈值时，可认为已完成k空间数据的采集，已采集到的k空间数据可用来重建三维动态磁共振图像，例如，将第一次到第二十次采集的k空间数据用于第一帧三维磁共振图像的重建，将第二十一次到三十次采集的k空间数据用于第二帧三维磁共振图像的重建，如此推算，即可完成三维动态磁共振图像的重建，从而通过k空间数据的连续采集，提高了重建后三维动态磁共振图像的连续性。
在本发明实施例中，在当前采集次数达到采集阈值时，采集到的k空间数据在三维球体的k空间中近似均匀分布，且任意长度时间内(即任意采集次数)、任意位置时间窗内、或者任意组合时间窗内采集到的k空间数据在三维球体的k空间中都近似均匀分布，从而使得后续进行图像重建时数据的选择更为自由，有效地提高了三维动态磁共振成像的数据采集效率、三维动态磁共振图像的时间分辨率。
在本发明实施例中，当当前采集次数未达到预设阈值时，可对当前采集次数进行加一操作，并触发圆锥面构建单元61进行当前采集次数对应的圆锥面、构建。
优选地，如图7所示，圆锥面构建单元61包括：
仰角计算单元711，用于根据预设的二维黄金分割比例系数，计算当前采集次数对应的圆锥面在球坐标系中的仰角；以及
圆锥面构建子单元712，用于根据圆锥面在球坐标系中的仰角，以球坐标系的原点为顶点，构建圆锥面。
优选地，螺旋采集单元62包括：
方位角计算单元721，用于根据二维黄金分割比例系数，计算圆锥面中螺旋轨迹在球坐标系中的初始方位角；以及
轨迹构建单元722，用于根据螺旋轨迹在球坐标系中的初始方位角和螺旋轨迹函数，构建螺旋轨迹。
在本发明实施例中，在磁共振成像系统的三维k空间中建立球坐标系，在球坐标系中根据二维黄金分割比例系数，建立圆锥面并构建圆锥面上的螺旋轨迹，通过磁共振成像系统沿着螺旋轨迹进行k空间数据的采集，当当前采集次数达到预设阈值时，停止k空间数据的采集，并输出采集的k空间数据，否则对当前采集次数进行加一操作，继续圆锥面、螺旋轨迹的构建以及k空间数据的采集，从而实现了三维动态磁共振成像中三维k空间数据的连续采集，使得任一时间窗采集到的数据在三维球形的k空间中近似均匀分布，进而使得后续图像重建数据的选择更为自由，有效地提高了三维动态磁共振成像的数据采集效率、三维动态磁共振图像的时间分辨率。
在本发明实施例中，三维动态磁共振成像的采集装置的各单元可由相应的硬件或软件单元实现，各单元可以为独立的软、硬件单元，也可以集成为一个软、硬件单元，在此不用以限制本发明。
实施例三：
图8示出了本发明实施例三提供的医疗设备的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明实施例的医疗设备8包括处理器80、存储器81以及存储在存储器81中并可在处理器80上运行的计算机程序82。该处理器80执行计算机程序82时实现上述方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤s101至s106。或者，处理器80执行计算机程序82时实现上述装置实施例中各单元的功能，例如图6所示单元61至63的功能。
在本发明实施例中，在预设的三维动态磁共振成像系统的k空间中建立球坐标系，根据球坐标系，构建当前采集次数对应的圆锥面，根据螺旋轨迹函数，在圆锥面中构建螺旋轨迹，并通过磁共振成像系统沿着该螺旋轨迹采集k空间数据，当检测道当前采集次数达到预设阈值时，停止k空间数据的采集，并输出采集到的k空间数据，否则跳转至构建圆锥面的步骤，继续k空间数据的采集，从而通过球坐标、圆锥面以及螺旋轨迹实现k空间数据的连续采集，在任一采集时间窗内都可以得到近似均匀的k空间数据分布，使得后续图像重建数据的选择更为自由，有效地提高了三维动态磁共振成像的数据采集效率、以及后续重建得到的三维动态磁共振图像的时间分辨率。
实施例四：
在本发明实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤，例如，图1所示的步骤s101至s106。或者，该计算机程序被处理器执行时实现上述装置实施例中各单元的功能，例如图6所示单元61至63的功能。
在本发明实施例中，本发明在预设的三维动态磁共振成像系统的k空间中建立球坐标系，根据球坐标系，构建当前采集次数对应的圆锥面，根据螺旋轨迹函数，在圆锥面中构建螺旋轨迹，并通过磁共振成像系统沿着该螺旋轨迹采集k空间数据，当检测道当前采集次数达到预设阈值时，停止k空间数据的采集，并输出采集的k空间数据，否则跳转至构建圆锥面的步骤，继续k空间数据的采集，从而通过球坐标、圆锥面以及螺旋轨迹实现k空间数据的连续采集，在任一采集时间窗内都可以得到近似均匀的k空间数据分布，使得后续图像重建数据的选择更为自由，有效地提高了三维动态磁共振成像的数据采集效率、以及后续重建得到的三维动态磁共振图像的时间分辨率。
本发明实施例的计算机可读存储介质可以包括能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质，例如，rom/ram、磁盘、光盘、闪存等存储器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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