眠状态后进行相应的实验。进行实验之前，先把大鼠固定在实验床上，然后送入成像 仪中。在磁共振成像仪操作台上，打开成像仪相应的操作软件，对感兴趣的大鼠部位进行定 位，此处选择对大鼠的脑部进行axial面成像。成像区域定位好后，进行调谐、自动匀场、频 率和功率校正。为了评价螺旋采样方法的有效性，在相同环境下进行了平面回波成像和传 统的笛卡尔时空编码超快速成像实验作为对比。按照上述两维时空编码单扫描螺旋采样 及其重建方法的操作流程，在进行单扫描两维时空编码之前，首先用一维的时空编码序列 分别测量所用到的90°和180°线性扫频脉冲的功率。然后导入编译好的（如图1所示） 两维时空编码单扫描序列，打开脉冲序列的各个相关模块，包括两维时空编码模块和解码 采样模块，设置实验参数，具体对于本实施例所采用的样本，其实验参数设置如下；90°线 性扫频脉冲的激发频率宽度A0W为64曲Z，激发时间Tg。为3yS，180°线性扫频脉冲的 激发频率宽度A018。为32曲Z，激发时间T18。为3yS，总采样点数为6996,RO方向的成像 视野Ly为4.5畑1，阳方向的成像视野Ly为4.5畑1，成像层厚度thk为2mm，破坏梯度的强度 为3.OGs/cm，时间为1yS。将W上实验参数设置好后，直接运行整个序列的采样时间约为 60yS。
[0096] 数据采样完后，按照上述步骤（6)~（8)对螺旋采样数据进行重建，最终结果如图 3D所示。从图3可W看出，在相同的磁场环境下，平面回波图像（图3B)的崎变较为严重， 而时空编码图像（图3C和D)崎变较小。比较笛卡尔采样轨迹下的图像（图3C)和螺旋采 样轨迹下的图像（图3D)可W看出，螺旋采样能够获得空间分辨率更好、细节更加丰富的大 鼠脑部信息。从黄色箭头所指的区域可W看出，笛卡尔采样轨迹下的图像会受到混叠伪影 的影响，从而出现额外的信号，而螺旋采样轨迹下的图像中混叠伪影没有出现。
[0097] 综上所述，本发明所提出的基于两维时空编码单扫描磁共振成像的螺旋采样及重 建方法能够有效克服欠采样引起的混叠伪影，并提高图像的空间分辨率，能够在单扫描情 况下获得高分辨率、无混叠伪影的磁共振图像。
【主权项】
1. 基于时空编码单扫描磁共振成像的螺旋采样及重建方法，其特征在于包括以下步 骤： 1) 在磁共振成像仪操作台上，打开磁共振成像仪相应的操作软件，首先对成像物体进 行感兴趣区域定位，然后进行调谐、自动匀场、功率和频率校正； 2) 用测量线性扫频脉冲功率的脉冲序列依次测量90°和180°线性扫频脉冲（chirp 脉冲）的功率，记录所测90°和180°线性扫频脉冲的功率； 3) 在核磁共振成像仪上，导入事先编译好的两维时空编码单扫描序列；打开序列的两 维时空编码模块，调入所需的90°和180°线性扫频脉冲（chirp脉冲），将所测量的功率值 赋值到所对应的功率变量中； 4) 导入chirp脉冲以及成像视野的相关参数，并设置采样梯度最大的幅值以及切换 率，通过事先编译好的螺旋梯度生成程序产生螺旋采样梯度文件，将螺旋采样梯度文件导 入到序列中，并设置相应的采样梯度值； 5) 执行步骤4)设置好的两维时空编码单扫描序列，进行数据采样，数据采样完成后， 执行下一步骤； 6) 数据采集完成后，首先根据序列参数计算出采样时刻对应的稳定相位点，其次根据 稳定相位点对采样信号的相位进行平滑处理，使数据的相位变化缓慢； 7) 对步骤6)得到的信号进行信号网格化处理，将螺旋轨迹的信号转化为笛卡尔坐标 下的信号； 8) 对步骤7)得到的信号进行两维时空编码的超分辨率重建，得到高品质的磁共振图 像。2. 如权利要求1所述基于时空编码单扫描磁共振成像的螺旋采样及重建方法，其特征 在于在步骤2)中，所述测量线性扫频脉冲功率的脉冲序列是一个一维的时空编码序列，由 一个线性扫频脉冲与时空编码梯度的组合和采样梯度构成，其中采样梯度与编码梯度作用 在同一维上，梯度面积相等，方向相反。3. 如权利要求1所述基于时空编码单扫描磁共振成像的螺旋采样及重建方法，其特征 在于在步骤3)中，所述两维时空编码模块的结构依次为：90°线性扫频脉冲、180°线性扫 频脉冲、180°的sine脉冲、PE方向偏置梯度； 所述90°线性扫频脉冲结合空间编码梯度Gpe对低带宽维即PE方向进行空间编码； 所述180°线性扫频脉冲结合空间编码梯度Gm对高带宽维即RO方向进行空间编码； 所述180°sine脉冲结合层选梯度Gss进行层选； 所述在PE方向偏置梯度的面积为空间编码梯度Gpe面积的一半，正负与空间编码梯度 Gpej相反。4. 如权利要求1所述基于时空编码单扫描磁共振成像的螺旋采样及重建方法，其特征 在于在步骤4)中，所述螺旋采样梯度文件由分别作用在R0、PE方向的梯度链组成，RO和PE 方向上的梯度文件通过预先编写好的最优化程序进行计算并生成，由一系列缓慢变化的正 负切换梯度构成，两个方向上的梯度幅值不超过仪器规定的最大梯度幅值，切换率不超过 仪器规定的最大切换率；为保证能够对整个视野进行解码，PE方向采样梯度累加面积的最 大绝对值等于Gpe面积的一半，RO方向采样梯度累加面积的最大绝对值等于G^的面积。5. 如权利要求1所述基于时空编码单扫描磁共振成像的螺旋采样及重建方法，其特征 在于在步骤6)中，所述稳定相位点的计算公式为：其中，N是采样点数，T是采样间隔时间，6"和Gpa分别是频率编码梯度和相位编码梯 度，46和G分别是频率解码梯度和相位解码梯度，T^和T^分别是频率解码梯度持续时间 和相位解码梯度持续时间，LdPLy分别是频率编码方向的成像视野和相位编码方向的成像 视野。6. 如权利要求1所述基于时空编码单扫描磁共振成像的螺旋采样及重建方法，其特征 在于在步骤6)中，所述平滑处理的公式为：其中，S是采样得到的信号，Y是磁旋比，S'是平滑处理之后的数据。7. 如权利要求1所述基于时空编码单扫描磁共振成像的螺旋采样及重建方法，其特征 在于在步骤7)中，所述信号网格化处理是通过对平滑之后的信号进行空间插值来实现的， 插值过程中除了平滑之后的信号，还需要用到原始空间位置分布信息和插值空间位置分布 信息；原始空间位置分布信息是步骤6)中计算出的稳定相位点X和y，插值空间位置分布 信息对应笛卡尔坐标下的空间位置信息。8. 如权利要求1所述基于时空编码单扫描磁共振成像的螺旋采样及重建方法，其特征 在于在步骤8)中，所述两维时空编码的超分辨率重建是基于压缩感知算法，其基本原理是 利用图像在变化域里面是稀疏表示的这个先验知识来去除混叠伪影或提高空间分辨率； 所述超分辨率重建的公式是：其中，?是通过实验参数计算出来的两维时空编码感知矩阵，P是重建出来的高品质 磁共振图像，S'是平滑处理之后的数据，X是稀疏变换和保真项的权衡因子，W是稀疏变 化矩阵；通过迭代算法来求解上面式子就能获得高分辨率、无混叠伪影的高品质磁共振图 像。9. 如权利要求1所述基于时空编码单扫描磁共振成像的螺旋采样及重建方法，其特征 在于在步骤4)中，所述螺旋采样梯度需要根据不同的硬件条件以及实验物品轮廓进行相 应优化，使其最大梯度幅值和最大梯度切换率能够满足硬件要求，并且能够提高信号区域 的采样密度。
【专利摘要】基于时空编码单扫描磁共振成像的螺旋采样及重建方法，涉及磁共振成像方法。通过90°和180°的线性扫频脉冲结合相应的时空编码梯度，在激发阶段使空间内的质子自旋获得一个和空间位置相关的二次相位；在采样阶段，通过施加优化之后的螺旋采样梯度进行数据采集，超快速获得具有T2*加权的空间域磁共振成像数据；最后通过特定的网格化算法和基于压缩感知的超分辨率重建算法对螺旋采样数据进行重建，从而获得超分辨率的高品质磁共振图像。极大地提高了时空编码单扫描成像的图像质量，为需要超快速成像的领域提供了一个很好的成像工具。
【IPC分类】G01R33/56
【公开号】CN104965184
【申请号】CN201510269980
【发明人】蔡淑惠, 陈林, 李敬, 黄建攀, 张婷, 蔡聪波
【申请人】厦门大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月25日