一种图像重建方法

本发明涉及一种图像重建方法，具体地，涉及一种磁共振图像重建方法。

背景技术：

1、磁共振成像在医学领域中有着广泛的应用，通过磁共振成像技术能够对脑部、脊柱和心血管系统等人体器官进行成像。磁共振成像技术通过外部射频信号使得处于磁场中的待测样品发生磁共振现象，然后通过线圈接收磁共振信号，并将磁共振信号通过图像重建方法转化为图像数据，以获得待测样品的图像。

2、在现有技术中，绝大部分上述图像重建方法是基于傅里叶变换进行的，但是基于傅里叶变换的图像重建方法存在一些如下所述的局限性。一是当进行高分辨成像时，随着成像资源(主要是相位编码)的增加，所能换得的分辨率增加是迅速衰减的，即浪费成像资源。二是磁共振机器报告的名义分辨率(实际含义为每像素代表多少空间距离)很高，但实际上由于部分容积效应、瑞利极限等原因，导致看不清物体，即真实分辨能力不好。换句话说，由于信噪比的迅速衰减，傅里叶方法本身具有的旁瓣叠加的干扰问题，导致即使用特别多的相位编码数量所获得的图像也是模糊的图像。三是在待测样品的性质(例如，磁敏感性、质子密度)在不同区域剧烈变化的情况下，傅里叶变换方法将导致严重的伪影现象。上述局限性使得基于傅里叶变换的图像重建方法所获得的图像质量仍有待改进。

3、为此，本发明提出了一种图像重建方法，改进了上述现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提供了一种图像重建方法，包括：读取原始数据；将原始数据降维，以获得一维向量；对一维向量取自相关，以获得自相关矩阵；对自相关矩阵进行特征分解，以获得自相关矩阵的特征值和与相应特征值对应的特征向量，特征值和特征向量的数量均为m；将特征值按照大小进行排序，获得前n个较小的特征值对应的特征向量构成的子空间，其中n小于m；对前n个较小的特征值对应的特征向量构成的子空间取自相关，以获得目标子空间；定义相位编码方向上的谱搜索的格点位置；对于每个相位编码方向执行谱搜索步骤，谱搜索步骤包括：定义对应于相位编码方向的阵列流形；获得对应于相位编码方向的阵列流形与目标子空间的相关系数，然后对相关系数进行负相关变换以获得谱；从谱中以预定规则提取元素以获得重建出的图像的一行，预定规则使得谱的每一行和每一列均有且仅有一个元素被提取；输出重建出的图像。

2、根据该方案，通过谱搜索方法而非传统的傅里叶变换方法获得了图像，与传统的傅里叶方法相比，克服了一些傅里叶方法的缺点，改进了图像质量。

3、在一些方案中，定义对应于相位编码的阵列流形的步骤包括：定义相位编码方向上的原始数据的格点位置和频率编码方向上的原始数据的格点位置，其中相位编码方向上的原始数据的格点位置和频率编码方向上的原始数据的格点位置正交；定义频率编码方向上的谱搜索的格点位置；对于每个频率编码方向上的谱搜索格点位置执行以下步骤：根据相位编码方向上的谱搜索的格点位置、频率编码方向上的谱搜索的格点位置、相位编码方向上的原始数据的格点位置和频率编码方向上的原始数据的格点位置获得对应于相位编码和频率编码时的导向矢量，以获得对应于所述相位编码的阵列流形的一列。

4、在一些方案中，通过将对应于相位编码的阵列流形与目标子空间通过做内积以获得相关系数。

5、在一些方案中，可以设定信噪比阈值，如果信噪比低于信噪比阈值，则将对应于相位编码的阵列流形与目标子空间的逆矩阵做内积以获得相关系数，如果信噪比高于信噪比阈值，则将对应于相位编码的阵列流形与目标子空间做内积以获得相关系数。

6、在一些方案中，通过对相关系数取倒数以获得谱。

7、在一些方案中，通过对相关系数取倒数再乘以阵列流形的模以获得谱。

8、在一些方案中，通过对相关系数取倒数再乘以阵列流形的转置与阵列流形的乘积以获得谱。

9、在一些方案中，从谱中提取对角元素以获得重建出的图像的一行。

10、在一些方案中，图像重建方法还包括对重建出的图像进行归一化，以获得归一化图像。

11、在一些方案中，n比m小1。

12、在一些方案中，可以设定谱搜索的范围，以在特定的谱搜索范围内基于谱搜索范围确定相位编码方向上的原始数据的格点位置和频率编码方向上的原始数据的格点位置，以执行谱搜索步骤。

13、在一些方案中，图像重建方法是磁共振图像重建方法。

14、在一些方案中，原始数据是k空间数据。

15、在一些方案中，对应于相位编码和频率编码时的导向矢量avec由下式定义：

16、avec＝exp(2πi*k*(f1(yx*yer(vid))+f2(yy*hor(hid))))

17、其中，f1和f2分别表示一种变换，vid和hid分别表示第vid个相位编码方向上的谱搜索格点位置和第hid个频率编码方向上的谱搜索格点位置，k是波数，表示原子进动时的相位随距离变化的速率，其与共振频率的关系为其中c是光速。

18、在一些方案中，对应于相位编码和频率编码时的导向矢量avec由下式定义：

19、avec＝exp(2πi*k*(yx*ver(vid)+yy*hor(hid)))

20、根据本发明的第二方面，提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读的指令，当利用计算机执行所述指令时执行根据本发明的第一方面所述的图像重建方法。

技术特征：

1.一种图像重建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，定义对应于所述相位编码的阵列流形(a)的步骤包括：

3.根据权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，通过将对应于所述相位编码的阵列流形(a)与所述目标子空间(sun)通过做内积以获得所述相关系数。

4.根据权利要求3所述的图像重建方法，其特征在于，还包括设定信噪比阈值，如果信噪比低于所述信噪比阈值，则将对应于所述相位编码的阵列流形(a)与所述目标子空间(sun)的逆矩阵做内积以获得所述相关系数，如果信噪比高于所述信噪比阈值，则将对应于所述相位编码的阵列流形(a)与所述目标子空间(sun)做内积以获得所述相关系数。

5.根据权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，通过对所述相关系数取倒数以获得所述谱(spec)。

6.根据权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，通过对所述相关系数取倒数再乘以所述阵列流形(a)的模以获得所述谱(spec)。

7.根据权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，通过对所述相关系数取倒数再乘以at*a以获得所述谱(spec)。

8.根据权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，从所述谱(spec)中提取对角元素以获得所述重建出的图像(x)的一行。

9.根据权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，还包括对所述重建出的图像(x)进行归一化，以获得归一化图像。

10.根据权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，所述n比所述m小1。

11.根据权利要求2所述的图像重建方法，其特征在于，还包括设定谱搜索的范围，以在特定的谱搜索范围内基于谱搜索范围确定相位编码方向上的原始数据的格点位置(yx)和频率编码方向上的原始数据的格点位置(yy)，以执行所述谱搜索步骤。

12.根据权利要求1所述的图像重建方法，其特征在于，所述图像重建方法是磁共振图像重建方法。

13.根据权利要求12所述的图像重建方法，其特征在于，所述原始数据(y)是k空间数据。

14.根据权利要求2所述的图像重建方法，其特征在于，对应于所述相位编码和所述频率编码时的导向矢量avec由下式定义：

15.根据权利要求14所述的图像重建方法，其特征在于，对应于所述相位编码和所述频率编码时的导向矢量avec由下式定义：

16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读的指令，当利用计算机执行所述指令时执行根据权利要求1至15中任一项所述的图像重建方法。

技术总结
一种图像重建方法，包括：读取原始数据；将原始数据降维以获得一维向量；对一维向量取自相关，以获得自相关矩阵；对自相关矩阵进行特征分解，以获得自相关矩阵的特征值和特征向量；将特征向量按照其对应的特征值大小进行排序；对前N个较小的特征值对应的特征向量构成的子空间取自相关，以获得目标子空间；定义相位编码方向上的谱搜索的格点位置；对于每个相位编码方向执行以下谱搜索步骤：定义对应于相位编码方向的阵列流形；获得对应于相位编码方向的阵列流形与目标子空间的相关系数或者获得阵列流形与目标子空间的逆矩阵的相关系数，然后对相关系数进行负相关变换以获得谱；从谱中提取元素以获得重建出的图像的一行；输出重建出的图像。

技术研发人员：孙东标,张紫豪,卓彦,王帆
受保护的技术使用者：中国科学院生物物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15