[发明专利]一种基于欠采样k-空间数据的水脂分离方法

说明书

技术领域

本发明属于医学图像处理领域，涉及一种基于欠采样k-空间数据的水脂分离方法。 

背景技术

在核磁共振成像中，由于局部非均匀场的存在，常规的脂肪抑制方法、水激发方法以及短反转恢复(STIR)会在这些区域抑制脂肪失败，从而导致某些病理结构被高亮的脂肪信号遮盖。基于水脂化学位移的多点Dixon方法在这种条件下具有更好的鲁棒性。常规的多点Dixon方法是基于笛卡尔k-空间填充的数据进行重建的，这些数据的采集通常是结合自旋回波，快速自旋回波，梯度回波等得到的。这种方法通常需要做完整的k-空间填充以避免出现欠采样伪影，扫描时间过长。同时这种笛卡尔填充方式对于病人移动、脉搏等运动敏感，会在图像的相位编码方向产生伪影。有人提出对k-空间进行欠采样以缩短时间，并结合对于运动较为不敏感的k-空间填充模式，如radial或者PROPELLOR的填充模式，然后对各个回波的图像利用格点化法或者迭代重建方法重建，最后用常规的多点水脂分离方法结合区域增长的B0场图分析方法获取水像和脂肪像。这种方法可以缩短扫描时间并且获得比较好的图像，但是区域增长方法具有一定的不稳定性并且需要耗费较大的计算机资源，很有可能导致局部的水脂分离失败。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种欠采样k-空间数据的水脂分离方法，该方法可以分离出与主磁场不均匀性不相关的相位图、B0场图以及水像和脂肪像。 

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。 

一种基于欠采样k-空间数据的水脂分离方法，包括以下步骤： 

步骤一，根据MR原始数据分别获取k-空间轨迹参数和k-空间原始数据； 

步骤二，根据所述k-空间轨迹参数选取参数系统矩阵； 

步骤三，根据所述k-空间原始数据获取每个通道的回波数据； 

步骤四，利用所述参数系统矩阵和每个通道的回波数据执行正则化迭代图像重建； 

步骤五，将重建后的图像进行VARPRO水脂分离计算，获得最终图像。 

作为本发明的一种优选方案，步骤五中，先将重建后的图像进行VARPRO水脂分离计算，然后将经水脂分离后的图像进行图像合并，最后获得最终图像。 

作为本发明的另一种优选方案，步骤五中，先将重建后的图像进行图像合并，然后再将合并后的图像进行VARPRO水脂分离计算，最后获得最终图像。 

作为本发明的再一种优选方案，步骤四中，所述正则化迭代图像重建的方法包括以下步骤： 

1)估计初始图像； 

2)估计当前图像； 

3)确定搜索方向； 

4)根据系统矩阵、MR原始数据和搜索方向执行线搜索以更新步长； 

5)更新图像； 

6)更新搜索方向； 

7)判断是否满足内部迭代终止判据，若不满足则返回步骤4)；若满足则继续执行步骤8)； 

8)估计改善后的图像； 

9)判断是否达到设定的最大迭代步数，若达到则执行步骤10)；否则判断是否满足外部迭代终止判据，若满足则执行步骤10)，否则返回步骤2)； 

10)输出最终图像； 

作为本发明的再一种优选方案，步骤五中，所述VARPRO水脂分离计算包括以下步骤： 

第1步、初始场图估计，设置为矩阵 

第2步、针对一组不均匀值 对所有像素点预计算代价函数 其中 为场不均匀性的下限， 为场不均匀性的上限，范围 被分割为L个点； 表示第l个点，即l∈[1，L]； 

第3步、对于图像中的每一像素q按公式 更新场图估计，其中δ_q是像素q的J×J临域，μ为控制Markov随机场引入的平滑因子总量的权 重， 为像素q的场不均匀性， 表示像素j的场不均匀性当前值， 表示像素q的新场不均匀性估计值，W_q，j表示控制像素q与j之间差异的权重因子；第4步、重复第3步直至总的场图变化小于阈值ξ，ξ＞0，即 其中，Q表示场图的总像素数， 表示像素q的场不均匀性当前值； 

第5步、根据 计算相位 S_-τ和S_+τ为在正常TE/2回波两侧的TE/2-τ和TE/2+τ处的信号；