[发明专利]基于压缩感知理论的磁共振图像重建的方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学成像检测技术领域，特别涉及磁共振成像技术领域，具体是指一种基于压缩感知的磁共振成像重构的方法

背景技术

核磁共振成像(MRI)作为一种无损伤的诊断手段包含了丰富的信息，具有X-CT等成像方法无法比拟的优点.然而，常规的核磁共振成像的时间太长(大约需要数分钟)，导致其成本过高，被验者身体中的生理性运动会产生影像的模糊和对比度的失真，限制了它在临床应用的范围。在保证一定MR图像质量的前提下，加快MR成像速度一直是推动MR技术发展的动力。若单纯从完成检查同一病例的成像时间作比较，MRI的成像时间比CT肯定要长。如从单一层面的成像方面考虑，常规SE序列平均每完成一层图像的扫描时间为15～30s，而常规CT每扫描一层图像所需时间为3s左右。

一般来看，MR成像速度包括2个方面：①原始数据处理速度，②扫描速度。扫描速度才是决定MR成像速度的主要方面。扫描时间由下式确定：扫描时间＝重复时间(TR)×相位编码数×平均次数，所以，影响MR成像速度的主要因素为重复时间，相位编码数及MR信号的平均次数。以上所述的内容是建立在传统自旋回波(SE)序列的基础上进行讨论的。为了加快扫描速度，可以采用缩短TR值和减少相位编码数等方法，但前提是必须保证一定的图像质量。传统的SE序列不必使所有成像区域的组织结构达到充分的弛豫而成像，就使得采用梯度回波的方法对组织成像成为可能。常采用的加快成像速度的方法有(1)梯度回波(GRE)序列(2)快速自旋回波(TSE)序列(3)快速梯度自旋回波(TGSE)序列，而MR快速成像技术的代表——平面回波成像(EPI)，其平均每一层面成像所花费的时间仅为0.1s左右。

磁共振成像技术与其它医学成像技术一个最主要的区别是成像方法的多样性和易控性。磁共振信号空间(原始数据空间)称为K空间，即为傅里叶变换空间，K空间采样得到信号经过傅里叶反变换后，即得到核磁共振图像。K空间概念被广泛地应用于分析与保证MR图像质量和提高成像技术等方面。二维傅立叶变换成像扫描时间为Ts＝Ny×TR×NEX，Ny：相位编码采样数，TR：脉冲重复时间，NEX采样平均数；若得到256×256矩阵图像，TR为2s，NEX为1，即用256条傅立叶线填充K空间，需用8.5min才得到一幅图像；为克服磁共振成像扫描时间长的缺陷，可以利用K空间性质及填充技术减少扫描时间及提高成像质量的方法。如部分K空间(Segmented K-Space)技术、快速自旋回波(Fast Spin Echo：FSE)技术、钥孔(Key Hole)成像、非线性K空间采样(圆形采样(Circular Sampling)、螺旋采样(Spiral Sampling)等。

在传统采样过程中，为了避免信号失真，采样频率不得低于信号最高频率的2倍，。然而对于数字图像、视频的获取，依照香农(Shannon)定理会导致海量采样数据，大大增加了存储和传输的代价。若不满足香农定理，重建图像会产生各种伪影。

近年来，一种新兴的压缩感知理论为数据采集技术带来了新的突破，得到了研究人员的广泛关注。压缩感知理论首先由Candes、Romberg、Tao和Donoho等人在2004年提出，Candes证明了只要信号在某一个正交空间具有稀疏性，就能以较低的频率(M＜＜N)采样信号，而且可以以高概率重构该信号。压缩感知采用非自适应线性投影来保持信号的原始结构，能通过数值最优化问题准确重构原始信号，如图1所示基于压缩感知信号数据处理过程。压缩感知以远低于奈奎斯特频率进行采样，在压缩成像系统、模拟/信息转换、生物传感等领域有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了克服磁共振成像上述现有技术中的缺点，提供一种能够减少磁共振成像的扫描时间，加快成像速度，从而降低成本，减少被验者身体中的生理性运动会产生影像的模糊和对比度的失真，提高磁共振图像质量，扩大了它在临床应用的范围。基于压缩感知磁共振成像过程如图2所示。

为了实现上述目的，本发明基于压缩感知理论，我们使用Contourlet变换和l₁最优化来重构图像从很少的测量值。磁共振图像重建方法如下：

该基于压缩感知理论的磁共振图像重建方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)在磁共振成像扫描仪中按照预设的观测矩阵φ来采集，得到部分K空间数据。构造φ，生成测量值保留y。观测矩阵采用横向正态随机分布来选择K空间轨迹编码线；

(2)从磁共振成像扫描仪的线圈中获得y并传送给计算机。