[发明专利]基于邻域共享压缩感知的动态对比增强磁共振快速成像方法

说明书

本发明提出了一种将压缩感知采样技术集成到邻域共享采样轨迹的K空间数据快速采集和重建方法，用于动态对比增强磁共振快速成像，包括K空间的随机划分、压缩感知采样矩阵设计、邻域共享压缩感知采样矩阵的获取、基于邻域共享压缩感知方法的数据采集、基于邻域共享压缩感知方法的数据重建五个部分，该序列能够在邻域共享基础上进一步提高其扫描速度，获得了更高的成像时间分辨率和图像信噪比，且保证了较高的图像质量，更加适用于临床动态对比增强磁共振成像。

技术领域

本发明是一种集成压缩感知(compressed sensing,CS)技术的邻域共享(viewsharing)K空间采样轨迹优化采集方法，属于磁共振医学成像技术领域，能够提供高时间分辨率和高信噪比的脏器动态对比增强(DCE-MRI)图像，可以用于腹部脏器等的疾病诊断、功能参数定量测量和预后评价等。

背景技术

慢性肾脏病和肝癌已经成为全球性公共健康问题，在发达国家，普通人群的慢性肾病患病率高达6.5％～16％，给全球卫生财政带来了沉重负担。根据2012年一项《中国慢性肾脏病流行病学调查》结果显示，我国成年人群中慢性肾脏病的患病率已经高达10.8％，预计全国现有成年慢性肾脏病患者1.2亿人。此外，发达国家普通人群的肝癌发病率高达ASR 2.7～8.6，且发病率在逐年提高，患者死亡率高达ASR 2.5～7.1。肝癌已经成为世界范围内男性癌症致死的第二大疾病，仅2012年全球新增肝癌患者78万，死亡74万，其中，中国肝癌患病人数和死亡人数约占到50％。腹部临床诊断中，基于磁共振成像技术的动态对比增强检查是诊断肾脏疾病和肝脏疾病的有效手段。因此，改善腹部动态对比增强磁共振成像的时间分辨率和图像质量，以达到更加准确的脏器功能定量测量，对于腹部脏器疾病的临床诊断及预后评价具有非常重要的意义。

在腹部动态对比增强DCE-MRI成像中，由于三维成像技术能够更好的显示整个肾脏、肝脏等器官的形态，并提供更多的图像信息及灌注曲线，从而被临床广泛应用。目前，在临床中主要采用三维快速扰相梯度回波3D FSPGR序列以及三维随机轨迹时间分辨TWIST序列进行腹部动态对比增强磁共振成像。

三维快速扰相梯度回波3D FSPGR序列采用小角度射频脉冲激发信号，然后进行相位编码采集信号，最后在梯度编码方向上加入扰相位梯度将残留的横向磁化矢量散相，以缩短序列采集时间。3D FSPGR序列通常需要结合并行成像技术，实现较快的腹部动态对比增强扫描，临床上由于腹部成像覆盖范围大，相位编码步数多，成像时间分辨率受到很大限制。

TWIST序列采用邻域共享(view sharing)的三维伪随机轨迹序列，数据采集时K空间中心区域(A)进行密集采样而外周区域(B)进行亚采样，并在数据重建时将相邻K空间数据进行合并共享(view-shared)重建，从而缩短每一帧图像的采集时间。在三维K空间中，TWIST采样机制在相位编码梯度k_y和层选相位编码梯度k_z上执行，采用极坐标方式表达，采样轨迹随着辐射半径k_r以及方位角θ(0<θ<2π)增加逐渐向外周进行，设定一个辐射半径的阈值k_c，在阈值k_c之内K空间密集采样，k_c之外K空间伪随机亚采样。K空间外周亚采样方式首先将外周K空间区域B随机分成相互不重叠的N个子集B_i(i＝1…N)，在进行数据采集时，首先采集一个K空间点为全采样的数据集#0，然后依次采集A，B₁，A，B₂，A，B₁…区域数据点获得#1，#2，#3，#4，#5，#6…数据集。在重建时，将奇数次采集的#1，#3和#5前后两个偶数K空间数据集合并到当前数据集，组合成一个完整的全采样K空间进行图像重建，如图1所示。所以，TWIST重建图像的图像帧率取决于区域A采集的帧数。