[發(fā)明專利]一種基于張量分解稀疏約束的三維心臟磁共振成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410222133.3
• 申請(qǐng)日: 2014-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104013403A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣明峰;汪亞明;黃文清;馮杰;鄭俊褒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/055
• 分類號(hào): A61B5/055
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 褚超孚

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁共振成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于張量分解稀疏約束的三維心臟磁共振成像方法。

背景技術(shù)

心血管疾病是導(dǎo)致心臟突然停止跳動(dòng)的主要原因。當(dāng)前心血管病發(fā)病和死亡率居高不下，使心血管病防治負(fù)擔(dān)加重，成為重要公共衛(wèi)生問(wèn)題，加強(qiáng)心血管病防治刻不容緩。心臟磁共振成像(Cardiac?Magnetic?Resonance?Imaging，CMR)是利用核磁共振原理進(jìn)行人體心臟斷層成像的技術(shù)，能準(zhǔn)確地反映心臟的解剖結(jié)構(gòu)、形態(tài)功能、血流特性和心肌活性，已迅速發(fā)展成為心臟疾病診斷中的主要工具。心臟磁共振成像在成像過(guò)程中具有較好的軟組織對(duì)比度，沒(méi)有任何放射性污染，分辨率高，可任意層面成像；而且由于參與磁共振成像的因素較多，得到的圖像信息量大，優(yōu)于現(xiàn)有的其它各種影像學(xué)成像技術(shù)，在心臟疾病診斷中有很大的優(yōu)越性和應(yīng)用潛力。

在早中期的磁共振成像中，設(shè)備掃描需時(shí)較長(zhǎng)，如一次心臟掃描需要大約數(shù)小時(shí)左右，甚至更長(zhǎng)時(shí)間，這限制了心臟磁共振成像的應(yīng)用范圍。磁共振成像大多被用在靜態(tài)部位的成像中，通常不適用于動(dòng)態(tài)成像，這是因?yàn)樵趧?dòng)態(tài)成像中，數(shù)據(jù)量的增加會(huì)大幅度延長(zhǎng)數(shù)據(jù)獲取時(shí)間，需時(shí)會(huì)更長(zhǎng)，病人常常會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的等待數(shù)據(jù)掃描感覺(jué)不適；或在數(shù)據(jù)獲取過(guò)程中發(fā)生自主和非自主的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致圖像中出現(xiàn)各種偽影。提高磁共振成像速度，縮短磁共振成像掃描時(shí)間的意義不僅僅在于提高磁共振設(shè)備的工作效率，減輕病人痛苦，更重要的是它有利于消除心臟運(yùn)動(dòng)以及呼吸等造成運(yùn)動(dòng)偽影的影響。

目前所研究的磁共振圖像重構(gòu)方法主要兩種：一種是多線圈并行成像技術(shù)，主要是利用相控陣線圈中單個(gè)接收線圈的空間敏感度差異來(lái)編碼空間信息，降低成像所必需的梯度編碼步數(shù)，其采用多線圈陣列同時(shí)采集信號(hào)，允許對(duì)K空間進(jìn)行欠采樣以減少相位編碼步數(shù)，在保持圖像空間分辨率不變的同時(shí)，能大幅度縮短掃描時(shí)間，提高成像速度；但多線圈并行成像技術(shù)涉及多線圈敏感度分布的估計(jì)，需要增加計(jì)算量。

另一種基于壓縮感知理論的磁共振成像重構(gòu)方法，由于磁共振影像具有稀疏特性，可以采用壓縮感知理論從隨機(jī)欠采樣的k空間數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重構(gòu)，減少采樣數(shù)據(jù)，提高成像速度，目前常用的奇異值分解、離散小波變換、離散余弦變換等稀疏變換方法，只考慮單層心臟磁共振圖像的稀疏表示，而沒(méi)有考慮三維心臟磁共振圖像層與層之間的稀疏性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于張量分解稀疏約束的三維心臟磁共振成像方法，不僅考慮心臟磁共振圖像層內(nèi)的稀疏特性，也考慮心臟磁共振成像層間的稀疏特性，可提高磁共振成像精度。

一種基于張量分解稀疏約束的三維心臟磁共振成像方法，包括如下步驟：

(1)利用三維徑向采樣軌跡模式對(duì)人體心臟的磁共振K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行欠采樣，得到心臟的K空間欠采樣數(shù)據(jù)；

(2)對(duì)所述的K空間欠采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉逆變換，得到初始三維心臟磁共振圖像u₀；

(3)利用張量分解的稀疏正則項(xiàng)結(jié)合全變差的稀疏正則項(xiàng)作為約束，建立重構(gòu)三維心臟磁共振圖像的目標(biāo)函數(shù)如下：

minu{||Au-F||22+αTV(u)+βHOSVD(u)}]]>

其中：u為三維心臟磁共振圖像，A為系統(tǒng)矩陣(該矩陣由傅立葉變換矩陣和K空間數(shù)據(jù)欠采樣掩模構(gòu)成)，F(xiàn)為K空間欠采樣數(shù)據(jù)，||?||₂為2-范數(shù)，HOSVD(u)表示對(duì)三維心臟磁共振圖像u張量分解的稀疏正則項(xiàng)，TV(u)表示對(duì)三維心臟磁共振圖像u全變差變換的稀疏正則項(xiàng)，α和β均為權(quán)重參數(shù)；

(4)根據(jù)初始三維心臟磁共振圖像u₀對(duì)上述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最小化求解，重建得到三維心臟磁共振圖像u。