[發明專利]基于CUNet偽影定位的SPEED磁共振成像方法在審
| 申請號： | 202011476390.1 | 申請日： | 2020-12-15 |
| 公開（公告）號： | CN112748382A | 公開（公告）日： | 2021-05-04 |
| 發明（設計）人： | 金朝陽;葉錚;王春林 | 申請（專利權）人： | 杭州電子科技大學 |
| 主分類號： | G01R33/561 | 分類號： | G01R33/561 |
| 代理公司： | 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240 | 代理人： | 楊舟濤 |
| 地址： | 310018 浙*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 cunet 定位 speed 磁共振 成像 方法 | ||
1.基于CUNet偽影定位的SPEED磁共振成像方法，其特征在于：具體包括以下步驟：
步驟1：數據采集和訓練數據的準備
步驟1-1：訓練數據的采集和準備
采集多個完整的k空間數據，用Sref(xk,yk)表示，其中，xk表示k空間頻率編碼FE即Frequency Encoding方向的位置，yk表示k空間相位編碼PE即Phase Encoding方向的位置；通過常規的離散傅立葉反變換重建出參考圖像Iref(x,y)，作為訓練時的標志數據，其中x和y表示圖像空間的位置；
在每個數據的PE方向進行模擬的規則欠采樣，采樣方式用N(d1,d2)表示，即每隔N行采集一行數據，N2，共采集兩組，用S1(xk,yk)和S2(xk,yk)表示采集的兩組數據，d1和d2分別表示兩組數據在PE方向上的位置偏移量；k空間中心區域全采樣8-32行數據，用Sc(xk,yk)表示；用Su(xk,yk)表示欠采樣得到全部k空間數據，即包含了S1(xk,yk)、S2(xk,yk)和Sc(xk,yk)三部分數據，其對應的填零重建圖像用Iu(x,y)表示；
Iref(x,y)和Iu(x,y)一一對應，組成訓練數據對；
步驟1-2：實際數據的采集和準備
快速MRI應用時的實際數據即雙組k空間欠采樣數據用S1acq(xk,yk)和S2acq(xk,yk)表示，對應的k空間中心部分數據用Scacq(xk,yk)表示；
步驟2：CUNet網絡的構建與訓練
步驟2-1：CUNet網絡的構建
CUNet網絡是U型卷積神經網絡的復數擴展，包括復數降采樣和復數升采樣兩部分，復數降采樣層包括復數卷積、復數批標準化、復數激活和復數池化；復數升采樣層包括復數上采樣，復數數據合并，復數卷積、復數批標準化和復數激活；
步驟2-2：CUNet網絡訓練優化
基于Adam算法和復數損失函數的計算對步驟2-1構建的CUNet網絡進行訓練優化，當復數損失函數最小時，保存CUNet網絡的參數作為優化好的網絡參數θ；
復數損失函數的計算公式為：
其中T表示批數據大小，i表示批數據中第i個圖像，i＝1,2…T；CUNet表示步驟2-1構建的CUNet網絡；表示求二范數的平方；
步驟3：基于CUNet網絡的偽影定位
步驟3-1：基于CUNet網絡的復數圖像預測
用步驟2中訓練優化好的CUNet網絡對實際采集的欠采樣數據填零重建圖Iuacq(x,y)進行預測，預測結果用Iacq(x,y)表示：
Iacq(x,y)＝CUNet(Iuacq(x,y),θ) (2)
步驟3-2：偽影定位
對步驟3-1預測得到的結果Iacq(x,y)進行差分變換，得到稀疏的邊緣圖像Eacq(x,y)，按m值大小，在PE方向對Eacq(x,y)分別進行長度為Ny×m/N的平移，其中Ny表示PE方向全采樣時的數據大小，m表示偽影的階數，m＝0,1,2,…,N-1，共得到N個邊緣偽影，相加后形成一個重疊的偽影映射圖Eacq(m)；在重疊偽影映射圖Eacq(m)中，為每個像素點找出幅值最大的兩個偽影，并記錄下它們對應的偽影階數(m1,m2)來定位偽影；
步驟4：基于偽影定位的雙組欠采樣數據解析重建
步驟4-1：數據稀疏化
對雙組欠采樣數據S1acq(xk,yk)和S2acq(xk,yk)填零重建后，進行圖像域的差分變換，得到稀疏的邊緣偽影圖E1和E2；
步驟4-2：求解雙層偽影模型
利用步驟3-2確定的偽影階數(m1,m2)來求解雙層偽影模型，得到重疊的偽影Gm1和Gm2：
其中為相位因子，定義為：
其中d表示欠采樣數據在PE方向上的偏移量；
步驟4-3：偽影的分離和配準求和
按不同的偽影階數n對步驟4-2得到的重疊偽影Gm1和Gm2進行分類，產生N個偽影映射圖Gm，對偽影映射圖移位配準并求和后，得到沒有重疊偽影的邊緣映射圖像E0；
步驟4-4：逆濾波重建
將步驟4-3得到的邊緣映射圖E0經離散傅立葉變換到k空間，其對應k空間中實際進行數據采集的點的值用實際采集的數據(S1acq(xk,yk)、S2acq(xk,yk)和Scacq(xk,yk))替代，得到k空間數據R0；基于逆濾波公式(12)重建出最終的復數圖像Irecon；
其中IDFT表示離散傅立葉逆變換，ky表示沿PE方向的k空間位置，Ny表示PE方向全采樣時的數據大小。
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