本發(fā)明涉及磁共振成像，具體涉及一種基于低秩張量近似算法的心肺磁共振成像方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在心、肺磁共振成像領(lǐng)域，為了獲得高質(zhì)量的成像結(jié)果，常常需要對抗心臟搏動和呼吸運動帶來的影響。傳統(tǒng)的高場磁共振成像技術(shù)傾向于使用呼吸門控(respiratorygating)和心電門控(ecg?gating)技術(shù)來采集圖像，以減少運動偽影。

2、門控主要是指將mr數(shù)據(jù)采集與心臟或呼吸周期同步，依照同步對象的不同分別稱為呼吸門控或心電門控。其中，門控過程可能是前瞻性(prospective)的或回溯性(retrospective)的。在回溯性門控中，連續(xù)采集mr數(shù)據(jù)(不響應(yīng)特定的心、肺“觸發(fā)”事件)。ecg、脈搏或呼吸水平與mr數(shù)據(jù)同時記錄。然后可以對mr數(shù)據(jù)進行重新排序、分組或與心、肺循環(huán)的階段相關(guān)聯(lián)?；仡櫺蚤T控是通常用于心臟電影成像(cardiac?cine)。

3、以心電門控為例，心電圖或外周脈搏傳感器可以檢測到心臟周期。但由于心臟收縮和脈搏波到達手指之間的過程相對漫長，且難以準確估計其延遲，外周脈搏門控不能用于心臟成像，而是常用于外周mra和csf電影掃描。

4、對于呼吸門控來說，其通常應(yīng)用于某些長時掃描場景。在短時的、針對下胸部和上腹部的成像過程中，可通過某些方法來凍結(jié)膈肌運動，比如向患者發(fā)出特定的指令以使得患者屏息一段時間，在屏息期間完成成像過程。但其往往不適用于較長(超過20-30秒)時間的掃描過程。對此，往往需要采用呼吸門控技術(shù)來確定呼吸周期。通常來說，呼吸擴張可以通過使用胸帶、波紋管或墊子來檢測。對于“胸式呼吸器”，腰帶應(yīng)該放在下胸部周圍，對于“腹部呼吸器”，應(yīng)該放在中腹部周圍。

5、然而，在超低場磁共振成像(ulf-mri)中，這種門控技術(shù)由于顯著增加的掃描時間和降低的信噪比，使得有效的數(shù)據(jù)采集時間減少，從而不適用于ulf-mri的心肺成像。這導(dǎo)致了一系列的問題，主要包括：1)門控采集方法在超低場磁共振成像中效率低下；2)信噪比較低導(dǎo)致圖像質(zhì)量不佳；3)長時間的數(shù)據(jù)采集使得患者不適和成像流程效率低。這些問題的存在限制了超低場磁共振成像技術(shù)在心、肺成像上的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，現(xiàn)提供一種基于低秩張量近似算法的心肺磁共振成像方法；另一方面，還提供用于實施該心肺磁共振成像方法的系統(tǒng)。

2、具體技術(shù)方案如下：

3、一種基于低秩張量近似算法的心肺磁共振成像方法，包括：

4、步驟s1：對患者同步采集磁共振k空間成像數(shù)據(jù)、呼吸相位數(shù)據(jù)和心動相位數(shù)據(jù)；

5、步驟s2：依照所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)、所述呼吸相位數(shù)據(jù)和所述心動相位數(shù)據(jù)構(gòu)建三維數(shù)據(jù)張量；

6、步驟s3：針對所述三維數(shù)據(jù)張量中對應(yīng)于所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)的未采樣區(qū)域采用低秩近似估計進行填充得到填充后三維數(shù)據(jù)張量；

7、步驟s4：采用所述填充后三維數(shù)據(jù)張量進行圖像重建。

8、另一方面，所述步驟s1中，采集所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)的方案包括：

9、在三維k空間中，kz方向垂直于二維徑向采樣平面；

10、當滿采樣時，在每個所述kz平面內(nèi)采集第一預(yù)設(shè)數(shù)量的徑向采樣線，每條所述徑向采樣線包含第二預(yù)設(shè)數(shù)量的采樣點；

11、第t條所述徑向采樣線相對于x軸的夾角為：

12、

13、式中，θ為所述預(yù)設(shè)夾角，t為所述徑向采樣線的序號，n為所述第一預(yù)設(shè)數(shù)量，[·]表示取整操作，表示下取整操作。

14、另一方面，所述步驟s2包括：

15、步驟s21：依照所述呼吸相位數(shù)據(jù)和心動相位數(shù)據(jù)確定張量相位；

16、步驟s22：構(gòu)建所述三維數(shù)據(jù)張量，并將所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)、所述呼吸相位數(shù)據(jù)和所述心動相位數(shù)據(jù)依照所述張量相位依次填入所述三維數(shù)據(jù)張量中；

17、步驟s23：針對所述三維數(shù)據(jù)張量中的缺省值進行補零以形成完整的所述三維數(shù)據(jù)張量。

18、另一方面，所述步驟s3包括：

19、步驟s31：將所述三維數(shù)據(jù)張量分解得到多個中間線性組合；

20、步驟s32：對所述中間線性組合進行交替最小二乘處理以生成所述三維數(shù)據(jù)張量的低秩近似數(shù)據(jù)；

21、步驟s33：依照所述低秩近似數(shù)據(jù)對所述三維數(shù)據(jù)張量進行填充；

22、步驟s34：返回所述步驟s31以對所述三維數(shù)據(jù)張量進行迭代，直至滿足迭代條件后將最后一次生成的所述三維數(shù)據(jù)張量作為所述填充后三維數(shù)據(jù)張量輸出。

23、另一方面，所述步驟s4包括：

24、步驟s41：自所述填充后三維數(shù)據(jù)張量中，分別提取與所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)具有相同相位參數(shù)的所述呼吸相位數(shù)據(jù)和所述心動相位數(shù)據(jù)作為抽取數(shù)據(jù)；

25、步驟s42：將所述抽取數(shù)據(jù)和對應(yīng)的所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)變換至k空間，隨后進行圖像重建。

26、一種基于低秩張量近似算法的心肺磁共振成像系統(tǒng)，用于實施上述的心肺磁共振成像方法，包括：

27、采集模塊，所述采集模塊對患者同步采集磁共振k空間成像數(shù)據(jù)、呼吸相位數(shù)據(jù)和心動相位數(shù)據(jù)；

28、數(shù)據(jù)張量構(gòu)建模塊，所述數(shù)據(jù)張量構(gòu)建模塊連接所述采集模塊，所述數(shù)據(jù)張量構(gòu)建模塊依照所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)、所述呼吸相位數(shù)據(jù)和所述心動相位數(shù)據(jù)構(gòu)建三維數(shù)據(jù)張量；

29、低秩近似估計模塊，所述低秩近似估計模塊連接所述數(shù)據(jù)張量構(gòu)建模塊，所述低秩近似估計模塊針對所述三維數(shù)據(jù)張量中對應(yīng)于所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)的未采樣區(qū)域采用低秩近似估計進行填充得到填充后三維數(shù)據(jù)張量；

30、圖像重建模塊，所述圖像重建模塊連接所述低秩近似估計模塊，所述圖像重建模塊采用所述填充后三維數(shù)據(jù)張量進行圖像重建。

31、另一方面，所述采集模塊包括磁共振采集模塊，所述磁共振采集模塊用于采集所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)；

32、所述磁共振采集模塊包括：

33、采樣配置模塊，所述夾角生成模塊在三維k空間中針對每個kz平面分別配置采集第一預(yù)設(shè)數(shù)量的徑向采樣線，每條所述徑向采樣線包含第二預(yù)設(shè)數(shù)量的采樣點；

34、數(shù)據(jù)整合模塊，所述數(shù)據(jù)整合模塊連接所述采樣配置模塊，所述數(shù)據(jù)整合模塊依照所述采樣點的采樣數(shù)據(jù)生成所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)。

35、另一方面，所述數(shù)據(jù)張量構(gòu)建模塊包括：

36、相位確定模塊，所述相位確定模塊依照所述呼吸相位數(shù)據(jù)和心動相位數(shù)據(jù)確定張量相位；

37、張量填充模塊，所述張量填充模塊連接所述相位確定模塊，所述張量填充模塊構(gòu)建所述三維數(shù)據(jù)張量，并將所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)、所述呼吸相位數(shù)據(jù)和所述心動相位數(shù)據(jù)依照所述張量相位依次填入所述三維數(shù)據(jù)張量中；

38、補零模塊，所述補零模塊連接所述張量填充模塊，所述補零模塊針對所述三維數(shù)據(jù)張量中的缺省值進行補零以形成完整的所述三維數(shù)據(jù)張量。

39、另一方面，所述低秩近似估計模塊包括：

40、分解模塊，所述分解模塊將所述三維數(shù)據(jù)張量分解得到多個中間線性組合；

41、估計模塊，所述估計模塊連接所述分解模塊，所述估計模塊對所述中間線性組合進行交替最小二乘處理以生成所述三維數(shù)據(jù)張量的低秩近似數(shù)據(jù)；

42、填充模塊，所述填充模塊連接所述估計模塊，所述填充模塊依照所述低秩近似數(shù)據(jù)對所述三維數(shù)據(jù)張量進行填充；

43、迭代模塊，所述迭代模塊分別連接所述分解模塊和所述填充模塊，所述迭代模塊對所述三維數(shù)據(jù)張量進行迭代，直至滿足迭代條件后將最后一次生成的所述三維數(shù)據(jù)張量作為所述填充后三維數(shù)據(jù)張量輸出。

44、另一方面，所述圖像重建模塊包括：

45、數(shù)據(jù)抽取模塊，所述數(shù)據(jù)抽取模塊自所述填充后三維數(shù)據(jù)張量中，分別提取與所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)具有相同相位參數(shù)的所述呼吸相位數(shù)據(jù)和所述心動相位數(shù)據(jù)作為抽取數(shù)據(jù)；

46、重建模塊，所述重建模塊連接所述數(shù)據(jù)抽取模塊，所述重建模塊將所述抽取數(shù)據(jù)和對應(yīng)的所述磁共振k空間成像數(shù)據(jù)變換至k空間，隨后進行圖像重建。

47、上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點或有益效果：

48、針對現(xiàn)有技術(shù)中的門控技術(shù)在應(yīng)用于超低場磁共振成像的過程中容易導(dǎo)致成像效率低下、圖像不佳等問題，本技術(shù)方案中引入了基于低秩張量近似算法對磁共振k空間成像數(shù)據(jù)進行估計、補全的方式來在該場景下實現(xiàn)較好的成像效率。具體來說，由于ulf-mri在成像過程中信噪比較低，且在適用了門控技術(shù)后采集時間較短，因此磁共振k空間成像數(shù)據(jù)中有效的數(shù)據(jù)成分較少。針對缺少的部分，在三維數(shù)據(jù)張量中，結(jié)合了呼吸相位數(shù)據(jù)和心動相位數(shù)據(jù)共同進行低秩張量近似估計，從而實現(xiàn)了對該部分數(shù)據(jù)的填充，便于獲得高質(zhì)量的ulf-mri圖像，且不需要延長掃描時間。