一種基于張量分解稀疏約束的三維心臟磁共振成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開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，其采用三維徑向采樣軌跡實現(xiàn)全心臟三維K空間數(shù)據(jù)的欠采樣；通過高階張量分解實現(xiàn)磁共振圖像的稀疏表示，實現(xiàn)全心臟三維磁共振數(shù)據(jù)的最優(yōu)稀疏表示，提高磁共振成像的精度；結(jié)合張量分解的稀疏數(shù)據(jù)的L1范數(shù)與全變差變換的復(fù)合正則化項作為約束項，利用快速復(fù)合分裂算法實現(xiàn)欠采樣三維心臟磁共振圖像重構(gòu)。本發(fā)明方法有效縮短磁共振成像掃描時間，提高心臟磁共振成像的速度，有利于消除心臟檢測過程中產(chǎn)生的運(yùn)動偽影，提高三維心臟磁共振成像的精度。
【專利說明】一種基于張量分解稀疏約束的三維心臟磁共振成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]心血管疾病是導(dǎo)致心臟突然停止跳動的主要原因。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程中具有較好的軟組織對比度，沒有任何放射性污染，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。
[0003]在早中期的磁共振成像中，設(shè)備掃描需時較長，如一次心臟掃描需要大約數(shù)小時左右，甚至更長時間，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，通常不適用于動態(tài)成像，這是因為在動態(tài)成像中，數(shù)據(jù)量的增加會大幅度延長數(shù)據(jù)獲取時間，需時會更長，病人常常會因為長時間的等待數(shù)據(jù)掃描感覺不適；或在數(shù)據(jù)獲取過程中發(fā)生自主和非自主的運(yùn)動，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)動以及呼吸等造成運(yùn)動偽影的影響。
[0004]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接收線圈的空間敏感度差異來編碼空間信息，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采集信號，允許對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，能大幅度縮短掃描時間，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，需要增加計算量。
[0005]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】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，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。
[0007]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:
[0008](I)利用三維徑向采樣軌跡模式對人體心臟的磁共振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)；
[0009](2)對所述的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 ；
[0010](3)利用張量分解的稀疏正則項結(jié)合全變差的稀疏正則項作為約束，建立重構(gòu)三維心臟磁共振圖像的目標(biāo)函數(shù)如下:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一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U。； (3)利用張量分解的稀疏正則項結(jié)合全變差的稀疏正則項作為約束，建立重構(gòu)三維心臟磁共振圖像的目標(biāo)函數(shù)如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維心臟磁共振成像方法，其特征在于:所述的K空間欠采樣數(shù)據(jù)分為Nz個采樣層面，每個采樣層面包含有Np條投影線，每條投影線上包含有Ns個樣本點(diǎn);NZ、Np和Ns均為大于I的自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維心臟磁共振成像方法，其特征在于:所述的K空間欠采樣數(shù)據(jù)中各樣本點(diǎn)的三維坐標(biāo)表示如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維心臟磁共振成像方法，其特征在于:所述的稀疏正則項HOSVD(u)的表達(dá)式如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維心臟磁共振成像方法，其特征在于:所述的稀疏正則項TV(U)的表達(dá)式如下:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維心臟磁共振成像方法，其特征在于:所述的步驟(4)中通過以下迭代方程組對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最小化求解:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維心臟磁共振成像方法，其特征在于:所述的重構(gòu)子圖像at和bt通過收縮閾值化的快速迭代算法求解得到。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維心臟磁共振成像方法，其特征在于:通過所述的迭代方程組進(jìn)行迭代計算，使達(dá)到最大迭代次數(shù)或迭代收斂后的三維心臟磁共振圖像即作為重建得到的三維心臟磁共振圖像u ;迭代收斂條件如下:
【文檔編號】A61B5/055GK104013403SQ201410222133
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】蔣明峰, 汪亞明, 黃文清, 馮杰, 鄭俊褒 申請人:浙江理工大學(xué)