一種基於張量分解稀疏約束的三維心臟磁共振成像方法
2023-05-26 14:39:51
一種基於張量分解稀疏約束的三維心臟磁共振成像方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於張量分解稀疏約束的三維心臟磁共振成像方法，其採用三維徑向採樣軌跡實現全心臟三維K空間數據的欠採樣；通過高階張量分解實現磁共振圖像的稀疏表示，實現全心臟三維磁共振數據的最優稀疏表示，提高磁共振成像的精度；結合張量分解的稀疏數據的L1範數與全變差變換的複合正則化項作為約束項，利用快速複合分裂算法實現欠採樣三維心臟磁共振圖像重構。本發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，有利於消除心臟檢測過程中產生的運動偽影，提高三維心臟磁共振成像的精度。
【專利說明】一種基於張量分解稀疏約束的三維心臟磁共振成像方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於磁共振成像【技術領域】，具體涉及一種基於張量分解稀疏約束的三維心臟磁共振成像方法。
【背景技術】
[0002]心血管疾病是導致心臟突然停止跳動的主要原因。當前心血管病發病和死亡率居高不下，使心血管病防治負擔加重，成為重要公共衛生問題，加強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行人體心臟斷層成像的技術，能準確地反映心臟的解剖結構、形態功能、血流特性和心肌活性，已迅速發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，沒有任何放射性汙染，解析度高，可任意層面成像；而且由於參與磁共振成像的因素較多，得到的圖像信息量大，優於現有的其它各種影像學成像技術，在心臟疾病診斷中有很大的優越性和應用潛力。
[0003]在早中期的磁共振成像中，設備掃描需時較長，如一次心臟掃描需要大約數小時左右，甚至更長時間，這限制了心臟磁共振成像的應用範圍。磁共振成像大多被用在靜態部位的成像中，通常不適用於動態成像，這是因為在動態成像中，數據量的增加會大幅度延長數據獲取時間，需時會更長，病人常常會因為長時間的等待數據掃描感覺不適；或在數據獲取過程中發生自主和非自主的運動，導致圖像中出現各種偽影。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於提高磁共振設備的工作效率，減輕病人痛苦，更重要的是它有利於消除心臟運動以及呼吸等造成運動偽影的影響。
[0004]目前所研究的磁共振圖像重構方法主要兩種:一種是多線圈並行成像技術，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，其採用多線圈陣列同時採集信號，允許對K空間進行欠採樣以減少相位編碼步數，在保持圖像空間解析度不變的同時，能大幅度縮短掃描時間，提高成像速度；但多線圈並行成像技術涉及多線圈敏感度分布的估計，需要增加計算量。
[0005]另一種基於壓縮感知理論的磁共振成像重構方法，由於磁共振影像具有稀疏特性，可以採用壓縮感知理論從隨機欠採樣的k空間數據進行圖像重構，減少採樣數據，提高成像速度，目前常用的奇異值分解、離散小波變換、離散餘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。
【發明內容】
[0006]針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種基於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]一種基於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)利用三維徑向採樣軌跡模式對人體心臟的磁共振K空間數據進行欠採樣，得到心臟的K空間欠採樣數據；
[0009](2)對所述的K空間欠採樣數據進行傅立葉逆變換，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合全變差的稀疏正則項作為約束，建立重構三維心臟磁共振圖像的目標函數如下:
[0011]
【權利要求】
1.一種基於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)利用三維徑向採樣軌跡模式對人體心臟的磁共振K空間數據進行欠採樣，得到心臟的K空間欠採樣數據； (2)對所述的K空間欠採樣數據進行傅立葉逆變換，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合全變差的稀疏正則項作為約束，建立重構三維心臟磁共振圖像的目標函數如下:
2.根據權利要求1所述的三維心臟磁共振成像方法，其特徵在於:所述的K空間欠採樣數據分為Nz個採樣層面，每個採樣層面包含有Np條投影線，每條投影線上包含有Ns個樣本點;NZ、Np和Ns均為大於I的自然數。
3.根據權利要求2所述的三維心臟磁共振成像方法，其特徵在於:所述的K空間欠採樣數據中各樣本點的三維坐標表示如下:
4.根據權利要求1所述的三維心臟磁共振成像方法，其特徵在於:所述的稀疏正則項HOSVD(u)的表達式如下:
5.根據權利要求1所述的三維心臟磁共振成像方法，其特徵在於:所述的稀疏正則項TV(U)的表達式如下:
6.根據權利要求1所述的三維心臟磁共振成像方法，其特徵在於:所述的步驟(4)中通過以下迭代方程組對目標函數進行最小化求解:
7.根據權利要求6所述的三維心臟磁共振成像方法，其特徵在於:所述的重構子圖像at和bt通過收縮閾值化的快速迭代算法求解得到。
8.根據權利要求6所述的三維心臟磁共振成像方法，其特徵在於:通過所述的迭代方程組進行迭代計算，使達到最大迭代次數或迭代收斂後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 優先權日:2014年5月23日
【發明者】蔣明峰, 汪亞明, 黃文清, 馮傑, 鄭俊褒 申請人:浙江理工大學