腦功能磁共振成像方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種腦功能磁共振成像方法，包括：對目標腦區(qū)的一個層面的k空間數(shù)據(jù)進行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建磁共振信號的部分可分離函數(shù)表達式中的時間基函數(shù)和階數(shù)，并根據(jù)圖像數(shù)據(jù)和階數(shù)構(gòu)建該表達式中的空間基函數(shù)，得到磁共振信號的部分可分離函數(shù)的表達式，根據(jù)磁共振信號的部分可分離函數(shù)的表達式計算磁共振信號數(shù)據(jù)，根據(jù)磁共振信號數(shù)據(jù)重建腦功能圖像。上述方法根據(jù)具有高空間分辨率的圖像數(shù)據(jù)計算空間基函數(shù)，并根據(jù)具有高時間分辨率的導(dǎo)航數(shù)據(jù)計算時間基函數(shù)，進一步根據(jù)該空間基函數(shù)和時間基函數(shù)重建的腦功能圖像，由此得到的成像圖像具有高空間分辨率和高時間分辨率。此外，還提供一種腦功能磁共振成像系統(tǒng)。
【專利說明】腦功能磁共振成像方法和系統(tǒng)
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及磁共振成像【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種腦功能磁共振成像方法和系統(tǒng)?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]功能磁共振成像(functionalmagnetic resonance imaging, fMRI)技術(shù)因其能夠無創(chuàng)傷地對神經(jīng)元活動進行較準確地定位，以及較好的可重復(fù)性和可行性等優(yōu)勢，已經(jīng)成為腦功能成像發(fā)展最迅速的新技術(shù)之一。腦功能磁共振成像即用于對腦部成像的功能磁共振成像。
[0003]根據(jù)傳統(tǒng)的Nyquist (奈奎斯特)采樣定理，采集獲得的圖像的空間分辨率和時間分辨率存在此消彼長的關(guān)系的矛盾，想要獲得高空間分辨率圖像，就要犧牲圖像的時間分辨率，若要提高圖像的時間分辨率，則圖像的空間分辨率就會降低，圖像的空間分辨率和時間分辨率不可能同時達到高分辨率。
[0004]普通的fMRI成像，一方面，受到磁共振物理、硬件等因素制約，為了能使獲得的圖像達到一定的空間分辨率，一般2~3s才能獲得一幅全腦圖像，導(dǎo)致其獲取到的圖像的時間分辨率不高；而另一方面，大腦神經(jīng)元活動引起的局部力流增加是短暫的，且在采樣過程中功能信號又容易受到血液流動、頭部不經(jīng)意移動等因素的影響，這些因此導(dǎo)致其采集到的圖像有可能不準確，即圖像的空間分辨率不高。
[0005]總而言之，普通的fMRI成像采集到的圖像的空間分辨率和時間分辨率不高。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]基于此，有必要提供一種能提高成像圖像的時間分辨率和空間分辨率的腦功能磁共振成像方法。
[0007]一種腦功能磁共振成像方法，包括以下步驟:
[0008]對目標腦區(qū)的一個層面的k空間數(shù)據(jù)進行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，其中，圖像數(shù)據(jù)為對該層面的k空間數(shù)據(jù)的所有行進行采樣得到的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)為對該層面的k空間數(shù)據(jù)的指定的中間行進行采樣得到的數(shù)據(jù)；
[0009]將磁共振信號表示為部分可分離函數(shù)，其中，磁共振信號隨著時間維度的信號變化被表示為L個空間基函數(shù)和L列時間基函數(shù)的乘積的和，L表示階數(shù)，空間基函數(shù)、時間基函數(shù)以及階數(shù)都為待估計的參數(shù)；
[0010]根據(jù)采樣得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建所述時間基函數(shù)并確定所述階數(shù)，并根據(jù)采樣得到的圖像數(shù)據(jù)和確定的階數(shù)構(gòu)建所述空間基函數(shù)，從而得到磁共振信號的部分可分離函數(shù)的表達式；
[0011]根據(jù)磁共振信 號的部分可分離函數(shù)的表達式計算磁共振信號數(shù)據(jù)；
[0012]根據(jù)磁共振信號數(shù)據(jù)重建腦功能圖像。
[0013]在其中一個實施例中，所述圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采樣為對所述k空間數(shù)據(jù)進行的稀疏米樣。[0014]在其中一個實施例中，所述對目標腦區(qū)的一個層面的k空間數(shù)據(jù)進行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣的步驟為:
[0015]在采樣過程的相鄰兩個射頻周期內(nèi)，其中一個射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像數(shù)據(jù)，另一個射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
[0016]在其中一個實施例中，所述根據(jù)磁共振信號數(shù)據(jù)重建腦功能圖像的步驟為:
[0017]將所述磁共振信號數(shù)據(jù)進行傅里葉逆變換，以重建腦功能圖像。
[0018]此外，還有必要提供一種能提高成像圖像的時間分辨率和空間分辨率的腦功能磁共振成像系統(tǒng)。
[0019]一種腦功能磁共振成像系統(tǒng)，包括:
[0020]采樣模塊，用于對目標腦區(qū)的一個層面的k空間數(shù)據(jù)進行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，其中，圖像數(shù)據(jù)為對該層面的k空間數(shù)據(jù)的所有行進行采樣得到的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)為對該層面的k空間數(shù)據(jù)的指定的中間行進行采樣得到的數(shù)據(jù)；
[0021]模型構(gòu)建模塊，用于將磁共振信號表示為部分可分離函數(shù)，其中，磁共振信號隨著時間維度的信號變化被表示為L個空間基函數(shù)和L列時間基函數(shù)的乘積的和，L表示階數(shù)，空間基函數(shù)、時間基函數(shù)以及階數(shù)都為待估計的參數(shù)；
[0022]模型求解模塊，用于根據(jù)采樣得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建所述時間基函數(shù)并確定所述階數(shù)，并根據(jù)采樣得到的圖像數(shù)據(jù)和確定的階數(shù)構(gòu)建所述空間基函數(shù)，從而得到磁共振信號的部分可分離函數(shù)的表達式；
[0023]磁共振信號計算模塊，用于根據(jù)磁共振信號的部分可分離函數(shù)的表達式計算磁共振信號數(shù)據(jù)；
[0024]腦功能圖像重建模塊，用于根據(jù)磁共振信號數(shù)據(jù)重建腦功能圖像。
[0025]在其中一個實施例中，所述采樣模塊對圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采樣為對所述k空間數(shù)據(jù)進行的稀疏采樣。
[0026]在其中一個實施例中，所述采樣模塊在采樣過程的相鄰兩個射頻周期內(nèi)，其中一個射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像數(shù)據(jù)，另一個射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
[0027]在其中一個實施例中，所述腦功能圖像重建模塊用于將所述磁共振信號數(shù)據(jù)進行傅里葉逆變換，以重建腦功能圖像。
[0028]上述腦功能磁共振成像方法和系統(tǒng)中，磁共振信號用彼此獨立的時間基函數(shù)和空間基函數(shù)的乘積和表示，在該表示方式中時間與空間是分離的，從而突破了 Nyquist采樣定理的限制，可同時實現(xiàn)成像的高空間率和高時間率，而且上述方法和系統(tǒng)根據(jù)具有高空間分辨率的圖像數(shù)據(jù)計算空間基函數(shù)，并根據(jù)具有高時間分辨率的導(dǎo)航數(shù)據(jù)計算時間基函數(shù)，進一步根據(jù)上述得到的空間基函數(shù)和時間基函數(shù)重建的腦功能圖像，因此上述腦功能磁共振成像的成像圖像具有高空間分辨率和高時間分辨率。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0029]圖1為一個實施例中的腦功能磁共振成像方法的流程示意圖；
[0030]圖2為一個實施例中的腦功能磁共振成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖?！尽揪唧w實施方式】】
[0031]如圖1所示，在一個實施例中，一種腦功能磁共振成像方法，包括以下步驟:
[0032]步驟S10，對目標腦區(qū)的一個層面的k空間數(shù)據(jù)進行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，其中，圖像數(shù)據(jù)為對該層面的k空間數(shù)據(jù)的所有行進行采樣得到的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)為對該層面的k空間數(shù)據(jù)的指定的中間行進行采樣得到的數(shù)據(jù)。
[0033]具體的，圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采樣為對目標腦區(qū)的一個層面的k空間數(shù)據(jù)進行的稀疏米樣。
[0034]在一個實施例中，步驟SlO可在采樣過程的相鄰兩個射頻周期內(nèi)，其中一個射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像數(shù)據(jù)，另一個射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
[0035]步驟S20，將磁共振信號表示為部分可分離函數(shù)，其中，磁共振信號隨著時間維度的信號變化被表示為L個空間基函數(shù)和L列時間基函數(shù)的乘積的和，L表示階數(shù)，空間基函數(shù)、時間基函數(shù)以及階數(shù)都為待估計的參數(shù)。
[0036]階數(shù)即為運動頻率組分。
[0037]步驟S30，根據(jù)采樣得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建上述時間基函數(shù)并確定上述階數(shù)，并根據(jù)采樣得到的圖像數(shù)據(jù)和確定的階數(shù)構(gòu)建上述空間基函數(shù)，從而得到磁共振信號的部分可分離函數(shù)的表達式。
[0038]在一個實施例中，可記磁共振信號的部分可分離函數(shù)的表達式為:
[0039]
【權(quán)利要求】
1. 一種腦功能磁共振成像方法，包括以下步驟: 對目標腦區(qū)的一個層面的k空間數(shù)據(jù)進行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，其中，圖像數(shù)據(jù)為對該層面的k空間數(shù)據(jù)的所有行進行采樣得到的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)為對該層面的k空間數(shù)據(jù)的指定的中間行進行采樣得到的數(shù)據(jù)； 將磁共振信號表示為部分可分離函數(shù)，其中，磁共振信號隨著時間維度的信號變化被表示為L個空間基函數(shù)和L列時間基函數(shù)的乘積的和，L表示階數(shù)，空間基函數(shù)、時間基函數(shù)以及階數(shù)都為待估計的參數(shù)； 根據(jù)采樣得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建所述時間基函數(shù)并確定所述階數(shù)，并根據(jù)采樣得到的圖像數(shù)據(jù)和確定的階數(shù)構(gòu)建所述空間基函數(shù)，從而得到磁共振信號的部分可分離函數(shù)的表達式； 根據(jù)磁共振信號的部分可分離函數(shù)的表達式計算磁共振信號數(shù)據(jù)； 根據(jù)磁共振信號數(shù)據(jù)重建腦功能圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦功能磁共振成像方法，其特征在于，所述圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采樣為對所述k空間數(shù)據(jù)進行的稀疏采樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦功能磁共振成像方法，其特征在于，所述對目標腦區(qū)的一個層面的k空間數(shù)據(jù)進行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣的步驟為: 在采樣過程的相鄰兩個射頻周期內(nèi)，其中一個射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像數(shù)據(jù)，另一個射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腦功能磁共振成像方法，其特征在于，所述根據(jù)磁共振信號數(shù)據(jù)重建腦功能圖像的步驟為: 將所述磁共振信號數(shù)據(jù)進行傅里葉逆變換，以重建腦功能圖像。
5.一種腦功能磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，包括: 采樣模塊，用于對目標腦區(qū)的一個層面的k空間數(shù)據(jù)進行圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的交替采樣，其中，圖像數(shù)據(jù)為對該層面的k空間數(shù)據(jù)的所有行進行采樣得到的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航數(shù)據(jù)為對該層面的k空間數(shù)據(jù)的指定的中間行進行采樣得到的數(shù)據(jù)； 模型構(gòu)建模塊，用于將磁共振信號表示為部分可分離函數(shù)，其中，磁共振信號隨著時間維度的信號變化被表示為L個空間基函數(shù)和L列時間基函數(shù)的乘積的和，L表示階數(shù)，空間基函數(shù)、時間基函數(shù)以及階數(shù)都為待估計的參數(shù)； 模型求解模塊，用于根據(jù)采樣得到的導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建所述時間基函數(shù)并確定所述階數(shù)，并根據(jù)采樣得到的圖像數(shù)據(jù)和確定的階數(shù)構(gòu)建所述空間基函數(shù)，從而得到磁共振信號的部分可分離函數(shù)的表達式； 磁共振信號計算模塊，用于根據(jù)磁共振信號的部分可分離函數(shù)的表達式計算磁共振信號數(shù)據(jù)； 腦功能圖像重建模塊，用于根據(jù)磁共振信號數(shù)據(jù)重建腦功能圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的腦功能磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣模塊對圖像數(shù)據(jù)和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的采樣為對所述k空間數(shù)據(jù)進行的稀疏采樣。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的腦功能磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣模塊在采樣過程的相鄰兩個射頻周期內(nèi)，其中一個射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的圖像數(shù)據(jù)，另一個射頻周期采樣得到預(yù)設(shè)數(shù)量的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的腦功能磁共振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述腦功能圖像重建模塊用于將所述磁共振信號 數(shù)據(jù)進行傅里葉逆變換，以重建腦功能圖像。
【文檔編號】A61B5/055GK103519816SQ201310514492
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】史彩云, 謝國喜, 張麗娟, 劉新, 馮翔 申請人:深圳先進技術(shù)研究院