[发明专利]不均匀磁场下回波平面成像无参考扫描图像畸变矫正方法

说明书

不均匀磁场下回波平面成像无参考扫描图像畸变矫正方法，涉及核磁共振成像重建方法。利用单扫描回波平面成像序列对信号进行编码和采样，在一次90°脉冲激发后，通过一系列回波梯度采样获得整个k空间信号，不均匀磁场的影响在整个采样过程中积累。采样的信号通过二维傅里叶变换重建出图像，其中实部和虚部分别作为残差神经网络的输入。神经网络的训练来自于模拟数据集。首先随机生成标签，然后根据采样条件获得与标签对应的畸变的图像用于输入。批量生成多组数据用于训练网络。调整网络的超参数以保证训练误差能够收敛。最后导入训练好的网络参数并输入实测单扫描回波平面成像数据，可以获得无畸变的图像。

技术领域

本发明涉及核磁共振成像重建方法，尤其是涉及一种基于残差神经网络的不均匀磁场下回波平面成像无参考扫描图像畸变矫正方法。

背景技术

由于磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)具有对软组织损伤较少和分辨率较高的特性，它在功能磁共振成像(functional MRI,fMRI)、临床疾病诊断中发挥着重要的作用^[1,2]。在一些诸如多扫描梯度回波的传统序列中，需要多次射频脉冲激发才能获得完整的k空间信号^[3]。由于连续两次扫描之间的时间间隔较长，因而总的扫描时间较长，给患者带来不适，且可能在扫描过程中发生运动，导致图像出现运动伪影。因此，发展超快速成像技术具有重要意义，特别是在需要高的瞬时分辨率的功能磁共振成像^[4]和扩散张量成像(Diffusion Tensor Imaging，DTI)^[5]中。单扫描回波平面成像(echo planarimaging，EPI)是一种可以单次射频脉冲激发采集整个k空间信号的典型的超快速序列。然而回波平面成像序列对不均匀磁场比较敏感，不均匀磁场将导致采样的图像畸变。磁场不均匀程度越大，畸变越严重，而且不均匀磁场的影响会随时间累积，采样时间越长，图像的畸变也越严重。因此，相位编码维度的畸变一般比频率编码维度更大^[6]。

已有一些方法被提出用于矫正畸变的回波平面成像图像，其中比较成熟和通用的是使用场图的方法^[7]。场图可以通过由不同回波时间获得的梯度回波信号的相位差得到，然而要获得场图需要额外的扫描，特别是回波平面成像采样一张图只需要几秒钟，但是获得场图却需要几分钟。此外，长时间的场图采集会引入运动伪影而导致场图测量不准确。其他一些后处理方法也被提出，例如翻转相位编码方法(reversal phase-encoding)^[8]、非线性配准方法(nonlinear registration)^[9,10]和点扩散函数方法(point spread function，PSF)^[11]。这些方法都有一些客观限制而导致矫正效果不理想，例如点扩散函数方法对正则参数比较敏感，非线性配准方法仅对形状畸变进行矫正而且矫正效果依赖配准算法，PSF方法无法矫正频率维的畸变。

综上所述，需要寻找更实际和有效的方法解决回波平面成像图像畸变问题。新的方法应该仅需要少量或者不需要额外扫描，而且能够矫正较强的图像畸变，采样和重建的时间要短。这里提出了基于残差神经网络的端对端无参考扫描图像畸变矫正方法，能够很好地矫正图像形状畸变和强度失真^[12,13]。

参考文献：

[1]E.Yacoub,N.Harel,and K.High-field fMRI unveils orientationcolumns in humans,Proceedings of the National Academy of Sciences of theUnited States of America,vol.105,no.30,pp.10607-10612,2008.