《医学影像信息学》课件-18MRI图像重建

医学影像信息学1.MRI图像重建含义在磁共振成像中，经射频脉冲激发和梯度磁场空间编码后获得复合信号，再由计算机将采集到的复合信号经一系列过程转换成图像信号，这个过程称为图像重建。它通常在阵列处理计算机或高速的图像处理专用机中完成。其方法有多种，反投影法我们已经学习过了，这次我们介绍傅里叶变换法。在学习之前，我们首先需要了解K空间。2.K空间概念K空间又称傅里叶空间，是带有空间定位编码信息的MR信号原始数据的填充空间。如图，二维K空间的两个坐标KX和KY分别代表MR信号的频率编码和相位编码方向。在二维MR信号采集过程中，每个MR信号的频率编码梯度场的大小和方向保持不变，而相位编码梯度场的方向和场强则以一定的步级发生变化，每个MR信号的相位编码变化一次，采集到的MR信号填充K空间KY方向一条线，因此把带有空间信息的MR信号称为相位编码线，也称为K空间线或傅里叶线。K空间实际上是MRI信号的原始数据离散化存储空间。信号的频率和相位决定了信号在MR图像中的空间位置，而幅值则决定了信号的强度。3.K空间特性（1）K空间中的点阵与图像的点阵不是一一对应的，K空间中每一点包含有扫描层面的全层信息；如图，矩阵为256×256的图像，需要采集256条相位编码线，每条相位编码线需要采集256个数据点，形成256×256的K空间数据点阵。虽然K空间数据点阵与图像矩阵大小相同，但是，K空间每个信号均来自于整个激发层面，而图像阵列中的每个点的信息仅对应层面内相应体素的信息。因此，K空间数据点阵与图像矩阵并不是一一对应的。3.K空间特性（2）K空间在KX和KY方向上都呈现镜像对称的特性；由于MR信号在时序上是对称的，因此，MR信号沿频率编码方向镜像对称。此外，由于相位梯度场递增的不级是一样，仅梯度场的方向相反，因此在相位编码方向MR信号也是镜像对称的。3.K空间特性（3）填充K空间中央区域的磁共振信号（K空间线）主要决定图像的对比，填充K空间周边区域的磁共振信号（K空间线）主要决定图像的解剖细节。K空间中央数据具有较低的空间频率，因此，主要决定图像对比；K空间边缘的数据具有较高的空间频率，主要决定图像空间分辨力。如图，左起以第一幅图是利用所有K空间数据重建图像，第二幅是仅使用K空间中央数据重建图像，第三幅是仅使用K空间边缘数据重建图像，大家可以更直观地感受到K空间的特性。4.K空间填充方式K空间中各点的数据是沿一定轨迹顺序填充的，这种按某种顺序填充数据的方式称为K空间的轨迹，K空间的填充轨迹代表了成像中MR信号的采集过程。如图A是最常用的循序对称填充，此外，还有迂回轨迹填充（图B）、放射状轨迹（图D）和螺旋轨迹（图C）等其他填充形式。傅里叶变换法是一种提取信号频率成分的数学方法，可将时域表达的信号转换成频率域表达。如图，是K空间与图像重建的流程图，K空间数据经傅里叶变换可得到不同频率和相位的信号，可根据信号的频率和相位确定信号的空间位置，再根据信号的幅值确定像素的亮度，进而重建磁共振图像。5.傅里叶变换图像重建法总结与思考思考：K空间数据的镜像对称性如何助力MRI