磁共振成像仿真平台设计与实现.pdf

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1、第13卷第6期v1)1．13NO62014年6月June．2Ol4磁共振成像仿真平台设计与实现水力(中南民族大学生物医学工程学院，湖北武汉430074)摘要：为了更好地研究MRI成像技术和图像重建算法，采用Matlab图形用户界面创建了MRI仿真平台。该平台模拟了线性、螺旋及并行扫描3种成像方式，可以导入不同模型图像，设计K空间扫描轨迹，模拟K空间数据采集过程，显示采集信号的波形。对这3种成像方式的图像重建加以实现，并对重建误差进行了分析。该平台为其它各种MR1数据采集和图像重建新算法的研究提供了一种有效工具。关键词：磁共振成

2、像；仿真平台；图形用户界面；K空间数据采集；图像重建中图分类号：TP317．4文献标识码：A文章编号：l672—7800(2O14)006—0147—04实现了磁共振成像仿真模拟平台的结构和功能。该软件0引言可以实现MRI模型图像导入、模型切换、K空间轨迹设计]、K空间数据采集、图像重建以及误差分析等功能。磁共振成像(magneticresonanceimaging，MRI)是一是学习以及进一步研究磁共振成像方法的有力平台工具。种利用核磁共振原理进行人体断层成像的技术。近年磁共振成像仿真平台软件由图像导入系统、K空间轨迹设来，

3、随着磁共振成像技术的不断进步，其成像设备的研发计和数据采集系统、图像重建系统三大功能模块组成，如得到了飞速发展，对MRI系统成像方法以及临床应用等图1所示。方面的研究T作也日益增多。但磁共振成像仪是一种昂选择模型H导入模型H轨迹设计H获得k空间坐标贵的医疗仪器，研究人员常常需要用仿真方法来检验他们模拟数据采集过程的研究结果，此时，磁共振成像仿真平台的建立尤为必要。MRI仿真平台可方便研究人员比较和评价数据采集和图线性采集螺旋采集并行采集像重建的新算法。在研究中，一般先借助仿真模型，通过傅立叶重建网格化重建并行重建人工合成数据验

4、证算法的可行性和准确性。模型数据测误差分析误差分析误差分析试可行后，才用MRI扫描仪得到的试验数据进行验证。图1软件系统模块利用仿真平台进行图像重建算法研究的优点是：模型是已知的，重建结果有可比较的参考对象，而且可以按照成2软件系统功能像原理获得不同采集模式的数据，算法研究前期可节省用扫描仪采集数据的花费。采用Core2—3．0GCPU，l_99G内存和120G硬盘的本文利用Matlab图形用户界面仿真MRI成像过程，PC机在Matlab2007上实现，软件界面如图2所示。模拟K空间数据采集和图像重建。该平台模拟了线性、以下分

5、别对软件各个模块的功能进行介绍。螺旋及并行扫描3种成像方式，fl丁以导入不同模型图像，2．1图像导入系统设计K空间扫描轨迹，模拟K空问数据采集过程，并显示通过选项框有5个图像模型可选，如图3所示，分别采集信号的波形。还对3种成像方式的图像重建方法进为不同分辨率的Shepp—logan模型和分辨率为】28×128行了实现，对重建误差进行了分析。界面简明友好，为后和256×256的头部模型，点击显示图像按键后导入网像续MRI成像算法的研究提供了一一种有效工具。到指定轴。2．2K空间数据采集系统l软件系统设计K空间数据采集系统分为K

6、空间轨迹设计和模拟数据采集过程的信号波形显示两个部分。本文介绍了Matlab图形用户界面开发环境GUIDE，目前，本仿真平台研究了3种采样轨迹的设计和数据作者简介：水力(1987一)，男，中南民族大学生物医学工程学院硕士研究生，研究方向为磁共振成像。第6期水力：磁共振成像仿真平台设计与实现间信息，通过适当的并行成像算法，重建出没有卷折的图图像。像。理论上线圈的个数决定了最大的加速因子R，数据采集时间只需要单个线圈的1／R。并行磁共振成像对于3仿真结果显示及分析提高MRI速度有显著作用。2．3图像重建系统在界面运行时发现，分辨率

7、越大的图像，设计轨迹和图像重建系统分为重建和误差分析两个部分。线性数据采集用的时间就越长。比如，对于64*64分辨率的采集的K空间数据通过二维傅里叶变换图像重建法重建图像，采集数据到保存需要半分钟，128*128分辨率的图出图像，螺旋重建的K空间数据通过Jackson网格化法]像约需1分钟，而256*256分辨率图像的整个采集过程重建出图像，并行采集的K空间数据通过并行重建算法需耗时1O多分钟。这是因为磁共振图像频率编码方向上SENSE重建出图像。在重建完图像之后，将原导人图的像素数目取决于在磁共振回波信号采集过程中采样点像作

8、为参考图像，将重建图像与之进行对比(误差分析)。的多少，采样点越多，则图像在频率编码方向上的像素数本文求差值图并计算误差。差值图越黑说明重建图像与目越多。在视野相同的前提下，像素径线越小，空间分辨原参考图像越接近，重建质量越好。率越高，但由于采样点增多，采集一个完整的回波信号