СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИИ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

1. Устройство для получения изображений с помощью магнитно-резонансной томографии, содержащее:
магнитно-резонансный сканер, имеющий, по меньшей мере, одну приемную катушку, выполненную с возможностью получения частичного k-пространства,
сервер реконструкции, включающий в себя процессор и запоминающее устройство, соединенное с процессором,
пульт оператора,
причем процессор выполнен с возможностью выполнения реконструкции, комбинированным методом разреженной аппроксимации с использованием множества словарей, недосемплированного многокатушечного k-пространства, полученного из магнитно-резонансного сканера, и выполнения предварительной обработки данных, и пульт оператора содержит контроллер и устройство отображения, выполненное с возможностью визуализации реконструированного магнитно-резонансного изображения.
2. Устройство по п. 1, в котором предварительная обработка данных включает в себя инициализацию k-пространства и сжатие данных.
3. Устройство по п. 1, в котором контроллер выполнен с возможностью контролирования результатов работы устройства.
4. Система для реконструкции магнитно-резонансного изображения, содержащая:
блок получения данных, выполненный с возможностью получения недосемплированного многокатушечного k-пространства,
сервер реконструкции, включающий в себя блок предварительной обработки многокатушечного k-пространства и блок реконструкции комбинированным методом разреженной аппроксимации с использованием множества словарей,
пульт оператора для контроля и визуализации реконструкции магнитно-резонансного изображения.
5. Система по п. 4, в которой блок предварительной обработки содержит блок семплирования данных, блок оценки чувствительности и блок предварительной обработки.
6. Система по п. 4, в которой блок реконструкции
комбинированным методом разреженной аппроксимации содержит блок разреженной аппроксимации и блок реконструкции магнитно-резонансного изображения (МР) методом оценки по разреженному представлению (CS).
7. Система по п. 4, в которой пульт оператора дополнительно выполнен с возможностью: приема ввода от оператора для запуска реконструкции изображения, формирования команды реконструкции изображения и передачи этой команды в сервер реконструкции; и сервер реконструкции дополнительно выполнен с возможностью приема команды из пульта оператора и запуска реконструкции изображения.
8. Система по п. 4, в которой сервер реконструкции дополнительно выполнен с возможностью реализации реконструкции комбинированным методом разреженной аппроксимации с использованием множества словарей относительно каждой полосы частот и содержит:
блок семплирования данных, выполненный с возможностью создания маски семплирования для определения частот семплирования в данных многокатушечного k-пространства;
блок оценки чувствительности, выполненный с возможностью оценки карт чувствительности катушек на основании семплированных данных многокатушечного k-пространства;
блок предварительной обработки, выполненный с возможностью заполнения несемплированных позиций в многокатушечном k-пространстве исходными значениями, полученными с помощью комбинированного распределенного алгоритма Брегмана;
блок разреженной аппроксимации, выполненный с возможностью обучения ориентированного на исходные изображения и ориентированного на остаточные значения словарей для разреженной аппроксимации с применением множества словарей;
блок реконструкции магнитно-резонансного изображения методом оценки по разреженному представлению, выполненный с возможностью осуществления реконструкции магнитно-резонансного изображения комбинированным методом разреженной аппроксимации с использованием множества словарей для многокатушечного k-пространства.
9. Система по п. 8, в которой блок предварительной обработки дополнительно выполнен с возможностью реализации комбинированного распределенного итеративного алгоритма Брегмана и содержит:
блок контроля и обновления, выполненный с возможностью контролирования условий для внешнего и внутреннего цикла комбинированного распределенного алгоритма Брегмана, обновления внешних параметров алгоритма на каждом внешнем цикле, отправки многокатушечного k-пространства в блок восстановления измерений или блок объединения в зависимости от условия для внешнего цикла;
блок ввода чувствительности, выполненный с возможностью приема карт чувствительности катушки, используемых для операций объединения и распределения;
блок объединения, предназначенный для выполнения обратного преобразования Фурье для многокатушечного k-пространства с его последующим объединением картами чувствительности катушки и отправки результирующего объединенного изображения объемного целевого объекта в блок оценки объекта;
блок оценки объекта, выполненный с возможностью пересчета разреженной аппроксимации объекта путем минимизации критериальной функции, включающей ℓ1-норму, и отправки результата в блок обновления внутренних параметров;
блок обновления внутренних параметров, выполненный с возможностью обновления соответствующих параметров и повторной отправки обновления объекта в блок распределения;
блок распределения, выполненный с возможностью распределения разреженной аппроксимации объекта картами чувствительности катушек, вычисления преобразования Фурье результирующих изображений катушек и возвращения обновленного многокатушечного k-пространства в блок контроля и обновления;
блок восстановления измерений, выполненный с возможностью приема реконструированного многокатушечного k-пространства из блока контроля и обновления и восстановления семплированных данных k-пространства в их первоначально измеренные значения.
10. Система по п. 8, в которой блок разреженной
аппроксимации дополнительно выполнен с возможностью реализации обучения словаря для разреженной аппроксимации объекта с применением множества словарей и содержит:
блок сбора изображений, выполненный с возможностью сбора набора данных магнитно-резонансных изображений целевых объектов и отправки их в блок обучения словарей и в блок разреженной аппроксимации;
блок обучения словарей, выполненный с возможностью обучения словарей - ориентированного на исходные изображения и ориентированного на остаточные значения - в зависимости от входных данных, отправки результирующего словаря, ориентированного на исходные изображения, в блок разреженной аппроксимации, отправки словаря, ориентированного на остаточные значения, в блок аппроксимации остаточных значений и отправки вычисленных словарей - ориентированного на исходные изображения и ориентированного на остаточные значения, в блок вывода словаря;
блок разреженной аппроксимации, выполненный с возможностью вычисления разреженной аппроксимации магнитно-резонансных изображений посредством вычисленного словаря; отправки остаточных значений, вычисленных как разность между исходными магнитно-резонансными изображениями и их аппроксимацией, в блок обучения словаря и в блок аппроксимации остаточных значений;
блок аппроксимации остаточных значений, выполненный с возможностью вычисления аппроксимации остаточных значений, полученных из блока разреженной аппроксимации вычисленным, ориентированным на остаточные значения словарем;
блок вывода словаря, выполненный с возможностью сохранения вычисленных ориентированного на исходные изображения и ориентированного на остаточные значения словарей.
11. Система по п. 8, в которой блок реконструкции магнитно-резонансного изображения методом оценки по разреженному представлению дополнительно выполнен с возможностью реализации алгоритма реконструкции магнитно-резонансного изображения комбинированным методом разреженной аппроксимации с использованием множества словарей и содержит:
блок управления, выполненный с возможностью управления блоком запуска и блоком ввода словаря;
блок ввода словаря, выполненный с возможностью приема ориентированного на исходные изображения и ориентированного на остаточные значения словарей и отправки их в блок аппроксимации с применением множества словарей;
блок восстановления измерений, выполненный с возможностью восстановления данных k-пространства в семплированных позициях в их первоначально измеренные значения;
блок запуска, являющийся переключателем, выполненным с возможностью отправки многокатушечного k-пространства из блока восстановления измерений в блок объединения или в блок вывода k-пространства в зависимости от сигнала из блока управления;
блок ввода чувствительности, выполненный с возможностью приема карт чувствительности катушки, используемых для операций объединения и распределения;
блок объединения, выполненный с возможностью получения объединенного изображения из многокатушечного k-пространства;
блок аппроксимации с применением множества словарей, выполненный с возможностью выполнения разреженной аппроксимации с применением множества словарей объединенного изображения, полученного из блока объединения, и отправки результата в блок распределения;
блок распределения, выполненный с возможностью вычисления многокатушечного k-пространства из аппроксимации изображения;
блок вывода k-пространства, выполненный с возможностью вывода реконструированного многокатушечного k-пространства.
12. Способ реконструкции магнитно-резонансного изображения, содержащий этапы, на которых:
получают данные частично семплированного k-пространства,
заполняют несемплированные позиции многокатушечного k-пространства начальным приближением,
осуществляют сжатие катушек многокатушечного k-пространства,
осуществляют разложение на множество полос частот многокатушечного k-пространства с получением ряда отдельных
многокатушечных k-пространств, соответствующих различным полосам частот,
оценивают карты чувствительности катушки из полученных данных k-пространств,
осуществляют реконструкцию, комбинированным методом разреженной аппроксимации с использованием множества словарей, каждого отдельного многокатушечного k-пространства, соответствующего определенной полосе частот,
вычисляют результирующее многокатушечное k-пространство посредством агрегации реконструированных многокатушечных k-пространств, соответствующих различным полосам частот,
вычисляют результирующее магнитно-резонансное изображение из вычисленного многокатушечного k-пространства.
13. Способ по п. 12, в котором этап осуществления реконструкции, комбинированным методом разреженной аппроксимации с использованием множества словарей, для каждой полосы частот включает в себя этапы, на которых:
вычисляют объединенное изображение из многокатушечного k-пространства,
осуществляют разреженную аппроксимацию объединенного изображения с применением множества словарей,
вычисляют многокатушечное k-пространство из аппроксимации изображения,
восстанавливают данные измеренного k-пространства.
14. Способ по п. 13, в котором этап осуществления разреженной аппроксимации с применением множества словарей включает в себя этапы, на которых:
осуществляют разреженное кодирование с применением множества словарей на основе патчей,
аппроксимируют изображение из полученных разреженных кодов.
15. Способ по п. 13, в котором упомянутое получение объединенного изображения из многокатушечного k-пространства выполняют посредством обратного преобразования Фурье для каждой катушки многокатушечного k-пространства и проецирования результирующих изображений катушек на карты чувствительности катушки в каждом пространственном положении.
16. Способ по п. 13, в котором упомянутое вычисление многокатушечного k-пространства из изображения выполняют посредством изменения масштаба карт чувствительности катушки на значение изображения в каждом пространственном положении и преобразования Фурье каждого результирующего изображения катушки.
17. Способ по п. 12, в котором упомянутые несемплированные позиции k-пространства заполняют постоянными произвольными комплексными значениями или значениями, полученными посредством комбинированного распределенного итеративного алгоритма Брегмана.
18. Способ по п. 17, в котором упомянутый комбинированный распределенный алгоритм Брегмана отличается от обычного распределенного алгоритма Брегмана агрегацией многокатушечного k-пространства, использующего объединенную разреженность.
19. Способ по п. 13, в котором при упомянутой разреженной аппроксимации объединенного изображения извлекают перекрывающиеся фрагменты из изображения, осуществляют разреженную аппроксимацию этих фрагментов с помощью словаря и собирают аппроксимированные фрагменты в аппроксимацию изображения с их перекрытием.
20. Способ по п. 19, в котором упомянутую разреженную аппроксимацию фрагментов выполняют посредством разреженного разложения фрагментов на разреженные коды с использованием одного словаря и последующей сборки разреженных кодов с использованием этого словаря.
21. Способ по п. 19, в котором упомянутую разреженную аппроксимацию фрагментов выполняют методом с применением множества словарей, содержащим этапы, на которых: аппроксимируют патчи словарем, ориентированным на исходные изображения, сравнивают вычисленную аппроксимацию фрагментов с исходными патчами, вычисляют соответствующую разность, аппроксимируют результирующее остаточное значение словарем, ориентированным на остаточные значения, и вычисляют окончательную аппроксимацию патчей как сумму аппроксимаций словарем, ориентированным на исходные изображения, и словарем, ориентированным на остаточные
значения.
22. Способ по п. 19, в котором упомянутые используемые словари предварительно обучают с использованием патчей, извлеченных из набора полностью семплированных магнитно-резонансных изображений.
23. Способ по п. 19, в котором упомянутые патчи являются неравновеликими, и соотношение их сторон выбирают с учетом степени анизотропии схемы семплирования.
24. Способ по п. 19, в котором упомянутые патчи являются равновеликими для изотропной схемы семплирования.
25. Способ по п. 19, в котором упомянутые словари обучают отдельно для каждой полосы частот, полученной при разложении на множество полос частот.
26. Способ по п. 21, в котором упомянутые словари обучают с нацеливанием их на конкретные признаки изображения в зависимости от изменчивости интересующей области.
27. Способ по п. 21, в котором упомянутые предварительно вычисленные словари с разномасштабными атомами содержат атомы с информативными участками разного размера.
28. Способ по п. 27, в котором упомянутые атомы в словарях с разномасштабными атомами имеют неинформативные участки, заполненные нулями.
29. Способ по п. 20, в котором упомянутый словарь итеративно заменяют другими словарями во время реконструкции магнитно-резонансного изображения комбинированным методом разреженной аппроксимации.
30. Способ по п. 20 или 21, в котором упомянутое разреженное разложение выполняют посредством минимизации числа ненулевых компонентов разложения патчей в линейную комбинацию элементов словаря.
31. Способ по п. 19, в котором упомянутый словарь подвергают ортогонализации таким образом, чтобы для каждого словаря набор его элементов был представлен как набор векторов с ортонормальным базисом.
32. Способ по п. 21, в котором упомянутое множество словарей обучают посредством процедуры, в которой:
собирают набор данных изображений приемлемого качества магнитно-резонансных целевых объектов;
обучают основанный на патчах, ориентированный на исходные изображения словарь с использованием собранных изображений;
аппроксимируют патчи изображений обученным словарем ориентированным на исходные изображения;
вычисляют разности между патчами изображений и их разреженной аппроксимацией и собирают набор данных вычисленных остаточных значений;
обучают основанный на патчах, ориентированный на остаточные значения словарь с использованием набора данных остаточных значений.
33. Способ по п. 12, в котором при упомянутом разложении на множество полос частот создают многокатушечные k-пространства, соответствующие полосам частот, при этом каждое созданное k-пространство содержит данные из соответствующей полосы частот введенного многокатушечного k-пространства, а другие позиции созданного k-пространства заполняют нулями и отмечают как измеренные.
34. Способ по п. 12, в котором дополнительно отображают реконструированное изображение на устройстве отображения.
35. Способ по п. 32, в котором ориентированные на исходные изображения и на остаточные значения словари обучают с помощью алгоритма K-SVD.
36. Способ по п. 12, в котором дополнительно передают реконструированное магнитно-резонансное изображение на пульт оператора.