基于單掃描正交時(shí)空編碼磁共振成像的圖像畸變校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于單掃描正交時(shí)空編碼磁共振成像的圖像畸變校正方法。該方法通過90度和180度的線性掃頻脈沖（chirp脈沖）聯(lián)合正交分布的空間編碼梯度，在激發(fā)階段使空間內(nèi)的質(zhì)子自旋獲得一個(gè)和空間位置相關(guān)的二次相位；在采樣階段，通過快速切換的正負(fù)梯度回波鏈進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，超快速地獲得具有T2*加權(quán)的空間域磁共振成像數(shù)據(jù)；最后通過高分辨重建算法和圖像畸變校正方法對畸變的磁共振圖像進(jìn)行重建校正，從而獲得高分辨率的高品質(zhì)磁共振圖像。本發(fā)明所提出的基于正交時(shí)空編碼磁共振成像的圖像畸變校正方法，不僅不需要額外的參考掃描，根據(jù)自身的數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行畸變校正，并且還具有克服局部不均勻場的能力，即使在極強(qiáng)的不均勻場下仍能正常工作。
【專利說明】 基于單掃描正交時(shí)空編碼磁共振成像的圖像畸變校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁共振成像方法，尤其是涉及一種磁共振成像的圖像畸變校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在磁共振成像中，能夠提高成像速度或者在固定的時(shí)間內(nèi)能提高成像的分辨率是人們一直孜孜以求的。超快速成像技術(shù)在一些需要高的時(shí)間分辨的實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮著重要的作用，如功能成像(functional MRI, fMRI)、自由呼吸心臟成像(free-breath heartimaging)和一些高維實(shí)驗(yàn)，如擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)。在眾多的超快速方法中，單掃描的平面回波成像(echo planar imaging, EPI)憑借它高的時(shí)間分辨率成為最受歡迎的超快速成像技術(shù)。眾所周知的是，平面回波成像在一次激發(fā)的情況下，通過一系列回波鏈梯度進(jìn)行采樣，就能填滿整個(gè)k空間。但是這種采樣方式很容易受到不均勻場和相位誤差的影響，導(dǎo)致最后的圖像出現(xiàn)畸變。在過去幾年中，各種各樣的基于場圖和后期數(shù)據(jù)處理的技術(shù)用來平面回波圖像的畸變校正。只有經(jīng)過畸變校正的平面回波圖像才能正確的反應(yīng)實(shí)際的結(jié)構(gòu)信息，但是這些校正方法都需要修改脈沖序列和增加額外的掃描時(shí)間。雖然這些校正方法能夠?qū)兊膱D像進(jìn)行校正而改善圖像質(zhì)量，但是在之前的一些報(bào)告中指出，這些基于場圖和額外掃描的平面回波校正方法存在著一些缺陷。第一，要獲得不均勻場的場圖，必須要通過在平面回波序列的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，通過額外的掃描才能完成。這樣對于一些特定臨床研究或者一些磁共振導(dǎo)航的介入研究就不是很理想了 ；第二，如果成像物體在場圖掃描后移動(dòng)了，則獲得的場圖，對于平面回波圖像的校正就會(huì)失效了 ；第三，這些基于平面回波成像的校正方法往往只是對全局場不均勻場的校正有效，當(dāng)局部存在很強(qiáng)的不均勻場時(shí)則會(huì)失效；第四，當(dāng)Btl不均勻場非常嚴(yán)重的時(shí)候，例如出現(xiàn)圖像的折疊，在這種情況下，基于場圖的校正方法也會(huì)失效。
[0003]單掃描的時(shí)空編碼(spatiotemporally-encoded, SPEN)磁共振成像方法是由以色列威茲曼小組的frydman提出的，這種方法與平面回波成像的成像原理有著本質(zhì)的不同。對于平面回波成像來說，在某一采樣時(shí)刻所獲得的信號(hào)是源自空間內(nèi)所有質(zhì)子自旋的貢獻(xiàn)。而空間編碼方法，在某一采樣時(shí)刻所獲得的信號(hào)只源自空間內(nèi)某一特定位置質(zhì)子自旋的貢獻(xiàn)。這種超快速的空間編碼序列只是將平面回波的相位編碼“bilps”梯度進(jìn)行替換，然而保留了平面回波序列的采樣梯度。所以這種時(shí)空編碼序列擁有和平面回波序列相同的成像速度。在某一個(gè)采樣時(shí)刻，信號(hào)的強(qiáng)度只取決于對應(yīng)空間位置內(nèi)的局部自旋密度。這種特性將賦予空間編碼磁共振像方法，在一定程度上能抵抗Btl不均勻場的能力?？臻g編碼方法對于不均勻場的魯棒性確保了空間編碼圖像，相比平面回波圖像而言，能夠抵抗局部磁化率不均勻和經(jīng)受更大的Btl不均勻勻場。盡管相比平面回波圖像而言，空間編碼憑借自身對于不均勻場的魯棒性能夠呈現(xiàn)較好的圖像質(zhì)量，但是在不均勻場下，圖像質(zhì)量也會(huì)下降，尤其當(dāng)有嚴(yán)重的Btl不均勻場存在時(shí)。
[0004]由此可見，開發(fā)一種在各種不均勻場環(huán)境下仍能勝任的超快速成像方法以及對應(yīng)的圖像畸變校正方法是非常有必要的。本專利首先提出正交的時(shí)空編碼方法，該方法不僅能一定程度上抵抗不均勻場，并且能提供反應(yīng)Btl不均勻場的場圖，對場圖進(jìn)行平面擬合獲得等效的不均勻場磁化率梯度，然后代入高分辨重建過程中，最后得到高分辨的、無畸變的高品質(zhì)磁共振像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種單掃描超快速正交時(shí)空編碼序列以及相應(yīng)的圖像畸變校正方法，該方法不需要額外的掃描就能對畸變圖像進(jìn)行校正，并且對于極大的局部和全局不均勻場仍有良好表現(xiàn)。
[0006]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了基于單掃描正交時(shí)空編碼磁共振成像的圖像畸變校正方法，分為以下步驟進(jìn)行操作:
[0007](I)首先對成像物體進(jìn)行感興趣區(qū)域定位，然后進(jìn)行調(diào)諧、自動(dòng)勻場、功率和頻率校正；
[0008](2)用測量線性掃頻脈沖功率的脈沖序列依次測量并記錄90度和180度線性掃頻脈沖(chirp脈沖)的功率；
[0009](3)在核磁共振成像儀上，導(dǎo)入事先編譯好的單掃描正交時(shí)空編碼序列；并通過事先定義的脈沖變量調(diào)入所需的90度和180度線性掃頻脈沖(chirp脈沖)，將步驟(2)中所測量的90度和180度線性掃頻脈沖(chirp脈沖)的功率值賦值到所對應(yīng)的功率變量中；
[0010]所述單掃描正交時(shí)空編碼序列的結(jié)構(gòu)依次為:高掃頻率的90度線性掃頻脈沖、TE/2、低掃頻率的18 0度線性掃頻脈沖、TE1AJE2/^ 180度的sine脈沖、TE2/2、采樣回波鏈；
[0011]所述高掃頻率的90度線性掃頻脈沖結(jié)合90度的空間編碼梯度G9tl對低帶寬維(y方向)進(jìn)行空間編碼，重聚梯度Got緊接著作用在所述空間編碼梯度G9tl之后，其梯度面積為所述空間編碼梯度G9tl面積的一半，正負(fù)與所述空間編碼梯度G9tl相反；所述低掃頻率的180度線性掃頻脈沖結(jié)合180度的空間編碼梯度G18tl對高帶寬維(X方向)進(jìn)行空間編碼；所述180度的sine脈沖和層選梯度Gss進(jìn)行層選；所述低掃頻率的180度線性掃頻脈沖前后施分別加了回波延時(shí)TE/2，所述180度的sine脈沖前后分別施加了回波延時(shí)TE2/2，所述低掃頻率的180度線性掃頻脈沖與180度的sine脈沖前后都有x，y, z三個(gè)方向的破壞梯度作用；
[0012]所述采樣回波鏈?zhǔn)怯煞謩e作用在X，y方向的梯度鏈組成；x方向的梯度鏈?zhǔn)怯梢幌盗姓?fù)切換的梯度構(gòu)成，且每個(gè)梯度的面積是所述空間編碼梯度G18tl面積的二倍；y方向的梯度鏈?zhǔn)怯梢幌盗写笮∠嗟鹊摹癰lips”梯度構(gòu)成，且所述“blips”梯度的總面積和等于所述空間編碼梯度G9tl的面積，正負(fù)和所述空間編碼梯度G9tl —致；
[0013]在所述采樣回波鏈之前，X和y方向分別施加了重聚梯度Gra和Gm，所述Gra的面積是X方向第一個(gè)梯度面積的一半，方向與之相反；所述Gm的面積是所有所述“blips”梯度的總面積的一半，方向與所述“blips”梯度相反；
[0014](4)執(zhí)行步驟(3)設(shè)置好的單掃描正交時(shí)空編碼序列，進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，數(shù)據(jù)采樣完成后，執(zhí)行下一步驟，否則繼續(xù)采樣；從而得到正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)；
[0015](5)當(dāng)數(shù)據(jù)全部采樣完成后，首先對所述進(jìn)行高分辨重建，得到高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)；并對所述高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)進(jìn)行相位處理,得到畸變校正所需的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振相位圖；
[0016]所述高分辨率重建的步驟是將獲得的二維單掃描正交時(shí)空編碼數(shù)據(jù)先進(jìn)行相位平滑處理，然后進(jìn)行二維的插值，最后逐維進(jìn)行高分辨率重建；
[0017](6)對步驟(5)得到的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振相位圖進(jìn)行解纏繞處理，得到場分布的場圖；
[0018](7)對步驟(6)得到的場圖進(jìn)行平面擬合處理，得到各階不均勻場磁化率梯度值；
[0019]所述平面擬合處理的公式為:
[0020]Φ inh (X，y, tt) = Ω 0.(tt+TE) + y ginx (tt+TE).χ+ y giny (tt+TE) *y+ y ginx2 (tt+TE).χ2+ Y ginxy (tt+TE).xy+ y gimy2 (tt+TE).y2[0021]其中Ginh=[gQ，ginx, giny, ginx2, ginxy, giny2]T為等效的不均勻場磁化率梯度矢量，tt為從所述180度的sine脈沖中心到采樣時(shí)間的時(shí)間距離，ΤΕ=(Τ9(ι-ΤΕ2)/2, Φ?η--(χ, y, tt)為解纏繞后的二維相位圖；
[0022](8)將步驟(7)得到的各階不均勻場磁化率梯度值，代入步驟(5)的高分辨重建中，得到經(jīng)過畸變校正的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)，然后重復(fù)步驟(5)和(6)得到場圖，依據(jù)校正是否成功的標(biāo)準(zhǔn)，做以下判斷處理:如果不滿足校正成功標(biāo)準(zhǔn)則循環(huán)進(jìn)行(5-8 )步驟，直至校正成功；如果滿足校正成功的標(biāo)準(zhǔn)，則得到能高分辨率的、能正確反映空間信息的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振相位圖。
[0023]作為優(yōu)選:所述高分辨重建過程是先對采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行兩維的相位平滑處理，使數(shù)據(jù)的相位變化緩慢:先進(jìn)行一個(gè)方向的相位處理，然后再對另一個(gè)方向進(jìn)行相位處理；然后對所述采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行二維插值處理，最后進(jìn)行高分辨數(shù)據(jù)重建:先重建一維，再重建另一維。
[0024]本發(fā)明提供的基于單掃描正交時(shí)空編碼磁共振成像的圖像畸變校正方法能夠承受更大的全局和局部不均勻場的影響，并且獲得的數(shù)據(jù)具有T/加權(quán)特性，經(jīng)過高分辨重建后，就能獲得高分辨的場圖，再依據(jù)此場圖進(jìn)行畸變校正，最后就可以獲得高分辨的、無畸變的磁共振像。基于正交時(shí)空編碼方法的畸變校正，不需要額外的場圖掃描，對所采數(shù)據(jù)進(jìn)行平面擬合就可以得到各階不均勻場磁化率梯度。相比平面回波的畸變校正方法，本發(fā)明的方法效率更高、穩(wěn)定性更好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本專利提出的單掃描正交時(shí)空編碼序列，各個(gè)參數(shù)名稱都在序列圖中詳細(xì)
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[0026]圖2展示了不同序列，不同場條件下的大鼠腦部磁共振像:
[0027]A為經(jīng)過圖像畸變校正后的單掃描正交時(shí)空編碼圖像；
[0028]B為均勻場下獲得的用來參考的單掃描正交時(shí)空編碼圖像；
[0029]C畸變的單掃描正交時(shí)空編碼圖像；
[0030]D畸變的平面回波圖像；
[0031]
【具體實(shí)施方式】
[0032]下文結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。[0033]本發(fā)明提供了基于單掃描正交時(shí)空編碼磁共振成像的圖像畸變校正方法，具體實(shí)施過程中的各個(gè)步驟如下:
[0034](I)首先對成像物體進(jìn)行感興趣區(qū)域定位，然后進(jìn)行調(diào)諧、自動(dòng)勻場、功率和頻率校正；
[0035](2)用測量線性掃頻脈沖功率的脈沖序列依次測量并記錄90度和180度線性掃頻脈沖(chirp脈沖)的功率；
[0036]優(yōu)選使用一維時(shí)空編碼序列對功率變量進(jìn)行陣列參數(shù)測量，目的確保信號(hào)盡可能少的丟失。
[0037](3)在核磁共振成像儀上，導(dǎo)入事先編譯好的單掃描正交時(shí)空編碼序列；并通過事先定義的脈沖變量調(diào)入所需的90度和180度線性掃頻脈沖(chirp脈沖)，將步驟(2)中所測量的90度和180度線性掃頻脈沖(chirp脈沖)的功率值賦值到所對應(yīng)的功率變量中；打開所述單掃描正交時(shí)空編碼序列的回波延時(shí)模塊，并設(shè)置所述單掃描正交時(shí)空編碼序列的各個(gè)參數(shù)；
[0038]參考圖1，所述導(dǎo)入的單掃描正交時(shí)空編碼序列的結(jié)構(gòu)依次為:90度的線性掃頻脈沖空間編碼、TE/2U80度的線性掃頻脈沖空間編碼、TEi/2、TE2/2、180度的sine脈沖、TE2/2、采樣回波鏈；
[0039]所述單掃描正交時(shí)空編碼序列的回波延時(shí)模塊TE1分解為兩個(gè)相等的部分:第一TE/2和第二 TE1A并分布在所述180度的線性掃頻脈沖空間編碼的前后；所述TE1/^的值等于Τ9(ι/2+Τ?+τ，延時(shí)τ的值等于破壞梯度的時(shí)間；
[0040]所述單掃描正交時(shí)空編碼序列的回波延時(shí)模塊TE2分解為兩個(gè)相等的部分:第一ΤΕ2/2和第二 ΤΕ2/2 ;所述第一 ΤΕ2/2作用范圍是從所述TE1作用完成到所述180度的sine脈沖中間；所述第二 TE2/2作用范圍是從所述180度的sine脈沖中間到所述采樣回波鏈中間；所述TE2的值等于整個(gè)所述采樣回波鏈 的采樣時(shí)間；
[0041]所述采樣回波鏈由分別作用在X、y方向的重聚梯度Gra和Gm和分別作用在x、y方向梯度回波鏈組成；所述X方向的梯度回波鏈由一系列正負(fù)切換的梯度構(gòu)成，且每個(gè)梯度的面積是對應(yīng)180度空間編碼梯度G18tl面積的二倍；所述y方向的梯度回波鏈?zhǔn)怯梢幌盗写笮∠嗟鹊摹癰lips”梯度構(gòu)成，且所有“blips”梯度的總面積和等于90度空間編碼梯度G90的面積，正負(fù)要和所述G9tl—致；所述6_的值是X方向上第一個(gè)梯度值的一半，且與之方相反，Gar的值是所述“blips”梯度值的一半，方向與所述“blips”梯度相反；
[0042]設(shè)置所述單掃描正交時(shí)空編碼序列的各個(gè)參數(shù)的步驟為:首先打開所述單掃描正交時(shí)空編碼序列的各個(gè)相關(guān)模塊，包括正交時(shí)空編碼模塊、回波延時(shí)模塊TE1、TE2和采樣模塊。接著根據(jù)感興趣區(qū)域大小設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括90度線性掃頻脈沖的激發(fā)頻率寬度Λ O9tl，激發(fā)時(shí)間T9tl，功率tpwr9(l，180度線性掃頻脈沖的激發(fā)頻率寬度Λ 018(|，激發(fā)時(shí)間T18tl,功率tpwr18(l, X方向采樣點(diǎn)數(shù)Nx, y方向采樣點(diǎn)數(shù)Ny,高帶寬維(x方向)的采樣帶寬sw, y方向空間解碼梯度“blips”的方向sign2,回波延時(shí)時(shí)間TE1, TE2, x方向的成像視野F0Vx，y方向的成像視野FOVy,成像層厚度thk，破壞梯度的強(qiáng)度和時(shí)間。
[0043](4)執(zhí)行步驟(3)設(shè)置好的單掃描正交時(shí)空編碼序列，進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，數(shù)據(jù)采樣完成后，執(zhí)行下一步驟，否則繼續(xù)采樣；從而得到正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)；
[0044]有別于常規(guī)多掃描成像序列，本方法可以一次激發(fā)獲得整幅磁共振像，從而可以避免運(yùn)動(dòng)偽影；區(qū)別于常規(guī)的單掃描序列的是本方法可以進(jìn)行二維的小視野成像，而不會(huì)發(fā)生折疊偽影，可以提高圖像的分辨率或者進(jìn)一步加快成像速度。并且相比常規(guī)的單掃描成像方法而言，本方法在不均勻場上有更好的表現(xiàn)。如果要進(jìn)行多層成像或者功能成像，首先序列要延遲一段RD時(shí)間，目的是為了讓磁化率矢量弛豫恢復(fù)過來；接著，脈沖序列的各個(gè)部分依次對成像物體進(jìn)行作用演化，即兩維的正交時(shí)空編碼、層選、延時(shí)作用直至數(shù)據(jù)采樣結(jié)束，最后得到二維的正交時(shí)空編碼磁共振像數(shù)據(jù)。獲得一幅磁共振像的時(shí)間大約幾十毫秒到幾百毫秒。
[0045](5)當(dāng)數(shù)據(jù)全部采樣完成后，首先對所述進(jìn)行高分辨重建，得到高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)；并對所述高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)進(jìn)行相位處理,得到畸變校正所需的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振相位圖；
[0046](6)對步驟(5)得到的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振相位圖進(jìn)行解纏繞處理，得到場分布的場圖；
[0047](7)對步驟(6)得到的場圖進(jìn)行平面擬合處理，得到各階不均勻場磁化率梯度值；
[0048]所述平面擬合處理的公式為:
[0049]Φ inh (X，y, tt) = Ω 0.(tt+TE) + y ginx (tt+TE).χ+ y giny (tt+TE) *y+ y ginx2 (tt+TE).χ2+ Y ginxy (tt+TE).xy+ y gimy2 (tt+TE).y2
[0050]其中Ginh=[gQ，ginx, giny, ginx2, ginxy, giny2]T為等效的不均勻場磁化率梯度矢量，tt為從所述180度的sine脈沖中心到采樣時(shí)間的時(shí)間距離，ΤΕ=(Τ9(ι-ΤΕ2)/2, Φ?η--(χ, y, tt)為解纏繞后的二維相位圖；
[0051](8)將步驟(7)得到的各階不均勻場磁化率梯度值，代入步驟(5)的高分辨重建中，得到經(jīng)過畸變校正的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)，然后重復(fù)步驟(5)和(6)得到場圖，依據(jù)校正是否成功的標(biāo)準(zhǔn)，做以 下判斷處理:如果不滿足校正成功標(biāo)準(zhǔn)則循環(huán)進(jìn)行(5-8 )步驟，直至校正成功；如果 滿足校正成功的標(biāo)準(zhǔn)，則得到能高分辨率的、能正確反映空間信息的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振相位圖。
[0052]實(shí)施例:
[0053]我們將單掃描正交時(shí)空編碼方法和基于此方法的畸變校正，在活體SD大鼠上進(jìn)行實(shí)施例展示，用來驗(yàn)證本發(fā)明的可行性。實(shí)驗(yàn)測試是在一臺(tái)VarianH成像儀(AgilentTechnologies, Santa Clara, CA, USA)下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)所采用的成像樣本是約250克的活體SD大鼠，實(shí)驗(yàn)前先用10%的水合氯醛溶液，按0.4mg/100g比例，對大鼠進(jìn)行注射麻醉，等老鼠進(jìn)入休眠狀態(tài)后進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，先把大鼠固定在實(shí)驗(yàn)床上，然后導(dǎo)入成像儀中。在磁共振成像儀操作臺(tái)上，打開成像儀相應(yīng)的操作軟件，對感興趣的大鼠部位進(jìn)行定位，此處我們選擇對大鼠的腦部進(jìn)行coronal面成像。等成像區(qū)域定位好后，我們進(jìn)行調(diào)諧、自動(dòng)勻場、頻率和功率校正。雖然進(jìn)行了自動(dòng)勻場，但是此時(shí)的不均勻場仍然很強(qiáng)，為了能體現(xiàn)本方法固有抵抗不均勻場的能力和校正方法的有效性，在此場環(huán)境下進(jìn)行單掃描的正交時(shí)空編碼成像實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也進(jìn)行平面回波成像實(shí)驗(yàn)作為對比；按照上述單掃描時(shí)空編碼磁共振成像方法和畸變校正方法的操作流程，在進(jìn)行單掃描的正交時(shí)空編碼之前，首先用一維的時(shí)空編碼序列分別測量所用到的90度和180度線性掃頻脈沖的功率。然后導(dǎo)入編譯好的(如圖1所示)單掃描正交時(shí)空編碼序列，打開脈沖序列的各個(gè)相關(guān)模塊，包括正交時(shí)空編碼模塊、回波延時(shí)模塊TE1和TE2、解碼采樣模塊，設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，具體對于本實(shí)施例所采用的樣本，其試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如下:90度線性掃頻脈沖的激發(fā)頻率寬度△ O9tl為64kHz，激發(fā)時(shí)間T9tl為3毫秒，180度線性掃頻脈沖的激發(fā)頻率寬度A O 180為8kHz，激發(fā)時(shí)間T18tl為4毫秒，X方向采樣點(diǎn)數(shù)Nx為64，y方向采樣點(diǎn)數(shù)Ny為64，高帶寬維(x方向)的采樣帶寬sw為250kHz，回波延時(shí)時(shí)間TE1為3.2毫秒，TE2為31.97毫秒，x方向的成像視野FOVx為4.5厘米，y方向的成像視野FOVy為4.5厘米，成像層厚度thk為2毫米，破壞梯度的強(qiáng)度為3.0高斯每厘米，時(shí)間為I毫秒。將以上實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置好后，直接運(yùn)行整個(gè)序列的采樣時(shí)間約為60毫秒。這里我們采樣兩個(gè)層面進(jìn)行案例展示，為了確保磁化率矢量弛豫恢復(fù)過來，所以層與層之間的掃描施加了 5秒的延時(shí)。在此不均勻場環(huán)境下，獲得單掃描正交時(shí)空編碼數(shù)據(jù)經(jīng)過高分辨重建后，得到高分辨圖像如圖2C所示；在相同場環(huán)境下，獲得的同層的平面回波圖像如圖2D所示；在不均勻場下，獲得單掃描正交時(shí)空編碼和平面回波數(shù)據(jù)后，進(jìn)行復(fù)雜繁瑣的自動(dòng)和手動(dòng)勻場，使場能更加均勻，然后在均勻場下進(jìn)行單掃描正交時(shí)空編碼實(shí)驗(yàn)，獲得良好磁共振像作為校正參考圖像如圖2B所示；
[0054]數(shù)據(jù)采樣完后，按照上述步驟(6)和(7)的處理過程對在不均勻場下獲得的單掃描正交時(shí)空編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行畸變校正，經(jīng)過幾次迭代處理后可以獲得本實(shí)施例的高分辨無畸變的高品質(zhì)磁共振像，最終結(jié)果如圖2A所示。從圖2可以看出，在相同的不均勻場下，平面回波圖像(圖2D)的畸變更為嚴(yán)重，并且出現(xiàn)折疊現(xiàn)象。經(jīng)過畸變校正的正交時(shí)空編碼圖像(圖2A)與在均勻場下獲得的圖像(圖2B)有著相似的圖像質(zhì)量。由圖2可以證明，單掃描的正交時(shí)空編碼成像方法相比平面回波成像方法，在不均勻場下有著更好的表現(xiàn)，經(jīng)過基于正交時(shí)空編碼成像方法的畸變校正后，圖像質(zhì)量有著很大的提升。
[0055]綜上所述，本發(fā)明所提出的單掃描的正交時(shí)空編碼磁共振成像方法能夠承受更大的全局和局部不均勻場的影響，并且獲得的數(shù)據(jù)具有T2*加權(quán)特性，經(jīng)過高分辨重建后，就能獲得高分辨的場圖，再依據(jù)此場圖進(jìn)行畸變校正，最后就可以獲得高分辨的、無畸變的磁共振像。
[0056]以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于單掃描正交時(shí)空編碼磁共振成像的圖像畸變校正方法，分為以下步驟進(jìn)行操作: (1)首先對成像物體進(jìn)行感興趣區(qū)域定位，然后進(jìn)行調(diào)諧、自動(dòng)勻場、功率和頻率校正； (2)用測量線性掃頻脈沖功率的脈沖序列依次測量并記錄90度和180度線性掃頻脈沖Cchirp脈沖)的功率； (3)在核磁共振成像儀上，導(dǎo)入事先編譯好的單掃描正交時(shí)空編碼序列；并通過事先定義的脈沖變量調(diào)入所需的90度和180度線性掃頻脈沖(chirp脈沖)，將步驟(2)中所測量的90度和180度線性掃頻脈沖(chirp脈沖)的功率值賦值到所對應(yīng)的功率變量中； 所述單掃描正交時(shí)空編碼序列的結(jié)構(gòu)依次為:高掃頻率的90度線性掃頻脈沖、TEi/2、低掃頻率的180度線性掃頻脈沖、TEi/2、TE2/2、180度的sine脈沖、TE2/2、采樣回波鏈； 所述高掃頻率的90度線性掃頻脈沖結(jié)合90度的空間編碼梯度G9tl對低帶寬維(y方向)進(jìn)行空間編碼，重聚梯度Got緊接著作用在所述空間編碼梯度G9tl之后，其梯度面積為所述空間編碼梯度G9tl面積的一半，正負(fù)與所述空間編碼梯度G9tl相反；所述低掃頻率的180度線性掃頻脈沖結(jié)合180度的空間編碼梯度G18tl對高帶寬維(X方向)進(jìn)行空間編碼；所述180度的sine脈沖和層選梯度Gss進(jìn)行層選；所述低掃頻率的180度線性掃頻脈沖前后施分別加了回波延時(shí)TE/2，所述180度的sine脈沖前后分別施加了回波延時(shí)TE2/2，所述低掃頻率的180度線性掃頻脈沖與180度的sine脈沖前后都有x，y, z三個(gè)方向的破壞梯度作用； 所述采樣回波鏈?zhǔn)怯煞謩e作用在X，y方向的梯度鏈組成方向的梯度鏈?zhǔn)怯梢幌盗姓?fù)切換的梯度構(gòu)成，且每個(gè)梯度的面積是所述空間編碼梯度G18tl面積的二倍；y方向的梯度鏈?zhǔn)怯梢幌盗写笮∠嗟鹊摹癰lips”梯度構(gòu)成，且所述“blips”梯度的總面積和等于所述空間編碼梯度G9tl的面積，正負(fù)和所述空間編碼梯度G9tl —致； 在所述采樣回波鏈之前，X和I方向分別施加了重聚梯度Gra和Gm，所述的面積是X方向第一個(gè)梯度面積的一半，方向與之相反；所述Gm的面積是所有所述“blips”梯度的總面積的一半，方向與所述“blips”梯度相反； (4)執(zhí)行步驟(3)設(shè)置好的單掃描正交時(shí)空編碼序列，進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，數(shù)據(jù)采樣完成后，執(zhí)行下一步驟，否則繼續(xù)采樣；從而得到正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)； (5)當(dāng)數(shù)據(jù)全部采樣完成后，首先對所述正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)進(jìn)行高分辨重建，得到高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)；并對所述高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)進(jìn)行相位處理，得到畸變校正所需的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振相位圖； 所述高分辨率重建的步驟是將獲得的二維單掃描正交時(shí)空編碼數(shù)據(jù)先進(jìn)行相位平滑處理，然后進(jìn)行二維的插值，最后逐維進(jìn)行高分辨率重建； (6)對步驟(5)得到的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振相位圖進(jìn)行解纏繞處理，得到場分布的場圖； (7)對步驟(6)得到的場圖進(jìn)行平面擬合處理，得到各階不均勻場磁化率梯度值； 所述平面擬合處理的公式為:
Φ inh (x, y, tt) = Ω 0.(tt+TE) + y ginx (tt+TE) *x+ Y giny(tt+TE) *y+ Y ginx2 (tt+TE) *x2+ Y ginxy (tt+TE).xy+ y gimy2 (tt+TE).y2 其中Ginh= [gd, ginx, giny, ginx2, ginxy, giny2]T為等效的不均勻場磁化率梯度矢量，tt為從所述180度的sine脈沖中心到采樣時(shí)間的時(shí)間距離，ΤΕ=(Τ9(ι-ΤΕ2)/2, Φ inh(x, y, tt)為解纏繞后的二維相位圖； (8)將步驟(7)得到的各階不均勻場磁化率梯度值，代入步驟(5)的高分辨重建中，得到經(jīng)過畸變校正的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振數(shù)據(jù)，然后重復(fù)步驟(5)和(6)得到場圖，依據(jù)校正是否成功的標(biāo)準(zhǔn)，做以下判斷處理:如果不滿足校正成功標(biāo)準(zhǔn)則循環(huán)進(jìn)行(5-8 )步驟，直至校正成功；如果滿足校正成功的標(biāo)準(zhǔn)，則得到能高分辨率的、能正確反映空間信息的高分辨率的正交時(shí)空編碼磁共振相位圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單掃描正交時(shí)空編碼磁共振成像的圖像畸變校正方法，其特征在于:所述高分辨重建過程是先對采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行兩維的相位平滑處理，使數(shù)據(jù)的相位變化緩慢:先進(jìn)行一個(gè)方向的相位處理，然后再對另一個(gè)方向進(jìn)行相位處理；然后對所述采樣數(shù)據(jù)進(jìn) 行二維插值處理，最后進(jìn)行高分辨數(shù)據(jù)重建:先重建一維，再重建另一維。
【文檔編號(hào)】G01R33/565GK103885017SQ201410057539
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】蔡淑惠, 李敬, 蔡聰波, 陳林, 陳忠 申請人:廈門大學(xué)