一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正系統(tǒng)及方法。在磁共振成像儀的主機上安裝預(yù)掃描模塊和水脂掃描模塊并加載到譜儀的序列發(fā)生器上用于控制射頻系統(tǒng)和梯度系統(tǒng)實現(xiàn)人體質(zhì)子信號的激發(fā)、空間編碼和采集。在主機上安裝配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、初級幅度校正模塊、初級相位校正模塊、相位解纏模塊、高級誤差校正模塊和水脂圖像分離模塊。本發(fā)明有效克服了MRI設(shè)備的硬件不完善性，并考慮了TE時期的場不均勻效應(yīng)和化學(xué)位移效應(yīng)，提高了回波幅度誤差和相位誤差誤差校正精度和相位解纏算法效率，滿足臨床影像診斷需要。
【專利說明】
一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)用磁共振成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差 校正系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在醫(yī)學(xué)磁共振成像(MRI)中，壓脂成像對病變顯示明顯優(yōu)于常規(guī)成像技術(shù)，常用的 壓脂方法有選擇性脂肪磁化飽和，水選擇性激發(fā)和短TI恢復(fù)(STIR)。相對這些壓脂成像技 術(shù)而言，基于不同組織成分的化學(xué)位移，A f?，而進(jìn)行各成分單獨成像的化學(xué)位移成像技術(shù) 對射頻場出的均勻性和磁場強度沒有特殊要求也不損失圖像信噪比，還可以測定組織中脂 肪和水的相對比例，在臨床診斷上更有價值。兩點Dixon水脂分離技術(shù)是臨床研究和臨床診 斷上廣泛應(yīng)用的化學(xué)位移成像技術(shù)之一，可以每層采集兩幅水脂信號相位差不同的k空間 數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)處理獲得水圖像和脂肪圖像。該技術(shù)要求水脂同相回波和反相回波分 別在兩次獨立的掃描中采集，掃描時間為常規(guī)T1加權(quán)掃描的兩倍，降低了臨床掃描和診斷 的效率。顯然，提高Dixon水脂分離技術(shù)的效率的一種方式是采用單次激發(fā)同時采集同相和 反相回波，尤其是基于多個梯度回波的單次小角激發(fā)方式可以明顯縮短序列重復(fù)時間，從 而獲得T1加權(quán)的水脂分離圖像。然而，這種方案在臨床應(yīng)用上往往效果不佳，需要解決下述 技術(shù)難題才能保證其普遍適用性：
[0003] ( - )對于磁場均勻性較差和梯度性能較低的成像系統(tǒng)，在同相回波峰與反相回波 峰的時間間隔內(nèi)磁場不均勻性、磁化率效應(yīng)和渦流效應(yīng)產(chǎn)生的相位誤差較大，加上背景噪 聲干擾，同相和反相回波的相位常常會超過1到M范圍，引起嚴(yán)重的相位纏繞偽影，這種情 況不僅要求掃描過程具有良好的勻場和渦流抑制技術(shù)，還要求水脂圖像處理的相位解纏算 法效率足夠高，常用的相位解纏算法(如多項式擬合法、區(qū)域生長法、枝切法等)對單張圖像 實現(xiàn)相位解纏需要數(shù)秒到數(shù)十秒時間，甚至不少像素會發(fā)生相位解纏錯誤，不能充分滿足 臨床應(yīng)用需要。
[0004] (二)梯度系統(tǒng)的幅度、線性、渦流場效應(yīng)和麥克斯韋場在不同方向存在差異，同時 接收通道的濾波器響應(yīng)具有不對稱性，這些因素會在單次激發(fā)多梯度回波采集過程中引入 額外的相位誤差和幅度誤差。
[0005] (三)在磁場均勻性較差的情況下同相和反相回波之間的幅度衰減較大，水脂同相 圖和反相圖的加減不能充分分離水脂信號。
[0006] (四）在梯度性能較差情況下和射頻脈沖寬度較大情況下，基于梯度回波的水脂同 相圖對應(yīng)的回波時間內(nèi)化學(xué)位移效應(yīng)和場不均勻效應(yīng)不能忽略，否則會導(dǎo)致水脂圖像分離 不完全。
[0007] 正因為如此，快速精確的回波信號的相位展開和相位校正問題以及幅度校正問題 一直是硬件性能欠佳的MRI設(shè)備快速精確獲得水脂分離圖像需要解決的技術(shù)瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校 正系統(tǒng)及方法。本系統(tǒng)及方法基于梯度回波和自旋回波的單次激發(fā)兩點Dixon成像，該幅度 和相位校正技術(shù)也可以應(yīng)用于各種二維/三維水脂分離成像，均可明顯消除圖像偽影，提高 圖像的臨床診斷價值，使得基于梯度回波的兩點Dixon技術(shù)可以通過一次小角激發(fā)同時采 集同相和反相梯度回波方式在臨床上實現(xiàn)常規(guī)應(yīng)用。
[0009] 本發(fā)明提供了一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正系統(tǒng)，在磁共振成像儀的主機 上安裝預(yù)掃描模塊和水脂掃描模塊并加載到譜儀的序列發(fā)生器上；用于控制射頻系統(tǒng)和梯 度系統(tǒng)實現(xiàn)人體質(zhì)子信號的激發(fā)、空間編碼和采集。
[0010] 所述預(yù)掃描模塊在序列發(fā)生器上加載表觀橫向弛豫時間測試序列，回波時間TE在 lms和Is之間取不同時間數(shù)值，然后在頻率編碼梯度作用下采集一系列回波。
[0011] 所述水脂掃描模塊有兩種工作模式，第一種:在序列發(fā)生器上加載三維化學(xué)位移 成像序列或二維化學(xué)位移成像序列，該序列采用90°激發(fā)脈沖在選層梯度G s作用下選擇激 發(fā)人體某一層面的橫向磁化矢量，補償梯度Gs。用于重聚橫向磁化矢量的相位彌散，然后橫 向磁化矢量在180°重聚硬脈沖作用下產(chǎn)生自旋回波，相位編碼梯度G P1和雙極性頻率編碼梯 度GrjPGr2用于實現(xiàn)自旋回波的二維空間編碼，其中，三維版還包括相位編碼梯度G p2用于實 現(xiàn)選層方向的空間編碼；回波時間TE設(shè)置為最小值，雙極性梯度之間的時間間隔At設(shè)置為 A T = l/A f/2;對于二維版，每個掃描層面的k空間矩陣包含同相和反相回波信號，基于頻 率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，獲得二維復(fù)數(shù)矩陣1〇和 1 1;對于三維版，先沿著選層方向進(jìn)行一維離散傅立葉變換，獲得每個掃描層面的k空間復(fù) 數(shù)矩陣，再基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，分別 存貯為二維復(fù)數(shù)矩陣1〇和1 1;每個層面的1〇和Ii的逆傅里葉變換對SdPSi分別表示同相圖和 反相圖。
[0012] 第二種:水脂掃描模塊在序列發(fā)生器上三維化學(xué)位移成像序列或二維化學(xué)位移成 像序列，該序列采用90°激發(fā)脈沖在選層梯度G s作用下選擇激發(fā)人體某一層面的橫向磁化 矢量，補償梯度Gs。用于重聚橫向磁化矢量的相位彌散，然后橫向磁化矢量在預(yù)備讀梯度G pre5 和雙極性頻率編碼梯度GrdPGr2作用下產(chǎn)生兩個梯度回波，相位編碼梯度Gpl連同 于實現(xiàn)梯度回波的二維空間編碼，其中三維版還包括相位編碼梯度Gp2用于實現(xiàn)選層方向的 空間編碼；回波時間TE在序列內(nèi)設(shè)置為TE = 1 / A f/2，雙極性梯度之間的時間間隔A t在序 列內(nèi)設(shè)置為A t = 1/A f/2,對于二維版，每個掃描層面的k空間矩陣包含同相和反相回波信 號，基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，獲得二維復(fù) 數(shù)矩陣1〇和1 1;對于三維版，先沿著選層方向進(jìn)行一維離散傅立葉變換，獲得每個掃描層面 的k空間復(fù)數(shù)矩陣，再基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波 信號，分別存貯為二維復(fù)數(shù)矩陣1〇和1 1;最后，基于第一個梯度回波和第二個梯度回波獲得 反相圖復(fù)數(shù)矩陣So和同相圖復(fù)數(shù)矩陣&。
[0013]其中，在主機上安裝配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊;所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對不同TE的回 波幅度通過非線性擬合獲得表觀橫向弛豫時間常數(shù)石％并根據(jù)渦流場測試序列對頻率編碼 梯度波形進(jìn)行渦流場測試并配合譜儀標(biāo)配的預(yù)加重工具進(jìn)行梯度波形補償。
[0014]其中，在主機上安裝配套的初級幅度校正模塊、初級相位校正模塊;所述初級幅度 校正模塊和初級相位校正模塊分別對SdPSi對應(yīng)的k空間復(fù)數(shù)矩陣1〇和^進(jìn)行初級幅度校 正和初級相位校正。
[0015] 首先，對h矩陣沿頻率編碼方向進(jìn)行時間反演并取復(fù)數(shù)共輒，重新存貯為Iu
[0016] 其次，選擇1〇矩陣的ky = 0線進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換得到Mo，計算 〇：) ^arg| +1)] (9) 〇
[0017] 這里arg表示求取相角，*表示復(fù)數(shù)共輒，n是在頻率編碼方向數(shù)據(jù)點編號。
[0018] 然后，選擇Ii矩陣的ky = 0線進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換得到施，計算
[0019] = arg^M^nyMUji+l)^ M0 > 〇
[0020] 再次，對Io矩陣在頻率編碼方向進(jìn)行一維逆傅立葉變換并乘以，對Ii矩陣在 頻率編碼方向進(jìn)行一維逆傅立葉變換并乘以。
[0021] 最后，對處理后的1〇和h沿相位編碼方向進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換并重新存貯 為So和Si。
[0022]其中，在主機上安裝配套的相位解纏模塊、高級誤差校正模塊。
[0023]對于水脂掃描模塊第一種工作模式，序列采集的同相圖和反相圖，相位解纏模塊 及高級誤差校正模塊用于對同相圖復(fù)數(shù)矩陣So和反相圖復(fù)數(shù)矩陣31進(jìn)行幅度衰減校正和高 階相位誤差消除，其實現(xiàn)方式如下所述。
[0024] 首先，基于式（2)可得
[0025]其次，按照下式對&消除傘〇:
(11) 〇
[0027] 然后，按照下式計算S1A的相位圖：
[0028] (1> =atan2[Im(SiA)/Re(SiA)] (12) 〇
[0029] 最后，對Su消除相位巾后可得S1B = S1Aerl4>，并定義S1B相位矩陣的余弦值為一個校 正因子矩陣K，也就是：
[0030] K = Re(SiB)/|SiB (13)。
[0031] K可在(-1，+1)范圍連續(xù)變化。
[0032] 對于水脂掃描模塊第二種工作模式，序列采集的同相圖和反相圖，相位解纏模塊 及高級誤差校正模塊用于對反相圖復(fù)數(shù)矩陣So和同相圖復(fù)數(shù)矩陣3 1進(jìn)行幅度衰減校正和高 階相位誤差消除，其實現(xiàn)方式如下所述。
[0033]對式(7)平方并取復(fù)數(shù)共輒可得：
[0034] (冗)* =丨5； - 5/.|2^2<,2 鋪 (16)
[0035] S = (502 )*= (Sw + Sf ) ^ j2 *A4 ^ (17)
[0036]基于S的相位圖獲得初始相位(i>o = atan2[Im(S)/Re(S)]，在存在相位纏繞情況下 按圖九所示的算法流程進(jìn)行相位解纏，得到：
[0037] 4, = - Sf yA-e^ (18 )
[0038] SlA ^S^e i<k' =(1Sir+1S/).J2.e ,*2^ ( 19)
[0039] 然后，基于巾=atan2 [ Im( S1A)/Re (S1A) ]/2獲得S1A的相位圖，進(jìn)行相位解纏以獲得 真實相位巾，得到：
[0040] s〇b = Soa ? e-i4) = (Sw-Sf) ? A (20)
[0041] Sib = Sia ? e_i，24)=(Sw+Sf) ? A2 (21)
[0042] K = Re(S〇B)/|S〇B (22)。
[0043] 其中，在主機上安裝配套的水脂圖像分離模塊。
[0044] 對于水脂掃描模塊第一種工作模式，水脂圖像分離模塊按照下式計算產(chǎn)生水像5| 和脂肪像
[0047]對于水脂掃描模塊第二種工作模式，水脂圖像分離模塊按照下式計算產(chǎn)生水像5| 和脂肪像
(23) (24 )。
[0050] 本發(fā)明另一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正方法，在磁共振成像儀的主機上安 裝預(yù)掃描模塊和水脂掃描模塊并加載到譜儀的序列發(fā)生器上；用于控制射頻系統(tǒng)和梯度系 統(tǒng)實現(xiàn)人體質(zhì)子信號的激發(fā)、空間編碼和采集。包括以下步驟：
[0051] 步驟S100:所述預(yù)掃描模塊在序列發(fā)生器上加載表觀橫向弛豫時間測試序列，回 波時間TE在lms和Is之間取不同時間數(shù)值，然后在頻率編碼梯度作用下采集一系列回波。 [0052]步驟S200:所述水脂掃描模塊有兩種工作模式，第一種:在序列發(fā)生器上加載三維 化學(xué)位移成像序列或二維化學(xué)位移成像序列，該序列采用90°激發(fā)脈沖在選層梯度G s作用 下選擇激發(fā)人體某一層面的橫向磁化矢量，補償梯度Gs。用于重聚橫向磁化矢量的相位彌 散，然后橫向磁化矢量在180°重聚硬脈沖作用下產(chǎn)生自旋回波，相位編碼梯度G P1和雙極性 頻率編碼梯度GrjPGr2用于實現(xiàn)自旋回波的二維空間編碼，其中，三維版還包括相位編碼梯 度G p2用于實現(xiàn)選層方向的空間編碼；回波時間TE設(shè)置為最小值，雙極性梯度之間的時間間 隔A t設(shè)置為A t = 1/A f/2;對于二維版，每個掃描層面的k空間矩陣包含同相和反相回波 信號，基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，獲得二維 復(fù)數(shù)矩陣1〇和I:;對于三維版，先沿著選層方向進(jìn)行一維離散傅立葉變換，獲得每個掃描層 面的k空間復(fù)數(shù)矩陣，再基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回 波信號，分別存貯為二維復(fù)數(shù)矩陣1〇和Ii;每個層面的1〇和Ii的逆傅里葉變換對SdPSi分別 表不同相圖和反相圖。
[0053]第二種:水脂掃描模塊在序列發(fā)生器上三維化學(xué)位移成像序列或二維化學(xué)位移成 像序列，該序列采用90°激發(fā)脈沖在選層梯度Gs作用下選擇激發(fā)人體某一層面的橫向磁化 矢量，補償梯度Gs。用于重聚橫向磁化矢量的相位彌散，然后橫向磁化矢量在預(yù)備讀梯度Gpre5 和雙極性頻率編碼梯度GrdPGr2作用下產(chǎn)生兩個梯度回波，相位編碼梯度Gpl連同 于實現(xiàn)梯度回波的二維空間編碼，其中三維版還包括相位編碼梯度G p2用于實現(xiàn)選層方向的 空間編碼；回波時間TE在序列內(nèi)設(shè)置為TE = 1 / A f/2，雙極性梯度之間的時間間隔A T在序 列內(nèi)設(shè)置為A t = 1/A f/2,對于二維版，每個掃描層面的k空間矩陣包含同相和反相回波信 號，基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，獲得二維復(fù) 數(shù)矩陣1〇和1 1;對于三維版，先沿著選層方向進(jìn)行一維離散傅立葉變換，獲得每個掃描層面 的k空間復(fù)數(shù)矩陣，再基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波 信號，分別存貯為二維復(fù)數(shù)矩陣1〇和1 1;最后，基于第一個梯度回波和第二個梯度回波獲得 反相圖復(fù)數(shù)矩陣So和同相圖復(fù)數(shù)矩陣&。
[0054]其中，在主機上安裝配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊;在步驟S100及步驟S200之間包括以 下步驟:所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對不同TE的回波幅度通過非線性擬合獲得表觀橫向弛豫時間 常數(shù) <，并根據(jù)渦流場測試序列對頻率編碼梯度波形進(jìn)行渦流場測試并配合譜儀標(biāo)配的預(yù) 加重工具進(jìn)行梯度波形補償。
[0055] 其中，在主機上安裝配套的初級幅度校正模塊、初級相位校正模塊;進(jìn)一步包括以 下步驟:步驟S300:所述初級幅度校正模塊和初級相位校正模塊分別對SdPSi對應(yīng)的k空間 復(fù)數(shù)矩陣1〇和1:進(jìn)行初級幅度校正和初級相位校正。
[0056] 首先，對h矩陣沿頻率編碼方向進(jìn)行時間反演并取復(fù)數(shù)共輒，重新存貯為Iu [0057]其次，選擇I 〇矩陣的k y = 0線進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換得到M 〇，計算 疼=aii[S 風(fēng)(")04_ 0] (9)。
[0058]這里arg表示求取相角，*表示復(fù)數(shù)共輒，n是在頻率編碼方向數(shù)據(jù)點編號。
[0059]然后，選擇Ii矩陣的ky = 0線進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換得到施，計算
[0060] 9l - argM. (n)<M^(n +1) j (10)
[0061] 再次，對Io矩陣在頻率編碼方向進(jìn)行一維逆傅立葉變換并乘以0-4，對h矩陣在 頻率編碼方向進(jìn)行一維逆傅立葉變換并乘以6
[0062]最后，對處理后的1〇和Ii沿相位編碼方向進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換并重新存貯 為So和Si。
[0063]其中，在主機上安裝配套的相位解纏模塊、高級誤差校正模塊;進(jìn)一步包括以下步 驟:步驟S400:對于水脂掃描模塊第一種工作模式，序列采集的同相圖和反相圖，相位解纏 模塊及高級誤差校正模塊用于對同相圖復(fù)數(shù)矩陣So和反相圖復(fù)數(shù)矩陣&進(jìn)行幅度衰減校正 和高階相位誤差消除。
[0064] 首先，基于式（2)可得
[0065]其次，按照下式對&消除傘〇:
Ml) 。
[0067] 然后，按照下式計算S1A的相位圖：
[0068] (1> =atan2[Im(SiA)/Re(SiA)] (12) 〇
[0069] 最后，對Su消除相位巾后可得S1B = S1Aerl4>，并定義S1B相位矩陣的余弦值為一個校 正因子矩陣K，也就是：
[0070] K = Re(SiB)/|SiB (13)。
[0071] k可在(-1，+1)范圍連續(xù)變化。
[0072]對于水脂掃描模塊第二種工作模式，序列采集的同相圖和反相圖，相位解纏模塊 及高級誤差校正模塊用于對反相圖復(fù)數(shù)矩陣So和同相圖復(fù)數(shù)矩陣31進(jìn)行幅度衰減校正和高 階相位誤差消除。
[0073]對式(7)平方并取復(fù)數(shù)共輒可得：
[0074] ?=|心-57|2^,2猶 (16)
[0075] 5 = (502 )*= (sw + Sf)|sir - |2-A4(17) 〇
[0076]基于S的相位圖獲得初始相位(i>o = atan2[Im(S)/Re(S)]，在存在相位纏繞情況下 按圖九所示的算法流程進(jìn)行相位解纏，得到：
[0077] S〇j = Sa*e -S, yA?e'0 C 18)
[0078] 'SlA ^ ^ (Su, + Sf yA2?ei'y, (19) 〇
[0079] 然后，基于巾=atan2 [ Im( S1A)/Re (Su) ]/2獲得S1A的相位圖，進(jìn)行相位解纏以獲得 真實相位巾，得到：
[0080] s〇b = Soa ? e-i4) = (Sw-Sf) ? A (20)
[0081] Sib = Sia ? e_i，24)=(Sw+Sf) ? A2 (21)
[0082] K = Re(S〇B)/|S〇B (22)。
[0083]其中，在主機上安裝配套的水脂圖像分離模塊:進(jìn)一步包括以下步驟：
[0084]步驟S500:對于水脂掃描模塊第一種工作模式，水脂圖像分離模塊按照下式計算 產(chǎn)生水像Sw和脂肪像Sf:
[0087]對于水脂掃描模塊第二種工作模式，水脂圖像分離模塊按照下式計算產(chǎn)生水像5| 和脂肪像
(23) (24) 〇
[0090]有益效果:本發(fā)明可應(yīng)用于二維和三維水脂分離成像，尤其是水脂同相和反相回 波信號一次性激發(fā)的兩點Dixon成像，在磁體和梯度系統(tǒng)性能不理想情況下實現(xiàn)化學(xué)位移 圖像的臨床診斷價值;有效克服了 MRI設(shè)備的硬件不完善性，并考慮了 TE時期的場不均勻效 應(yīng)和化學(xué)位移效應(yīng)，明顯提高了回波幅度誤差和相位誤差誤差校正精度和相位解纏算法效 率，可滿足臨床影像診斷需要。
【附圖說明】
[0091 ]圖1為表觀橫向弛豫時間T2*測試序列。
[0092] 其中，TE = N/Af，N為自然數(shù)，TE在lms和Is之間取值。
[0093]圖2為三維單次激發(fā)雙梯度回波水脂分離序列I。
[0094]其中，90°脈沖為軟脈沖(如Sine脈沖），180°重聚脈沖為硬脈沖，TE為最短回波時 間，A t = 1/ A f/2。選層梯度方向的損相梯度用于加快自旋體系恢復(fù)到平衡態(tài)。在渦流效應(yīng) 顯著的成像系統(tǒng)中梯度預(yù)加重波形可以在^期間進(jìn)行實時切換。信號采集梯度回波依次為 水脂同相信號和水脂反相信號。
[0095]圖3為二維單次激發(fā)雙梯度回波水脂分離序列I。
[0096]其中，90°脈沖為軟脈沖(如Sine脈沖），180°重聚脈沖為軟脈沖，TE為最短回波時 間，A t = 1/ A f/2。選層梯度方向的損相梯度用于加快自旋體系恢復(fù)到平衡態(tài)。在渦流效應(yīng) 顯著的成像系統(tǒng)中梯度預(yù)加重波形可以在^時間進(jìn)行實時切換。信號采集梯度回波依次為 水脂同相信號和水脂反相信號。
[0097]圖4為三維單次激發(fā)雙梯度回波水脂分離序列II。
[0098] 其中，信號采集梯度回波依次為水脂同相回波和反相回波，兩個回波頂點之間的 間隔為TE= AT = l/Af/2。在渦流效應(yīng)顯著的成像系統(tǒng)中梯度預(yù)加重波形可以在&時間進(jìn) 行實時切換。
[0099] 圖5為二維單次激發(fā)雙回波水脂分離序列II。
[0100]其中，信號采集梯度回波依次為水脂同相回波和反相回波，兩個回波頂點之間的 間隔為TE= AT = l/Af/2。在渦流效應(yīng)顯著的成像系統(tǒng)中梯度預(yù)加重波形在&時間實時切 換。
[0101]圖6為渦流場測試序列I。
[0102]其中，射頻脈沖寬度調(diào)節(jié)為100ys，梯度脈沖分別采用正負(fù)極性梯度，其幅度與成 像序列梯度在同一個數(shù)量級，延遲時間列表在0.1ms和50ms范圍，磁共振信號FID的數(shù)據(jù)點 為 256。
[0103]圖7為渦流場測試序列II。
[0104]其中，射頻脈沖寬度調(diào)節(jié)為100ys，梯度脈沖分別采用正負(fù)極性梯度，其幅度與成 像序列梯度在同一個數(shù)量級，延遲時間列表在0.1ms和50ms范圍，磁共振信號FID的數(shù)據(jù)點 為 256。
[0105]圖8為水脂分離成像工作流程。
[0106]圖9為三維相位解纏算法流程圖。
【具體實施方式】
[0107]為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達(dá)到的技術(shù)效果更加清楚，下面 結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施 例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖 中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。
[0108] 本發(fā)明原理:醫(yī)學(xué)磁共振成像儀通常由磁體、譜儀、控制臺主機、梯度線圈、射頻線 圈、射頻功放和梯度功放等硬件單元構(gòu)成。在磁共振成像儀的主機上安裝預(yù)掃描模塊和水 脂掃描模塊并加載到譜儀的序列發(fā)生器上用于控制射頻系統(tǒng)和梯度系統(tǒng)實現(xiàn)人體質(zhì)子信 號的激發(fā)、空間編碼和采集。其中，預(yù)掃描模塊由圖1示所示的脈沖序列和相應(yīng)的參數(shù)表構(gòu) 成，水脂掃描模塊主要由圖二至圖七所示的脈沖序列和相應(yīng)的參數(shù)表構(gòu)成。同時，在主機上 安裝配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、初級幅度校正模塊、初級相位校正模塊、相位解纏模塊、高級 誤差校正模塊和水脂圖像分離模塊。上述模塊按照圖八所示的工作流程逐步自動執(zhí)行，各 模塊的功能實現(xiàn)方式、特征參數(shù)和具體操作步驟如下所述：
[0109] 首先，預(yù)掃描模塊在序列發(fā)生器上加載圖一所示的表觀橫向弛豫時間測試序列， 該序列采用軟脈沖在選層梯度作用下激發(fā)人體感興趣斷層磁共振信號，回波時間TE在lms 和Is之間取不同時間數(shù)值，然后在頻率編碼梯度作用下采集一系列回波。接著，數(shù)據(jù)預(yù)處理 模炔基于下式對不同TE的回波幅度通過非線性擬合獲得表觀橫向弛豫時間常數(shù)垃；
[0110] / = /〇.6讀 ⑴。
[0111] 上式中，I為水脂的磁化矢量，1〇為I在平衡態(tài)的起始值。
[0112] 其次，預(yù)掃描模塊根據(jù)圖六和圖七所示的專用序列對頻率編碼梯度波形進(jìn)行渦流 場測試并配合譜儀標(biāo)配的預(yù)加重工具進(jìn)行梯度波形補償。
[0113]接著，水脂掃描模塊在序列發(fā)生器上加載圖二所示的三維化學(xué)位移成像序列或圖 三所示的二維化學(xué)位移成像序列，該序列采用90°激發(fā)脈沖在選層梯度匕作用下選擇激發(fā) 人體某一層面的橫向磁化矢量，補償梯度G s。用于重聚橫向磁化矢量的相位彌散，然后橫向 磁化矢量在180°重聚硬脈沖作用下產(chǎn)生自旋回波，相位編碼梯度G P1和雙極性頻率編碼梯度 GrjPGr2用于實現(xiàn)自旋回波的二維空間編碼，其中三維版還包括相位編碼梯度G p2用于實現(xiàn) 選層方向的空間編碼。序列參數(shù)設(shè)置如下：回波時間TE設(shè)置為最小值，雙極性梯度之間的時 間間隔A t設(shè)置為A t = 1/A f/2,其它成像參數(shù)可參照常規(guī)GRE T1WI成像要求設(shè)置。該化學(xué) 位移成像序列以單次激發(fā)方式運行，每次GP1和Gp2(或僅G pl)分別進(jìn)行相位編碼循環(huán)時逐步 遞增相位編碼梯度幅度并采集同相梯度回波和反相梯度回波直至所有相位編碼步數(shù)完成。 對于二維版，每個掃描層面的k空間矩陣包含同相和反相回波信號，基于頻率編碼方向和相 位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，獲得二維復(fù)數(shù)矩陣1〇和1 1;對于三維版， 先沿著選層方向進(jìn)行一維離散傅立葉變換，獲得每個掃描層面的k空間復(fù)數(shù)矩陣，再基于頻 率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，分別存貯為二維復(fù)數(shù)矩 陣1〇和I:。每個層面的1〇和h的逆傅里葉變換對SdPSi分別表示同相圖和反相圖，其理論建 模如下：
[0114] ^-(^. + 5,)^ (2)
[0115] Sl=(Sw + S/：WT)*A*ei{^) (3)
[0116] 上式中SjPSf分別表示成像區(qū)域內(nèi)水和脂肪成份，巾〇是質(zhì)子磁化矢量的初始相 位，巾是磁場不均勻性(包括局域磁化率）、渦流場和麥克斯韋場產(chǎn)生的相位誤差，Y是質(zhì)子 磁旋比，J 用于對回波幅度進(jìn)行補償校正。
[0117] 在AT = l/Af/2條件下，式(3)簡化為
[0118] 5, ^{Siv-SfyA*ei(M) (4)
[0119] 或者，水脂掃描模塊在序列發(fā)生器上加載圖四所示的三維化學(xué)位移成像序列或圖 五所示的二維化學(xué)位移成像序列，該序列采用90°激發(fā)脈沖在選層梯度匕作用下選擇激發(fā) 人體某一層面的橫向磁化矢量，補償梯度G s。用于重聚橫向磁化矢量的相位彌散，然后橫向 磁化矢量在預(yù)備讀梯度Gpr4P雙極性頻率編碼梯度G rjPGr2作用下產(chǎn)生兩個梯度回波，相位 編碼梯度GP1連同G rjPGr2用于實現(xiàn)梯度回波的二維空間編碼，其中三維版還包括相位編碼 梯度Gp2用于實現(xiàn)選層方向的空間編碼?；夭〞r間TE在序列內(nèi)設(shè)置為TE=l/Af/2,雙極性梯 度之間的時間間隔At在序列內(nèi)設(shè)置為A t = 1/A f/2,其它同上。最后，基于第一個梯度回 波和第二個梯度回波獲得反相圖復(fù)數(shù)矩陣So和同相圖復(fù)數(shù)矩陣Si，分別用數(shù)學(xué)模型描述如 下：
[0120] SQ^{SW + Sfen^f'TEy A*ei(M) (5)
[0121] & =(丨.+ V,2 雄''Ar))心!(轉(zhuǎn)） C6)
[0122] 盡管人們以往習(xí)慣用第一個回波產(chǎn)生同相圖，并用第二個回波產(chǎn)生反相圖，這僅 在TE極短情況下是充分有效的，但在當(dāng)前的國產(chǎn)設(shè)備上TE-般在5毫秒甚至10毫秒以上，在 這樣的情況下So并非嚴(yán)格意義上的同相圖。為此，這里設(shè)置TE= A t = 1/A f/2,以便第一個 回波產(chǎn)生反相圖，第二個回波產(chǎn)生同相圖。于是，式(5)和式(6)分別簡化為
[0123] S0={Sn~Sf)?A*e{M) (7)
[0124] 5, =(1S；1.+5f).^2.e，m+^ ) (8)
[0125] 然后，初級幅度校正模塊和初級相位校正模塊在MRI系統(tǒng)硬件性能不理想的情況 下采用下述方式分別對SdPSi對應(yīng)的k空間復(fù)數(shù)矩陣1〇和^進(jìn)行初級幅度校正和初級相位 校正：
[0126] 首先，對h矩陣沿頻率編碼方向進(jìn)行時間反演并取復(fù)數(shù)共輒，重新存貯為11;
[0127] 其次，選擇1〇矩陣的ky = 0線進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換得到Mo，計算 0o=Mg\YjMi){n)?Ml(n + l)\ (9)
[0128] 這里arg表示求取相角，*表示復(fù)數(shù)共輒，n是在頻率編碼方向數(shù)據(jù)點編號；
[0129] 然后，選擇h矩陣的ky = 0線進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換得到I，計算 ^ - arg| ZM,(n)* M,{n + \) \ ( 10)
[0130] 再次，對Io矩陣在頻率編碼方向進(jìn)行一維逆傅立葉變換并乘以，對h矩陣在 頻率編碼方向進(jìn)行一維逆傅立葉變換并乘以;
[0131]最后，對處理后的1〇和Ii沿相位編碼方向進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換并重新存貯 為So和Si。
[0132] 經(jīng)上述幅度和相位校正后，SdPSi的相位圖發(fā)生相位纏繞的像素數(shù)量可明顯降低， 有利于提高相位解纏的精度和效率，但s〇和SiM存在場不均勻性效應(yīng)引起的幅度衰減和相 位誤差并可能包含高階渦流場和麥克斯韋場引起的相位誤差，接下來的數(shù)據(jù)處理分為兩種 情況：
[0133] ( - )對于圖二或圖三所示序列采集的同相圖和反相圖，相位解纏模塊及高級誤差 校正模塊用于對同相圖復(fù)數(shù)矩陣So和反相圖復(fù)數(shù)矩陣&進(jìn)行幅度衰減校正和高階相位誤差 消除，其實現(xiàn)方式如下所述：
[0134] 首先，基于式(2)可得
[0135] 然后，按照下式對&消除傘〇:
(II)
[0137] 其次，按照下式計算S1A的相位圖：
[0138] <J) =atan2[ Im(SiA)/Re(SiA) ] (12)
[0139] 但在磁場不均勻性和噪聲干擾嚴(yán)重以及采樣不充分等情況下這樣得到的相位圖 仍可能存在包裹偽影，需要進(jìn)行相位解纏以獲得真實的相位圖。為此，這里采用如圖九所示 的相位解纏算法實現(xiàn)MRI相位圖巾的快速解纏，并將巾更新為解纏的相位值。
[0140] 最后，對Su消除相位巾后可得S1B = S1AeTl4>，并定義S1B相位矩陣的余弦值為一個校 正因子矩陣％也就是：
[0141] K = Re(SiB)/|SiB (13)
[0142] k可在(-1，+1)范圍連續(xù)變化，它決定了反相圖中包含水脂肪信號的像素正確歸屬 于水圖像或脂肪圖像。
[0143] 水脂圖像分離模塊按照下式計算產(chǎn)生水像S4P脂肪像Sf:
[0146](二)對于圖四或圖五所示序列采集的同相圖和反相圖，相位解纏模塊及高級誤差 校正模塊用于對反相圖復(fù)數(shù)矩陣So和同相圖復(fù)數(shù)矩陣&進(jìn)行幅度衰減校正和高階相位誤差 消除，其實現(xiàn)方式如下所述：
[0147]對式(7)平方并取復(fù)數(shù)共輒可得：
[0148] (和)* +n' -?義.e- " （16)
[0149] =(^(, +lS/)|5v" (17；
[0150]基于S的相位圖獲得初始相位(i>o = atan2[Im(S)/Re(S)]，在存在相位纏繞情況下 按圖九所示的算法流程進(jìn)行相位解纏，于是，我們得到
[0151] ^ ^(Sw-SfyA^ (18)
[0152] SlA^Sx^ ^(Sw+Sf}A2^ (19)
[0153] 然后，基于(i>=atan2[Im(S1A)/Re(S1A)]/2獲得S1A的相位圖，按照圖九所示的算法 流程進(jìn)行相位解纏以獲得真實相位小。
[0154]于是，我們得到
[0155] sob = Soa ? e-i4) = (Sw-Sf) ? A (20)
[0156] Sib = Sia ? e_i，24)=(Sw+Sf) ? A2 (21)
[0157] K = Re(S〇B)/|S〇B (22)
[0158] 最后，水脂圖像分離模塊按照下式計算產(chǎn)生水像S4P脂肪像Sf:
[0161]上述化學(xué)位移成像技術(shù)有效克服了 MRI設(shè)備的硬件不完善性，并考慮了 TE時期的 場不均勻效應(yīng)和化學(xué)位移效應(yīng)，明顯提高了回波幅度誤差和相位誤差誤差校正精度和相位 解纏算法效率，可滿足臨床影像診斷需要。
[0162] 實施例1
[0163] 在0.35T醫(yī)學(xué)磁共振成像儀上設(shè)置射頻脈沖中心頻率為水質(zhì)子共振頻率 (14.9MHz )，按圖八所示的工作流程執(zhí)行各模塊。
[0164] 首先，運行預(yù)掃描模塊，定位信號采集區(qū)域位于人體感興趣區(qū)范圍，運行圖一所示 的表觀橫向弛豫時間測試序列，數(shù)據(jù)預(yù)處理模炔基于式（1)對不同TE的回波幅度通過非線 性擬合獲得表觀橫向弛豫時間常數(shù)在渦流效應(yīng)顯著情況下，預(yù)掃描模塊按下述方式進(jìn) 行梯度波形預(yù)加重補償：
[0165] A.定位信號采集區(qū)域位于人體感興趣區(qū)范圍，對于圖六所示的渦流測試序列，設(shè) 置讀梯度脈沖的幅度、寬度和極性與圖四所示的雙梯度回波序列的第一個讀梯度Grl相同， 運行序列時調(diào)試下式中梯度預(yù)加重時間常數(shù)^和幅度％直到自由感應(yīng)衰減信號(FID)與梯 度關(guān)閉時完全一致；
[0166] '''' (25) n
[0167] B.對于圖七所示的渦流測試序列，設(shè)置讀梯度脈沖的幅度、寬度和極性與圖四所 示的雙梯度回波序列的第一個讀梯度GrdP第二個讀梯度Gr2相同，運行序列時調(diào)試式(25) 中的梯度預(yù)加重時間常數(shù)和幅度直到自由感應(yīng)衰減信號(FID)與梯度關(guān)閉時完全一致；
[0168] C.根據(jù)兩個梯度預(yù)加重波形分別校正雙梯度回波序列的兩個讀梯度波形，即 G；l(/) = G11(/) + (./C,l(/-)/^，)?Z^，A (26)
[0169] C；；2 (/) = C；1： (/)^(./G , (/')/.//')? V(27) n
[0170] 并在雙梯度回波序列的時間間隔St切換這兩個預(yù)加重的梯度波形。
[0171]然后，水脂掃描模塊運行圖四所示的三維版雙梯度回波化學(xué)位移序列，主要序列 參數(shù)事先設(shè)置如下:90°軟脈沖選用帶寬為1500Hz的三瓣sine脈沖，第一個頻率編碼梯度的 積分面積為預(yù)備讀梯度積分面積的兩倍，二者極性相反，第二個頻率編碼梯度的極性與第 一個頻率編碼梯度的極性相反，且二者積分面積相等，RF脈沖中心與第一個讀梯度中心的 時間間隔設(shè)定為TE=1/A f/2 = 9.7ms，兩個讀梯度中心（或回波頂點）之間的時間間隔設(shè)定 為A t = 1/ A f/2 = 9.7ms。其它序列參數(shù)設(shè)置如下:采集矩陣256 X 192 X 16，序列重復(fù)時間 TR = 50ms，累加次數(shù)NEX=1。該掃描模塊先進(jìn)行選層方向相位編碼循環(huán)再進(jìn)行通常的相位 編碼循環(huán)，每步循環(huán)分別采集反相回波和同相回波，分別存貯為三維復(fù)數(shù)矩陣Vo和W。
[0172] 采樣結(jié)束后按下述步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)處理：
[0173] 1.調(diào)用初級幅度校正模塊，先對…和化沿選層方向進(jìn)行一維離散逆傅立葉變換，即 i f f t ( V 〇)和i f f t ( V i )，獲得1 6層反相圖S 〇和同相圖S i對應(yīng)的k空間數(shù)據(jù) < 和 /; (i=l,2..丨6)，再通過對4和/丨進(jìn)行初級幅度校正以保持二者具有一 致的濾波器響應(yīng)特征，這里fliplrO表示矩陣左右轉(zhuǎn)置。
[0174] 2.調(diào)用初級相位校正模塊對和茗沿頻率編碼方向進(jìn)行一維離散逆傅立葉變換，得 到<和從；：，計算4 =叫2人以《，9訃(財〇\" + 1，96)和6*1=3巧乙從1>，96).[<(/? + 1，％)丁， 對M〖和矩陣分別乘以和以校正線性渦流場引起的相位誤差，對處理后的 M《和M丨沿相位編碼方向進(jìn)行一維逆傅里葉變換并重新存貯為So和
[0175] 3.基于式（16)至（19)消除Si的初始相位巾〇,得到矩陣S1A并計算其相位圖 j/Rc'h , )]/2，然后調(diào)用相位解纏模塊，按圖九所示算法流程對p進(jìn)行相 位纏繞。首先，用像素P R/)及其鄰域的二階差分E量化各個像素的可靠性R= 1/E，例如，對 于像素<?>0?，/)，定義其正交近鄰像素為P (，?，./-0、爐0?，./+〇、P 0?-人/)和P (奸匕/)，并定義 其對角近鄰像素為滬（/-人/-乃、爐(?'+7,/~ /)、妒Y)和滬+七./+』），.則二階差分E計 算如下：
[0176] E(i,j) = [A2(i,j)+B2(i,j)+C2(i,j)+D2(i,j)] 1/2 (28)
[0177] 其中，
[0178] A (/,./) - y \jp{i - L./) -(/?(/,./)] - v[(^(/,./) -(p{i +1../) | (29)
[0179] B(i, j) = y[(p{/, f/, j)]- /[_<P{^./)-<P{^ J + 1)] (30)
[0180] C(i. j) ^ y | _^? (/ -1,./ -1) - ^? (/. j ]\-y\_(p{i- j) - 9? ( / +1, / +1) ] (31)
[0181] D(i, j) = v\jp{i-1,./ +1) -v{i,./)] -y[_(/Aj, j)-c0(i + K./-1)] ( 32)
[0182] 這里，y [(.)]表示兩個相鄰像素的解纏操作。其次，定義相鄰的兩個像素為一個 基本結(jié)構(gòu)EDGE，其可靠性定義為EDGE所包含的兩個像素的可靠性之和，并定義已處理的像 素的集合為GROUP。對所有EDGE依據(jù)其可靠性進(jìn)行降序排序，并將它們存儲在一個GROUP中； 遵循高可靠性像素先處理、低可靠性像素后處理的原則，從可靠性大的H)GE開始，依次對該 GROUP中的每個EDGE解纏繞其包含的兩個像素并形成相應(yīng)的GROUP。按照上述相位解纏方 法，三維MRI復(fù)數(shù)圖像的相位解纏算法流程如圖九所示，在裝有酷睿四核3.4G CPU和16G內(nèi) 存的PC機上16層圖像的相位解纏可在1秒內(nèi)全部完成，(i)更新為解纏的相位值p。
[0183] 4.調(diào)用高級誤差校正模炔基于式(20)至(21)消除So和一:的高階相位誤差并補償So 和31的幅度衰減，再基于式(22)計算校正因子k;
[0184] 5.最后，調(diào)用水脂圖像分離模炔基于式(23)和(24)獲得水像S4P脂肪像&。
[0185] 實施例2
[0186] 在1.5T醫(yī)學(xué)磁共振成像儀上設(shè)置射頻脈沖中心頻率為質(zhì)子共振頻率(63.8MHz)， 按照圖8所示的工作流程執(zhí)行各模塊，首先預(yù)掃描模塊運行圖一所示的表觀橫向弛豫時間 測試序列，數(shù)據(jù)預(yù)處理模炔基于式（1)對不同TE的回波幅度通過非線性擬合獲得表觀橫向 弛豫時間常+<。然后，水脂掃描模塊運行圖二所示的三維版雙梯度回波化學(xué)位移成像序 列，在序列內(nèi)設(shè)置第一個頻率編碼梯度的積分面積為預(yù)備讀梯度的積分面積的兩倍，二者 極性相反，設(shè)置第二個頻率編碼梯度的極性與第一個頻率編碼梯度的極性相反，且二者積 分面積相等，180°硬脈沖寬度標(biāo)定為lOOys，并設(shè)定RF脈沖中心與第一個讀梯度中心的時間 間隔TE為最小值(〈lms)，設(shè)定兩個讀梯度中心(或回波頂點）之間的時間間隔A t = 1/A f/2 =4.4ms。另外，設(shè)置其它序列參數(shù)如下：采集矩陣256X192 X 16,序列重復(fù)時間TR = 40ms， 累加次數(shù)NEX=1。該成像模塊先進(jìn)行選層方向相位編碼循環(huán)再進(jìn)行平面內(nèi)相位編碼循環(huán)， 每步循環(huán)分別采集同相回波和反相回波并存貯在兩個不同的k空間存貯區(qū)。然后，對這兩組 k空間數(shù)據(jù)分別進(jìn)行一維離散傅立葉變換獲得各層的1〇和Ii，其二維離散傅立葉變換對同相 圖So和反相圖51分別可用式(2)和式(4)描述，二者的數(shù)據(jù)分析按照圖八所示的工作流程自 動執(zhí)行，最后水脂圖像分離模塊按照式(14)和(15)獲得水像和脂肪像。
[0187] 這里僅舉例說明回波幅度和相位的精確校正技術(shù)，該技術(shù)可以類似方式應(yīng)用于其 它化學(xué)位移成像序列，例如圖三和圖五所示的二維版序列。
[0188] 本發(fā)明的特點：
[0189] 1.提供了一種精確的回波幅度校正和相位校正技術(shù)，可應(yīng)用于二維和三維水脂分 離成像，尤其是水脂同相和反相回波信號一次性激發(fā)的兩點Dixon成像，在磁體和梯度系統(tǒng) 性能不理想情況下實現(xiàn)化學(xué)位移圖像的臨床診斷價值。
[0190] 2.二維和三維兩點Dixon成像技術(shù)采用單次激發(fā)雙梯度回波序列，每次相位編碼 循環(huán)同時采集同相和反相回波信號，對于硬件性能不理想的情況首先在TE=1/A f/2條件 下采集水脂反相回波，然后在A t = 1/A f/2條件下通過讀梯度極性反轉(zhuǎn)再采集水脂同相回 波。
[0191] 3.三維（或二維)兩點Dixon成像技術(shù)采用單次激發(fā)雙回波序列，在相位編碼梯度 施加之前增加一個180°重聚硬脈沖(或軟脈沖)重聚水脂化學(xué)位移效應(yīng)，在TE =設(shè)置為最小 值條件下采集水脂同相回波，然后在A t = 1/A f/2和讀梯度極性反轉(zhuǎn)條件下再采集水脂反 相回波。
[0192] 4.回波幅度校正技術(shù)是采用專門設(shè)計的測試序列選擇激發(fā)感興趣區(qū)信號并在一 系列回波時間采集回波信號，然后對隨時間衰減的回波幅度進(jìn)行非線性擬合，由此獲得精 確的表觀橫向弛豫時間常數(shù)測定值用于補償Dixon成像期間水脂回波幅度的衰減。
[0193] 5.回波幅度校正技術(shù)是對在頻率編碼梯度極性反轉(zhuǎn)條件下采集的k空間矩陣1:沿 頻率編碼方向進(jìn)行時間反演并取復(fù)數(shù)共輒以克服梯度系統(tǒng)在不同方向的差異性和接收通 道濾波器響應(yīng)的不對稱性對回波幅度輪廓的影響。
[0194] 6.相位校正技術(shù)是采用專門設(shè)計的預(yù)加重序列，該序列先施加一個梯度，該梯度 的幅度、寬度和極性分別與成像序列的第一個讀梯度和雙極性讀梯度相同，然后用磁共振 信號跟蹤讀梯度產(chǎn)生的渦流場效應(yīng)，并通過譜儀標(biāo)配的預(yù)加重工具對第一個讀梯度和雙極 性讀梯度的波形分別補償渦流場效應(yīng)。
[0195] 7.相位校正技術(shù)是先對水脂同相和反相的k空間矩陣的ky = 0線進(jìn)行一維逆傅立 葉變換得至幽〇和仏矩陣，再計算其線性相位誤差的統(tǒng)計平均值私=argU鵯⑷+ 和 M 辦)?;<(/; + I)]，然后對水脂同相和反相的k空間矩陣沿頻率編碼方向進(jìn)行一維 逆傅立葉變換并分別乘以，4和^，進(jìn)一步消除讀梯度開關(guān)時刻產(chǎn)生的線性渦流場 效應(yīng)。
[0196] 8.相位校正技術(shù)包括一種高效的相位解纏算法，采用以二值掩模和可靠性排序指 導(dǎo)為特征的非連續(xù)路徑跟蹤法對三維k空間數(shù)據(jù)（同樣二維k空間數(shù)據(jù))進(jìn)行快速相位解纏， 精確獲得水脂圖像的相位誤差巾，再對同一體位的同相圖或反相圖復(fù)數(shù)矩陣乘以er l4)，從而 徹底消除場不均勻性相位誤差和殘余的渦流場相位誤差以及麥克斯韋相位。
[0197] 9.相位校正技術(shù)是對反相圖像消除初始相位巾〇和場不均勻、渦流和麥克斯韋場 引起的相位誤差巾后定義其相位矩陣的余弦值為一個校正因子矩陣％用于決定反相圖像 中包含水和脂肪信號的像素應(yīng)歸屬于水圖像還是脂肪圖像。
[0198] 最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡 管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其對 前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替 換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正系統(tǒng)，其特征在于，在磁共振成像儀的主機上 安裝預(yù)掃描模塊和水脂掃描模塊并加載到譜儀的序列發(fā)生器上;用于控制射頻系統(tǒng)和梯度 系統(tǒng)實現(xiàn)人體質(zhì)子信號的激發(fā)、空間編碼和采集； 所述預(yù)掃描模塊在序列發(fā)生器上加載表觀橫向弛豫時間測試序列，回波時間TE在lms 和Is之間取不同時間數(shù)值，然后在頻率編碼梯度作用下采集一系列回波； 所述水脂掃描模塊有兩種工作模式，第一種:在序列發(fā)生器上加載三維化學(xué)位移成像 序列或二維化學(xué)位移成像序列，該序列采用90°激發(fā)脈沖在選層梯度Gs作用下選擇激發(fā)人 體某一層面的橫向磁化矢量，補償梯度G s。用于重聚橫向磁化矢量的相位彌散，然后橫向磁 化矢量在180°重聚硬脈沖作用下產(chǎn)生自旋回波，相位編碼梯度G P1和雙極性頻率編碼梯度 GrjPGr2用于實現(xiàn)自旋回波的二維空間編碼，其中，三維版還包括相位編碼梯度Gp2用于實現(xiàn) 選層方向的空間編碼；回波時間TE設(shè)置為最小值，雙極性梯度之間的時間間隔△ τ設(shè)置為△ τ = 1/Δ?72;對于二維版，每個掃描層面的k空間矩陣包含同相和反相回波信號，基于頻率 編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，獲得二維復(fù)數(shù)矩陣1〇和1 1; 對于三維版，先沿著選層方向進(jìn)行一維離散傅立葉變換，獲得每個掃描層面的k空間復(fù)數(shù)矩 陣，再基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，分別存貯 為二維復(fù)數(shù)矩陣1〇和1 1;每個層面的1〇和I:的逆傅里葉變換對So和Si*別表示同相圖和反相 圖； 或者， 第二種:水脂掃描模塊在序列發(fā)生器上三維化學(xué)位移成像序列或二維化學(xué)位移成像序 列，該序列采用90°激發(fā)脈沖在選層梯度Gs作用下選擇激發(fā)人體某一層面的橫向磁化矢量， 補償梯度G s。用于重聚橫向磁化矢量的相位彌散，然后橫向磁化矢量在預(yù)備讀梯度Gpre3和雙 極性頻率編碼梯度G rjPGr2作用下產(chǎn)生兩個梯度回波，相位編碼梯度Gpl連同GrjPG r2用于實 現(xiàn)梯度回波的二維空間編碼，其中三維版還包括相位編碼梯度Gp2用于實現(xiàn)選層方向的空間 編碼；回波時間TE在序列內(nèi)設(shè)置為TE = 1/ △ f/2，雙極性梯度之間的時間間隔△ τ在序列內(nèi) 設(shè)置為Α τ = 1/△ f/2,對于二維版，每個掃描層面的k空間矩陣包含同相和反相回波信號， 基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，獲得二維復(fù)數(shù)矩 陣Ιο和1 1;對于三維版，先沿著選層方向進(jìn)行一維離散傅立葉變換，獲得每個掃描層面的k空 間復(fù)數(shù)矩陣，再基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號， 分別存貯為二維復(fù)數(shù)矩陣1〇和1 1;最后，基于第一個梯度回波和第二個梯度回波獲得反相圖 復(fù)數(shù)矩陣So和同相圖復(fù)數(shù)矩陣&。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正系統(tǒng)，其特征在于，在主 機上安裝配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊； 所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對不同TE的回波幅度通過非線性擬合獲得表觀橫向弛豫時間常 數(shù)巧，并根據(jù)渦流場測試序列對頻率編碼梯度波形進(jìn)行渦流場測試并配合譜儀標(biāo)配的預(yù)加 重工具進(jìn)行梯度波形補償。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正系統(tǒng)，其特征在于， 在主機上安裝配套的初級幅度校正模塊、初級相位校正模塊； 所述初級幅度校正模塊和初級相位校正模塊分別對SdPSi對應(yīng)的k空間復(fù)數(shù)矩陣1〇和h 進(jìn)行初級幅度校正和初級相位校正： 首先，對II·矩陣沿頻率編碼方向進(jìn)行時間反演并取復(fù)數(shù)共輒，重新存貯為I1; 其次，選擇Ιο矩陣的ky=0線進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換得到M〇,計算 θ0 = arg [ M0 (?) · Ml (n +1)] .( 9.) 這里arg表示求取相角，*表示復(fù)數(shù)共輒，n是在頻率編碼方向數(shù)據(jù)點編號； 然后，選擇h矩陣的ky=0線進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換得到施，計算 θ{ = Μ {{η)* Μ[{η + 1)] (10) 再次，對Ιο矩陣在頻率編碼方向進(jìn)行一維逆傅立葉變換并乘以對h矩陣在頻率 編碼方向進(jìn)行一維逆傅立葉變換并乘以; 最后，對處理后的Ιο和ΙΓ沿相位編碼方向進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換并重新存貯為So 和S1〇4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正系統(tǒng)，其特征在于，在主 機上安裝配套的相位解纏模塊、高級誤差校正模塊； 對于水脂掃描模塊第一種工作模式，序列采集的同相圖和反相圖，相位解纏模塊及高 級誤差校正模塊用于對同相圖復(fù)數(shù)矩陣So和反相圖復(fù)數(shù)矩陣Si進(jìn)行幅度衰減校正和高階相 位誤差消除，其實現(xiàn)方式如下所述：其次，按照下式對&消除Φ〇:然后，按照下式計算S1A的相位圖： Φ =atan2[Im(SiA)/Re(SiA) ] (12) 最后，對S1A消除相位Φ后可得S1B = S1Aerl4)，并定義S1B相位矩陣的余弦值為一個校正因 子矩陣K，也就是： K = Re(SiB)/|SiB (13) κ可在(-1，+1)范圍連續(xù)變化； 對于水脂掃描模塊第二種工作模式，序列采集的同相圖和反相圖，相位解纏模塊及高 級誤差校正模塊用于對反相圖復(fù)數(shù)矩陣So和同相圖復(fù)數(shù)矩陣Si進(jìn)行幅度衰減校正和高階相 位誤差消除，其實現(xiàn)方式如下所述： 對式(7)平方并取復(fù)數(shù)共輒可得：基于S的相位圖獲得初始相位(i>o = atan2[Im(S)/Re(S)]，在存在相位纏繞情況下按圖 九所示的算法流程進(jìn)行相位解纏，得到：然后，基于巾=3七&112[1111(51/〇/1^(51/〇]/2獲得5 1/1的相位圖，進(jìn)行相位解纏以獲得真實 相位Φ，得到： Sob = Soa · e-i4)=(Sw-Sf) · A (20) Sib = Sia · θ_1"2φ = (Sw+Sf) · A2 (21) K = Re(S〇B)/|S〇B (22)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正系統(tǒng)，其特征在于，在主 機上安裝配套的水脂圖像分離模塊： 對于水脂掃描模塊第一種工作模式，水脂圖像分離模塊按照下式計算產(chǎn)生水像Sw和脂 肪像Sf:對于水脂掃描模塊第二種工作模式，水脂圖像分離模塊按照下式計算產(chǎn)生水像Sw和脂 肪像Sf:6. -種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正方法，其特征在于，在磁共振成像儀的主機上 安裝預(yù)掃描模塊和水脂掃描模塊并加載到譜儀的序列發(fā)生器上;用于控制射頻系統(tǒng)和梯度 系統(tǒng)實現(xiàn)人體質(zhì)子信號的激發(fā)、空間編碼和采集;包括以下步驟： 步驟S100:所述預(yù)掃描模塊在序列發(fā)生器上加載表觀橫向弛豫時間測試序列，回波時 間TE在lms和Is之間取不同時間數(shù)值，然后在頻率編碼梯度作用下采集一系列回波； 步驟S200:所述水脂掃描模塊有兩種工作模式，第一種:在序列發(fā)生器上加載三維化學(xué) 位移成像序列或二維化學(xué)位移成像序列，該序列采用90°激發(fā)脈沖在選層梯度匕作用下選 擇激發(fā)人體某一層面的橫向磁化矢量，補償梯度G s。用于重聚橫向磁化矢量的相位彌散，然 后橫向磁化矢量在180°重聚硬脈沖作用下產(chǎn)生自旋回波，相位編碼梯度G pl和雙極性頻率編 碼梯度GrjPGr2用于實現(xiàn)自旋回波的二維空間編碼，其中，三維版還包括相位編碼梯度G p2用 于實現(xiàn)選層方向的空間編碼；回波時間TE設(shè)置為最小值，雙極性梯度之間的時間間隔△ τ設(shè) 置為Δτ = 1/Δ?·/2;對于二維版，每個掃描層面的k空間矩陣包含同相和反相回波信號，基 于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，獲得二維復(fù)數(shù)矩陣 Ιο和11;對于三維版，先沿著選層方向進(jìn)行一維離散傅立葉變換，獲得每個掃描層面的k空間 復(fù)數(shù)矩陣，再基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，分 別存貯為二維復(fù)數(shù)矩陣1〇和1 1;每個層面的1〇和I:的逆傅里葉變換對So和Si*別表示同相圖 和反相圖； 或者， 第二種:水脂掃描模塊在序列發(fā)生器上三維化學(xué)位移成像序列或二維化學(xué)位移成像序 列，該序列采用90°激發(fā)脈沖在選層梯度Gs作用下選擇激發(fā)人體某一層面的橫向磁化矢量， 補償梯度G s。用于重聚橫向磁化矢量的相位彌散，然后橫向磁化矢量在預(yù)備讀梯度Gpre3和雙 極性頻率編碼梯度G rjPGr2作用下產(chǎn)生兩個梯度回波，相位編碼梯度Gpl連同GrjPG r2用于實 現(xiàn)梯度回波的二維空間編碼，其中三維版還包括相位編碼梯度Gp2用于實現(xiàn)選層方向的空間 編碼；回波時間TE在序列內(nèi)設(shè)置為TE = 1/ △ f/2，雙極性梯度之間的時間間隔△ τ在序列內(nèi) 設(shè)置為Α τ = 1/△ f/2,對于二維版，每個掃描層面的k空間矩陣包含同相和反相回波信號， 基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號，獲得二維復(fù)數(shù)矩 陣Ιο和1 1;對于三維版，先沿著選層方向進(jìn)行一維離散傅立葉變換，獲得每個掃描層面的k空 間復(fù)數(shù)矩陣，再基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數(shù)分離同相和反相回波信號， 分別存貯為二維復(fù)數(shù)矩陣1〇和1 1;最后，基于第一個梯度回波和第二個梯度回波獲得反相圖 復(fù)數(shù)矩陣So和同相圖復(fù)數(shù)矩陣&。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正方法，其特征在于，在主 機上安裝配套的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊;在步驟S100及步驟S200之間包括以下步驟： 所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對不同TE的回波幅度通過非線性擬合獲得表觀橫向弛豫時間常 數(shù)<，并根據(jù)渦流場測試序列對頻率編碼梯度波形進(jìn)行渦流場測試并配合譜儀標(biāo)配的預(yù)加 重工具進(jìn)行梯度波形補償。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正方法，其特征在于， 在主機上安裝配套的初級幅度校正模塊、初級相位校正模塊;進(jìn)一步包括以下步驟： 步驟S300:所述初級幅度校正模塊和初級相位校正模塊分別對SdPSi對應(yīng)的k空間復(fù)數(shù) 矩陣Ιο和Ii進(jìn)行初級幅度校正和初級相位校正： 首先，對h矩陣沿頻率編碼方向進(jìn)行時間反演并取復(fù)數(shù)共輒，重新存貯為11; 其次，選擇1〇矩陣的ky=0線進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換得到M〇,計算 θ0 = arg (n) · Μ* (η +1)] ( 9) 這里arg表示求取相角，*表示復(fù)數(shù)共輒，η是在頻率編碼方向數(shù)據(jù)點編號； 然后，選擇h矩陣的ky=0線進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換得到施，計算 θ{ = arg Μ, (η) · Μ," (/7 +1 )^| (10.) 再次，對Ιο矩陣在頻率編碼方向進(jìn)行一維逆傅立葉變換并乘以，對h矩陣在頻率 編碼方向進(jìn)行一維逆傅立葉變換并乘以; 最后，對處理后的Ιο和ΙΓ沿相位編碼方向進(jìn)行一維離散逆傅里葉變換并重新存貯為So 和S1〇9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正方法，其特征在于，在主 機上安裝配套的相位解纏模塊、高級誤差校正模塊;進(jìn)一步包括以下步驟： 步驟S400:對于水脂掃描模塊第一種工作模式，序列采集的同相圖和反相圖，相位解纏 模塊及高級誤差校正模塊用于對同相圖復(fù)數(shù)矩陣So和反相圖復(fù)數(shù)矩陣&進(jìn)行幅度衰減校正 和高階相位誤差消除，其實現(xiàn)方式如下所述：其次，按照下式對&消除φ0:然后，按照下式計算S1A的相位圖： Φ =atan2[Im(SiA)/Re(SiA) ] (12) 最后，對S1A消除相位Φ后可得S1B = S1Aerl4)，并定義S1B相位矩陣的余弦值為一個校正因 子矩陣K，也就是： K = Re(SiB)/|SiB (13) κ可在(-1，+1)范圍連續(xù)變化； 對于水脂掃描模塊第二種工作模式，序列采集的同相圖和反相圖，相位解纏模塊及高 級誤差校正模塊用于對反相圖復(fù)數(shù)矩陣So和同相圖復(fù)數(shù)矩陣Si進(jìn)行幅度衰減校正和高階相 位誤差消除，其實現(xiàn)方式如下所述： 對式(7)平方并取復(fù)數(shù)共輒可得：基于S的相位圖獲得初始相位(i>o = atan2[Im(S)/Re(S)]，在存在相位纏繞情況下按圖 九所示的算法流程進(jìn)行相位解纏，得到：然后，基于巾=3七&112[1111(51/〇/1^(51/〇]/2獲得5 1/1的相位圖，進(jìn)行相位解纏以獲得真實 相位Φ，得到： Sob = Soa · e-i4)=(Sw-Sf) · A (20) Sib = Sia · θ_1"2φ = (Sw+Sf) · A2 (21) K = Re(S〇B)/|S〇B (22)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種單次激發(fā)水脂分離成像誤差校正方法，其特征在于，在 主機上安裝配套的水脂圖像分離模塊:進(jìn)一步包括以下步驟： 步驟S500:對于水脂掃描模塊第一種工作模式，水脂圖像分離模塊按照下式計算產(chǎn)生 水像Sw和脂肪像Sf:對于水脂掃描模塊第二種工作模式，水脂圖像分離模塊按照下式計算產(chǎn)生水像Sw和脂 肪像Sf:
【文檔編號】G01R35/00GK105929350SQ201610293542
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】羅會俊
【申請人】大連銳譜科技有限責(zé)任公司