【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及醫用磁共振成像
，尤其涉及一種單次激發水脂分離成像誤差校正系統及方法。
技術介紹
在醫學磁共振成像(MRI)中，壓脂成像對病變顯示明顯優于常規成像技術，常用的壓脂方法有選擇性脂肪磁化飽和，水選擇性激發和短TI恢復(STIR)。相對這些壓脂成像技術而言，基于不同組織成分的化學位移,Δf,而進行各成分單獨成像的化學位移成像技術對射頻場B1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水脂分離技術是臨床研究和臨床診斷上廣泛應用的化學位移成像技術之一，可以每層采集兩幅水脂信號相位差不同的k空間數據，然后通過數據處理獲得水圖像和脂肪圖像。該技術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T1加權掃描的兩倍，降低了臨床掃描和診斷的效率。顯然，提高Dixon水脂分離技術的效率的一種方式是采用單次激發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方式可以明顯縮短序列重復時間，從而獲得T1加權的水脂分離圖像。然而，這種方案在臨床應用上往往效果不佳，需要解決下述技術難題才能保證其普遍適用性：(一)對于磁場均勻性較差和梯度性能較低的成像系統，在同相回波峰與反相回波峰的時間間隔內磁場不均勻性、磁化率效應和渦流效應產生的相位誤差較大，加上背景噪聲干擾，同相和反相回波的相位常常會超過-π到+π范圍，引起嚴重的相位纏繞偽影，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，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...
【技術保護點】
一種單次激發水脂分離成像誤差校正系統，其特征在于，在磁共振成像儀的主機上安裝預掃描模塊和水脂掃描模塊并加載到譜儀的序列發生器上；用于控制射頻系統和梯度系統實現人體質子信號的激發、空間編碼和采集；所述預掃描模塊在序列發生器上加載表觀橫向弛豫時間測試序列，回波時間TE在1ms和1s之間取不同時間數值，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：在序列發生器上加載三維化學位移成像序列或二維化學位移成像序列，該序列采用90°激發脈沖在選層梯度Gs作用下選擇激發人體某一層面的橫向磁化矢量，補償梯度Gsc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生自旋回波，相位編碼梯度Gp1和雙極性頻率編碼梯度Gr1和Gr2用于實現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用于實現選層方向的空間編碼；回波時間TE設置為最小值，雙極性梯度之間的時間間隔Δτ設置為Δτ＝1/Δf/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分離同相和反相回波信號，獲得二維復數矩陣I0和I1...
【技術特征摘要】
1.一種單次激發水脂分離成像誤差校正系統，其特征在于，在磁共振成像儀的主機上安裝預掃描模塊和水脂掃描模塊并加載到譜儀的序列發生器上；用于控制射頻系統和梯度系統實現人體質子信號的激發、空間編碼和采集；所述預掃描模塊在序列發生器上加載表觀橫向弛豫時間測試序列，回波時間TE在1ms和1s之間取不同時間數值，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：在序列發生器上加載三維化學位移成像序列或二維化學位移成像序列，該序列采用90°激發脈沖在選層梯度Gs作用下選擇激發人體某一層面的橫向磁化矢量，補償梯度Gsc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生自旋回波，相位編碼梯度Gp1和雙極性頻率編碼梯度Gr1和Gr2用于實現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用于實現選層方向的空間編碼；回波時間TE設置為最小值，雙極性梯度之間的時間間隔Δτ設置為Δτ＝1/Δf/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分離同相和反相回波信號，獲得二維復數矩陣I0和I1；對于三維版，先沿著選層方向進行一維離散傅立葉變換，獲得每個掃描層面的k空間復數矩陣，再基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數分離同相和反相回波信號，分別存貯為二維復數矩陣I0和I1；每個層面的I0和I1的逆傅里葉變換對S0和S1分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生器上三維化學位移成像序列或二維化學位移成像序列，該序列采用90°激發脈沖在選層梯度Gs作用下選擇激發人體某一層面的橫向磁化矢量，補償梯度Gsc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備讀梯度Gpre和雙極性頻率編碼梯度Gr1和Gr2作用下產生兩個梯度回波，相位編碼梯度Gp1連同Gr1和Gr2用于實現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用于實現選層方向的空間編碼；回波時間TE在序列內設置為TE＝1/Δf/2，雙極性梯度之間的時間間隔Δτ在序列內設置為Δτ＝1/Δf/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分離同相和反相回波信號，獲得二維復數矩陣I0和I1；對于三維版，先沿著選層方向進行一維離散傅立葉變換，獲得每個掃描層面的k空間復數矩陣，再基于頻率編碼方向和相位編碼方向的采樣點數分離同相和反相回波信號，分別存貯為二維復數矩陣I0和I1；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數矩陣S0和同相圖復數矩陣S1。2.根據權利要求1所述的一種單次激發水脂分離成像誤差校正系統，其特征在于，在主機上安裝配套的數據預處理模塊；所述數據預處理模塊對不同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并根據渦流場測試序列對頻率編碼梯度波形進行渦流場測試并配合譜儀標配的預加重工具進行梯度波形補償。3.根據權利要求1或2所述的一種單次激發水脂分離成像誤差校正系統，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S0和S1對應的k空間復數矩陣I0和I1進行初級幅度校正和初級相位校正：首先，對I1矩陣沿頻率編碼方向進行時間反演并取復數共軛，重新存貯為I1；其次，選擇I0矩陣的ky＝0線進行一維離散逆傅里葉變換得到M0，計算 θ 0 = arg [ ΣM 0 ( n ) · M 0 * ( n + 1 ) ] - - - ( 9 ) ]]>這里arg表示求取相角，*表示復數共軛，n是在頻率編碼方向數據點編號；然后，選擇I1矩陣的ky＝0線進行一維離散逆傅里葉變換得到M1，計算 θ 1 = arg [ ΣM 1 ( n ) · M 1 * ( n + 1 ) ] - - - ( 10 ) ]]>再次，對I0矩陣在頻率編碼方向進行一維逆傅立葉變換并乘以對I1矩陣在頻率編碼方向進行一維逆傅立葉變換并乘以最后，對處理后的I0和I1沿相位編碼方向進行一維離散逆傅里葉變換并重新存貯為S0和S1。4.根據權利要求3所述的一種單次激發水脂分離成像誤差校正系統，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數矩陣S0和反相圖復數矩陣S1進行幅度衰減校正和高階相位誤差消除，其實現方式如下所述：首先，基于式(2)可得其次，按照下式對S1消除φ0： S 1 A = S 1 · e - iφ 0 = S 1 S 0 * | S 0 | - - - ( 11 ) ]]>然后，按照下式計算S1A的相位圖：φ＝atan2[Im(S1A)/Re(S1A)] (12)最后，對S1A消除相位φ后可得S1B＝S1Ae-iφ，并定義S1B相位矩陣的余弦值為一個校正因子矩陣κ，也就是：κ＝Re(S1B)/|S1B| (13)κ可在(-1,+1)范圍連續變化；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數矩陣S0和同相圖復數矩陣S1進行幅度衰減校正和高階相位誤差消除，其實現方式如下所述：對式(7)平方并取復數共軛可得： ( S 0 2 ) * = | S w - S f | 2 · A 2 · e - i 2 ( φ 0 + φ ) - - - ( 16 ) ]]> S = ( S 0 2 ) * · S 1 = ( S w + S f ) | S w - S f | 2 · A 4 · e - iφ 0 - - - ( 17 ) ]]>基于S的相位圖獲得初始相位φ0＝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行相位解纏，得到： S 0 A = S 0 · e - iφ 0 = ( S w - S f ) · A · e i φ - - - ( 18 ) ]]> S 1 A = S 1 · e - iφ 0 = ( S w + S f ) · A 2 · e i · 2 φ - - - ( 19 ) ]]>然后，基于φ＝atan2[Im(S1A)/Re(S1A)]/2獲得S1A的相位圖，進行相位解纏以獲得真實相位φ，得到：S0B＝S0A·e-iφ＝(Sw-Sf)·A (20)S1B＝S1A·e-i·2φ＝(Sw+Sf)·A2 (21)κ＝Re(S0B)/|S0B| (22)。5.根據權利要求4所述的一種單次激發水脂分離成像誤差校正系統，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生水像Sw和脂肪像Sf： S w = | S 0 | + κ | S 1 B | / A 2 - - - ( 14 ) ]]> S f = | S 0 | - κ | S 1 B | / A 2 - - - ( 15 ) ]]>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生水像Sw和脂肪像Sf： S w = | S 1 B | / A 2 + κ | S 0 B | / A 2 - - - ( 23 ) ]]> S f = | S 1 B | / A 2 - κ | S 0 B | / A 2 - - - ( 24 ) . ]]>6.一種單次激發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掃描模塊和水脂...
【專利技術屬性】
技術研發人員：羅會俊，
申請(專利權)人：大連銳譜科技有限責任公司，
類型：發明
國別省市：遼寧;21
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