一种磁共振成像中K空间数据的轨迹校正方法和装置

摘要

本发明提供了一种磁共振成像中K空间数据点的轨迹校正方法和装置，所述轨迹校正方法包括：运行采样序列，得到待校正的K空间；选择经验点，利用所述经验点将所述待校正的K空间划分为中心区域和外围区域；分别对所述中心区域和所述外围区域中的数据点的轨迹进行校正；以及再次运行所述采样序列，得到校正后的K空间。采用本发明，可对K空间中的数据点的轨迹分区域进行校正，减少了轨迹校正的计算量和计算的复杂性。

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术领域，特别涉及一种磁共振成像中K空间数据的轨迹校正方法和装置。

背景技术

空间频率是指周期性波动的物理量在某一方向上单位距离的波动频数。空间频率K是一个空间矢量， 常用来描述某些以波的形式在空间传播的能量（如各种电磁波）。由于K的矢量特性，通常又以三个互相 垂直的分矢量K_x、K_y、K_z替代它。这三个互相垂直的分矢量K_x、K_y、K_z正好对应于一个三维空间坐标系，这 个由K_x、K_y、K_z所决定的空间坐标系对应的空间即为K空间（K-space）。

在磁共振成像技术领域中，K空间是带有空间定位编码信息的磁共振（Magnetic Resonance，MR）信 号原始数据的填充空间。每一幅MR图像都有其相应的K空间数据。对K空间的数据进行傅里叶变换，就 能对原始数据中的空间定位编码信息进行解码，得到MR的图像数据，即把不同信号强度的MR数据填充到 相应的空间位置上（即分配到各自的像素中），即可重建出MR图像了。K空间的数据与MR图像质量密切相 关。K空间的中心数据决定了MR图像的性质（即对比度），K空间的边缘数据决定了MR图像的空间分辨力。

对K空间进行填充的序列有笛卡尔（Cartesian）序列、非笛卡尔（Non-Cartesian）序列以及快速 成像序列等。与笛卡尔序列相比，非笛卡尔序列和快速成像序列对于梯度延迟（gradient delay）和涡流 非常敏感，而梯度延迟和涡流影响会造成K空间的数据点的轨迹偏移，如果实际得到的数据点的轨迹与该 数据点的期望轨迹之间的偏移没有被校正，那么，就会导致K空间数据的误填充，进而引入图像伪影，降 低重建后的MR图像的质量。

在现有技术中，对K空间中的数据点的轨迹校正是通过计算整个K空间中的数据点的期望轨迹来进行 的，计算量非常大，而且计算起来很复杂；同时，因为计算区域是整个K空间，故而由大区域校正计算所 引起的累计误差也是非常大的，影响了成像后的图像质量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种磁共振成像中K空间数据的轨迹校正方法，对K空间中的 数据点的轨迹分区域进行校正，大大减少了轨迹校正的计算量和计算的复杂性。

本发明实施例提出了一种磁共振成像中K空间数据点的轨迹校正方法，该方法包括：运行采样序列， 得到待校正的K空间；

当读出梯度分别施加于x轴、y轴和z轴时，测量所述待校正的K空间中的数据点的轨迹，分别计算 所述待校正的K空间中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的实际填充位置；

选择经验点，利用所述经验点将所述待校正的K空间划分为中心区域和外围区域；

根据所述经验点在所述x轴、y轴和z轴上的实际填充位置分别计算所述经验点在所述x轴、y轴和z 轴上的梯度延迟时间；

在所述x轴、y轴和z轴上分别施加所述计算得到的所述经验点在所述x轴、y轴和z轴上的梯度延 迟时间，然后重新测量所述待校正的K空间中的数据点的轨迹，分别得到经过所述梯度延迟时间校正后的 K空间中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的校正后的填充位置；将所述外围区域中的数据点在所述x 轴、y轴和z轴上的所述校正后的填充位置作为所述外围区域中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的最 终填充位置；

根据所述中心区域中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的校正后的填充位置，计算得到所述中心区 域中的数据点在所述待校正的K空间中的最终填充位置；以及

再次运行所述采样序列，得到根据所述梯度延迟时间校正后的K空间。

本发明实施例还提出了一种磁共振成像中K空间数据点的轨迹校正装置，该装置包括：

采样单元，用于运行采样序列，得到待校正的K空间；

第一测量单元，用于当读出梯度分别施加于x轴、y轴和z轴时，测量所述待校正的K空间中的数据 点的轨迹，分别计算待校正的K空间中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的实际填充位置；

划分单元，用于选择经验点，利用所述经验点将所述待校正的K空间划分为中心区域和外围区域；

第一计算单元，用于根据所述经验点在所述x轴、y轴和z轴上的实际填充位置分别计算所述经验点 在所述x轴、y轴和z轴上的梯度延迟时间；

第二测量单元，用于在所述x轴、y轴和z轴上分别施加所述计算得到的所述经验点在所述x轴、y 轴和z轴上的梯度延迟时间，然后重新测量所述待校正的K空间中的数据点的轨迹，分别得到经过所述梯 度延迟时间校正后的K空间中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的校正后的填充位置；将所述外围区域 中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的所述校正后的填充位置作为所述外围区域中的数据点在所述x轴、 y轴和z轴上的最终填充位置；

第二计算单元，用于根据所述中心区域中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的校正后的填充位置， 计算得到所述中心区域中的数据点在所述待校正的K空间中的最终填充位置；以及

所述采样单元，用于再次运行所述采样序列，得到根据所述梯度延迟时间校正后的K空间。

从上述本发明实施例的技术方案可以看出，本发明实施例提供的K空间中的数据点的轨迹校正 方法，将K空间划分为非线性区域（即中心区域）和线性区域（即外围区域），针对这两个区域中 的数据点采用不同的方法来分别进行轨迹校正，大大减少了轨迹校正的计算量和计算的复杂性；同 时，由于只对非线性区域中的数据点的最终填充位置进行计算，缩小了非线性计算的区域，可以减 少大区域校正计算所引起的累计误差，进一步增加了校正算法的稳定性，同时改善了成像后的图像 质量。

附图说明

图1a为本发明一实施例提供的理想的K空间的示意图；

图1b为本发明一实施例提供的实际得到的轨迹紊乱的K空间的示意图；

图1c为根据本发明一实施例提供的磁共振成像中K空间数据的轨迹校正方法对图1b所示的轨迹 紊乱的K空间进行轨迹校正后得到的K空间的示意图；

图2为本发明一实施例提供的磁共振成像中K空间数据的轨迹校正方法的流程图；

图3为本发明一实施例提供的磁共振成像中K空间数据的轨迹校正方法中选择经验点的示意图；

图4为本发明一实施例提供的磁共振成像中K空间数据的轨迹校正装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是 本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明， 并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1a所示，是依据一个非笛卡尔序列，例如径向（radial）序列，采集MR数据填充K空间后会得 到的理想的K空间的示意图。但是，在实际操作中，由于受到涡流（eddy current）引起的电磁效应的影 响，在各个读出梯度（readout gradient，RO）方向上会阻值梯度的变化，故而位于K空间的中心区域（即 梯度幅度逐渐增大的区域）的数据点的填充位置会发生紊乱；而在K空间的外围区域（即梯度幅度是一个 常量的区域），位于该区域内的数据点的填充位置虽然不会紊乱，但由于受到中心区域内的累积误差 （accumulated error）的影响，位于外围区域内的数据点的填充位置也会发生偏移（shift），所以，实 际得到的K空间的如图1b所示。本发明实施例提供的磁共振成像中K空间数据的轨迹校正方法的目的就 是对图1b所示的K空间中的数据点的轨迹进行校正，使得校正后的K空间最接近图1a中所示的K空间。

如图2所示，是本发明一实施例提供的磁共振成像中K空间数据的轨迹校正方法的流程图。该方法 具体包括以下步骤。

步骤201，运行采样序列，得到待校正的K空间。

在本实施例中，运行的是径向采样序列，实际得到的K空间如图1b所示。

步骤202，选择经验点（empirical point），利用所述经验点将所述待校正的K空间划分为中心区域 和外围区域。

当在所述K空间施加读出梯度时，就可获知该读出梯度的斜坡采样期（oblique acquisition period） 以及平台期（constant shift period）。在斜坡采样期，读出梯度的幅度（也即读出梯度的大小）是逐渐 变大的；而在平台期，读出梯度的幅度是相对恒定不变的。因此，在步骤203中，针对一个读出梯度方向， 可以选择所述读出梯度的斜坡采样期结束后延迟一个经验时间值N后的采样点作为所述经验点，例如，在 本发明实施例中，选择读出梯度的斜坡采样期结束后延迟30微秒后的数据点为经验点，在其它读出梯度 方向，均采用斜坡采样期结束后延迟30微秒后的数据点作为经验点，这样，所有读出梯度方向上的经验 点组成的边界就可将待校正的K空间划分为中心区域和外围区域，上述经验点即为K空间的中心区域和外 围区域的分界点，如图3所示。其中，所述中心区域是非线性区域，所述外围区域是线性区域。由于在每 个读出梯度方向上的梯度延迟时间是不同的，故而在选择经验时间值N时，既要保证划分后的外围区域中 的数据点都处于平台期，又要使得划分后的中心区域的范围尽可能的小，以减少校正计算的计算量，例如， 在本发明实施例中该经验时间值的取值为30微秒。同时，上述经验时间值的取值也可以根据成像后的图 像质量进行调整。例如，当该经验时间值取30微秒时的成像效果不理想，这时，就可根据具体情况将该 经验时间值往大或往小调整，如调整为20微秒或40微秒，在此不作具体限定。如图3所示，ADC代表读 出数据，RO是读出梯度，RF是射频脉冲。

步骤203，分别对所述中心区域和所述外围区域中的数据点的轨迹进行校正。

在步骤203中，当读出梯度分别施加于x轴、y轴和z轴时，测量所述待校正的K空间中的数据点的 轨迹，分别计算待校正的K空间中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的实际填充位置。

K空间中的数据点在x轴、y轴和z轴上的实际填充位置也即该数据点分别在这三个物理坐标轴上的 投影轨迹。

以当读出梯度施加于x轴时，测量所述待校正的K空间中的数据点在x轴上的投影轨迹为例，此时， 使用射频脉冲分别激发两个垂直于x轴沿磁体中心（Isocenter）对称的层面，然后分别采集数据得到K空 间中各个数据点在x轴的实际填充位置K'_x，其中，对称激发的方法可以消除B0涡流影响所引入的附加 相位。分别在y轴和z轴上重复上述过程，则得到K空间中任一数据点在y轴和z轴上的实际填充位置K′_y和K′_z。

针对一个读出梯度方向上的一个数据点，以计算其在x轴上的实际填充位置为例来说明具体的计算步 骤。

1.在计算该数据点在x轴上的实际填充位置之前，首先获取该数据点在其所在的激发层面A上的相 位ΔΦ₁，以及，获取该数据点在其沿磁体中心对称的另一激发层面B中的对称点的相位ΔΦ₂。

2．按照如下公式（1）计算该数据点在x轴上的实际填充位置K'_x：

$K^{\prime }\left(t\right)=\frac{({\mathrm{\Delta \Phi }}_1-{\mathrm{\Delta \Phi }}_2)*\mathrm{FOV}}{D_r*2\pi }---\left(1\right)$

其中，K'(t)为该数据点在x轴上的实际填充位置，FOV（field of view）为成像范围，D_r为该数 据点所在的激发层面与磁体中心的距离。

该数据点在y轴和z轴上的实际填充位置的计算过程与上述过程相同，在此不再一一赘述。

根据所述经验点在所述x轴、y轴和z轴上的实际填充位置就可以分别计算出所述经验点在所述x轴、 y轴和z轴上的梯度延迟时间。具体可以包括如下两个子步骤：首先，根据所述经验点在所述x轴、y轴 和z轴上的实际填充位置分别计算所述经验点在所述x轴、y轴和z轴上的位移量；然后，再根据计算得 到的所述位移量分别计算所述经验点在所述x轴、y轴和z轴上的梯度延迟时间。

具体而言，当在x轴、y轴和z轴上施加读出梯度时，就可以按照如下公式（2）分别计算得到该读出 梯度方向上的所有数据点在x轴、y轴和z轴上的期望填充位置L_x-desired、L_y-desired、L_z-desired；

$L_{\mathrm{desired}}=\frac{\gamma }{2\pi }\int \mathrm{Gdt}---\left(2\right)$

其中，L_desired即为所述经验点在所述x轴、y轴或z轴上的期望填充位置，γ为旋磁比，G为分别施 加在所述x轴、y轴或z轴上的梯度幅度；

然后，可以按照如下公式（3），根据上述期望填充位置和在上述步骤202中计算得到的该经验点在x 轴、y轴和z轴上的实际填充位置K'_x、K'_y、K'_z，分别计算该经验点在x轴、y轴和z轴上的位移量：

K_shift=K′-L_desired                                                （3）

其中，K_shift即为所述经验点在所述x轴、y轴或z轴上的位移量；K'为所述经验点在所述x轴、y 轴或z轴上的实际填充位置，L_desired为所述经验点在所述x轴、y轴或z轴上的期望填充位置；

然后，再按照如下公式（4），根据计算出的位移量分别计算该经验点在x轴、y轴和z轴上的梯度延 迟时间，以计算在x轴上的梯度延迟时间为例：

K_shift＝G·ΔT_delay                                            （4）

其中，K_shift即为该经验点在x轴上的位移量；G为施加在该经验点上的梯度幅度（此梯度幅度的大 小等于施加在所运行的采样序列上的读出梯度的幅度的大小，或与其成比例，），ΔT_delay为该经验点在x轴 上的梯度延迟时间。

分别在y轴和z轴上重复上述过程，则得到该经验点在y轴和z轴上的梯度延迟时间，其过程不再一 一赘述。

在得到所述经验点在x轴、y轴和z轴上的梯度延迟时间后5，在所述x轴、y轴和z轴上分别施加所 述经验点在所述x轴、y轴和z轴上的梯度延迟时间，然后重新测量所述待校正的K空间中的数据点的轨 迹，分别得到经过所述梯度延迟时间校正后的K空间中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的校正后的填 充位置；将所述外围区域中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的所述校正后的填充位置作为所述外围区 域中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的最终填充位置。

由于外围区域是线性区域，在外围区域中的每一个数据点在x轴、y轴和z轴上的梯度延迟时间都是 相同的，故而只需按照所选择的经验点在x轴、y轴和z轴上的梯度延迟时间来校正所述外围区域中的所 有数据点的填充位置即可。也即，在外围区域中，当在x轴、y轴和z轴上分别施加在步骤204中得到的 所述经验点在三个坐标轴上的梯度延迟时间后，外围区域中的所有数据点在这三个坐标轴上的填充位置即 被校正到了图1a所示的K空间中的理想的填充位置，也即在本发明实施例中，外围区域中的数据点的轨 迹是自动校正的，不需要再经过复杂的校正计算。

针对中心区域的一个数据点，根据所述经验点在x轴、y轴和z轴上的梯度延迟时间，重新测量K空 间中的所有数据点的轨迹后，得到该数据点在x轴、y轴和z轴上的校正后的填充位置分别为K_x、K_y、 K_z；此时，K_x、K_y、K_z是经过所述经验点在x轴、y轴和z轴上的梯度延迟时间校正后的填充位置。

然后，根据所述中心区域中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的校正后的填充位置，计算得到所述 中心区域中的数据点在所述待校正的K空间中的最终填充位置。在步骤206中，按照如下公式（5），所述 中心区域中任意读出梯度方向上的数据点在该K空间中的最终填充位置就可根据K_x、K_y和K_z合成计算 得到。

其中，K_real(t)是所述中心区域中的数据点的最终填充位置，K_x、K_y、K_z分别是由步骤204得到的 该中心区域的数据点在x轴、y轴和z轴上的校正后的填充位置，θ是该数据点的重新测量后的轨迹与z 轴的夹角，是该数据点的重新测量后的轨迹与x轴的夹角。

步骤204，再次运行采样序列，得到根据所述梯度延迟时间校正后的K空间。

在本步骤中，再次运行采样序列，读取数据点，此时，对于外围区域中的数据点，其在所述x轴、y 轴和z轴上的投影位置分别自动调整到了在上述步骤205中得到的所述外围区域中的数据点在所述x轴、 y轴和z轴上的最终填充位置，也即将所述外围区域中的数据点的轨迹校正到了如图1a所示的理想的K空 间中的轨迹；对于中心区域中的数据点，将其填充到在上述步骤206中计算得到的所述中心区域中的数据 点的最终填充位置。在步骤207中得到的K空间如图1c所示。至此，完成了对所述待校正的K空间中数 据点的轨迹的校正。

在图1c中，以K空间的中心点为圆心从内向外的第一个圆圈内的区域即为中心区域，第一个圆圈和 第二个圆圈之间的区域即为外围区域。从图1c可以看出，外围区域中的数据点的轨迹已经被校正到和图 1a所示的理想的K空间完全相同，而经过校正后的中心区域中的数据点的轨迹也非常接近图1a所示的理 想的K空间中的轨迹了。

至此，完成本发明实施例提供的磁共振成像中K空间数据点的轨迹校正方法的描述。可以看出，在上 述方法实施例中，对于外围区域，只需施加计算得到的梯度延迟时间即可校正该外围区域中的数据点的轨 迹，而不需进行复杂的校正计算；对于中心区域，则通过校正计算来得到该区域内的数据点的最终填充位 置，进而校正该区域内的数据点的轨迹。即，只需针对中心区域进行校正计算即可，也即缩小了非线性计 算（即校正计算）的区域。

本发明实施例还提供了一种磁共振成像中K空间数据点的轨迹校正装置，如图4所示，该装置包括：

采样单元1，用于运行采样序列，得到待校正的K空间；

划分单元2，用于选择经验点，利用所述经验点将所述待校正的K空间划分为中心区域和外围区域；

校正单元3，用于对所述中心区域和所述外围区域中的数据点的轨迹分别进行校正；其中，

所述采样单元1，用于再次运行所述采样序列，得到根据所述梯度延迟时间校正后的K空间。

上述划分单元2包括：

选择子单元21，用于选择所述读出梯度的斜坡采样期结束后延迟一个经验时间值后的采样点作为所述 经验点。

上述校正单元3包括：

第一测量单元31，用于当读出梯度分别施加于x轴、y轴和z轴时，测量所述待校正的K空间中的数 据点的轨迹，分别计算待校正的K空间中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的实际填充位置；

第一计算单元32，用于根据所述经验点在所述x轴、y轴和z轴上的实际填充位置分别计算所述经验 点在所述x轴、y轴和z轴上的梯度延迟时间；

第二测量单元33，用于在所述x轴、y轴和z轴上分别施加所述计算得到的所述经验点在所述x轴、 y轴和z轴上的梯度延迟时间，然后重新测量所述待校正的K空间中的数据点的轨迹，分别得到经过所述 梯度延迟时间校正后的K空间中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的校正后的填充位置；将所述外围区 域中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的所述校正后的填充位置作为所述外围区域中的数据点在所述x 轴、y轴和z轴上的最终填充位置；以及

第二计算单元34，用于根据所述中心区域中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的校正后的填充位置， 计算得到所述中心区域中的数据点在所述待校正的K空间中的最终填充位置。

上述第一测量单元31包括：

第一获取子单元311，用于获取所述数据点在其所在激发层面的相位ΔΦ₁，以及，获取所述数据点在 其沿磁体中心对称的另一激发层面中的对称点的相位ΔΦ₂；以及

第一计算子单元312，用于分别计算待校正的K空间中的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的实际填 充位置。

上述第一计算单元32包括：

第二获取子单元321，用于根据所述施加在x轴、y轴和z轴上的读出梯度获取所述读出梯度方向上 的数据点在所述x轴、y轴和z轴上的期望填充位置；

第二计算子单元322，用于分别计算所述经验点在所述x轴、y轴和z轴上的位移量；

第三计算子单元323，用于分别计算所述经验点在所述x轴、y轴和z轴上的梯度延迟时间。

上述装置实施例的具体实现可参照前述方法实施例，在此不再一一赘述。

至此，完成本发明实施例提供的磁共振成像中K空间数据点的轨迹校正装置的描述。

从上述本发明实施例的技术方案可以看出，本发明实施例提供的K空间中的数据点的轨迹校正 方法，将K空间划分为非线性区域（即中心区域）和线性区域（即外围区域），针对这两个区域中 的数据点采用不同的方法来分别进行轨迹校正，大大减少了轨迹校正的计算量和计算的复杂性；同 时，由于只对非线性区域中的数据点的最终填充位置进行计算，缩小了非线性计算的区域，可以减 少大区域校正计算所引起的累计误差，进一步增加了校正算法的稳定性，同时改善了成像后的图像 质量。

本发明提供了一种磁共振成像中K空间数据点的轨迹校正方法，包括：运行采样序列，得到待校正 的K空间；选择经验点，利用所述经验点将所述待校正的K空间划分为中心区域和外围区域；分别对所述 中心区域和所述外围区域中的数据点的轨迹进行校正；以及再次运行所述采样序列，得到校正后的K空间。 采用本发明，可对K空间中的数据点的轨迹分区域进行校正，减少了轨迹校正的计算量和计算的复杂性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。