磁共振成像系统的磁场不均匀性值获取方法和失真校正方法

摘要

本发明公开了一种磁共振成像系统的磁场不均匀性值获取方法和失真校正方法。所述磁场不均匀性值获取方法，包括如下步骤：为了将磁共振成像系统的原始磁场均匀化为一目标磁场，针对磁共振成像系统通过动态匀场方法提供一磁场补偿量，其中动态匀场方法包括进行一三维低分辨率双回波梯度回波序列；利用一第三通式获取磁场不均匀性值，第三通式是：ΔB＝ΔBoriginal+ΔBcompensatins其中，ΔB是磁场不均匀性值，ΔBariginal是原始磁场与目标磁场之间的差值，ΔBcompensating是磁场补偿量。根据本发明的具体实施例的磁共振成像系统的磁场不均匀性值方法节省了大量用于再次映射磁场的时间，进而缩短了磁共振成像的时间，提高了磁共振成像的效率，所以这项技术对于医院大量繁重的扫描工作而言非常宝贵。

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术领域，特别是磁共振成像系统的磁场不均匀性值获取方法和失真校正方法。

背景技术

磁共振成像(MagneticResonanceImaging，MRI)是利用磁共振现象进行成像的一种技术。磁共振现象的原理主要包括：包含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子具有自旋运动，犹如一个小磁体，并且这些小磁体的自旋轴没有一定的规律，如果施加外在磁场，这些小磁体将按外在磁场的磁力线重新排列，具体为在平行于或反平行于外在磁场磁力线的两个方向排列，将上述平行于外在磁场磁力线的方向称为正纵向轴，将上述反平行于外在磁场磁力线的方向称为负纵向轴；原子核只具有纵向磁化分量，该纵向磁化分量既具有方向又具有幅度。用特定频率的射频(RadioFrequency，RF)脉冲激发处于外在磁场中的原子核，使这些原子核的自旋轴偏离正纵向轴或负纵向轴，产生共振，这就是磁共振现象。上述被激发的原子核的自旋轴偏离正纵向轴或负纵向轴之后，该原子核就具有了横向磁化分量。

停止发射射频脉冲后，被激发的原子核发射回波信号，将吸收的能量逐步以电磁波的形式释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态，将原子核发射的回波信号经过空间编码等进一步处理即可重建图像。

回波平面成像(EchoPlanarImaging，EPI)是一种存在几何失真的快速磁共振(MR)成像方法。为了对这种几何失真进行校正，现有技术的磁共振成像系统已经提出若干失真校正方法。这些方法并且已经广泛用于(具体来说)在EPI以及血氧水平依赖功能磁共振成像(BloodOxygenLevelDependentFunctionalMagneticResonanceImaging，BOLDfMRI)中的失真校正；然而，这些方法依赖于预先获得的磁场图或点扩散函数。具体而言，在例如BOLDfMRI或弥散张量成像(DiffusionTensorImaging，DTI)等具有长测量时间的应用中，用于测量磁场图或点扩散函数的时间成本是微不足道的；但是，对于例如弥散加权成像(DiffusionWeightedImaging，DWI)等具有短测量时间的应用，额外的时间不能忽略，具体而言，弥散加权成像基于回波平面成像(EchoPlanarImaging，EPI)方法(一种快速磁共振成像方法)。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种磁共振成像系统的磁场不均匀性值获取方法，包括如下步骤：

为了将磁共振成像系统的原始磁场均匀化为一目标磁场，针对所述磁共振成像系统通过动态匀场方法提供一磁场补偿量，其中所述动态匀场方法包括进行一三维低分辨率双回波梯度回波序列；

利用一第三通式获取所述磁场不均匀性值，所述第三通式是：

ΔB＝ΔB_original+ΔB_compensating，

其中，ΔB是所述磁场不均匀性值，ΔB_original是所述原始磁场与所述目标磁场之间的差值，ΔB_compensating是所述磁场补偿量。

优选地，利用一第四通式获取所述差值，所述第四通式是：

ΔB_original＝Δφ/(γ·ΔTE)，

其中，ΔTE是所述三维低分辨率双回波梯度回波序列的双回波的回波时间的差值，Δφ是所述三维低分辨率双回波梯度回波序列生成的两个梯度回波图像的相位差，γ是旋磁比。

本发明还提供一种磁共振成像系统的失真校正方法，包括如下步骤：

根据所述磁共振成像系统的主磁场在所述磁共振成像系统得出的磁共振图像的各个像素上的磁场不均匀性值得出各个所述像素在相位编码方向上的像素偏移；

利用各个所述像素偏移对各个所述像素进行失真校正。

优选地，利用一第一通式根据所述磁共振成像系统的主磁场在所述磁共振成像系统得出的磁共振图像的各个像素上的磁场不均匀性值得出各个所述像素在相位编码方向上的像素偏移的步骤，所述第一通式是：

Δn_PE＝α·ΔB+β，

其中，Δn_PE是各个所述像素偏移，ΔB是所述磁共振成像系统的主磁场在所述磁共振成像系统得出的磁共振图像的各个像素上的磁场不均匀性值，α是一转换参数，β是一调整参数。

优选地，所述磁共振图像是由回波平面成像方法生成的，其中，根据一第二通式得出所述转换参数，所述第二通式是：

α＝γ·T_esp·N_PE，

其中，α是所述转换参数，γ是旋磁比，T_esp是所述回波平面成像方法所得到的磁共振回波间距，N_PE是所述磁共振图像在相位编码方向上的步进数。

本发明还提供一种磁共振成像方法，包括如上任一所述的磁场不均匀性值获取方法和/或如上任一所述的失真校正方法。

本发明还提供一种磁共振成像系统的磁场不均匀性值获取装置，包括：

一匀场单元，用于为了将磁共振成像系统的原始磁场均匀化为一目标磁场，针对所述磁共振成像系统通过动态匀场方法提供一磁场补偿量，其中所述动态匀场方法包括进行一三维低分辨率双回波梯度回波序列；

一获取单元，用于利用一第三通式获取所述磁场不均匀性值，所述第三通式是：

ΔB＝ΔB_original+ΔB_compensating，

其中，ΔB是所述磁场不均匀性值，ΔB_original是所述原始磁场与所述目标磁场之间的差值，ΔB_compensating是所述磁场补偿量。

优选地，所述获取单元，进一步用于利用一第四通式获取所述差值，所述第四通式是：

ΔB_original＝Δφ/(γ·ΔTE)，

其中，ΔTE是所述三维低分辨率双回波梯度回波序列的双回波的回波时间的差值，Δφ是所述三维低分辨率双回波梯度回波序列生成的两个梯度回波图像的相位差，γ是旋磁比。

本发明还提供一种磁共振成像系统的失真校正装置，包括如下步骤：

一像素偏移计算单元，用于根据所述磁共振成像系统的主磁场在所述磁共振成像系统得出的磁共振图像的各个像素上的磁场不均匀性值得出各个所述像素在相位编码方向上的像素偏移；

一校正单元，用于利用各个所述像素偏移对各个所述像素进行失真校正。

优选地，所述像素偏移计算单元，用于利用一第一通式根据所述磁共振成像系统的主磁场在所述磁共振成像系统得出的磁共振图像的各个像素上的磁场不均匀性值得出各个所述像素在相位编码方向上的像素偏移的步骤，所述第一通式是：

Δn_PE＝α·ΔB+β，

其中，Δn_PE是各个所述像素偏移，ΔB是所述磁共振成像系统的主磁场在所述磁共振成像系统得出的磁共振图像的各个像素上的磁场不均匀性值，α是一转换参数，β是一调整参数。

优选地，所述磁共振图像是由回波平面成像方法生成的，其中，根据一第二通式得出所述转换参数，所述第二通式是：

α＝γ·T_esp·N_PE，

其中，α是所述转换参数，γ是旋磁比，T_esp是所述回波平面成像方法所得到的磁共振回波间距，N_PE是所述磁共振图像在相位编码方向上的步进数。

本发明还提供一种磁共振成像系统，包括如上任一所述的磁场不均匀性值获取装置和/或如上任一所述的失真校正装置。

从上述方案中可以看出，根据本发明的具体实施例的磁共振成像系统的磁场不均匀性值方法可以直接利用动态匀场方法中产生的数据计算磁场不均匀性，因此节省了大量用于再次映射磁场的时间，进而缩短了磁共振成像的时间，提高了磁共振成像的效率，所以这项技术对于医院大量繁重的扫描工作而言非常宝贵。

根据本发明的具体实施例的磁共振成像方法的失真校正方法可以直接利用磁场不均匀性值计算得出像素偏移而无需进行测量，所以对于某些磁共振成像方法(例如回波平面成像方法和迪克逊水脂成像方法)而言，能够节省大量时间成本。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1是根据本发明的具体实施例的磁共振成像系统的失真校正方法的步骤图。

图2是根据本发明的具体实施例的磁共振成像系统的磁场不均匀性值获取方法的步骤图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举具体实施例对本发明进一步详细说明。

根据本发明的具体实施例的磁共振成像系统的磁场不均匀性值方法的核心在于，使用磁场不均匀性值计算得到磁共振图像的各个像素在相位编码方向上的像素偏移，利用像素偏移对各个像素进行失真校正(即，图像配准)。

图1是根据本发明的具体实施例的磁共振成像方法的失真校正方法的步骤图。如图1所示，根据本发明的具体实施例的磁共振成像方法的失真校正方法100包括：步骤101，根据所述磁共振成像系统的主磁场在所述磁共振成像系统得出的磁共振图像的各个像素上的磁场不均匀性值得出各个所述像素在相位编码方向上的像素偏移；和步骤102，利用各个所述像素的所述像素偏移对各个所述像素进行失真校正。

具体而言，利用一第一通式根据所述磁共振成像系统的主磁场在所述磁共振成像系统得出的磁共振图像的各个像素上的磁场不均匀性值得出各个所述像素在相位编码方向上的像素偏移的步骤，所述第一通式是：

Δn_PE＝α·ΔB+β，

其中，Δn_PE是各个所述像素在相位编码方向上的像素偏移，ΔB是所述磁共振成像系统的主磁场在所述磁共振成像系统得出的磁共振图像的各个像素上的磁场不均匀性值，α是一转换参数，β是一调整参数。可见，所述磁共振成像系统的主磁场在所述磁共振成像系统得出的磁共振图像的各个像素上的磁场不均匀性值和各个所述像素在相位编码方向上的像素偏移之间存在线性映射关系。

所述磁共振成像系统的主磁场在所述磁共振成像系统得出的磁共振图像的各个像素上的磁场不均匀性值和各个所述像素在相位编码方向上的像素偏移之间，根据不同磁共振成像方法分别存在一定的映射关系，线性或非线性。

以基于回波平面成像(EchoPlanarImaging，EPI)方法的磁共振成像方法为例，所述磁共振图像是由回波平面成像方法生成的，其中，根据一第二通式得出所述转换参数，所述第二通式是：

α＝γ·T_esp·N_PE，

其中，α是所述转换参数，γ是旋磁比，T_esp是所述回波平面成像方法所得到的磁共振回波间距，N_PE是所述磁共振图像在相位编码方向上的步进数，所述调整参数是一用户设定值或经过线性拟合得出的计算值。具体而言，在本发明的具体实施例的磁共振成像方法的失真校正方法中，所述调整参数β是0。

使用如上步骤得出的各个像素在相位编码方向上的像素偏移，在后处理中对磁共振图像中的各个像素进行失真校正，即图像配准，也就是将各个像素在相位编码方向上的原始坐标与在相位编码方向上的像素偏移取相加，从而得出各个像素在相位编码方向上的校正坐标，进而根据校正坐标得出各个像素构成的磁共振图像。

根据本发明的具体实施例的磁共振成像系统的磁场不均匀性值获取方法的核心在于：首先进行动态匀场，然后利用动态匀场的过程中产生的数据获取磁场不均匀性值。

图2是根据本发明的具体实施例的磁共振成像系统的磁场不均匀性值获取方法的步骤图。如图2所示，根据本发明的具体实施例的磁共振成像系统的磁场不均匀性值获取方法200，包括如下步骤：步骤201，为了将磁共振成像系统的原始磁场均匀化为一目标磁场，针对所述磁共振成像系统通过动态匀场方法提供一磁场补偿量，其中所述动态匀场方法包括进行一三维低分辨率双回波梯度回波序列；步骤202，利用一第三通式获取所述磁场不均匀性值，所述第三通式是：

ΔB＝ΔB_original+ΔB_compensating

其中，ΔB是所述磁场不均匀性值，ΔB_original是所述原始磁场与所述目标磁场之间的差值，ΔB_compensating是所述磁场补偿量。

具体而言，在磁共振成像系统中包括采用动态匀场方法来改进磁场的均匀性，也就是将磁共振成像系统的原始磁场均匀化为一目标磁场。在动态匀场方法中，将原始磁场叠加一磁场补偿量，从而构成匀场后的一实际磁场。而磁场不均匀性值就是目标磁场和实际磁场之间的差值，同时磁场不均匀性值也就是原始磁场与目标磁场之间的差与磁场补偿量的和。

具体而言，利用一第四通式获取所述差值，所述第四通式是：

ΔB_original＝Δφ/(γ·ΔTE)

其中，ΔTE是所述三维低分辨率双回波梯度回波序列的双回波的回波时间的差值，Δφ是所述三维低分辨率双回波梯度回波序列生成的两个梯度回波图像的相位差，γ是旋磁比。同时，ΔB_original是所述原始磁场与所述目标磁场之间的差值还可以通过多种其它方式获得，比如测量等等。

具体而言，利用一第五通式获取所述差值，所述第五通式是：

$B_{\mathrm{compensating}}(r,\theta ,\phi )=\underset{n=0}{\overset{\infty }{\Sigma }}\underset{m=0}{\overset{n}{\Sigma }}{\left(\frac{r}{R_0}\right)}^n(A_n^m{I}_n^m\cos \left(\mathrm{m\phi }\right)+B_n^m{I}_n^m\sin \left(\mathrm{m\phi }\right))P_n^m\left(\cos \theta \right)$

第五通式描述的是在球坐标系中的情况，其中，(r，θ，φ)是球坐标系的坐标；由于存在多项匀场线圈，因此利用(m，n)来区分各项匀场线圈；R₀表示匀场区域的半径；和表示第(m，n)项匀场线圈的灵敏度；表示通入第(m，n)项线圈的电流的大小；是勒让德多项式。其中，R₀，和都可以从磁共振成像系统中获取。通常来说R₀，和跟系统硬件相关，不会变化；是动态匀场技术根据ΔB_original计算得到的，会随着扫描对象的变化而变化。

在动态匀场方法中，磁场测量序列，即三维低分辨率双回波梯度回波序列，获取将要进行匀场的区域的三维体数据，用以评估在每个匀场线圈中所需的匀场电流从而优化磁场均匀性。

如上所述，根据本发明的具体实施例的磁共振成像方法300包括：步骤301，进行根据本发明的具体实施例的磁共振成像系统的磁场不均匀性值获取方法；步骤302，进行一回波平面成像方法(或一迪克逊水脂成像方法)；步骤303，进行根据本发明的具体实施例的磁共振成像方法的失真校正方法。

根据本发明的具体实施例的磁共振成像系统的磁场不均匀性值方法可以直接利用动态匀场方法中产生的数据计算磁场不均匀性，因此节省了大量用于再次映射磁场的时间，进而缩短了磁共振成像的时间，提高了磁共振成像的效率，所以这项技术对于医院大量繁重的扫描工作而言非常宝贵。

根据本发明的具体实施例的磁共振成像方法的失真校正方法可以直接利用磁场不均匀性值计算得出像素偏移而无需进行测量，所以对于某些磁共振成像方法(例如回波平面成像方法和迪克逊水脂成像方法)而言，能够节省大量时间成本。

具体而言，以回波平面成像方法和迪克逊水脂成像方法为例：其采用基于梯度回波的双回波序列来映射原始磁场；随后基于原始磁场进行匀场，也就是为了使磁共振系统的主磁场成为一匀质磁场(即目标磁场)，通过将原始磁场叠加补偿磁场从而生成一实际磁场(但是实际磁场与目标磁场之间仍存在差距)，例如，匀场操作包括多种方法，例如，静态匀场方法和动态匀场方法，其中动态匀场方法即利用匀场电流生成补偿磁场。由此，原始磁场和补偿磁场的向量和构成实际磁场，进而目标磁场和实际磁场之间的差构成磁场不均匀性值。在根据本发明的具体实施例的磁共振成像方法的失真校正方法中，利用磁场不均匀性值计算像素偏移，因此节省了大量用于再次映射磁场的时间，进而缩短了磁共振成像的时间，提高了磁共振成像的效率，所以这项技术对于医院大量繁重的扫描工作而言非常宝贵。

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。