CN100366218C - 磁共振成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种磁共振成像方法，包括如下步骤：发出一个片选层射频激励脉冲，在上述三维体积中的一个薄片上施加一个横向的磁场；产生一个第一相位编码梯度脉冲，以及一个第二相位编码梯度脉冲，对K空间取样；采集回波信号和一个读梯度，重复采集若干上述回波信号，形成一回波链；在K空间对上述各回波信号的相位进行调制，使上述各回波信号按相位差值的大小基本呈线性地排列；然后用付立叶变换重建图像。本发明可抑制磁共振图像中的伪影，提高图像质量。

Description

磁共振成像方法
(一)技术领域
本发明一种磁共振成像方法，特别是涉及一种抑制磁共振图像中伪影的方法，用于提高图像质量。
(二)背景技术
US6.037,771揭示了一种磁共振成像方法，当一个感兴趣的三维体积，例如人体组织处于一个磁共振系统的静态磁场B0中，该组织中的自旋磁矩会顺着该磁场B0排列。如有外加磁场B1，则它们会以拉莫(Larmor)频率按进动。当该感兴趣的三维体积被进一步施加一个射频激励磁场B1时，原来延B0排列的磁矩Mz会被转动到X-Y平面，变成横向磁矩Mt。当激励磁场B1去掉后，受激励的自旋发出一个信号，该信号被接收和处理。在上述激励磁场去掉后采集信号之前，还对上述的三维体积施加磁场梯度(Gx，Gy，Gz)，即一个读梯度Gx，一个第二相位编码梯度Gy及第一相位编码梯度Gz。对待成像区进行一系列的扫描循环，在这些循环中，上述梯度根据一特别的定位方法而改变，以确定信号的空间位置。上述扫描结果与上述受激的自旋发出的信号一起构成回波信号，该信号被采集和数字化并由计算机进行K空间付立叶变换，以便重建图像。K空间又称频率空间，原始数据矩阵的轴称为Kx和Ky，将上述矩阵分成四个象限，上述两个轴形成的平面称为K空间。
“磁共振成像中的K空间概念及其应用”，赵海涛等，中国医学影像学杂志1999年第7卷第3期，阐述了图象域与频率域之间的关系；文章也提到K-空间的轨迹及排列问题，以及与图像质量的定性关系，阐述了如何根据信号幅度、信号强度来改变K空间的Fourier线填充顺序，以改善图像的对比度。该文还公开了减少伪影的技术手段，在首次90脉冲激励之后，增加n次脉冲激励再采集多条Fourier线，并从K空间的中心开始向外对称的填充，以避免“信号强度大量不连续的现象”产生的伪影。但该文揭示的K空间的Fourier线填充顺序是与回波的信号幅度或信号强度大小相关的。
在已有技术中，有两种采集回波信号的方法。一种是对处于静磁场B0中的三维体积每激励一次采集一个回波信号，再激励一次，再采集一个回波信号，两个激发脉冲之间的时间称为重复时间(TR)，如此重复，直至采集到足够的回波信号，然后对这些信号在K空间进行付立叶变换，以便重建图像。这种方法的缺陷是，为保证图像的质量，每次激励后需要给上述感兴趣的三维体积一段磁矩恢复时间，才进行下一次激励，因而成像速度比较慢。另一种是快速回波采集方法，如图1所示，对处于静磁场B0中的三维体积每激励一次，连续采集若干回波信号，进行快速回波采集，图中仅例示出了4个这样的回波信号(1，2，3和4)，其信号强度是逐渐减弱。虽然理论上这些回波的相位是一致的，但实际上，由于磁共振系统不可能完美无缺，这些回波之间存在相位差，如图2所示，各回波信号的相位差值逐渐增大。另外，被成像对象在信号采集过程中运动也会产生上述的相差。图3和4表示现有的对上述的回波信号在K空间进行幅调制和相位调制时一种典型的对称布局，在幅调制中，第一回波信号被放置在K空间的中央，后续的三个回波分别对称地放在上述第一回波的两侧，回波信号1，2，3和4的振幅分别用11，21，31，41。在相位调制中，第一回波信号被放置在K空间的中央，后续的三个回波分别对称地放在上述第一回波的两侧，回波信号1，2，3和4的相位差分别用12，22，32，42。然后对这些信号进行包括K空间付立叶变换在内的处理，以便重建图像。虽然这种方法具有快速成像的优点，但是，磁共振成像系统不可能建造的完美无缺，由于极板和梯度线圈中的涡流存在，或其他的不完善之处，磁共振图像中存在伪影(artifact)，使图像的质量下降。所谓伪影是一种图像质量指标，是指磁共振图像中与组织的空间分布不一致的那部分信号强度。
人们试图通过改进磁共振成像系统的硬件来改善图像质量，例如采用屏蔽的梯度线圈以减少涡流的产生，这种改进是有效的，但是其缺点是制造成本增加。另一种改善图像质量的方法是降低系统的性能，例如，限制梯度线圈的最大性能，其缺点是不能充分发挥设备的性能。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种磁共振成像方法，它能减少伪影的出现，提高图像的清晰度。本发明的另一目的是提供一种减少磁共振图像中伪影的方法，在快速回波采集模式下，不需要改变磁共振成像系统的硬件，也不需要降低该系统的性能，就能减少图像中的伪影。本发明的上述目的是这样实现的，即，一种磁共振成像方法，从一个感兴趣的三维体积获得磁共振数据生成图像，包括如下步骤：(1)发出一个片选层射频激励脉冲，在上述三维体积中的一个薄片上施加一个横向的磁场；(2)产生一个第一相位编码梯度脉冲，其沿着一条穿过上述薄片的第一轴对K空间取样；(3)产生一个第二相位编码梯度脉冲，其沿着一条处于上述薄片平面上的第二轴对K空间取样；(4)采集回波信号，然后采集一个读梯度，该读梯度沿着一条处于上述薄片平面上且垂直于上述第二轴的第三轴对K空间取样；(5)重复上述步骤(2)，(3)，(4)采集若干上述回波信号，形成一回波链；本发明的特征在于：(6)在K空间对上述各回波信号的相位进行调制，使上述各回波信号按相位差值的大小基本呈线性地排列；(7)经上述步骤(6)调制的回波信号用付立叶变换重建图像。
根据本发明的一个方面，在上述调制步骤(6)中上述各回波信号按照相位差值由小到大的顺序排列，这种布局呈阶梯形式，接近线性排列，而不采用前述的对称布局。另外，在K空间对上述各回波信号的幅进行调制，其中上述各回波信号的排列顺序与上述按相位差值的排列顺序相同。
根据本发明的另一方面，在上述调制步骤(6)中上述各回波信号也可以按照相位差值由大到小的顺序排列，这种布局也呈阶梯形式，接近线性排列。同样，在K空间对上述各回波信号的幅进行调制，其中上述各回波信号的排列顺序与上述按相位差值的排列顺序相同。
(四)附图说明
为便于理解本发明，下面将参照附图具体说明本发明的实施例。其中：
图1表示已有技术中在一次激励后快速采集若干回波的情况，各回波信号强度基本上依次衰减；
图2表示图1所示的采集到的各个回波信号的相位差值，后续回波信号的相位差越来越大；
图3表示一种现有的K空间回波信号调制方法，在幅调制后形成一个典型的对称布局；
图4表示按图3所述的方法，回波信号相应地进行相位调制后，形成的一种对称布局；
图5表示本发明方法的一个实施例中，在K空间重新安排回波信号序列，各回波信号按其相位差值由小到大的顺序基本呈线性排列；
图6表示图5所示的实施例中各回波信号也相应地进行了幅调制；
图7表示已有的回波对称排列模式下得到的图像A与本发明的回波按相位差线性排列后得到的图像B，图像B中伪影明显减少，图像质量改善。
(五)具体实施方式
根据本发明方法的一个实施例的磁共振成像方法，将一个感兴趣的三维体积放到磁共振成像系统的静态磁场B0中，再施加一个射频激励磁场，射频激励磁场去掉后，受激的自旋发出磁共振信号，在三个相互正交的方向上分别产生相位编码梯度，对磁共振信号进行编码，然后接收这些回波信号，在K空间对上述回波信号进行付立叶变换，从而得到图像。具体步骤是，(1)发出一个片选层射频激励脉冲，在上述三维体积中的一个薄片上施加一个横向的磁场；(2)产生一个第一相位编码梯度脉冲，其沿着一条穿过上述薄片的第一轴对K空间取样；(3)产生一个第二相位编码梯度脉冲，其沿着一条处于上述薄片平面上的第二轴对K空间取样；(4)采集回波信号，然后采集一个读梯度，该读梯度沿着一条处于上述薄片平面上且垂直于上述第二轴的第三轴对K空间取样；(5)重复上述步骤(2)，(3)，(4)多次采集若干上述回波信号，形成一回波链。上述技术属于已知的多次回波采集技术，在此不作赘述。
如图5和6所示，本发明的方法的改进之处在于，在K空间重新安排回波信号序列。具体做法是，在K空间对上述各回波信号调制，使上述各回波信号按相位差值由小到大的顺序基本呈线性地排列。为便于理解，先回顾图2，在一个回波链中，由于各个回波信号是由多回波采集技术在不同的时间和不同的条件(例如残留磁场影响)下采集的，各回波都具有一定的相位差，第一个回波信号1的相位差12最小，第二个回波信号2的相位差22稍大，第三个回波信号3的相位差32更大，第四个回波信号4的相位差42最大，其规律是越晚采集的回波信号的相位差越大。多回波采集技术在一次射频激励后可采集更多回波而不限于上述的四个。通过改变软件，可以改变K空间中各个回波信号的排列顺序。在图5所示的实施例中，将各回波信号按照其相位差值由小到大的顺序重新排布，使各回波的相位差的顺序接近线性地排列。从左至右，回波信号1的相位差12最小安排在最左，第二个回波信号2的相位差22稍大位列左起第二，第三个回波信号3的相位差32更大位列左起第三，第四个回波信号4的相位差42最大位于右端，按照这种排列，各回波信号的相位移动呈阶梯递增形式排列，如图中虚线所示接近线性关系。
图6表示出各回波信号的幅调制的情况，可以看到各回波的排列顺序与图5的顺序相同。从左至右，回波信号1的振幅11安排在最左，第二个回波信号2的振幅21位列左起第二，第三个回波信号3的振幅31位列左起第三，第四个回波信号4的振幅41位于右端。然后这些回波信号用付立叶变换重建图像。
在回波链中，各回波信号之间的相位差过大是导致磁共振图像中出现的伪影的一个重要原因，已知这些相位差是由于系统不完善和涡流等造成的，故以前的改进方案也针对上述问题而来。本发明人发现，如果上述各回波信号之间的相位移动接近线性，那么上述相位差将只会引起图像移动若干像素，而不会产生伪影或拖尾，降低图像质量。本发明是基于这一发现作出的。
根据本发明方法的另一个实施例中(未图示出)，与前一实施例相反，将各个回波信号按照其相位差值由大到小的顺序重新排布，各回波信号的相位移动呈阶梯递减形式排列，同样可以使各个回波信号按相位差接近线性地排列。同时各回波信号的幅调制中，各回波的排列顺序也相应地变化。在该实施例中，其他的技术特征与前一实施例完全相同，不再赘述。
图7表示已有的回波对称排列模式下得到的图像A与本发明的回波按相位差线性排列后得到的图像B。这种比较显示，本发明在提高磁共振图像质量方面的显著效果。图像A是由已有技术得到的，图中可以看到存在严重的伪影。而图像B中伪影明显减少，特别是图像的边缘附近边界清晰得多，图像质量得到很大改善。
根据本发明，不需要改变磁共振系统的硬件设计，只要对系统的部分软件进行修改，就能够减少伪影，提高图像质量，因而采用本发明技术方案的成本较低，并可以在短时间内将改进的磁共振系统投入市场。

Claims (5)

1.一种磁共振成像方法，从一个感兴趣的三维体积获得磁共振数据生成图像，包括如下步骤：
(1)发出一个片选层射频激励脉冲，在上述三维体积中的一个薄片上施加一个横向的磁场；
(2)产生一个第一相位编码梯度脉冲，其沿着一条穿过上述薄片的第一轴对K空间取样；
(3)产生一个第二相位编码梯度脉冲，其沿着一条处于上述薄片平面上的第二轴对K空间取样；
(4)采集回波信号，然后采集一个读梯度，该读梯度沿着一条处于上述薄片平面上且垂直于上述第二轴的第三轴对K空间取样；
(5)重复上述步骤(2)，(3)，(4)采集若干上述回波信号，形成一回波链；
其特征在于：
(6)在K空间对上述各回波信号的相位进行调制，使上述各回波信号按相位差值的大小基本呈线性地排列；
(7)经上述步骤(6)调制的回波信号用付立叶变换重建图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在上述步骤(6)中上述各回波信号按照相位差值由小到大的顺序排列。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在上述步骤(6)中进一步包括，在K空间对上述各回波信号的幅进行调制，其中上述各回波信号的排列顺序与上述按相位差值的排列顺序相同。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在上述步骤(6)中上述各回波信号按照相位差值由大到小的顺序排列。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在上述步骤(6)中进一步包括，在K空间对上述各回波信号的幅进行调制，其中上述各回波信号的排列顺序与上述按相位差值的排列顺序相同。
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