CN101470180A - 磁共振成像中失真校准的方法和装置 - Google Patents

磁共振成像中失真校准的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁共振成像中失真校准方法，包括：在复数个数据读出方向上采集K空间数据，相位编码线上的采样点集中在低频区域且其数量小于满采样点的数量，并在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度，再对复数个数据读出方向上采集的K空间数据进行结合。本发明还公开了一种磁共振成像中失真校准的装置。由于在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度，可以有效地校准几何失真，同时相位编码线上的分辨率较高，仅在读出方向上提供低分辨率的内容，大大降低了最终图像的模糊程度。而且，从复数个数据读出方向采集K空间的数据，能够有效地减小对运动伪影的敏感性。综上所述，使用了本发明的方案，不仅可以对MRI图像进行几何失真的校准，还能降低图像的模糊程度，同时有效减少运动伪影。

Description

磁共振成像中失真校准的方法和装置
技术领域
本发明涉及磁共振成像(MRI，Magnetic Resonance Imaging)技术，特别是涉及一种MRI中失真校准的方法和装置。
背景技术
MRI受磁场不均匀导致的几何失真影响较大。通常，化学偏移、磁化率或体内植入的金属设备等因素导致磁场不均匀。
目前提出了一种视角倾斜(VAT，view angle tilting)方法，解决MRI图像几何失真的问题。VAT方法的基本原理在于在施加读出梯度(reading gradient)的同时在选层梯度(selection gradient)轴上叠加补偿梯度(compensation gradient)，这样视角将有轻微的倾斜。这种方法可校准几何偏移引起的所有不均匀性以及因此导致的密度变化。
VAT方法的实施虽然可以有效地校准几何失真，但是VAT方法最终的图像会出现模糊，当这种模糊比较严重，或者对于图像清晰度要求比较高的情况，此时MRI图像将无法作为诊断的依据。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种MRI中失真校准的方法，能够在校准几何失真的同时，降低图像模糊程度，并减少运动伪影。
本发明的另一目的在于提供一种与上述MRI中失真校准的方法相应的装置。
为了实现上述目的，本发明提出一种MRI中失真校准的方法包括：在复数个数据读出方向上采集K空间数据，相位编码线上的采样点集中在低频区域且其数量小于满采样点的数量，并在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度；对所述从复数个方向上采集的K空间数据进行结合，并转换为最终图像。
所述的方法进一步包括：在每个数据读出方向上采集K空间数据时，相位编码线布满K空间。
其中，所述在每个数据读出方向上采集K空间数据包括：以并行采集方式或部分傅立叶成像方式在复数个数据读出方向上采集K空间数据。
其中，所述在复数个数据读出方向上采集K空间数据包括：利用快速自旋回波序列或自旋回波序列在复数个数据读出方向上采集K空间数据。
其中，所述在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度包括：在施加读出梯度的同时，在选层梯度轴上叠加补偿梯度。
其中，所述数据读出方向的数量为N，其中N为正整数；所有数据读出方向在K空间中的旋转递进角度为π/N。
其中，所述相位编码线上的采样点与所述满采样点的数量之比为8，所述N为5。
为了实现上述目的，本发明提出一种磁共振成像中失真校准的装置包括：采集单元，用于在复数个数据读出方向上采集K空间数据，相位编码线上的采样点集中在低频区域且其数量小于满采样点的数量，并在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度；结合单元，用于对所述从复数个方向上采集的K空间数据进行结合，并转换为最终图像。
其中，所述采集单元在每个数据读出方向上采集K空间数据时，相位编码线布满K空间。
其中，所述结合单元以并行采集或部分傅立叶方式在每个数据读出方向上采集K空间数据。
其中，所述采集单元利用快速自旋回波序列或自旋回波序列在复数个数据读出方向上采集K空间数据。
其中，所述采集单元在施加读出梯度的同时，在选层梯度轴上叠加补偿梯度。
其中，所述采集单元在N个数据读出方向采集K空间的数据，其中N为正整数；且所有数据读出方向在K空间中的旋转递进角度为π/N。
由上述技术方案可以看出，在本发明中，在复数个数据读出方向上采集K空间数据，相位编码线上的采样点集中在低频区域且其数量小于满采样点的数量，并在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度，再对复数个数据读出方向上采集的K空间数据进行结合，并转换为最终图像。在本技术方案中，由于在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度，可以有效地校准几何失真，对于每个读出方向，只采集k空间中心的低频区域数据，在相位编码方向，采集满分辨率的数据，再结合多读出方向采集的技术，以笛卡尔方式采集多片数据，最后结合多片数据，以填充满整个k空间。由于在读出方向所获得的数据的分辨率比满分辨率低，由视角倾斜导致的模糊也降低，减轻了最终图像的模糊程度。在每个读出方向只获得低分辨率，通过旋转编码方向，获得所有方向的高分辨率。并且，旋转编码方向，可以减轻磁共振成像对运动的敏感性。综上所述，使用了本发明的方案，不仅可以对MRI图像进行几何失真的校准，还能降低图像的模糊程度，同时有效减少运动伪影。
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，相同的标号表示相同的部件，附图中：
图1是本发明提出的MRI中失真校准的方法的流程图；
图2是根据本发明实施例一的MRI中失真校准的方法的流程图；
图3是实施例一中在一个叶片中对K空间数据进行采集的示意图；
图4是实施例一中在复数个叶片中对K空间数据进行采集的示意图；
图5是本发明实施例二的MRI中失真校准的装置结构图；
图6是未采用VAT成像的像素形状示意图；
图7是VAT成像的像素形状示意图；
图8是采用本发明的方案的像素形状示意图；
图9是利用标准快速自旋回波(TSE，turbo spin echo)技术采集的MR图像示例；
图10是利用结合了VAT的TSE技术采集的MR图像示例；
图11利用本发明的方案采集的MR图像示例；
图12是图8至图10的图像中虚线部分像素的强度曲线比较示意图；
图13是患者口中金属假牙造成的几何失真的MR图像；
图14是利用本发明的方案采集得到的校准后的MR图像。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
发明人在发明过程中发现，对于VAT成像，数据读出(RO，readout)方向上存在倾斜的视角θ，因此VAT成像中，正常的矩形像素会失真为菱形，因此造成图像模糊，但在PE方向上没有失真。针对这种情况，发明人经过分析和实验，提出了创新性的思路，在实施VAT方案的时候，增加像素在RO方向上的厚度，同时保持像素在选层方向上的厚度，从而减少图像的模糊程度，并通过旋转编码方向，获得所有方向的高分辨率。
图1是本发明提出的MRI中失真校准的方法的流程图。如图1所示，在步骤S101，在复数个数据读出方向上采集K空间数据，相位编码线上的采样点集中在低频区域且其数量小于满采样点的数量，采集数据时，在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度；在步骤S102，对从复数个方向上采集的K空间数据进行结合，并转换为最终图像。
下面通过几个具体实施例对本发明进行详细阐述。
图2是根据本发明实施例一的MRI中失真校准的方法的流程图。如图2所示，在MRI中，进行失真校准主要包括如下步骤：
在步骤S201，在一个叶片(blade)中对K空间数据进行采集。
K空间也称为频率空间，其空间的纵横坐标分别代表在相位编码方向和频率编码方向的频率变化。图3是本实施例中在一个叶片中对K空间数据进行采集的示意图。如图3所示，在一个叶片中对K空间数据进行采集时，一个叶片包括NPE个并行的线性轨道，NPE是最后重建图像的PE线的数量。在每条相位编码线上，采集最低K空间的L个点。叶片的采集可采用自旋回波(SE，spin echo)或快速自旋回波(TSE，turbo spin echo)序列。由此可见，在每一个叶片中，RO方向上的分辨率较低，但PE方向上一个叶片的采集就覆盖了整个k空间范围，因此在PE方向上提供很高的分辨率。在本实施例中，在相位编码线上满采样点的数量和L之比为8。
在步骤S202，在选层梯度轴上叠加用于几何失真校准的梯度。
具体的方法是，在施加读出梯度的同时叠加补偿梯度，该补偿梯度施加在选层梯度轴上，优选地，其值与选层梯度值相同，这样视角将有轻微的倾斜。这种方法可校准几何偏移引起的所有不均匀性以及因此导致的图像的密度变化。
在步骤S203，在采集完一个叶片的数据之后，在K空间中以π/N的递增角度旋转叶片，其中N为叶片的数量，以相同的方式对K空间数据进行采集，直至采集完所有N个叶片的数据。
图4为本实施例中在复数个叶片中对K空间数据进行采集的示意图。如图4所示，在本实施例中，叶片的数量为5，因此，叶片需要旋转5次，也就是说，利用5个叶片对K空间的数据进行采集。
在步骤S204，对所有叶片采集的数据进行结合，生成最终的图像。
当采用在K空间结合时，将所有叶片的数据转换到K空间，将这些数据进行栅格重置(regrid)，至笛卡儿坐标系中，形成一个完整的K空间，然后通过逆傅立叶变换获得最终图像。
需要说明的是，在数据采集时，可以在每个叶片采集的同时结合部分傅立叶变换成像(partial Fourier imaging)技术或并行成像(parallel imaging)技术，从而缩短多叶片采集的采集时间。这样，整个测量时间将缩短到可以比较理想的范围内，对于T1加权图像来讲通常是2到5分钟。
本发明还提出了与上述MRI中失真校准的方法对应的装置。
图5是本发明实施例二的MRI中失真校准的装置结构图。如图5所示，该装置包括：采集单元501和结合单元502。其中，采集单元501在复数个数据RO方向上采集K空间数据，相位编码线上的采样点集中在低频区域且其数量小于满采样点的数量，并在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度；结合单元502对从复数个RO方向上采集的K空间数据进行结合，并转换为最终图像。
采集单元501在每个数据RO方向上采集K空间数据时，相位编码线布满K空间。
结合单元502在每个数据RO方向上采集K空间数据时，结合并行采集技术或部分傅立叶成像技术。
采集单元501利用TSE序列在复数个数据RO方向上采集K空间数据。
采集单元501在施加读出梯度的同时，在选层梯度轴上叠加补偿梯度，优选地，补偿梯度与选择梯度的幅度相等。
采集单元在N个数据RO方向采集K空间的数据，且所有数据RO方向在K空间中的旋转递进角度为π/N。
采用上述方法和装置，可以在有效地校准几何失真的同时，避免图像模糊。同时，由于本发明的方案采用多叶片旋转的采集方式，一个叶片采集是的出现的运动可以通过其他叶片采集时的数据来校准，因此，本发明的方案还具有运动失真校准的效果。
图6是未采用VAT成像的像素形状示意图。如图6所示，未采用VAT成像的像素形状为矩形，Δs是选层厚度，Δx＝FOVRO/NRO完整的读出分辨率，此时RO方向为完全的分辨率。
图7是VAT成像的像素形状示意图。如图7所示，由于VAT成像中，RO方向上存在倾斜的视角θ，正常的矩形像素失真为菱形，因此造成图像模糊，但在PE方向上没有失真。使用由整个体素区域分割出来的三角形阴影区域的值，可对模糊程度进行估计，表示为BR(blurring rate)。对于常规的VAT校准：
BR＝(Δs·tanθ)/(2·Δx)   (1)
其中，Δs是层厚度，Δx＝FOVRO/NRO完整的读出分辨率，θ为倾斜的视角。
图8是采用本发明的方案的像素形状示意图。如图8所示，因为所有叶片仅在每个RO方向上提供低分辨率的内容，每个PE方向上无模糊，因此最终图像的BR可以估计为：
BR≤(Δs·tanθ)/(2·r·Δx)   (2)
Δs是层厚度，Δx＝FOVRO/NRO完整的读出分辨率，θ为倾斜的视角，r为NRO/L。
另外，对于本发明的方案，模糊延展至最后重建图像中的所有方向，来自于所有叶片的平均效应，BR应仅为常规VAT校准的1/2。因此，实际的BR可能为：
BR≤(Δs·tanθ)/(2·2·r·Δx)   (3)
Δs是层厚度，Δx＝FOVRO/NRO完整的读出分辨率，θ为倾斜的视角，r为NRO/L。
由上述比较可以看出，采用本发明的方案，生成的最后图像中模糊程度仅为采用常规VAT校准后生成最后图像的模糊程度的1/(2·r)。因此，采用本发明的方案可以大大降低图像的模糊程度。
以下通过图9至图14示出本发明方案的优点。
图9是利用标准TSE采集的MR图像示例。如图9所示，标准的TSE采集的图像中存在明显的几何失真伪影。
图10是利用结合了VAT的TSE采集的MR图像示例。如图10所示，结合了VAT的TSE采集的图像中，几何失真的伪影比图9中小，但图像存在严重的模糊。
图11是利用本发明的方案采集的MR图像示例。如图11所示，本发明方案采集的图像中，几何失真的伪影比图10中小，但图像模糊的情况大为改善，与图9的图像相比，信噪比(SNR，signal to noise ratio)没有损失。
图12是图9至图11的图像中虚线部分像素的强度曲线比较示意图。在图12中，标有方块的直线表示图9的图像中虚线部分像素的强度曲线，标有星号的直线表示图10的图像中虚线部分像素的强度曲线，标有三角的直线表示图11中虚线部分像素的强度曲线。如图12所示，图10的图像中虚线部分像素的强度曲线显示像素强度的对比度很小，图11的图像中虚线部分像素的强度曲线显示像素强度的对比度较大，基本上与图9的图像中像素强度的对比度相似。
图13是患者口中金属假牙造成的几何失真的MR图像。亮箭头所指为金属假牙造成的几何失真，暗箭头所指为脉动伪影。图14是利用本发明的方案采集得到的校准后的MR图像。如图14所示，亮箭头所指的几何失真被基本上消除了，暗箭头所指的脉动伪影也减少了。因此可见，利用本发明的方案，不仅可有效地减少图像中的几何失真，保持小组织的轮廓清晰度，同时也可减少了脉动伪影。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1、一种磁共振成像中失真校准的方法，其特征在于，包括：
在复数个数据读出方向上采集K空间数据，相位编码线上的采样点集中在低频区域且其数量小于满采样点的数量，并在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度；
对所述从复数个方向上采集的K空间数据进行结合，并转换为最终图像。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在每个数据读出方向上采集K空间数据时，相位编码线布满K空间。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在每个数据读出方向上采集K空间数据包括：
以并行采集方式或部分傅立叶成像方式在复数个数据读出方向上采集K空间数据。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在复数个数据读出方向上采集K空间数据包括：
利用快速自旋回波序列或自旋回波序列在复数个数据读出方向上采集K空间数据。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度包括：
在施加读出梯度的同时，在选层梯度轴上叠加补偿梯度。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据读出方向的数量为N，其中N为正整数；
所有数据读出方向在K空间中的旋转递进角度为π/N。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述相位编码线上的采样点与所述满采样点的数量之比为8，所述N为5。
8、一种磁共振成像中失真校准的装置，其特征在于，包括：
采集单元(501)，用于在复数个数据读出方向上采集K空间数据，相位编码线上的采样点集中在低频区域且其数量小于满采样点的数量，并在选层梯度轴上叠加视角倾斜的补偿梯度；
结合单元(502)，用于对所述从复数个方向上采集的K空间数据进行结合，并转换为最终图像。
9、根据权利要求8述的装置，其特征在于，所述采集单元(501)在每个数据读出方向上采集K空间数据时，相位编码线布满K空间。
10、根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述结合单元(502)以并行采集或部分傅立叶方式在每个数据读出方向上采集K空间数据。
11、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述采集单元(501)利用快速自旋回波序列或自旋回波序列在复数个数据读出方向上采集K空间数据。
12、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述采集单元(501)在施加读出梯度的同时，在选层梯度轴上叠加补偿梯度。
13、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述采集单元(501)在N个数据读出方向采集K空间的数据，其中N为正整数；且所有数据读出方向在K空间中的旋转递进角度为π/N。
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