CN102073025B - 一种mri系统中正交线圈输出信号的合成重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MRI系统中正交线圈输出信号的合成重建方法，特征在于：通过以下步骤实现：步骤一、采集MRI系统中正交线圈的两路输出信号，步骤二、对正交线圈I路和Q路的原始输出信号S₁、S₂进行筛查，剔除增益溢出的层，步骤三、对第一信号进行分析，找出第一信号中最大信号数据所在位置，步骤四、找出第一信号里面模值为最大值的信号数据的的半高宽范围，步骤五、分别求出第一信号与第二信号在步骤四中找出的半高宽范围内各点位置上信号数据的相位差，平均后得到最终相位差，步骤六、使用步骤五得出的最终相位差对I路原始输出信号和Q路原始输出信号进行合成重建，得到最终图像。与现有技术相比，采用本发明方法合成重建后的图像效果比较理想。

Description

一种MRI系统中正交线圈输出信号的合成重建方法

技术领域

本发明涉及一种MRI系统中正交线圈输出信号的合成重建方法。

背景技术

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，简称MRI)是医学影像中的一种高新技术，它是利用磁场和射频脉冲使生物体内的氢核共振产生信号，经计算机处理而成像的。自20世纪70年代问世以来，MRI技术飞速发展，由于其具有分辨率高、成像参数多、可任意层面断层成像、无电离辐射等特点，目前已经成为影像学检查中最先进的工具之一，广泛应用于临床对人体各系统的检查。2003年，发明了磁共振成像技术的保罗·C·劳特伯(Paul C.Lauterbur)和皮特·曼斯菲尔德(Peter Mansfield)获得了诺贝尔生理或医学奖。

MRI系统中当采用正交线圈来提高接收通道的性能时，其合成方法对整体效果有很大的影响。由于在一般情况下正交线圈的两路信号的相位差并不完全固定，故需要一种有效的方法来求得合适的相位差，得到最佳的合成效果。

现有的正交线圈合成方法主要有两种：

一种是硬件合成，也就两路信号采集后，一路信号通过一个移相装置移相90度，然后两路信号直接相加输出，重建后得到最终图像。该方法比较死板，当实际两路信号的相差达不到或者超过90度时，并不能获得最佳的合成效果。

另一种是在模拟信号转换为数字信号完成之后，先计算出每个扫描层面所对应的两路信号的信噪比，确定两路信号加权因子，然后再进行合成，例如申请号为200710044568的中国发明专利公布的一种磁共振正交线圈成像的数字合成方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种新的、能自适应地主动提取两路信号相位差的MRI系统中正交线圈输出信号的合成重建方法，经该方法合成重建后的图像效果比较理想。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该MRI系统中正交线圈输出信号的合成重建方法，其特征在于：通过以下步骤实现

步骤一、采集MRI系统中正交线圈的两路输出信号：

将MRI系统中的正交线圈分别记为I路和Q路，将正交线圈I路和Q路感应到的磁共振信号分别经过各自的接收机进行放大和采集，分别得到正交线圈I路的原始输出信号S₁和正交线圈Q路的原始输出信号S₂；

步骤二、对正交线圈I路和Q路的原始输出信号S₁、S₂进行筛查，剔除增益溢出的层：

首先预先设定一个信号增益溢出的阈值；

然后，对I路原始输出信号S₁中的每层数据进行分析，如果发现I路原始输出信号S₁中某一层中的任意一个数据的实部或虚部的数值大于所述阈值，则判断I路原始输出信号S₁中的该层为增益溢出层，并将I路原始输出信号S₁中涉及该增益溢出层的所有数据均剔除，同时还将Q路原始输出信号S₂中与该增益溢出层相对应的同一层的所有数据也剔除；将I路原始输出信号S₁中增益未溢出的层的所有信号记为第一信号；

最后，对Q路原始输出信号S₂中的每层数据进行分析，如果发现Q路原始输出信号S₂中某一层中的任意一个数据的实部或虚部的数值大于所述阈值，则判断Q路原始输出信号S₂中的该层为增益溢出层，并将Q路原始输出信号S₂中涉及该增益溢出层的所有数据均剔除，同时还将I路原始输出信号S₁中与该增益溢出层相对应的同一层的所有数据也剔除；将Q路原始输出信号S₂中增益未溢出的层的所有信号记为第二信号；

步骤三、对第一信号进行分析，找出第一信号中最大信号数据所在位置：

对第一信号进行分析，找出第一信号里面模值为最大值的信号数据所在的层数及该信号数据在所述层数中的具体位置，将第一信号里面模值为最大值的信号数据记为|S₁|_max；

步骤四、找出第一信号里面模值为最大值的信号数据的的半高宽范围：

在第一信号里面，以第一信号里面模值为最大值的信号数据|S₁|_max为中心，在这个信号数据所在的相位编码线上向两侧逐点检测，先向起始方向检测，如果某个信号数据S₁(j)的模值大于

并且该信号数据上一个信号数据S₁(j-1)的模值小于

即

$\left|S_1\left(j\right)\right|>\frac{{\left|S_1\right|}_{\max }}{2},$ 且 $\left|S_1(j-1)\right|<\frac{{\left|S_1\right|}_{\max }}{2}$

则把j点所在位置设为第一信号里面模值为最大值的信号数据的半高宽的起始位置；

然后，再向结束方向检测，如果某个信号数据S₁(k)的模值大于

并且该信号数据下一个信号数据S₁(k+1)的模值小于

即

$\left|S_1\left(k\right)\right|>\frac{{\left|S_1\right|}_{\max }}{2},$ 且 $\left|S_1(k+1)\right|<\frac{{\left|S_1\right|}_{\max }}{2}$

则把k点所在位置设为第一信号里面模值为最大值的信号数据的半高宽的结束位置，从而确定第一信号里面模值为最大值的信号数据的半高宽范围为S₁(j)到S₁(k)；

步骤五、分别求出第一信号与第二信号在步骤四中找出的半高宽范围内各点位置上信号数据的相位差，平均后得到最终相位差：

将第一信号中与第二信号中，处于步骤四中找出的半高宽范围内同一位置的信号数据分别记为S₁(x)＝a+bi；S₂(x)＝c+di，其中j≤x≤k

则第一信号中与第二信号中，处于第x位置处的信号数据的相位差为

$\arctan \left(\frac{\mathrm{bc}-\mathrm{ad}}{\mathrm{ac}+\mathrm{bd}}\right);$

求出步骤四中找出的半高宽范围内第一信号与第二信号中相对应的各点位置的相位差，然后取平均值，并将该平均值作为I路原始输出信号与Q路原始输出信号的最终相位差θ；

步骤六、使用步骤五得出的最终相位差对I路原始输出信号和Q路原始输出信号进行合成重建，得到最终图像：

I路原始输出信号和Q路原始输出信号进行合成后的信号为S＝S₁+S₂e^iθ，然后对S做二维傅立叶变换就得到了最终图像。

与现有技术相比，本发明的优点在于：能根据实际情况自适应计算正交线圈两路输出信号的相位差，然后再根据该相位差进行合成重建，从而得到最终图像，经该方法合成重建后的图像效果比较理想。

附图说明

图1为本发明实施例中MRI系统中正交线圈输出信号的合成重建方法的流程图。

图2为本发明实施例中步骤三的流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

请参见图1所示的MRI系统中正交线圈输出信号的合成重建方法，其包括以下六个步骤：

步骤一、采集MRI系统中正交线圈的两路输出信号：

将MRI系统中的正交线圈分别记为I路和Q路，将正交线圈I路和Q路感应到的磁共振信号分别经过各自的接收机进行放大和采集，分别得到正交线圈I路的原始输出信号S₁和正交线圈Q路的原始输出信号S₂；

I路原始输出信号S₁和Q路原始输出信号S₂均是一个二维数据集合，如果各自接收机获得的磁共振信号包含n层，那么I路原始输出信号S₁即为一个包含有n层的二维信号数据集合，每一层又包含有多个表示不同位置点的信号数据；Q路原始输出信号S₂也是一样；

步骤二、对正交线圈I路和Q路的原始输出信号S₁、S₂进行筛查，剔除增益溢出的层：

首先预先设定一个信号增益溢出的阈值，这个阈值可以根据不同的MRI系统设定不同的值，目前常规MRI系统的阈值一般取31000，由于普通MRI系统中通过接收机数模转换后原始信号的最大值为32767，大于该数值时会出现信号的截顶，且大于32000时就是信号的非线性区域，因此本实施例中给出阈值31000可以确保所处理的信号的准确性，当然这个值是可以调整的；

然后，对I路原始输出信号S₁中的每层数据进行分析，如果发现I路原始输出信号S1中某一层中的任意一个数据的实部或虚部的数值大于所述阈值，则判断I路原始输出信号S₁中的该层为增益溢出层，并将I路原始输出信号S₁中涉及该增益溢出层的所有数据均剔除，同时还将Q路原始输出信号S₂中与该增益溢出层相对应的同一层的所有数据也剔除；将I路原始输出信号S₁中增益未溢出的层的所有信号记为第一信号；

最后，对Q路原始输出信号S₂中的每层数据进行分析，如果发现Q路原始输出信号S₂中某一层中的任意一个数据的实部或虚部的数值大于所述阈值，则判断Q路原始输出信号S₂中的该层为增益溢出层，并将Q路原始输出信号S₂中涉及该增益溢出层的所有数据均剔除，同时还将I路原始输出信号S₁中与该增益溢出层相对应的同一层的所有数据也剔除；将Q路原始输出信号S₂中增益未溢出的层的所有信号记为第二信号；

步骤三、对第一信号进行分析，找出第一信号中最大信号数据所在位置：

对第一信号进行分析，找出第一信号里面模值为最大值的信号数据所在的层数及该信号数据在所述层数中的具体位置，将第一信号里面模值为最大值的信号数据记为|S₁|_max，具体流程如下：

3-1、开始

3-2、层数赋值为1，模的最大值赋值为0；

3-3、判断当前层是否超过总层数，如是，转入3-8；如不是，进入3-4；

3-4、判断当前层是否为增益溢出层，如是，将层数加1，返回3-3；如不是，进入3-5；

3-5、找出该层信号里面模值为最大值的信号数据；

3-6、判断上述模值是否大于之前信号模值的最大值，如是，进入3-7；如不是，将层数加1，返回3-3；

3-7、记录该信号模的最大值，并该信号所处的位置，同时将层数加1，返回3-3；

3-8、结束

步骤四、找出第一信号里面模值为最大值的信号数据的半高宽范围：

由于小于半高宽位置处的信号噪声较大，相位波动较大，处理结果准确率较低，所以本实施例取半高宽范围内的信号进行分析；

在第一信号里面，以第一信号里面模值为最大值的信号数据|S₁|_max为中心，在这个信号数据所在的相位编码线上向两侧逐点检测，先向起始方向检测，如果某个信号数据S₁(j)的模值大于

并且该信号数据上一个信号数据S₁(j-1)的模值小于

即

$\left|S_1\left(j\right)\right|>\frac{{\left|S_1\right|}_{\max }}{2},$ 且 $\left|S_1(j-1)\right|<\frac{{\left|S_1\right|}_{\max }}{2}$

则把j点所在位置设为第一信号里面模值为最大值的信号数据的半高宽的起始位置；

然后，再向结束方向检测，如果某个信号数据S₁(k)的模值大于

并且该信号数据下一个信号数据S₁(k+1)的模值小于

即

$\left|S_1\left(k\right)\right|>\frac{{\left|S_1\right|}_{\max }}{2},$ 且 $\left|S_1(k+1)\right|<\frac{{\left|S_1\right|}_{\max }}{2}$

则把k点所在位置设为第一信号里面模值为最大值的信号数据的半高宽的结束位置，从而确定第一信号里面模值为最大值的信号数据的半高宽范围为S₁(j)到S₁(k)；

步骤五、分别求出第一信号与第二信号在步骤四中找出的半高宽范围内各点位置上信号数据的相位差，平均后得到最终相位差：

将第一信号中与第二信号中，处于步骤四中找出的半高宽范围内同一位置的信号数据分别记为S₁(x)＝a+bi；S₂(x)＝c+di，其中j≤x≤k

则第一信号中与第二信号中，处于第x位置处的信号数据的相位差为 $\arctan \left(\frac{\mathrm{bc}-\mathrm{ad}}{\mathrm{ac}+\mathrm{bd}}\right);$

求出步骤四中找出的半高宽范围内第一信号与第二信号中相同位置相对应的各点的相位差，然后取平均值，并将该平均值作为I路原始输出信号与Q路原始输出信号的最终相位差θ；

步骤六、使用步骤五得出的最终相位差对I路原始输出信号和Q路原始输出信号进行合成重建，得到最终图像：

I路原始输出信号和Q路原始输出信号进行合成后的信号为S＝S₁+S₂×e^iθ，然后对S做二维傅立叶变换就得到了最终图像。

Claims (1)

1.一种MRI系统中正交线圈输出信号的合成重建方法，其特征在于：通过以下步骤实现：

步骤一、采集MRI系统中正交线圈的两路输出信号：

将MRI系统中的正交线圈分别记为I路和Q路，将正交线圈I路和Q路感应到的磁共振信号分别经过各自的接收机进行放大和采集，分别得到正交线圈I路的原始输出信号S₁和正交线圈Q路的原始输出信号S₂；

步骤二、对正交线圈I路和Q路的原始输出信号S₁、S₂进行筛查，剔除增益溢出的层：

首先预先设定一个信号增益溢出的阈值；

然后，对I路原始输出信号S₁中的每层数据进行分析，如果发现I路原始输出信号S₁中某一层中的任意一个数据的实部或虚部的数值大于所述阈值，则判断I路原始输出信号S₁中的该层为增益溢出层，并将I路原始输出信号S₁中涉及该增益溢出层的所有数据均剔除，同时还将Q路原始输出信号S₂中与该增益溢出层相对应的同一层的所有数据也剔除；将I路原始输出信号S₁中增益未溢出的层的所有信号记为第一信号；

最后，对Q路原始输出信号S₂中的每层数据进行分析，如果发现Q路原始输出信号S₂中某一层中的任意一个数据的实部或虚部的数值大于所述阈值，则判断Q路原始输出信号S₂中的该层为增益溢出层，并将Q路原始输出信号S₂中涉及该增益溢出层的所有数据均剔除，同时还将I路原始输出信号S₁中与该增益溢出层相对应的同一层的所有数据也剔除；将Q路原始输出信号S₂中增益未溢出的层的所有信号记为第二信号；

步骤三、对第一信号进行分析，找出第一信号中最大信号数据所在位置：

对第一信号进行分析，找出第一信号里面模值为最大值的信号数据所在的层数及该信号数据在所述层数中的具体位置，将第一信号里面模值为最大值的信号数据记为|S₁|_max；

步骤四、找出第一信号里面模值为最大值的信号数据的的半高宽范围：

在第一信号里面，以第一信号里面模值为最大值的信号数据|S₁|_max为中心，在这个 信号数据所在的相位编码线上向两侧逐点检测，先向起始方向检测，如果某个信号数据S₁(j)的模值大于 

并且该信号数据上一个信号数据S₁(j-1)的模值小于 

即

且

则把j点所在位置设为第一信号里面模值为最大值的信号数据的半高宽的起始位置；

然后，再向结束方向检测，如果某个信号数据S₁(k)的模值大于 

并且该信号数据下一个信号数据S₁(k+1)的模值小于 

即

且

则把k点所在位置设为第一信号里面模值为最大值的信号数据的半高宽的结束位置，从而确定第一信号里面模值为最大值的信号数据的半高宽范围为S₁(j)到S₁(k)；

步骤五、分别求出第一信号与第二信号在步骤四中找出的半高宽范围内各点位置上信号数据的相位差，平均后得到最终相位差：

将第一信号中与第二信号中，处于步骤四中找出的半高宽范围内同一位置的信号数据分别记为S₂(x)＝a+bi；S₂(x)＝c+di，其中j≤x≤k；

则第一信号中与第二信号中，处于第x位置处的信号数据的相位差为 

求出步骤四中找出的半高宽范围内第一信号与第二信号中相对应的各点位置的相位差，然后取平均值，并将该平均值作为I路原始输出信号S₁与Q路原始输出信号S₂的最终相位差θ；

步骤六、使用步骤五得出的最终相位差θ对I路原始输出信号S₁和Q路原始输出信号S₂进行合成重建，得到最终图像：

I路原始输出信号S₁和Q路原始输出信号S₂进行合成后的信号为S＝S₁+S₂×e^iθ， 然后对S做二维傅立叶变换就得到了最终图像。 

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