CN102141603A - 一种平面回波成像方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平面回波成像方法，施加射频脉冲和选层梯度后，施加连续正反向切换的读出梯度，并在每个读出梯度开始前施加一个相位编码梯度，该方法还包括：在施加相位编码梯度的同时，施加选层梯度在读出梯度的持续时间内采集扫描信号；根据所述扫描信号进行图像重建获得扫描图像。同时，本发明还公开了平面回波成像系统，采用本发明所述的方法和系统，能够避免扫描图像失真。

Description

一种平面回波成像方法和系统
技术领域
本发明涉及磁共振成像领域，特别涉及一种平面回波成像方法和系统。
背景技术
磁共振成像(MRI，Magnetic Resonance Imaging)的原理为：当施加外在磁场时，采用特定频率的射频(RF，Radio Frequency)脉冲激发被测组织内的质子，质子吸收一定的能量而发生共振，当停止发射RF脉冲后，被激发的质子将吸收的能量以扫描信号的形式逐步释放出来，对扫描信号进行采集，并采用图像重建技术对扫描信号进行处理就可获得被测组织的扫描图像。需要说明的是，信号处理的基本单位为体素，一个体素可包括一个或多个质子，在进行图像重建时，处理对象为所采集的每个体素的扫描信号。
其中，外在磁场包括主磁场和三个正交的梯度磁场，在三个正交的梯度磁场中，通常将与主磁场相同的方向定义为Z轴方向，X轴、Y轴与Z轴正交。具体来说，将沿Z轴方向的梯度磁场称为选层(SS，Slice Selection)梯度，同时，Z轴方向也可称为SS方向；将沿Y轴方向的梯度磁场称为相位编码(PE，Phase Encode)梯度，同时，Y轴方向也可称为PE方向；将沿X轴方向的梯度磁场称为频率编码梯度，在实际应用中，也将频率编码梯度称为读出(RO，Read Out)梯度，X轴方向也可称为RO方向。
随着MRI技术的发展，平面回波成像(EPI，Echo Planar Imaging)序列是目前扫描速度最快的序列，图1为现有技术中EPI序列的示意图。如图1所示，在SS方向施加选层梯度101，则SS方向上不同位置的体素具有不同的共振频率，此时使用90度的RF脉冲102选择性地激发某一频率的体素，被激发的某一频率的体素为一层面，然后在PE方向施加相位编码梯度103，则在PE方向上不同位置的体素存在相位差，同时，在RO方向施加读出梯度104，则在RO方向上不同位置的质子会以不同频率衰减。其中，EPI序列最大的特点为，读出梯度104连续正反向切换，在每个读出梯度104期间进行一个回波采集，也就是扫描信号的采集，相位编码梯度103在每个回波采集开始前施加。
然而，在实际应用中，由于涡流、主磁场不均匀或磁化率不均匀等因素的影响，会导致磁场的不均匀，体素的共振频率会发生变化，在进行频率编码和相位编码时，体素 的相位有可能出现错误，在EPI序列中，这种情况在相位编码时犹为突出，因此，采用EPI序列虽然能够进行快速成像，但是无法克服由于磁场不均匀而导致的图像失真。由此，在采用现有EPI序列进行扫描的基础上，还进行了一系列的改进，主要有下列几种改进方法：第一，采用EPI序列扫描完毕后，采用双梯度回波序列再次进行扫描，当采用双梯度回波序列扫描完毕后，可获得磁场不均匀场图，从磁场不均匀场图中可推导出每个体素在扫描图像中发生位移的像素数，然后对由EPI序列获得的扫描图像进行校正；第二，采用基于正极性相位编码梯度的EPI序列进行一次扫描，然后采用基于负极性相位编码梯度的EPI序列进行一次扫描，由此可获得两幅扫描图像，在这两幅图像中，由磁场不均匀导致的在相位编码方向上发生位移的方向是相反的，通过分别求解两幅扫描图像中每个体素在相位编码方向的体素模的积分，可推导出每个体素在扫描图像中发生位移的像素数，需要说明的是，图1所示为基于正极性相位编码梯度的EPI序列，在基于负极性相位编码梯度的EPI序列中，相位编码梯度的方向与图1所示的相位编码梯度的方向相反；第三，增大相位编码梯度的有效带宽，其中，相位编码梯度的有效带宽与每个回波采集的时间的倒数成正比，而图像的失真程度与相位编码方向的有效带宽成反比，例如，假设相位编码梯度的有效带宽为10Hz，而磁场不均匀导致的频率差(实际共振频率与均匀场共振频率差)为20Hz，那么导致的位移像素数为20/10＝2；假设相位编码梯度的有效带宽增加到20Hz，而磁场不均匀导致的频率差不变的话，那么这时导致的位移像素数便为20/20＝1。
但是，上述三种改进方法依然存在缺陷，第一种改进方法和第二种改进方法增加了扫描时间，而且在第一种改进方法中，当磁场的不均匀性比较大时，磁场不均匀场图和EPI扫描图像本身在形状上就会发生偏差，因此，从磁场不均匀场图推导出的每个质子发生位移的像素数是不准确的，在第二种改进方法中，两次扫描时的噪声是不同的，因此对两幅扫描图像中每个体素在相位编码方向进行积分时，所受噪声信号的影响不相同，这样，从两幅图像所推导出的质子发生位移的像素数是不准确的，第三种扫描方法在理论上是可以实现的，但是相位编码方向的有效带宽的最大值受到梯度系统等硬件设备的限制，不可无限增大相位编码方向的有效带宽，由此可见，这三种改进方法都不能有效地避免扫描图像失真。
发明内容
本发明提供了一种平面回波成像方法，以避免扫描图像失真。
本发明还提供了一种平面回波成像系统，以避免扫描图像失真。
一种平面回波成像方法，施加射频脉冲和选层梯度后，施加连续正反向切换的读出梯度，并在每个读出梯度开始前施加一个相位编码梯度，其特征在于，该方法还包括：
在施加相位编码梯度的同时，施加选层梯度；
在读出梯度的持续时间内采集扫描信号；
根据所述扫描信号进行图像重建获得扫描图像。
在施加相位编码梯度的同时所施加的选层梯度的幅度与相位编码梯度的幅度相等。
该方法进一步包括：按照预定要求增加相位编码梯度的有效带宽。
一种平面回波成像系统，该系统包括：一个射频脉冲施加单元、一个选层梯度施加单元、一个读出梯度施加单元、一个相位编码梯度施加单元、一个采集单元和一个重建单元；其中，
所述射频脉冲施加单元，用于施加射频脉冲；
所述读出梯度施加单元，用于施加连续正反向切换的读出梯度；
所述相位编码梯度施加单元，用于在每个读出梯度开始前施加一个相位编码梯度；
所述选层梯度施加单元；用于在施加相位编码梯度的同时，施加选层梯度；
所述采集单元，用于在读出梯度的持续时间内采集扫描信号；
所述重建单元，用于根据所述扫描信号进行图像重建获得扫描图像。
该系统进一步包括：一个有效带宽控制单元，用于按照预定要求增加相位编码梯度的有效带宽。
由上述技术方案可见，本发明所提供的平面回波成像方法和系统在施加相位编码梯度的同时，还施加了额外的选层梯度，这样，当成像时，体素在相位编码方向的投影角度发生倾斜，克服了由于磁场不均匀而导致体素的相位差出现错误的问题，能够避免扫描图像失真。
附图说明
图1为现有技术中EPI序列的示意图。
图2为本发明实施例的一种平面回波成像方法的流程图。
图3a为本发明所提供的一种EPI序列的实施例的示意图。
图3b为现有技术中基于自旋回波的EPI序列的示意图。
图3c为本发明所提供的基于自旋回波的EPI序列的示意图。
图4a为在理想情况下采用现有技术中EPI序列的成像示意图。
图4b为磁场不均匀时采用现有技术中EPI序列的成像示意图。
图4c为采用本发明所提供的EPI序列的成像示意图。
图5为本发明实施例的一种平面回波成像系统的结构图。
图6a为采用现有技术中EPI序列的实验效果图。
图6b为采用本发明所提供的EPI序列的实验效果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
图2为本发明实施例的一种平面回波成像方法的流程图。如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤101，在施加相位编码梯度的同时，施加选层梯度。
图3a为本发明所提供的一种EPI序列的实施例的示意图。与图1所示的现有技术中的EPI序列相比，在图3a中，施加相位编码梯度103的同时，在SS方向上还施加了额外的选层梯度201，额外施加的选择梯度201的持续时间与相位编码梯度103的持续时间相同，额外施加的选择梯度201的幅度可以与相位编码梯度103的幅度相同，也可以不同，其中，额外施加的选择梯度201的幅度与相位编码梯度103的幅度相同是一种最佳的实施方式。
图4a为在理想情况下采用现有技术中EPI序列的成像示意图，所述理想情况下是指磁场均匀的情况。如图4a所示，体素1、体素2和体素3为位于被测组织中三个相邻的体素，在理想情况下，当施加RF脉冲，且在SS方向施加选层梯度后，被激发的体素1、体素2和体素3位于同一层面上，当在PE方向施加相位编码梯度后，体素1、体素2和体素3具有不同的相位，也就是说，不同位置的体素存在相位差。在进行成像时，由于体素1、体素2和体素3具有不同的相位，可将体素1、体素2和体素3在扫描图像上区分出来。其中，体素1在扫描图像上的成像为像素1，体素2在扫描图像上的成像为像素2，体素3在扫描图像上的成像为像素3。图4a中用于表示像素的长方形的长度为像素的宽度大小，用于表示像素的长方形的宽度为像素的灰度大小。
图4b为磁场不均匀时采用现有技术中EPI序列的成像示意图。如图4b所示，由于磁场不均匀，体素1、体素2或体素3的共振频率会发生变化，被激发的体素1、体素2和体素3的实际位置与理想情况下的位置出现偏差。举例来说，被激发的体素1、体素2和体素3不位于同一层面，同时，在施加相位编码梯度时，体素1、体素2和体素3彼此 之间的相位差与理想情况不一致，具体地说，体素1和体素2之间的相位差变大，体素2和体素3之间的相位差变小，反映在扫描图像中，像素2与像素3部分重叠在一起，在像素2和像素3重叠的区域，灰度变亮(灰度值变大)，像素1与像素2不相邻，在像素1与像素2之间的区域，灰度变黑(灰度值变小)，从而导致扫描图像失真。
图4c为采用本发明所提供的EPI序列的成像示意图。如图4c所示，在施加相位编码梯度的同时，在选层方向上还施加了额外的选层梯度，因此，体素1、体素2和体素3在相位编码方向的投影角度发生倾斜，在进行成像时，体素1、体素2和体素3彼此之间的相位差与理想情况是一致的，从而避免了扫描图像失真。
步骤102，在读出梯度的持续时间内采集扫描信号，并进行图像重建获得扫描图像。
在本实施例中，扫描信号为回波信号。
采集扫描信号和图像重建的方法可采用现有技术的方法。
需要说明的是，由于投影角度的倾斜，有可能图像边缘会出现模糊的问题，在实际应用中，可以增加相位编码梯度的有效带宽，在实际应用中，也可把读出方向分为几部分，分几次进行激发，通常将这种读出分段的EPI序列称为基于短轴采集的分段EPI序列。需要说明的是，基于短轴采集的分段EPI序列为现有技术的内容，但是本发明所做的改进为，在施加相位编码梯度的同时，施加了选层梯度。
另外，图3a所示为基于梯度回波的EPI序列，在实际应用中，本发明所提供的方法还可应用于其他种类的EPI序列中，例如，可应用于基于自旋回波的EPI序列中。
图3b为现有技术中基于自旋回波的EPI序列的示意图，如图3b所示，在SS方向施加选层梯度101，同时使用某一特定频率的90度的RF脉冲102选择性地激发某一频率的体素，被激发的某一频率的体素为一层面，然后在PE方向施加相位编码梯度103，同时，在RO方向施加读出梯度104，当施加180度的RF脉冲105后，读出梯度104连续正反向切换，在每个读出梯度104期间进行一个回波采集，相位编码梯度103在每个回波采集开始前施加。
图3c为本发明所提供的基于自旋回波的EPI序列的示意图，如图3c所示，在施加相位编码梯度103的同时，还施加选层梯度201。
基于上述平面回波成像方法，图5为本发明实施例的一种平面回波成像系统的结构图。如图5所示，该系统包括：一个射频脉冲施加单元501、一个选层梯度施加单元502、一个读出梯度施加单元503、一个相位编码梯度施加单元504、一个采集单元505和一个 重建单元506。
其中，射频脉冲施加单元501施加射频脉冲；读出梯度施加单元503施加连续正反向切换的读出梯度；相位编码梯度施加单元504在每个读出梯度开始前施加一个相位编码梯度；选层梯度施加单元502在施加相位编码梯度的同时，施加选层梯度；采集单元505在读出梯度的持续时间内采集扫描信号；重建单元506根据扫描信号进行图像重建获得扫描图像。
该系统进一步包括：一个有效带宽控制单元507，用于按照预定要求增加相位编码梯度的有效带宽。
本发明所提供的一种平面回波成像系统的实施例的具体说明请参照图2所示方法实施例中的相应说明，此处不再赘述。
采用本发明所提供的方法和系统，可避免扫描图像失真。图6a为采用现有技术中EPI序列的实验效果图，扫描对象为水模，箭头所示区域为水模中的溶液和空气的分界面，由于二者的磁化率不同，因此在图像在二者的分界面上出现失真。图6b为采用本发明所提供的EPI序列的实验效果图，通过对比图6a和图6b，可以看出，采用本发明所提供的方法和系统，可避免扫描图像失真。
可见，基于上述平面回波成像方法和系统，在施加相位编码梯度的同时，施加了额外的选层梯度，从而，使得体素在相位编码方向的投影角度发生倾斜，克服了由于磁场不均匀而导致体素的相位差出现错误的问题，避免了扫描图像失真。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种平面回波成像方法，施加射频脉冲和选层梯度后，施加连续正反向切换的读出梯度，并在每个读出梯度开始前施加一个相位编码梯度，该方法还包括：
在施加相位编码梯度的同时，施加选层梯度；
在读出梯度的持续时间内采集扫描信号；
根据所述扫描信号进行图像重建获得扫描图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在施加相位编码梯度的同时所施加的选层梯度的幅度与相位编码梯度的幅度相等。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：增加相位编码梯度的有效带宽。
4.一种平面回波成像系统，该系统包括：一个射频脉冲施加单元(501)、一个选层梯度施加单元(502)、一个读出梯度施加单元(503)、一个相位编码梯度施加单元(504)、一个采集单元(505)和一个重建单元(506)；其中，
所述射频脉冲施加单元(501)，用于施加射频脉冲；
所述读出梯度施加单元(503)，用于施加连续正反向切换的读出梯度；
所述相位编码梯度施加单元(504)，用于在每个读出梯度开始前施加一个相位编码梯度；
所述选层梯度施加单元(502)；用于在施加相位编码梯度的同时，施加选层梯度；
所述采集单元(505)，用于在读出梯度的持续时间内采集扫描信号；
所述重建单元(506)，用于根据所述扫描信号进行图像重建获得扫描图像。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：一个有效带宽控制单元(507)，用于增加相位编码梯度的有效带宽。
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