CN102232849A - 一种动态频率漂移校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁共振成像技术领域，并提供了一种用于二项式水激励方法的动态频率漂移校正方法，该方法包括：磁共振成像设备采集参考一维导航信号；在扫描了N幅图像之后，采集一个当前的一维导航信号，其中N为正整数；根据所述参考一维导航信号和所述当前的一维导航信号，计算频率漂移；磁共振成像设备根据所述频率漂移，计算并设置下一个射频信号的初始相位。由于本发明在扫描期间通过一维导航信号实时计算主磁场频率漂移，并校正射频信号的相位，从而确保梯度场的方向始终与脂肪质子自旋形成的平面相互垂直，在激励之后只留有水的信号，以得到水的图像。

Description

一种动态频率漂移校正方法

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术领域，特别是一种用于二项式水激励方法的动态频率漂移校正方法。

背景技术

在磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)中，由于人体内脂肪组织中的氢质子和其它组织中的氢质子所处的分子环境不同，使得它们的共振频率不相同；当脂肪和其它组织的氢质子同时受到射频脉冲激励后，它们的弛豫时间也不一样。在不同的回波时间采集信号，脂肪组织和非脂肪组织表现出不同的相位以及信号强度。

在磁共振成像领域中，通常可以采用脂肪饱和、翻转恢复、水脂分离等方法来抑制脂肪信号。在脂肪饱和方法中，磁共振成像设备选择一定频率的射频(RF)脉冲，使用该RF脉冲将脂肪信号翻转到横向平面，然后施加破坏梯度，从而在成像RF脉冲之前消除脂肪信号。在翻转恢复方法中，磁共振成像设备使用一个180度脉冲将所有信号翻转到负极轴上，在弛豫时间(TI)之后当脂肪信号恢复到纵轴上零点时，施加成像RF脉冲，获取没有脂肪信号的图像。在例如狄克逊(Dixon)法等的水脂分离方法中，磁共振成像设备使用具有不同回波时间(TE)的多幅图像来进行水脂分离计算。

脂肪饱和方法可以用于自旋回波序列和梯度回波序列，但是不能用于低磁场MRI系统，这是因为在低磁场MRI系统中存在由化学位移引起的少量频率偏置。翻转恢复广泛应用于各种序列，该方法产生的图像的信噪比(SNR)较低，但是扫描时间较长。

二项式水激励方法是一种折中的脂肪抑制方法，能够用于各种序列，并且能够用于低场MRI系统和高场MRI系统。二项式水激励方法与脂肪饱和方法相比，具有大致相同的SNR，但是大幅降低了扫描时间。二项式水激励方法主要的问题是，对主磁场(B0)的稳定性较为敏感，这限制了二项式水激励方法在永磁体MRI系统中的应用。

对于二项式水激励方法，可以用频率定位(frequency scout)技术来寻找最佳的静态频率偏置，补偿主磁场的不均匀性，以求更好地抑制脂肪。但是，频率定位不能解决主要由于磁体材料温度上升引起的主磁场频率漂移问题。

在申请人为西门子公司(Siemens Aktiengesellschaft)的中国专利申请200510068442.0“在磁共振光谱学试验中动态检测磁共振频率的方法”中，提出了一种用于在磁共振光谱学试验中对磁共振频率进行动态频率检测的方法，该方法包括：通过在多个依次进行的序列流程的每一个序列流程中在分别相同的时刻测量导航信号，并且通过对这些导航信号的比较确定磁共振频率的频率漂移，在此基础上针对所测量的频率漂移校正从每个序列流程中得到的相应各个频谱。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种能够用于二项式水激励方法的动态频率漂移校正方法，用以校正由于磁体材料温度上升引起的主磁场频率漂移。

因此，本发明提供了一种动态频率漂移校正方法，该方法包括：

磁共振成像设备采集参考一维导航信号；

在扫描了N幅图像之后，采集一个当前的一维导航信号，其中N为正整数；

根据所述参考一维导航信号和所述当前的一维导航信号，计算频率漂移；

磁共振成像设备根据所述频率漂移，计算并设置下一个射频信号的初始相位。

优选地，该方法进一步包括：磁共振成像设备发射具有所述初始相位的下一个射频信号。

优选地，根据以下公式计算所述频率漂移，

$\mathrm{\Δf}\left(n\right)=\frac{\mathrm{angle}\left(\underset{k_x}{\mathrm{\Σ}}(S(n,k_x)\·\mathrm{conj}\left(S(0,k_x)\right))\right)}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{TE}}$

其中，Δf(n)为频率漂移，S(n，k_x)为所述当前的一维导航信号，S(0，k_x)为所述参考一位导航信号，angle()为相位算子，conj()为共轭算子，k_x为频率编码，TE为回波时间。

优选地，根据以下公式计算所述初始相位，

θ(n)＝Δf(n)·τ

其中，θ(n)为初始相位，Δf(n)为频率漂移，τ为一组射频脉冲中第一个射频脉冲与所述下一个射频脉冲之间的时间间隔。

在上述技术方案中，该方法进一步包括判断是否要采集当前的一维导航信号的步骤。

优选地，该方法进一步包括：对于一组射频脉冲，利用所述参考一维导航信号和前一个一维导航信号计算频率漂移，并计算和设置下一个射频信号的初始相位。

从上述方案中可以看出，由于本发明在扫描期间通过一维导航信号实时计算主磁场频率漂移，并校正射频信号的相位，从而消除了由于主磁场频率漂移所引起的问题(梯度场的方向没有始终与脂肪质子自旋形成的平面相互垂直)。根据本发明的技术方案，能够动态实时地修改多项式水激励方法中第二个射频脉冲、以及(如果存在的话)以后的射频脉冲的初始相位，从而确保梯度场(B1)的方向始终与脂肪质子自旋形成的平面相互垂直，在激励之后只留有水的信号，以得到水的图像。

附图说明

图1A和图1B为二项式水激励的梯度回波(GRE)序列的示意图。

图2为根据本发明一个实施例的动态频率漂移校正方法的流程示意图。

图3为根据本发明另一个实施例的动态频率漂移校正方法的流程示意图。

图4A为根据常规方法得到的图像，图4B为根据本发明方法得到的图像。

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，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

首先简单描述一下二项式水激励方法的序列。在二项式水激励方法的每组RF脉冲中，各个RF脉冲的幅值比为二项式系数，例如1-1、1-2-1、1-3-3-1、1-4-6-4-1、……。

图1A和图1B中，RF表示射频脉冲，RO表示读出梯度。出于简明的目的，图1A和图1B中未示出选层梯度和相位编码梯度。

图1A示出的是1-1二项式水激励方法的GRE序列的示意图。如图1A所示，每组脉冲中的第一个射频脉冲RF_1与第二个射频脉冲RF_2的幅值比为1∶1。图1B示出的是1-2-1二项式水激励方法的GRE序列的示意图。如图1B所示，每组脉冲中的第一个射频脉冲RF_1、第二个射频脉冲RF_2以及第三个射频脉冲R_3的幅值比为1∶2∶1。

图1A和图1B中还示出了回波时间TE和重复时间TR，进一步还示出了每组射频脉冲中第一个射频脉冲之后的射频脉冲与第一个射频脉冲的时间间隔τ、τ₁以及τ₂等。

本发明在扫描期间利用一维(1D)导航信号(navigator)实时测量频率漂移，在导航信号扫描之后，向激励射频脉冲施加频率漂移的校正。

图2为根据本发明一个实施例的流程示意图。如图2所示，根据该实施例的方法包括如下步骤：

步骤101，磁共振成像设备在开始扫描时，采集一个参考一维导航信号S(0，k_x)所述S(0，k_x)可以用公式(1)来表示：

$S(0,k_x)=\∫\mathrm{\ρ}(x,y)\·e^{-j2\mathrm{\π}{k}_{x}x}\mathrm{dxdy}---\left(1\right)$

其中，k_x为频率编码(k空间横坐标)，ρ(x，y)为氢质子密度，x和y为图像域坐标。

步骤102，在扫描了N(N为正整数，例如16、32等)幅图像之后，采集一个当前的一维导航信号S(n，k_x)，亦即，参考一维导航信号S(0，k_x)之后的第n个一维导航信号(本实施例中，为了与后面的一维导航信号区分，参考一维导航信号可以看着第0个一维导航信号)，其中n为正整数。所述S(n，k_x)可以用公式(2)来表示：

$S(n,k_x)=\∫\mathrm{\ρ}(x,y)\·e^{-j2\mathrm{\π}{k}_{x}x}\·e^{j2{\∫}_0^{\mathrm{TE}}\mathrm{\Δf}\left(n\right)\mathrm{dt}}\mathrm{dxdy}=e^{j2\mathrm{\π}{\∫}_0^{\mathrm{TE}}\mathrm{\Δf}\left(n\right)\mathrm{dt}}\·S(0,k_x)---\left(2\right)$

其中，S(n，k_x)为第n个导航信号，TE为序列(例如梯度回波GRE序列)的回波时间，Δf(n)是在采集该1D导航信号S(n，k_x)时的频率漂移。

步骤103，根据参考一维导航信号S(0，k_x)和当前的一维导航信号S(n，k_x)，计算主磁场的频率漂移Δf(n)，准确地说，是采集所述当前的一维导航信号S(n，k_x)时的主磁场频率漂移。

根据公式(1)和公式(2)，可以推导出Δf(n)，如公式(3)所示：

$\mathrm{\Δf}\left(n\right)=\frac{\mathrm{angle}\left(\underset{k_x}{\mathrm{\Σ}}(S(n,k_x)\·\mathrm{conj}\left(S(0,k_x)\right))\right)}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{TE}}---\left(3\right)$

其中，angle()为相位算子，用于计算括号中复数的辐角；conj()为共轭算子，用于计算S(0，k_x)的共轭。

步骤104，根据频率漂移Δf(n)，计算下一个射频信号的初始相位θ(n)。

如图1A所示，假设下一个脉冲是一组射频脉冲中的第二个射频脉冲RF_2，由于第一个射频脉冲RF_1和第二个射频脉冲RF_2的时间间隔为τ，则第二个射频脉冲RF_2的初始相位可由公式(4)来计算得到：

θ(n)＝Δf(n)·τ                (4)

其中，τ为两个射频脉冲之间的时间间隔。

在图1B所示的1-2-1二项式水激励方法的序列中，第二个射频脉冲RF_2和第三个射频脉冲RF_3的初始相位也可以按照与公式(4)相似的方法计算得到，需要将公式(4)中的τ相应地替换为τ₁、τ₂。

步骤105，设置下一个射频脉冲的初始相位为上面计算得到的θ(n)，从而消除了频率漂移所造成的影响。

然后，该实施例还可以进一步包括步骤：磁共振成像设备发射上述设置了初始相位(或可称为校正了初始相位)的射频脉冲，以实现二项式水激励方法的成像。后续步骤(采集、重建等)与常规二项式水激励方法的成像过程相同，这里不再赘述。

图3示出了根据本发明另一实施例的流程示意图，该实施例考虑了整个扫描过程中的多组射频脉冲。如图3所示，根据该实施例的方法包括如下步骤：

步骤201，磁共振成像设备在开始扫描时，采集一个参考一维导航信号S(0，k_x)。所述S(0，k_x)可以用上述公式(1)来表示。

步骤202，判断是否结束扫描，如果是，则结束该实施例的流程，否则，执行步骤203及其后续步骤。

步骤203，判断是否要采集一个当前的一维导航信号，如果是，则执行步骤204及其后续步骤，否则，执行步骤207及其后续步骤。

不妨假设已经扫描了N幅图像，其中N为正整数。

步骤204，采集一个当前的一维导航信号S(n，k_x)，亦即，参考一维导航信号S(0，k_x)之后的第n个一维导航信号，其中n为正整数。所述S(n，k_x)可以用上述的公式(2)来表示。

步骤205，根据参考一维导航信号S(0，k_x)和当前的一维导航信号S(n，k_x)，利用上述公式(3)来计算主磁场的频率漂移Δf(n)，准确地说，是采集所述当前的一维导航信号S(n，k_x)时的主磁场频率漂移。

然后，根据频率漂移Δf(n)，利用上述的公式(4)，计算下一个射频信号的初始相位θ(n)。

步骤206，设置下一个射频脉冲的初始相位为上面计算得到的θ(n)，并发射上述设置了初始相位的射频脉冲。然后，继续执行步骤202的判断以及相应的后续步骤。

步骤207，由于没有采集当前的一维导航信号S(n，k_x)，所以根据参考一维导航信号S(0，k_x)和前一个一维导航信号S(n-1，k_x)，利用上述公式(3)来计算主磁场的频率漂移Δf(n-1)，准确地说，是采集前一个一维导航信号S(n-1，k_x)时的主磁场频率漂移。

然后，根据频率漂移Δf(n-1)，利用上述的公式(4)，计算下一个射频信号的初始相位θ(n-1)。

步骤208，设置下一个射频脉冲的初始相位为上面计算得到的θ(n-1)，并发射上述设置了初始相位的射频脉冲。然后，继续执行步骤202的判断以及相应的后续步骤。

在步骤207和步骤208中，磁共振成像设备对于一组射频脉冲，利用参考一维导航信号和前一个一维导航信号来计算频率漂移，并根据该频率漂移计算和设置下一个射频信号的初始相位，然后发射所述射频脉冲。因此，磁共振成像设备可以不需要对每组射频脉冲都采集当前的一维导航信号，从而使得本发明更便于实施。

本发明的上述那些实施例在扫描期间采集一维导航信号，从而可以动态实时地测量主磁场的频率漂移。根据本发明的技术方案，能够动态实时地修改第二个射频脉冲等后续射频脉冲的初始相位，从而确保梯度场(B1)的方向始终与脂肪质子自旋形成的平面相互垂直，在激励之后只留有水的信号。

图4A和图4B均为相同部位的GRE三维(3D)脂肪抑制图像中的一幅图像，其中图4A利用了常规二项式水激励方法，图4B利用了本发明提出的动态频率漂移校正方法。比较图4A和图4B可以看出，图4B中的骨髓(即，脂肪)信号远远低于图4A中的骨髓信号，而图4B中的肌肉(即，水)信号远远高于图4B中的肌肉信号，因此根据本发明校正方法得到的图像具有更高的对比度。

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。

Claims (6)

1.一种动态频率漂移校正方法，该方法包括：

磁共振成像设备采集参考一维导航信号；

在扫描了N幅图像之后，采集一个当前的一维导航信号，其中N为正整数；

根据所述参考一维导航信号和所述当前的一维导航信号，计算频率漂移；

磁共振成像设备根据所述频率漂移，计算并设置下一个射频信号的初始相位。

2.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：磁共振成像设备发射具有所述初始相位的下一个射频信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述频率漂移，

$\mathrm{\Δf}\left(n\right)=\frac{\mathrm{angle}\left(\underset{k_x}{\mathrm{\Σ}}(S(n,k_x)\·\mathrm{conj}\left(S(0,k_x)\right))\right)}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{TE}}$

其中，Δf(n)为频率漂移，S(n，k_x)为所述当前的一维导航信号，S(0，k_x)为所述参考一维导航信号，angle()为相位算子，conj()为共轭算子，k_x为频率编码，TE为回波时间。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，根据以下公式计算所述初始相位，θ(n)＝Δf(n)·τ

其中，θ(n)为初始相位，Δf(n)为频率漂移，τ为一组射频脉冲中第一个射频脉冲与所述下一个射频脉冲之间的时间间隔。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括判断是否要采集当前的一维导航信号的步骤。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：对于一组射频脉冲，利用所述参考一维导航信号和前一个一维导航信号计算频率漂移，并计算和设置下一个射频信号的初始相位。

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