CN102778662A - 用于对扩散加权回波平面成像中高阶涡流引起的失真进行预期校正的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明名称为“用于对扩散加权回波平面成像中高阶涡流引起的失真进行预期校正的系统和方法”。一种计算机，编程为从校准扫描获取校准数据，该校准数据配置成表征成像系统的高阶涡流(HOEC)生成的磁场误差。该计算机还编程为处理校准数据以生成多个基系数和多个时间常数，并且基于多个基系数、多个时间常数和给定脉冲序列中的梯度波形来计算多个基校正系数。该计算机还编程为执行扩散加权的成像扫描，该扩散加权的成像扫描包括施加DW-EPI脉冲序列以从成像的受检者获取MR数据和基于获取的MR数据的图像重构。该计算机还编程为在施加DW-EPI脉冲序列期间施加HOEC生成的磁场误差校正，该DW-EPI脉冲序列配置成减少重构的图像中的HOEC引起的失真。

Description

用于对扩散加权回波平面成像中高阶涡流引起的失真进行预期校正的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请是2011年4月19日提交的美国临时专利申请序列号61/476,936的非临时申请且要求其优先权，该美国临时专利申请的公开通过引用并入本文。

技术领域

本发明的实施例一般涉及磁共振(MR)成像，以及更具体来说，涉及校正扩散加权回波平面成像中的高阶涡流引起的失真。

背景技术

当如人体组织的物质受到均匀磁场(极化场B₀)时，该组织中的自旋的单独磁矩尝试与此极化场对齐，但是按它们的特征拉莫尔频率以随机次序绕着它旋进。如果该物质或组织受到位于x-y平面中且接近拉莫尔频率的磁场(激发场B₁)，则可以使对齐的净磁矩或“纵向磁化”M_Z旋转或“倾斜”到x-y平面中以生成净横向磁矩M_t。在激发信号B₁终止之后，激发的自旋发射一个信号，并且可接收及处理此信号以形成图像。

当利用这些信号来生成图像时，采用磁场梯度(G_x、G_y和G_z)。通常，通过测量周期的序列扫描要成像的区域，在测量周期的序列中，这些梯度会根据使用的具体局部化方法有所改变。将最终接收的NMR信号集合数字化并处理以使用多种公知的重构技术之一来重构图像。

众所周知，扩散加权回波平面成像(DW-EPI)常常遭受扩散梯度生成的涡流场所导致的扩散编码方向(diffusion encoding direction)有关的失真。这些失真如果不校正的话，可能导致不同方向的DW图像之间的错误配准以及包括DW图像组合的任何后期处理操作中的不精确。已提出双自旋回波(也称为二次再聚焦)DW-EPI来提供某种程度的固有涡流消除，但是随之造成回波时间的显著增加以及信噪比(SNR)的显著下降。例如，对于3T肝脏成像，典型的双自旋回波协议可生成对应的单自旋回波(也称为Stejkal-Tanner序列)协议约一半的SNR。在许多情况(例如，全身DW-EPI)中，由于扫描时间上的关联增加，增加NEX不作为用于增加SNR的选择。因此，期望保持单自旋回波，同时减少实践中造成的失真。

常规失真校正方法着重于或者通过预先加强、或者通过显性地修改梯度波形和接收频率来仅校正线性和恒定涡流(也称为B₀涡流)。但是，由于梯度线圈泄漏场或仅高阶涡流(HOEC)导致的、空间高阶的未补偿涡流也可能会因增加b值的期望以及现代MR扫描仪中梯度振幅和转换速度的增加而很大。因为空间高阶的原因，这些涡流产生的磁场所生成的失真不仅是扩散梯度方向有关的，而且是切片有关的。

因此，期望有一种系统和方法，其能够校正因DW-EPI中的HOEC所导致的失真。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种MRI设备，包括磁共振成像(MRI)系统，该磁共振成像(MRI)系统具有围绕着磁体的孔布置的多个梯度线圈，以及由脉冲模块控制以向RF线圈组合件传送RF信号从而获取MR图像的RF收发器系统和RF开关。该MRI设备还包括计算机，该计算机编程为从校准扫描获取校准数据，该校准数据配置成表征成像系统的高阶涡流生成的磁场误差。该计算机还编程为处理校准数据以生成多个基系数和多个时间常数，并且基于多个基系数、多个时间常数和给定脉冲序列中的梯度波形来计算多个基校正系数。该计算机进一步编程为执行扩散加权成像扫描，该扩散加权成像扫描包括施加DW-EPI脉冲序列以从成像的受检者获取MR数据和基于获取的MR数据的图像重构。该计算机还编程为在施加DW-EPI脉冲序列期间施加高阶涡流生成的磁场误差校正，该高阶涡流生成的磁场误差校正配置成减少重构的图像中的高阶涡流引起的失真。

根据本发明的另一方面，一种用于校正扩散加权回波平面成像(DW-EPI)中高阶涡流引起的失真的方法，包括：从校准扫描获取校准数据，该校准数据配置成表征成像系统的高阶涡流；处理该校准数据以生成多个基系数和多个时间常数；以及基于多个基系数和基于多个时间常数来计算多个基校正系数。该方法还包括：施加DW-EPI脉冲序列以从成像的受检者获取MR数据，在施加DW-EPI脉冲序列期间施加高阶涡流生成的磁场误差校正，以减少获取的MR数据中的高阶涡流引起的失真，并基于获取的MR数据来重构图像。

根据本发明的又一方面，一种其上存储有包括指令组的计算机程序的非临时性计算机可读介质，该指令组在被计算机执行时，促使计算机从校准扫描获取校准数据以及处理校准数据，该校准数据配置成表征成像系统的高阶涡流生成的磁场误差。该指令组还促使计算机基于处理的校准数据生成多个基系数和多个时间常数，并且基于多个基系数、多个时间常数和DW-EPI脉冲序列中的梯度波形来计算多个基校正系数。该指令组还促使计算机施加DW-EPI脉冲序列以从成像的受检者获取MR数据，在施加DW-EPI脉冲序列期间施加高阶涡流生成的磁场误差校正，并基于所获取的MR数据来重构图像。

通过下文的详细描述和附图，将使多种其他特征和优点显而易见。

附图说明

这些附图图示目前设想用于执行本发明实施例的实施例。

在附图中：

图1是结合本发明的实施例使用的MR成像系统的示意框图。

图2是示出单自旋回波扩散加权EPI扫描的理想梯度和RF波形的脉冲序列示意图。

图3是示出根据本发明的实施例的HOEC校正技术的流程图。

图4是示出根据本发明的实施例的，可在图3的HOEC校正技术中使用的HOEC校准数据处理算法的流程图。

图5是示出根据本发明的实施例的，可在图3的HOEC校正技术中使用的另一个HOEC数据处理算法的流程图。

图6是示出根据本发明的实施例的，用于计算可在图3的HOEC校正技术中使用的HOEC项的算法的流程图。

图7是示出根据本发明的实施例的，用于预期地补偿可在图3的HOEC校正技术中使用的HOEC项的算法的流程图。

具体实施方式

现在参考图1，其中示出并入本发明的实施例的磁共振成像(MRI)系统10的主要组件。从操作员控制台12控制系统的操作以实现某些功能，在本示例中，操作员控制台12包括键盘或其他输入装置13、控制面板14和显示屏16。控制台12经链路18与单独的计算机系统20通信，单独的计算机系统20使得操作员能够控制图像的生成以及图像在显示屏16上的显示。计算机系统20包括多个模块，这些模块经背板20a彼此通信。这些模块包括图像处理器模块22、CPU模块24和存储器模块26，存储器模块26在本领域中称为帧缓冲器，用于存储图像数据阵列。计算机系统20经高速串行链路34与单独的系统控制32通信。输入装置13可以包括鼠标、操纵杆、键盘、跟踪球、触摸屏、光棒(light wand)、语音控制、读卡器、按钮或任何类似或等效输入装置，并且可以用于交互式几何形状指定。

计算机控制32包括通过背板32a连接在一起的一组模块。这些模块包括CPU模块36和经串行链路40连接到操作员控制台12的脉冲发生器模块38。经链路40，系统控制32从操作员接收指示要执行的扫描序列的命令。脉冲发生器模块38操作系统组件以执行期望的扫描序列，并产生数据以指示产生的RF脉冲的定时、强度和形状，以及数据获取窗口的定时和长度。脉冲发生器模块38连接到一组梯度放大器42，以指示扫描期间产生的梯度脉冲的定时和形状。脉冲发生器模块38还可以从生理获取控制器44接收患者数据，生理获取控制器44从连接到患者的多个不同传感器接收信号，例如从附着于患者的电极接收ECG信号。以及最后，脉冲发生器模块38连接到扫描室接口电路46，扫描室接口电路46从多种传感器接收与患者的状况和磁体系统关联的信号。还是经扫描室接口电路46，患者定位系统48接收将患者移到期望的扫描位置的命令。

将脉冲发生器模块38生成的梯度波形施加到梯度放大器系统42，梯度放大器系统42具有Gx、Gy和Gz放大器。每个梯度放大器激发一般表示为50的梯度线圈组合件中对应的物理梯度线圈以产生用于在空间上将所获得的信号编码的磁场梯度。梯度线圈组合件50形成共振组合件52的一部分，共振组合件52包括极化磁体54和整体RF线圈56。系统控制32中的收发器模块58产生脉冲，这些脉冲由RF放大器60放大并通过传送/接收开关62耦合到RF线圈56。由患者体中激发的核子发射的最终信号可以被相同RF线圈56感测到，并经传送/接收开关62耦合到预放大器64。在收发器58的接收器部分中将放大的MR信号解调、滤波并数字化。传送/接收开关62由来自脉冲发生器模块38的信号控制以在传送模式期间将RF放大器60电连接到线圈56，以及在接收模式期间将预放大器64连接到线圈56。传送/接收开关62还可使单独的RF线圈(例如，表面线圈)能够在传送模式或接收模式中使用。

由收发器模块58将RF线圈56拾取的MR信号数字化，并将其传递到系统控制32中的存储器模块66。当存储器模块66中已获取k空间的原始数据的阵列时，扫描完成。将此k空间原始数据重组成要重构的每个图像的单独k空间数据阵列，并将这些数据阵列的每一个输入到阵列处理器68，阵列处理器68操作以将该数据傅立叶变换成图像数据的阵列。经串行链路34将此图像数据载送到计算机系统20，在计算机系统20中该图像数据被存储在存储器中。响应从操作员控制台12接收的或其他方式由系统软件指定的命令，可以将此图像数据归档在长期存储装置中或可以由图像处理器22将其进一步处理并载送到操作员控制台12并在显示器16上呈示。

本发明的实施例校正扩散加权回波平面成像(DW-EPI)中高阶涡流(HOEC)引起的扩散梯度方向有关的失真。正如本文所使用的，“高阶”是指与分别指1阶和0阶的线性阶和常数阶相比，高于或等于2的空间阶次。但是，本发明的实施例还可以施加于线性阶和常数阶。HOEC所导致的失真会强烈地影响所获取的数据，尤其是使用大FOV且期望大切片覆盖的人体应用。正如本文论述的，可以使用系统校准来表征小于或等于P的空间阶次的涡流，其中P常常是3至5，但是一般可以是任何阶次。可以放出(play)带有用于读数、相位编码和切片轴中的梯度的校正振幅和基于每个切片的接收器频率的DW-EPI脉冲序列，以便预期地移除准线性HOEC项的影响。

参考图2，示出DW-EPI脉冲序列70，其包括90°RF脉冲72和180°RF脉冲74。可以通过RF线圈56来传送RF脉冲72、74以生成回波信号76，回波信号76可以与空间信息一起编码。回波信号76还可以被线圈56或另一个线圈，如表面线圈接收，以在重构图像中使用。

为了根据回波平面成像对回波信号76进行空间编码，图2所示的序列还分别包括读数、相位编码和切片选择梯度G_ro、G_pe和G_sl。读数梯度G_ro包括预先定相脉冲78和读数脉冲80。相似地，相位编码梯度G_pe包括预先定相脉冲82和相位编码脉冲84。切片选择梯度G_sl包括用于90°RF脉冲72的切片选择脉冲86和用于180°RF脉冲74的切片选择脉冲88以及用于切片再聚焦的86a。

仍参考图2，示出在扩散加权EPI扫描中使用的扩散加权梯度G_d。扩散加权梯度G_d包括设在180°RF脉冲74的各一侧的两个相等梯形脉冲90和92。注意，一般G_d可以包含所有三个逻辑轴上的分量。下文中，将读数轴、相位编码轴和切片轴(即，逻辑轴)分别表示为u、v和w，以及将G_d在u、v和w轴上的分量分别表示为G_u、G_v和G_w。将物理轴表示为x、y和z。

图3示出根据本发明的实施例的HOEC校正技术94。技术94开始于框96，执行HOEC校准以表征具体成像系统(例如，图1的MRI系统10)的涡流生成的磁场误差。该校准可以是基于体模(phantom)或基于局部拾取线圈。在基于体模的方法中，在涡流生成梯度之后，常常在多个时间点处收集梯度回波图像。在基于局部拾取线圈的方法中，使用多个局部线圈，每个局部线圈具有小样本，以用来获得其相应空间位置处的自由感应衰减信号。要使用局部拾取线圈方法来进行HOEC测量，常常需要多次数据获取，其中每次获取将线圈固定装置重新定位，以便获得足够的数据以用于HOEC表征。HOEC校准可以按需频繁地执行，但是一般只需在每次系统安装或有重大系统硬件(例如，梯度线圈)改动时做一次。在HOEC校准扫描之后生成4维(空间上的3D和时间上的1D)涡流场数据集合。

在框98处，首先预先处理来自框96的HOEC校准的数据，然后将其与数学模型拟合以根据框96中使用哪种前述校准方法的算法来表征底层HOEC。图4和图5图示根据本发明的实施例可以在图3的HOEC校正技术94的框98中使用的HOEC数据处理算法116、118。

参考图4，当使用上述基于体模的方法来执行技术94的框96的HOEC校准时，使用HOEC数据处理算法116。在框120处获取来自HOEC校准扫描的数据。在框122处，将3D相位展开施加于该数据的相位角，并在框124处，按与回波时间成比例的系数换算该相位角以得到磁场数据集合。然后在框126处，将每个时间点的磁场数据集合在空间上拟合到最高P阶的多项式基或球谐，以生成基系数，其中P常常是3至5，但是一般可以是任何阶次。注意，在空间拟合期间可以可选地使用量值权重或掩模。

然后在框128处，使用单指数模型或多指数模型，将得到的基系数沿着时间轴进行时间拟合。HOEC数据处理的最终结果是一组(α_mn，τ_mn)对，其中α_mn是基系数以及τ_mn是第n个空间基函数B_n(x，y，z)的时间常数，n＝1，2，...，N，其中扩散供体轴m，其中m是x、y或z轴(为了表示的简明，假定为单指数)。为了便于论述，假定B_n(x，y，z)是多项式基。注意，这是不失任何一般性的，因为球谐基是多项式基的线性组合，并且能够容易地被转换成多项式。还要注意，基的总数N＝(P+1)(P+2)(P+3)/6。在框130处，将(α_mn，τ_mn)对保存或存储在扫描仪的主机计算机上，以供将来使用。

参考图5，当使用上述基于局部拾取线圈的方法来执行技术94的框96的HOEC校准时，使用HOEC数据处理算法118。在框132处获取来自HOEC校准扫描的数据。在框134处，对数据的相位角求时间导数，以获得线圈位置处的磁场偏移量。然后在框136处，将每个时间点的磁场偏移量在空间上拟合到最高P阶的多项式基或球谐基，以生成基系数，其中P常常是3至5，但是一般可以是任何阶次。正如上文提到的，在空间拟合期间可以可选地使用量值权重或掩模。

与上文结合HOEC数据处理算法116结合所描述的相似，然后在框138处，将得到的基系数沿着时间轴138进行时间拟合，并生成一组(α_mn，τ_mn)对。在框140处，将(α_mn，τ_mn)对保存或存储在扫描仪的主机计算机上，以供将来使用。

与技术94的框96的HOEC校准扫描相似，只需每次系统安装进行一次HOEC数据处理算法116和118中执行的HOEC数据处理。但是，算法116和118可以按需频繁地执行。

返回参考图3，在框100处，计算DW-EPI协议有关的HOEC项。注意框100可以处理任意的成像平面。正如本文所使用的，任意成像平面是指直轴向(straight axial)扫描平面、冠状扫描平面或矢状扫描平面，以及任何倾斜平面。如图6所示，其中示出用于计算图3的框100的HOEC项的算法142。在框144处，获得要使用的DW-EPI脉冲序列的扩散梯度分量G_u、G_v、G_w。在框145处，施加3×3轴旋转矩阵R将逻辑G_u、G_v、G_w转换成物理分量G_x、G_y、G_z：

$\left[\begin{array}{c}{G}_x\\ G_y\\ G_z\end{array}\right]=R\left[\begin{array}{c}{G}_u\\ G_v\\ G_w\end{array}\right],$

其中

$R=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{1_1}& r_{1_2}& r_{1_3}\\ r_{2_1}& r_{2_2}& r_{2_3}\\ r_{3_1}& r_{3_2}& r_{3_3}\end{array}\right],$

注意，R是酉矩阵(即，R^-1＝R^T)。

在框146处，获得通过框98从技术94的框图96的HOEC校准扫描确定的(α_mn，τ_mn)对，并在框148处，计算脉冲序列类型和序列定时相关联的常数β_mn。

β_mn的求导可以是分析方式的或使用卷积。虽然可以包括所有梯度波形来获得β_mn，但是来自扩散梯度的贡献常常是主导性的，这样允许以简化的分析来获得β_mn。例如，当使用单自旋回波DW-EPI(例如，如图2所示)时，可以推导为：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{mn}}=\frac{(1-e^{\frac{t_1}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{mn}}}})(1-e^{\frac{t_2}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{mn}}}})(1+e^{\frac{t_3}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{mn}}}})}{t_1},$ (公式1)

其中t₁、t₂和t₃是图2所示的序列定时相关联的常数。注意，还可以以分析方式确定用于如双自旋回波或模拟回波DW-EPI的其他脉冲序列的β_mn。

在框149处，基于如下公式计算第n个基函数B_n(x，y，z)在最后一次扩散梯度之后的时间t处的HOEC物理基系数d_n(t)：

$d_n\left(t\right)=\underset{m=x,y,z}{\mathrm{\Σ}}{G}_m{\mathrm{\β}}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{mn}}{e}^{-t/{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{mn}}},$ (公式2)

其中G_m是扩散梯度振幅的x、y或z分量。

在框150处，对d₁(t)，d₂(t)，...，d_N(t)施加另一个旋转矩阵，基旋转矩阵F的转置以将d₁(t)，d₂(t)，...，d_N(t)转换成HOEC逻辑基系数c₁(t)，c₂(t)，...，c_N(t)：

$\left[\begin{array}{c}{c}_1\left(t\right)\\ c_2\left(t\right)\\ .\\ .\\ .\\ c_N\left(t\right)\end{array}\right]=F^T\left[\begin{array}{c}{d}_1\left(t\right)\\ d_2\left(t\right)\\ .\\ .\\ .\\ d_N\left(t\right)\end{array}\right],$

其中“T”表示矩阵转置。F是将多项式基从逻辑坐标变换到物理坐标的N×N矩阵。F的实际形式取决于多项式阶次和如何对这些基函数编号。不失一般性地，这些基为如下阶次：1，x，y，z，x²，xy，xz，y²，yz，z²，x³，x²y，x²z，xy²，xyz，xz²，y³，y²z，yz²，z³，...，其中较低阶基在较高阶基之前，以及对于具有相同多项式阶次的基，具有较高x指数的居前，或在相同x指数的情况中，具有较高y指数的居前。可以由B_n(x，y，z)与B_n(u，v，w)之间的关系来确定F，其中

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]=R\left[\begin{array}{c}u\\ v\\ w\end{array}\right].$

例如，对于最高第3阶多项式，

$F=\left[\begin{array}{cccccccccc}1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& r_{11}& r_{12}& r_{13}& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& r_{21}& r_{22}& r_{23}& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& r_{31}& r_{32}& r_{33}& 0& 0& 0& 0& 0& 0r\\ 0& 0& 0& 0& r_{11}^2& r_{12}^2& r_{13}^2& {2r}_{11}{r}_{12}& {2r}_{11}{r}_{13}& {2r}_{12}{r}_{13}\\ 0& 0& 0& 0& r_{21}^2& r_{22}^2& r_{23}^2& {2r}_{21}{r}_{22}& {2r}_{21}{r}_{23}& {2r}_{22}{r}_{23}\\ 0& 0& 0& 0& r_{31}^2& r_{32}^2& r_{33}^2& {2r}_{31}{r}_{32}& {2r}_{31}{r}_{33}& {2r}_{32}{r}_{33}\\ 0& 0& 0& 0& r_{11}{r}_{21}& r_{12}{r}_{22}& r_{13}{r}_{23}& r_{11}{r}_{22}+r_{12}{r}_{21}& r_{11}{r}_{23}+r_{13}{r}_{21}& r_{12}{r}_{23}+r_{13}{r}_{22}\\ 0& 0& 0& 0& r_{11}{r}_{31}& r_{13}{r}_{32}& r_{13}{r}_{33}& r_{11}{r}_{32}+r_{12}{r}_{31}& r_{11}{r}_{33}+r_{13}{r}_{31}& r_{12}{r}_{33}+r_{13}{r}_{32}\\ 0& 0& 0& 0& r_{21}{r}_{31}& r_{22}{r}_{32}& r_{23}{r}_{33}& r_{21}{r}_{32}+r_{22}{r}_{31}& r_{21}{r}_{33}+r_{23}{r}_{31}& r_{22}{r}_{33}+r_{23}{r}_{32}\end{array}\right].$

在框151处，保存所有HOEC逻辑基系数以供将来使用。

返回参考图3，可以在技术94中在DW-EPI脉冲序列中预期地补偿协议有关的HOEC项。预期补偿包括对框106处成像扫描期间使用的DW-EPI脉冲序列施加HOEC校正。图7图示根据本发明的实施例的框106的预期补偿算法152。注意，由于施加了F，所以基现在处于逻辑轴中。其中的项是w^p，uw^p，vw^p(p≥0)的基函数在本文称为A类型项。所有剩余基函数(例如，uv，u²w)称为B类型项。在框154处，识别A类型项。在给定切片位置w＝w₀处估计A类型项时它们变成线性G_u、G_v、G_w梯度或B₀偏移量的意义上来说，A类型项是准线性的。在框156处，估计每个切片位置处的基，并且在框158处，可以通过对于w＝w₀处的切片将对应的c_n(t)乘以

来获得来自基uw^p或vw^p的有效梯度或来自基w^p的B₀偏移量。注意，这些G_u、G_v、G_w梯度分别导致剪切失真、FOV收缩/膨胀和信号丢失，并且B₀偏移量导致FOV移位。

在框160处，可以在软件级(即，脉冲序列)或在固件/硬件级上补偿所有A类型项。对于软件补偿，基于每个切片，在脉冲序列中调整DW-EPI脉冲序列单元(如读数、相位编码和切片梯度)以及接收器频率。对于固件/硬件补偿，脉冲序列命令保持不变，但是由固件/硬件命令基于每个切片在后台增大实际梯度波形和中心频率偏移量。例如，可以将未修改的脉冲序列命令提供到放大器输入，如至图1的梯度放大器42的输入。然后，可以由固件/硬件补偿控制梯度放大器输入以调整接收的DW-EPI脉冲序列单元中的一个或多个。两种方式中任一种，首选时间变化的补偿，其包括但不限于真实指数补偿、分段线性(或高阶)补偿或分段恒定补偿。为了简明，补偿可以在回波训练上是恒定不变的，在此情况中，将在对应于k空间中心(即，在回波时间处)的回波处的校正施加到整个回波训练。

返回参考图3，在框106处预期地补偿HOEC项之后，在框108处，可以基于补偿的数据重构图像。在框110处，将重构的图像显示给用户或将其存储在图像存储数据库上以供将来使用。

根据本发明的实施例，对DW-EPI进行HOEC引起的失真进行补偿可以使得单自旋回波DW-EPI更为实际。虽然单自旋回波具有优于双自旋回波DWI的SNR和扫描时间的好处，但是本发明的实施例还可以施加于双自旋回波和DW-EPI序列的其他变体以便减少失真。本发明的实施例可以产生全身DWI的显著平衡，全身DWI可能有长扫描时间、低SNR和大图像失真。脑部DWI也可以受益，尤其是SNR可能是问题的高b-值，大平行成像系数的情况。

公开的方法和设备的技术贡献在于，它提供扩散加权回波平面成像中高阶涡流引起的失真的计算机实现的校正。

本领域技术人员将意识到，本发明的实施例可以接口到其上存储有计算机程序的计算机可读存储介质并通过该介质来控制本发明的实施例。该计算机可读存储介质包括多个组件，如电子组件、硬件组件和/或计算机软件组件的其中一个或多个。这些组件可以包括一个或多个计算机可读存储介质，一个或多个计算机可读存储介质一般存储如用于执行序列的一个或多个实现或实施例的一个或多个部分的软件、固件和/或汇编语言的指令。这些计算机可读存储介质一般是非临时性和/或有形的。此类计算机可读存储介质的示例包括计算机和/或存储装置的可记录数据存储介质。该计算机可读介质可以采用例如磁、电、光、生物和/或原子数据存储介质的其中一种或多种。而且，此类介质可以采用例如软盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、硬盘驱动器和/或电子存储器的形式。可以结合本发明的实施例采用未列出的其他形式的非临时性和/或有形计算机可读存储介质。

可以在系统的实现中将多个此类组件组合或分开。而且，此类组件可以包括利用多种编程语言编写或实现的一组和/或一系列计算机指令，正如本领域技术人员将意识到的。此外，可以采用如载波的其他形式的计算机可读介质来实施表示指令序列的计算机数据信号，表示指令序列的计算机数据信号在被一个或多个计算机执行时，促使一个或多个计算机执行序列的一个或多个实现或实施例的一个或多个部分。

因此，根据本发明的实施例，一种MRI设备包括磁共振成像(MRI)系统，该磁共振成像(MRI)系统具有围绕着磁体的孔布置的多个梯度线圈，以及由脉冲模块控制以向RF线圈组合件传送RF信号从而获取MR图像的RF收发器系统和RF开关。该MRI设备还包括计算机，该计算机编程为从校准扫描获取校准数据，该校准数据配置成表征成像系统的高阶涡流生成的磁场误差。该计算机还编程为处理校准数据以生成多个基系数和多个时间常数，并且基于多个基系数、多个时间常数和给定脉冲序列中的梯度波形来计算多个基校正系数。该计算机还编程为执行扩散加权的成像扫描，该扩散加权的成像扫描包括施加DW-EPI脉冲序列以从成像的受检者获取MR数据和基于所获取的MR数据的图像重构。该计算机还编程为在施加DW-EPI脉冲序列期间施加高阶涡流生成的磁场误差校正，该DW-EPI脉冲序列配置成减少重构的图像中的高阶涡流引起的失真。

根据本发明的另一个实施例，一种用于校正扩散加权回波平面成像(DW-EPI)中高阶涡流引起的失真的方法，包括：从校准扫描获取校准数据，该校准数据配置成表征成像系统的高阶涡流；处理该校准数据以生成多个基系数和多个时间常数；以及基于多个基系数和基于多个时间常数来计算多个基校正系数。该方法还包括，施加DW-EPI脉冲序列以从成像的受检者获取MR数据，在施加DW-EPI脉冲序列期间施加高阶涡流生成的磁场误差校正以减少所获取的MR数据中的高阶涡流引起的失真，并基于获取的MR数据来重构图像。

根据本发明的又一个实施例，一种其上存储有包括指令组的计算机程序的非临时性计算机可读介质，该指令组在被计算机执行时，促使计算机从校准扫描获取校准数据以及处理校准数据，该校准数据配置成表征成像系统的高阶涡流生成的磁场误差。该指令组还促使计算机基于处理的校准数据生成多个基系数和多个时间常数，并且基于多个基系数、多个时间常数和DW-EPI脉冲序列中的梯度波形来计算多个基校正系数。该指令组还促使计算机施加DW-EPI脉冲序列以从成像的受检者获取MR数据，在施加DW-EPI脉冲序列期间施加高阶涡流生成的磁场误差校正，并基于所获取的MR数据来重构图像。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明实施例，以及还使本领域技术人员能实践本发明实施例，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本发明实施例可取得专利的范围由权利要求定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种MRI设备，包括：

磁共振成像(MRI)系统，其具有围绕着磁体的孔布置的多个梯度线圈，以及由脉冲模块控制以向RF线圈组合件传送RF信号从而获取MR图像的RF收发器系统和RF开关；以及

计算机，其编程为：

从校准扫描获取校准数据，所述校准数据配置成表征成像系统的高阶涡流生成的磁场误差；

处理所述校准数据以生成多个基系数和多个时间常数；

基于所述多个基系数、所述多个时间常数和给定脉冲序列中的梯度波形来计算多个基校正系数；

执行扩散加权成像扫描，其包括：

施加DW-EPI脉冲序列以从成像的受检者获取MR数据；以及

基于所获取的MR数据重构图像；以及

在施加所述DW-EPI脉冲序列期间施加高阶涡流生成的磁场误差校正，所述DW-EPI脉冲序列配置成减少所重构的图像中的高阶涡流引起的失真。

2.根据权利要求1所述的MRI设备，其中，所述计算机还编程为：

识别具有从w^p、uw^p、vw^p组成的组中选择的形式的基函数，其中p大于或等于0；

基于所识别的基函数确定有效梯度和B₀偏移量的其中之一；以及

在施加所述DW-EPI脉冲序列期间，基于所述有效梯度和所述B₀偏移量中所确定的其中之一调整所述DW-EPI脉冲序列的脉冲序列单元。

3.根据权利要求2所述的MRI设备，其中，所述计算机在配置成确定有效梯度和B₀偏移量的其中之一时，配置成将有效梯度和B₀的所述其中之一乘以w＝w₀处切片的

4.根据权利要求2所述的MRI设备，其中，所述计算机在配置成调整所述DW-EPI脉冲序列的所述脉冲序列单元时，配置成基于每个切片来调整接收器频率、读数梯度、相位编码梯度和切片梯度的其中之一。

5.根据权利要求1所述的MRI设备，其中，所述计算机还编程为：

识别具有从w^p、uw^p、vw^p组成的组中选择的形式的基函数，其中p大于或等于0；

基于所识别的基函数确定有效梯度和B₀偏移量的其中之一；以及

将所述DW-EPI脉冲序列提供到放大器输入；

基于所述有效梯度和所述B₀偏移量中所确定的其中之一来修改所述放大器输入。

6.根据权利要求1所述的MRI设备，其中，所述计算机编程为对任意成像平面施加所述高阶涡流生成的磁场误差校正。

7.根据权利要求1所述的MRI设备，其中，所述计算机在编程为处理所述校准数据时，编程为：

对所述校准数据的相位角施加3D相位展开；

换算所展开的校准数据以生成磁场数据集合；

将所述磁场数据集合空间拟合到谐波基以生成基系数；以及

使用单指数模型和多指数模型之一，将所述基系数沿着时间轴进行时间拟合。

8.根据权利要求1所述的MRI设备，其中，所述计算机在编程为处理所述校准数据时，编程为：

对所述校准数据的相位角求时间导数，以获得线圈位置处的磁场偏移量；

将每个时间点的所述磁场偏移量空间拟合到谐波基以生成基系数；以及

使用单指数模型和多指数模型之一，将所述基系数沿着时间轴进行时间拟合。

9.根据权利要求1所述的MRI设备，其中，所述计算机在编程为计算所述多个基校正系数时，编程为基于如下公式计算所述多个基校正系数：

$d_n\left(t\right)=\underset{m=x,y,z}{\mathrm{\Σ}}{G}_m{\mathrm{\β}}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{mn}}{e}^{-t/{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{mn}}},$

其中G_m是扩散梯度振幅的X、Y或Z分量，β_mn是脉冲序列类型和序列定时相关联的常数，α_mn是基系数，以及τ_mn是时间常数。

10.根据权利要求1所述的MRI设备，其中，所述计算机还编程为将所重构的图像显示给用户。

11.一种用于校正扩散加权回波平面成像(DW-EPI)中高阶涡流引起的失真的方法，包括：

从校准扫描获取校准数据，所述校准数据配置成表征成像系统的高阶涡流；

处理所述校准数据以生成多个基系数和多个时间常数；

基于所述多个基系数和基于所述多个时间常数来计算多个基校正系数；以及

施加DW-EPI脉冲序列以从成像的受检者获取MR数据；

在施加所述DW-EPI脉冲序列期间施加高阶涡流生成的磁场误差校正，以减少所获取的MR数据中的高阶涡流引起的失真；以及

基于所述获取的MR数据来重构图像。

12.如权利要求11所述的方法，还包括对任意成像平面施加所述高阶涡流生成的磁场误差校正。

13.如权利要求11所述的方法，其中，在施加所述DW-EPI脉冲序列期间施加高阶涡流生成的磁场误差校正包括：

识别具有从w^p、uw^p、vw^p组成的组中选择的形式的基函数，其中p大于或等于0；

基于所识别的基函数确定有效梯度和B₀偏移量的其中之一；以及

在施加所述DW-EPI脉冲序列期间，基于所述有效梯度和所述B₀偏移量中所确定的其中之一调整所述DW-EPI脉冲序列的脉冲序列单元。

14.如权利要求13所述的方法，其中，确定有效梯度和B₀偏移量的其中之一包括，将有效梯度和B0偏移的所述其中之一乘以w＝w₀处切片的

15.如权利要求13所述的方法，其中，调整所述DW-EPI脉冲序列的脉冲序列单元包括，基于每个切片调整接收器频率、读数梯度、相位编码梯度和切片梯度的其中之一。

16.一种其上存储有包括指令组的计算机程序的非临时性计算机可读介质，所述指令组在被计算机执行时，促使所述计算机执行如下操作：

从校准扫描获取校准数据，其配置成表征成像系统的高阶涡流生成的磁场误差；

处理所述校准数据；

基于所处理的校准数据生成多个基系数和多个时间常数；

基于所述多个基系数、所述多个时间常数和DW-EPI脉冲序列中的梯度波形来计算多个基校正系数；

施加所述DW-EPI脉冲序列以从成像的受检者获取MR数据；

在施加所述DW-EPI脉冲序列期间，施加高阶涡流生成的磁场误差校正；以及

基于所获取的MR数据重构图像。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述计算机编程为对任意成像平面施加所述高阶涡流生成的磁场误差校正。

18.如权利要求16所述的方法，其中，所述计算机还编程为：

识别基函数；

基于所识别的基函数确定有效梯度和B₀偏移量的其中之一；以及

在施加所述DW-EPI脉冲序列期间，基于所述有效梯度和所述B₀偏移量中所确定的其中之一调整所述DW-EPI脉冲序列的脉冲序列单元。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述计算机在配置成调整所述DW-EPI脉冲序列所述的脉冲序列单元时，配置成基于每个切片调整接收器频率、读数梯度、相位编码梯度和切片梯度的其中之一。

20.如权利要求16所述的方法，其中，所述计算机在编程为计算所述多个基校正系数时，编程为基于如下公式计算所述多个基校正系数：

$d_n\left(t\right)=\underset{m=x,y,z}{\mathrm{\Σ}}{G}_m{\mathrm{\β}}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{mn}}{e}^{-t/{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{mn}}},$

其中G_m是扩散梯度振幅的X、Y或Z分量，β_mn是脉冲序列类型和序列定时相关联的常数，α_mn是基系数，以及τ_mn是时间常数。

Images