一种磁共振成像中用多通道数据组合实现水脂分离的方法
技术领域
本发明属于医疗影像领域,具体地涉及一种磁共振成像中用多通道数据组合实现水脂分离的方法。
背景技术
水脂分离是磁共振成像中用来消除信号干扰所导致的图像解读困难的一种方法。通过采集多个不同化学位移进动角的信号,Dixon以及后续发展的相应技术可以在主磁场不均匀的情况下实现水脂分离,并可同时获取主磁场的空间分布。
随着现代谱仪和射频线圈技术的发展,以及磁场强度的增高,多通道接收已越来越多地被应用于磁共振成像。通过多通道接收不仅能提高信噪比,也可以通过并行成像来加快速度。虽然并行成像重建可以得到组合后的图像,近来更为广泛采用的并行重建方法是在k空间运算得到各通道的单个数据,之后进行多通道组合得到最终图像。现有技术中有多种组合多通道磁共振信号的方法,其中,平方总和的开根(SoS)仍然被认为是实用型的最佳信号组合方法。该方法不仅具有良好的信噪比性能,同时也可避免不同通道信号间由于相位的差异而造成的破坏性干涉。但是,平方总和开根的组合方法丢弃了水脂分离所必须的相位,因而所得到的结果无法用来实现水脂分离。目前多通道磁共振成像的水脂分离采用的一般有两种方法:(1)先对每个通道信号单独做水脂分离,之后再进行多通道数据组合;(2)基于各通道射频场的分布,先进行多通道数据组合得到合一后的复数图像数据,之后再针对合一后的图像数据执行水脂分离。由于大多数水脂分离方法需要对信号在空间做关联分析,前者受单一线圈信号的局部性和不均匀性影响会导致水脂分离的失败。而后者又如前所述,需要先获取各个通道的射频场强度及相位的空间分布信息,数据采集时间加长,过程更趋复杂。
本发明克服了现有技术中单一线圈信号的局部性和不均匀性,同时也克服了采集多通道射频场分布时间长、过程复杂的缺陷,提出了一种磁共振成像中用多通道数据直接组合实现水脂分离的方法,具有不需要采集额外信息,避免不同通道信号间由于相位的差异而造成的破坏性干涉,同时保留了水脂分离所需的相位的特点。本发明直接从采集到的信号中提取得到组合后的信号相位,避免了易出错的复杂计算。本发明提供的方法还继承了平方总和开根计算法的简单及良好的信噪比性能。
发明内容
本发明的目的在于通过对多通道信号幅度和相位采用组合的方法实现水脂分离,避免不同通道信号间由于相位的差异而造成的破坏性干涉,同时在不要求额外采样条件下,直接从采集到的信号中提取以保留水脂分离所需的相位信息。
本发明提出了一种磁共振成像中用多通道数据组合实现水脂分离的方法,其特征在于,包含以下步骤:
步骤(1),获得多通道多进动角磁共振信号Ik(n);
步骤(2),分析多通道多进动角磁共振信号Ik(n)计算得到组合信号Isum(n)的幅度An;
步骤(3),分析多通道多进动角磁共振信号Ik(n)并从中直接提取得到组合信号Isum(n)的相位Φn;
步骤(4),获得组合信号Isum(n)并对其进行分析,实现水脂分离,得到水和脂肪的图像。
其中,步骤(1)是在不同化学位移进动角α和不均匀场进动角β情况下采集到多通道多进动角磁共振信号Ik(n),其在图像域中以如下公式(I)表示:
k为射频接收通道,ξ和λ分别为射频接收通道的幅度及相位系数,α和β分别为化学位移进动角和不均匀场进动角,W和F分别为水和脂肪信号幅度。
其中,步骤(2)中,通过对所述多通道多进动角磁共振信号Ik(n)进行平方总和开根计算获得所述组合信号Isum(n)的幅度An,以如下公式(II)表示:
M为射频接收通道总数。
其中,步骤(3)中,是在所有所述多通道多进动角磁共振信号Ik(n)中找到幅度最大的信号,将该多通道多进动角磁共振信号Ik(n)对应的射频接收通道k记为k_max,所述射频接收通道k_max对应的多进动角磁共振信号Ik_max(n)即为组合信号Isum(n)的相位Φn,以如下公式(III)表示:
φn=arg{Ik_max(n)}(III)
其中arg{}代表复数求相位。
其中,步骤(3)中还可以是将所有多通道多进动角磁共振信号Ik(n)加和后,其相位即为组合信号Isum(n)的相位Φn,以如下公式(IV)表示:
其中,arg{}代表复数求相位,M为射频接收通道总数。
其中,所述步骤(4)中利用所述幅度(An)和相位(Φn)获得所述组合信号Isum(n),以如下公式(V)表示:
其中,步骤(4)中的水脂分离方法包括:三点Dixon法、解析算法、数值算法、三明治回波法(Sandwich Echoes法)。
本发明保留信号相位信息的组合方法简便,相位可直接提取自采集的信号,又拥有良好的信噪比性能。组合信号可以用于各种基于多进动角信号采集的水脂分离方法实现水脂分离,应用范围广,实用性强。
附图说明
图1为本发明磁共振成像中用多通道数据组合实现水脂分离的方法的流程示意图。
图2为本发明磁共振成像中用多通道数据组合实现水脂分离的方法的基于方法一的流程示意图。
图3为本发明磁共振成像中用多通道数据组合实现水脂分离的方法的基于方法二的流程示意图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下,本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中,并且以所附的权利要求书为保护范围。
本发明一种磁共振成像中用多通道数据组合实现水脂分离的方法,如图1所示,其步骤包括:
(1)获得多通道多进动角磁共振信号Ik(n)。
通过改变梯度回波的回波时间(TE)或通过改变自旋回波的不对称时间(dTE)获取在不同化学位移进动角α和不均匀场进动角β情况下采集的多通道多进动角磁共振信号Ik(n),其在图像域中可用以下公式(I)表示:
k为射频接收通道,ξ和λ分别为所述射频接收通道的幅度及相位系数,α和β分别为化学位移进动角和不均匀场进动角,W和F分别为水和脂肪信号幅度。
(2)分析多通道多进动角磁共振信号Ik(n)计算得到组合信号Isum(n)的幅度An;
组合信号Isum(n)的幅度An是通过对多通道多进动角磁共振信号Ik(n)进行平方总和开根计算获得,以如下公式(II)表示:
M为射频接收通道总数。
(3)分析多通道多进动角磁共振信号Ik(n)并从中直接提取得到组合信号Isum(n)的相位Φn;
组合信号Isum(n)的相位Φn可通过以下两种方法直接从信号中提取获得。
方法一,如图2所示,是在所有所述多通道多进动角磁共振信号Ik(n)中找到幅度最大的信号,将该信号Ik(n)对应的射频接收通道k记为k_max,所述射频接收通道k_max对应的多进动角磁共振信号Ik_max(n)的相位即为组合信号Isum(n)的相位Φn,以如下公式(III)表示:
φn=arg{Ik_max(n)} (III)
式中arg{}代表复数求相位。
方法二,如图3所示,是将所有多通道多进动角磁共振信号Ik(n)加和后,其相位即为组合信号Isum(n)的相位Φn,以如下公式(IV)表示:
M为射频接收通道总数。
(4)获得组合信号并对其进行分析,实现水脂分离,得到水和脂肪的图像。
利用所述幅度(An)和相位(Φn)获得所述组合信号Isum(n),组合信号Isum(n)以如下公式(V)表示:
将组合信号Isum(n)通过现有的基于多进动角信号的水脂分离方法进行分析,实现水脂分离。本发明中步骤(4)所采用的水脂分离方法包括现有技术的三点Dixon法、解析算法、数值算法、三明治回波法。
实施例1、基于(-π,0,π)信号的三点Dixon法水脂分离
(1)获得多通道多进动角磁共振信号Ik(n)。
通过改变梯度回波的回波时间(TE)或通过改变自旋回波的不对称时间(dTE)获取(-π,0,π)信号,在图像域表示如下:
(2)分析多通道多进动角磁共振信号计算得到组合信号Isum(n)的幅度An。
将采集到的(-π,0,π)多通道磁共振信号进行平方总和开根运算,得到组合信号的幅度,以如下公式表示:
(3)分析多通道多进动角磁共振信号并从中直接提取得到组合信号Isum(n)的相位Φn。
本实施例采用方法一。通过比较(-π,0,π)多通道信号的幅度大小,得出信号幅度值最大的通道即为k_max,取所述射频接收通道k_max所对应的多进动角磁共振信号相位为组合信号Isum(n)的相位Φn。
(4)获得组合信号并对其进行分析,实现水脂分离,得到水和脂肪的图像
结合步骤(2)和步骤(3)求得的数据,代入公式(V)得到保留相位信息的组合信号Isum(n):
采用三点Dixon法,通过对Isum(-π)和Isum(π)的相位进行整幅图像关连处理,求得不均匀场进动角β。
以下式中conj(),arg[],及unwrap{}分别代表复数共轭,复数求相位,及相位展开。
从组合信号除去不均匀场进动角β后得到:
通过上述信号加减实现水脂信号的分离:
通过对图像域中所有像源的如上分析得到分离后的水脂图像。
实施例2、基于(α,α+δ,α+2δ)信号的水脂分离
(1)获得多通道多进动角磁共振信号Ik(n)。
通过改变梯度回波的回波时间(TE)或通过改变自旋回波的不对称时间(dTE)获取的(α,α+δ,α+2δ)信号Ik(n),在图像域表示如下:
式中k为射频接收通道,ξ和λ分别为所述射频接收通道的幅度及相位系数,α和δ为化学位移进动角,β为对应于α的不均匀场进动角,Δ为对应于δ的不均匀场进动角。
(2)分析多通道多进动角磁共振信号Ik(n)计算得到组合信号Isum(n)的幅度An。
将采集到的(α,α+δ,α+2δ)多通道信号进行平方总和开根运算,得到组合信号的幅度An,以如下公式表示:
(3)分析多通道多进动角磁共振信号Ik(n)并从中直接提取得到组合信号Isum(n)的相 位Φn。
本实施例采用方法一,通过比较(α,α+δ,α+2δ)多通道信号的幅度大小确定幅度值最大的通道为k_max,所述射频接收通道k_max所对应的多进动角磁共振信号Ik_max(n)即为组合信号Isum(n)的相位Φn。
(4)获得组合信号并对其进行分析,实现水脂分离,得到水和脂肪的图像
结合步骤(2)和步骤(3)求得的数据,代入公式(V)得到保留相位信息的组合信号Isum(n):
采用现有技术,如解析算法或数值算法,对组合信号分析处理实现水脂分离。例如,本实施例中采用解析算法,参见Xiang Qing-San,Li An,“Water-Fat Imaging with Direct Phase Encoding”,Journal Magnetic Resonance Imaging 7∶1002-1013,求得:
或
式中:
根据水脂信号的相位关系从上面两个解中得到正确答案,详情参见Xiang Qing-San,Li An,“Water-Fat Imaging with Direct Phase Encoding”,Journal Magnetic Resonance Imaging 7:1002-1013.
实施例3、基于(-π,0,π)信号的三点Dixon法水脂分离
本实施例中步骤(1)、步骤(2)、步骤(4)与实施例1相同,在此不再赘述。
其中,步骤(3)采用方法二,将所有多通道磁共振信号Ik(n)加和,加和后的相位为组合信号Isum(n)的相位Φn:
实施例4、基于(α,α+δ,α+2δ)信号的水脂分离
本实施例中步骤(1)、步骤(2)、步骤(4)与实施例2相同,在此不再赘述。
其中,步骤(3)采用方法二,将所有多通道磁共振信号Ik(n)加和,加和后的相位为组合信号Isum(n)的相位Φn:
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