CN103376433A - 图像畸变校正方法及系统、磁共振成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磁共振成像中扩散加权的回波平面成像，并且公开了一种图像畸变校正方法，包括：在扩散加权的回波平面成像序列之前施加标记序列，构成组合序列；利用所述组合序列采集得到复数个具有不同设定b值和不同设定扩散方向的带标记图像；利用扩散加权的回波平面成像序列采集得到复数个具有与所述标记图像相一致的b值及扩散方向的扩散加权回波平面图像；计算得到对应该扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数，并利用所述伸缩系数和位移系数对所述扩散加权回波平面图像进行校正。本发明还公开了一种扩散加权的回波平面成像的图像畸变校正系统，以及包括该系统的磁共振成像设备。本发明能够有效校正涡流引入的图像畸变。

Description

图像畸变校正方法及系统、磁共振成像设备
技术领域
本发明涉及磁共振成像(MRI)技术领域，特别是一种扩散加权的回波平面成像(DW-EPI)的图像畸变校正方法及系统，以及磁共振成像设备。
背景技术
扩散成像是一种非常具有临床价值的功能磁共振成像技术，它可以探测水分子在人体组织中扩散的生物学特性，从而检测许多常规医学影像手段不能发现的病变。扩散成像通常使用回波平面成像序列(EPI)来实现，EPI序列成像速度非常快，但是容易受到各种伪影尤其是图像畸变的影响。
扩散加权成像(DWI)是扩散成像的一种比较重要的成像方法，其通常使用DW-EPI序列来实现，DW-EPI序列是通过在EPI序列中加入扩散梯度来实现扩散加权的。DW-EPI序列的扩散梯度会在成像空间中引入涡流场，而涡流场这种额外磁场是图像畸变产生的原因之一。
由于在扩散加权成像中通常需要采集若干具有不同扩散方向和扩散权重的单张图像(即DW-EPI图像)，要用到不同的扩散梯度，引起不同的涡流场分布，因此这些单张图像的畸变程度和类型并不完全相同。其中，图像畸变的外观既取决于梯度的幅度，即扩散权重，又取决于梯度的方向。扩散权重的大小大多通过所谓的“b值”来确定，b值为零时的图像一般不存在畸变，b值不为零时的图像存在有图像畸变。可见，这些具有不同b值和不同扩散方向的单张图像是不重合的，如果将这些单张图像不经校正的相互组合和计算以便产生用于诊断所需的各向同性DWI以及表观扩散系数(ADC)图等，就会造成DWI的模糊，以及ADC图计算的错误等。
抑制涡流场的手段有使用自屏蔽的梯度线圈和梯度脉冲的预加强。自屏蔽线圈包括一个主线圈和一个屏蔽线圈，屏蔽线圈在成像时产生的磁场的方向与主线圈相反，经过特殊设计，使得这一对线圈在成像区域内产生需要的梯度磁场，而在成像区域外的磁场尽可能接近零，这就从根本上减小了涡流场。而预加强技术是通过改变梯度波形的形状，来抵消涡流场的影响。通过使用这些方法，可以有效减小涡流场的影响，但是并不能完全消除。而DW-EPI序列对涡流场非常敏感，为了提高成像的质量，还需要使用特别方法来处理。
发明内容
有鉴于此，本发明一方面提出了一种DW-EPI的图像畸变校正方法，另一方面提出了一种DW-EPI的图像畸变校正系统，用以提高磁共振成像的图像质量。本发明还要提出一种磁共振成像设备。
因此，本发明提供了一种扩散加权的回波平面成像的图像畸变校正方法，包括：
利用组合序列采集得到复数个具有不同设定b值和不同设定扩散方向的带标记图像，其中所述组合序列包括扩散加权的回波平面成像序列以及在其之前施加的标记序列；利用扩散加权的回波平面成像序列采集得到复数个具有与所述标记图像相一致的b值及扩散方向的扩散加权回波平面图像；
将各组具有相同b值和相同扩散方向的扩散加权回波平面图像和带标记图像相减，得到对应各扩散加权回波平面图像的标记图像；其中，b值为零的标记图像为参考标记图像，b值不为零的标记图像为畸变标记图像；
对b值不为零的每个扩散加权回波平面图像，利用与该扩散加权回波平面图像具有相同b值和相同扩散方向的畸变标记图像和该扩散加权回波平面图像对应的参考标记图像，计算得到对应该扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数，并利用所述伸缩系数和位移系数对所述扩散加权回波平面图像进行校正。
可选地，计算得到对应该扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数包括：
从所述畸变标记图像中选取复数个畸变图像数据列，对每个选取的畸变图像数据列，在所述参考标记图像中选取位置对应的参考图像数据列；或者，从所述参考标记图像中选取复数个参考图像数据列，对每个选取的参考图像数据列，在所述畸变标记图像中选取位置对应的畸变图像数据列；
对当前选取的参考图像数据列及其对应的畸变图像数据列，从所述参考图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为参考标记频率；从所述畸变图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为畸变标记频率；
将所述畸变标记频率与所述参考标记频率的比值作为所述畸变图像数据列相对于所述参考图像数据列的伸缩系数；
利用所述伸缩系数对所述畸变图像数据列进行校正，将校正后的畸变图像数据列在设定方向上按照设定位移间隔依次进行位移，并计算每次位移后的畸变图像数据列与参考图像数据列之间的相关值，将最大相关值对应的位移量作为所述畸变图像数据列相对于所述参考图像数据列的位移系数；
在计算得到复数个畸变图像数据列所对应的伸缩系数和位移系数后，分别对复数个伸缩系数和复数个位移系数进行线性拟合和外推，得到对应整个畸变标记图像各畸变图像数据列的伸缩系数和位移系数，作为对应所述扩散加权回波平面图像的各图像数据列的伸缩系数和位移系数。
可选地，所述从畸变标记图像中选取复数个畸变图像数据列包括：依次提取所述畸变标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当前提取的图像数据列选取为一畸变图像数据列。所述从参考标记图像中选取复数个参考图像数据列包括：依次提取所述参考标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当前提取的图像数据列选取为一参考图像数据列。
本发明还提供了一种扩散加权的回波平面成像的图像畸变校正系统，包括：
一个图像采集单元，用于利用组合序列采集得到复数个具有不同设定b值和不同设定扩散方向的带标记图像，其中所述组合序列包括扩散加权的回波平面成像序列以及在其之前施加的标记序列；利用扩散加权的回波平面成像序列采集得到复数个具有与所述标记图像相一致的b值及扩散方向的扩散加权回波平面图像；
一个标记图像生成单元，用于将各组具有相同b值和相同扩散方向的扩散加权回波平面图像和带标记图像相减，得到对应各扩散加权回波平面图像的标记图像；其中，b值为零的标记图像为参考标记图像，b值不为零的标记图像为畸变标记图像；
一个畸变系数计算单元，用于对b值不为零的各扩散加权回波平面图像中的当前扩散加权回波平面图像，利用与所述当前扩散加权回波平面图像具有相同b值相同扩散方向的畸变标记图像和所述当前扩散加权回波平面图像对应的参考标记图像，计算得到对应所述当前扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数；
一个图像校正单元，用于利用所述畸变系数计算单元得到的对应当前扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数，对所述当前扩散加权回波平面图像进行校正。
可选地，所述畸变系数计算单元包括：
一个图像数据列选取子单元，用于从所述当前扩散加权回波平面图像对应的畸变标记图像中选取复数个畸变图像数据列，对每个选取的畸变图像数据列，在所述参考标记图像中选取位置对应的参考图像数据列；或者，从所述参考标记图像中选取复数个参考图像数据列，对每个选取的参考图像数据列，在所述畸变标记图像中选取位置对应的畸变图像数据列；
一个标记频率确定子单元，用于对所述图像数据列选取子单元选取的当前参考图像数据列及其对应的当前畸变图像数据列，从所述当前参考图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为参考标记频率，从所述当前畸变图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为畸变标记频率；
一个伸缩系数计算子单元，用于将所述标记频率确定子单元确定的所述畸变标记频率与所述参考标记频率的比值作为所述当前畸变图像数据列相对于所述当前参考图像数据列的伸缩系数；
一个位移系数计算子单元，用于利用所述伸缩系数计算子单元计算的伸缩系数对所述当前畸变图像数据列进行校正，将校正后的当前畸变图像数据列在设定方向上按照设定位移间隔依次进行位移，并计算每次位移后的当前畸变图像数据列与当前参考图像数据列之间的相关值，将最大相关值对应的位移量作为所述当前畸变图像数据列相对于所述当前参考图像数据列的位移系数；
一个畸变系数拟合子单元，用于在所述伸缩系数计算子单元和所述位移系数计算子单元计算得到复数个畸变图像数据列所对应的伸缩系数和位移系数后，分别对复数个伸缩系数和复数个位移系数进行线性拟合和外推，得到对应整个畸变标记图像各畸变图像数据列的伸缩系数和位移系数，作为对应所述扩散加权回波平面图像的各图像数据列的伸缩系数和位移系数。
可选地，所述图像数据列选取子单元依次提取所述畸变标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当前提取的图像数据列选取为一畸变图像数据列。或者，所述图像数据列选取子单元依次提取所述参考标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当前提取的图像数据列选取为一参考图像数据列。
可选地，所述系统进一步包括：一个序列组合单元，用于在扩散加权的回波平面成像序列之前施加标记序列，构成组合序列；
可选地，所述系统进一步包括：一个处理器和一个计算机可读存储介质；其中，所述序列组合单元、标记图像生成单元、畸变系数计算单元和图像校正单元中的任一个或任意组合为存储在所述计算机可读存储介质中的程序代码；所述处理器用于执行所述计算机可读存储介质中的程序代码。
本发明还提供了一种磁共振成像设备，包括如上所述的扩散加权的回波平面成像的图像畸变校正系统。
从上述方案中可以看出，本发明实施例中利用由标记序列和DW-EPI序列构成的组合序列采集得到带标记图像，并通过与正常采集图像相减，得到纯标记图像；之后利用与b值不为零的正常采集图像对应的参考标记图像和畸变标记图像，计算该b值不为零的正常采集图像的畸变系数，之后利用该畸变系数对该b值不为零的正常采集图像进行校正，可以有效校正涡流引入的图像畸变。
此外，本发明实施例中以列为单位，从参考标记图像中选取复数个参考图像数据列，从畸变标记图像中选取复数个位置对应的畸变图像数据列，将涡流场引起的图像畸的整体位移，剪切和伸缩变形转换为只有位移和伸缩两种形变，通过计算畸变图像数据列相对于参考图像数据列的伸缩系数和位移系数，确定整个畸变标记图像相对于参考标记图像的变形，简化了整个计算过程。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1a和图1b为本发明实施例中一个b值为零的DW-EPI图像和一个b值不为零的DW-EPI图像的示意图。
图2为本发明实施例中DW-EPI成像的图像畸变校正方法的示例性流程图。
图3为本发明实施例中一个组合序列的示意图。
图4a和图4b分别为本发明实施例中一个DW-EPI图像和一个带标记图像的示意图，图4c为标记图像的示意图。
图5为本发明实施例中根据参考标记图像和畸变标记图像计算对应DW-EPI图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数的方法流程图。
图6a为本发明实施例中一个参考标记图像及其对应的一个畸变标记图像的示意图。
图6b为图6a中虚线所对应的图像数据列的一维曲线示意图。
图6c为本发明实施例中图6a所示参考图像数据列的傅里叶变换谱曲线和畸变图像数据列的傅里叶变换谱曲线的示意图。
图6d为对本发明实施例中图6c所示谱曲线中小方框所示区域内的波峰的拟合示意图。
图7为本发明实施例中DW-EPI成像的图像畸变校正系统的结构示意图。
图8为图7中所示畸变系数计算单元的一个结构示意图。
图9a至图9g为本发明示例一中对b＝1000的图像进行畸变校正的示意图。其中，图9a图是b＝0的图像；图9b至图9d是b＝1000的三个不同扩散方向上的图像；图9e至图9g分别是对图9b至图9d中各扩散方向上的图像校正后的图像。
图10a和图10b为本示例中在b值为1000时的各向同性扩散加权图像的校正示意图。其中，图10a为利用原始采集的图9b至图9d所示的单张DW-EPI图像计算得到的各向同性DW-EPI图像，图10b为利用图9e至图9g所示校正过的单张DW-EPI图像计算得到各向同性扩散加权图像。
图11a和图11b为本示例中基于b值为1000时的校正前和校正后的DW-EPI图像生成ADC的效果示意图。
图12a至图12g为本发明示例二中对b＝1000的图像进行畸变校正的示意图。其中，图12a图是b＝0的图像；图12b至图12d是b＝1000的三个不同扩散方向上的图像；图12e至图12g分别是对图12b至图12d中各扩散方向上的图像校正后的图像。
其中，附图标记如下：
201-构造组合序列
202-采集带标记图像和正常DW-EPI图像
203-获取标记图像
204-根据参考标记图像和畸变标记图像获取对应的DW-EPI图像的畸变系数，并利用该畸变系数进行图像校正。
501-选取畸变图像数据列和参考图像数据列
502-根据所选取的图像数据列计算对应的畸变标记频率和参考标记频率
503-计算伸缩系数
504-计算位移系数
505-对复数个伸缩系数和复数个位移系数进行线性拟合和外推，得到所有图像数据列的畸变系数
701-序列组合单元
702-图像采集单元
703-标记图像生成单元
704-畸变系数计算单元
705-图像校正单元
801-图像数据列选取子单元
802-标记频率确定子单元
803-伸缩系数计算子单元
804-位移系数计算子单元
805-畸变系数拟合子单元
具体实施方式
下面首先对单张DW-EPI图像畸变的类型进行如下分析：
在EPI序列中，额外的磁场ΔB在频率编码方向和相位编码方向上引起的图像畸变可以分别表达为式(1)和式(2)：
Δx ( x , y ) = ΔB ( x , y ) G x - - - ( 1 )
Δy ( x , y ) = ΔB ( x , y ) t esp G y ‾ τ - - - ( 2 )
其中，x为频率编码方向上的坐标，y为相位编码方向上的坐标；Gx为频率编码梯度，为相位编码梯度的平均值；τ为相位编码梯度的持续时间；tesp为回波间距。
实际应用中，由于在频率编码方向上的变形通常很小，可以忽略，因此，一般只考虑在相位编码方向上的变形。
DW-EPI序列的扩散梯度引入的涡流场即是额外磁场ΔB的一个主要来源，其是图像畸变产生的原因。令表示涡流场在主磁场B0方向上的分量，则可以如式(3)所示展开为：
B e ( r → , t ) = b 0 ( t ) + r → · g → ( t ) + . . . - - - ( 3 )
其中，第一项b0(t)是与空间位置无关的，通常称为零阶项。第二项为线性项，或者称为一阶项，
Figure BDA0000158032440000084
为矢量坐标，分量为x，y，z，相应地，矢量梯度
Figure BDA0000158032440000085
的分量为gx、gy、gz，分别表示在x，y，z三个方向上涡流场的梯度。更高阶的项通常不予考虑。其中，z为选层梯度方向上的坐标。由于线性项中的z分量只会造成选层相位回聚的不完善，使得图像整体信号强度下降，但是不会造成图像畸变，因此本发明实施例中只考虑零阶项和一阶项中的x，y分量，式(3)可以重写为式(4)：
Be(x，y)＝b0+x·gx+y·gy    (4)
将式(4)代入式(2)的图像畸变表达式中，可得到由涡流场引起的图像畸变的表达式：
Δy ( x , y )
= B e ( x , y ) t esp / G y ‾ τ
= ( b 0 + x · g x + y · g y ) · t esp / G y ‾ τ - - - ( 5 )
从上式可以看出，零阶涡流场会引起图像整体的位移，沿着频率编码方向的一阶项会使图像产生剪切形变，沿着相位编码方向的一阶项使图像产生拉伸形变。
为此，本发明实施例中，可针对单张DW-EPI的变形类型对其进行校正。
为了便于实现，本发明实施例中，对每个单张DW-EPI图像，以其中的每个单列图像数据为单位，进行缩放与位移的校正。令I0(x，y)表示b值为零的DW-EPI图像，I1(x，y)表示b值不为零有畸变的DW-EPI图像，分别如图1a和图1b所示。其中，x为频率编码方向，y为相位编码方向。用I0(x)和I1(x)分别表示DW-EPI图像中沿着相位编码方向的一个图像数据列，分别由图1a和图1b中的实线和虚线表示，根据上文的分析，涡流场引起的图像畸变有整体位移、剪切和伸缩。如果逐列考虑的话，那么只有位移和伸缩两种形变，只需把I1(x)进行适量的伸缩和平移，就可以与I0(x)对齐：
I0(x)＝S(x)·I1(x)+T(x)    (6)
其中，S(x)，T(x)分别表示第x图像数据列的伸缩系数和平移系数。
为了计算对应每个图像数据列的伸缩系数和平移系数，本发明实施例中考虑利用标记图像来计算该标记图像对应的DW-EPI图像的各图像数据列的伸缩系数和平移系数。
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。
图2为本发明实施例中DW-EPI成像的图像畸变校正方法的示例性流程图。如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤201，在DW-EPI序列之前施加标记序列，构成组合序列。
如图3所示，图3为本发明实施例中一个组合序列的示意图，其中图3的左侧为一标记序列，右侧为DW-EPI序列。
由于变形主要出现在相位编码方向，因此本实施例中可采用只在相位编码方向出现直线的标记。
步骤202，利用所述组合序列采集得到复数个具有不同设定b值和不同设定扩散方向的带标记图像；利用DW-EPI序列采集得到复数个具有与所述标记图像相一致的b值及扩散方向的DW-EPI图像。
图4a和图4b分别示出了本发明实施例中一个DW-EPI图像和一个带标记图像，且二者具有相同的b值和相同的扩散方向。
步骤203，将各组具有相同b值和相同扩散方向的DW-EPI图像和带标记图像相减，得到对应各DW-EPI图像的标记图像。其中，b值为零的标记图像可称为参考标记图像，b值不为零的标记图像可称为畸变标记图像。
图4c示出了本发明实施例中一个标记图像。该标记图像为图4a所示DW-EPI图像减去图4b所示的带标记图像后得到的标记图像。
步骤204，对b值不为零的每个DW-EPI图像，利用与该DW-EPI图像具有相同b值相同扩散方向的畸变标记图像和该DW-EPI图像对应的参考标记图像，计算得到对应该DW-EPI图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数，并利用所述伸缩系数和位移系数对所述DW-EPI图像进行校正。
本步骤中，利用与该DW-EPI图像具有相同b值相同扩散方向的畸变标记图像和该DW-EPI图像对应的参考标记图像，计算得到对应该DW-EPI图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数的具体实现方式可有多种。
图5示出了其中一种具体实现方法，如图5所示，该方法包括如下步骤：
步骤501从所述畸变标记图像中选取复数个畸变图像数据列，对每个选取的畸变图像数据列，在所述参考标记图像中选取位置对应的参考图像数据列。
具体实现时，本实施例中无需对畸变标记图像的所有图像数据列都计算畸变系数，即伸缩系数和位移系数，因为如果某一图像数据列中只包含背景噪声而没有图像，这种计算显然是没有意义的。另外，靠近边缘的若干图像数据列也是被排除在外的，因为这些图像数据列中只有少量的图像，如果用来计算位移系数和伸缩系数会引入很大的误差。因此本步骤中可仅选取若干图像数据列来进行畸变系数的计算。
图6a中示出了本发明实施例中一个参考标记图像及其对应的一个畸变标记图像，其中，上方的图像为参考标记图像，下方的图像为畸变标记图像。参考标记图像中虚线所对应的位置为选取的一个参考图像数据列，畸变标记图像中虚线所对应的位置为选取的一个畸变图像数据列。图6b为图6a中虚线所对应的图像数据列的一维曲线示意图。
具体实现时，本步骤中可依次提取所述畸变标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，如图6c所示，图6c中下方的曲线为图6a中下方畸变标记图像中虚线所示图像数据列的傅里叶变换谱曲线。若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰(如图6c中下方曲线中小方框所示区域内的波峰)的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当前提取的图像数据列选取为一畸变图像数据列。
或者，具体实现时，本步骤中也可直接选取畸变标记图像中位于中间区域的若干图像数据列作为畸变图像数据列。
当然，本步骤中也可从所述参考标记图像中选取复数个参考图像数据列，并对每个选取的参考图像数据列，在所述畸变标记图像中选取位置对应的畸变图像数据列。具体实现时，同样可以依次提取所述参考标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当前提取的图像数据列选取为一参考图像数据列。或者，直接选取参考标记图像中位于中间区域的若干图像数据列作为参考图像数据列。
步骤502，对当前选取的参考图像数据列及其对应的畸变图像数据列，从所述参考图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为参考标记频率，从所述畸变图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为畸变标记频率。
仍以图6a中所示的参考图像数据列及其对应的畸变图像数据列为例，则参考图像数据列的傅里叶变换谱曲线和畸变图像数据列的傅里叶变换谱曲线可如图6c所示，图6c中上方的曲线为图6a中上方参考标记图像中虚线所示图像数据列的傅里叶变换谱曲线，图6c中下方的曲线为图6a中下方畸变标记图像中虚线所示图像数据列的傅里叶变换谱曲线。对应的波峰拟合示意图可如图6d所示，图6d中上方的波峰示意图为对图6c中上方曲线中小方框所示区域内的波峰的拟合示意图，相应地，波峰的峰值位置为参考标记频率fref(x)；图6d中下方的波峰示意图为对图6c中下方曲线中小方框所示区域内的波峰的拟合示意图，相应地，波峰的峰值位置为畸变标记频率fdistorted(x)。
步骤503，将所述畸变标记频率与所述参考标记频率的比值作为所述畸变图像数据列相对于所述参考图像数据列的伸缩系数。
对于图6a中所示的参考图像数据列及其对应的畸变图像数据列，所述畸变图像数据列相对于所述参考图像数据列的伸缩系数为：S(x)＝fdistorted(x)/fref(x)。
步骤504，利用所述伸缩系数对所述畸变图像数据列进行校正，将校正后的畸变图像数据列在设定方向上按照设定位移间隔依次进行位移，并计算每次位移后的畸变图像数据列与参考图像数据列之间的相关值，将最大相关值对应的位移量作为所述畸变图像数据列相对于所述参考图像数据列的位移系数。
对应于步骤503中的S(x)可得到对应的T(x)。
步骤505，在计算得到复数个畸变图像数据列所对应的伸缩系数和位移系数后，分别对复数个伸缩系数和复数个位移系数进行线性拟合和外推，得到对应整个畸变标记图像各畸变图像数据列的伸缩系数和位移系数，将所述对应整个畸变标记图像各畸变图像数据列的伸缩系数和位移系数作为对应所述扩散加权回波平面图像的各图像数据列的伸缩系数和位移系数。
考虑到具体实现时，由于图像中必然会存在噪声，因此畸变系数的计算必然也会引入一些误差，所以计算得到的各伸缩系数和位移系数不是精确的，如果直接使用这些畸变系数对DW-EPI图像相应图像数据列进行校正的话，效果不会很好。考虑到涡流场在整个成像空间的分布是线性的，所以各列的位移系数和伸缩系数也应该满足线性的关系，因此可以使用最小二乘法对S(x)和T(x)进行拟合，然后外推到图像中所有的图像数据列，得到拟合和外推之后的结果Sfit(x)和Tfit(x)，以减小误差。
之后，可按照如下的方法计算出像素偏移图：
PSM(x，y)＝y·Sfit(x)+Tfti(x)    (7)
得到像素偏移图后，就可以对所述存在畸变的DW-EPI图像进行校正，得到与b值为0的DW-EPI图像配准的图像。
以上对本发明实施例中的DW-EPI成像的图像畸变校正方法进行了详细描述，下面再对本发明实施例中实施所述方法的一种DW-EPI成像的图像畸变校正系统进行详细描述。
图7为本发明实施例中DW-EPI成像的图像畸变校正系统的结构示意图。如图7所示，该系统可包括：一个序列组合单元701、一个图像采集单元702、一个标记图像生成单元703、一个畸变系数计算单元704和一个图像校正单元705。
其中，序列组合单元701用于在扩散加权的回波平面成像序列之前施加标记序列，构成组合序列。
图像采集单元702用于利用所述组合序列采集得到复数个具有不同设定b值和不同设定扩散方向的带标记图像；利用扩散加权的回波平面成像序列采集得到复数个具有与所述标记图像相一致的b值及扩散方向的扩散加权回波平面图像。
标记图像生成单元703用于将各组具有相同b值和相同扩散方向的扩散加权回波平面图像和带标记图像相减，得到对应各扩散加权回波平面图像的标记图像；其中，b值为零的标记图像为参考标记图像，b值不为零的标记图像为畸变标记图像。
畸变系数计算单元704用于对b值不为零的各扩散加权回波平面图像中的当前扩散加权回波平面图像，利用与所述当前扩散加权回波平面图像具有相同b值相同扩散方向的畸变标记图像和所述当前扩散加权回波平面图像对应的参考标记图像，计算得到对应所述当前扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数。
图像校正单元705用于利用所述畸变系数计算单元得到的对应当前扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数，对所述当前扩散加权回波平面图像进行校正。
具体实现时，所述畸变系数计算单元704可有多种具体实现形式，图8中示出了其中一种。如图8所示，该畸变系数计算单元704可包括：一个图像数据列选取子单元801、一个标记频率确定子单元802、一个伸缩系数计算子单元803、一个位移系数计算子单元804和一个畸变系数拟合子单元805。
其中，图像数据列选取子单元801用于从所述当前扩散加权回波平面图像对应的畸变标记图像中选取复数个畸变图像数据列，对每个选取的畸变图像数据列，在所述参考标记图像中选取位置对应的参考图像数据列；或者，从所述参考标记图像中选取复数个参考图像数据列，对每个选取的参考图像数据列，在所述畸变标记图像中选取位置对应的畸变图像数据列。
标记频率确定子单元802用于对所述图像数据列选取子单元选取的当前参考图像数据列及其对应的当前畸变图像数据列，从所述当前参考图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为参考标记频率，从所述当前畸变图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为畸变标记频率。
伸缩系数计算子单元803用于将所述标记频率确定子单元确定的所述畸变标记频率与所述参考标记频率的比值作为所述当前畸变图像数据列相对于所述当前参考图像数据列的伸缩系数。
位移系数计算子单元804用于利用所述伸缩系数计算子单元计算的伸缩系数对所述当前畸变图像数据列进行校正，将校正后的当前畸变图像数据列在设定方向上按照设定位移间隔依次进行位移，并计算每次位移后的当前畸变图像数据列与当前参考图像数据列之间的相关值，将最大相关值对应的位移量作为所述当前畸变图像数据列相对于所述当前参考图像数据列的位移系数。
畸变系数拟合子单元805用于在所述伸缩系数计算子单元和所述位移系数计算子单元计算得到复数个畸变图像数据列所对应的伸缩系数和位移系数后，分别对复数个伸缩系数和复数个位移系数进行线性拟合和外推，得到对应整个畸变标记图像各畸变图像数据列的伸缩系数和位移系数，将所述对应整个畸变标记图像各畸变图像数据列的伸缩系数和位移系数作为对应所述扩散加权回波平面图像的各图像数据列的伸缩系数和位移系数。
具体实现时，所述图像数据列选取子单元801可以依次提取所述畸变标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当前提取的图像数据列选取为一畸变图像数据列；或者，也可直接选取畸变标记图像中位于中间区域的若干图像数据列作为畸变图像数据列。
此外，所述图像数据列选取子单元801也可依次提取所述参考标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当前提取的图像数据列选取为一参考图像数据列；或者，直接选取参考标记图像中位于中间区域的若干图像数据列作为参考图像数据列。
具体实现时，图像采集单元702可以为磁共振成像设备中用于实现图像采集的所有元件的组合，例如可包括各梯度线圈及图像采集元件等。序列组合单元701、标记图像生成单元703、畸变系数计算单元704和图像校正单元705中的任一个或任意组合可以为硬件电路，也可以为程序代码。当序列组合单元701、标记图像生成单元703、畸变系数计算单元704和图像校正单元705中的任一个或任意组合为程序代码时，本发明实施例中的DW-EPI成像的畸变图像校正系统可进一步包括：处理器(图中未示出)和计算机可读存储介质(图中未示出)。
其中，所述处理器用于执行所述计算机可读存储介质中的程序代码。
所述序列组合单元701、标记图像生成单元703、畸变系数计算单元704和图像校正单元705中的任一个或任意组合为存储在所述计算机可读存储介质中的程序代码。
本发明实施例中的磁共振成像设备，可包括上述任一具体实现形式的扩散加权的回波平面成像的图像畸变校正系统。
本发明实施例中所描述的扩散加权的回波平面成像(DW-EPI)的图像畸变校正技术，适用于所有基于DW-EPI序列的成像技术，例如：扩散加权成像(DWI)，表观扩散系数计算(ADC mapping)，扩散张量成像(DTI)，纤维束跟踪等。
下面列举两个应用本发明实施例中技术方案的具体示例。
示例一：
DW-EPI图像的成像具体参数为：1.5T磁共振成像仪，TE/TR＝127/500msec；带宽：1000Hz；视野(FoV)：200×200mm；成像矩阵：128×128；层厚：1；平均次数：4；扩散成像使用的b值分别为：0，500，1000；扩散模式：正交；扩散方法：单极性。
带标记图像的成像具体参数与DW-EPI图像的成像具体参数大部分相同，只是平均次数为1。
图9a至图9g显示了对b＝1000的图像进行畸变校正的示意图。图9a图是b＝0的图像；图9b至图9d是b＝1000的三个不同扩散方向上的图像，其中，图9b为相位编码方向上的图像，图9c为读出方向上的图像，图9d为选层方向上的图像。图9e至图9g分别是对图9b至图9d中各扩散方向上的图像校正后的图像，其中，图9e为对图9b进行校正后的图像，图9f为对图9c进行校正后的图像，图9g为对图9d进行校正后的图像。
通过比较校正前和校正后的图像可以看出，校正后的图像的边缘与b＝0的图像的轮廓线吻合很好，说明本发明实施例中的方案有效校正了涡流场造成的图像畸变。
图10a和图10b示出了本示例中在b值为1000时的各向同性扩散加权图像，其中，图10a由原始采集的图9b至图9d所示的单张DW-EPI图像计算得到，图10b由图9e至图9g所示校正过的单张DW-EPI图像计算得到。通过对各自右下角方框内的边缘区域的放大比较，可以看出，校正后的图像可以有效降低各向同性扩散加权图像的模糊程度。
图11a和图11b分别示出了本示例中利用原始各向同性扩散加权图像生成的ADC图像和利用校正后的各向同性扩散加权图像生成的ADC图像，其中，图11a为利用原始各向同性扩散加权图像生成的ADC图像，图11b为利用校正后的各向同性扩散加权图像生成的ADC图像。通过对其下方矩形框中的边缘区域的放大比较，可以看出，由于有效校正了涡流引起的图像畸变，利用校正后的各向同性扩散加权图像生成的ADC图像更加精确。
示例二
DW-EPI图像的成像具体参数为：3T磁共振成像仪，TE/TR＝108/5900msec；带宽：1040Hz；视野(FoV)：235×235mm；成像矩阵：192×192；层厚：25；平均次数：4；扩散成像使用的b值分别为：0，1000；扩散模式：正交；扩散方法：单极性。
带标记图像的成像具体参数与DW-EPI图像的成像具体参数大部分相同，只是平均次数为1。
图12a至图12g显示了对b＝1000的图像进行畸变校正的结果。图12a图是b＝0的图像；图12b至图12d是b＝1000的三个不同扩散方向上的图像，其中，图12b为相位编码方向上的图像，图12c为读出方向上的图像，图12d为选层方向上的图像。图12e至图12g分别是对图12b至图12d中各扩散方向上的图像校正后的图像，其中，图12e为对图12b进行校正后的图像，图12f为对图12c进行校正后的图像，图12g为对图12d进行校正后的图像。
通过比较校正前和校正后的图像可以看出，校正后的图像的边缘与b＝0的图像的轮廓线吻合很好，说明本发明实施例中的方案有效校正了涡流场造成的图像畸变。
通过比较校正前和校正后的图像可以看出，校正后的图像的边缘与b＝0的图像的轮廓线吻合很好，说明本发明实施例中的方案有效校正了涡流场造成的图像畸变。
本发明涉及磁共振成像中扩散加权的回波平面成像，并且公开了一种图像畸变校正方法，包括：在扩散加权的回波平面成像序列之前施加标记序列，构成组合序列；利用所述组合序列采集得到复数个具有不同设定b值和不同设定扩散方向的带标记图像；利用扩散加权的回波平面成像序列采集得到复数个具有与所述标记图像相一致的b值及扩散方向的扩散加权回波平面图像；计算得到对应该扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数，并利用所述伸缩系数和位移系数对所述扩散加权回波平面图像进行校正。本发明还公开了一种扩散加权的回波平面成像的图像畸变校正系统，以及包括该系统的磁共振成像设备。本发明能够有效校正涡流引入的图像畸变。
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 (9)

1.一种扩散加权的回波平面成像的图像畸变校正方法，包括：
利用组合序列采集得到复数个具有不同设定b值和不同设定扩散方向的带标记图像，其中所述组合序列包括扩散加权的回波平面成像序列以及在其之前施加的标记序列；利用扩散加权的回波平面成像序列采集得到复数个具有与所述标记图像相一致的b值及扩散方向的扩散加权回波平面图像；
将各组具有相同b值和相同扩散方向的扩散加权回波平面图像和带标记图像相减，得到对应各扩散加权回波平面图像的标记图像；其中，b值为零的标记图像为参考标记图像，b值不为零的标记图像为畸变标记图像；
对b值不为零的每个扩散加权回波平面图像，利用与该扩散加权回波平面图像具有相同b值和相同扩散方向的畸变标记图像和该扩散加权回波平面图像对应的参考标记图像，计算得到对应该扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数，并利用所述伸缩系数和位移系数对所述扩散加权回波平面图像进行校正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算得到对应该扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数包括：
从所述畸变标记图像中选取复数个畸变图像数据列，对每个选取的畸变图像数据列，在所述参考标记图像中选取位置对应的参考图像数据列；或者，从所述参考标记图像中选取复数个参考图像数据列，对每个选取的参考图像数据列，在所述畸变标记图像中选取位置对应的畸变图像数据列；
对当前选取的参考图像数据列及其对应的畸变图像数据列，从所述参考图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为参考标记频率；从所述畸变图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为畸变标记频率；
将所述畸变标记频率与所述参考标记频率的比值作为所述畸变图像数据列相对于所述参考图像数据列的伸缩系数；
利用所述伸缩系数对所述畸变图像数据列进行校正，将校正后的畸变图像数据列在设定方向上按照设定位移间隔依次进行位移，并计算每次位移后的畸变图像数据列与参考图像数据列之间的相关值，将最大相关值对应的位移量作为所述畸变图像数据列相对于所述参考图像数据列的位移系数；
在计算得到复数个畸变图像数据列所对应的伸缩系数和位移系数后，分别对复数个 伸缩系数和复数个位移系数进行线性拟合和外推，得到对应整个畸变标记图像各畸变图像数据列的伸缩系数和位移系数，作为对应所述扩散加权回波平面图像的各图像数据列的伸缩系数和位移系数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从畸变标记图像中选取复数个畸变图像数据列包括：依次提取所述畸变标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当前提取的图像数据列选取为一畸变图像数据列；
所述从参考标记图像中选取复数个参考图像数据列包括：依次提取所述参考标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当前提取的图像数据列选取为一参考图像数据列。
4.一种扩散加权的回波平面成像的图像畸变校正系统，包括：
一个图像采集单元，用于利用组合序列采集得到复数个具有不同设定b值和不同设定扩散方向的带标记图像，其中所述组合序列包括扩散加权的回波平面成像序列以及在其之前施加的标记序列；利用扩散加权的回波平面成像序列采集得到复数个具有与所述标记图像相一致的b值及扩散方向的扩散加权回波平面图像；
一个标记图像生成单元，用于将各组具有相同b值和相同扩散方向的扩散加权回波平面图像和带标记图像相减，得到对应各扩散加权回波平面图像的标记图像；其中，b值为零的标记图像为参考标记图像，b值不为零的标记图像为畸变标记图像；
一个畸变系数计算单元，用于对b值不为零的各扩散加权回波平面图像中的当前扩散加权回波平面图像，利用与所述当前扩散加权回波平面图像具有相同b值相同扩散方向的畸变标记图像和所述当前扩散加权回波平面图像对应的参考标记图像，计算得到对应所述当前扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数；
一个图像校正单元，用于利用所述畸变系数计算单元得到的对应当前扩散加权回波平面图像各图像数据列的伸缩系数和位移系数，对所述当前扩散加权回波平面图像进行校正。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述畸变系数计算单元包括：
一个图像数据列选取子单元，用于从所述当前扩散加权回波平面图像对应的畸变标记图像中选取复数个畸变图像数据列，对每个选取的畸变图像数据列，在所述参考标记 图像中选取位置对应的参考图像数据列；或者，从所述参考标记图像中选取复数个参考图像数据列，对每个选取的参考图像数据列，在所述畸变标记图像中选取位置对应的畸变图像数据列；
一个标记频率确定子单元，用于对所述图像数据列选取子单元选取的当前参考图像数据列及其对应的当前畸变图像数据列，从所述当前参考图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为参考标记频率，从所述当前畸变图像数据列的傅里叶变换谱曲线中确定最高峰的一侧紧邻的一波峰的位置，对所述波峰进行位置拟合，将拟合后的波峰的峰值位置作为畸变标记频率；
一个伸缩系数计算子单元，用于将所述标记频率确定子单元确定的所述畸变标记频率与所述参考标记频率的比值作为所述当前畸变图像数据列相对于所述当前参考图像数据列的伸缩系数；
一个位移系数计算子单元，用于利用所述伸缩系数计算子单元计算的伸缩系数对所述当前畸变图像数据列进行校正，将校正后的当前畸变图像数据列在设定方向上按照设定位移间隔依次进行位移，并计算每次位移后的当前畸变图像数据列与当前参考图像数据列之间的相关值，将最大相关值对应的位移量作为所述当前畸变图像数据列相对于所述当前参考图像数据列的位移系数；
一个畸变系数拟合子单元，用于在所述伸缩系数计算子单元和所述位移系数计算子单元计算得到复数个畸变图像数据列所对应的伸缩系数和位移系数后，分别对复数个伸缩系数和复数个位移系数进行线性拟合和外推，得到对应整个畸变标记图像各畸变图像数据列的伸缩系数和位移系数，作为对应所述扩散加权回波平面图像的各图像数据列的伸缩系数和位移系数。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述图像数据列选取子单元依次提取所述畸变标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当前提取的图像数据列选取为一畸变图像数据列；或者，
所述图像数据列选取子单元依次提取所述参考标记图像中的各个图像数据列，对当前提取的图像数据列，计算得到所述图像数据列的傅里叶变换谱曲线，若所述谱曲线中最高峰的峰值与所述最高峰一侧的一波峰的峰值之比大于设定的选取阈值，则将所述当 前提取的图像数据列选取为一参考图像数据列。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：一个序列组合单元，用于在扩散加权的回波平面成像序列之前施加标记序列，构成组合序列。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：一个处理器和一个计算机可读存储介质；
所述序列组合单元、标记图像生成单元、畸变系数计算单元和图像校正单元中的任一个或任意组合为存储在所述计算机可读存储介质中的程序代码；
所述处理器用于执行所述计算机可读存储介质中的程序代码。
9.一种磁共振成像设备，包括如权利要求4至8中任一项所述的扩散加权的回波平面成像的图像畸变校正系统。 
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