CN104305959A - 基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法，包括以下步骤：设计速度选择射频脉冲；根据速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，以抑制预设速度范围的血流磁共振信号；在血流磁共振信号被抑制后进行黑血成像。本发明实施例的黑血成像方法通过设计速度选择射频脉冲，并根据速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，从而抑制特定速度范围的血流磁共振信号，实现黑血成像，有效抑制了血流的磁共振信号，并且提高了成像质量，保证了静态组织的磁共振信号不受血流抑制射频脉冲的影响。本发明还公开了一种基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像系统。

Description

基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法及系统

技术领域

本发明涉及医学技术领域，特别涉及一种基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法及系统。

背景技术

磁共振黑血成像指通过抑制血管内流动血液的信号，从而获取血液周边静态组织(血管壁)的信息。磁共振黑血成像可以提供静态组织的多对比度的图像，并且可以同时观测到血管内腔和管壁的信息。磁共振黑血成像的核心问题在于如何有效抑制流动血液的信号，从而准确识别血管腔-壁交界，评估动脉粥样硬化斑块的形态和成分。

血流流速的不确定性是制约黑血成像技术中血流抑制效率的关键，在相关技术中，被广泛使用的磁共振黑血成像方法包括流入饱和、双反转恢复和运动敏感驱动平衡三大类。其中，流入饱和作为“天然”的黑血成像方法，其时间效率最高，但是血流抑制效率比较低；双反转恢复是目前使用较多的血流抑制方法，血流抑制效率较高，但是受制于反转恢复的机制，导致该方法牺牲了时间效率，并且该方法只能用于2D成像，应用受到局限；运动敏感驱动平衡由于准备模块时间较长，在实际应用中可能引入多种误差，并且由于相位积累的原因，导致其对于匀速血流的抑制效果并不理想。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种能有效抑制流动血液的磁共振信号，提高成像质量的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法。

本发明的另一个目的在于提出一种基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法，包括以下步骤：设计速度选择射频脉冲；根据所述速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，以抑制预设速度范围的血流磁共振信号；以及在所述血流磁共振信号被抑制后进行黑血成像。

根据本发明实施例提出的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法，通过设计速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，从而抑制特定速度范围的血流磁共振信号，实现黑血成像，有效地消除了因管腔中匀速血流的相位积累所造成的伪影，提供了较高的血管壁图像信噪比和管腔-壁的对比度噪声比，有助于更加清晰辨认管壁结构，并且提高了成像质量，保证了静态组织的磁共振信号不受射频脉冲的影响。

另外，根据本发明上述实施例的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，具体包括：利用双极梯度将所述流动血液的速度信息编码到磁共振信号的相位信息中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述相位信息表示为：

其中，γ表示旋磁比，G(τ)表示梯度，x(τ)表示位置，m₁表示梯度的1阶矩，v₀表示运动速度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述设计速度选择射频脉冲，进一步包括：指定射频脉冲的TB(Time Bandwidth product，时间-带宽乘积)；根据截止速度v_c、速度域波形重复周期与脉冲参数的关系，调整双极梯度个数N和每个双极梯度持续的时间dTg的值，以使所述v_c接近设计目标；设定射频脉冲的总时间T_pulse；计算速度选择射频脉冲的频带宽度B_velocity＝TB/(N*dTg+T_pulse)；根据速度选择片型的通带、阻带振荡计算滤波器的通带、阻带振荡δ₁、δ₂；根据 $D_{\∞,l}({\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{\δ}}_2)=[a_1{L}_1^2+a_2{L}_1+a_3]L_2+[a_4{L}_1^2+a_5{L}_1+a_6]$ 计算D_∞,l(δ₁,δ₂)的值，其中D_∞,l(δ₁,δ₂)是滤波器性能的经验度量值，L₁＝log₁₀δ₁，L₂＝log₁₀δ₂，a₁、a_2,、a₃、a₄、a₅、a₆均为经验系数；计算过渡带比例W＝D_∞/TB；计算通带、阻带截止频率；根据通带、阻带截止频率F_p,F_s得到所述滤波器的频率响应，并利用PM算法得到所述滤波器的系数；根据所述滤波器的系数可设计出所述的速度选择射频脉冲。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：在进行黑血成像之前利用散相梯度抑制速度选择射频脉冲所带来的横向磁化矢量并在采集之前利用谱特异性射频脉冲抑制脂肪信号。

本发明另一方面实施例提出了一种基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像系统，包括：速度选择模块，用于设计速度选择射频脉冲，并根据所述速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，以抑制预设速度范围的血流磁共振信号；以及成像模块，在所述血流磁共振信号被抑制后进行黑血成像。

根据本发明实施例提出的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像系统，通过设计速度选择射频脉冲，并根据速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，从而抑制预设速度范围的血流磁共振信号，实现黑血成像，有效地消除了因管腔中匀速血流的相位积累所造成的伪影，提供了较高的血管壁图像信噪比和管腔-壁的对比度噪声比，有助于更加清晰辨认管壁结构，并且提高了成像质量，保证了静态组织的磁共振信号不受血流抑制射频脉冲的影响。

另外，根据本发明上述实施例的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像系统还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述速度选择模块用于：利用双极梯度将所述流动血液的速度信息编码到磁共振信号的相位信息中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述相位信息表示为：

其中，γ表示旋磁比，G(τ)表示梯度，x(τ)表示位置，m₁表示梯度的1阶矩，v₀表示运动速度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述速度选择模块通过如下方式设计速度选择射频脉冲：指定射频脉冲的TB；根据截止速度v_c、速度域波形重复周期与脉冲参数的关系，调整双极梯度个数N和每个双极梯度持续的时间dTg的值，以使所述v_c接近设计目标；设定射频脉冲的总时间T_pulse；计算速度选择射频脉冲的频带宽度B_velocity＝TB/(N*dTg+T_pulse)；根据速度选择片型的通带、阻带振荡计算滤波器的通带、阻带振荡δ₁、δ₂；根据 $D_{\∞,l}({\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{\δ}}_2)=[a_1{L}_1^2+a_2{L}_1+a_3]L_2+[a_4{L}_1^2+a_5{L}_1+a_6]$ 计算D_∞,l(δ₁,δ₂)的值，其中D_∞,l(δ₁,δ₂)是滤波器性能的经验度量值，L₁＝log₁₀δ₁，L₂＝log₁₀δ₂，a₁、a_2,、a₃、a₄、a₅、a₆均为经验系数；计算过渡带比例W＝D_∞/TB；计算通带、阻带截止频率；根据通带、阻带截止频率F_p,F_s得到所述滤波器的频率响应，并利用PM算法得到所述滤波器的系数；根据所述滤波器的系数可设计出所述的速度选择射频脉冲。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述系统还包括：散相模块，用于利用散相梯度抑制速度选择射频脉冲所带来的横向磁化矢量；压脂模块，用于在采集之前利用谱特异性射频脉冲抑制脂肪信号。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的速度选择射频脉冲的波形示意图；

图3为根据本发明一个实施例的反转恢复原理示意图；

图4为根据本发明一个实施例的健康志愿者颈部冠状位同一层面的磁共振图像示意图；以及

图5为根据本发明一个实施例的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法及系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法。参照图1所示，该基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法包括以下步骤：

S101，设计速度选择射频脉冲。

具体地，在本发明的一个实施例中，参照图2所示，图2为速度选择脉冲的波形示意图，横轴为时间(ms)，纵轴从上到下分别表示射频场的实部、虚部和梯度场。需要说明的是，本发明实施例应用包括但不限于Shinnar Le-Roux算法的脉冲设计方法进行，并且包括但不限于如图2所示的速度选择脉冲的设计。

进一步地，在本发明的一个实施例中，设计速度选择射频脉冲，进一步包括：指定射频脉冲的时间-带宽乘积TB；根据截止速度v_c、速度域波形重复周期与脉冲参数的关系，调整双极梯度个数N和每个双极梯度持续的时间dTg的值，以使所述v_c接近设计目标；设定射频脉冲的总时间T_pulse；计算速度选择射频脉冲的频带宽度B_velocity＝TB/(N*dTg+T_pulse)；根据速度选择片型的通带、阻带振荡计算滤波器的通带、阻带振荡δ₁、δ₂；根据 $D_{\∞,l}({\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{\δ}}_2)=[a_1{L}_1^2+a_2{L}_1+a_3]L_2+[a_4{L}_1^2+a_5{L}_1+a_6]$ 计算D_∞,l(δ₁,δ₂)的值，其中D_∞,l(δ₁,δ₂)是滤波器性能的经验度量值，L₁＝log₁₀δ₁，L₂＝log₁₀δ₂，a₁、a_2,、a₃、a₄、a₅、a₆均为经验系数；计算过渡带比例W＝D_∞/TB；计算通带、阻带截止频率；根据通带、阻带截止频率F_p,F_s得到所述滤波器的频率响应，并利用PM(Parks-McClellan)算法得到所述滤波器的系数；根据所述滤波器的系数可设计出所述的速度选择射频脉冲。

具体地，在本发明的一个实施例中，以Shinnar Le-Roux算法为例，设计速度射频脉冲的步骤如下：

(1)指定射频脉冲的TB。

(2)根据截止速度v_c、速度域波形重复周期与脉冲参数的关系，调整双极梯度个数N和每个双极梯度持续的时间dTg的值，使v_c尽可能接近设计目标。

(3)指定射频脉冲的总时间T_pulse。

(4)计算速度选择射频脉冲的频带宽度B_velocity＝TB/(N*dTg+T_pulse)。

(5)根据速度选择片型的通带、阻带振荡计算相应FIR(Finite Impulse Response，限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器)滤波器的通带、阻带振荡δ₁、δ₂。

(6)根据 $D_{\∞,l}({\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{\δ}}_2)=[a_1{L}_1^2+a_2{L}_1+a_3]L_2+[a_4{L}_1^2+a_5{L}_1+a_6]$ 计算D_∞,l(δ₁,δ₂)的值，其中D_∞,l(δ₁,δ₂)是滤波器性能的经验度量值，L₁＝log₁₀δ₁，L₂＝log₁₀δ₂，a₁、a_2,、a₃、a₄、a₅、a₆均为经验系数。

它们的值可以如下：

a₁＝5.309×10^-3  a₄＝-2.66×10^-3

a₂＝7.114×10^-2  a₅＝-5.941×10^-1

a₃＝-4.761×10^-1  a₆＝-4.278×10^-1

(7)计算过渡带比例W＝D_∞/TB。

(8)计算通带、阻带截止频率：

F_p＝[B_velocity(1-W)/2]/f_sample；F_s＝[B_velocity(1+W)/2]/f_sample，

其中，f_sample为采样频率，且有f_sample＝1/(dTg+T_pulse/N)。

(9)根据通带、阻带截止频率F_p,F_s得到所述滤波器的频率响应，并利用PM算法得到所述滤波器的系数。

(10)将得到的滤波器系数作为反向SLR变换的输入，最终设计出速度选择射频脉冲。

S102，根据速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，以抑制预设速度范围的血流磁共振信号。

其中，在本发明的一个实施例中，根据速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，具体包括：利用双极梯度将流动血液的速度信息编码到磁共振信号的相位信息中。在磁共振中，利用双极梯度可以将物质的速度信息编码到磁共振信号的相位信息中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，相位信息表示为：

其中，γ表示旋磁比，G(τ)表示梯度，x(τ)表示位置，m₁表示梯度的1阶矩，v₀表示运动速度。需要说明的是，本发明实施例的相位信息是在不考虑加速度等高阶运动参数的情况下得出的。

具体地，在本发明的一个实施例中，在梯度G(τ)作用下，位置为x(τ)的磁矩获得的相位如下：

其中，是磁化矢量的相位角，x₀、v₀是沿梯度方向的磁化矢量最初的位置和速度，m_x是梯度的n阶矩：

$m_n={\∫}_0^{t}G\left(\mathrm{\τ}\right){\mathrm{\τ}}^n\mathrm{d\τ}$

当使用矩形双极梯度进行编码时，

$m_0={\∫}_0^{t}G\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}=0,$

$m_1={\∫}_0^{t}G\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{\τd\τ}={\∫}_0^{\mathrm{\Δt}}(-G)\mathrm{\τd\τ}+{\∫}_T^{T+\mathrm{\Δt}}\mathrm{G\τd\τ}=\mathrm{GT\Δt}=\mathrm{AT}$

其中A＝GΔt是由速度编码梯度决定的常量，T是相邻双极梯度起始点的时间间隔。

忽略磁矩运动的高阶微分量(加速度等)，可得：

基于上述公式，速度信息就被编码到磁共振信号的相位信息中。

S103，在血流磁共振信号被抑制后进行黑血成像。

其中，在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：在进行黑血成像之前利用散相梯度抑制速度选择射频脉冲所带来的横向磁化矢量，并在采集之前利用谱特异性射频脉冲抑制脂肪信号。

具体地，在本发明的实施例中，在速度选择脉冲作用后，血管内具有一定速度的血流的磁化矢量被翻转，而包括血管壁在内的静态组织的信号不会受到该脉冲的影响。在速度选择脉冲之后进行横向磁化矢量的消除，以保证在黑血成像前消除所有横向磁化矢量，使得到的图像只反映速度选择脉冲作用后产生的纵向磁共振信号。同时在成像序列前进行脂肪信号的抑制，以获得更好的图像质量。需要说明的是，参照图5所示，本发明实施例在设计速度选择脉冲时，为满足硬脉冲近似，将硬脉冲和双极梯度分开施加，并利用包括但不限于SPGR(Spoiled Gradient-Echo,散相梯度回波)的序列进行反转恢复成像。

进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图3所示，图3为本发明一个实施例的反转恢复原理示意图，横轴表示时间，纵轴表示纵向磁化矢量，实线和虚线分别表示静态组织磁化矢量信号和一定血流范围的磁化矢量信号，在血流信号的纵向磁化矢量为0时进行图像采集，就可以得到血液信号被压制的磁共振图像。具体地，本发明实施例利用了反转恢复的原理，参照图3所示，在速度选择脉冲作用后经过一段TI延迟时间后，流动血液的信号恢复至零点，此时进行成像，就可以得到血液信号被抑制的黑血磁共振图像。其中，延迟时间TI的具体值的选取应根据血液质子磁化矢量的纵向弛豫时间常数T1和人体不同血管处的流空效应来进行确定。

在本发明的一个实施例中，参照图4所示，图4为根据本发明一个实施例的健康志愿者颈部冠状位同一层面的磁共振图像。其中，未施加速度选择脉冲得到：(a)颈动脉图像和(c)椎基底动脉图像；施加速度选择脉冲得到：(b)颈动脉图像和(d)椎基底动脉图像。具体地，本发明实施例以人体颈动脉血管壁成像为例，采用包括但不限于八通道颈动脉线圈进行信号的采集，参照图4所示，如各白色箭头所标注的，相对于未施加速度选择脉冲的图像，施加了速度选择脉冲后，流动血液的信号得到了有效的抑制。

根据本发明实施例提出的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法，通过设计速度选择射频脉冲，并根据速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，从而抑制特定速度范围的血流磁共振信号，实现黑血成像，有效地消除了因管腔中匀速血流的相位积累所造成的伪影，提供了较高的血管壁图像信噪比和管腔-壁的对比度噪声比，有助于更加清晰辨认管壁结构，从而有效抑制了血流的磁共振信号，并且提高了成像质量，保证了静态组织的磁共振信号不受血流抑制射频脉冲的影响。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像系统。参照图5所示，黑血成像系统100包括：速度选择模块10与成像模块20。

其中，速度选择模块10用于设计速度选择射频脉冲，并根据速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，以抑制预设速度范围的血流磁共振信号。成像模块20用于在血流磁共振信号被抑制后进行黑血成像。

具体地，在本发明的一个实施例中，参照图2所示，图2为速度选择脉冲的波形示意图，横轴为时间(ms)，纵轴从上到下分别表示射频场的实部、虚部和梯度场。需要说明的是，本发明实施例应用包括但不限于Shinnar Le-Roux算法的脉冲设计方法进行，并且包括但不限于如图2所示的速度选择脉冲的设计。

进一步地，在本发明的一个实施例中，速度选择模块10通过如下方式设计速度选择射频脉冲：指定射频脉冲的TB；根据截止速度v_c、速度域波形重复周期与脉冲参数的关系，调整双极梯度个数N和每个双极梯度持续的时间dTg的值，以使所述v_c接近设计目标；设定射频脉冲的总时间T_pulse；计算速度选择射频脉冲的频带宽度B_velocity＝TB/(N*dTg+T_pulse)；根据速度选择片型的通带、阻带振荡计算滤波器的通带、阻带振荡δ₁、δ₂；根据 $D_{\∞,l}({\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{\δ}}_2)=[a_1{L}_1^2+a_2{L}_1+a_3]L_2+[a_4{L}_1^2+a_5{L}_1+a_6]$ 计算D_∞,l(δ₁,δ₂)的值，其中D_∞,l(δ₁,δ₂)是滤波器性能的经验度量值，L₁＝log₁₀δ₁，L₂＝log₁₀δ₂，a₁、a_2,、a₃、a₄、a₅、a₆均为经验系数；计算过渡带比例W＝D_∞/TB；计算通带、阻带截止频率；根据通带、阻带截止频率F_p,F_s得到所述滤波器的频率响应，并利用PM算法得到所述滤波器的系数；根据所述滤波器的系数可设计出所述的速度选择射频脉冲。

具体地，在本发明的一个实施例中，以SLR算法为例，设计速度射频脉冲的步骤如下：

(1)指定射频脉冲的时间-带宽乘积TB。

(2)根据截止速度v_c、速度域波形重复周期与脉冲参数的关系，调整双极梯度个数N和每个双极梯度持续的时间dTg的值，使v_c尽可能接近设计目标。

(3)指定射频脉冲的总时间T_pulse。

(4)计算速度选择射频脉冲的频带宽度B_velocity＝TB/(N*dTg+T_pulse)。

(5)根据速度选择片型的通带、阻带振荡计算相应FIR(Finite Impulse Response，限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器)滤波器的通带、阻带振荡δ₁、δ₂。

(6)根据 $D_{\∞,l}({\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{\δ}}_2)=[a_1{L}_1^2+a_2{L}_1+a_3]L_2+[a_4{L}_1^2+a_5{L}_1+a_6]$ 计算D_∞,l(δ₁,δ₂)的值，其中D_∞,l(δ₁,δ₂)是滤波器性能的经验度量值，L₁＝log₁₀δ₁，L₂＝log₁₀δ₂，a₁、a_2,、a₃、a₄、a₅、a₆均为经验系数。

它们的值可以如下：

a₁＝5.309×10^-3  a₄＝-2.66×10^-3

a₂＝7.114×10^-2  a₅＝-5.941×10^-1

a₃＝-4.761×10^-1  a₆＝-4.278×10^-1

(7)计算过渡带比例W＝D_∞/TB。

(8)计算通带、阻带截止频率：

F_p＝[B_velocity(1-W)/2]/f_sample；F_s＝[B_velocity(1+W)/2]/f_sample，

其中，f_sample为采样频率，且有f_sample＝1/(dTg+T_pulse/N)。

(9)根据通带、阻带截止频率F_p,F_s得到所述滤波器的频率响应，并利用PM算法得到所述滤波器的系数。

(10)将得到的滤波器系数作为反向SLR变换的输入，最终设计出速度选择射频脉冲。

进一步地，在本发明的一个实施例中，速度选择模块10用于：利用双极梯度将流动血液的速度信息编码到磁共振信号的相位信息中。在磁共振中，利用双极梯度可以将物质的速度信息编码到磁共振信号的相位信息中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，相位信息表示为：

其中，G(τ)表示梯度，x(τ)表示位置，m₁表示梯度的1阶矩，γ表示旋磁比。需要说明的是，本发明实施例的相位信息是在不考虑加速度等高阶运动参数的情况下得出的。

具体地，在本发明的一个实施例中，在梯度G(τ)作用下，位置为x(τ)的磁矩获得的相位如下：

其中，是磁化矢量的相位角，x₀、v₀是沿梯度方向的磁化矢量最初的位置和速度，m_x是梯度的n阶矩：

$m_n={\∫}_0^{t}G\left(\mathrm{\τ}\right){\mathrm{\τ}}^n\mathrm{d\τ}$

当使用矩形双极梯度进行编码时，

$m_0={\∫}_0^{t}G\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}=0,$

$m_1={\∫}_0^{t}G\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{\τd\τ}={\∫}_0^{\mathrm{\Δt}}(-G)\mathrm{\τd\τ}+{\∫}_T^{T+\mathrm{\Δt}}\mathrm{G\τd\τ}=\mathrm{GT\Δt}=\mathrm{AT}$

其中A＝GΔt是由速度编码梯度决定的常量，T是相邻双极梯度起始点的时间间隔。

忽略磁矩运动的高阶微分量(加速度等)，可得：

基于上述公式，速度信息就被编码到磁共振信号的相位信息中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图5所示，上述黑血成像系统100还包括：散相模块30与压脂模块40。

其中，散相模块30用于抑制速度选择射频脉冲所带来的横向磁化矢量。压脂模块40用于在采集之前利用谱特异性射频脉冲抑制脂肪信号。

具体地，在本发明的实施例中，在速度选择脉冲作用后，血管内具有一定速度的血流的磁化矢量被翻转，而包括血管壁在内的静态组织的信号不会受到该脉冲的影响。在速度选择脉冲之后进行横向磁化矢量的抑制，即添加一个散相模块30，以保证在黑血成像前抑制横向磁化矢量，使得到的图像只反映速度选择模块10进行速度选择脉冲作用后产生的纵向磁化矢量。同时在成像模块20进行成像序列前进行脂肪信号的抑制，即添加一个压脂模块40，从而抑制脂肪的信号，以获得更好的图像质量。需要说明的是，参照图5所示，本发明实施例在设计速度选择脉冲时，为满足硬脉冲近似，将硬脉冲和双极梯度分开施加，并利用包括但不限于SPGR的序列进行反转恢复成像。

进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图3所示，图3为本发明一个实施例的反转恢复原理示意图，横轴表示时间，纵轴表示纵向磁化矢量，实线和虚线分别表示静态组织磁化矢量信号和一定血流范围的磁化矢量信号，在血流信号的纵向磁化矢量为0时进行图像采集，就可以得到血液信号被抑制的磁共振图像。具体地，本发明实施例利用了反转恢复的原理，参照图3所示，在速度选择脉冲作用后经过一段TI延迟时间后，流动血液的信号恢复至零点，此时进行黑血成像，就可以得到血液信号被抑制的磁共振图像。其中，延迟时间TI的具体值的选取应根据血液质子磁化矢量的纵向弛豫时间常数T1和人体不同血管处的流空效应来进行确定。

在本发明的一个实施例中，参照图4所示，图4为根据本发明一个实施例的健康志愿者颈部冠状位同一层面的磁共振图像。其中，未施加速度选择脉冲得到：(a)颈动脉图像和(c)椎基底动脉图像；施加速度选择脉冲得到：(b)颈动脉图像和(d)椎基底动脉图像。具体地，本发明实施例以人体颈动脉血管壁成像为例，采用包括但不限于八通道颈动脉线圈进行信号的采集，参照图4所示，如各白色箭头所标注的，相对于未施加速度选择脉冲的图像，施加了速度选择脉冲后，流动血液的信号得到了有效的抑制。

根据本发明实施例提出的基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像系统，通过设计速度选择射频脉冲，并根据速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，从而抑制特定速度范围的血流磁共振信号，实现黑血成像，有效地消除了因管腔中匀速血流的相位积累所造成的伪影，提供了较高的血管壁图像信噪比和管腔-壁的对比度噪声比，有助于更加清晰辨认管壁结构，从而有效抑制了血流的磁共振信号，并且提高了成像质量，保证了静态组织的磁共振信号不受血流抑制射频脉冲的影响。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

设计速度选择射频脉冲；

根据所述速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，以抑制预设速度范围的血流磁共振信号；以及

在所述血流磁共振信号被抑制后进行黑血成像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，具体包括：

利用双极梯度将所述流动血液的速度信息编码到磁共振信号的相位信息中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述相位信息表示为：

其中，γ表示旋磁比，G(τ)表示梯度，x(τ)表示位置，m₁表示梯度的1阶矩，v₀表示运动速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设计速度选择射频脉冲，进一步包括：

指定射频脉冲的时间-带宽乘积TB；

根据截止速度v_c、速度域波形重复周期与脉冲参数的关系，调整双极梯度个数N和每个双极梯度持续的时间dTg的值，以使所述v_c接近设计目标；

设定射频脉冲的总时间T_pulse；

计算速度选择射频脉冲的频带宽度B_velocity＝TB/(N*dTg+T_pulse)；

根据速度选择片型的通带、阻带振荡计算滤波器的通带、阻带振荡δ₁、δ₂；

根据 $D_{\∞,l}({\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{\δ}}_2)=[a_1{L}_1^2+a_2{L}_1+a_3]L_2+[a_4{L}_1^2+a_5{L}_1+a_6]$ 计算D_∞,l(δ₁,δ₂)的值，其中D_∞,l(δ₁,δ₂)是滤波器性能的经验度量值，L₁＝log₁₀δ₁，L₂＝log₁₀δ₂，a₁、a₂,、a₃、a₄、a₅、a₆均为经验系数；

计算过渡带比例W＝D_∞/TB；

计算通带、阻带截止频率；

根据通带、阻带截止频率F_p,F_s得到所述滤波器的频率响应，并利用PM算法得到所述滤波器的系数；

根据所述滤波器的系数可设计出所述的速度选择射频脉冲。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在进行黑血成像之前利用散相梯度抑制速度选择射频脉冲所带来的横向磁化矢量，并在采集之前利用谱特异性射频脉冲抑制脂肪信号。

6.一种基于速度选择射频脉冲的磁共振黑血成像系统，其特征在于，包括：

速度选择模块，用于设计速度选择射频脉冲，并根据所述速度选择射频脉冲对血流速度进行编码，以抑制预设速度范围的血流磁共振信号；以及

成像模块，在所述血流磁共振信号被抑制后进行黑血成像。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述速度选择模块用于：

利用双极梯度将所述流动血液的速度信息编码到磁共振信号的相位信息中。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述相位信息表示为：

其中，γ表示旋磁比，G(τ)表示梯度，x(τ)表示位置，m₁表示梯度的1阶矩，v₀表示运动速度。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述速度选择模块通过如下方式设计速度选择射频脉冲：

指定射频脉冲的TB；

根据截止速度v_c、速度域波形重复周期与脉冲参数的关系，调整双极梯度个数N和每个双极梯度持续的时间dTg的值，以使所述v_c接近设计目标；

设定射频脉冲的总时间T_pulse；

计算速度选择射频脉冲的频带宽度B_velocity＝TB/(N*dTg+T_pulse)；

根据速度选择片型的通带、阻带振荡计算滤波器的通带、阻带振荡δ₁、δ₂；

根据 $D_{\∞,l}({\mathrm{\δ}}_1,{\mathrm{\δ}}_2)=[a_1{L}_1^2+a_2{L}_1+a_3]L_2+[a_4{L}_1^2+a_5{L}_1+a_6]$ 计算D_∞,l(δ₁,δ₂)的值，其中D_∞,l(δ₁,δ₂)是滤波器性能的经验度量值，L₁＝log₁₀δ₁，L₂＝log₁₀δ₂，a₁、a₂,、a₃、a₄、a₅、a₆均为经验系数；

计算过渡带比例W＝D_∞/TB；

计算通带、阻带截止频率；

根据通带、阻带截止频率F_p,F_s得到所述滤波器的频率响应，并利用PM算法得到所述滤波器的系数；

根据所述滤波器的系数可设计出所述的速度选择射频脉冲。

10.根据权利要求6-9任一项所述的系统，其特征在于，还包括：

散相模块，用于利用散相梯度抑制速度选择射频脉冲所带来的横向磁化矢量；

压脂模块，用于在采集之前利用谱特异性射频脉冲抑制脂肪信号。