CN106361336B

CN106361336B - 一种磁共振成像方法及系统

Info

Publication number: CN106361336B
Application number: CN201510437221.XA
Authority: CN
Inventors: 翟人宽
Original assignee: Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Current assignee: Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2035-07-23
Also published as: CN106361336A

Abstract

本发明公开了一种磁共振成像方法，包括：将K空间划分为N个K空间填充单元，相邻的两个K空间填充单元在相位编码方向上部分重叠；采用N个FSE序列激发目标扫描部位，获得M条在相位编码方向上连续的数据线；所述数据线被分配于N个K空间填充单元中，将与每一个FSE序列相对应的数据线分配至同一个K空间填充单元内，使得K空间相邻数据线尽可能来自同一个FSE激发序列，减小运动引起的数据差异；对K空间数据进行校正；对经过校正的K空间数据进行图像重建，获得被扫描部位的磁共振图像。加权处理重叠数据区域，进一步减小由运动带来的数据差异，减小伪影干扰。相应地，还提出一种磁共振成像系统。

Description

一种磁共振成像方法及系统

【技术领域】

本发明涉及医疗诊断用磁共振成像技术领域，尤其涉及一种磁共振成像方法及系统。

【背景技术】

磁共振成像技术已成为现代医学诊断中的一种常用的技术手段。在一幅灰度磁共振图像中，根据病变组织和正常组织之间多个参数的不同，使用不同的序列通过不同的灰度可以更好的显示出病变组织和正常组织之间的对比。而所谓的序列就是通过对射频脉冲的幅度、宽度、波形、软硬以及时间间隔、施加顺序、周期和梯度磁场的方向、梯度大小、空间定位作用的协调控制与配合施加的总称，其目的是获取符合诊断要求的图像。采用常规磁共振成像序列进行扫描，单次扫描时间需要几分钟，而采用快速成像序列进行扫描，单次扫描时间会大大缩短。

快速自旋回波脉冲(Fast Spin Echo，FSE)序列，是建立在自旋回波序列(SpinEcho，SE)基础上的一种快速成像序列，在磁共振成像中施加脉冲的顺序是先给90°激励脉冲，然后在一个TR内，给予多个同方向的180°相位重聚脉冲，采集到若干个回波，形成回波链(Echo Train Length,ETL)。目前FSE序列成为快速成像序列中最常用的序列，与标准的自旋回波序列相比，FSE序列的扫描效率大大提高，大约是标准自旋回波序列的ETL倍。因此，在腹部T2加权成像等对运动比较敏感的扫描部位，一般采用FSE序列，通过调节参数，可在15s内完成一次扫描，即受测者只需在15s内屏住呼吸，即可实现腹部T2加权扫描。然而，在实际的检测过程中，由于患者生理原因或者受试者屏气不完美，会产生些许运动，最终导致屏气扫描的结果常会有不理想的伪影存在。这主要是由于，现有的K空间数据线是按照以下方式进行排列：施加一次FSE序列后，采集到的若干条数据线被分开排列于K空间的不同子空间(segment)，而施加下一次FSE序列后，再次采集到的若干条数据线依大致相同的方式分别被依次排列于K空间的不同子空间内，因而整个K空间排序规则导致相邻相位方向的数据线来自不同的FSE激发序列，而测量部位运动会导致不同的回波链略有不同，从而导致K空间周期性调制，最终生成的图像上呈现伪影。因此，改进K空间填充方式有利于矫正伪影。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供可有效抑制运动伪影对图像干扰的磁共振成像方法及系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种磁共振成像方法，包括如下步骤：

将K空间划分为N个K空间填充单元；

采用N个FSE序列激发目标扫描部位，获得M条在相位编码方向上的数据线；所述数据线被分配于N个K空间填充单元中，将与每一个FSE序列相对应的数据线分配至同一个K空间填充单元内，其中，M大于或等于N，且M、N都为大于1的整数；

对K空间数据进行校正；

对经过校正的K空间数据进行图像重建，获得被扫描部位的磁共振图像。

进一步地，在K空间中，使相邻的两个K空间填充单元在相位编码方向上部分重叠。

进一步地，对K空间部分重叠的数据进行幅度和相位校正。

进一步地，所述N为大于或等于2的偶数。

进一步地，每次FSE序列激发目标扫描部位后，获得相同数量的数据线。

进一步地，利用N个FSE序列激发目标扫描部位，获得至少三组数据线，其中两组数据线中包含零相位编码的数据线，另外至少一组数据线的相位编码均大于或小于零相位编码。

进一步地，利用两个FSE序列激发目标扫描部位，获得相位编码填充方向相同或相反的两组数据线，且两组数据线包含若干条相位编码相同的数据线。

本发明还提供一种磁共振成像系统，包括：

扫描控制模块，用于采用FSE序列，控制激发目标扫描部位，获得相应的相位编码线；

处理模块，与所述扫描控制模块相连，用于将所述扫描控制模块产生的数据线分配于K空间填充单元中，每一个FSE序列相对应的数据线分配至同一个K空间填充单元内；

采样模块，与所述处理模块相连，用于将K空间填充单元沿相位编码方向顺序填充至K空间；

重建模块，与所述采样模块相连，用于对所述K空间数据进行变换得到重建图像。

进一步地，所述扫描控制模块激发两个FSE序列获得相位编码填充方向相同或相反的两组数据线，且两组数据线中包含若干条相位编码相同的数据线。

进一步地，所述重建模块还用于实现K空间部分重叠的数据的幅度和相位的校正。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)通过将FSE脉冲序列激发扫描部位获取的相位编码线分配至K空间填充单元，所述K空间填充单元包含与相邻K空间填充单元在相位编码方向上的部分重叠部分，相邻的两个K空间填充单元的重叠部分叠加填入K空间的相同位置，这样使得K空间相邻的数据线尽可能来自同一FSE激发序列，避免了常规K空间排序规则中由于数据线来自不同的激发序列而导致在相位编码方向上数据线差异大的缺陷；(2)对K空间数据重建的过程中，将部分重叠数据加权处理，校正该部分数据的幅度和相位，对于越靠近填充单元中心的区域，加权系数越高，而远离填充单元中心的区域，加权系数越小，这样即使由于受测者运动而造成相邻K空间的数据差异，经加权处理后，也会减小，即减小由运动带来的数据差异，K空间无需周期性调制，大大弱化了图像域出现的伪影，对运动的敏感程度降低。

【附图说明】

图1为磁共振成像的基本流程图；

图2为本发明磁共振成像方法的流程图；

图3a为本发明实施例的编号分别为i和i+1的K空间填充单元示意图；

图3b为本发明实施例的K空间示意图；

图4为本发明实施例K空间填充单元填充K空间的示意图；

图5为本发明实施例K空间填充单元包含的数据线填充K空间的示意图；

图6为本发明磁共振成像系统的结构图；

图7为现有K空间填充示意图；

图8a为压脂状态下采用常规FSE序列成像方法所成的腹部图像；

图8b为压脂状态下采用本发明成像方法所成的腹部图像；

图9a为非压脂状态下采用常规FSE序列成像方法所成的腹部图像；

图9b为非压脂状态下采用本发明成像方法所成的腹部图像。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

磁共振的每一个信号都含有射频线圈的信息，因此需要对磁共振信号进行空间定位编码，即频率编码和相位编码。磁共振接收线圈采集到的MR信号实际是带有空间编码信息的无线电波，属于模拟信号而非数字信息，需要经过模数转换(analog-digitalconversion,ADC)变成数字信息，后者被填充至K空间，成为数字数据点阵。可见K空间与磁共振信号的空间定位息息相关。磁共振成像的基本过程主要包括如图1所示的步骤，射频激发产生的脉冲信号，通过空间编码，射频线圈即可采集到具有空间定位编码信息的MR信号，这些MR信号原始数据组成的填充空间即是K空间。对K空间的数据进行傅里叶变换，就能对原始数据中的空间定位编码信息进行解码，分解出不同频率、相位和幅度的MR信号，不同的频率和相位代表不同的空间位置，而幅度则代表MR信号强度，把不同的频率、相位及信号强度的MR数字信息分配到相应的像素中，就得到了MR图像数据，即重建出MR图像。如背景技术所述，现有快速自旋回波脉冲成像方法中，K空间排序规则导致相邻相位方向的数据线来自不同的快速自旋回波脉冲序列，而测量部位运动会导致不同脉冲序列产生的数据线略有不同，从而导致K空间周期性调制，最终生成的图像上呈现伪影。

本发明针对K空间的排序规则进行改进，提出一种磁共振成像方法，使得K空间相邻的数据线尽可能来自同一个FSE序列脉冲激发。其主要思想为：K空间中划分出在相位编码方向上部分重叠区域的K空间填充单元，即子空间，每个K空间填充单元都有对应的FSE序列，FSE序列一次激发产生的多条数据线填充至K空间填充单元中，K空间的部分重叠区域会被两个FSE序列产生的数据线重叠填充，对于该部分数据作加权处理，减小了两个FSE序列产生的相位编码线的差异，可有效抑制运动造成的伪影。

请参阅附图2，一种磁共振成像方法主要包含以下步骤：

S10将K空间划分为N个K空间填充单元，所述K空间填充单元在相位编码方向上是连续的，且每个K空间填充单元包含与相邻K空间填充单元的重叠数据区域。在本实施例中，将待填充K空间划分为N个K空间填充单元。所谓的K空间填充单元就是对应FSE序列并可以同时采集多条相位编码线的K空间部分区域，本实施例中与每个K空间填充单元对应的FSE序列激发产生的数据线数量相同。K空间填充单元在相位编码方向上是连续的，各个K空间填充单元之间并不是孤立的，而是与相邻的K空间填充单元之间部分重复划分。这样在待填K空间中就存在同时属于两个K空间填充单元的区域，其对应到K空间就是K空间的两次采样区域，剩余空白部分为K空间填充单元非重叠区域，其对应到K空间就是单次采样区域。需要说明的是K空间中可能包含多个这样的重叠区域，且各个采样区域的大小并不要求完全相同，在本实施例中，优选为每个重叠区域大小相同。

S20采用N个FSE序列激发目标扫描部位，获得M条在相位编码方向上的数据线；所述数据线被分配于N个K空间填充单元中，将与每一个FSE序列相对应的数据线分配至同一个K空间填充单元内，其中，M大于或等于N，且M、N都为大于1的整数。

在本实施例中，采用N个FSE序列激发腹部扫描部位，获得N个相应的数据线(相位编码线)，即在相位编码(PE)方向上的数据线，根据K空间的对称性N一般设置为大于或等于2的偶数。图3a所示，为K空间示意图，K空间的Kx方向为读方向，Ky方向为相位编码方向，可填充多条相位编码线或K空间填充单元。在此具体实施例中，K空间填充单元的填充方向沿相位编码方向，即Ky方向。如图3b所示，为本实施例产生的两个K空间填充单元示意图，两K空间填充单元对应的FSE序列激发的数据线数量相同，两侧阴影部分为与相邻K空间填充单元部分重叠的区域，相对于K空间填充单元的中心轴线对称设置，剩余空白部分为K空间填充单元与相邻K空间填充单元非重叠区域。以图3b中的两个K空间填充单元为例，编号为i的K空间填充单元右侧阴影部分与编号为i+1的左侧阴影部分为两者的重叠区域，在填充K空间时，两阴影部分填充至K空间的同一位置，两者大小完全相同，两填充单元在K空间相位编码方向上部分重叠。另一方面，而编号为i的K空间填充单元左侧阴影部分则与编号为i-1的右侧阴影部分重叠填充至K空间同一位置(图中未给出)，编号为i+1的K空间填充单元右侧阴影部分与编号为i+2的左侧阴影部分重叠填充至K空间同一位置(图中未给出)，K填充单元的剩余部分数据线则是不重叠的、孤立的。通过各个K空间填充单元部分重叠，使得各个K空间填充单元建立连续性，而另一方面，每个K填充单元中的数据线都有同一FSE序列激发产生。在此实施例中，同一K空间填充单元的部分重叠区域大小相同，相对于K空间填充单元的中心轴线对称设置。

需要指出的是，上述K空间是待采集的K空间，且该K空间里面的数据都是需要实际采集的，并不包含需要重建算法计算的部分。此外，本发明磁共振成像方法也可以采用平面回波成像序列。

确定K空间中数据线的填充顺序，从而确定K填充单元在待填充K空间的位置；然后从待填补K空间的一侧开始，填入第一个K空间填充单元，如图4所示，首先将编号为1的K空间填充单元填入K空间，然后顺次填充编号为2的K空间填充单元，编号为1的K空间填充单元的右侧重叠数据区域与编号为2的K空间填充单元的左侧重叠数据区域叠加填入K空间。具体方法为：利用编号1和编号2的K空间填充单元分别对应的两个FSE序列激发目标扫描部位，获得如图5所示的数据线组D1和数据线组D2(在K空间对称位置编号为3和编号为4的K空间填充单元对应的FSE序列激发目标扫描部位，获得数据线组D3和数据线D4)，其中横坐标PE表示相位编码方向(范围从-127到+128)，纵坐标I表示产生的数据线信号的强度(每次FSE系列激发信号强度会产生衰减)。为了便于以下的说明，将相位编码的范围分成两个区间[-127,-1]、[+1,+128]，在上述两个区间内进行数据采集，可认为同一区间相位编码填充相同，处于不同区间的相位编码填充方向相反。数据线组D1和数据线组D2位于区间[-127,-1]的部分区域，两组数据线组相位编码填充方向相同且数据线的数目相同，两组数据线D1、D2包含若干条相位编码相同的数据线，如PE1。其中，处于同一相位编码的若干条数据线即对应编号为1与编号为2的K填充单元在K空间相位编码方向上的部分重叠区域。另两组数据线D3、D4位于区间[+1,+128]的部分区域，两组数据线的相位编码填充方向相同且数据线的数目相同，D3和D4中也包含若干条相位编码相同的数据线，如PE2，相位编码相同的若干条条数据线对应编号为3与编号为4的K填充单元在K空间相位编码方向上的部分重叠区域。按照同样的操作原则将其他K空间填充单元顺次填入待填充K空间，直至充满整个K空间。需要指出的是，上述每个K空间填充单元内部数据线对应相位编码是顺序的，而采集K空间填充单元不必按照彼此的编号，即采集数据的过程并没有固定的顺序。

在另一实施例中，利用N个FSE序列激发目标扫描部位，获得至少三组数据线，其中两组数据线中包含零相位编码的数据线，另外至少一组数据线的相位编码均大于或小于零相位编码。具体的，当N等于3时，有两组数据线中包含零相位编码的数据线，另外一组数据线的相位编码均大于或小于零相位编码，且该另外一组数据线包含一个或多个与所述两组数据线中的任一组相位编码相同的数据线，且相位编码填充方向相同。当N等于4时，有两组数据线中包含零相位编码的数据线，另外两组数据线的相位编码均大于或小于零相位编码，且该另外两组组数据线的与所述两组数据线(包含零相位编码的数据线)中的任一组包含一个或多个相位编码相同的数据线，且相位编码填充方向相同；当N>4时，依次类推。通过这样的采集方式，使得K空间相邻填充单元的部分数据线重叠。也就是说，可以通过非对称采集的方式，仅获得部分关键数据，减少采集的时间，然后利用业界已知的重建方式，获得图像。

在K空间中，从K空间中心(Ky＝0)到K空间的最周边(Ky＝-127或Ky＝+128)，其间各条K空间线的相位编码梯度场是逐渐递增的，越靠近Ky＝0，所施加的相位编码梯度越弱，MR信号强度越高，对图像的对比影像越大。即填充K空间中央区域的相位编码线决定图像的对比。在另一实施例中，根据K空间的对称性，在Ky＝0附近利用两个FSE序列激发目标扫描部位，获得如图5所示以Ky＝0为对称轴的两组数据线D1和D3，其中数据线组D1主要位于区间[-127,-1]，数据线组D3主要位于区间[+1,+128]，两数据线组相位编码填充方向相反，从图可以看出两组数据线中都包含零相位编码的数据线。

S30对K空间数据进行校正，具体步骤为：令A₁表示K空间填充单元的重叠数据区域回波信号的幅度值，令

表示K空间填充单元的重叠数据区域回波信号的相位值，令A₂表示相邻K空间填充单元的重叠数据区域回波信号的幅度值，令

表示相邻K空间填充单元的重叠数据区域回波信号的相位值；

对于非重叠数据区域不作处理，无需做校正处理，而对于重叠数据区域，可有以下多种处理方式：

重叠数据区域幅度值A＝A₁+A₂，重叠数据区域相位值

或重叠数据区域幅度值A＝A₁，重叠数据区域相位值

或重叠数据区域幅度值A＝A₂，重叠数据区域相位值

或采用加权处理：重叠数据区域幅度值A＝α₁×A₁+α₂×A₂，重叠数据区域相位值

其中，α₁和α₂表示加权系数，且满足α₁+α₂＝1，0≤α₁≤1，0≤α₂≤1。在此实施例中，加权系数确定的具体步骤为：定义K空间填充单元的重叠数据区域指向所述K空间填充单元的非重叠数据区域的方向为正方向，令所述K空间填充单元的重叠数据区域与所述K空间填充单元的非重叠数据区域交界处的坐标为坐标原点，当0≤x＜x₀时，

当x₀≤x＜2x₀时，

其中，α表示加权系数，α₁＝α；x₀为所述K空间填充单元重叠数据区域的中心在正方向上的横坐标，x为所述K空间填充单元重叠数据区域在正方向上的横坐标。对于重叠数据区域的某一信号而言，如果该信号距离其对应的K空间填充单元中心轴线越近，说明该信号相关性大则加权系数越接近于1；反之，如果该信号距离其对应的K空间填充单元中心轴线越远，说明相关性小则加权系数就接近于0。

S40利用经过校正的K空间数据进行图像重建，获得被扫描部位的磁共振图像。具体为：将重建后的K空间数据进行傅里叶变换等过程，获得被扫描部位的磁共振图像。

与上述磁共振成像方法相对应的，本发明还提出了一种磁共振成像系统，请参阅图6，包括：区域划分模块100、扫描控制模块100、处理模块200以及重建模块400。

区域划分模块100，用于将K空间划分为N个K空间填充单元，K空间填充单元在相位编码方向上连续，且相邻的两个K空间填充单元在相位编码方向上部分重叠。

扫描控制模块200，用于采用FSE脉冲序列，控制激发腹部扫描部位，获得相应的数据线。

处理模块300，与扫描控制模块200相连，用于将扫描控制模块200产生的数据线分配于K空间填充单元，确定各个K空间填充单元在K空间中的位置，其中，每一个FSE序列相对应的数据线分配至同一个K空间填充单元内，这样相邻的两个K空间填充单元在相位编码方向上部分重叠的区域会重叠填充两个FSE序列激发产生的数据线，即在该区域采样两次。在本实施例中如图5所示，通过处理模块产生的数据线组D1和数据线组D2的相位编码填充方向相同且数据线的数目相同，两组数据线D1、D2包含相位编码相同的数据线PE1，其中，处于同一相位编码的数据线即对应编号为1与编号为2的K填充单元在K空间相位编码方向上的部分重叠区域。在另一实施例中，在Ky＝0附近利用两个FSE序列激发目标扫描部位，获得如图5所示以Ky＝0为对称轴的两组数据线D1和D3，该两组数据线相位编码填充方向相反，从图可以看出两组数据线中都包含零相位编码的数据线。

重建模块400，与处理模块300相连，用于对所述K空间数据进行变换得到重建图像。此外，重建模块还对重叠数据区域进行数据幅度和相位的校正。

作为对比，在本实施例中，采用常规的快速自旋回波(Fast Spin echo,FSE)填充K空间的方式进行回波成像处理，其具体过程为：首先确定K空间的大小Y和回波链的长度L；然后计算出所需要的回波链的数目X＝Y/L；接着按照附图7所示的方式填充K空间，其中数字i代表第i个回波链的回波采集到的数据，数字相同的部分代表相同时间采集的所有数据。从图可以看出，这种方法采集的回波链内部的数据并不是集中在一起的，而是分散填充在整个K空间。由于K空间相邻相位编码线并不是来自同一FSE序列激发，如果身体产生稍微的运动，则导致相邻数据之间的差异加大，从而导致K空间的周期性调制，最终生成的图像也会产生伪影。

图8a代表采用常规FSE生成的腹部图像数据(压脂)，图8b代表采用本发明的方法生成的腹部图像数据(压脂)。在另一实施例中，我们对比研究了非压脂模式下受测者腹部产生的图像，图9a代表采用常规FSE生成的腹部图像数据(非压脂)，图9b代表采用本发明的方法生成的腹部图像数据(非压脂)。采用传统方法生成的腹部图像，由于受测者呼吸的干扰，肝脏区域成像显示不清晰，血管轮廓难以辨别(图8a和图9a)，对临床诊断的影响很大。而采用本方法生成的腹部图像，无论是在压脂状态(图8b)还是在非压脂状态(图9b)下，腹部区域均显示结构清晰，白色边带伪影的干扰几乎不可见，也没有由于受测者呼吸导致的信号异常，肝脏区域图像显示清晰，结构比较细腻，血管细节显示较好，同时大大降低了对运动的敏感程度。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种磁共振成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

将K空间划分为N个K空间填充单元；

采用N个FSE序列激发目标扫描部位，获得M条在相位编码方向上的数据线；所述数据线被分配于N个K空间填充单元中，将与每一个FSE序列相对应的数据线分配至同一个K空间填充单元内，其中，M大于或等于N，且M、N都为大于1的整数，相邻的K空间填充单元在相位编码方向上部分重叠，N个K空间填充单元中的两个K空间填充单元被分配的数据线同时包含零相位编码的数据线，且所述两个K空间填充单元中的一者被分配的数据线沿相位编码方向填充，另一者被分配的数据线沿与相位编码方向相反的方向填充；

对K空间数据进行校正；

2.根据权利要求1所述磁共振成像方法，其特征在于，对K空间部分重叠的数据进行幅度和相位校正。

3.根据权利要求1所述磁共振成像方法，其特征在于，所述N为大于或等于2的偶数。

4.根据权利要求1所述磁共振成像方法，其特征在于，每次FSE序列激发目标扫描部位后，获得相同数量的数据线。

5.根据权利要求1所述磁共振成像方法，其特征在于，利用N个FSE序列激发目标扫描部位，获得至少三组数据线，其中两组数据线中包含零相位编码的数据线，另外至少一组数据线的相位编码均大于或小于零相位编码。

6.一种磁共振成像系统，其特征在于，包括：

区域划分模块，用于将K空间划分为N个K空间填充单元，相邻的两个K空间填充单元在相位编码方向上部分重叠；

处理模块，与所述扫描控制模块相连，用于将所述扫描控制模块产生的数据线分配于K空间填充单元中，每一个FSE序列相对应的数据线分配至同一个K空间填充单元内，N个K空间填充单元中的两个K空间填充单元被分配的数据线同时包含零相位编码的数据线，且所述两个K空间填充单元中的一者被分配的数据线沿相位编码方向填充，另一者被分配的数据线沿与相位编码方向相反的方向填充，N为大于1的整数；

重建模块，与所述处理模块相连，用于对所述K空间数据进行变换得到重建图像。

7.根据权利要求6所述磁共振成像系统，其特征在于，所述重建模块还用于实现K空间部分重叠的数据的幅度和相位的校正。