CN106646302B - 一种磁共振成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁共振成像方法，包括如下步骤：将K空间沿参考编码方向划分为包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元；利用若干个FSE序列激发目标扫描部位，在参考编码方向上获取对应数据线；同一个FSE序列对应的数据线分配至同一个填充单元内，且包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元衔接处的数据线的填充方向相反；对K空间数据进行图像重建，获得被扫描部位的磁共振图像。本发明磁共振成像方法通过数据线在包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元衔接处的填充顺序相反，减小了K空间填充过程中的跳变点，K空间中心区域连续采集，有效减小运动产生的伪影。

Description

一种磁共振成像方法

【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。

【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，典型的磁共振成像系统主要包括磁体、梯度线圈、射频发射线圈、射频接收线圈、信号处理单元以及图像重建单元。人体组织中自旋的氢原子可以等效为一个小磁针，经磁共振成像系统可以得到被成像组织的图像。在灰度磁共振图像中，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。而所谓的序列就是在时序上控制梯度系统、射频发射和接收单元对射频脉冲的幅度、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(Repetition Time)内，给予多个同方向的180°相位重聚脉冲，配合相应梯度形成数据线(echo train length，ETL)，从而采集多个读出数据线(读出数据线与回波一一对应)。上述读出数据线分别填入K空间的不同位置处，而不同的K空间填充方式，会得到不同对比度或伪影外观的图像效果。目前常规的MRI序列中，K空间最常采用的填充方式为：将整个K空间分为若干段，来自同一TR的读出数据线分别填充至不同段内，而来自不同TR的相同读出数据线填充至同一段内。在上述过程中由于T2弛豫，宏观横向磁化矢量将随时间推移逐渐衰减，FSE数据线在不同的时间点(不同TE)采集回波信号，回波信号的幅度将逐渐降低，这种具有差别的回波信号填充在K空间中，会导致图像失真，如模糊。此外，如果某一个TR的数据受运动破坏，会在图像中引入明显的运动伪影。鉴于此，有必要提出一种可有效抑制运动伪影的磁共振成像方法。

【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。

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空间沿参考编码方向划分为包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元；

利用若干个FSE序列激发目标扫描部位，在参考编码方向上获取对应数据线；同一个FSE序列对应的数据线分配至同一个填充单元内，且包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元衔接处的数据线的填充方向相反；

对K空间数据进行图像重建，获得被扫描部位的磁共振图像。

优选地，所述参考编码方向为第一相位编码方向、第二相位编码方向、第一相位编码编码方向与第二相位编码方向的线性组合方向或径向方向的一种。

优选地，利用若干个FSE序列激发目标扫描部位，获取两组数据线填充所述包含K空间中心的填充单元，其中一组数据线的填充方向与参考编码方向相同，而另一组数据线的填充方向与参考编码方向相反。

优选地，所述两组数据线相对于所述K空间中心对称填充。

优选地，所述两组数据线包含若干条编码相同的数据线。

优选地，还包括对所述编码相同的数据线对应的回波数据作均值处理。

优选地，利用若干个FSE序列激发目标扫描部位，获取两组填充方向相反的数据线，其中，一组数据线填充所述包含K空间中心的填充单元，另一组数据线填充所述不包含K空间中心的填充单元中与所述包含K空间中心的填充单元衔接的区域。

优选地，将所述不包含K空间中心的填充单元划分为若干个填充片段，将同一个FSE序列对应的数据线分配至同一填充片段内。

优选地，至少存在两个相邻的填充片段，其中一个填充片段中数据线的填充方向与参考编码方向相同，另一个填充片段中数据线的填充方向与参考编码方向相反。

优选地，还包括对K空间数据进行校正，具体为：在包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元按照回波时间以相反顺序重复采集数据线，在每个编码处取重复采集的回波数据的平均值。

与现有技术相比，本发明的优点在于：将K空间沿参考编码方向划分为包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元，在包含K空间中心的填充单元重叠填充编码相同的数据线，且所有回波在时间上连续采集，在短时间内采集完成K空间中心区域，有利于减小运动产生的伪影；根据回波信号随时间逐渐减小的特点，数据线在包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元衔接处的填充顺序相反，从而减少K空间填充过程中的跳变点；以相反的顺序重复采集K空间数据，并在每个编码处对重复采集的回波数据作均值处理，在一定程度上降低了信号衰减带来的图像伪影。

【附图说明】

图1为磁共振成像过程示意图；

图2为FSE序列结构示意图；

图3为现有技术中读出数据线填充K空间示意图；

图4为本发明磁共振成像方法流程图；

图5为本发明实施例中K空间沿参考编码方向划分示意图；

图6为本发明另一实施例中K空间沿参考编码方向划分示意图；

图7a为本发明中数据线顺序填充示意图；

图7b为本发明中数据线逆序填充示意图；

图8为本发明一实施例中数据线在包含K空间中心的单元内填充方式示意图；

图9为本发明又一实施例中数据线在包含K空间中心的单元内填充方式示意图；

图10为本发明一实施例中数据线在不包含K空间中心的单元内填充方式示意图；

图11为本发明又一实施例中数据线在不包含K空间中心的单元内填充方式示意图；

图12为本发明中数据线填充K空间示意图；

图13为本发明中数据线以相反顺序填充K空间示意图；

图14a为采用现有技术生成的颈部磁共振扫描图像；

图14b为采用本发明成像方法生成的颈部磁共振扫描图像。

【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全层的信息，通过频率编码和相位编码可以实现磁共振信号的空间定位编码，随后经过磁共振接收线圈可以产生包含空间编码信息的模拟信号，该模拟信号经过模数转换可转变成数字信息并被填充到K空间成为数字数据点阵，最后数据点阵经过处理可重建人体组织图像。如图1为磁共振成像过程示意图，K空间(傅里叶空间)与磁共振信号的空间定位息息相关，其本质是带有空间定位编码信息的MR信号原始数据的填充空间。每一幅MR图像都有其对应的K空间数据。对K空间的数据进行傅里叶变换，就可以对原始数据中的空间定位编码信息进行解码，得到MR的图像数据，即把不同信号强度的MR信息分配至相应的空间位置上，重建出MR图像。

FSE序列是目前磁共振成像中广泛采用的序列，与标准的自旋序列相比，其可以大大提高扫描效率，可在15s内完成一次扫描。在常规的磁共振序列中，K空间最常采用的填充方式为循序对称填充，即从K空间相位编码方向的一侧开始，逐渐向K空间中心填充，然后再从K空间中心逐渐向K空间相位编码方向的另一侧填充。另一方面，K空间中相位编码线的顺序也是可以改变的，可以采用K空间中央优先采集技术，即扫描一开始先编码和采集填充Ky＝0附件的一部分编码线，决定图像的对比，然后再填充决定图像解剖细节的K空间周边的相位编码线。上述K空间填充方式中的具体过程为：根据FSE序列中每个TR(重复时间TR是指脉冲序列相邻的两次执行的时间间隔，即指相邻两个90°脉冲中点间的时间间隔)采集L个回波，待填充K空间被均匀划分成L段，假定K空间读出数据线的总数为N，则每段包含S条连续的读出数据线，其中S＝N/L。在填充过程中，来自不同TR中的同一回波被填入同一段内，而同一TR中的不同回波分别填入各段内。如图2为FSE序列结构示意图，其中RF表示射频脉冲，Gz为层面选择脉冲，Gy为相位编码梯度，Gx为频率编码梯度，利用4个180°脉冲，产生4个自旋回波，各回波的回波时间TE(指产生宏观横向磁化矢量的脉冲中点到回波中点的时间间隔，即90°脉冲中点到自旋回波中点的时间间隔)不同，其中回波1的TE最短，回波4的TE最长，通过对相位编码的调整，可以把数据线中任何一个回波填充在K空间中心位置形成有效回波时间(一次射频脉冲激发后有多个回波产生，分别填充在K空间的不同位置，而每个回波的TE是不同的，在这些序列中，把射频脉冲中点到填充K空间中央的回波中点的时间间隔称为有效TE)，从而改变图像的权重和对比。同时由于T2弛豫，各回波的信号强度也不相同，如图2中虚线所示回波1的信号强度最大，回波4的信号强度最弱，回波1与回波2之间信号强度差别最大，以后的回波强度差别逐渐缩小。如图3为现有技术中K空间填充示意图，同一TR内的回波1-回波4(灰阶值相同)分别填入K空间不同的段内，将整个K空间分成4段，而来自不同TR(灰阶值不同)中的同一回波分别被填充至对应段内。由于T2弛豫，回波信号峰值随时间减小，整个K空间数据受到如图3中虚线所示的信号衰减的调制，这种信号衰减引入的调制，通常对导致重建图像中出现伪影。此外，上述填充方式对运动敏感，假定K空间的主要信号集中在K空间中心附件20条读出数据线，理论上需要20个TR才能采集完这段数据，如果被成像组织在这20个TR内的任何时间动一下，某一个TR的数据被运动破坏，都会在图像中出现明显的运动伪影。

针对以上问题，本发明提出一种可有效抑制运动伪影的磁共振成像方法，如图4所示，具体过程为：

S10、将K空间沿参考编码方向划分为包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元。本发明中的参考编码方向可以是第一相位编码方向Ky，也可以是第二相位编码方向Kz，或者Ky与Kz的线性组合方向，还可以是径向Kr。在一个实施例中，如图5所示K空间在二维坐标系中沿第一相位编码方向Ky被分成三部分，其中区域2为包含K空间中心的填充单元，区域1和区域3为不包含K空间中心的填充单元，且区域1和区域3被区域2间隔开。优选地，区域1和区域3还可相对于K空间中心对称设置，大小相同。在另一实施例中，如图6所示K空间在极坐标系下沿Kr分成了包含K空间中心的填充单元区域2′(中间深色圆环包含的部分)和不包含K空间中心的填充单元区域1′和区域3′(深色圆环外面部分)。需要说明的是，本发明的包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元可以为一个或多个(当包含K空间中心的填充单元包含两个或两个时，两部分在K空间中心区域存在部分重叠)，即对于不包含K空间中心的填充单元数目并不作具体限制。

S20、利用若干个FSE序列激发目标扫描部位，在参考编码方向上获取对应数据线，将同一个FSE序列对应的数据线分配至同一个填充单元内，且包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元衔接处的数据线的填充方向相反，或者数据线在包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元两者衔接处的填充方向相反。

在K空间中，从K空间中心到K空间的最周边，期间各条数据线的相位编码梯度场都是逐渐递增的，越靠近中心处所施加的相位编码梯度越弱，MR信号强度越高，对图像的对比影响越大，即填充K空间中心处的读出编码线决定了图像的对比。因此，在本实施例中首先填充包含K空间中心的单元，具体过程为：首先统计K空间中心信号强度最高的相位编码数M，并作为K空间中心最邻近的点，则在包含K空间中心的单元所需的数据线条数L＝M/ETL，其中ETL代表每个数据线的长度。需要说明的是，上述L条数据线在时间上可连续采集，以保证在最短时间内采集完成K空间中心区域，减小成像期间发生检测部位运动的概率。根据有效回波时间在数据线中设置位置的不同，上述数据线在包含K空间中心的单元内填充方式不同，如果设置的有效回波时间位于数据线的端点位置(第一个回波或最后一个回波)，则填充K空间中心位置的数据线不存在重叠区域；如果设置的有效回波时间位于数据线的非端点位置(数据线的中间区域)，则填充K空间中心位置的数据线存在重叠区域，即不同组数据线包含有参考编码相同的数据线。

在本发明具体实施例中，在包含K空间中心的单元内有30个相位编码数，所用每个数据线可产生5个回波(即每个数据线的长度为5)，填充该区域所用的数据线条数L＝6。数据线填充方式存在顺序填充和逆序填充的方式，其中顺序填充如图7a所示为沿参考编码方向按照回波信号强度从高到低采集，逆序填充如图7b所示为沿参考编码方向按照回波信号强度从低到高采集。

优选实施方式一：利用若干个FSE序列激发目标扫描部位，获取两组填充方向相反的数据线，其中，一组数据线填充包含K空间中心的填充单元，其填充方式可选择如图7a或图7b所示的任意一种(一次采集完成)，另一组数据线填充不包含K空间中心的填充单元中与包含K空间中心的填充单元衔接的区域。这种填充方式中，K中心区域内所有的回波链在时间上连续采集，以确保在最短的时间内采集完K空间中心区域，尽量避免数据采集过程中运动带来的伪影，保证了后期生成图像的对比度；而且，在两填充单元衔接处填充方向相反，避免出现跳变点。需要说明的是，剩余未填充的K空间区域可以按照相邻区域相反填充的原则，也可以按照现有同方向顺序填充的原则。

优选实施方式二：FSE的有效回波时间(Effective TE)设置于回波链的开始(第一个回波)或者末尾(最后一个回波)附近，L个回波链分成两组，每组中的回波链以同一次序(填充方向)填充K空间，并且两组回波链以相反的次序衔接，两组回波之间不存在交叠(中心区域两次采集)。请参照附图8，Effective TE设置于数据线的回波1上，则将数据线平均分为两组，其中一组回波在K空间中心一侧沿参考编码方向从回波5到回波1逆序填充(信号强度从低到高)，而另外一组回波在K空间另一侧沿参考编码方向从回波1到回波5顺序填充(信号强度从高到低)，两组数据线相对于K空间中心对称。

优选实施方式三，如果Effective TE不是第一个回波或者最后一个回波，那么上述两组回波链在衔接部分存在重叠，确保Effective TE对应的回波数据填入K空间中心点。请参照附图9，Effective TE设置于数据线的回波2上，两组数据线的回波2数据都填入K空间中心位置，一组回波在K空间中心一侧沿参考编码方向从回波5到回波2逆序填充(信号强度从低到高)，而另外一组回波在K空间另一侧沿参考编码方向从回波2到回波5顺序填充(信号轻度从高到低)，且两组数据线的其中一组回波的回波1与另一组的回波3重叠(对应的相位编码相同)。在数据采集阶段，对于两组数据线重叠部分的数据(编码相同)还需进一步作均值处理，即取相互重叠的数据线中回波数据的平均值。需要说明的是，对于有效回波时间设置于数据线的非端点位置的情况，有效回波时间对应的回波无需重叠填充在K空间中心位置，而填充在K空间中心位置的最邻近区域，两组数据线对应的回波编码不同，也无需后续的均值处理。

通过上述方式确定了包含K空间中心的填充单元数据线的填充方式后，为使不包含K空间中心的填充单元与包含K空间中心的填充单元之间平滑过渡，消除K空间跳变点，本发明中K空间的填充方式由内部向外部，以反向衔接的原则确定不包含K空间中心的单元中数据线的填充顺序，即数据线在包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元衔接处的填充方向相反，或包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元衔接处的数据线填充方向相反。具体为：将不包含K空间中心点的两个区域1，3，沿参考编码方向分为多个填充片段，每个片段中，从回波链采集到的数据按回波时间顺序或者倒序依次填入K空间，每个片段可包括一个或者多个回波链采集到的数据。如果一个片段包括多个回波链的数据，那么从同一回波时间采集到的数据填充到相邻的位置。需要说明的是，反向衔接的原则可适用于不包含K空间中心的填充单元与包含K空间中心的填充单元的衔接处，即包含K空间中心的填充单元的区域和邻近的不包含K空间中心的填充单元的部分区域，对于剩下区域按照同一填充方向填充，也可适用于整个K空间的填充。

不包含K空间中心的填充单元可以按照如下原则填充：至少存在两个相邻的填充片段，其中一个填充片段中数据线的填充方向与参考编码方向相同，另一个填充片段中数据线的填充方向与参考编码方向相反。优选实施方式四，请参照附图10，在不包含K空间中心的单元中，以相反的填充顺序衔接两个相邻填充片段，在填充片段1采集顺序为与相位编码方向相反那从最后一个回波到第一个回波(回波信号强度从低到高)，在填充片段2采集顺序为沿相位编码方向从第一个回波到最后一个回波(回波信号强度从高到低)。优选实施方式五，请参照附图11，在不包含K空间中心的单元中，以相反的填充顺序衔接两个相邻填充片段，在填充片段1采集顺序为沿相位编码方向从第一个回波到最后一个回波(回波信号强度从高到低)，在填充片段2采集顺序为与相位编码方向相反从最后一个回波到第一个回波(回波信号强度从低到高)。需要说明的是，上述填充片段中可包括多条数据线数据，在填充过程中将从同一回波时间采集得到的数据填充到相邻的位置。在本发明多个实施例中，如图10或图11所示，每个填充片段中包含两个数据线，且位于同一个填充片段内的数据线填充方向相同，同一回波时间采集得到的数据(回波信号强度相同)填充到相邻位置，同一数据线中不同回波时间采集的数据平均分配在该填充片段内。

按照相邻片段或单元中数据线填充K空间的顺序相反的原则，可得到如图12所述的K空间填充示意图，既消除了在不包含K空间中心的单元区域1或区域3的相邻填充片段之间的K空间跳变点，又能保证在包含K空间中心的单元区域2所有数据线连续采集，在最短时间内采集完成K空间中心区域，抑制成像组织运动对成像产生的伪影，同时还保证了不同单元如区域1和区域2以及区域2和区域3之间的平滑衔接。

优选实施方式六，还包括对K空间数据进行校正，具体为：在包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元按照回波时间以相反顺序重复采集数据线，在每个编码处取重复采集的回波数据的平均值。

请参照附图13，以相反的顺序采集所有K空间数据，具体对应到单个K空间编码相位处：若第一次采集时的数据来自第x回波，那么第二次采集时的数据则来自第y回波，且两者满足关系是y＝ETL-x+1，1≤x≤ETL，1≤y≤ETL，其中ETL为数据线的长度。在本实施例中，编码相同的某个位置处，第一次数据采集是的数据来自回波1，则第二次数据采集的回波来自回波5。根据上述步骤，在每个相位编码处，回波数据都会被采集两次，整个K空间的所有数据至少被采集两次。在这个K空间填充过程中，可以根据参考编码方向顺序填充K空间，也可以采用中心优先采集的原则。

S30、对K空间数据进行图像重建，获得被扫描部位的磁共振图像。需要说明的是，在K空间数据获取过程中，以相反顺序重复采集的数据需要做均值处理，在K空间每个相位编码位置处取两次采集的平均值，经过均值处理后的K空间数据进行图像重建在一定程度上降低信号衰减带来的图像伪影。

作为对比，本发明同时采用现有的K空间填充方法，其具体过程为：首先确定K空间的大小m和数据线的长度l，然后计算出所需要的数据线的数目n＝m/l，接着在整个K空间内沿参考编码方向按照顺序或者逆序的方式填充K空间，按照此方式填充的K空间在填充段相邻处会出现K空间跳变点，如果其中一个TR的数据由于受检部位运动破坏，会在图像中引入明显的运动伪影。在此具体实施例中选择的扫描部位为颈部，在整个扫描过程中被测试者颈部保持运动状态，如图14a所示为采用现有技术的颈部磁共振扫描图像，由于被测试者扫描部位的运动，出现明显的脑脊液CSF搏动伪影；而采用本发明方法获得的颈部磁共振扫描图像(图14b)，被测试者在扫描过程中同样保持颈部运动，但搏动伪影少于图14a，椎间盘部位显示的图像更清晰。

需要说明的是，本发明所涉及的磁共振成像方法不仅仅限于减少CSF周期性运动产生的伪影，还可以应用于减少由于血管脉动、心脏运动以及由于受试者随意或者不随意产生的随机运动等造成的多种运动伪影，适用于全身磁共振扫描，得到的图像结构更清晰。

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 (9)

1.一种磁共振成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

将K空间沿参考编码方向划分为包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元；

利用若干个FSE序列激发目标扫描部位，在参考编码方向上获取对应数据线；同一个FSE序列对应的数据线分配至同一个填充单元内，且包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元衔接处的数据线的填充方向相反；

对K空间数据进行图像重建，获得被扫描部位的磁共振图像；

所述包含K空间中心的填充单元填充两组数据线，其中一组数据线的填充方向与参考编码方向相同，而另一组数据线的填充方向与参考编码方向相反。

2.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于，所述参考编码方向为第一相位编码方向、第二相位编码方向、第一相位编码编码方向与第二相位编码方向的线性组合方向或径向方向的一种。

3.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于，所述两组数据线相对于所述K空间中心对称填充。

4.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于，所述两组数据线包含若干条编码相同的数据线。

5.根据权利要求4所述的磁共振成像方法，其特征在于，还包括对所述编码相同的数据线对应的回波数据作均值处理。

6.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于，利用若干个FSE序列激发目标扫描部位，获取两组填充方向相反的数据线，其中，一组数据线填充所述包含K空间中心的填充单元，另一组数据线填充所述不包含K空间中心的填充单元中与所述包含K空间中心的填充单元衔接的区域。

7.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于，将所述不包含K空间中心的填充单元划分为若干个填充片段，将同一个FSE序列对应的数据线分配至同一填充片段内。

8.根据权利要求7所述的磁共振成像方法，其特征在于，至少存在两个相邻的填充片段，其中一个填充片段中数据线的填充方向与参考编码方向相同，另一个填充片段中数据线的填充方向与参考编码方向相反。

9.根据权利要求1所述的磁共振成像方法，其特征在于，还包括对K空间数据进行校正，具体为：在包含K空间中心的填充单元和不包含K空间中心的填充单元按照回波时间以相反顺序重复采集数据线，在每个编码处取重复采集的回波数据的平均值。