CN107656222A - 磁共振扫描策略确定方法、磁共振扫描系统 - Google Patents

磁共振扫描策略确定方法、磁共振扫描系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种磁共振扫描策略确定方法、磁共振扫描系统。其中，磁共振扫描策略确定方法包括：获取梯度脉冲序列在设定时间窗口下的逻辑轴的梯度强度，并根据所述梯度强度确定逻辑轴梯度平均功率；根据所述逻辑轴梯度平均功率和预设规则确定物理坐标系下的第一梯度平均功率矩阵；根据所述第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向；根据所述最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描策略。本发明实施例解决了计算最大平均功率计算量大，操作复杂，确定磁共振扫描策略用时较长的问题，可以快速根据计算结果确定扫描策略，保证临床扫描顺利进行。

Description

磁共振扫描策略确定方法、磁共振扫描系统
技术领域
本发明实施例涉及医学成像技术领域，尤其涉及磁共振扫描策略确定方法、磁共振扫描系统。
背景技术
医学影像是指为了医疗或医学研究，对人体或人体某部分，以非侵入方式取得内部组织影像的技术与处理过程。其中，磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)技术是应用于医学检查的主要成像技术之一。
梯度系统磁共振设备中最重要的硬件之一，包括梯度线圈、梯度放大器、数模转换器等结构，梯度线圈对应于人体解剖学上的横轴位、矢状位和冠状位提供了三个正交的梯度磁场(对应空间坐标X、Y、Z轴，称为物理轴)，所提供的三个梯度磁场能够实现MRI的空间定位。医生在磁共振成像设备扫描界面上，任意旋转磁共振成像的临床视野，即旋转与物理轴对应的逻辑坐标轴，以获得最合适的方向和角度扫描临床感兴趣区域，然后三个逻辑轴上的梯度强度会被分解到三个物理轴上实施。当临床序列空间分辨率高、编码梯度幅度大，且扫描时间较长时，梯度放大器长时间高功率运行会导致发热过多，从而主动停止序列运行导致临床扫描失败。因此需要准确计算出最大梯度功率及其出现的方向，进而确定磁共振扫描策略，保证临床扫描顺利进行。
现有技术中，常需要先将逻辑轴梯度全部旋转到物理轴，再求三个物理轴梯度各自的平均功率，然后用数值优化的方法求解梯度功率最大值及其方向，比如使用最速下降法。现有技术所采用的方法计算量大，操作复杂，耗时较长。
发明内容
本发明实施例提供了一种磁共振扫描策略确定方法、磁共振扫描系统，以实现快速且准确的计算出最大梯度功率及最大功率出现的方向，进而确定磁共振扫描策略，使临床扫描顺利进行。
第一方面，本发明实施例提供了一种磁共振扫描策略确定方法，该方法包括：
获取梯度脉冲序列在设定时间窗口下的逻辑轴的梯度强度，并根据所述梯度强度确定逻辑轴梯度平均功率；
根据所述逻辑轴梯度平均功率和预设规则确定物理坐标系下的第一梯度平均功率矩阵；
根据所述第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向；
根据所述最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描策略。
第二方面，本发明实施例还提供了一种磁共振扫描策略确定装置，该装置包括：
逻辑轴梯度平均功率计算模块，用于获取梯度脉冲序列在当前时间窗口下的逻辑轴的梯度强度，并根据所述梯度强度确定逻辑轴梯度平均功率；
第一梯度平均功率矩阵确定模块，用于根据所述逻辑轴梯度平均功率和预设规则确定物理坐标系下的第一梯度平均功率矩阵；
最大梯度平均功率确定模块，用于根据所述第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向；
磁共振扫描策略确定模块，用于根据所述最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描策略。
第三方面，本发明实施例提供了一种磁共振扫描策略确定方法，该方法包括：
选择扫描成像区域，并提供所述扫描成像区域对应的扫描脉冲序列，所述扫描脉冲序列包括射频RF脉冲序列和梯度脉冲序列，所述RF脉冲序列用于驱动RF线圈产生RF场，所述梯度脉冲序列用于驱动梯度线圈产生梯度场；
确定所述梯度脉冲序列对应的逻辑轴在重复时间内的逻辑功率；
根据所述逻辑功率确定与所述逻辑轴对应的梯度线圈的物理功率；
根据所述物理功率优化扫描策略，所述扫描策略的优化包括扫描成像区域的优化或所述扫描脉冲序列的优化。
第四方面，本发明实施例还提供了一种磁共振扫描系统，包括
扫描腔，形成容置受检者的扫描空间；
梯度线圈，所述梯度线圈包括设置在所述扫描腔内的X轴梯度线圈、Y轴梯度线圈和Z轴梯度线圈，且X轴梯度线圈、Y轴梯度线圈和Z轴梯度线圈在梯度脉冲序列驱动下产生的梯度方向相互正交；
处理器，用于获取选定扫描区域对应的扫描脉冲序列，并根据所述扫描脉冲序列监测所述梯度线圈的物理功率；以及，根据所述梯度线圈的物理功率的监测结果优化所述扫描脉冲序列。
第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可用于执行发明任意实施例提供的磁共振扫描策略确定方法。
本发明实施例通过将逻辑轴梯度平均功率根据预设规则得到物理轴梯度平均功率矩阵进而计算出最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向，确定磁共振扫描策略；解决了计算最大平均功率计算量大，操作复杂，确定磁共振扫描策略用时较长得问题，可以快速根据计算结果确定扫描策略，保证临床扫描顺利进行。
附图说明
图1a是本发明实施例一提供的一种磁共振扫描策略确定方法的流程图；
图1b是本发明实施例一提供的磁共振系统的坐标系及梯度线圈的分布示意图；
图1c是本发明实施例一提供的GRE序列在一个TR时间内的序列示意图；
图1d是本发明实施例一提供的磁共振成像操作者在调整扫描视野过程中，逻辑轴与物理轴的相对位置关系图；
图1e本发明实施例一提供的磁共振成像操作者在调整扫描视野过程中，逻辑轴与物理轴的相对位置关系图；
图2是本发明实施例二提供的一种磁共振扫描策略确定方法的流程图；
图3a是本发明实施例三提供的一种磁共振扫描策略确定方法的流程图；
图3b是本发明实施例三提供的乳腺T1 3D增强扫描GRE序列图；
图3c是本发明实施例三提供的进行关节倾斜扫描中FSE序列图；
图3d是本发明实施例三提供的在EPI类序列扫描的应用中EPI序列图；
图4是本发明实施例四提供的一种磁共振扫描策略确定装置的结构示意图；
图5是本发明实施例五提供的一种磁共振扫描策略确定方法的流程图；
图6是本发明实施例六提供的一种磁共振扫描系统的结构示意图；
图7是本发明实施例六提供的一种磁共振扫描系统中显示器的界面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1a为本发明实施例一提供的磁共振扫描策略确定方法的流程图，本实施例可适用于利用磁共振成像系统获取病人扫描图像情况，该方法可以由磁共振扫描系统来执行，该系统可以采用软件和/或硬件的方式实现。如图1a所示，该方法具体包括：
S110、获取梯度脉冲序列在设定时间窗口下的逻辑轴的梯度强度，并根据梯度强度确定逻辑轴梯度平均功率。可选地，设定时间窗可包括一个或多个重复时间(repetitiontime，TR)
其中，梯度脉冲序列是由磁共振系统谱仪系统中的序列发生器发出的，示例性地，梯度脉冲序列可以是一系列逻辑驱动信号波形，该驱动信号由序列发生器根据待扫描区域确定，可经放大器传输至梯度线圈，驱动梯度线圈产生梯度脉冲。梯度系统是磁共振成像仪器中重要的硬件之一，由梯度线圈、梯度放大器、数模转换器、梯度控制器、梯度冷却装置等构成，梯度线圈安装于主磁体环绕形成的空间内。梯度系统的作用是产生线性变化的梯度磁场。梯度磁场主要作用就是进行磁共振信号的空间定位编码。梯度磁场本身也是具有方向性的，示例性的，在本实施例中以临床上最常用的水平磁场超导磁体为例来定义磁共振系统的坐标系，如图1b本发明实施例一提供的磁共振系统的坐标系及梯度线圈的分布示意图所示。为了使读者理解更为容易些，以患者体位为仰卧位且头先进入来定义磁共振系统的坐标系，此时主磁场方向与人体长轴平行，且方向指向头侧。我们把主磁场方向定义为Z轴(与水平方向平行)；X轴及Y轴与Z轴垂直，X轴在人体左右方向上，指向人体解剖位置的左侧；Y轴在人体的前后方向上，指向人体解剖位置的前侧，X轴、Y轴和Z轴形成物理坐标。在X、Y、Z三轴上各有一组梯度线圈，即物理轴的X轴梯度线圈、Y轴梯度线圈、Z轴梯度线圈。梯度序列就是由X、Y、Z三轴上的梯度线圈同时或交替发出的梯度脉冲信号。在一个实施例中，X轴梯度线圈、Y轴梯度线圈和Z轴梯度线圈设置在圆筒形的扫描腔内(内表面)，在该扫描腔内还形成形成容置受检者的扫描空间，X轴梯度线圈、Y轴梯度线圈和Z轴梯度线圈在梯度脉冲序列驱动下产生的梯度方向可相互正交。
在磁共振扫描设备开始扫描病人的待扫描部位之前，医生或技师会在计算机端的扫描预览界面选择最佳的扫描视野并设置梯度序列的信号强度。其中扫描视野的确定是通过旋转与实际的物理轴X、Y、Z三个轴相对应的逻辑坐标轴来实现的。逻辑坐标轴包括选层梯度(slice select，SS)、相位编码梯度(phase encoding，PE)、读出梯度(read out，RO)三个方向。其中物理坐标和逻辑坐标的对应关系例如可以是选层梯度(GSS)与Z轴梯度线圈相对应，相位编码梯度(GPE)与Y轴梯度线圈相对应，读出梯度(GRO)与X轴梯度线圈相对应。
这里需要说明的是，逻辑轴与物理轴的一一对应关系并不做限制，也可以是选层梯度与Y轴梯度线圈相对应，相位编码梯度与X轴梯度线圈相对应，读出梯度与Z轴梯度线圈相对应。磁共振成像是多切面的断层显像。要使某一段大块的人体组织分层面显示，就要进行层面定位，人为地将组织器官分解成为许多具有一定层厚的断面。根据临床检查的要求做矢状面、冠状面还是横断面，只要通过电脑控制启动某一轴上的梯度场即可。
对一个层面而言，平面上位置有左右和上下不同，可以再用相位和频率两种编码方法来实现定位。若选层梯度是Z轴方向，则可在Y轴的上下方向上施加第二个梯度磁场，将上下空间位置的体素用不同相位状态来分辨，即可将梯度磁场称之为相位编码梯度磁场。一个128×256矩阵可用128种不同相位来编码，这时成像时间就与相位编码数直接相关。用梯度磁场使层面的Z轴上和上下的Y轴上均有不同。但是，此时某一次RF激发后的回波仍是左右方向上一排像素(128或256个)的总和，这一排像素要用频率编码的方法来区分，在一个RF激发停止后，立即在这一排像素所在方向上再施加另一梯度磁场，称为频率编码梯度磁场，也即读出梯度方向。使这一排上不同像素的质子在弛豫过程中出现频率不同，计算机可以识别此频率的差异而确定不同质子的位置。通过将逻辑轴各坐标轴强度分解到与其相对应的物理轴上，由相应的梯度线圈发出相应强度的信号，使选层编码梯度、相位编码梯度和频率编码梯度的时间先后排列和协同工作，可以达到对某一成像体积中不同空间位置体素的空间定位。
可选的，逻辑轴梯度平均功率包括设定时间窗口下的同轴梯度平均功率和交叉轴梯度平均功率。其中，设定时间窗口可以为脉冲序列的一个周期的时间长度。在一个实施例中，设定时间窗口是从第一个RF激发脉冲出现到下一周期同一脉冲出现时所经历的时间间隔。在另一个实施例中设定时间窗口也可为设定的扫描时间段，该扫描时间段包括多个TR。同轴平均功率是指该功率是由逻辑轴中单个轴作用的结果。交叉轴平均功率是指该功率是逻辑轴中的任意两个轴共同作用的结果，示例性的，由读出梯度方向轴和选层编码方向轴共同作用。
在逻辑轴梯度场强作用的时间内将梯度磁场强度的幅值的平方做积分(累加求和)得到的值除以当前时间窗口值即可得到逻辑轴的平均功率。
示例性的，以典型梯度回波序列(Gradient Recalled Echo，GRE序列)为例，说明在一个设定时间窗口内如何计算得到逻辑轴梯度平均功率，GRE序列在一个设定时间窗口的序列如图1c所示。
首先，计算各逻辑轴同轴在设定时间窗口内的平均功率，
其中，功率P下的角标ro表示读出方向，pe表示相位编码方向，ss表示选层方向；那么，Pro则表示读出梯度的平均功率，Ppe表示相位编码梯度的平均功率，Pss表示选层梯度的平均功率；G表示一个梯度平台期、爬升期或者下降期开始时刻的梯度幅度，单位为mT/m；k表示梯度变化的速度，单位为mT/m/ms；梯度处于平台期时，k＝0；T表示设定时间窗口的持续时间，可包括一个或多个TR对应的时间；TR表示该时间窗口的时间长度；i表示梯度脉冲的次序，i为正整数；Ti表示第i个梯度脉冲的在一个TR内的持续时间。更进一步地，Gro,i表示第i个读出梯度脉冲(对应第i个TR)的梯度幅度；Gpe,i表示第i个相位编码梯度脉冲(对应第i个TR)的梯度幅度；Gss,i表示第i个选层梯度脉冲(对应第i个TR)的梯度幅度；kro,i表示第i个读出梯度脉冲(对应第i个TR)的变化速度；kpe,i表示第i个相位编码梯度脉冲(对应第i个TR)的变化速度；kss,i表示第i个选层梯度脉冲(对应第i个TR)的变化速度。需要说明的是，上述公式仅是获取逻辑轴梯度平均功率的一种表示方式，而非唯一的表示方式。
然后计算交叉轴在设定时间窗口内的平均功率，
其中，Pro,pe与Ppe,ro是读出梯度方向与相位编码梯度方向共同作用下产生的功率，Pro,ss与Pss,ro是读出梯度方向与选层梯度方向共同作用下产生的功率，Pss,pe与Pss,pe是选层梯度方向与相位编码梯度方向共同作用下产生的功率。
S120、根据逻辑轴梯度平均功率和预设规则确定物理坐标系下的第一梯度平均功率矩阵。
逻辑轴方向在开始时是与物理轴对应一致的，由医生或技师根据病人待扫描部位的最佳扫描视野旋转逻辑轴，可最终确定逻辑轴各个轴的指向。因此，可以得到逻辑轴与物理轴的旋转对应关系，根据这一关系，可以由逻辑轴梯度平均功率得到物理轴坐标系下的第一平均功率矩阵。
其中，预设规则包括第一梯度平均功率矩阵的大小、第一梯度平均功率矩阵中各元素的排布方式以及第一梯度平均功率矩阵中各元素与各逻辑轴梯度平均功率的对应关系和/或转换关系。
S130、根据第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向。
本实施例中，最大梯度平均功率用于判断在磁共振扫描过程中是否存在超出最大限制的功率值，示例性的，若最大梯度平均功率小于或等于最大限制，则在磁共振扫描过程中不存在超出最大限制的功率值；若最大梯度平均功率大于最大限制，则当物理轴Z轴旋转至最大梯度平均功率对应的方向时，出现最大梯度平均功率，并超出最大限制，导致磁共振扫描中断。具体情况可参考图1d与图1e，图1d与图1e为磁共振成像操作者在调整扫描视野过程中，逻辑轴与物理轴不同状态下的相对位置关系图。其中，虚线坐标轴表示物理轴，实线坐标轴表示逻辑轴。
假设在开始阶段，操作者旋转临床扫描视野(field of view，FOV)，使得ro，pe，ss三个逻辑轴与x,y,z三个物理轴重合，三个物理轴上的功率也分别正比于a2，b2，c2；其中，a、b、c分别指ro，pe，ss三个逻辑轴的梯度强度的幅值，且此时每个物理轴的功率都不超限。
当操作者绕ss轴旋转临床FOV，如图1d所示，使得ro与pe上的梯度完全由物理y轴来实施时，y轴上的功率则正比于a2+b2，x轴上的功率为(a-b)2。此时，物理y轴功率较大，是有可能超出梯度功率放大器的功率限制的。
当操作者继续旋转临床FOV，如图1e所示，使得ro，pe，ss上的梯度全部由y轴来实施时，y轴上的功率则正比于a2+b2+c2，物理y轴功率达到极大值，是非常有可能功率超限的。当然，旋转临床FOV，使得ro,pe,ss上的梯度全部由x轴或者z轴来实施，同样也会使x轴或者z轴最大功率超过阈值，是临床扫描不能正常进行。
可选的，根据第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向，包括：计算第一梯度平均功率矩阵的本征值和本征向量，将第一梯度平均功率矩阵的最大本征值确定为最大梯度平均功率，将最大本征值对应的本征向量确定为最大梯度平均功率的方向。具体的，可以对第一梯度平均功率矩阵进行对角化，在对角化后，功率最大的值(即最大本征值)在对角线上最左上角，功率最小的值(即最小本征值)在对角线最右下角。最大本征值对应的本征矢量，即为功率最大值出现的方向。操作者不能将X，Y，Z一个轴转到此方向去，否则就会导致该轴平均功率超限。
本实施例中，通过求解第一梯度平均功率矩阵的最大本征值和本征向量，获取最大梯度平均功率和对应的方向，简化了最大梯度平均功率和对应的方向的计算过程，缩短了磁共振扫描之前的准备时间。
S140、根据最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描策略。
基于前述步骤计算得到的最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向，医生或技师在确定扫描策略的时候就可以判断物理轴的梯度线圈的功率是否超过预设的最大限值，进而调整扫描区域的视野范围，使梯度线圈的功率值不会超过最大限值，以保证序列扫描的顺利进行。
本实施例的技术方案，通过将逻辑轴梯度平均功率根据预设规则得到物理轴梯度平均功率矩阵进而计算出最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向，确定磁共振扫描策略，解决了计算最大平均功率计算量大，操作复杂，确定磁共振扫描策略用时较长得问题，可以快速根据计算结果确定扫描策略，保证临床扫描顺利进行。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的磁共振扫描策略确定方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上，进一步提供根据逻辑轴梯度平均功率和预设规则确定物理坐标系下的第一梯度平均功率矩阵的方法。相应的，如图2所示，该方法具体包括：
S210、获取梯度脉冲序列在设定时间窗口下的逻辑轴的梯度强度，并根据梯度强度确定逻辑轴梯度平均功率。
S220、将各逻辑轴梯度平均功率根据预设排列方式确定逻辑坐标系下的第二梯度平均功率矩阵。
将各逻辑轴的同轴平均梯度功率与交叉轴平均梯度功率用矩阵的形式来表示，构造成一个逻辑坐标系下的第二梯度平均功率矩阵。示例性的，同轴平均梯度功率值为矩阵对角线上的元素，交叉轴平均梯度功率值相应的作为矩阵对角线以外的元素，任意同轴平均梯度功率值所在的行或列还包括该逻辑轴与其他两个逻辑轴的交叉轴平均梯度功率值。由于交叉轴之间的相互作用是对称的，所以构造的第二梯度平均功率矩阵为一个对称矩阵。
以上一个实施例中计算得到的梯度回波序列的逻辑轴梯度平均功率为例，构造一个逻辑坐标系下的第二梯度平均功率矩阵。矩阵表示为：
其中，功率P的下标logic则表示该功率表示逻辑坐标系下的功率值。Ppe,ro与Pro,pe相等，Pss,ro与Pro,ss相等，Pss,pe与Ppe,ss相等，因此，逻辑坐标系下的第二梯度平均功率矩阵Plogic是一个对称矩阵。需要说明的是，上述公式仅是第二梯度平均功率矩阵的一种表示方式，而非唯一的表示方式。
S230、根据坐标变换矩阵对第二梯度平均功率矩阵进行矩阵相似变化，生成第一梯度平均功率矩阵，其中，坐标变换矩阵根据逻辑轴的转换角度确定。
示例性的，逻辑轴绕着物理Z轴逆时针旋转了30度，坐标变换矩阵可表示为
在本实施例中，其中，坐标变换矩阵为一个可逆矩阵，可以表示为 表示逻辑轴旋转的中心轴方向向量，φ表示绕逻辑轴旋转的中心轴旋转的角度。根据坐标变换矩阵对第二梯度平均功率矩阵进行矩阵相似变化，生成第一梯度平均功率矩阵可表示为：
Pphy＝R-1PlogicR
其中，Pphy表示第一梯度平均功率矩阵，R-1表示坐标变换矩阵的逆矩阵。
S240、根据第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向。
S250、根据最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描策略。
本实施例通过构造逻辑坐标系下的梯度平均功率矩阵，并通过相似变换得到物理轴坐标系下的第一梯度平均功率矩阵，进而获得第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向，并以此为依据确定扫描策略，计算过程简单便捷，大大缩小了计算量，可以减少确定扫描策略的时间。
实施例三
图3a所示为本发明实施例三提供的磁共振扫描策略确定方法的流程图，在上述实施例的基础上，进一步的提供了根据最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描策略的方法。相应的，如图3所示，该方法具体包括如下步骤：
S310、获取梯度脉冲序列在设定时间窗口下的逻辑轴的梯度强度，并根据梯度强度确定逻辑轴梯度平均功率。
S320、将各逻辑轴梯度平均功率根据预设排列方式确定逻辑坐标系下的第二梯度平均功率矩阵。
S330、根据坐标变换矩阵对第二梯度平均功率矩阵进行矩阵相似变化，生成第一梯度平均功率矩阵，其中，坐标变换矩阵根据逻辑轴的转换角度确定。
S340、根据第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向。
S350、判断所述最大梯度平均功率是否在功率阈值范围内。
当获取了最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向之后，首先要判断最大梯度平均功率是否在功率阈值范围内；若在，则执行步骤S360，若不在，则执行步骤S370。
S360、响应于所述最大梯度平均功率在功率阈值范围内，根据所述最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向确定扫描参数，并根据所述扫描参数执行磁共振扫描。
S370、响应于所述最大梯度平均功率超过功率阈值范围，则根据所述最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描视野的限制扫描空间方向范围，并禁止对所述限制扫描空间方向范围进行磁共振扫描。
具体的，假设在初始阶段，逻辑轴与物理轴满足前述实施例中所述一一对应关系，选层编码的梯度方向与Z轴方向一致，相位编码梯度方向与Y轴方向一致，读出编码梯度方向与X轴方向一致，那么物理轴各轴的梯度平均功率与逻辑轴对应各轴的梯度平均功率成正比，通常不会超过最大限度平均功率值。若逻辑轴绕选层编码方向轴旋转一定角度，那么相位编码方向轴与读出编码方向轴的梯度功率可能就会全部由物理轴的Y轴来提供，Y轴的平均梯度功率就会达到其所能提供的最大限制，若继续旋转则会影响临床扫描的顺利进行。因此，逻辑轴就不能这同一个方向上继续旋转。若继续旋转Y轴所要提供的梯度功率都会超过预设的最大限值。本实施例中，将大于功率阈值的功率对应的空间方向确定为磁共振扫描视野的限制扫描空间方向范围。
可选的，若磁共振的实际扫描空间方向位于限制扫描空间方向范围内，则生成提示信息，并通过调节梯度脉冲序列参数，降低梯度脉冲序列产生的最大梯度平均功率。
具体的，可以通过文字信息提示医生或者技师逻辑轴不能继续旋转，同时在操作界面上显示允许旋转的角度范围，否则物理轴上的平均梯度功率会超过最大限值；也可以直接在计算机端的扫描视野内直接标识出限制扫描空间方向范围。
进一步的，调节梯度脉冲序列参数，包括如下至少一项：降低梯度脉冲序列的空间分辨率、减小梯度脉冲序列的读出带宽和增加当前时间窗口的时间长度。当调整上述任一参数数值时，都可以使物理轴所承担的实际梯度功率降低。
可选的，获取实际扫描空间方向以及实际扫描空间方向对应的平均功率，计算满足不超过功率阈值的梯度脉冲序列参数，并将该梯度脉冲序列参数通过弹窗形式推荐给医生或者技师。
本实施例的技术方案，通过根据最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描视野的限制扫描空间方向范围并提示医生或技师在确定扫描视野的过程中扫描空间的限制，可以使医生或技师及时调整扫描序列和/或扫描的视野范围，确保物理轴梯度平均功率不超过最大限值，保证临床扫描的顺利进行。
本实施例的技术方案，可应用在GRE序列、快速自旋回波脉冲序列(Fast SpinEcho，FSE)、回波平面成像脉冲序列(Echo Planar Imaging，EPI)成像的操作中。
示例性的，在乳腺T1 3D动态增强扫描中，乳腺T1 3D增强扫描一般使用高分辨率短TR的GRE序列，梯度幅度很大，排列也很紧密；且该序列需要重复扫描多次，扫描时间长，极有可能超过梯度放大器的长时功率限制。因此，该序列开始扫描之前，利用本发明实施例所提供的扫描策略确定方法就可以计算出各物理梯度轴上的平均功率是否超限。一般GRE序列，最大梯度功率都出现在读编码方向对应的物理轴上。如果读方向梯度功率超限，则建议降低序列使用的梯度幅度或者适当拉长TR来降低梯度功率，使得整个扫描能够完成。
具体序列如图3b所示，GRE 3D序列一个TR内包括射频脉冲RF，选层激发梯度GSS，相位编码梯度GPE，读出编码梯度GRO以及散相梯度。根据各梯度切换的时间，该序列片段一共分割成多个非零梯度窗口。三个同轴功率和三个交叉轴功率，各自对所有时间窗口求和，即得到了逻辑坐标系下的功率矩阵。
示例性的，在利用FSE序列进行关节倾斜扫描中，为更好地显示关节中感兴趣组织结构，其临床FOV一般都是沿着组织结构倾斜放置。再考虑到关节成像分辨率往往很高，梯度使用强度很大，极容易导致梯度功率超限。如图3c所示，FSE序列在选层和读出梯度方向的梯度排列都很紧密，梯度平均功率最大的方向往往在选层和读出的合成方向上。利用本发明实施例所提供的扫描策略确定方法可以计算三个物理梯度轴上的功率，进而判断其最大梯度功率是否超限，同时显示梯度平均功率的最大功率值及其空间方向。如果某物理轴功率超限，则会提醒用户调整临床FOV的方向，让梯度平均功率最大功率方向尽量远离各物理梯度轴，保证高分辨关节成像序列能够扫描完成。
示例性的，在EPI类序列扫描的应用中，如图3d所示，EPI类序列读出编码方向梯度幅度大且排列紧密，即使存在三个逻辑轴上的扩散梯度，利用本发明实施例所提供的扫描策略确定方法计算出的最大梯度公率及其方向也指出梯度最大功率仍然出现在读编码方向上。基于此，建议临床扫描时序列读出方向只要不放置在单一物理轴上，可避免读出方向强梯度带来的物理轴梯度超限。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的磁共振扫描策略确定装置的结构示意图，如图4所示该装置包括：
逻辑轴梯度平均功率计算模块410，用于获取梯度脉冲序列在当前时间窗口下的逻辑轴的梯度强度，并根据梯度强度确定逻辑轴梯度平均功率；
第一梯度平均功率矩阵确定模块420，用于根据逻辑轴梯度平均功率和预设规则确定物理坐标系下的第一梯度平均功率矩阵；
最大梯度平均功率确定模块430，用于根据第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向；
磁共振扫描策略确定模块440，用于根据最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描策略。
进一步的，逻辑轴梯度平均功率包括当前时间窗口下的同轴梯度平均功率和交叉轴梯度平均功率。
进一步的，第一梯度平均功率矩阵确定模块420，具体可用于：
将各逻辑轴梯度平均功率根据预设排列方式确定逻辑坐标系下的第二梯度平均功率矩阵；
根据坐标变换矩阵对第二梯度平均功率矩阵进行矩阵相似变化，生成第一梯度平均功率矩阵，其中，坐标变换矩阵根据逻辑轴的转换角度确定。
进一步的，最大梯度平均功率确定模块430，具体用于：
计算第一梯度平均功率矩阵的本征值和本征向量，将第一梯度平均功率矩阵的最大本征值确定为最大梯度平均功率，将最大本征值对应的本征向量确定为最大梯度平均功率的方向。
进一步的，磁共振扫描策略确定模块440，具体用于：
若最大梯度平均功率大于功率阈值，则根据最大梯度平均功率和最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描视野的限制扫描空间方向范围，并禁止对限制扫描空间方向范围进行磁共振扫描。
进一步的，若磁共振的实际扫描空间方向位于限制扫描空间方向范围内，则生成提示信息，并通过调节梯度脉冲序列参数，降低梯度脉冲序列产生的最大梯度平均功率。
进一步的，调节梯度脉冲序列参数，包括如下至少一项：降低梯度脉冲序列的空间分辨率、减小梯度脉冲序列的读出带宽和增加当前时间窗口的时间长度。
上述磁共振扫描策略确定装置可执行本发明任意实施例所提供的磁共振扫描策略确定方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例五
图5为本发明实施例五提供的磁共振扫描策略确定方法的流程图，本实施例可适用于利用扫描系统获取病人扫描图像情况，该方法可以由磁共振扫描系统来执行，该系统可以采用软件和/或硬件的方式实现。如图5所示，该方法具体包括：
S510、选择扫描成像区域，并提供所述扫描成像区域对应的扫描脉冲序列，所述扫描脉冲序列包括射频RF脉冲序列和梯度脉冲序列，所述RF脉冲序列用于驱动RF线圈产生RF场，所述梯度脉冲序列用于驱动梯度线圈产生梯度场。
S520、确定所述梯度脉冲序列对应的逻辑轴在重复时间内的逻辑功率。
S530、根据所述逻辑功率确定与所述逻辑轴对应的梯度线圈的物理功率。
S540、根据所述物理功率优化扫描策略，所述扫描策略的优化包括扫描成像区域的优化或所述扫描脉冲序列的优化。
可选的，扫描脉冲序列包括GRE、FSE、EPI中的至少一种；
根据所述物理功率优化扫描策略包括：
当所述最大梯度平均功率超过功率阈值范围，降低所述扫描脉冲序列中梯度脉冲序列的强度或者增加所述扫描脉冲序列的重复时间，或者调整所述扫描成像区域的方向。
本实施例方案通过将逻辑轴梯度平均功率得到对应物理轴梯度平均功率矩阵进而计算出优化扫描策略，解决了计算最大平均功率计算量大，操作复杂，确定磁共振扫描策略用时较长得问题，可以快速根据计算结果确定扫描策略，保证临床扫描顺利进行。
实施例六
图6是本发明实施例六提供的一种磁共振扫描系统的结构示意图，图6示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性磁共振扫描系统的框图，图6显示的磁共振扫描系统仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
磁共振扫描系统包括：
扫描腔601，呈圆筒形且形成容置受检者的扫描空间；
梯度线圈602，所述梯度线圈包括设置在所述扫描腔内的X轴梯度线圈、Y轴梯度线圈和Z轴梯度线圈，且X轴梯度线圈、Y轴梯度线圈和Z轴梯度线圈在梯度脉冲序列驱动下产生的梯度方向相互正交；
处理器603，用于获取选定扫描区域对应的扫描脉冲序列，并根据所述扫描脉冲序列监测所述梯度线圈的物理功率；以及，根据所述梯度线圈的物理功率的监测结果优化所述扫描脉冲序列。
可选的，磁共振扫描系统还包括显示器604，如图7所示，所述显示器604所展示的界面包括：
模式选择区，设置若干个模式选择器，用于确定所述扫描脉冲序列的类型，对应图7中r201所指示区域；
状态指示区，设置若干个状态指示器，用于指示所述模式选择器的工作状态或者所述梯度线圈的物理功率是否超过功率阈值范围，对应图7中r204所指示区域；
参数显示区，用于显示扫描区域或所述扫描脉冲序列，对应图7中r202所指示区域。
此外，图7中r101表示矢状面扫描视图、r102冠状面扫描视图、r103横断面扫描视图、r104表示选定的扫描区域(选定长方形边框的端点可旋转FOV，即是专利中的调节FOV的方向，实际是旋转里面的圆圈即可)，三个视图中的方形框是FOV在不同视野下的视图；r201表示扫描协议选择区域，可分别选择FSE、EPI或者GRE等其他序列(对应权利要求的模式选择区域)；r202表述参数调节区域，包括片层组、相位编码方向、TR、层数、层厚、间距、FOV的大小、TE、读出分辨率、相位分辨率、相位加速因子等多个参数调节框(对应参数显示区域)；r203表述生理信号监测区域，可监测呼吸信号、心电信号等；r204，状态指示区域，可设置多个状态指示器，用于指示模式选择器的工作状态或者梯度线圈的物理功率是否超过功率阈值范围。需要说明的是，r204，状态指示区域的位置可不固定，当系统监测到模式选择器的工作状态或者梯度线圈的工作状态异常时，在显示器上弹出的提示框即为状态指示区域。
实施例七
本发明实施例七提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的磁共振扫描策略确定方法。所述方法包括：
获取梯度脉冲序列在设定时间窗口下的逻辑轴的梯度强度，并根据所述梯度强度确定逻辑轴梯度平均功率；
根据所述逻辑轴梯度平均功率和预设规则确定物理坐标系下的第一梯度平均功率矩阵；
根据所述第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向；
根据所述最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描策略。
射频线圈，包括发射线圈和接收线圈，其中，发射线圈用于根据射频脉冲序列产生相应的射频脉冲，该射频脉冲用于激发待扫描区域的磁共振信号，可选地，发射线圈可设置成接收一体或者与超导线圈同轴设置；接收线圈用于接收上述磁共振信号，可选地，接收线圈可以包括阵列线圈、鸟笼线圈、体线圈等。
梯度线圈，可包括X轴、Y轴或者Z轴方向的梯度线圈，其中，X轴方向的梯度线圈可产生沿X方向的梯度场；Y轴方向的梯度线圈可产生沿Y方向的梯度场，Z轴方向的梯度线圈可产生沿Z方向的梯度场，三方向的梯度线圈可根据梯度脉冲序列产生相应的梯度脉冲，从而形成合成梯度场，梯度场可对磁共振信号进行编码。需要说明的是，本实施例中，梯度场和射频场的施加过程即为根据扫描策略对待扫描区域进行磁共振扫描。
所述处理器还可执行如下操作：磁共振信号编码后可形成多条数据线，将多条数据线填充如K空间，可得到K空间数据；对K空间数据进行傅里叶变换可得到待扫描区域的磁共振图像。
计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。
本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。
此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。
最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种磁共振扫描策略确定方法，其特征在于，包括：
获取梯度脉冲序列在设定时间窗口下的逻辑轴的梯度强度，并根据所述梯度强度确定逻辑轴梯度平均功率；
根据所述逻辑轴梯度平均功率和预设规则确定物理坐标系下的第一梯度平均功率矩阵；
根据所述第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向；
根据所述最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描策略。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逻辑轴梯度平均功率包括当前时间窗口下的同轴梯度平均功率和交叉轴梯度平均功率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述逻辑轴梯度平均功率和预设规则构建物理坐标系下的第一梯度平均功率矩阵，包括：
将各所述逻辑轴梯度平均功率根据预设排列方式确定逻辑坐标系下的第二梯度平均功率矩阵；
根据坐标变换矩阵对所述第二梯度平均功率矩阵进行矩阵相似变化，生成所述第一梯度平均功率矩阵，其中，所述坐标变换矩阵根据逻辑轴的转换角度确定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一梯度平均功率矩阵确定最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向，包括：
计算所述第一梯度平均功率矩阵的本征值和本征向量，将所述第一梯度平均功率矩阵的最大本征值确定为所述最大梯度平均功率，将所述最大本征值对应的本征向量确定为所述最大梯度平均功率的方向。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描策略，包括：
判断所述最大梯度平均功率是否在功率阈值范围内；
响应于所述最大梯度平均功率在功率阈值范围内，根据所述最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向确定扫描参数，并根据所述扫描参数执行磁共振扫描；
响应于所述最大梯度平均功率超过功率阈值范围，则根据所述最大梯度平均功率和所述最大梯度平均功率的方向确定磁共振扫描视野的限制扫描空间方向范围，并禁止对所述限制扫描空间方向范围进行磁共振扫描。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若磁共振的实际扫描空间方向位于所述限制扫描空间方向范围内，则生成提示信息，并通过调节梯度脉冲序列参数，降低所述梯度脉冲序列产生的最大梯度平均功率。
7.一种磁共振扫描策略确定方法，其特征在于，包括：
选择扫描成像区域，并提供所述扫描成像区域对应的扫描脉冲序列，所述扫描脉冲序列包括RF脉冲序列和梯度脉冲序列，所述RF脉冲序列用于驱动RF线圈产生RF场，所述梯度脉冲序列用于驱动梯度线圈产生梯度场；
确定所述梯度脉冲序列对应的逻辑轴在重复时间内的逻辑功率；
根据所述逻辑功率确定与所述逻辑轴对应的梯度线圈的物理功率；
根据所述物理功率优化扫描策略，所述扫描策略的优化包括扫描成像区域的优化或所述扫描脉冲序列的优化。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述扫描脉冲序列包括GRE、FSE、EPI中的至少一种；
根据所述物理功率优化扫描策略包括：当所述最大梯度平均功率超过功率阈值范围，降低所述扫描脉冲序列中梯度脉冲序列的强度或者增加所述扫描脉冲序列的重复时间，或者调整所述扫描成像区域的方向。
9.一种磁共振扫描系统，包括：
扫描腔，形成容置受检者的扫描空间；
梯度线圈，所述梯度线圈包括设置在所述扫描腔内的X轴梯度线圈、Y轴梯度线圈和Z轴梯度线圈，且X轴梯度线圈、Y轴梯度线圈和Z轴梯度线圈在梯度脉冲序列驱动下产生的梯度方向相互正交；
处理器，用于获取选定扫描区域对应的扫描脉冲序列，并根据所述扫描脉冲序列监测所述梯度线圈的物理功率；以及，根据所述梯度线圈的物理功率的监测结果优化所述扫描脉冲序列。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括显示器，所述显示器包括：
模式选择区，设置若干个模式选择器，用于确定所述扫描脉冲序列的类型；
状态指示区，设置若干个状态指示器，用于指示所述模式选择器的工作状态或者所述梯度线圈的物理功率是否超过功率阈值范围；
参数显示区，用于显示扫描区域或所述扫描脉冲序列。
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