CN109212443A - 基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法及装置，其中，方法包括以下步骤：步骤S1：通过多板块同时激发脉冲以对被测目标进行多次激发，并在每次激发的过程中，通过多通道线圈对被测目标进行信号采集，以获取每次激发降采的k空间数据；步骤S2：通过联合k空间和图像域的多次激发扩散成像重建算法恢复每次激发未采集到的k空间位置数据；步骤S3：通过改进的NPEN算法校正边缘伪影，以得到成像图像。该方法可以在获取高分辨图像的同时，依然保持较高的信噪比，并降低三维导航回波误差的干扰，提高重建图像质量和稳定性，且在保证图像质量的基础上，提高信噪比效率和扫描效率。

Description

基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法及装置

技术领域

本发明涉及磁共振扩散成像技术领域，特别涉及一种基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法及装置。

背景技术

磁共振扩散成像技术是目前活体测量水分子扩散运动的唯一影像手段，它通过施加扩散梯度感知水分子的微观运动，来探测组织的微细结构，既可以获得结构信息，又可以产生功能信息，因此该技术在过去二十年内得到了很快的发展，并逐渐成为了一项重要的常规临床检查和科研工具。目前神经科学和临床诊断中常规的磁共振扩散成像技术是单次激发的EPI(echoplanar imaging，平面回波成像)。单次激发的EPI在一次单层激发的RF(radiofrequency，射频)脉冲激发后完成整个k空间的采集，具有成像速度快，对运动不敏感以及重建算法相对简单等优点。然而，受成像原理上的限制，基于单次激发EPI的扩散成像具有图像变形大和分辨率低等缺点。

为了减小图像变形，提高图像分辨率，近年来提出了多次激发扩散成像。多次激发通过减小每次激发采集的相位编码行的数目，提高采集带宽，可以有效减少图像变形，得到较大的采集矩阵，提高层内空间分辨率。然而，使用二维的多次激发技术却不能有效地提高层间分辨率。

相关技术表明，高分辨率等体素扩散成像技术在神经科学研究中具有非常重要的意义，特别是在探测大脑微观结构和区域连接方面。例如，在微观结构方面，高分辨率等体素扩散成像有助于更加精确地区分不同的神经纤维结构；更好地探测灰白质分界；以及更加精确地探测复杂的神经纤维结构，如弯曲和交叉的神经纤维。

高分辨率等体素扩散成像的主要挑战是如何在不降低成像效率的前提下，保证扩散图像具有足够的信噪比。目前主要有两种解决方案：第一种是使用超高场磁共振扫描仪(如7T平台)。超高场磁共振扫描仪可以增加信号本身的强度，用于补偿高分辨率带来的信噪比损失。但是，超高场磁共振扫描仪也有一些自身的限制因素：B₀/B₁磁场更加不均匀，T₂/T₂ ^*衰减时间常数变短，能量沉积效应增加等等。

第二种方案是使用高信噪比效率的采集策略。目前主要有两类混合的二维/三维采集策略可以保证较高的信噪比效率。第一类是SMS(simultaneous multi-slice，多层同时激发)技术。假设同时激发R_SMS层，可以将TR时间缩短为传统二维成像方式的1/R_SMS。第二类方法是三维多板块采集技术：首先激发一个“厚层”，然后通过三维傅里叶编码，重建出高分辨率等体素的扩散图像。在三维多板块扩散成像中，由于每次激发的板块比较厚，单个TR(repetition time，重复时间)内的N_slice(或者是N_slab)比较少，TR时间相对也比较短。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决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基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法，该方法可以在获取高分辨图像的同时，依然保持较高的信噪比，并降低三维导航回波误差的干扰，提高重建图像质量和稳定性，且在保证图像质量的基础上，提高信噪比效率和扫描效率。

本发明的另一个目的在于提出一种基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法，包括以下步骤：步骤S1：通过多板块同时激发脉冲以对被测目标进行多次激发，并在每次激发的过程中，通过多通道线圈对所述被测目标进行信号采集，以获取每次激发降采的k空间数据；步骤S2：通过所述联合k空间和图像域的多次激发扩散成像重建算法恢复每次激发未采集到的k空间位置数据；步骤S3：通过改进的NPEN算法校正边缘伪影，以得到成像图像。

本发明实施例的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法，通过使用三维的多板块采集技术，可以在获取高分辨图像的同时，依然保持较高的信噪比；提出的联合k空间和图像域的相位校正算法，降低三维导航回波误差的干扰，提高重建图像质量和稳定性；结合使用多板块同时激发技术，在保证图像质量的基础上，提高信噪比效率和扫描效率。

另外，根据本发明上述实施例的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S1进一步包括：对所述多板块中不同板块的子脉冲施加不同的相位补偿，以消除由板块间隔生成的相位误差；和/或在所述每次激发的过程中，采集导航回波，以得到每次激发的相位信息，其中，

所述多板块同时激发脉冲表示为：

RF表示单层激发的射频脉冲，R_SMS为同时激发层数，i表示同时激发的第i层，ω_i表示频率调制，ω_i＝γ·(i-1)·G·d，γ是旋磁比，G为选层梯度大小，d为相邻两层的中心间隔，是梯度编码过程中板块间隔生成的相位误差。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤S2进一步包括：通过2D CK-GRAPPA算法恢复每次激发的初始扩散图像；通过POCSMUSE重建以引入线圈敏感度和相位平滑约束减少残余伪影和噪声，重建出的每次激发的扩散图像估计，并在每一次的迭代中不断更新，以得到每次激发的最终扩散图像。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述改进的NPEN算法为根据板块层面轮廓编码得到非线性优化问题，并通过非线性方程求逆求解所述非线性优化问题，且在求解的过程中，迭代优化板块层面轮廓，以校正所述边缘伪影。

进一步地，在本发明的一个实施例中，板块边缘伪影校正的目标方程为：

其中，n表示第n个板块，N_grp为组数，每一组定义为R_SMS个板块被同时激发的一个单元，R_SMS是多板块同时激发加速倍数，因此总的板块数为N＝R_SMSN_grp。P是选择对应的采集到的k空间位置的操作子，F是傅里叶变换，C是线圈敏感度编码，是多板块同时激发脉冲的层面轮廓，μ为待重建图像。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置，包括：采集模块，用于通过多板块同时激发脉冲以对被测目标进行多次激发，并在每次激发的过程中，通过多通道线圈对所述被测目标进行信号采集，以获取每次激发降采的k空间数据；重建模块，用于通过所述联合k空间和图像域的多次激发扩散成像重建算法恢复每次激发未采集到的k空间位置数据；校正模块，用于通过改进的NPEN算法校正边缘伪影，以得到成像图像。

本发明实施例的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置，通过使用三维的多板块采集技术，可以在获取高分辨图像的同时，依然保持较高的信噪比；提出的联合k空间和图像域的相位校正算法，降低三维导航回波误差的干扰，提高重建图像质量和稳定性；结合使用多板块同时激发技术，在保证图像质量的基础上，提高信噪比效率和扫描效率。

另外，根据本发明上述实施例的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述采集模块进一步用于对所述多板块中不同板块的子脉冲施加不同的相位补偿，以消除由板块间隔生成的相位误差；和/或在所述每次激发的过程中，采集导航回波，以得到每次激发的相位信息。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述重建模块进一步用于通过2D CK-GRAPPA算法恢复每次激发的初始扩散图像；通过POCSMUSE重建以引入线圈敏感度和相位平滑约束减少残余伪影和噪声，重建出的每次激发的扩散图像估计，并在每一次的迭代中不断更新，以得到每次激发的最终扩散图像。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述改进的NPEN算法为根据板块层面轮廓编码得到非线性优化问题，并通过非线性方程求逆求解所述非线性优化问题，且在求解的过程中，迭代优化板块层面轮廓，以校正所述边缘伪影。

进一步地，在本发明的一个实施例中，板块边缘伪影校正的目标方程为：

其中，n表示第n个板块，N_grp为组数，每一组定义为R_SMS个板块被同时激发的一个单元，R_SMS是多板块同时激发加速倍数，因此总的板块数为N＝R_SMSN_grp。P是选择对应的采集到的k空间位置的操作子，F是傅里叶变换，C是线圈敏感度编码，是多板块同时激发脉冲的层面轮廓，μ为待重建图像。

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

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合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多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的基于自旋回波的带导航回波的多板块同时激发磁共振扩散成像序列图；

图3为根据本发明一个实施例的在4个不同的kz平面的激发脉冲和第1个重聚脉冲形状的示意图；

图4为根据本发明一个实施例的整体的重建流程图；

图5为根据本发明一个实施例的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置的结构示意图。

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。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法。

图1是本发明一个实施例的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法的流程图。

如图1所示，该基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法包括以下步骤：

步骤S1：通过多板块同时激发脉冲以对被测目标进行多次激发，并在每次激发的过程中，通过多通道线圈对被测目标进行信号采集，以获取每次激发降采的k空间数据。

在本发明的一个实施例中，步骤S1进一步包括：对多板块中不同板块的子脉冲施加不同的相位补偿，以消除由板块间隔生成的相位误差；和/或在每次激发的过程中，采集导航回波，以得到每次激发的相位信息。

具体而言，和多层同时激发一样，多板块同时激发的RF脉冲也是由R_SMS个频率调制的RF脉冲相加得到，

RF表示单层激发的RF脉冲，ω_i表示频率调制，ω_i＝γ·(i-1)·G·d，γ是旋磁比(对于H¹是2π×42.575MHz)，i表示同时激发的第i层，G为选层梯度，d为相邻两层的中心间隔，R_SMS为同时激发层数。

使用三维多板块采集，需要在层选方向施加第二个相位编码梯度，梯度编码产生的相位与位置相关。当进一步结合多层同时激发时，板块间隔会带来额外的相位误差，其大小为：

其中，d_slab表示相邻两个板块的间隔，k_z是采集到的k空间在层方向的索引，R_SMS为同时激发的板块数，N是每个板块欲重建的层数，Δz表示欲重建的层方向的高分辨率。

因此在设计多板块同时激发脉冲时，需要预先对不同板块对应的子脉冲施加不同的相位补偿，用来消除在采集过程中板块间隔带来的相位误差，即：

各个符号的含义同公式1和2。

基于自旋回波的带导航回波的多板块同时激发磁共振扩散成像序列如图2所示。其中，激发脉冲和第1个重聚脉冲(用于产生成像回波)都可以按照公式3进行设计。

根据公式2可知，对于不同的kz，的大小不相同，即不同的kz对应的RF_SMSlab形状也不完全相同。图3显示了在4个不同的kz平面的激发脉冲和第1个重聚脉冲形状。

值得注意的是，上述为多板块激发脉冲的基本组成。在实际应用中，出于对RF脉冲层面轮廓的优化考虑，基本的RF脉冲可以采用更加高级的SLR设计。为了减少成像过程的能量沉积以及最大B1值，多板块激发脉冲可以使用更加高级的设计，如VERSE，PINS等。可以对不同子脉冲的ω_i和进行优化，使最终的RF_SMSlab只有幅值信息，在某些系统上能取得更好的性能。

如果将多板块同时激发技术用于磁共振扩散成像，每次激发时对还需要采集一个导航回波，用于记录每次激发的相位信息。由于导航回波通常使用单次激发的EPI采集，因此板块间隔造成的相位干扰不能用如上的RF脉冲编码的方式解决，所以无法直接采集三维的导航回波。同时考虑每一个板块内沿层方向相位变化不大，因此每次激发时采集一个二维的导航回波。值得注意的是，第二个重聚脉冲与第一个重聚脉冲形状并不一致。假设第一个重聚脉冲如公式3所示，则第二个重聚脉冲为：

本发明实施例中信号采集可采用带导航数据的多次激发的成像序列，例如可以是但不限于带导航数据的多次激发EPI扩散成像、螺旋桨(PROPELLER)扩散成像或多次激发螺旋扩散成像。本发明的实施例对多次激发的成像方法的种类不限。其中，导航数据可以是自导航数据(例如VDS(variable density spiral，变密度轨迹螺旋成像))，也可以是额外采集的导航数据。

为估计步骤S2和S3中所需的中所需的线圈敏感度C，预先采集一组低分辨率的图像(“校准扫描1”)。脉冲序列可以与上述真实图像采集不同，通常使用传统的二维采集方式。在最终重建前通过插值等操作变换到真实图像对应位置的线圈敏感度。

为估计步骤S3中所需的RF脉冲层面轮廓，预先额外采集一组非扩散编码的校准数据(“校准扫描2”)。沿kz方向2倍过采，使用与真实图像采集相同的脉冲形状，并保持TR一致。

步骤S2：通过联合k空间和图像域的多次激发扩散成像重建算法恢复每次激发未采集到的k空间位置数据。

可以理解的是，本发明实施例提出一种联合k空间和图像域的多次激发扩散成像重建技术，恢复每次激发未采集到的k空间位置的数据，校正不同激发间的相位变化；对恢复完整的每次激发的k空间数据进行逆傅立叶变换，并复数合并每次激发的图像。

具体而言，首先使用并行成像的重建技术，将每次激发的导航回波数据恢复成完整的k空间。恢复过程可以使用k空间的算法(如GRAPPA)。例如，基于k空间的数据插值过程可以用如下公式表示：

其中，d_j(m,n,p)为待恢复数据点在第j个通道对应的k空间数据，(m,n,p)是待插值点的kx-ky-kz坐标；d_j'(m',n',p')为插值核在第j’个通道采集到的k空间数据，(m',n',p')是插值核(用K表示)采集到的点的kx-ky-kz坐标；j,j'∈(1,N_c)，N_c是总的通道数。w₁(j′,m′,n′,p′)为第j′个通道、数据点(m′,n′,p′)对应的权重系数，可由校准扫描1的数据估计。

假设校准扫描1中，第j个通道、(m,n,p)位置采集到的点是b_j(m,n,p)，而第j’个通道、(m',n',p')位置采集到的点a_j′(m′,n′,p')，则校准扫描1与公式5对应的方程为：

将如上方程写成向量形式，

b＝aw₁ (7)，

利用最小二乘法，或者其他线性方程求解算法，求解权重矩阵w₁的过程可以表示为：

w₁＝[a^Ha]^-1[a^Hb] (8)。

对于没有施加扩散编码的成像回波数据，直接逆傅里叶变化即可得到图像。如果施加了扩散编码，则需要校正不同激发间的相位变化，这里提出一种联合k空间和图像域的多次激发扩散成像重建方法，主要包括以下两步。

进一步地，在本发明的一个实施例中，步骤S2进一步包括：通过2D CK-GRAPPA算法恢复每次激发的初始扩散图像；通过POCSMUSE重建以引入线圈敏感度和相位平滑约束减少残余伪影和噪声，重建出的每次激发的扩散图像估计，并在每一次的迭代中不断更新，以得到每次激发的最终扩散图像。

具体而言，步骤1：使用2D CK-GRAPPA算法具体插值过程可以用如下公式表示：

其中，d_i,j(m,n,p)为待恢复数据点在第i次激发、第j个通道对应的k空间数据，(m,n,p)是待插值点的kx-ky-kz坐标；d_i',j'(m',n',p')为插值核在第i'次激发、第j'个通道采集到的k空间数据，(m',n',p')是插值核(用K表示)采集到的点的kx-ky-kz坐标；i,i'∈(1,N_shot)，N_shot是总的激发次数；j,j'∈(1,N_c)，N_c是总的通道数。w₂是权重矩阵，可以从前述恢复的导航回波(公式5)中计算，具体过程与公式6到8类似。

使用2D CK-GRAPPA，可以粗略恢复每次激发的扩散图像。但是这里有两个问题：(1)在三维多板块采集中，每次激发的等效降采倍数非常大，单独使用2D CK-GRAPPA算法，每次激发恢复的图像质量也受到限制。(2)由于三维导航回波在不同kz平面采集的TE(echotime，回波时间)不一样，受磁场不均匀性的影响，不同的kz平面可能会有一定的相位误差，直接由导航回波估计出来的相位图准确性会降低。

步骤2：在2D CK-GRAPPA的基础上，加上POCSMUSE重建，通过引入线圈敏感度和相位平滑约束，进一步减少残余伪影和噪声。最初的相位图从2D CK-GRAPPA重建出的每次激发的扩散图像估计，并在每一次的迭代中不断更新。POCSMUSE的终止条件是相邻两次的迭代误差小于预设的阈值，或者是迭代次数等于预设的值。其中，整体的重建流程如图4所示。

步骤S3：通过改进的NPEN算法校正边缘伪影，以得到成像图像。

在本发明的一个实施例中，改进的NPEN算法为根据板块层面轮廓编码得到非线性优化问题，并通过非线性方程求逆求解所述非线性优化问题，且在求解的过程中，迭代优化板块层面轮廓，以校正边缘伪影。

具体而言，三维多板块采集的另外一个挑战是板块边缘伪影，主要由RF脉冲的非理想层面轮廓引起。理想的RF脉冲层面轮廓应该是矩形，且其选层宽度等于层厚，但是需要无限长的脉冲时间，因而在实际中是不可能实现的。实际中，RF脉冲由于各种实际因素的限制，如时域的截断效应，总会产生非理想的层面轮廓，如吉布斯环状伪影(Gibbs ringingartifacts)、过渡带(transition band)等等。在三维多板块成像中，如果重建出来的“薄层”位于过渡带区域，则其实际信号幅值要低于理论值。同时，选层方向空间编码的FOV(field-of-view，视野)大小一般会小于激发的FOV，造成混叠伪影。相邻的板块之间可能会存在重叠的部分，引起板块间串扰。

对于三维多板块成像技术(未结合多层同时激发技术)，目前已经从图像采集和重建的角度提出一些板块边缘伪影的校正算法，这里主要介绍两种基于重建角度的算法，其基本原理是认为板块边缘混叠伪影与并行降采混叠类似，只是用板块层面轮廓替代了线圈敏感度编码，因此可以使用类似于SENSE的思想求解板块边缘伪影问题。根据求解目标方程的线性与否，可以分为PEN(slab profile encoding，板块层面轮廓编码)方法和NPEN(nonlinear inversion for slab profile encoding，非线性求逆的板块层面轮廓编码)方法。PEN认为板块边缘伪影是线性编码问题，可以用线性方程求逆方法求解。PEN可以有效地解决板块之间的混叠问题，但是可能会有残余的板块串扰伪影，特别是在短的TR时。NPEN在PEN的基础上，板块层面轮廓编码被看作是一个非线性优化问题，进而可以使用非线性方程求逆的方法求解，并且在求解的过程中迭代优化板块层面轮廓。NPEN的目标方程可以写作如下形式：

E(x)＝d,x＝[μ,S]^T (10)，

E(x)＝(PFCs₁u PFCs₂u ... PFCs_Nu) (11)，

其中，μ是待重建图像，S＝[s₁ s₂ ... s_N]^T表示不同板块的RF脉冲层面轮廓，可以从校准扫描2估计，N是总的板块数，d＝[d₁ d₂ ... d_N]^T是采集到的k空间信号，E表示非线性编码矩阵，由三部分组成：C是线圈敏感度编码，可以从校准扫描1估计，F是傅里叶变换，P是选择对应的采集到的k空间位置的操作子。

以上方程可以通过若干常用的线性或者非线性优化算法求解，如Gauss-Newton算法，梯度下降算法，共轭梯度算法等等。为了提高重建效果，在求解的过程中可以根据需要加上不同的正则项约束，如脉冲层面轮廓在层内平滑，以及板块边缘伪影在图像域是周期性的等。

当使用多板块同时激发技术时，主要挑战是板块边缘伪影的混叠形式会发生变化：由板块内(intra-slab)混叠变成板块间(inter-slab)混叠，因此原始的板块边缘伪影校正的目标方程需要相应的改进，如下公式所示。求解目标方程的算法可以如前。

进一步地，在本发明的一个实施例中，板块边缘伪影校正的目标方程为：

其中，n表示第n个板块，N_grp为组数，每一组定义为R_SMS个板块被同时激发的一个单元，R_SMS是多板块同时激发加速倍数，因此总的板块数为N＝R_SMSN_grp。P是选择对应的采集到的k空间位置的操作子，F是傅里叶变换，C是线圈敏感度编码，是多板块同时激发脉冲的层面轮廓，μ为待重建图像。

综上，本发明实施例以磁共振扩散成像为例，介绍了所提出的图像采集和重建策略，但不局限于扩散成像，相关的图像采集和重建方法可以应用于其他的成像模式，如功能磁共振成像(fMRI)。用于fMRI时，采集模块如前所述，在二维多次激发的成像序列基础上，设计三维多板块扩散成像序列，用于采集信号；重建模块更加简单，不存在不同激发间的相位不一致问题，可以直接使用传统的并行成像重建算法(如2D GRAPPA)即可。在此基础上，进一步将多层同时激发技术和三维多板块成像技术结合起来，在实现高分辨率等体素成像的同时，提高成像效率和信噪比效率。

根据本发明实施例提出的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法，通过使用三维的多板块采集技术，可以在获取高分辨图像的同时，依然保持较高的信噪比；提出的联合k空间和图像域的相位校正算法，降低三维导航回波误差的干扰，提高重建图像质量和稳定性；结合使用多板块同时激发技术，在保证图像质量的基础上，提高信噪比效率和扫描效率。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置。

图5是本发明一个实施例的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置的结构示意图。

如图5所示，该基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置10包括：采集模块100、重建模块200和校正模块300。

其中，采集模块100用于通过多板块同时激发脉冲以对被测目标进行多次激发，并在每次激发的过程中，通过多通道线圈对被测目标进行信号采集，以获取每次激发降采的k空间数据。重建模块200用于通过联合k空间和图像域的多次激发扩散成像重建算法恢复每次激发未采集到的k空间位置数据。校正模块300用于通过改进的NPEN算法校正边缘伪影，以得到成像图像。本发明实施例的装置10可以在获取高分辨图像的同时，依然保持较高的信噪比，并降低三维导航回波误差的干扰，提高重建图像质量和稳定性，且在保证图像质量的基础上，提高信噪比效率和扫描效率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采集模块100进一步用于对多板块中不同板块的子脉冲施加不同的相位补偿，以消除由板块间隔生成的相位误差；和/或在每次激发的过程中，采集导航回波，以得到每次激发的相位信息，其中，所述多板块同时激发脉冲表示为：

RF表示单层激发的射频脉冲，R_SMS为同时激发层数，i表示同时激发的第i层，ω_i表示频率调制，ω_i＝γ·(i-1)·G·d，γ是旋磁比，G为选层梯度大小，d为相邻两层的中心间隔，是梯度编码过程中板块间隔生成的相位误差。

进一步地，在本发明的一个实施例中，重建模块200进一步用于通过2D CK-GRAPPA算法恢复每次激发的初始扩散图像；通过POCSMUSE重建以引入线圈敏感度和相位平滑约束减少残余伪影和噪声，重建出的每次激发的扩散图像估计，并在每一次的迭代中不断更新，以得到每次激发的最终扩散图像。

进一步地，在本发明的一个实施例中，改进的NPEN算法为根据板块层面轮廓编码得到非线性优化问题，并通过非线性方程求逆求解非线性优化问题，且在求解的过程中，迭代优化板块层面轮廓，以校正边缘伪影。

进一步地，在本发明的一个实施例中，板块边缘伪影校正的目标方程为：

其中，n表示第n个板块，N_grp为组数，每一组定义为R_SMS个板块被同时激发的一个单元，R_SMS是多板块同时激发加速倍数，因此总的板块数为N＝R_SMSN_grp。P是选择对应的采集到的k空间位置的操作子，F是傅里叶变换，C是线圈敏感度编码，是多板块同时激发脉冲的层面轮廓，μ为待重建图像。

需要说明的是，前述对基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置，通过使用三维的多板块采集技术，可以在获取高分辨图像的同时，依然保持较高的信噪比；提出的联合k空间和图像域的相位校正算法，降低三维导航回波误差的干扰，提高重建图像质量和稳定性；结合使用多板块同时激发技术，在保证图像质量的基础上，提高信噪比效率和扫描效率。

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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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)

1.一种基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：通过多板块同时激发脉冲以对被测目标进行多次激发，并在每次激发的过程中，通过多通道线圈对所述被测目标进行信号采集，以获取每次激发降采的k空间数据；

步骤S2：通过所述联合k空间和图像域的多次激发扩散成像重建算法恢复每次激发未采集到的k空间位置数据；以及

步骤S3：通过改进的NPEN算法校正边缘伪影，以得到成像图像。

2.根据权利要求1所述的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：

对所述多板块中不同板块的子脉冲施加不同的相位补偿，以消除由板块间隔生成的相位误差；和/或

在所述每次激发的过程中，采集导航回波，以得到每次激发的相位信息，其中，

所述多板块同时激发脉冲表示为：

RF表示单层激发的射频脉冲，R_SMS为同时激发层数，i表示同时激发的第i层，ω_i表示频率调制，ω_i＝γ·(i-1)·G·d，γ是旋磁比，G为选层梯度大小，d为相邻两层的中心间隔，是梯度编码过程中板块间隔生成的相位误差。

3.根据权利要求1所述的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：

通过2D CK-GRAPPA算法恢复每次激发的初始扩散图像；

通过POCSMUSE重建以引入线圈敏感度和相位平滑约束减少残余伪影和噪声，重建出的每次激发的扩散图像估计，并在每一次的迭代中不断更新，以得到每次激发的最终扩散图像。

4.根据权利要求1所述的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法，其特征在于，所述改进的NPEN算法为根据板块层面轮廓编码得到非线性优化问题，并通过非线性方程求逆求解所述非线性优化问题，且在求解的过程中，迭代优化板块层面轮廓，以校正所述边缘伪影。

5.根据权利要求4所述的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法，其特征在于，板块边缘伪影校正的目标方程为：

其中，n表示第n个板块，N_grp为组数，每一组定义为R_SMS个板块被同时激发的一个单元，R_SMS是多板块同时激发加速倍数，因此总的板块数为N＝R_SMSN_grp，P是选择对应的采集到的k空间位置的操作子，F是傅里叶变换，C是线圈敏感度编码，是多板块同时激发脉冲的层面轮廓，μ为待重建图像。

6.一种基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于通过多板块同时激发脉冲以对被测目标进行多次激发，并在每次激发的过程中，通过多通道线圈对所述被测目标进行信号采集，以获取每次激发降采的k空间数据；

重建模块，用于通过所述联合k空间和图像域的多次激发扩散成像算法重建恢复每次激发未采集到的k空间位置数据；以及

校正模块，用于通过改进的NPEN算法校正边缘伪影，以得到成像图像。

7.根据权利要求6所述的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置，其特征在于，所述采集模块进一步用于对所述多板块中不同板块的子脉冲施加不同的相位补偿，以消除由板块间隔生成的相位误差；和/或在所述每次激发的过程中，采集导航回波，以得到每次激发的相位信息，其中，所述多板块同时激发脉冲表示为：

RF表示单层激发的射频脉冲，R_SMS为同时激发层数，i表示同时激发的第i层，ω_i表示频率调制，ω_i＝γ·(i-1)·G·d，γ是旋磁比，G为选层梯度大小，d为相邻两层的中心间隔，是梯度编码过程中板块间隔生成的相位误差。

8.根据权利要求6所述的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置，其特征在于，所述重建模块进一步用于通过2D CK-GRAPPA算法恢复每次激发的初始扩散图像；通过POCSMUSE重建以引入线圈敏感度和相位平滑约束减少残余伪影和噪声，重建出的每次激发的扩散图像估计，并在每一次的迭代中不断更新，以得到每次激发的最终扩散图像。

9.根据权利要求6所述的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像装置，其特征在于，所述改进的NPEN算法为根据板块层面轮廓编码得到非线性优化问题，并通过非线性方程求逆求解所述非线性优化问题，且在求解的过程中，迭代优化板块层面轮廓，以校正所述边缘伪影。

10.根据权利要求8所述的基于多板块同时激发的等体素磁共振扩散成像方法，其特征在于，板块边缘伪影校正的目标方程为：

其中，n表示第n个板块，N_grp为组数，每一组定义为R_SMS个板块被同时激发的一个单元，R_SMS是多板块同时激发加速倍数，因此总的板块数为N＝R_SMSN_grp，P是选择对应的采集到的k空间位置的操作子，F是傅里叶变换，C是线圈敏感度编码，是多板块同时激发脉冲的层面轮廓，μ为待重建图像。