CN110074786B - 核磁共振匀场方法、装置、计算设备及核磁共振成像系统 - Google Patents

核磁共振匀场方法、装置、计算设备及核磁共振成像系统 Download PDF

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Abstract

本说明书提供一种核磁共振匀场方法、装置、计算设备及核磁共振成像系统，该核磁共振匀场方法包括：获得设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据；利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据；基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数；在对所述设定组织部位进行核磁共振成像时，基于所述匀场补偿系数对感兴趣组织区域内的磁场进行均匀度补偿。应用本申请实施例在进行核磁共振成像时对感兴趣组织区域内的磁场进行均匀度补偿，避免了采集的匀场数据相位不连续等问题，提高了匀场的精确性和准确性。

Description

核磁共振匀场方法、装置、计算设备及核磁共振成像系统
技术领域
本说明书涉及核磁共振成像技术领域，尤其涉及核磁共振匀场方法、装置、计算设备及核磁共振成像系统。
背景技术
核磁共振成像(Nuclear Magnetic Resonance Imaging,简称MRI)的原理是，利用人体组织内的氢核(氢原子)的自旋运动的特点，在外加强磁场作用下，经射频脉冲激励产生电磁感应信号，经过相应数据重建形成核磁共振图像。在成像范围内的均匀强磁场是核磁共振成像的前提，而这种磁场均匀性在人体组织进入磁场后，会因人体组织的复杂性而产生扰动，使得成像范围内的磁场均匀度下降，因而在成像过程中需要对磁场进行均匀度补偿，也即匀场。
目前的匀场方式，通常是基于所选择的整个视野或者基于规则的矩形感兴趣体积进匀场补偿值的计算，匀场的范围通常包含了不需要的空腔或者其他组织区域，导致采集的匀场数据的相位不连续等问题，从而使得最终的匀场效果不佳。而在临床应用中，如脂肪抑制成像和磁共振波谱成像中，感兴趣的组织区域内磁场均匀度达不到要求会导致临床成像效果受到影响。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本说明书提供了核磁共振匀场方法、装置、计算设备及核磁共振成像系统，以提高感兴趣的组织区域内的磁场均匀度。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
第一方面，提供一种核磁共振匀场方法，所述方法包括：
获得设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据；
利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据；
基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数；
在对所述设定组织部位进行核磁共振成像时，基于所述匀场补偿系数对感兴趣组织区域内的磁场进行均匀度补偿。
第二方面，提供一种核磁共振匀场装置，所述装置包括：
采集单元，用于获得设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据；
获得单元，用于利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据；
计算单元，用于基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数；
补偿单元，用于在对所述设定组织部位进行核磁共振成像时，基于所述匀场补偿系数对感兴趣组织区域内的磁场进行均匀度补偿。
第三方面，提供一种计算设备，所述设备用于计算核磁共振成像系统对设定组织部位成像时感兴趣组织区域内的磁场的匀场补偿系数，所述设备包括：内部总线，以及通过内部总线连接的存储器、处理器和外部接口；其中，
所述外部接口，用于从所述核磁共振成像系统获取设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据，以及用于将匀场补偿系数传输至所述核磁共振成像系统；
所述存储器，用于存储核磁共振匀场对应的机器可读指令；
所述处理器，用于读取所述存储器上的所述机器可读指令，并执行所述指令实现如下操作：
利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据；
基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数。
第四方面，提供一种核磁共振系统，包括计算设备、磁场发生器、信息探测器、扫描床和成像设备，其中，
所述计算设备，用于计算匀场补偿系数，具体用于获得设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据，利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据，基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数；
所述磁场发生器，用于对设定组织部位成像时，基于所述匀场补偿系数在感兴趣组织区域内产生均匀磁场；
所述信号探测器，用于向探测区域发送信号和从所述探测区域接收信号并成生成像数据；
所述扫描床，用于承载待检测对象；
所述成像设备，用于获取所述探测器的成像数据以生成图像。
本说明书的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
通过针对设定组织部位的感兴趣组织区域选择掩模获得感兴趣组织区域的非均匀度数据，并针对该非均匀度数据计算匀场补偿系数，以在进行核磁共振成像时对感兴趣组织区域内的磁场进行均匀度补偿，避免了采集的匀场数据相位不连续等问题，提高了匀场的精确性和准确性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。
图1A示出MRI系统的应用场景示意图；
图1B示出示例性的乳腺组织的图像，其中包括了规则的矩形选取框和感兴趣的组织区域的轮廓；
图2示出本申请根据一示例性实施例示出的一种核磁共振匀场方法的流程图；
图3A示出本申请根据一示例性实施例示出的一种获得感兴趣组织区域选择掩模的方法的流程图；
图3B示出本申请根据一示例性实施例示出的另一种获得感兴趣组织区域选择掩模的方法的流程图；
图4示出本申请根据一示例性实施例示出的一种核磁共振匀场装置的示意图；
图5示出本申请根据一示例性实施例示出的一种计算设备的结构示意图；
图6示出本申请根据一示例性实施例示出的一种MRI系统的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。
参见图1A，简单示意了MRI系统的组成，主要包括成像设备110、扫描床120、磁场发生器130、信号探测器140以及计算设备150。
其中，磁场发生器130用于产生对设定组织部分成像时产生均匀主磁场以及成像编码梯度磁场，磁场发生器主要包括主磁体131、x向梯度线圈132、y向梯度线圈133、z向梯度线圈134、梯度放大器135；
信号探测器140用于向探测区域发送信号和从探测区域接收信号并成生成像数据，信号探测器140主要包括射频线圈141和射频控制器142。
磁共振成像中对磁场发生器产生的主磁场的均匀度要求很高，尤其是在某些临床应用中，如基于化学位移差异的脂肪抑制成像、局部组织的磁共振波谱成像等，对局部磁场的磁场均匀度要求会更高。在人体磁共振成像应用中，当成像部位进入到磁场中心的中心区域后，所需要被成像的组织会对原有的B0场产生扰动。即B0′＝B0+ΔB0，其中，B0为原磁场，ΔB0为组织对原有主磁场的扰动造成的磁场均匀度的变化，B0′为组织扰动后形成的磁场。为满足临床应用成像如脂肪抑制成像、局部组织的磁共振波谱成像等，需要对感兴趣的组织区域进行有源匀场。
如果选择一个三维的体积块将需要匀场的组织区域包括进去，如图1B中的白色矩形选取框中的区域。因为人体组织都是不规则的，这种方式往往会包含别的不需要的组织成分如组织空腔等，对最终的匀场效果产生影响进而影响到临床应用如脂肪抑制成像应用的抑制效果等。
基于上述情况，为改善特定区域的匀场效果，在本申请实施例中，提出一种核磁共振匀场方法，以实现精准局部体积选择匀场。
参见图2，为本申请核磁共振匀场方法的一个实施例流程图。该方法可以包括以下步骤：
在步骤201中，获得设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据。
磁场非均匀度数据通常是规则形状区域内的三维磁场非均匀度数据ΔB0x，y，z，也即设定组织对原有磁场的扰动造成的三维磁场均匀度的变化量。
在本实施例中，可以通过二维多层序列采集和三维快速序列采集等等获得设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据。以上方法的主要原理是通过采集设定组织部位的成像体积内的两个或多个不同回波时间的回波数据，利用磁场非均匀度在两个回波时间之间的间隔内累计的相位来反演计算磁场的非均匀度，获得磁场非均匀度数据。
在步骤202中，利用针对设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据。
在本实施例中，可以通过以下方法获得感兴趣组织区域选择掩模。如图3A所示，该方法主要包括以下步骤：
在步骤301中，获得设定组织部位的样本图像。
该样本图像数据包括感兴趣组织区域的轮廓数据。样本图像数据是常规采集的大样本临床数据，样本数据量>100。所采集的样本图像中包括了感兴趣组织区域的轮廓。
在步骤302中，基于样本图像的数据训练神经网络，以使神经网络能够得到感兴趣组织区域的分割参数。
由于样本图像的数据包含了感兴趣组织区域的轮廓数据，神经网络通过对感兴趣组织区域的轮廓数据进行学习，能够得到针对感兴趣组织区域的分割参数Ci，其中，i＝1、2…M，M取决于所对应的需要勾勒轮廓的感兴趣组织和所设计的神经网络。
在步骤303中，基于所述感兴趣组织区域的分割参数和所述设定组织部位的图像数据，得到感兴趣组织区域选择掩模。
在本步骤中，设定组织部位的图像数据是指对原有磁场造成扰动的组织位的图像数据，也即进行核磁共振成像的组织部位的图像数据。也就是说，在核磁共振成像过程中，利用相同的学习网络得到的感兴趣组织区域的区域分割参数，对于不同患者的相同组织部分所得出的掩模是不同的。
通常，分割参数Ci中的参数个数越多，也即M越大，基于该分割参数勾勒出的轮廓越精细，也越趋近于真实轮廓。
在一个示例中，掩模的数据是与设定组织部位图像的像素矩阵对应的矩阵，在掩模的矩阵中，在感兴趣区域之内元素值为1；在感兴趣区域之外元素值为0。
在本实施例中，还可以通过以下方法获得感兴趣组织区域选择掩模。如图3B所示，该方法主要包括以下步骤：
在步骤311中，获得所述设定组织部位的样本图像，所述样本图像包括感兴趣组织区域的轮廓；
在步骤312中，基于所述样本图像的数据训练神经网络，以使所述神经网络能够得到针对感兴趣组织区域勾勒的轮廓；
在步骤313中，基于针对所述设定组织部位的图像数据所勾勒的轮廓得到感兴趣组织区域选择掩模。
该方法与图3A所示方法的区别在于，该方法直接训练神经网络针对感兴趣组织区域勾勒轮廓。在训练完成后，当将设定组织部分的图像数据输入所述神经网络，则输出针对该组织部分的感兴趣组织区域的轮廓数据。与图3A中的方法相似，基于该感兴趣组织区域的轮廓数据，则能够获得感兴趣组织区域的掩模。
在获得设定组织部位的感兴趣组织区域选择掩模后，将掩模数据与步骤201中获得的设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据相结合，即能够获得感兴趣组织区域的非均匀度数据。
在一个示例中，将感兴趣组织区域选择掩模的数据与成像体积内的磁场非均匀度数据相乘，即获得感兴趣组织区域的非均匀度数据。
由于感兴趣组织区域选择掩模的数据是与设定组织部位图像的像素矩阵对应的矩阵，并且在该矩阵中，感兴趣区域之内元素值为1；在感兴趣区域之外元素值为0。所生成掩模的尺寸和成像体积内的磁场非均匀度数据是相同的，将该掩模的数据与该设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据逐像素相乘，则在感兴趣区域之内的磁场非均匀度数据保持不变，而在感兴趣区域之外的磁场非均匀度数据为0，由此得到了需要精确匀场的感兴趣区域的非均匀度数据。
在步骤203中，基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数。
在获得了感兴趣组织区域的非均匀度数据后，可以采用现有的磁场补偿系数计算算法计算匀场补偿系数。该匀场补偿系数所包含的参数个数N(N≥3)与磁场系统中所包含的匀场线圈相对应，即匀场补偿系数的阶数与梯度线圈中包含的匀场线圈有关。当只进行线性补偿时，匀场补偿系数对应的匀场补偿电流直接输入到如图1A中的梯度线圈132、133、134中；当梯度线圈组件中包含有二阶及以上匀场线圈时，针对匀场补偿系数中计算的二阶及以上的匀场系数计算的匀场电流可以对应地加载到匀场线圈中，从而对需要匀场的感兴趣组织区域进行匀场。
在步骤204中，在对设定组织部位进行核磁共振成像时，基于匀场补偿系数对感兴趣组织区域内的磁场进行均匀度补偿。
基于本实施例所得到的匀场补偿系数对磁场进行均匀度补偿，能够针对感兴趣区域内的非均匀磁场进行补偿，如图1B中针对乳腺组织区域(灰色曲线勾勒部位VOL1和VOL2)进行非均匀磁场补偿，避免了包含成像区域内全部组织和空腔引起的匀场数据相位不连续等问题，匀场的针对性更强，匀场结果更为准确和可靠。
在一个示例中，将所得到的匀场补偿系数更新到对应的核磁共振系统的系统参数中，用于后续的所有成像序列，以优化该成像序列的效果。
与前述方法的实施例相对应，本说明书还提供了装置、计算设备和系统的实施例。
参见图4，为本申请核磁共振匀场装置的一个实施例框图。该装置包括：采集单元410、获得单元420、计算单元430和补偿单元440。
其中，采集单元410，用于获得设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据；
获得单元420，用于利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据；
计算单元430，用于基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数；
补偿单元440，用于在对所述设定组织部位进行核磁共振成像时，基于所述匀场补偿系数对感兴趣组织区域内的磁场进行均匀度补偿。
其中，获得单元420所利用的感兴趣组织区域选择掩模通过以下方式获得：
获得所述设定组织部位的样本图像，所述样本图像包括感兴趣组织区域的轮廓；
基于所述样本图像的数据训练神经网络，以使所述神经网络能够得到所述感兴趣组织区域的分割参数；
基于所述感兴趣组织区域的分割参数得到感兴趣组织区域选择掩模。
或者通过以下方式获得：
获得所述设定组织部位的样本图像，所述样本图像包括感兴趣组织区域的轮廓；
基于所述样本图像的数据训练神经网络，以使所述神经网络能够得到针对感兴趣组织区域勾勒的轮廓；
基于所勾勒的轮廓得到感兴趣组织区域选择掩模。
获得单元420利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据包括：利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据。
参见图5，为本申请计算设备的一个实施例框图。该设备用于计算核磁共振成像系统对设定组织部位成像时感兴趣组织区域内的磁场的匀场补偿系数，该设备可以包括：内部总线510，以及通过内部总线连接的存储器520、处理器530和外部接口540。
其中，外部接口540，用于从核磁共振成像系统获取设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据，以及用于将匀场补偿系数传输至所述核磁共振成像系统；
存储器520，用于存储核磁共振匀场对应的机器可读指令；
处理器530，用于读取存储器上的所述机器可读指令，并执行所述指令实现如下操作：
利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据；
基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数。
参见图6，为本申请核磁共振成像系统的一个实施例框图。该系统可以包括：成像设备610、扫描床620、磁场发生器630、信号探测器640以及计算设备650。
其中，计算设备650，用于计算匀场补偿系数，具体用于获得设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据，利用针对设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据，基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数；
信号探测器640，用于向探测区域发送信号和从所述探测区域接收信号并成生成像数据；
磁场发生器630，用于对设定组织部位成像时，基于匀场补偿系数在感兴趣组织区域内产生均匀磁场；
扫描床620，用于承载待检测对象；
成像设备610，用于获取所述探测器的成像数据以生成图像。
在本申请实施例中，计算机可读存储介质可以是多种形式，比如，在不同的例子中，所述机器可读存储介质可以是：RAM(Radom Access Memory，随机存取存储器)、易失存储器、非易失性存储器、闪存、存储驱动器(如硬盘驱动器)、固态硬盘、任何类型的存储盘(如光盘、dvd等)，或者类似的存储介质，或者它们的组合。特殊的，所述的计算机可读介质还可以是纸张或者其他合适的能够打印程序的介质。使用这些介质，这些程序可以被通过电学的方式获取到(例如，光学扫描)、可以被以合适的方式编译、解释和处理，然后可以被存储到计算机介质中。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种核磁共振匀场方法，其特征在于，包括：
获得设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据；
利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据，包括：将所述感兴趣组织区域选择掩模的数据与所述成像体积内的磁场非均匀度数据相乘，获得感兴趣组织区域的非均匀度数据；
基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数；
在对所述设定组织部位进行核磁共振成像时，基于所述匀场补偿系数对感兴趣组织区域内的磁场进行均匀度补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式获得所述感兴趣组织区域选择掩模：
获得所述设定组织部位的样本图像数据，所述样本图像数据包括感兴趣组织区域的轮廓数据；
基于所述样本图像数据训练神经网络，以使所述神经网络能够得到所述感兴趣组织区域的分割参数；
基于所述感兴趣组织区域的分割参数和所述设定组织部位的图像数据，得到感兴趣组织区域选择掩模。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方式获得所述感兴趣组织区域选择掩模：
获得所述设定组织部位的样本图像数据，所述样本图像数据包括感兴趣组织区域的轮廓数据；
基于所述样本图像的数据训练神经网络，以使所述神经网络能够得到针对感兴趣组织区域勾勒的轮廓；
基于针对所述设定组织部位的图像数据所勾勒的轮廓得到感兴趣组织区域选择掩模。
4.一种核磁共振匀场装置，其特征在于，包括：
采集单元，用于获得设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据；
获得单元，用于利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据；
计算单元，用于基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数；
补偿单元，用于在对所述设定组织部位进行核磁共振成像时，基于所述匀场补偿系数对感兴趣组织区域内的磁场进行均匀度补偿；
其中，所述获得单元具体用于：将所述感兴趣组织区域选择掩模的数据与所述成像体积内的磁场非均匀度数据相乘，获得感兴趣组织区域的非均匀度数据。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述获得单元所利用的感兴趣组织区域选择掩模通过以下方式获得：
获得所述设定组织部位的样本图像，所述样本图像包括感兴趣组织区域的轮廓；
基于所述样本图像的数据训练神经网络，以使所述神经网络能够得到所述感兴趣组织区域的分割参数；
基于所述感兴趣组织区域的分割参数得到感兴趣组织区域选择掩模。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述获得单元所利用的感兴趣组织区域选择掩模通过以下方式获得：
获得所述设定组织部位的样本图像，所述样本图像包括感兴趣组织区域的轮廓；
基于所述样本图像的数据训练神经网络，以使所述神经网络能够得到针对感兴趣组织区域勾勒的轮廓；
基于所勾勒的轮廓得到感兴趣组织区域选择掩模。
7.一种计算设备，其特征在于，所述设备用于计算核磁共振成像系统对设定组织部位成像时感兴趣组织区域内的磁场的匀场补偿系数，所述设备包括：内部总线，以及通过内部总线连接的存储器、处理器和外部接口；其中，
所述外部接口，用于从所述核磁共振成像系统获取设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据，以及用于将匀场补偿系数传输至所述核磁共振成像系统；
所述存储器，用于存储核磁共振匀场对应的机器可读指令；
所述处理器，用于读取所述存储器上的所述机器可读指令，并执行所述指令实现如下操作：
利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据，包括：将所述感兴趣组织区域选择掩模的数据与所述成像体积内的磁场非均匀度数据相乘，获得感兴趣组织区域的非均匀度数据；
基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数。
8.一种核磁共振成像系统，其特征在于，包括计算设备、磁场发生器、信号探测器、扫描床和成像设备，其中，
所述计算设备，用于计算匀场补偿系数，具体用于获得设定组织部位的成像体积内的磁场非均匀度数据，利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模，从所述磁场非均匀度数据中获得感兴趣组织区域的非均匀度数据，基于所述感兴趣组织区域的非均匀度数据计算匀场补偿系数，其中，利用针对所述设定组织部位预先获得的感兴趣组织区域选择掩模包括：将所述感兴趣组织区域选择掩模的数据与所述成像体积内的磁场非均匀度数据相乘，获得感兴趣组织区域的非均匀度数据；
所述磁场发生器，用于对设定组织部位成像时，基于所述匀场补偿系数在感兴趣组织区域内产生均匀磁场；
所述信号探测器，用于向探测区域发送信号和从所述探测区域接收信号并成生成像数据；
所述扫描床，用于承载待检测对象；
所述成像设备，用于获取所述探测器的成像数据以生成图像。
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