CN111352055B - 一种前瞻性相位校正平面回波成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种前瞻性相位校正平面回波成像技术，包括平面回波成像相位编码误差测量序列，相位编码误差计算方法，平面回波成像中的相位编码误差补偿序列及方法。即通过一个参考扫描序列，首先测量并计算出相位编码误差，然后在平面回波成像的扫描序列中，对相位编码增加一个补偿梯度，补偿由于B0场非均匀性、涡流场以及梯度通道非对称性等的影响，可以减少伪影，提升信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及核磁共振成像技术领域，尤其涉及一种前瞻性相位校正平面回波成像方法。
背景技术
如图4所示，回波平面成像(echo planar imaging,EPI)技术，是目前应用最广泛的一种超快速成像技术。其特点是，在射频脉冲激发后，频率编码梯度快速的在正反两个方向切换，且在正负梯度平台都完成信号读出，快速的完成整个K空间的填充，因此称为平面回波成像。平面回波成像技术可以在30ms甚至更短的时间以内采集完一幅完整的图像，能冻结各种运动，也能实时的动态成像，在扩散加权成像、灌注成像、脑功能成像等方面都得到了极其广泛的应用。
平面回波成像技术成像速度快，但本身也有它本身的不足。其一，由于在正负梯度平台上进行采样，受梯度延迟、B0场非均匀性以及涡流的影响是不一致的，从而极易导致各种伪影，最典型的就是著名的N/2伪影。其次，受B0场非均匀性、涡流场以及梯度通道非对称性的影响，会给每个相位编码步带来不同的误差，影响相位编码方向的K空间轨迹，从而带来伪影。现有技术主要采用后处理相位技术进行校正，即预先采集一个不加相位编码的参考数据，并对参考数据进行相位拟合，然后在成像数据中扣除参考相位信息，从而减轻伪影。后处理相位技术仅能消除频率编码方向的部分误差，对于相位编码方向存在的误差无能为力。另一类技术通过专用的磁场测量工具如field camera，预先测量EPI成像序列的梯度轨迹，并在重建中进行校正。该类技术能取得不错的效果，其不足之处有：一，校正算法复杂，运算量大。在测量出EPI成像轨迹后，往往需要二维网格化重建或者非均匀采样的傅里叶变换进行重建，重建时间长。二，由于EPI回波链较长，B0场非均匀性、涡流场等任何微小误差都会累积加重，造成磁化矢量失相位从而降低信噪比，通过后处理校正并不能恢复这部分信噪比损失。
发明内容
本发明旨在提供一种前瞻性相位校正平面回波成像方法，针对相位编码方向存在的误差进行前瞻性校正，降低伪影，提升信噪比。
为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
本发明公开一种前瞻性相位校正平面回波成像方法，包括以下步骤：
S100、参考数据采集，包括以下步骤：
S110、施加激发脉冲，同时在相位编码方向施加层选梯度，层选梯度的强度Gs计算公式为
其中BWrf为激发脉冲的带宽，γ为磁旋比，thickness为激发的层厚，
S120、反向施加层选回聚梯度，
S130、施加相位编码预散相梯度和相位编码梯度，
S140、在施加相位编码预散相梯度后，立即打开采样窗口，采集磁共振信号直至平面回波成像序列最后一个频率编码梯度的中间，
S150、采集到的磁共振信号共N个点，为s1，s2……sn；
S200、计算相邻两点相位差，计算公式为
其中conj()是复数共轭函数，phase()是取相位函数；
S300、计算相位编码梯度强度，相位编码梯度强度Gn的计算公式为
其中γ为磁旋比，d为激发层面与磁体中心的距离，Δt为采样时间间隔；
S400、计算相位编码梯度面积，包括以下步骤：
S410、计算第m步相位编码的面积，计算公式为
积分的起点mstart为前一个频率编码梯度的中间，积分的起点的终点mend为施加完第m步相位编码后的频率编码梯度的中间，
S420、计算相位编码梯度的平均面积Ape_mean，计算公式为
其中M表示总共有M个相位编码步；
S500、计算相位编码梯度偏差比列，计算公式为
其中εm表示第m步相位编码产生的误差；
S600、补偿相位编码梯度偏差：在平面回波成像基础上，相位编码梯度增加校正梯度，校正梯度的面积分别为A1，A2……Am；
S700、采集成像数据。
优选的，步骤S110中，激发脉冲翻转角度≤90°。
优选的，步骤S110中，thickness＜1mm。
优选的，步骤S110中，激发脉冲的中心频率的计算公式为：
f＝γ·Gs·d
其中γ为磁旋比，d为激发层面与磁体中心的距离。
优选的，d＝50mm。
优选的，步骤S120中，层选回聚梯度的面积Asr计算公式为
Asr＝-As·rrefocus
其中As为层选梯度面积，rrefocus为激发脉冲的回聚比列。
优选的，步骤S600中，校正梯度的面积计算公式为
Am＝εm·Ape
Ape为理想的相位编码梯度面积。
本发明的有益效果：
1、本发明可以降低伪影，提升信噪比。
2、本发明算法运算量小，只需要计算一次，消除了目前EPI在实际应用中，大多都需要多次平均或者采集多帧图像，基于后处理相位校正或者轨迹校正方法需要对每一次平均或者每一帧图像进行校正导致增加重建延时的问题，减少重建延时。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为参考扫描脉冲序列示意图；
图3为本发明所述前瞻性相位校正平面回波成像序列示意图；
图4为典型的平面回波成像脉冲序列示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
本申请中：
K-space：K空间，磁共振信号的频域空间
DWI：Diffusion Weighted Imaging，弥散加权成像或扩散加权成像
T1：Time constant for regrowth of longitudinal magnetization after RF-pulse，纵向磁化矢量恢复时间常数
T2：Time constant for decay of transverse magnetization after RF-pulse，横向磁化矢量衰减时间常数
TR：Repetition Time，重复时间或重复周期
EPI：Echo planar imaging，平面回波成像技术
如图1所示，本发明包括：
一、相位编码误差测量的脉冲序列：
需要通过一个参考扫描，提前测量出相位编码的误差，参考扫描脉冲序列示意图如图2所示，主要包括：
激发脉冲：激发脉冲为常规激发脉冲，翻转角小于等于90度，其中使用旁瓣较小的脉冲可以获得较高的信噪比。
层选梯度：在施加激发脉冲的同时施加层选梯度，层选梯度施加于相位编码方向，层选梯度的强度Gs按下式计算
BWrf为激发脉冲的带宽，γ为磁旋比，thickness为激发的层厚。
优选的，激发层厚小于1mm。
激发中心频率：期望能激发距离磁体中心为d的信号，则中心频率按下式计算
f＝γ·Gs·d
γ为磁旋比，Gs为上述方法计算出的层选梯度强度，d为激发层面与磁体中心的距离。
优选的，选择d为50mm左右。
层选回聚梯度：在施加完层选梯度之后，反向施加层选回聚梯度，其面积Asr按下式计算
Asr＝-As·rrefocus
其中As为层选梯度面积，rrefocus为激发脉冲的回聚比列，为激发脉冲的一个固有参数。
在施加完层选回聚梯度之后，施加相位编码预散相梯度和相位编码梯度，这两个梯度强度和持续时间与成像扫描时完全相同，这时无需施加频率编码梯度。
在施加相位编码预散相梯度后，立即打开采样窗口，采集磁共振信号直至平面回波成像序列最后一个频率编码梯度的中间。
二、相位编码误差测量的计算方法：
采集到的磁共振信号共N个点，为s1，s2……sn
1、求相零两点之间的相位差
其中conj()是复数共轭函数，phase()是取相位函数。
2、计算相位编码梯度强度Gn
其中γ为磁旋比，d为激发层面与磁体中心的距离，Δt为采样时间间隔。
3、计算第m步相位编码的面积
即测量到的第m个相位编码梯度的积分。考虑到和梯度系统相关的误差在时间维度上有持续性，因此积分的起点mstart为前一个频率编码梯度的中间，mend为施加完第m步相位编码后的频率编码梯度的中间。
4、计算相位编码梯度的平均面积Ape_mean，M表示总共有M个相位编码步。
5、计算相位编码误差比列
εm表示第m步相位编码产生的误差。注意，εm可能为正，也可能为负。
三、相位编码误差补偿序列及方法：
增加了相位编码误差补偿的序列如图3所示，在常规的平面回波成像基础上，相位编码梯度增加了一个较小的校正梯度，如图中阴影部分所示，校正梯度的面积分别为A1，A2，A3，A4……Am，每一个校正梯度的面积按如下公式计算：
Am＝εm·Ape
Ape为理想的相位编码梯度面积，是根据扫描分辨率、成像视野大小等决定的。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种前瞻性相位校正平面回波成像方法，其特征在于包括以下步骤：
S100、参考数据采集，包括以下步骤：
S110、施加激发脉冲，同时在相位编码方向施加层选梯度，层选梯度的强度Gs计算公式为
其中BWrf为激发脉冲的带宽，γ为磁旋比，thickness为激发的层厚，
S120、反向施加层选回聚梯度，
S130、施加相位编码预散相梯度和相位编码梯度，
S140、在施加相位编码预散相梯度后，立即打开采样窗口，采集磁共振信号直至平面回波成像序列最后一个频率编码梯度的中间，
S150、采集到的磁共振信号共N个点，为s1，s2……sn；
S200、计算相邻两点相位差，计算公式为
其中conj()是复数共轭函数，phase()是取相位函数；
S300、计算相位编码梯度强度，相位编码梯度强度Gn的计算公式为
其中γ为磁旋比，d为激发层面与磁体中心的距离，Δt为采样时间间隔；
S400、计算相位编码梯度面积，包括以下步骤：
S410、计算第m步相位编码的面积，计算公式为
积分的起点mstart为前一个频率编码梯度的中间，积分的起点的终点mend为施加完第m步相位编码后的频率编码梯度的中间，
S420、计算相位编码梯度的平均面积Ape_mean，计算公式为
其中M表示总共有M个相位编码步；
S500、计算相位编码梯度偏差比列，计算公式为
其中εm表示第m步相位编码产生的误差；
S600、补偿相位编码梯度偏差：在平面回波成像基础上，相位编码梯度增加校正梯度，校正梯度的面积分别为A1，A2……Am；
S700、采集成像数据。
2.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于：步骤S110中，激发脉冲翻转角度≤90°。
3.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于：步骤S110中，thickness＜1mm。
4.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于：步骤S110中，激发脉冲的中心频率的计算公式为：
f＝γ·Gs·d
其中γ为磁旋比，d为激发层面与磁体中心的距离。
5.根据权利要求4所述的成像方法，其特征在于：d＝50mm。
6.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于：步骤S120中，层选回聚梯度的面积Asr计算公式为
Asr＝-As·rrefocus
其中As为层选梯度面积，rrefocus为激发脉冲的回聚比列。
7.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于：步骤S600中，校正梯度的面积计算公式为
Am＝εm·Ape
Ape为理想的相位编码梯度面积。
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