CN111638479B - 一种一维定位像获取方法及磁共振系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种一维定位像获取方法及磁共振系统，实现在不需要复杂梯度系统的前提下获取人体器官的一维定位像。获取方法包括：向被测物体的每个纵向或横向位置施加磁共振脉冲序列，采集所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号；对采集的所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号分析处理，获取一维定位像；所述磁共振系统包括工作站、核磁共振系统以及位移台；本发明实施例无需额外复杂的梯度系统即能准确获取人体器官一维定位像，从而，降低了系统的复杂度和硬件成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及一种一维定位像获取方法及磁共振系统。
背景技术
核磁共振技术是利用氢质子的核磁共振现象进行成像或者检测物质成分和结构的一种技术。人体内包含单数质子的原子核，例如氢原子核，其质子具有自旋运动。带电原子核的自旋运动，在物理上类似于单独的小磁体，在没有外部条件影响下这些小磁体的方向性分布是随机的。当人体置于外部磁场中时，这些小磁体将按照外部磁场的磁力线重新排列。这时，用特定频率的射频脉冲激发原子核，使这些原子核的自旋(小磁铁)发生偏转，产生共振，这就是核磁共振现象。停止发射射频脉冲后，被激发的原子核(共振的小磁体)会逐渐恢复到激发前的状态，在恢复的过程中会释放电磁波信号，通过专用设备接收并处理核磁共振信号后即获得磁共振图形或者物质的成分和结构信息。
传统的核磁共振系统磁体都要求高度均匀的磁场，因此磁体的设计、生产、维护以及成本都非常高。近年来，出现了非均匀场核磁共振系统，其磁体的均匀度很低，例如采用单边永磁体。这种核磁共振系统的磁体非常小巧，设计和生产简便，成本很低。这类核磁共振系统可以用于油品检测、食品检测、地质勘探甚至医学检测中，具有广泛的应用前景。
单边磁体具有极强的天然梯度场,高达1T/m-3T/m，比普通磁共振梯度场高约2个数量级；另一方面，射频线圈有效带宽近似与磁场强度成正比，单边磁体磁场强度较低，因此其使用的射频线圈有效带宽很低。上述两方面因素导致了单边磁体磁共振系统选层厚度和选层范围都非常有限。因此，单边磁体磁共振系统用于人体器官检测时必须要添加复杂的梯度系统，才能用传统磁共振成像技术获取一维定位像。梯度系统会大大增加系统复杂性和硬件成本。
发明内容
本发明实施例提供一种一维定位像获取方法及磁共振系统，用于在不需要复杂梯度系统的前提下获取人体器官的一维定位像。
第一方面，一种一维定位像获取方法，包括：向被测物体的每个纵向或横向位置施加磁共振脉冲序列，采集所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号；对采集的所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号分析处理，获取一维定位像。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述磁共振脉冲序列包括CPMG序列，施加于每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列相同，每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号的采集参数相同。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述采集的所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号包括一个三维数组s(n，m，p)，第一维对应不同位置，共n个位置，n为大于1的正整数；第二维为磁共振脉冲序列的回波个数，共m个回波，m为大于1的正整数；第三维为单次读出数据的采样点数，为p,p为大于1的正整数；所述分析处理，包括利用所述n个位置的三维数组s(n，m，p)进行一维定位像重建。
结合第一方面的第一种可能的实现方式或第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述分析处理包括：数据预处理,对每个位置的三维数组s(n，m，p)的第三维进行傅里叶变换，得到频域数据,保留频域数据的有效带宽部分并取平均值后,每个三维数组s(n，m，p)转换为每个s′(n，m)的二维数组。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述分析处理,还包括：按如下公式(1)计算低扩散系数组织成分的比重f(n)
其中，H表示重扩散效应加权对应的回波；L表示低扩散效应加权对应的回波；R(H)表示在重扩散效应H区域包含的回波数；R(L)表示在低扩散效应L区域包含的回波数。
第二方面，一种实现一维定位像获取方法的磁共振系统，包括
工作站，用于发送发射磁共振脉冲序列指令，用于发送平移指令，接收磁共振脉冲序列的回波信号，根据所述回波信号分析处理获取一维定位像；
核磁共振系统，用于接收发射磁共振脉冲序列指令，并根据所述发射磁共振脉冲序列指令发射用于施加于被测物体的磁共振脉冲序列；用于接收被测物体的磁共振脉冲序列的回波信号并向所述工作站反馈所述磁共振脉冲序列的回波信号；以及
位移台，用于接收平移指令，所述位移台根据所述平移指令将核磁共振系统的检测端平移至被测物体的每个纵向或横向位置。
结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述核磁共振系统包括：
核磁共振谱仪，用于接收发射磁共振脉冲序列指令，并根据所述发射磁共振脉冲序列指令发射磁共振脉冲序列；用于接收射频系统反馈的磁共振脉冲序列的回波信号并向所述工作站反馈所述磁共振脉冲序列的回波信号；以及
射频系统，用于对磁共振脉冲序列处理以便于施加于被测物体，用于对所述磁共振脉冲序列的回波信号处理以便于向工作站反馈，用于切换发射磁共振脉冲序列模式和接收磁共振脉冲序列的回波信号模式；用于发射磁共振脉冲序列或接收磁共振脉冲序列的回波信号。
结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述射频系统包括:
收发转换模块，与核磁共振谱仪通讯，用于切换发射磁共振脉冲序列模式和接收磁共振脉冲序列的回波信号模式；
磁体模块，设于位移台，用于对被测物体产生梯度磁场；以及
射频线圈，设于位移台，与收发转换模块通讯，当收发转换模块切换为发射磁共振脉冲序列模式时，所述射频线圈用于对被测物体产生激发中心频率；当收发转换模块切换为接收磁共振脉冲序列的回波信号模式时，所述射频线圈用于接收磁共振脉冲序列的回波信号；
所述位移台用于根据所述平移指令将磁体模块和射频线圈平移至被测物体的每个纵向或横向位置。
结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述射频系统还包括
射频功率放大器，分别与收发转换模块和核磁共振谱仪通讯，用于处理发射的磁共振脉冲序列；以及
前置放大器，分别与收发转换模块和核磁共振谱仪通讯，用于处理接收的磁共振脉冲序列的回波信号。
结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述磁体模块包括单边磁体。
本发明实施例的一种一维定位像获取方法及磁共振系统，通过向被测物体的每个纵向或横向位置施加磁共振脉冲序列，采集所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号；对采集的所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号分析处理，获取一维定位像，显然，在不需要复杂梯度系统的前提下实现了人体器官的一维定位像的获取，从而，降低了系统的复杂度和硬件成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。
图1是本发明实施例的方法步骤示意图。
图2是本发明实施例的磁共振系统原理结构示意图。
图3是本发明实施例的磁共振脉冲序列和信号采集时序图。
图4是本发明实施例的腹部肝脏模体一维定位像图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种一维定位像获取方法及磁共振系统，用于在不需要复杂梯度系统的前提下获取人体器官的一维定位像。其中，方法和系统是基于同一发明构思的，由于方法及系统解决问题的原理相似，因此系统与方法的实施可以相互参见，重复之处不再赘述。
本发明中所涉及的多个，是指两个或两个以上。另外，在本发明的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
本发明实施例提供一种一维定位像获取方法及磁共振系统，用于在不需要复杂梯度系统的前提下获取人体器官的一维定位像，从而，降低了系统的复杂度和硬件成本。
参阅图1所示，本发明实施例提供一种一维定位像获取方法，包括：向被测物体的每个纵向或横向位置施加磁共振脉冲序列，采集所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号；对采集的所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号分析处理，获取一维定位像。
可选地，数据采集过程如图3所示。向被测物体的某一个纵向或横向方向的位置施加磁共振脉冲序列，比如向被测物体在深度方向的每个位置上，逐一施加磁共振脉冲序列；比如，按照时间顺序，对被测物体的深度方向上的位置0至位置n，逐一施加磁共振脉冲序列，采集在深度方向的每个位置的磁共振脉冲序列的回波信号，对采集的深度方向的每个位置的磁共振脉冲序列的回波信号，分析处理，得到一维定位像；一维定位像可以用于不同位置的脂肪含量的估算。
为了便于数据分析处理，保证一维定位像的准确性，可选地，所述磁共振脉冲序列包括CPMG序列，施加于每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列相同，每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号的采集参数相同。
为了便于数据处理，可选地，所述采集的所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号包括一个三维数组s(n，m，p)，第一维对应不同位置，共n个位置，n为大于1的正整数；第二维为磁共振脉冲序列的回波个数，共m个回波，m为大于1的正整数；第三维为单次读出数据的采样点数，为p,p为大于1的正整数；所述分析处理，包括利用所述n个位置的三维数组s(n，m，p)进行一维定位像重建。
采样点数是一次向工作站送的数据量包含的点数，采样点数决定了每次传到工作站内的数据量。比如点数设为1000，pc内会开辟初始大小1000的buffer，每采1000点往工作站传一次。程序每次从buffer读1000点进行处理。所以如果每次处理需要更多数据，可以增加采样点数。
分析处理还包括：数据预处理,对每个位置的三维数组s(n，m，p)的第三维进行傅里叶变换，得到频域数据,保留频域数据的有效带宽部分并取平均值后,每个三维数组s(n，m，p)转换为每个s′(n，m)的二维数组。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述分析处理,还包括：按如下公式(1)计算低扩散系数组织成分的比重f(n)
其中，H表示重扩散效应加权对应的回波；L表示低扩散效应加权对应的回波；R(H)表示在重扩散效应H区域包含的回波数；R(L)表示在低扩散效应L区域包含的回波数。
采用上述分析处理得到的腹部肝脏模体一维定位像图如图4所示。
第二方面，一种实现一维定位像获取方法的磁共振系统，包括
工作站，用于发送发射磁共振脉冲序列指令，用于发送平移指令，接收磁共振脉冲序列的回波信号，根据所述回波信号分析处理获取一维定位像；
核磁共振系统，用于接收发射磁共振脉冲序列指令，并根据所述发射磁共振脉冲序列指令发射用于施加于被测物体的磁共振脉冲序列；用于接收被测物体的磁共振脉冲序列的回波信号并向所述工作站反馈所述磁共振脉冲序列的回波信号；以及
位移台，用于接收平移指令，所述位移台根据所述平移指令将核磁共振系统的检测端平移至被测物体的每个纵向或横向位置。
可选地，所述核磁共振系统包括：
核磁共振谱仪，用于接收发射磁共振脉冲序列指令，并根据所述发射磁共振脉冲序列指令发射磁共振脉冲序列；用于接收射频系统反馈的磁共振脉冲序列的回波信号并向所述工作站反馈所述磁共振脉冲序列的回波信号；以及
射频系统，用于对磁共振脉冲序列处理以便于施加于被测物体，用于对所述磁共振脉冲序列的回波信号处理以便于向工作站反馈，用于切换发射磁共振脉冲序列模式和接收磁共振脉冲序列的回波信号模式；用于发射磁共振脉冲序列或接收磁共振脉冲序列的回波信号。
可选地，所述射频系统包括:
收发转换模块，与核磁共振谱仪通讯，用于切换发射磁共振脉冲序列模式和接收磁共振脉冲序列的回波信号模式；
磁体模块，设于位移台，用于对被测物体产生梯度磁场；以及
射频线圈，设于位移台，与收发转换模块通讯，当收发转换模块切换为发射磁共振脉冲序列模式时，所述射频线圈用于对被测物体产生激发中心频率；当收发转换模块切换为接收磁共振脉冲序列的回波信号模式时，所述射频线圈用于接收磁共振脉冲序列的回波信号；
所述位移台用于根据所述平移指令将磁体模块和射频线圈平移至被测物体的每个纵向或横向位置。
可选地，所述射频系统还包括
射频功率放大器，分别与收发转换模块和核磁共振谱仪通讯，用于处理发射的磁共振脉冲序列；以及
前置放大器，分别与收发转换模块和核磁共振谱仪通讯，用于处理接收的磁共振脉冲序列的回波信号。
结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述磁体模块包括单边磁体。
如图2所示，磁共振系统的工作过程如下：工作站发送发射磁共振脉冲序列指令至核磁共振谱仪，核磁工作谱仪根据发射磁共振脉冲序列指令发射磁共振脉冲序列，如CPMG序列；磁共振脉冲序列经过射频功率放大器处理后通过收发转换模块(如收发转换开关)切换为发射磁共振脉冲序列模式将处理后的磁共振脉冲序列发送至射频线圈，射频线圈在磁体模块(如单边永磁体)的梯度磁场下将处理后的磁共振脉冲序列作用于被测物体(如人体)的第一位置(如位置0)；而后，收发转换模块切换为接收磁共振脉冲序列的回波信号模式，收发转换模块通过射频线圈接收被测物体的磁共振脉冲序列的回波信号并通过前置放大器处理后反馈至核磁共振仪；核磁共振仪传输至工作站；采用上述方式采集被测物体的第二位置(如位置1)的磁共振脉冲序列的回波信号；依此类推，直至全部采集完成，工作站对采集的磁共振脉冲序列的回波信号数据根据上述分析处理方式处理，得到一维定位像。
位置0至位置n可以是在被检物体的横向方向(如宽度方向)上连续或不连续移动得到；位置0至位置n也可以是在被检物体的纵向方向(如深度方向)上连续或不连续移动得到。
需要说明的是，在需要更换被测物体的检测位置时，工作站向位移台发送平移指令，位移台上的射频线圈和磁体模块在位移台的移动下移动至下一个检测位置重复上述工作过程。
所述位移台可以采用现有的步进装置或步进结构实现。
具体例子，如图4所示。在该例子中，采用单边永磁体，磁体激发区域如图4所示，为非规则激发区域。所用激发中心频率约3.4MHz，对应磁场强度0.08T。在激发区域内，梯度场大约为1.1T/m，射频线圈带宽约20kHz。
将磁体模块和射频线圈固定到位移台上，工作站控制位移台每次步进2mm，共步进42次，然后通过CPMG序列采集腹部肝脏模体磁共振信号。CPMG序列所用回波间隔为1.2ms，每次激发采集256次回波，每个回波64个采样点，每个点2us。采集到的信号为一个42x256x64的三维数组。需要说明的是，由于梯度场非常大，加上回波间隔长，氢原子的扩散运动会导致信号散相，也就是产生非常重的扩散效应导致信号快速衰减。特别是在CPMG回波链中靠后的回波，仅有低扩散系数的脂肪还存在信号，其他组织信号基本衰减殆尽。
1).数据预处理：对信号S的第三维进行傅里叶变换，得到频域数据；仅保留低频部分3个点并取平均；经过上述预处理后，信号S转换为了42*256的二维数组s′。
2).计算低扩散系数组织成分的比重f(n):
由于模体中不同区域的脂肪含量不一样，因此f(n)实际上就是脂肪加权一维成像。图4为本实施例获得的腹部肝脏模体一维脂肪权重曲线，位置0表示模体表面位置，从模体表面到模体8.4cm深度位置，依次经历了脂肪层，肌肉层，和肝脏层，可以看到个不同层面脂肪含量的区别。
上述例子通过控制位移台的运动改变磁体模块、射频线圈和人体的相对位置实现对不同位置的激发，并基于扩散效应估算不同位置的脂肪含量。脂肪为最具代表性的低扩散系数组织，且不同组织脂肪含量不一样，因此f(n)实际上就是脂肪加权的一维成像，可以作为定位像使用，帮助医生将激发区域放到合适的位置。
显然，本发明实施例在不需要复杂梯度系统的前提下获取了人体器官的一维定位像，从而降低了系统的复杂度和硬件成本。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤，而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种一维定位像获取方法，其特征在于：包括：向被测物体的每个纵向或横向位置施加磁共振脉冲序列，采集所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号；对采集的所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号分析处理，获取一维定位像；
所述磁共振脉冲序列包括CPMG序列，施加于每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列相同，每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号的采集参数相同；
所述采集的所述每个纵向或横向位置的磁共振脉冲序列的回波信号包括一个三维数组s(n，m，p)，第一维对应不同位置，共n个位置，n为大于1的正整数；第二维为磁共振脉冲序列的回波个数，共m个回波，m为大于1的正整数；第三维为单次读出数据的采样点数，为p，p为大于1的正整数；所述分析处理，包括利用所述n个位置的三维数组s(n，m，p)进行一维定位像重建；
所述分析处理，包括：数据预处理，对每个位置的三维数组s(n，m，p)的第三维进行傅里叶变换，得到频域数据，保留频域数据的有效带宽部分并取平均值后，每个三维数组s(n，m，p)转换为每个s′(n，m)的二维数组。
2.根据权利要求1所述的一维定位像获取方法，其特征在于：所述分析处理，还包括：按如下公式(1)计算低扩散系数组织成分的比重f(n)
其中，H表示重扩散效应加权对应的回波；L表示低扩散效应加权对应的回波；R(H)表示在重扩散效应H区域包含的回波数；R(L)表示在低扩散效应L区域包含的回波数。
3.一种实现权利要求1-2任意一项所述的一维定位像获取方法的磁共振系统，其特征在于：包括
工作站，用于发送发射磁共振脉冲序列指令，用于发送平移指令，接收磁共振脉冲序列的回波信号，根据所述回波信号分析处理获取一维定位像；
核磁共振系统，用于接收发射磁共振脉冲序列指令，并根据所述发射磁共振脉冲序列指令发射用于施加于被测物体的磁共振脉冲序列；用于接收被测物体的磁共振脉冲序列的回波信号并向所述工作站反馈所述磁共振脉冲序列的回波信号；以及
位移台，用于接收平移指令，所述位移台根据所述平移指令将核磁共振系统的检测端平移至被测物体的每个纵向或横向位置。
4.根据权利要求3所述的磁共振系统，其特征在于：所述核磁共振系统包括：
核磁共振谱仪，用于接收发射磁共振脉冲序列指令，并根据所述发射磁共振脉冲序列指令发射磁共振脉冲序列；用于接收射频系统反馈的磁共振脉冲序列的回波信号并向所述工作站反馈所述磁共振脉冲序列的回波信号；以及
射频系统，用于对磁共振脉冲序列处理以便于施加于被测物体，用于对所述磁共振脉冲序列的回波信号处理以便于向工作站反馈，用于切换发射磁共振脉冲序列模式和接收磁共振脉冲序列的回波信号模式；用于发射磁共振脉冲序列或接收磁共振脉冲序列的回波信号。
5.根据权利要求4所述的磁共振系统，其特征在于：所述射频系统包括:
收发转换模块，与核磁共振谱仪通讯，用于切换发射磁共振脉冲序列模式和接收磁共振脉冲序列的回波信号模式；
磁体模块，设于位移台，用于对被测物体产生梯度磁场；以及
射频线圈，设于位移台，与收发转换模块通讯，当收发转换模块切换为发射磁共振脉冲序列模式时，所述射频线圈用于对被测物体产生激发中心频率；当收发转换模块切换为接收磁共振脉冲序列的回波信号模式时，所述射频线圈用于接收磁共振脉冲序列的回波信号；
所述位移台用于根据所述平移指令将磁体模块和射频线圈平移至被测物体的每个纵向或横向位置。
6.根据权利要求5所述的磁共振系统，其特征在于：所述射频系统还包括
射频功率放大器，分别与收发转换模块和核磁共振谱仪通讯，用于处理发射的磁共振脉冲序列；以及
前置放大器，分别与收发转换模块和核磁共振谱仪通讯，用于处理接收的磁共振脉冲序列的回波信号。
7.根据权利要求6所述的磁共振系统，其特征在于：所述磁体模块包括单边磁体。
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