CN111990997B - 一种基于反转恢复实图重建的水脂分离方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于磁共振成像领域，更具体地，涉及一种基于反转恢复实图重建的水脂分离方法及系统。首先确定第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，使得该两时刻下采集到的图像中脂肪和水的信号强度方向不完全相同；在第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，分别使用扫描序列激发被检体，获取同时包含纯水图像和纯脂肪图像的两幅图像；然后计算得到图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据；最后利用计算得到的图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据分别通过实图重建得到脂肪图像和水图像。本发明利用反转恢复实图重建，采用磁共振图像信号的模像和相位像同时重建，组织的纵向磁化矢量在负向最大与正向最大之间取值，增加了组织间的对比度。

Description

一种基于反转恢复实图重建的水脂分离方法及系统
技术领域
本发明属于磁共振成像领域，更具体地，涉及一种基于反转恢复实图重建的水脂分离方法及系统。
背景技术
磁共振成像是利用射频脉冲与组织中氢质子发生共振进行成像的一种技术。人体内广泛存在的氢质子，其主要来源于水和脂肪组织，将其置于静磁场中时，氢质子的自旋方向将发生改变，一是顺着磁场的方向，称为低能级；一是逆着磁场的方向，称为高能级。且低能级的氢质子多于高能级的质子数，其差称为净磁化矢量。用特定频率的射频脉冲激发磁场中的氢质子，当脉冲的频率与氢质子的进动频率相同时，将发生共振，使净磁化矢量发生偏转，当加大脉冲的强度或增加脉冲的作用时间，将使磁化矢量偏转到与静磁场相反的方向。在射频脉冲的作用下，净磁化矢量发生偏转，将产生纵向磁化矢量分量和横向磁化矢量分量。
当射频脉冲停止后，被激发的氢质子将于周围的分子及周围的氢质子发生能量的传递，使氢质子从激发态回到平衡态，这个过程被称之为弛豫。纵向磁化矢量分量的恢复称为纵向弛豫时间T1，横向磁化矢量分量的衰减称为横向弛豫时间T2。因各种组织中氢质子的周围环境不同，导致组织间的弛豫时间不同。根据实际应用的要求，有时需要分别获得纯水图像或纯脂肪图像，这时就需要使用水脂分离的成像方法。
CN101518445A公开了一种基于反转恢复技术的水脂分离成像方法及系统，其确定脂肪中氢原子核或水中氢原子核纵向磁化分量为0的第一反转恢复时刻；在第一反转恢复时刻之前和之后，分别选择脂肪中氢原子核或水中氢原子核纵向磁化分量方向相反、幅度相同的第二反转恢复时刻和第三反转恢复时刻；在第二反转恢复时刻和第三反转恢复时刻，分别使用扫描序列激发被检体,获取同时包含纯水图像和纯脂肪图像的两幅图像；使用获取的两幅图像进行合成,当合成消除两幅图像中包含的纯脂肪图像时获取一幅纯水图像，当合成消除两幅图像中包含的纯水图像时获取一幅纯脂肪图像。该方法依靠组织纵向磁化矢量的方向性，赋予各种组织信号的符号便于计算，虽能使水脂分离，但是并未真正的利用图像原始数据进行计算，可能会造成数据丢失；且该方法对两个反转时间的选择比较局限。
李少蕊等在“基于反转恢复技术的水脂分离磁共振成像方法”一文中通过施加反转脉冲后任意选择两个反转时间，然后分别采集两个反转时间下的图像，通过水和脂肪对图像信号的贡献，计算出纯水和纯脂的图像。该方法通过任意选择两个反转恢复时刻且基于图像原始数据进行计算，能使水脂分离。但如果两个反转恢复时刻选择不当，将会使组织信号强度和对比度降低。
且以上两种基于反转恢复的水脂分离方法均是依靠组织的模像进行图像重建，其仅利用信号强度为正值的图像数据进行图像重建，这样的结果就是组织间的对比度降低，不利于组织结构的显示，不利于提高病灶的检出率。
另一方面，传统方法利用模像重建，所有的信号为正，如果本来有两种组织的在某一时刻的信号为一正一负，利用模像重建后都为正，这两种组织就会有重叠的地方，重叠的地方信号消失，表现为黑边伪影。伪影是指MR图像中与实际解剖结构不相符的信号，可以表现为图像变形、重叠、缺失、模糊等。每一幅MRI图像都存在不同程度的伪影。MRI检查中伪影主要造成三个方面的问题：(1)使图像质量下降，甚至无法分析；(2)掩盖病灶，造成漏诊；(3)出现假病灶，造成误诊。
发明内容
针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于反转恢复实图重建的水脂分离方法及系统，通过基于被检体的脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻以及水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻另外选择两个合适的反转恢复时刻，使得选择的两个反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪和水的信号强度方向不完全相同，利用带有正负符号的信号强度进行计算，分别获得脂肪图像和水图像信号强度数据，采用图像信号模像和相位像同时进行图像重建，其为一种实图重建方法，实现脂肪图像和水图像的高对比度重建分离，旨在解决现有基于反转恢复技术的水脂分离方法分离得到的水脂图像对比度低、存在黑边伪影等的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于反转恢复实图重建的水脂分离方法，包括如下步骤：
(1)根据被检体的脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻以及水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻确定第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，使得所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪和水的信号强度方向不完全相同；
(2)在所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，分别使用扫描序列激发被检体，获取同时包含纯水图像和纯脂肪图像的两幅图像；
(3)根据获取的两幅图像的总信号强度、所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中脂肪信号强度的比值关系以及所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中与水信号强度的比值关系计算得到所述图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据；
(4)利用计算得到的所述图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据分别通过实图重建得到脂肪图像和水图像，以此方式实现基于反转恢复实图重建的水脂分离。
优选地，首先确定给定的磁场条件下水和脂肪的纵向弛豫时间，根据如下公式计算出脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻TIF以及水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻TIW；
TIW＝-T1W*ln0.5；
TIF＝-T1F*ln0.5；
式中，T1W为水的纵向弛豫时间，T1F为脂肪的纵向弛豫时间；TIF为脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻，TIW为水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻。
优选地，所述第一反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为负；所述第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为正。
优选地，所述第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2满足如下关系式：
TIF＜TI1＜TIW； (1)
TIF＜TIW＜TI2； (2)
其中，TIF为脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻，TIW为水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻。
优选地，所述第一反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为负，水信号强度为负；所述第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为正。
优选地，所述第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2满足如下关系式：
0＜TI1＜TIF； (3)
TIF＜TI2＜TIW； (4)
其中，TIF为脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻，TIW为水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻。
优选地，设在所述第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2获取的两幅图像的组织总信号强度分别为
Figure BDA0002649355550000041
和
Figure BDA0002649355550000042
在所述第一反转恢复时刻TI1获取的图像中纯脂肪图像信号强度为SIF，纯水图像信号强度为SIW；在所述第二反转恢复时刻TI2获取的图像中纯脂肪图像信号强度为SIF*，纯水图像信号强度为SIW*，则
Figure BDA0002649355550000051
Figure BDA0002649355550000052
定义所述第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪的信号强度为第一反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度的x倍，定义第二反转恢复时刻下采集到的图像中水的信号强度为第一反转恢复时刻下采集到的图像中水信号强度的y倍；即
SIF *＝xSIF (7)
SIW *＝ySIW (8)
根据式(5)、式(6)、式(7)和式(8)可计算出：
Figure BDA0002649355550000053
Figure BDA0002649355550000054
优选地，快速反转恢复序列信号强度与成像参数的关系式如下：
Figure BDA0002649355550000055
式中，SIIR为快速反转恢复序列信号强度，N(H)为质子密度，TR为重复时间，TElast为快速反转恢复序列的最后一个回波时间，TEeff为快速反转恢复序列的有效回波时间，T1为组织的纵向弛豫时间，T2为组织的横向弛豫时间，TI为反转恢复时刻，根据式(7)、式(8)和式(11)得到：
Figure BDA0002649355550000056
Figure BDA0002649355550000057
将计算出的x和y代入式(9)和式(10)，即可计算得到所获取图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据。
优选地，所述扫描序列为自旋回波序列、梯度回波序列或回波平面图形序列。
按照本发明的另一个方面，提供了一种基于反转恢复实图重建的水脂分离系统，包括确定模块、激发模块和成像模块；
所述确定模块用于根据被检体的脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻以及水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻确定第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，使得所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪和水的信号强度方向不完全相同；
所述激发模块用于在所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下分别使用扫描序列激发被检体；
所述成像模块，用于在所述激发模块于所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下分别激发被检体后，获取同时包含纯水图像和纯脂肪图像的两幅图像；根据获取的两幅图像的总信号强度、所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中脂肪信号强度的比值关系以及所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中与水信号强度的比值关系计算得到所述图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据，并利用计算得到的脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据分别通过实图重建得到脂肪图像和水图像。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明利用反转恢复实图重建，采用磁共振图像信号数据的模像和相位像同时重建，组织的纵向磁化矢量在负向最大与正向最大之间取值，增加了组织间的对比度，且不会出现因组织间纵向弛豫时间相近而出现的黑边伪影。
(2)本发明利用实图重建，组织信号同时具有模和相位。具体通过如下手段实现：首先根据水和脂肪的纵向弛豫时间差别，分别取两个反转恢复时刻，第一个反转恢复时刻使脂肪信号为正，水信号为负；第二个反转恢复时刻使脂肪信号为正，水信号为正；或第一个反转恢复时刻使脂肪信号为负，水信号为负；第二个反转恢复时刻使脂肪信号为正，水信号为负，然后通过数学计算及利用软件实图重建出水信号图和脂肪信号图。根据选择的两个反转恢复时刻图像进行实图重建，使组织信号在正负之间取值而提高组织对比度。
(3)本发明利用水和脂肪的纵向弛豫时间差异，可以有效的避免磁场的不均性，适用于各种大小磁场和任何部位的大范围水脂成像。
(4)本发明利用弛豫法进行水脂分离，提高在脂相上组织间的对比度。
(5)本发明基于第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2的选择原则，TI1和TI2的选择比较灵活。
(6)本发明利用图像原始数据进行计算，提高组织信号强度。
附图说明
图1为本发明提出的基于反转恢复实图重建的水脂分离方法流程示意图；
图2为磁共振成像数据处理流程图，其中内容2a为通过模像重建的图像，内容2b为实图重建的图像；
图3为本发明具体实施案例中情形一的水脂分离结果图，其中内容3a为第二反转恢复时刻获取的图像，内容3b为第一反转恢复时刻获取的图像；其中内容3c为通过内容3a和内容3b计算并实图重建出的水相，其中内容3d为通过内容3a和内容3b计算并实图重建出的脂肪相；
图4为本发明具体实施案例中情形二的水脂分离结果图，其中内容4a为第一反转恢复时刻获取的图像，内容4b为第二反转恢复时刻获取的图像；其中内容4c为通过内容4a和内容4b计算并实图重建出的水相，其中内容4d为通过内容4a和4b计算并实图重建出的脂肪相。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
本发明提供了一种基于反转恢复实图重建的水脂分离方法，包括如下步骤：
(1)根据被检体的脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻以及水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻确定第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，使得所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪和水的信号强度方向不完全相同；即所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪和水的信号强度集合中其信号强度同时有正也有负；
(2)在所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，分别使用扫描序列激发被检体，获取同时包含纯水图像和纯脂肪图像的两幅图像；
(3)根据获取的两幅图像的总信号强度、所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中脂肪信号强度的比值关系以及所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中与水信号强度的比值关系计算得到所述图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据；
(4)利用计算得到的图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据分别通过实图重建得到脂肪图像和水图像，以此方式实现基于反转恢复实图重建的水脂分离。
磁共振信号的产生是横向磁化矢量与静磁场垂直的平面切割线圈的结果。横向磁化矢量在平面内可用复数表示，因此磁共振信号数据矩阵是复数矩阵,由实部和虚部组成。实部通过计算机重建得出模像，也就是幅度相，幅度相信号为正值；虚部通过计算机重建得出相位像，在反转恢复序列中，因纵向磁化矢量在正负之间变化，导致其横向磁化矢量的相位可为正为负。图2为磁共振成像数据处理流程图，其中内容2a通过模像重建的图像，内容2b为实图重建的图像。在图中可以发现：内容2a中组织A和组织B之间的对比度比内容2b中组织A和组织B之间的对比度低。因为在内容2b中组织的信号强度不仅可以取正值，还可以取负值，而在内容2a中组织的信号强度只能取正值。
在反转恢复序列中，当用模像重建时，图像中组织信号强度为正值，过零点的组织和背景信号强度为零，呈黑色，这是传统方法中普遍的重建方法。本发明使用模像和相位像同时重建时，也就是实图重建，过零点被抑制的组织和背景信号强度为零，其背景色在黑白之间变化，纵向弛豫时间长于被抑制的组织为黑色，信号强度为负，纵向弛豫时间短于被抑制的组织为白色，信号强度为正。基于反转恢复实图重建图像组织的信号强度特征，本发明首先选择两个合适的反转恢复时刻，然后通过水和脂肪组织的信号强度间的关系进行水脂分离。
一些实施例中，首先确定给定的磁场条件下水和脂肪的纵向弛豫时间，根据如下公式计算出脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻TIF以及水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻TIW；
TIW＝-T1W*ln0.5；
TIF＝-T1F*ln0.5；
式中，T1W为水的纵向弛豫时间，T1F为脂肪的纵向弛豫时间；TIF为脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻，TIW为水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻。
一些实施例中，第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻的选择采用情景一的情形：即所述第一反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为负；所述第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为正；
优选实施例中，所述第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2满足如下关系式：
TIF＜TI1＜TIW； (1)
TIF＜TIW＜TI2； (2)
其中，TIF为脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻，TIW为水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻。
另一些实施例中，第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻的选择采用情景二的情形：即所述第一反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为负，水信号强度为负；所述第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为正。
优选实施例中，所述第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2满足如下关系式：
0＜TI1＜TIF； (3)
TIF＜TI2＜TIW； (4)
其中，TIF为脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻，TIW为水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻。
本发明可在满足上述两种情形条件范围内任意选择第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2。
一些实施例中，设在所述第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2获取的两幅图像的组织总信号强度分别为
Figure BDA0002649355550000101
和
Figure BDA0002649355550000102
在所述第一反转恢复时刻TI1获取的图像中纯脂肪图像信号强度为SIF，纯水图像信号强度为SIW；在所述第二反转恢复时刻TI2获取的图像中纯脂肪图像信号强度为SIF*，纯水图像信号强度为SIW*，则
Figure BDA0002649355550000103
Figure BDA0002649355550000104
定义所述第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪的信号强度为第一反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度的x倍，定义第二反转恢复时刻下采集到的图像中水的信号强度为第一反转恢复时刻下采集到的图像中水信号强度的y倍；即
SIF *＝xSIF (7)
SIW *＝ySIW (8)
对于上述情景一，则有SIF>0、SIw<0、SIF *>0、SIw *>0；x>0,y<0。
对于上述情景二：则有SIF<0、SIw<0、SIF *>0、SIw *<0；x<0,y>0。
根据式(5)、式(6)、式(7)和式(8)可计算出：
Figure BDA0002649355550000111
Figure BDA0002649355550000112
一些实施例中，利用所述快速反转恢复序列信号强度与成像参数的关系式如下：
Figure BDA0002649355550000113
式中，SIIR为快速反转恢复序列信号强度，N(H)为质子密度，TR为重复时间，TElast为快速反转恢复序列的最后一个回波时间，TEeff为快速反转恢复序列的有效回波时间，T1为组织的纵向弛豫时间，T2为组织的横向弛豫时间，TI为反转恢复时刻。
将本发明第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻获得的图像总信号强度
Figure BDA0002649355550000114
和
Figure BDA0002649355550000115
作为该公式中的SIIR，用该两时刻各自对应的成像参数进行表达。由于第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻得到的两幅图像中组织的横向弛豫时间不变，N(H)也相同，因此根据式(7)、式(8)和式(11)可以得到：
Figure BDA0002649355550000116
Figure BDA0002649355550000117
将计算出的x和y代入式(9)和式(10)，即可计算得到获取图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据。
一些实施例中，所述扫描序列还可以采用自旋回波序列、梯度回波序列或回波平面图形序列等其他常规扫描序列。
本发明还提供了一种基于反转恢复实图重建的水脂分离系统，包括确定模块、激发模块和成像模块；
所述确定模块用于根据被检体的脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻以及水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻确定第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，使得所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪和水的信号强度方向不完全相同；
所述激发模块用于在所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下分别使用扫描序列激发被检体；
所述成像模块，用于在所述激发模块于所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下分别激发被检体后，获取同时包含纯水图像和纯脂肪图像的两幅图像；根据获取的两幅图像的总信号强度、所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中脂肪信号强度的比值关系以及所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中与水信号强度的比值关系计算得到所述图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据，并利用计算得到的脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据分别通过实图重建得到脂肪图像和水图像。
基于上述的本发明的说明，介绍一个具体实用实施案例：本实施案例采用一个一瓶330ml的金龙鱼牌大豆食用油(代表脂肪)，一瓶550ml的农夫山泉纯净水。
左边为水，右边食用油(脂肪)。然后根据第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻的选择原则，可对第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻进行取值，且将带入上述公式可算出x和y的值，进而根据x和y的值计算得到水信号强度数据和脂肪信号强度数据，进而利用实图重建分别得到水图像和脂肪图像。本实施案例的目的在于说明本次发明的可行性。图3中内容3a和内容3b、图4中内容4a和内容4b每一幅图中，从左至右分别为纯水、食用油(相当于脂肪)，这两部分物质互不重叠。
本应用实例的目的在于证明本发明方法可以正确的分离纯水图像与纯脂肪图像，被检体中的物质互不重叠的应用场景设置，仅仅是一种具体举例而并非限制本发明的范围。在实际的医疗应用中，人体中的水和脂肪组织将在很大程度上存在互相重叠的可能性，但这并不影响使用本发明方法实现水脂分离成像的目的。
在本应用实例中，磁共振成像系统为3T的低场系统。
情景1：第一反转恢复时刻选择400毫秒,第二反转恢复时刻选择4000毫秒。图3中内容3a和内容3b分别示出了在第二反转时刻和第一反转恢复时刻所获取的两幅图像。内容3c和内容3d分别示出了使用第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻获取的两幅图像计算重建出的水图像和脂肪图像，可以看出使用本发明的方法，能够正确分离纯水图像和纯脂肪图像。
情景2：第一反转恢复时刻选择60毫秒,第二反转恢复时刻选择1200毫秒。图4中内容4a和内容4b分别示出了在第一反转时刻和第二反转恢复时刻所获取的两幅图像。内容4c和内容4d分别示出了使用第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻获取的两幅图像计算重建出的水图像和脂肪图像，可以看出使用本发明的方法，能够正确分离纯水图像和纯脂肪图像。
本发明基于反转恢复序列实图重建的水脂分离系统，由确定模块根据被检体的脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻以及水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻确定第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，使得所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪和水的信号强度方向不完全相同，并由激发模块在所选择的两个反转恢复时刻激发被检体，由成像模块分别获取同时包含纯水和纯脂肪图像的两幅图像，利用两个反转恢复时刻分别采集到的图像中脂肪信号强度一定的比值关系，以及两幅图像中水信号强度一定的比值关系，结合信号强度与成像参数的关系式，计算得到图像中脂肪信号强度数据和水信号强度数据，并利用计算得到的脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据分别通过实图重建得到脂肪图像和水图像。本发明利用反转恢复序列实图重建，使信号强度的取值在正负之间，这样可得到的结果就是组织间的对比度增加，对病变的检出率有所提高。
将本发明提供的系统与通常所使用的磁共振系统相比，激发模块可以使用射频发射线圈实现，成像模块可以使用射频接收线圈和计算机成像单元实现。该系统可以按照本发明提供的方法流程进行工作，此处不再赘述。
本发明利用水脂的纵向弛豫时间差别及实图重建进行水脂分离：反转恢复序列不同于以往的自旋回波序列，反转恢复序列利用180°反转脉冲将纵向磁化矢量翻转到与静磁场相反的方向，停止射频脉冲，纵向磁化矢量开始恢复，由负向最大向正向最大恢复。在纵向磁化矢量恢复的过程中，本发明利用实图重建，组织信号同时具有模和相位。根据水和脂肪的纵向弛豫时间差别，分别取两个反转恢复时刻，第一个反转恢复时刻使脂肪信号为正，水信号为负；第二个反转恢复时刻使脂肪信号为正，水信号为正。或第一个反转恢复时刻使脂肪信号为负，水信号为负；第二个反转恢复时刻使脂肪信号为正，水信号为负。然后通过数学计算及利用软件重建出水信号图和脂肪信号图。
本发明采用组织间的纵向弛豫时间差异及反转恢复实图重建，所以可以克服磁场的不均匀性问题，可以使组织信号在正负之间取值而提高组织对比度。传统方法利用模像重建，所有的信号为正，如果本来有两种组织的在某一时刻的信号都为一正一负，利用模像重建后都为正，这两种组织就会有重叠的地方，重叠的地方信号消失，表现为黑边伪影。然而本发明采用磁共振图像信号数据的模像和相位像同时重建，组织的信号强度在负向最大与正向最大之间取值，不仅增加了组织间的对比度，且不会出现因所有组织信号强度取正值而出现的黑边伪影。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于反转恢复实图重建的水脂分离方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据被检体的脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻以及水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻确定第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，使得所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪和水的信号强度方向不完全相同；
(2)在所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，分别使用扫描序列激发被检体，获取同时包含纯水图像和纯脂肪图像的两幅图像；
(3)根据获取的两幅图像的总信号强度、所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中脂肪信号强度的比值关系以及所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中与水信号强度的比值关系计算得到所述图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据；
(4)利用计算得到的所述图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据分别通过实图重建得到脂肪图像和水图像，以此方式实现基于反转恢复实图重建的水脂分离；
所述第一反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为负；所述第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为正；所述第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2满足如下关系式：
TIF＜TI1＜TIW； (1)
TIF＜TIW＜TI2； (2)
其中，TIF为脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻，TIW为水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻；或者
所述第一反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为负，水信号强度为负；所述第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为正；所述第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2满足如下关系式：
0＜TI1＜TIF； (3)
TIF＜TI2＜TIW； (4)
其中，TIF为脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻，TIW为水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻。
2.如权利要求1所述的水脂分离方法，其特征在于，设在所述第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2获取的两幅图像的组织总信号强度分别为
Figure FDA0003782224110000023
和
Figure FDA0003782224110000024
在所述第一反转恢复时刻TI1获取的图像中纯脂肪图像信号强度为SIF，纯水图像信号强度为SIW；在所述第二反转恢复时刻TI2获取的图像中纯脂肪图像信号强度为SIF*，纯水图像信号强度为SIW*，则
Figure FDA0003782224110000025
Figure FDA0003782224110000026
定义所述第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪的信号强度为第一反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度的x倍，定义第二反转恢复时刻下采集到的图像中水的信号强度为第一反转恢复时刻下采集到的图像中水信号强度的y倍；即
SIF *＝xSIF (7)
SIW *＝ySIW (8)
根据式(5)、式(6)、式(7)和式(8)可计算出：
Figure FDA0003782224110000021
Figure FDA0003782224110000022
3.如权利要求2所述的水脂分离方法，其特征在于，快速反转恢复序列信号强度与成像参数的关系式如下：
Figure FDA0003782224110000031
式中，SIIR为快速反转恢复序列信号强度，N(H)为质子密度，TR为重复时间，TElast为快速反转恢复序列的最后一个回波时间，TEeff为快速反转恢复序列的有效回波时间，T1为组织的纵向弛豫时间，T2为组织的横向弛豫时间，TI为反转恢复时刻，根据式(7)、式(8)和式(11)得到：
Figure FDA0003782224110000032
Figure FDA0003782224110000033
将计算出的x和y代入式(9)和式(10)，即可计算得到所获取图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据。
4.如权利要求1所述的水脂分离方法，其特征在于，所述扫描序列为自旋回波序列、梯度回波序列或回波平面图形序列。
5.一种基于反转恢复实图重建的水脂分离系统，其特征在于，包括确定模块、激发模块和成像模块；
所述确定模块用于根据被检体的脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻以及水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻确定第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻，使得所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪和水的信号强度方向不完全相同；
所述激发模块用于在所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下分别使用扫描序列激发被检体；
所述成像模块，用于在所述激发模块于所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下分别激发被检体后，获取同时包含纯水图像和纯脂肪图像的两幅图像；根据获取的两幅图像的总信号强度、所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中脂肪信号强度的比值关系以及所述第一反转恢复时刻和第二反转恢复时刻下获取的两幅图像中与水信号强度的比值关系计算得到所述图像中脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据，并利用计算得到的脂肪信号强度数据和水图像信号强度数据分别通过实图重建得到脂肪图像和水图像；
所述第一反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为负；所述第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为正；所述第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2满足如下关系式：
TIF＜TI1＜TIW； (1)
TIF＜TIW＜TI2； (2)
其中，TIF为脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻，TIW为水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻；或者
所述第一反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为负，水信号强度为负；所述第二反转恢复时刻下采集到的图像中脂肪信号强度为正，水信号强度为正；优选地，所述第一反转恢复时刻TI1和第二反转恢复时刻TI2满足如下关系式：
0＜TI1＜TIF； (3)
TIF＜TI2＜TIW； (4)
其中，TIF为脂肪中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻，TIW为水中氢原子核纵向磁化分量为0的时刻。
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