CN113093077B - 3d-dess序列的优化方法、3d-dess优化序列和磁共振成像的匀场方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁共振成像技术领域，公开了一种3D‑DESS序列的优化方法、3D‑DESS优化序列和磁共振成像系统中减少涡流影响的匀场方法，包括：将两次回波信号采集的读出梯度GR进行分割，并在两次采样间隔之间建立一个强度为h的反向补偿梯度；调节所述反向补偿梯度的强度h以获取最优强度值，从而获得所述反向补偿梯度所产生的涡流强度eh对应的最优涡流强度值；其中，所述最优涡流强度值所对应的第二次回波信号采集读出梯度GR的涡流与第一次回波信号采集读出梯度GR的涡流大小相同。通过本发明3D‑DESS序列的优化方法获得的3D‑DESS优化序列在后续的磁共振成像的匀场方法中，能够将序列的读出梯度中产生的涡流进行消除，从而减小涡流带来的梯度场相位偏移，提高图像的成像质量。

Description

3D-DESS序列的优化方法、3D-DESS优化序列和磁共振成像的 匀场方法

技术领域

本发明属于核磁共振成像技术领域，具体涉及一种3D-DESS序列的优化方法、3D-DESS优化序列和磁共振成像的匀场方法。

背景技术

核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)是现代医学影像学诊断中最先进的工具之一。MRI的实现是主磁场、梯度场和射频共同作用的结果，梯度磁场可实现在主磁场中对磁共振信号的空间定位，使得磁共振成像成为可能。梯度磁场是通过在梯度线圈上施加电流产生的，当快速切换的电流经过梯度线圈时，会令其周围的金属部件产生涡流(Eddy Current)效应，使梯度场的相位发生偏移，导致磁共振信号的空间定位准确度降低，影响磁共振图像的成像质量。

磁共振成像系统磁体磁场的均匀性对磁共振图像的质量影响很大，由于磁体的生产过程比较复杂，磁体不可能产生完全均匀的磁场，并且磁体的放置位置以及放入磁场内的物体对磁体的磁场都有一定的影响，所以在每次进行核磁共振成像时都需要进行匀场操作，匀场效果的好坏对于图像质量影响很大，而涡流效应对于匀场也有影响，所以在磁共振成像中匀场时减少涡流效应的影响对于提高磁共振成像的图像质量具有积极意义。

MRI脉冲序列中梯度产生的时变磁场会在磁体内部的传导结构、梯度线圈本身和射频线圈中产生感应电流，这种感应电流被称为涡流，它会产生有害于图像质量的磁场。涡流是由磁场变化引起的电场产生的(法拉第定律)。它们在梯度波形的时变部分积累，在恒定部分衰减。对于梯形波形，涡流是由斜坡产生的，并在平台时间衰减。涡流积聚的速率与梯度回转速率(即梯度斜坡的坡度)成正比。涡流产生的磁场总是反对引起涡流的磁场变化(楞次定律)。对于梯形波形，净梯度场(理想场加涡流场)表现得就像通过了一个低通滤波器。由任何梯形梯度的上升和下降斜坡所产生的涡流可以被认为是独立的实体，由于两个涡流场的符号相反，在梯形波形完成后，它们部分抵消，抵消的程度取决于平台长度和涡流场的衰减速率。需要注意的是，梯形完成后的涡流振幅与平台振幅成正比，即涡流随梯度幅值和旋转速率的增大而增大。

涡流效应会使梯度场的相位发生偏移,导致磁共振信号的空间定位准确度降低。现有的3D-DESS(三维双回波稳态序列)的匀场序列如图1所示，其中，3D-DESS序列的两次回波分别由第一个射频(Radio Frequency，RF)脉冲激发所产生的自由衰减(Free InductionDecay,FID)信号和由第二RF脉冲回聚的回波信号组成，将两次回波的相位进行相减，可以求解出BOMap(主磁场场图)，对BOMap在空间坐标求导，由0阶分量可以得到匀场参数。由所述3D-DESS读出梯度产生的涡流如图2所示。其中，RF为射频脉冲时间轴，GS为层选梯度时间轴，GP为相位编码梯度时间轴，ED表示涡流时间轴，GR表示读出梯度时间轴，RX表示采集接收信号时间轴。从图中可以看出读出梯度方向上的涡流在信号采集时随着时间递减，两次信号采集时读出梯度的涡流不一样，也没有简单的线性关系，因此无法消除，导致匀场效果差。

发明内容

本发明的目的是提供一种3D-DESS序列的优化方法、3D-DESS优化序列和磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法，用于解决现有技术中的3D-DESS序列的读出梯度中的涡流无法消除，从而匀场效果差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种3D-DESS序列的优化方法，所述3D-DESS序列包括两次回波信号采集，所述方法包括：

将两次回波信号采集的读出梯度GR进行分割，并在两次采样间隔之间建立一个强度为h的反向补偿梯度；

调节所述反向补偿梯度的强度h以获取最优强度值，从而获得所述反向补偿梯度所产生的涡流强度eh对应的最优涡流强度值；

其中，所述最优涡流强度值所对应的第二次回波信号采集读出梯度GR的涡流与第一次回波信号采集读出梯度GR的涡流大小相同。

进一步的，所述两次回波信号包括由第一RF脉冲激发产生的FID回波信号以及由第二RF脉冲回聚的回波信号。

第二方面，本发明还提供一种3D-DESS优化序列，所述3D-DESS优选序列通过如第一方面所述的的3D-DESS序列的优化方法获得。

第三方面，本发明还提供一种磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法，如第二方面所述的3D-DESS优化序列应用于所述匀场方法中，所述匀场方法包括：

步骤1：采用所述3D-DESS优化序列扫描采集成像区域的图像数据；

步骤2：将采集到的两次回波信号进行信号分离，并分别获取在读出梯度GR中对应的第一相位数据和第二相位数据；

步骤3：将所述第一相位数据和所述第二相位数据进行相减，计算得出所述成像区域的B0场分布图；

步骤4：基于所述B0场分布图沿空间三维方向求导，计算0阶向量的匀场参数。

进一步的，所述FID回波信号的回波时间TE₁与所述第二RF脉冲回聚的回波信号的回波时间TE₂相等。

进一步的，所述读出梯度GR的面积同时满足如下关系：

S1+S4＝S2+S3+S5； (1)

S7+S4＝S3+S5+S6； (2)

其中，S1、S4和S7分别为在读出梯度GR时间轴下方且从左至右三个梯形的梯形面积，S2、S3、S5和S6分别为在所述读出梯度GR时间轴上方且从左至右四个梯形的梯形面积。

进一步的，在所述步骤3和所述步骤4之间，还包括：

将所述BO场分布图中匀场模体之外的区域均删除，仅保留所述BO场分布图中的模体部分。

进一步的，所述步骤2具体包括：

将采集到的两次回波信号进行信号分离，并分别获取在所述读出梯度GR中第一序号对应的FID回波信号的第一相位数据

以及第二序号对应的第二RF脉冲回聚的回波信号的第二相位数据

其中，γ为拉莫尔频率，ΔΒ为磁场强度。

进一步的，所述步骤3具体包括：

将所述FID回波信号的第一相位数据

以及所述第二RF脉冲回聚的回波信号的第二相位数据

相减，获取BO场中ΔΒ的变化值，计算方式为：

根据所述ΔΒ的变化值获得所述B0场分布图。

有益效果：

1.本发明中的3D-DESS序列的优化方法，通过将两次回波信号采集的读出梯度GR进行分割，并在两次采样间隔之间建立一个强度为h的反向补偿梯度；通过调节所述反向补偿梯度的强度h以获取最优强度值，从而获得所述反向补偿梯度所产生的涡流强度eh对应的最优涡流强度值；其中，所述最优涡流强度值所对应的第二次回波信号采集读出梯度GR的涡流与第一次回波信号采集读出梯度GR的涡流大小相同。将采用所述3D-DESS序列的优化方法获得的3D-DESS优化序列应用到磁共振系统中匀场时，将两次回波信号的相位进行相减，能够使得第一次回波信号采集读出梯度的涡流与第二次回波信号采集读出梯度的涡流的相位进行抵消，消除涡流导致的梯度场相位偏移。

2.本发明中的磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法，利用所述3D-DESS优化序列扫描采集成像区域的图像数据，采用所述3D-DESS优化序列扫描采集成像区域的图像数据；将采集到的两次回波信号进行信号分离后，由于两次信号采集读出梯度的涡流大小相同，将两次回波信号的相位进行相减，能够将两次信号采集产生的涡流进行抵消，减小涡流带来的梯度场相位偏移，进而减少了涡流效应对匀场的影响，提高了磁共振图像的成像质量。

附图说明

图1是现有技术中3D-DESS序列的序列图；

图2是现有技术中的3D-DESS序列读出梯度产生的涡流示意图；

图3是本发明实施例中3D-DESS序列的优化方法的流程示意图；

图4是本发明实施例中的3D-DESS优化序列读出梯度产生的涡流示意图；

图5是本发明实施例中的3D-DESS优化序列的序列图；

图6是本发明实施例中磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法的流程示意图；

图7是本发名实施例中的mask(模体)的示意图；

图8是本发明B0场分布图的示意图。

具体实施方式

为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明保护的范围。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

实施例一

如图1-2所示，现有技术中的3D-DESS(三维双回波稳态序列)的匀场序列的读出梯度方向上的涡流在信号采集时随着时间递减，两次信号采集时读出梯度的涡流不一样，也没有简单的线性关系，因此无法消除，导致匀场效果差，影响磁共振图像的成像质量。为此，本实施例提出一种3D-DESS序列的优化方法对现有的3D-DESS序列进行优化，以消除涡流对匀场的影响。

如图3所示，本实施例提供一种3D-DESS序列的优化方法，所述3D-DESS序列包括两次回波信号采集，所述方法包括：

步骤a：将两次回波信号采集的读出梯度GR进行分割，并在两次采样间隔之间建立一个强度为h的反向补偿梯度；

步骤b：调节所述反向补偿梯度的强度h以获取最优强度值，从而获得所述反向补偿梯度所产生的涡流强度eh对应的最优涡流强度值；

其中，所述最优涡流强度值所对应的第二次回波信号采集读出梯度GR的涡流与第一次回波信号采集读出梯度GR的涡流大小相同。

其中，需要说明的是，所述反向补偿梯度的强度h可通过在写序列时自行设置，前述已经说明涡流是在梯形的斜坡产生的，涡流的大小与斜坡的爬坡速率有关，通过控制梯形的强度h就可以控制梯形斜坡的爬坡速率，进而控制涡流大小，也就是图3中涡流强度eh。通过不断调节梯形强度h，找到最优值，使得某一个h值对应产生的涡流强度eh与第二次回波信号采集时产生的涡流的和能够与第一次回波信号采集读出梯度GR产生的涡流的大小相同。

当然，可以理解的是，在实际应用时，对于第二次回波信号的涡流大小的调节是一个不断逼近第一次回波信号的涡流大小的过程，因此，当调节所述反向补偿梯度的强度h进而调节第二次回波信号的涡流大小越接近第一次回波信号的涡流大小时，在后续匀场过程中二者能够相互抵消的涡流就越多，此处不对h的值作出具体限定。

作为一种可选的实施方式，在本实施例中，所述两次回波信号包括由第一RF脉冲激发产生的FID回波信号以及由第二RF脉冲回聚的回波信号。

其中，需要说明的是，所述FID回波信号是指90°射频脉冲激发被测物体后，被测物体的宏观磁化矢量Mz翻转到X-Y平面，产生一个横向的磁化矢量分量Mxy同时绕Z轴转动。90°射频脉冲停止后，磁化矢量发生弛豫，横向磁化矢量幅值按照指数规律自由衰减，接收线圈内感应出MR信号也呈现出按指数规律自由衰减，这个MR信号又称为FID回波信号(FreeInduction Decay)。

其中，需要说明的是，所述第二RF脉冲回聚的回波信号是指磁共振现象中的一种信号来源，相对于第一个射频脉冲(RF pulse)激发后立刻出现的自由感应衰减(FID)，回聚回波是通过第二个射频脉冲之后，将失相的磁化向量重新聚焦(refocus)而回聚回来的信号。

作为本实施例的一个具体应用，例如，所述读出梯度在采集FID回波信号时产生的涡流为10，所述读出梯度在采集第二RF脉冲回聚的回波信号时产生的涡流为2，则通过增加一个反向补偿梯度h，调节h的值从而调整对应产生的涡流强度eh以使eh等于8，则使得所述第二RF脉冲回聚的回波信号在读出梯度的涡流大小与所述FID回波信号在读出梯度的涡流大小相同。

本实施例通过将两次回波信号采集的读出梯度GR进行分割，并在两次采样间隔之间建立一个强度为h的反向补偿梯度；通过调节所述反向补偿梯度的强度h以获取最优强度值，从而获得所述反向补偿梯度所产生的涡流强度eh对应的最优涡流强度值，以使所述最优涡流强度值所对应的第二次回波信号采集读出梯度GR的涡流与第一次回波信号采集读出梯度GR的涡流大小相同。将两次信号采集读出梯度产生的涡流调节为大小相同的作用是：在后续通过3D-DESS序列进行匀场时，能够将两次信号采集读出梯度的涡流的进行抵消，从而消除涡流对匀场的影响。

实施例二

请参见图4-5，在实施例一的基础上，本实施例还提供一种3D-DESS优化序列，所述3D-DESS优选序列通过如实施例一所述的3D-DESS序列的优化方法获得。

其中，需要说明的是，在图4中，RF表示射频脉冲时间轴，GS表示层选梯度时间轴，GP表示相位编码梯度时间轴，ED表示涡流时间轴，GR表示读出梯度时间轴，RX表示采集接收信号时间轴。

具体的，与图1-2相比，图4-5在读出梯度GR轴上，将两次信号采集的读出梯度进行分割，并在两次采样间隔之间建立一个强度为h的反向补偿梯度，通过调节所述反向补偿梯度的强度h获取到最优强度值，从而获得所述反向补偿梯度所产生的涡流强度eh对应的最优涡流强度值；使得所述最优涡流强度值所对应的第二次回波信号采集读出梯度GR的涡流与第一次回波信号采集读出梯度GR的涡流大小相同。

具体应用到磁共振成像系统进行匀场时，通过实施例一获得的本实施例中的3D-DESS优化序列将两次信号采集的读出梯度产生的涡流进行了抵消，从而消除了涡流效应，能够解决现有的3D-DESS序列无法消除涡流，导致匀场效果差的技术问题。

实施例三

请具体参见图5-8，在实施例二的基础上，本实施例还提供一种磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法，如实施例二所述的3D-DESS优化序列应用于本实施例中，所述匀场方法包括：

步骤1：采用所述3D-DESS优化序列扫描采集成像区域的图像数据；

步骤2：将采集到的两次回波信号进行信号分离，并分别获取在读出梯度GR中对应的第一相位数据和第二相位数据；

其中，需要说明的是，所述两次回波信号包括由第一RF脉冲激发产生的FID回波信号以及由第二RF脉冲回聚的回波信号；此外，为了保证所述由第二RF脉冲回聚的回波信号为自旋回波信号，更优选的，所述FID回波信号的回波时间TE₁与所述由第二RF脉冲回聚的回波信号的回波时间TE₂相等。

如图5所示，进一步的，所述读出梯度的面积同时满足如下关系：

S1+S4＝S2+S3+S5； (1)

S7+S4＝S3+S5+S6； (2)

其中，S1、S4和S7为在读出梯度时间轴下方且从左至右三个梯形的梯形面积，S2、S3、S5和S6为在所述读出梯度时间轴上方且从左至右四个梯形的梯形面积。

作为一种可选的实施方式，所述步骤2具体包括：

将采集到的两次回波信号进行信号分离，并分别获取在所述读出梯度GR中第一序号对应的FID回波信号的第一相位数据

以及第二序号对应的第二RF脉冲回聚的回波信号的第二相位数据

其中，γ为拉莫尔频率，ΔΒ为磁场强度，

对应的是FID回波信号的相位，TE₁为FID回波信号的回波时间，

对应的是由第二RF脉冲回聚的回波信号的相位，TE₂为由第二RF脉冲回聚的回波信号的回波时间。

其中，作为一种可选的实施方式，在读出梯度方向存储的信号中，所述第一序号可以是奇数序号，则技术序号对应的信号是FID回波信号，所述第二序号可以是偶数序号，则偶数序号对应的信号是由第二脉冲的回聚回波信号。

步骤3：将所述第一相位数据和所述第二相位数据进行相减，计算得出所述成像区域的B0场分布图；

作为一种可选的实施方式，所述步骤3具体包括：

将所述FID回波信号的第一相位数据

以及所述由第二RF脉冲回聚的回波信号的第二相位数据

相减，获取BO场中ΔΒ的变化值，计算方式为：

根据所述ΔΒ的变化值获得所述B0场分布图。

进一步的，在所述步骤3和所述步骤4之间，还包括：

将所述BO场分布图中匀场模体之外的区域均删除，仅保留所述BO场分布图中的模体部分。原理在于：模体部分信号比较强，模体外部分都是噪声，在求导的时候会带来误差，所以只对模体部分求导，就需要作mask，mask即为去掉图像中模体外的部分。

步骤4：基于所述B0场分布图沿空间三维方向求导，计算0阶向量的匀场参数。

作为本实施例的一个具体应用，可选的，在0.5T核磁共振成像系统中，将直径为20cm的球形水模放入体线圈，采用所述3D-DESS优化序列进行扫描采集，TE设置为6800us，得到的mask如图7所示，B0场分布图如图8所示。

本实施例中的磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法，利用所述3D-DESS优化序列扫描采集成像区域的图像数据，采用所述3D-DESS优化序列扫描采集成像区域的图像数据；将采集到的两次回波信号进行信号分离后，由于两次信号采集读出梯度的涡流大小相同，将两次回波信号的相位进行相减，能够将两次信号采集产生的涡流进行抵消，减小涡流带来的梯度场相位偏移，进而减少了涡流效应对匀场的影响，提高了磁共振图像的成像质量。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种3D-DESS序列的优化方法，其特征在于，所述3D-DESS序列包括两次回波信号采集，所述方法包括：

将两次回波信号采集的读出梯度GR进行分割，并在两次采样间隔之间建立一个强度为h的反向补偿梯度；

调节所述反向补偿梯度的强度h以获取最优强度值，从而获得所述反向补偿梯度所产生的涡流强度eh对应的最优涡流强度值；

其中，所述最优涡流强度值所对应的第二次回波信号采集读出梯度GR的涡流与第一次回波信号采集读出梯度GR的涡流大小相同。

2.根据权利要求1所述的3D-DESS序列的优化方法，其特征在于，所述两次回波信号包括由第一RF脉冲激发产生的FID回波信号以及由第二RF脉冲回聚的回波信号。

3.一种3D-DESS优化序列，其特征在于，所述3D-DESS优选序列通过如权利要求1或2所述的3D-DESS序列的优化方法获得。

4.一种磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法，其特征在于，如权利要求3所述的3D-DESS优化序列应用于所述匀场方法中，所述匀场方法包括：

步骤1：采用所述3D-DESS优化序列扫描采集成像区域的图像数据；

步骤2：将采集到的两次回波信号进行信号分离，并分别获取在读出梯度GR中对应的第一相位数据和第二相位数据；

步骤3：将所述第一相位数据和所述第二相位数据进行相减，计算得出所述成像区域的B0场分布图；

步骤4：基于所述B0场分布图沿空间三维方向求导，计算0阶向量的匀场参数。

5.根据权利要求4所述的磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法，其特征在于，所述FID回波信号的回波时间TE₁与所述第二RF脉冲回聚的回波信号的回波时间TE₂相等。

6.根据权利要求5所述的磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法，其特征在于，所述读出梯度GR的面积同时满足如下关系：

S1+S4＝S2+S3+S5； (1)

S7+S4＝S3+S5+S6； (2)

其中，S1、S4和S7分别为在读出梯度GR时间轴下方且从左至右三个梯形的梯形面积，S2、S3、S5和S6分别为在所述读出梯度GR时间轴上方且从左至右四个梯形的梯形面积。

7.根据权利要求6所述的磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法，其特征在于，在所述步骤3和所述步骤4之间，还包括：

将所述BO场分布图中匀场模体之外的区域均删除，仅保留所述BO场分布图中的模体部分。

8.根据权利要求7所述的磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

将采集到的两次回波信号进行信号分离，并分别获取在所述读出梯度GR中第一序号对应的FID回波信号的第一相位数据

以及第二序号对应的第二RF脉冲回聚的回波信号的第二相位数据

其中，γ为拉莫尔频率，ΔΒ为磁场强度。

9.根据权利要求8所述的磁共振成像系统中减小涡流影响的匀场方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

将所述FID回波信号的第一相位数据

以及所述第二RF脉冲回聚的回波信号的第二相位数据

相减，获取BO场中ΔΒ的变化值，计算方式为：

根据所述ΔΒ的变化值获得所述B0场分布图。

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