CN1530072A - 核磁共振成像设备和核磁共振成像方法 - Google Patents

核磁共振成像设备和核磁共振成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种核磁共振成像设备及成像方法。为了消除卷褶伪影而不降低图像质量，提供了相位校正部件1072，用于根据多个接收线圈1013的其中一个，例如接收线圈10131在相位编码方向不应用梯度磁场Gp的情况下接收的作为校正信号的基准信号，对实际扫描中接收的信号进行相位校正处理，以及退褶部件1075，用于根据多个线圈1013在实际扫描中接收的、并由相位校正部件1072进行了相位校正处理的信号以及所述多个接收线圈1013中的不同灵敏度分布消除所述图像中的卷褶伪影，以便在保持线圈之间相对相位关系的情况下进行相位校正处理，并利用该相位校正处理的结果进行退褶处理(消除处理)。

Description

核磁共振成像设备和核磁共振成像方法
技术领域
本发明涉及一种核磁共振成像设备以及核磁共振成像方法，用于根据例如对象体内的氢原子产生的核磁共振信号产生图像。
背景技术
用于产生图像的核磁共振成像(MRI)设备已公知，所产生的图像代表了例如根据核磁共振信号的原子核密度分布或驰豫时间分布。
最近几年并行成像技术已广泛公知，该技术利用多个接收线圈进行高速扫描，同时视场(FOV)在相位编码方向减小，根据多个线圈之间不同的灵敏度分布从包含卷褶伪影的图像中消除混叠现象产生的卷褶伪影，并获得具有较大视场的图像(有时称为全FOV)。(例如参见Pruessmann，K.P，Weiger，M.Sheidegger，M.B.和Boesiger，P.的Magn.Reson.Med，42，952，1999)
此外，使用这样一种技术消除卷褶伪影和产生全FOV图像的核磁共振成像设备也已公知。(例如参见日本专利公开文本No.2002-248089)
但是，上述核磁共振成像设备存在一个问题，当例如以EPI脉冲序列接收到核磁共振信号，并利用上述并行成像技术产生图像时，由于非均匀磁场等降低了图像质量。这个问题还有待减小或消除。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种核磁共振成像设备以及核磁共振方法，可以消除卷褶伪影而不降低图像质量。
用于达到上述目的的本发明的第一方面是一种核磁共振成像设备，用于根据在多个线圈中的不同灵敏度分布从多个线圈接收到的信号产生的图像中消除卷褶伪影，所述设备包括：相位校正处理装置，用于根据所述线圈的其中一个在相位编码方向不应用梯度磁场的情况下接收的校正信号对所述多个线圈接收的信号进行相位校正处理；以及消除装置，用于根据所述多个线圈接收的、并由所述相位校正处理装置进行了相位校正处理的信号以及所述多个线圈中的不同灵敏度分布消除所述图像中的卷褶伪影。
根据本发明的第一方面，相位校正处理装置根据多个线圈其中一个接收的校正信号对多个线圈接收的信号进行相位校正处理，而不在相位编码方向应用梯度磁场。
消除装置根据多个线圈接收的、并由相位校正处理装置进行了相位校正处理的信号以及所述多个线圈中的不同灵敏度分布消除图像中的卷褶伪影。
此外，用于达到上述目的的本发明的第二方面是一种核磁共振成像设备，用于根据多个线圈中的不同灵敏度分布从所述多个线圈接收的信号产生的图像中消除卷褶伪影，所述设备包括：梯度磁场产生装置，用于在读出方向、频率编码方向和相位编码方向产生梯度磁场；脉冲产生装置，用于将90°和180°脉冲用于激励核磁化；相位校正装置，根据在同一个激励周期内不在所述相位编码方向而在所述读出方向应用由梯度磁场产生装置产生的梯度磁场的情况下由一个所述线圈接收的一个导航信号，对由多个线圈在同一个激励周期内在所述相位编码方向和所述读出方向都应用由梯度磁场产生装置连续颠倒极性而产生的梯度磁场的情况下接收的信号进行相位校正处理；消除装置，用于根据所述多个线圈接收的、并由相位校正处理装置进行了相位校正处理的信号以及所述多个线圈中的不同灵敏度分布消除图像中的卷褶伪影。
此外，用于达到上述目的的本发明的第三方面是一种核磁共振成像方法，用于根据多个线圈中的不同灵敏度分布从多个线圈接收的信号产生的图像中消除卷褶伪影，本方法包括：第一步骤，根据其中一个所述线圈在不对相位编码方向应用梯度磁场的情况下接收的校正信号对所述多个线圈接收的信号进行相位校正处理；第二步骤，根据多个线圈接收的、并进行了第一步骤的相位校正处理的信号以及所述多个线圈中的不同灵敏度分布消除图像中的卷褶伪影。
此外，用于达到上述目的的本发明的第四方面是一种核磁共振成像方法，用于根据多个线圈中的不同灵敏度分布从所述多个线圈接收的信号产生的图像中消除卷褶伪影，所述方法包括：第一步骤，根据在同一个激励周期内不在所述相位编码方向而在所述读出方向应用梯度磁场的情况下由一个所述线圈接收的一个导航信号，对由多个线圈在同一个激励周期内在所述相位编码方向和所述读出方向都应用连续颠倒极性的梯度磁场的情况下接收的信号进行相位校正处理；第二步骤，根据多个线圈接收的、并进行了第一步骤的相位校正处理的信号以及所述多个线圈中的不同灵敏度分布消除图像中的卷褶伪影。
根据本发明，提供了一种核磁共振成像设备和一种核磁共振方法，可以消除卷褶伪影而不降低图像质量。
本发明的其它目的和优点将在下面通过附图中对本发明优选实施例的说明而变得很清楚。
附图说明
图1为示出根据本发明的核磁共振成像设备的第一实施例的方框图。
图2为在图1所示的核磁共振成像设备中磁铁组合的交叉截面图。
图3示出图1所示的核磁共振成像设备实际扫描的脉冲序列示例。
图4是用于图1所示的核磁共振成像设备获取基准信号的脉冲序列图。
图5是说明基准信号的框图。
图6是说明图1所示的核磁共振成像设备使用的并行成像技术的框图。
图7是图1所示的核磁共振成像设备中的控制部件的功能框图。
图8是说明图1所示的核磁共振成像设备的操作的框图。
图9是说明控制部件进行的选择处理的框图。
图10是用于根据第二实施例的核磁共振成像设备100b的脉冲序列图。
图11是表示根据本发明的核磁共振成像设备的第三实施例的框图。
图12是图11所示的核磁共振成像设备使用的多重扩散加权EPI技术的脉冲序列图。
图13是图11所示的核磁共振成像设备的控制部件的功能框图。
具体实施方式
根据本发明第一实施例的核磁共振成像设备100实施并行的成像技术，该技术例如用于根据多个线圈接收的信号产生包含卷褶伪影的图像，产生根据多个线圈中的不同灵敏度分布消除了该卷褶伪影的图像，以及这样一种技术，核磁共振成像设备100根据多个线圈其中一个接收、并组合了相位编码方向上附加信息的校正信号对多个线圈接收的信号进行相位校正处理，并根据多个线圈接收的、经过了相位校正处理的信号以及多个线圈中的不同灵敏度分布消除图像中的卷褶伪影。
卷褶伪影是由于在多个接收线圈进行高速扫描而视场(FOV)在相位编码方向减小时出现混叠现象导致的，其中在相位编码方向例如跳过了扫描相位编码步骤。
现在参照附图说明本发明的实施例。
图1为示出根据本发明的核磁共振成像设备的第一实施例的框图。图2为在图1所示的核磁共振成像设备中磁铁组合的交叉截面图。
如图1和图2所示，根据本实施例的核磁共振成像设备100包括磁铁组合101、磁场电源102、梯度磁场驱动电路103、RF功率放大器104、前置放大器105、显示装置106、控制部件107、序列存储电路108、门调制电路109、RF振荡电路110、A-D转换器111、相位探测器112和操作员控制台113。
如图2所示，磁铁组合101在其中具有用于插入物体p的空穴部分(孔)，并将预先确定的磁场(例如垂直磁场)应用于物体p以包围该空穴部分。
如图2中详细所示，磁铁组合101包括梯度磁场线圈1011、发送线圈1012、接收线圈1013和磁铁1014。
梯度磁场线圈1011产生增加由磁铁1014产生的静磁场强度的梯度磁场，用于将三维位置信息组合到接收线圈1013接收的磁共振信号中。例如，梯度磁场线圈1011由X轴、Y轴和Z轴的线圈组成。
梯度磁场线圈1011产生的梯度磁场是下面三个：断层方向的断层梯度磁场、读出方向的读出梯度磁场以及相位编码方向的梯度磁场(有时称为相位编码梯度磁场)，每一个都由沿着X轴、Y轴和Z轴的磁场组合产生。
发送线圈1012产生和输出高频电磁场的脉冲信号，例如90°和180°激励脉冲，用于在梯度磁场线圈1011产生的磁场空间中激励支架cr上物体p内例如氢原子的质子快速旋转。
接收线圈1013响应物体p内例如氢原子的质子旋转的旋转运动接收核磁共振信号输出，并将该信号输出到前置放大器105。
接收线圈1013包括多个接收线圈，例如图2所示的接收线圈10131-10134。例如，接收线圈10131和10133放置在物体p上方，接收线圈10132和10134和接收线圈10131和10133分别在支架cr和物体p的两侧相对放置。
每个接收线圈1013都例如是相位阵列线圈。相位阵列线圈用于提高灵敏度和扩大视场，同时通过安排多个具有相对高灵敏度的小RF接收线圈来保持RF接收线圈高灵敏度，并组合由这些线圈接收的信号。
磁铁1014设置为包围物体p，并例如是一个普通的、根据磁场电源102提供的能量将恒定的静磁场应用到物体p的磁导体。但是磁铁1014并不仅限于本实施例。例如磁铁1014可以是永久磁铁或超导磁铁。
梯度磁场驱动电路103在序列存储电路108的控制下，输出使梯度磁场线圈101产生梯度磁场的驱动信号。
RF功率放大器对门调制电路109输出的信号进行放大，并将该信号输出到发送线圈1012。
前置放大器105对物体p发出的、由接收线圈1013探测到的核磁共振信号进行放大，并将该信号输出到相位探测器112。
显示装置106在控制部件107的控制下进行预定的显示。
控制部件107用于与操作员控制台113交换信息、切换序列存储电路108的操作以执行若干种脉冲序列以及重写存储器，在本实施例中还根据A-D转换器111输出的若干种数据进行处理。
序列存储电路108出于任意考虑在控制部件107的控制下操作门调制电路109(也就是使电路109以预定次数调制RF振荡电路110输出的高频输出信号)，并通过RF功率放大器104将高频脉冲信号根据预定的脉冲序列应用到RF输出线圈1012。
此外，序列存储电路108利用根据傅立叶变换技术获得的序列信号操作梯度磁场驱动电路103、门调制电路109和A-D转换器111。序列存储电路108在开始上述一系列连续操作之前，操纵门调制电路109和梯度磁场驱动电路103在期望方向上完成选择的激励。
门调制电路109以预定次数根据序列存储电路108的信号调制RF振荡电路110输出的高频输出信号。
RF振荡电路110产生预定频率的RF信号载波，并将其输出到门调制电路109和相位探测器112。
A-D转换器111将相位探测器112相位探测到的模拟信号转换为数字信号，并输出到控制部件107。
相位探测器112根据RF振荡电路110的输出信号相位探测前置放大器电路5的输出信号(即由接收线圈探测的信号)，并将其输出到A-D转换器111。
操作员控制台113响应例如用户的操作，将信号输出到控制部件107。
本实施例的核磁共振成像设备100进行基准扫描、校准扫描和实际扫描，并根据并行成像技术产生一幅图像。
图3表示图1所示的核磁共振成像设备实际扫描的脉冲序列示例。
用于核磁共振成像设备100进行实际扫描的脉冲序列根据图3所示的回波平面成像(EPI)技术产生例如核磁共振信号。EPI技术在采集RF脉冲信号后的核磁共振信号期间，在读出方向反复颠倒梯度磁场Gr的极性以产生大量梯度回波，并接收该核磁共振信号。如上所述，实际扫描通过在相位编码方向减少相位编码步骤进行高速扫描。
图3(a)示出了由发送线圈1012输出的RF脉冲，说明90°和180°激励脉冲序列；图3(b)、(c)和(d)示出了断层梯度磁场Gs序列、读出梯度磁场Gr和相位编码梯度磁场Gp；图3(e)是核磁共振信号序列。
如图3(a)所示，当序列存储电路108在控制部件107的控制下输出控制信号用于90°脉冲时，发送线圈1012通过门调制电路109和RF功率放大器104输出90°脉冲以便获得对核磁化的90°激励。这时，梯度磁场驱动电路103向梯度磁场线圈1011输出断层梯度脉冲，梯度磁场线圈1011产生断层梯度磁场Gs，以便在预定断层中达到选择的激励，如图3(b)所示。
如图3(c)所示，在90°激励后的一个预定时间后，梯度磁场驱动电路103驱使梯度磁场线圈1011在序列存储电路108控制下应用读出梯度磁场Gr。
如图3(a)所示，在90°激励后的再一个预定时间之后，通过门调制电路109和RF功率放大器104在序列存储电路108控制下由发送线圈1012输出180°激励脉冲。这时，如图3(b)所示，梯度磁场驱动电路103向梯度磁场线圈1011输出断层梯度脉冲，梯度磁场线圈1011产生断层梯度磁场GS，以便为预定断层获得选择的激励。
如图3(c)所示，在180°激励之后，梯度磁场驱动电路103将其极性在读出方向连续颠倒的读出梯度磁场脉冲应用于梯度磁场线圈1011，梯度磁场线圈1011产生其极性在读出方向连续颠倒的梯度磁场。
此时，如图3(d)所示，梯度磁场驱动电路103输出信号，用于使梯度磁场线圈1011产生预定的相位编码梯度磁场，梯度磁场线圈1011响应该信号产生相位编码梯度磁场，例如图3(d)所示的短促脉动的梯度磁场。
如图3(e)所示，由于读出梯度磁场Gr重新定相产生了旋转回波，接收线圈1013接收核磁共振信号(或MR信号)。接收线圈1013接收的信号通过前置放大器105、相位探测器112和A-D转换器111输出到控制部件107作为原始数据。
图4是用于图1所示的核磁共振成像设备获取基准信号的脉冲序列图。
基准信号是在没有应用相位编码梯度磁场期间接受的核磁共振信号。基准信号对应于根据本发明的校正信号。下面结合图4说明由用于产生基准信号的脉冲序列进行的基准扫描示例。
图4(a)示出了发送线圈1012输出的RF脉冲，说明90°和180°脉冲序列；图4(b)、(c)和(d)示出了断层梯度磁场Gs、读出梯度磁场Gr和相位编码梯度磁场Gp的序列；图4(e)是核磁共振信号序列。
如图4(d)所示，在基准序列中，没有应用相位编码梯度磁场Gp就进行了扫描。在该条件下接收的核磁共振信号在其中组合了相位编码方向的附加信息。
具体地说，如图4(a)所示，当序列存储电路108在控制部件107的控制下输出用于90°脉冲的控制信号时，发送线圈1012通过门调制电路109和RF功率放大器104输出90°脉冲以便获得对核磁化的90°激励。这时，梯度磁场驱动电路103向梯度磁场线圈1011输出断层梯度脉冲，梯度磁场线圈1011产生断层梯度磁场Gs，以便在预定断层中达到选择的激励，如图4(b)所示。
如图4(c)所示，在90°激励后的一个预定时间后，梯度磁场驱动电路103驱使梯度磁场线圈1011在序列存储电路108控制下应用读出梯度磁场Gr。
如图4(a)所示，自90°激励后的再一个预定时间之后，通过门调制电路109和RF功率放大器104在序列存储电路108控制下由发送线圈1012输出180°激励脉冲。这时，如图4(b)所示，梯度磁场驱动电路103向梯度磁场线圈1011输出断层梯度脉冲，梯度磁场线圈1011产生断层梯度磁场GS，以便在预定断层中达到选择的激励。
如图4(c)所示，在180°激励之后，梯度磁场驱动电路103将其极性在读出方向连续颠倒的读出梯度磁场脉冲应用于梯度磁场线圈1011，梯度磁场线圈1011产生其极性在读出方向连续颠倒的梯度磁场。
此时，如图4(d)所示，没有应用相位编码梯度磁场Gp。
如图4(e)所示，由于读出梯度磁场Gr重新定相产生了旋转回波，接收线圈1013接收核磁共振信号。接收线圈1013接收的信号通过前置放大器105、相位探测器112和A-D转换器111输出到控制部件107作为基准信号。基准信号对应于根据本发明的校正信号。
图5是说明基准信号的框图。纵轴表示相位编码方向，横轴表示读出(频率编码)方向。
当不在相位编码方向应用梯度磁场而接收核磁共振信号时，例如物体p的核磁化在相位编码方向以同相状态旋转。因此，接收的是根据磁化沿着相位编码方向的旋转运动的叠加结果(附加信息)的核磁共振信号。
换句话说，基准信号表示频率编码方向上的轮廓，因为它没有被相位编码。
如图5所示，当对接收的信号在读出方向进行反傅立叶变化时，图5中沿着读出方向例如获得信号分布sd。该分布表示读出方向上的幅度和相位信息。不在相位编码方向应用磁场所接收的MR信号应用为校正信号，在相位校正处理中用于消除磁场的不均匀性。
图6是说明图1所示的核磁共振成像设备使用的并行成像技术的框图。
图6(a)示出了灵敏度分布与第一线圈距离的关系曲线，图6(b)示出了灵敏度分布与第二线圈距离的关系曲线。
例如，每个接收线圈1013具有自己的灵敏度分布。例如接收线圈10132具有如图6(a)所示的灵敏度分布d10312，接收线圈10131具有如图6(b)所示的灵敏度分布d10311。在图6中，y轴方向对应图1所示的y轴方向，而横轴表示灵敏强度。
当进行校准扫描并将接收线圈10132接收的校准信号进行二维反傅立叶变换时，获得了图像S1，在物体p的图像的下半部具有清晰的图像质量，而在上半部是模糊的图像质量，如图6(c)示例所示。
对接收线圈10131接收的校准信号进行了二维反傅立叶变换后获得图像S2，在物体p的图像的上半部具有清晰的图像质量，而在下半部是模糊的图像质量，如图6(d)示例所示。
在校准扫描中进行在相位编码方向扫描期间没有跳过扫描步骤的扫描，以获得线圈的灵敏度分布，并获得全FOV图像。
在实际扫描中，为了减少成像时间，接收线圈10132和10131例如用于进行在相位编码方向扫描期间跳过扫描步骤的扫描，然后进行二维傅立叶变换(反傅立叶变换)以获得减小了视场的图像A1和A2，即小FOV(视场)。在小FOV实际扫描中，由于扫描跳过了扫描步骤，获得包含由混叠现象引起的卷褶伪影的图像A1和A2，如图6(e)和(f)所示。并行成像技术是一种根据图像S1和S2之间的不同灵敏度分布对包含卷褶伪影的图像A1和A2进行退褶处理(消除处理)以产生图像V的方法。
对于退褶处理，应用了例如在非专利文献Pruessmann，K.P，Weiger，M.Sheidegger，M.B.和Boesiger，P.的Magn.Reson.Med，42，952，1999中描述的退褶技术。下面简要说明退褶处理。
以全FOV获得的复数图像V来自于下面的公式(1)，利用以缩减的FOV扫描获得的复数图像A(线圈索引)以及接收线圈1013的灵敏度映射(灵敏度矩阵)S(线圈索引，像素索引)。
线圈索引表明相位阵列线圈中的信道，像素索引是卷褶的索引，对应着缩减因子R。例如，如果R＝2，则以1/2的FOV进行扫描，且像素索引最高为2。S*是灵敏度映射S的共轭(共轭转置)S*。
[方程1]
V＝(S*S)-1S*A               (1)
根据本实施例的核磁共振成像设备100应用了回波平面成像(EPI)。EPI容易受到静磁场非均匀性的影响，容易发生图像失真。图像失真与采样时间成正比。在并行成像技术中，如果R＝2，则例如FOV＝1/2，由此在k空间ky方向的采样率加倍，导致图像失真降至1/2。
根据本实施例的核磁共振成像设备100根据在没有应用相位编码梯度的基准扫描中获得的校正信号，通过在EPI中进行实际扫描来对接收的信号进行相位校正处理。
如果使用接收线圈1013接收的基准信号对接收线圈1013在实际扫描中接收的信号进行相位校正处理，则线圈之间的相对相位关系被打破，由此很难解决在并行成像中的退褶处理，也就是解决卷褶伪影的处理中计算出正确解。下面将详细说明。
由于图像再现涉及通过方程(1)给出的并行成像技术中的退褶处理，因此灵敏度矩阵S和以缩减的FOV采集的图像A都是复数的。如上所述，当由相位阵列线圈1013进行接收时，相位阵列线圈1013中的每个线圈都有自己的相位特性，且灵敏度矩阵S是复数的，包含每个接收线圈1013的相位信息。
由接收线圈1013获得的图像A的相位分布在接收线圈1013之间是不同的。因此，在求解方程(1)时，灵敏度矩阵S必须是复数的，包含每个接收线圈1013的相位信息。
但是，当根据接收线圈1013在基准扫描中接收的校正信号对接收线圈1013在实际扫描中接收的信号进行相位校正处理时，线圈之间的相对相位关系在卷褶图像A中被打破，由此降低了图像质量。这是因为线圈在基准扫描中获得的相位信息等于包含卷褶伪影的图像A的相位信息，线圈之间的相对相位关系在校正时被消掉。
另一方面，由于在灵敏度矩阵中仍然保留线圈之间的相对相位关系，因此出现了不一致性并由此产生伪影。
因此，当根据本实施例的核磁共振成像设备100进行相位校正处理时，根据多个线圈其中一个接收的基准信号，也就是根据相位编码方向中集成了附加信息的校正信号对多个线圈接收的信号进行相位校正处理。
图7是图1所示的核磁共振成像设备中的控制部件的功能框图。
如图7所示，控制部件107包括第一傅立叶变换部件1071、相位校正部件1072、第二傅立叶变换部件1073、标准化部件1074以及退褶部件1075。
相位校正部件1072对应根据本发明的相位校正装置。退褶部件1075对应根据本发明的消除装置。下面将说明例如接收线圈1013包括两个接收线圈10131和10132的情况。
第一傅立叶变换部件1071根据接收线圈1013接收的信号在读出方向进行傅立叶变换(一维DFT：离散傅立叶变换)。在此，傅立叶变换有时称为反傅立叶变换。(两者可根据定义应用)。
具体地说，第一傅立叶变换部件1071在读出方向对多个线圈1031的其中一个，例如接收线圈10131在基准扫描时接收的基准信号RA1ref进行一维傅立叶变换，以产生信号A1’ref，并输出到相位校正部件1072。基准信号RA1ref对应读出方向的一维数据。
第一傅立叶变换部件1071也在读出方向对接收线圈10131和10132在实际扫描中接收的实际扫描信号RA1和RA2进行一维傅立叶变换，以产生信号A1’和A2’，并将它们输出到相位校正部件1072。实际扫描信号RA1和RA2对应二维数据。
第一傅立叶变换部件1071对校准扫描中获得的校准数据RC1和RC2进行1DFT，以产生C1’和C2’，并将它们输出到第二傅立叶变换部件1073。在校准扫描中，事先进行例如全FOV扫描，并将k空间内低频区域的数据作为校准数据。校准数据RC1和RC2对应二维数据。
相位校正部件1072根据多个线圈中的其中一个接收的基准信号(校正信号)对多个接收线圈在实际扫描中接收的信号进行相位校正处理，并将结果信号输出到第二傅立叶变换部件1073。
相位校正部件1072由接收线圈1013的各相位校正部件组成，例如图7所示，由第一相位校正部件10721和第二相位校正部件10722组成。
第一相位校正部件10721根据第一傅立叶变换部件1071输出的信号A1’ref对信号A1’进行相位校正处理，并将产生的信号输出到第二傅立叶变换部件1073。第二相位校正部件10722根据第一傅立叶变换部件1071的输出的信号A1’ref对信号A2’进行相位校正处理，并将产生的信号输出到第二傅立叶变换部件1073。
现在说明相位校正处理。校正后的数据F(n)、校正前的数据F’(n)和一次幂校正后的数据F”(n)数据根据以下公式(2)、(3)和(4)计算，其中n表示在读出方向的样本索引，j是虚数。
[公式2]
F′(n)＝F(n)ej(A+Bn)                    (2)
[公式3]
F″(n)＝F′(n)e-jBn＝F(n)e-jAn          (3)
[公式4]
F(n)＝F″(n)e-jA                        (4)
由通过在读出方向对在没有应用相位编码梯度的基准扫描中获得的MR信号进行1DFT获得的数据的相位分布产生相位失真的零次幂系数A和一次幂系数B。
具体地说，假设公式(5)表示在读出方向进行1DFT后的复数向量Z(n)，当Z(n+1)表示下个样本的数据时，由公式(6)计算Z(n+1)。
[公式5]
Z(n)＝x(n)+jy(n)                     (5)
[公式6]
Z(n+1)＝x(n+1)+jy(n+1)               (6)
通过公式(7)利用复数的幅角arg计算一次幂相位系数B。
[公式7]
B = arg [ Σ k = 1 N - 1 { Z ( k + 1 ) Z ( k ) } ] - - - - - - ( 7 )
通过公式(8)根据一次幂相位系数B计算零次幂相位的系数A。
[公式8]
A = arg { Σ k = 1 N Z ( k ) e - jBk } - - - - - - - ( 8 )
对于一个相位校正处理的例子，第一傅立叶变换部件1071在读出方向对在没有应用相位编码梯度的基准扫描中获得的信号RA1ref进行1DFT。
相位校正部件1072根据上述1DFT产生的数据的相位分布生成如公式(7)给出的一次幂相位系数B，并生成如公式(8)给出的零次幂相位系数A。零次幂相位校正系数A和一次幂相位校正系数B对应根据本发明的相位校正系数。
相位校正部件10721按照公式(2)，根据零次幂相位系数A和一次幂相位系数B对实际扫描中的数据A’进行相位校正处理，并产生信号A1”。
具体地说，第一相位校正部件10721根据第一傅立叶变换部件1071输出的信号A1’ref生成零次幂相位的系数A和一次幂相位的系数B，根据零次幂相位系数A、一次幂相位系数B和数据A1’利用以下公式(9)进行相位校正处理，以产生信号A1”，并将其输出到第二傅立叶变换部件1073。
[公式9]
A1″＝A1′·e-j(A+Bn)                              (9)
此外，第二相位校正部件10722根据第一傅立叶变换部件71输出的信号A1’ref生成零次幂相位的系数A和一次幂相位的系数B，根据零次幂相位系数A、一次幂相位系数B和数据A2’利用以下公式(10)进行相位校正处理，以产生信号A2”，并将其输出到第二傅立叶变换部件1073。
[公式10]
A2″＝A2′·e-j(A+Bn)                      (10)
第二傅立叶变换部件1073在相位编码方向进行一维傅立叶变换(1DFT)。傅立叶变换有时称为反傅立叶变换。(两者都可根据定义应用)。
具体地说，第二傅立叶变换部件1073在相位编码方向对相位校正部件1072输出的信号A1”和A2”进行1DFT，以产生信号A1和A2，并将其输出到退褶部件1075。
第二傅立叶变换部件1073也在相位编码方向对信号C1’和C2’进行1DFT以产生信号C1和C2，并将其输出到标准化部件1074。
标准化部件1074进行标准化处理。具体地说，标准化部件1074对C1和C2进行标准化处理以产生信号S1和S2，并将它们输出到退褶部件1075。
退褶部件1075根据第二傅立叶变换部件产生的信号A1和A2以及标准化部件产生的信号S1和S2进行退褶处理，以产生图像V。具体地说，退褶部件1075按照公式(1)利用S的共轭矩阵(共轭转置矩阵)S*产生全FOV的图像V。
如上所述，由于相位校正部件1072根据多个线圈的其中一个接收的基准信号A1’对多个接收线圈，例如接收线圈10131和10132在实际扫描中接收的信号RA1和RA2进行相位校正处理，因此保留了信号A1和A2之间的相对相位关系。此外，校准信号S1和S2之间的相对相位关系即使在二维傅立叶变换之后也保留下来。
通过由退褶部件1075进行保留相对相位关系的退褶处理(消除卷褶伪影处理)，可以产生具有高图像质量的全FOV图像V。
图8是说明图1所示的核磁共振成像设备的操作的框图。根据图8说明核磁共振成像设备的操作。
在步骤ST1进行校准扫描。校准扫描例如进行全FOV扫描，接收线圈10131和10132接收的信号通过前置放大器105、相位探测器112和A-D转换器111输出到控制部件107。控制部件107将校准扫描中位于k空间低频区域的信号数据作为校准信号RC1和RC2。
在步骤ST2进行基准扫描。基准扫描进行不应用相位编码梯度磁场Gp的扫描。
例如图4所示，发送线圈1012将90°和180°激励脉冲应用到物体p上，梯度磁场线圈1011应用极性连续颠倒的读出梯度磁场Gr。同时，不应用相位编码梯度磁场Gp而进行扫描。
在基准扫描中，用作校正信号的、集成了相位编码方向中附加信息的基准信号由接收线圈1013接收，并通过前置放大器105、相位探测器112和A-D转换器111发送到控制部件107。
在步骤ST3进行实际扫描(成像扫描)。具体地说，在相位编码方向跳过扫描步骤来进行扫描。例如图3所示，发送线圈1012将90°和180°激励脉冲应用到物体p上，梯度磁场线圈应用极性连续颠倒的读出梯度磁场Gr。同时将预定幅度的梯度磁场应用为相位编码梯度磁场Gp。
接收线圈10131和10132在实际扫描中接收的信号通过前置放大器105、相位探测器112和A-D转换器111输出到控制部件107。
在步骤ST4选择由多个接收线圈的其中一个接收的基准信号，并根据该基准信号进行相位校正处理(ST5)。
图9是说明控制部件107进行的选择处理的框图。
如图9所示，控制部件107例如包括用于选择基准信号的选择部件1070。
例如在选择由多个接收线圈1013的其中一个接收的信号时，选择部件1070选择预定的接收线圈，例如接收线圈10311，并输出选择信号。
但是选择部件1070并不仅限于上述形式。例如，选择部件1070可以根据多个接收线圈1013的接收强度选择接收的信号。例如可以选择由接收线圈1013中具有最高信号强度的一个线圈接收的信号，以输出选择的信号。这样，相位校正处理可以在随后的处理中获得很高的精度。
或者，选择部件1070可以根据多个接收线圈1013的接收灵敏度分布选择接收信号。例如，选择部件1070可以选择由接收线圈1013中具有最宽灵敏度分布的一个线圈接收的信号，以输出选择的信号。这样，相位校正处理可以在随后的处理中获得很高的精度。
此外，选择部件1070可以通过产生接收强度图像和选择根据这些图像中的二维积分值的信号来选择接收信号。例如，选择部件1070可以通过产生接收强度图像，并选择由接收线圈1013中在图像中具有二维积分值之和最大(即图像强度之和最大)的一个线圈接收的信号来选择接收信号，以输出选择的信号。这样，相位校正处理可以在随后的处理中获得很高的精度。
在步骤ST5，第一傅立叶变换部件1071在读出方向对由接收线圈1013的其中一个接收、并由选择部件1070选择的基准信号，例如信号RA1ref进行傅立叶变换，并将产生的信号A1’输出到相位校正部件1072。
此外，第一傅立叶变换部件1071在读出方向对由接收线圈10131和10132在实际扫描中接收的信号RA1和RA2进行傅立叶变换，并将产生的信号A1’和A2’输出到相位校正部件1072。
在第一相位校正部件10721中，根据信号A1’和A1’ref进行相位校正处理，并将结果输出到第二傅立叶变换部件1073。
在第二相位校正部件10722中，根据信号A2’和A1’ref进行相位校正处理，并将结果输出到第二傅立叶变换部件1073。
另一方面，第一傅立叶变换部件1073对校准扫描中获得的信号RC1和RC2进行傅立叶变换，并将产生的信号C1’和C2’输出到第二傅立叶变换部件1073。信号C1’和C2’由第二傅立叶变换部件1073在相位编码方向进行1DFT，作为信号C1和C2输出到标准化部件1074，由标准化部件1074进行标准化处理，并作为信号S1和S2输出到退褶部件1075。
相位校正部件1072输出的信号A1”和A2”由第二傅立叶变换部件1073在相位编码方向进行1DFT，并作为信号A1和A2输出到退褶部件1075。
在步骤ST6，退褶部件1075按照公式1，根据第二傅立叶变换部件1073输出的信号A1和A2以及标准化部件1074输出的信号S1和S2进行退褶处理(消除处理)，并产生全FOV图像V。
如上所述，提供了相位校正部件1072，用于根据作为校正信号的、由多个接收线圈1031的其中一个(例如由接收线圈10131)在相位编码方向上不应用梯度磁场Gp的情况下接收的、并组合相位编码方向上附加信息的基准信号对实际扫描中接收的信号进行相位校正处理，以及退褶部件1075，用于根据多个接收线圈1013在实际扫描中接收、并由相位校正部件1072进行了相位校正处理的信号以及多个接收线圈1013在校准扫描中产生的不同灵敏度分布来消除图像中的卷褶伪影，从而在保留线圈间相对相位关系的同时进行了相位校正处理，并利用该相位校正处理的结果进行退褶处理(消除处理)；因此，可以消除卷褶伪影而不降低图像V的图像质量。
图10是示出根据第二实施例的核磁共振成像设备100b的脉冲序列的图。
根据第二实施例的核磁共振成像设备100b使用扩散加权的EPI脉冲序列在上述并行成像技术中进行相位校正处理。
核磁共振成像设备100b具有与根据第一实施例的核磁共振成像设备100类似的配置，因此省略对相似部件的说明，而只说明不同部分。
扩散由例如分子的随机热运动过程(布朗运动)产生。如图10(f)所示，核磁共振成像设备100b在180°脉冲信号之前和之后应用一对扩散加权的梯度磁场MPG(运动探测梯度)脉冲作为扩散加权的梯度磁场，以便分散扩散的质子来避免产生信号。扩散加权的梯度磁场应用到Gs、Gr和Gp轴的任何一个上。
核磁共振成像设备100b在实际扫描中添加如上所述的扩散加权的梯度磁场MPG脉冲，并在实际扫描中以缩减视场FOV接收核磁共振信号。
与第一实施例相同，核磁共振成像设备100b通过例如用于产生和接收核磁共振信号的脉冲序列进行基准扫描，而不在相位编码方向施加梯度磁场Gp。此外，与第一实施例相同，核磁共振成像设备100b根据k空间中低频区域的数据进行全FOV扫描并产生线圈的灵敏度分布。
相位校正部件1072根据接收线圈1013中其中一个接收、并由第一傅立叶变换部件1071在读出方向进行了傅立叶变换的基准信号，对实际扫描中由多个接收线圈1013接收的信号进行相位校正处理，并将产生的信号输出到第二傅立叶变换部件1073。
其它部件进行的处理与第一实施例中的相同，并省略其解释。
如上所述，与根据第一实施例的核磁共振成像设备100不同的是，由于根据本发明的核磁共振成像设备100b在180°RF脉冲之前和之后应用扩散加权的梯度磁场MPG脉冲，因此可以获得扩散加权的图像V。此外，由于根据一个接收线圈获得的基准信号以小FOV对实际扫描信号进行相位校正处理，因此可以产生消除了卷褶伪影的全FOV图像而不降低图像质量。
根据第三实施例的核磁共振成像设备100c利用并行成像技术和多重EPI技术产生图像V。
根据多重EPI技术，在脉冲序列中难以解决的已知相位误差包括主体运动(body-motion)相位误差和由磁场不均匀性导致的磁场不均匀相位误差。本实施例的核磁共振成像设备100c产生导航回波用于校正这类相位误差。
图11是示出根据本发明的核磁共振成像设备的第三实施例的方框图。图12是图11所示的根据核磁共振成像设备使用的多重扩散加权EPI技术的脉冲序列图。图13是图11所示的核磁共振成像设备的控制部件的功能框图。
如图11所示，核磁共振成像设备100c包括磁铁组合101、磁场电源102、梯度磁场驱动电路103、RF功率放大器104、前置放大器105、显示装置106、控制部件107c、序列存储电路108c、门调制电路109、RF振荡电路110、A-D转换器111、相位探测器112和操作员控制台113。
核磁共振成像设备100c具有大体上与根据第一实施例的核磁共振成像设备100相同的配置，例如磁铁组合101具有如图2所示的、与根据第一实施例的核磁共振成像设备100相似的配置。相似部件由与第一实施例中相同的附图标记表示，并省略其解释。
核磁共振成像设备100c与根据第一实施例的核磁共振成像设备100的主要区别在于序列存储电路108c和控制部件107c。如图12所示，序列存储部件108c存储根据多重扩散加权EPI技术的脉冲序列，并在控制部件107c的控制下驱使梯度磁场驱动电路103通过梯度磁场线圈1011应用预定的梯度磁场。
控制部件107c将通过由多个接收线圈1031的其中一个接收的导航回波Ne1、Ne2、...获得的校正数据作为第一实施例的校正信号RA1。
此外，控制部件107c将通过由多个接收线圈1031，例如接收线圈10131和10132接收的成像回波e1、e2、...、eM作为第一实施例的实际扫描信号RA1和RA2。
以下处理类似于第一实施例；相位校正部件1072根据导航回波对成像回波信号进行相位校正处理，退褶部件1075进行退褶处理(消除处理)。
如图12所示，根据本实施例的核磁共振成像设备100c应用90°激励脉冲和断层梯度磁场SG90，并在预定时段之后应用MPG(运动探测梯度)脉冲。
接着，设备100c应用180°RF脉冲和断层磁场，并在预定时段之后应用MPG脉冲。
接着，连续应用其极性在正负之间交替的数据采集读取梯度Nr1、...、Nrj(图12中j≥1且j＝2)，在第一个导航回波Ne1到第j个导航回波Nej顺序聚焦的同时进行采样，并采集对应导航回波Ne1、...、Nej的校正数据H(n，1)、...、H(n，j)。
在获得校正数据时，没有在相位编码方向应用梯度磁场。因此，核磁共振信号组合了相位编码方向的附加信息，如对于根据第一实施例的核磁共振成像设备100说明的。根据该信息进行相位校正。
接着，连续应用在正负之间交替极性的数据采集读取梯度r1、...、rM，并在极性颠倒的同时也施加相位编码梯度磁场pdn、...、pM，在第一个回波e1到第M个回波eM顺序聚焦的同时进行采样，并采集对应回波e1、...、eM的校正数据F(n，1)、...、F(n，M)。该过程以相位编码梯度pdn幅度变化地从n＝1到N重复，以采集填充k空间的F(1，1)-F(N，M)。
控制部件107c将多个接收线圈1013的其中一个(例如接收线圈10131)获得的校正数据H(n，1)、...、H(n，j)作为第一实施例的基准信号RA1ref，并对多个接收线圈1031接收的数据F(1，1)-F(N，M)进行相位校正处理，并作为第一实施例的信号RA1和RA2。
此外，与第一实施例相同，核磁共振成像设备100c在预先进行的校准扫描中通过接收线圈1013接收信号RC1和RC2。
控制部件107c根据校准信号RC1和RC2进行退褶处理(消除处理)。
上述配置的操作将在下面简要说明。
首先进行校准扫描。校准扫描例如进行全FOV扫描，接收线圈10131和10132接收的信号通过前置放大器105、相位探测器112和A-D转换器111输出到控制部件107。控制部件107将位于k空间低频区域的校准扫描所获得的信号数据作为校准信号RC1和RC2。
根据多重扩散加权的EPI序列脉冲产生导航回波和成像回波。如图12所示，通过不施加相位编码梯度磁场Gp而进行扫描获得导航回波信号。
在相位编码方向跳过扫描步骤而获得导航回波信号。
接收线圈10131和10132根据多重扩散加权的EPI序列脉冲接收的信号通过前置放大器105、相位探测器112和A-D转换器111输出到控制部件107c。
控制部件107c将由多个接收线圈1013的其中一个接收的、对应导航回波Ne1、...、Nej的数据H(n，1)、...、H(n，j)作为信号RA1ref。
此外，其将多个接收线圈10131和10132接收的数据F(1，1)-F(N，M)作为第一实施例的信号RA1和RA2。
此后，与第一实施例相同，由第一傅立叶变换部件1071在读出方向对信号RA1ref进行傅立叶变换，并将产生的信号A1’ref输出到相位校正部件1072。
由第一傅立叶变换部件1071在读出方向对线圈10131和10132接收的信号RA1和RA2进行傅立叶变换，并将产生的信号A1’和A2’输出到相位校正部件1072。
第一相位校正部件10721根据信号A1’和A1’ref进行相位校正处理，并将产生的信号输出到第二傅立叶变换部件1073。
第二相位校正部件10722根据信号A2’和A1’ref进行相位校正处理，并将产生的信号输出到第二傅立叶变换部件1073。
另一方面，第一傅立叶变换部件1073对校准扫描中获得的信号RC1和RC2进行傅立叶变换，并将产生的信号C1’和C2’输出到第二傅立叶变换部件1073。信号C1’和C2’由第二傅立叶变换部件1073在相位编码方向进行1DFT，作为信号C1和C2输出到标准化部件1074，由标准化部件1074进行标准化处理，并作为信号S1和S2输出到退褶部件1075。
相位校正部件1072输出的信号A1”和A2”由第二傅立叶变换部件1073在相位编码方向进行1DFT，并作为信号A1和A2输出到退褶部件1075。
退褶部件1075按照公式1，根据第二傅立叶变换部件1073输出的信号A1和A2以及标准化部件1074输出的信号S1和S2进行退褶处理(消除处理)，以产生全FOV图像V。
如上所述，在本实施例中，提供了相位校正部件1072，通过利用并行成像技术和多重扩散EPI技术产生导航回波信号、并将多个接收线圈1013的其中一个接收的导航回波信号作为校正信号对多个接收线圈1013接收的成像回波信号进行相位校正处理，以及退褶部件1075，根据由相位校正处理部件1072进行了相位校正处理的成像回波信号以及多个接收线圈1013在校准扫描中产生的不同灵敏度分布来消除图像中的卷褶伪影，从而在保留线圈间相对相位关系的同时进行了相位校正处理，并利用该相位校正处理的结果进行退褶处理(消除处理)；因此，可以消除卷褶伪影而不降低图像V的图像质量。
此外，由于相位校正处理时在并行成像技术中利用多重扩散加权的EPI进行的，因此能快速获得具有很高图像质量的全FOV图像。
应当注意本发明不仅限于本实施例，还可以适用于任何适当的修改。
尽管在本实施例中根据多个接收线圈1013中预定的一个接收的导航回波信号对多个接收线圈1013接收的成像回波信号进行了相位校正处理，但本发明不仅限于该配置。例如，可以和第一实施例中的核磁共振成像设备一样提供选择部件，用于根据接收强度、灵敏度分布的宽度或二维积分值选择其中一个接收线圈接收的导航回波信号。
此外，尽管在第一、第二和第三实施例中只是示例性的应用了两个接收线圈，本发明不仅限于该配置。例如，可以提供更多的接收线圈1013，并根据其中一个接收线圈接收的信号进行相位校正处理以获得高质量图像V。
在不脱离本发明精神和范围的情况下可以配置很多不同的实施例。应当理解，除了在附加权利要求中限定的，本发明不仅限于本说明书中描述的特定实施例。

Claims (10)

1.一种核磁共振成像设备，用于根据在多个线圈中的不同灵敏度分布从多个线圈接收到的信号产生的图像中消除卷褶伪影，所述设备包括：
相位校正处理装置，用于根据所述多个线圈的其中一个在相位编码方向不应用梯度磁场的情况下接收的校正信号对所述多个线圈接收的信号进行相位校正处理；以及
消除装置，用于根据所述多个线圈接收的、并由所述相位校正处理装置进行了相位校正处理的信号以及所述多个线圈中的不同灵敏度分布消除所述图像中的卷褶伪影。
2.如权利要求1所述的核磁共振成像设备，其中，
所述设备还包括傅立叶变换处理装置，用于在相位编码方向进行傅立叶变换处理，
所述相位校正处理装置在相位编码方向没有应用梯度磁场的情况下，根据由所述傅立叶变换处理装置对所述多个线圈的其中一个接收的校正信号进行傅立叶变换处理所获得的结果产生相位校正系数；并根据所述相位校正系数对所述多个线圈在减少了扫描步骤和进行相位编码的情况下接收的、并由所述傅立叶变换处理装置进行了傅立叶变换处理的信号进行相位校正处理。
3.如权利要求1所述的核磁共振成像设备，其中，所述相位校正装置根据所述多个线圈的信号强度选择所述多个线圈中的一个，并根据所述选择线圈接收的所述校正信号对所述多个线圈接收的信号进行相位校正处理。
4.如权利要求1所述的核磁共振成像设备，其中，所述相位校正装置根据所述多个线圈的灵敏度分布选择所述多个线圈中的一个，并根据所述选择线圈接收的所述校正信号对所述多个线圈接收的信号进行相位校正处理。
5.如权利要求1所述的核磁共振成像设备，其中，所述相位校正装置根据所述多个线圈的各信号强度图像的二维积分值选择所述多个线圈中的一个，并根据所述选择线圈接收的所述校正信号对所述多个线圈接收的信号进行相位校正处理。
6.如权利要求1所述的核磁共振成像设备，其中，所述设备还还包括梯度磁场产生装置，用于在读出方向、频率编码方向和相位编码方向产生梯度磁场，
所述相位校正装置至少在所述相位编码方向不应用所述梯度磁场产生装置产生的梯度磁场的情况下，根据所述多个线圈的其中一个接收的所述校正信号对所述多个线圈接收的信号进行相位校正处理。
7.如权利要求6所述的核磁共振成像设备，其中，所述设备还包括脉冲产生装置，用于将90°和180°脉冲用于激励核磁化；
所述梯度磁场产生装置在所述读出方向施加极性多次连续颠倒的梯度磁场；
所述校正装置在应用所述脉冲产生装置产生的90°和180°脉冲，并在所述读出方向应用所述梯度磁场产生装置以极性多次连续颠倒产生的梯度磁场的情况下，根据所述多个接收线圈接收的信号消除图像中的卷褶伪影。
8.一种核磁共振成像设备，用于根据所述多个线圈中的不同灵敏度分布从该多个线圈接收的信号产生的图像中消除卷褶伪影，所述设备包括：
梯度磁场产生装置，用于在读出方向、频率编码方向和相位编码方向产生梯度磁场；
脉冲产生装置，用于将90°和180°脉冲用于激励核磁化；
相位校正装置，用于根据在同一个激励周期内不在所述相位编码方向而在所述读出方向应用由所述梯度磁场产生装置产生的梯度磁场的情况下由一个所述线圈接收的一个导航信号，对由所述多个线圈在同一个激励周期内在所述相位编码方向和所述读出方向都应用由梯度磁场产生装置连续颠倒极性而产生的梯度磁场的情况下接收的信号进行相位校正处理；
消除装置，用于根据所述多个线圈接收的、并由所述相位校正处理装置进行了相位校正处理的信号以及所述多个线圈中的不同灵敏度分布消除所述图像中的卷褶伪影。
9.一种核磁共振成像方法，用于根据多个线圈中的不同灵敏度分布从该多个线圈接收的信号产生的图像中消除卷褶伪影，本方法包括：
第一步骤，根据其中一个所述线圈在不对相位编码方向应用梯度磁场的情况下接收的校正信号对所述多个线圈接收的信号进行相位校正处理；
第二步骤，根据多个线圈接收的、并进行了所述第一步骤的相位校正处理的信号以及所述多个线圈中的不同灵敏度分布消除图像中的卷褶伪影。
10.一种核磁共振成像方法，用于根据多个线圈中的不同灵敏度分布从所述多个线圈接收的信号产生的图像中消除卷褶伪影，所述方法包括：
第一步骤，根据在同一个激励周期内不在相位编码方向而在读出方向应用梯度磁场的情况下由一个所述线圈接收的一个导航信号，对由多个线圈在同一个激励周期内在所述相位编码方向和所述读出方向都应用连续颠倒极性的梯度磁场的情况下接收的信号进行相位校正处理；
第二步骤，根据所述多个线圈接收的、并进行了所述第一步骤的相位校正处理的信号以及所述多个线圈中的不同灵敏度分布消除图像中的卷褶伪影。
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