CN1920592B - 相位分布及相位校正方法和装置以及磁共振成像方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相位分布及相位校正方法和装置以及磁共振成像方法和装置；为了即使存在局部干扰时也能计算精确的相位图并执行这种相位校正，对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波(702)，检测其滤波后的值与滤波前的值的比值不超过预定比值的像素位置(704)，计算除这些点的像素数据外的相位分布，从邻近像素位置的相位来估计所述被排除点的相位而提供补偿，以便使相位图完整。

Description

相位分布及相位校正方法和装置以及磁共振成像方法和装置

本申请是申请人GE医疗系统环球技术有限公司于2000年10月23日提交的发明名称为“相位分布及相位校正方法和装置以及磁共振成像方法和装置”的中国专利申请No.20001318799的分案申请。

技术领域

本发明涉及相位分布测量方法和装置、相位校正方法和装置、及磁共振成像方法和装置，更具体地说，涉及用于测量通过磁共振成像得到的图像的相位分布的方法和装置、涉及用于基于测量的相位分布来校正像素数据的相位的方法和装置、以及涉及获得基于相位校正像素数据的水和类脂物的图像的磁共振成像方法和装置。

背景技术

在磁共振成像装置中，在容纳成像对象的空间形成恒定磁场，在恒定磁场空间形成梯度磁场和高频磁场，根据成像对象的自旋所产生的磁共振信号来形成(重构)图像。由于化学位移，类脂物的磁共振信号频率与水的磁共振信号频率不同，因此根据频率不同可以利用相位差分别对水和类脂物成像。

磁共振信号的相位受恒定磁场强度的非均匀性影响，因此为了分别对水和类脂物成像而不受磁场非均匀性的影响，计算表示恒定磁场非均匀性的相位分布、即相位图，并据此进行图像的相位校正。

通过对每一个像素计算用复数表示的图像数据的相位来得到相位图。为了得到精确的相位图，首先用低通滤波器处理图像来去除噪声。

图1示出典型的一维图像的相位图的概念。取相位图的原点作为恒定磁场的中心。原点的相位为0。该图是相位图，其中恒定磁场强度具有线性梯度并且相位按照与原点的距离线性变化。当相位超过+π时，它回到-π侧，而当它超过-π时，它回到+π侧，如该图的(a)所示。换句话说，产生相位卷回(wrap around)。

因此，在存在卷回的部分进行卷回校正、即解卷(unwrapping)，以便得到没有卷回的相位图，如该图的(b)所示。

根据相邻像素的图像数据的相位差的绝对值是否2π来检测卷回是否出现，对于检测到卷回的像素，将2π以与相位差的符号相反的符号加到像素的图像数据的相位上。

当作为计算相位图的初步步骤而对图像进行低通滤波时，由于成像对象的磁化的变化、由于类脂物的相位变化、由于血液循环或身体移动或噪声的幻像，在某些位置局部地干扰像素数据。在这些位置，看来好像存在卷回相位状态，但据此不能通过执行解卷来得到精确的相位图。

另外，如果磁场的不均匀性是非线性的话，则相位图包含高阶分量。必须设置低通滤波，以便去除这些高阶分量，但是不容易进行这种低通滤波设置。

发明内容

本发明的目的是提供相位分布测量方法和装置，即使存在局部相位干扰时它也能计算精确的相位图，提供利用该计算的相位图的相位校正方法和装置，以及产生执行这种相位校正的磁共振成像方法和装置。

本发明的又一个目的是提供相位校正的方法和装置，它使得容易进行包括高频分量的相位校正；并且提供磁共振成像的方法和装置，用于执行这样的校正。

源于解决上述问题的一个方面的本发明是一种相位分布测量方法，它包括如下步骤：对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波；通过比较低通滤波前的图像和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据来检测这样的像素位置：对该像素位置而言，其低通滤波后的值与低通滤波前的值的比值不超过预定的比值；排除检测到的像素位置的像素数据，根据低通滤波前的图像或低通滤波后的图像来计算相位分布；以及通过从邻近像素位置的相位来估计被计算的相位分布中所述被排除的像素的相位而进行补偿。

在源于这一方面的本发明中，比较低通滤波前和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据，检测存在相位干扰的像素位置，计算将这些像素位置的像素数据排除在外的相位图，然后通过从邻近像素位置的相位来估计被排除的像素位置的相位而进行补偿，以便得到没有异常的相位图。

源于解决上述问题的另一个方面的本发明是一种相位分布测量装置，它包括如下单元：滤波单元，它对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波；像素位置检测单元，它通过比较低通滤波前的图像和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据来检测这样的像素位置：对该像素位置而言，其低通滤波后的值与低通滤波前的值的比值不超过预定的比值；相位分布计算单元，它排除检测到的像素位置的像素数据，根据低通滤波前的图像或低通滤波后的图像来计算相位分布；以及相位补偿单元，它通过从邻近像素位置的相位来估计所计算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而进行补偿。

在源于这一方面的本发明中，由像素位置检测单元比较低通滤波前和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据，以便检测存在相位干扰的像素位置，由相位分布计算单元计算将这些像素位置的像素数据排除在外的相位图，然后由相位补偿单元进行补偿，相位补偿单元通过从邻近像素位置的相位来估计被排除的像素位置的相位，以便得到没有异常的相位图。

源于解决上述问题的另一个方面的本发明是一种相位校正方法，它包括如下步骤：对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波；通过比较低通滤波前的图像和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据来检测这样的像素位置：对该像素位置而言，其低通滤波后的值与低通滤波前的值的比值不超过预定的比值；排除检测到的像素位置的像素数据，根据低通滤波前的图像或低通滤波后的图像来计算相位分布；通过从邻近像素位置的相位来估计所计算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而进行补偿；以及利用补偿后的相位分布对图像进行相位校正。

在源于这一方面的本发明中，比较低通滤波前和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据，检测存在相位干扰的像素位置，计算将这些像素位置的像素数据排除在外的相位图，然后通过从邻近像素位置的相位来估计被排除的像素位置的相位而进行补偿，以便得到没有异常的相位图。然后利用这一相位图对图像数据进行相位校正。

源于解决上述问题的另一个方面的本发明是一种相位校正方法，它包括如下步骤：对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波；根据低通滤波后的图像计算相位分布；根据所计算的相位分布对所述低通滤波前图像进行相位校正；再次对相位校正后的图像进行低通滤波；根据新的低通滤波后的图像来计算新的相位分布；以及根据新计算的相位分布对相位校正后的图像进行新的相位校正。

在源于这一方面的本发明中，从低通滤波后的图像来计算第一相位图，根据这一相位图对低通滤波前的图像进行相位校正，再次对相位校正后的图像进行低通滤波，从这一图像计算第二相位图，然后按第二相位图对原按第一相位图进行相位校正后的图像进行相位校正。通过重复这种相位校正许多次，得到包含高阶分量的相位图。

源于解决上述问题的一个方面的本发明是一种相位校正装置，它包括：滤波单元，它对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波；像素位置检测单元，它通过比较低通滤波前的图像和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据来检测这样的像素位置：对该像素位置而言，其低通滤波后的值与低通滤波前的值的比值不超过预定的比值；相位分布计算单元，它通过排除检测到的像素位置的像素数据，根据低通滤波前的图像或低通滤波后的图像来计算相位分布；相位补偿单元，它通过从邻近像素位置的相位来估计所计算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而进行补偿；以及相位校正单元，它利用补偿后的相位分布对图像进行相位校正。

在源于这一方面的本发明中，由像素位置检测单元比较低通滤波前和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据，以便检测存在相位干扰的像素位置，由相位分布计算单元计算将这些像素位置的像素数据排除在外的相位图，然后由相位补偿单元通过从邻近像素位置的相位来估计被排除的像素位置的相位而进行补偿，以便得到没有异常的相位图。然后由相位校正单元利用这种相位图对图像数据进行相位校正。

源于解决上述问题的另一个方面的本发明是一种相位校正装置，它包括：滤波单元，它对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波；相位分布计算单元，它根据低通滤波的图像计算相位分布；相位校正单元，它根据计算的相位分布对所述低通滤波前的图像进行相位校正；以及控制单元，它通过所述滤波单元再次对相位校正后的图像进行低通滤波，通过相位分布计算单元根据新低通滤波后的图像来计算新的相位分布，通过相位校正单元根据新计算的相位分布对相位校正后的图像再次进行相位校正。

在源于这一方面的本发明中，由相位分布计算单元从低通滤波后的图像来计算第一相位图，由相位校正单元根据这一相位图对低通滤波前的图像进行相位校正，对相位校正后的图像再次进行低通滤波，由相位分布计算单元从这一图像计算第二相位图，然后由相位校正单元按第二相位图对原来按第一相位图进行相位校正的图像进行相位校正。通过这样进行多次相位校正，来完成包含高阶分量的相位校正。然后由相位校正单元利用这种相位图对图像数据进行相位校正。

源于解决上述问题的另一个方面的本发明是一种磁共振成像装置，它包括：成像单元，它利用磁共振来得到成像对象的图像；滤波单元，它对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波；像素位置检测单元，它通过比较低通滤波前的图像和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据来检测这样的像素位置：对该像素位置而言，其低通滤波后的值与低通滤波前的值的比值不超过预定的比值；相位分布计算单元，它排除检测到的像素位置的像素数据，根据低通滤波前的图像或低通滤波后的图像来计算相位分布；相位补偿单元，它通过从邻近像素位置的相位来估计所计算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而进行补偿；相位校正单元，它利用补偿后的相位分布进行所述图像的相位校正；和图像产生单元，它用于利用相位校正后的图像的像素数据的相位差分别产生水图像和类脂物图像。

在源于这一方面的本发明中，由像素位置检测单元比较低通滤波前和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据，以便检测存在相位干扰的像素位置，由相位分布计算单元计算将这些像素位置的像素数据排除在外的相位图，然后由相位补偿单元进行补偿，相位补偿单元从邻近像素位置的相位来估计被排除的像素位置的相位，以便得到没有异常的相位图。由相位校正单元利用这种相位图对所述图像进行相位校正。由图像产生单元根据相位校正后的图像数据分别对水和类脂物进行成像。

源于解决上述问题的另一个方面的本发明是一种磁共振成像装置，它包括：成像单元，它利用磁共振来得到成像对象的图像；滤波单元，它对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波；相位分布计算单元，它根据低通滤波后的图像来计算相位分布；相位校正单元，它根据所计算的相位分布对所述低通滤波前的图像进行相位校正；控制单元，它通过所述滤波单元对相位校正后的图像再次进行低通滤波，通过相位分布计算单元根据新的低通滤波后的图像来计算新的相位分布，通过相位校正单元根据新计算的相位分布对相位校正后的图像再次进行相位校正；和图像产生单元，它利用相位校正后的图像的像素数据的相位差分别产生水图像和类脂物图像。

在源于这一方面的本发明中，由相位分布计算单元从低通滤波后的图像计算第一相位图，由相位校正单元根据这一相位图对低通滤波前的图像进行相位校正，对相位校正后的图像再次进行低通滤波，由相位分布计算单元从这一图像计算第二相位图，然后由相位校正单元按第二相位图对原来按第一相位图进行相位校正了的图像进行相位校正。通过这样进行多次相位校正，来完成包含高阶分量的相位校正。然后由相位校正单元利用这种相位图对图像数据进行相位校正。由图像产生单元根据相位校正后的图像数据分别对水和类脂物进行成像。

源于解决上述问题的另一个方面的本发明是一种磁共振成像方法，它包括如下步骤：利用磁共振来得到成像对象的图像；对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波；通过比较低通滤波前的图像和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据来检测这样的像素位置：对该像素位置而言，其低通滤波后的值与低通滤波前的值的比值不超过预定的比值；排除被检测到的像素位置的像素数据，根据低通滤波前的图像或低通滤波后的图像来计算相位分布；通过从邻近像素位置的相位来估计所计算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而进行补偿；利用补偿后的相位分布进行所述图像的相位校正；以及利用相位校正后的图像的像素数据的相位差分别产生水图像和类脂物图像。

在源于这一方面的本发明中，比较低通滤波前和低通滤波后的图像的每一个对应像素的像素数据，以便检测存在相位干扰的像素位置，计算将这些像素位置的像素数据排除在外的相位图，然后，通过从邻近像素位置的相位来估计被排除的像素位置的相位而进行补偿，以便得到没有异常的相位图。利用这种相位图对所述图像进行相位校正。根据相位校正后的图像数据分别对水和类脂物进行成像。

源于解决上述问题的另一个方面的本发明是一种磁共振成像方法，它包括如下步骤：利用磁共振来得到成像对象的图像；对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波；根据低通滤波的图像来计算相位分布；根据计算的相位分布对所述低通滤波前的图像进行相位校正；对相位校正后的图像再次进行低通滤波，根据新的低通滤波后的图像来计算新的相位分布，根据新计算的相位分布对相位校正后的图像再次进行相位校正；和利用相位校正后的图像的像素数据的相位差分别产生水图像和类脂物图像。

在源于这一方面的本发明中，从低通滤波后的图像计算第一相位图，根据这种相位图对低通滤波前的图像进行相位校正，对相位校正后的图像再次进行低通滤波，从这种图像计算第二相位图，然后按第二相位图对原来按第一相位图进行相位校正了的图像进行相位校正。通过这样进行多次相位校正，来完成包含高阶分量的相位校正。然后利用这种相位图对图像数据进行相位校正。根据相位校正后的图像数据分别对水和类脂物进行成像。

按照本发明，可以提供即使存在局部相位干扰时也可计算精确相位图的相位分布测量方法和装置、利用这样计算得到的相位图的相位校正方法和装置、以及进行这种相位校正的磁共振成像装置。

本发明还提供使得容易进行包括高频分量的相位校正的相位校正方法和装置、进行这样的相位校正的磁共振成像装置、计算高质量的精确的相位图的相位分布测量方法和装置、利用这一计算的相位图的相位校正方法和装置、和进行这种相位校正的磁共振成像装置。

附图说明

从对附图中示出的本发明最佳实施例的描述，将明白本发明的其他目的和优点。

图1是相位图的概念图。

图2是按照本发明的一个实施例的装置的方框图。

图3是按照本发明的一个实施例的装置的方框图。

图4示出由示于图2或图3中的装置执行的脉冲序列的例子。

图5示出由示于图2或图3中的装置执行的脉冲序列的例子。

图6是示于图2或图3的装置中的数据处理单元的方框图。

图7描述了示于图6的数据处理单元的功能。

图8描述了示于图6的数据处理单元的功能。

图9是示于图2或图3的装置中的数据处理单元的方框图。

图10描述了示于图9的数据处理单元的功能。

图11描述了示于图9的数据处理单元的功能。

图12描述了示于图9的数据处理单元的功能。

图13描述了示于图9的数据处理单元的功能。

图14描述了示于图9的数据处理单元的功能。

图15描述了示于图9的数据处理单元的功能。

图16是示于图2或图3中的装置中的数据处理单元的方框图。

图17描述了示于图16的数据处理单元的功能。

图18描述了示于图16的数据处理单元的功能。

图19描述了示于图16的数据处理单元的功能。

具体实施方式

现将参考附图详细描述本发明的一些实施例。图2示出磁共振成像装置的方框图。所述装置是本发明的一个实施例的例子。所述装置的结构显示与本发明的装置有关的实施例。

所述装置的操作显示与本发明的方法有关的实施例。

如图2所示，所述装置包括磁系统100。磁系统100包括磁场线圈单元102、梯度线圈单元106、和RF(射频)线圈单元108。这些线圈单元的每一个具有基本上圆筒的形状，它们彼此同轴布置。成像对象300放置在托架500上，并由传送系统(未示出)移入和移出磁系统100内的空间。

主磁场线圈单元102在磁系统100的内部空间内形成恒定磁场。恒定磁场的方向基本上平行于成像对象300的轴，即形成所谓的水平磁场。主磁场线圈单元102由例如超导线圈构成。但是，显然，它不限于超导线圈，还可由一般导电线圈或类似物构成。

为提供恒定磁场强度梯度，梯度线圈单元106产生梯度磁场。产生的梯度磁场有三种类型，即时间片梯度磁场(slice gradientmagnetic field)、读出梯度磁场(read-out gradient magnetic field)、和相位编码梯度磁场(phase encode gradient magnetic field)，梯度线圈单元106包括对应于这三种类型的梯度磁场的三个梯度线圈系统(未示出)。

为了在处于恒定磁场空间内的成像对象300内激励自旋(spin)，RF线圈单元108形成高频磁场。此后，将形成高频磁场称作为发送RF激励信号。RF线圈单元108还接收电磁波，即磁共振信号，它由激励的自旋产生。RF线圈单元108包括发送线圈(未示出)和接收线圈(未示出)。同一线圈可用作发送和接收线圈，或者发送线圈和接收线圈可用专用线圈。

梯度驱动单元130连接到梯度线圈单元106。梯度驱动单元130向梯度线圈单元106提供驱动信号，以便产生梯度磁场。梯度驱动单元130包括对应于梯度线圈单元106中三个梯度线圈的三个驱动电路(未示出)。

RF驱动单元140连接到RF线圈单元108。RF驱动单元140向RF线圈单元108提供驱动信号，发送RF激励信号并激励成像对象300内的自旋。

数据采集单元150连接到RF线圈单元108。数据采集单元150采集由RF线圈单元108接收的信号，并将它作为数字信号收集。

控制单元160连接到梯度驱动单元130、RF驱动单元140和数据采集单元150。控制单元160分别控制梯度驱动单元130或数据采集单元150。

数据采集单元150的输出侧连接到数据处理单元170。数据处理单元170将从数据采集单元150采集的数据存储在存储器中(未示出)。在存储器中形成数据空间。数据空间包括二维付立叶空间。数据处理单元170变换二维付立叶空间中数据，以便重构成像对象300的图像。

数据处理单元170连接到控制单元160。数据处理单元170处在控制单元160上游并控制控制单元160。显示单元180和操作单元190连接到数据处理单元170。显示单元180显示重构的图像和从数据处理单元170输出的各种信息。操作单元190由工作人员操作并将各种命令、信息等输入到数据处理单元170。

图3示出磁共振成像装置的方框图。该装置是本发明实施例的例子。所述装置的结构显示与本发明的装置有关的实施例的例子。所述装置的操作显示与本发明的方法有关的实施例的例子。

示于图3的装置包含不同于图2中装置的磁系统100’。除了磁系统100’外，它具有与示于图2的装置相同的结构。相同的部件标以相同的符号，而对其的解释从略。

磁系统100’包括主磁场磁单元102’、梯度线圈单元106’、和RF线圈单元108’。这些主磁场磁单元102’和线圈单元的每一个都包括彼此隔开一条缝隙而面对着的对偶。它们还具有基本上盘状的形状，并同轴地配置。成像对象300放置在托架500上，并由传送系统(未示出)移入和移出磁系统100’的内部空间。

主磁场磁单元102’在磁系统100’的内部空间内形成恒定磁场。恒定磁场的方向基本上垂直于成像对象300的轴，即形成所谓的正交磁场。主磁场磁单元102’例如由永久磁体等构成，但自然不限于永久磁体，还可由超导电磁体或一般导电电磁体构成。

为提供恒定磁场强度的梯度，梯度线圈单元106’产生梯度磁场。

产生的梯度磁场有三种类型，并且梯度线圈单元106’包括对应于这三种类型梯度磁场的三种梯度线圈系统(未示出)。

为了在恒定磁场空间中的成像对象300内激励自旋，RF线圈单元108’发送RF激励信号。RF线圈单元108’还接收由激励的自旋产生的磁共振信号。RF线圈单元108’包括发送线圈(未示出)和接收线圈(未示出)。同一线圈可用作发送和接收线圈，或者发送线圈和接收线圈可用专用线圈。

图4示出用于磁共振成像的脉冲序列的例子。这一脉冲序列是自旋回波(SE：Spin Echo)方法的脉冲序列。

具体地说，(1)是用于SE方法中RF激励的90度脉冲和180度脉冲序列，同样地，(2)、(3)、(4)和(5)分别是时间片梯度Gs、读出梯度Gr、相位编码梯度Gp和自旋回波MR序列。90度脉冲和180度脉冲分别由主信号表示。脉冲序列沿着时间轴t从左向右前进。

从该图可以看出，由90度脉冲进行90度自旋激励。在这一时刻，施加时间片梯度Gs，并出现预定时间片的选择性激励。在从90度激励开始的预定的时间后，由于180度脉冲而产生180度激励、即自旋反转。在这里还施加时间片梯度Gs，并出现相同时间片的选择性反转。

在90度激励和自旋反转之间的时间间隔期间，施加读出梯度Gr和相位编码梯度Gp。由于读出梯度Gr而产生移相。由于相位编码梯度Gp而产生相位编码。

在自旋反转后，自旋被读出梯度Gr再定相，并产生自旋回波MR。数据采集单元150收集自旋回波MR作为可视数据。在周期TR(重复时间)，脉冲序列重复64到512次。在每次重复中，相位编码梯度Gp改变，于是每次进行不同的相位编码。这样，得到64到512种可视数据。

自旋回波MR是RF信号，它具有相对于回波中心对称的波形。在从90度激励开始的TE(回波时间)后产生主回波。通过适当地选择TE，可使得水回波和类脂物回波的相位差为π/2。当恒定磁场强度为0.2T时，使得相位差为π/2的TE大约为2τ+8.6ms或2τ-8.6ms。τ是从90度激励到180度激励的时间间隔。从该数量级的TE得到的自旋回波具有足够的信号强度。

用于磁共振成像的脉冲序列的另一个例子示于图5。这一脉冲序列是梯度回波(GRE：Gradient Echo)方法的脉冲序列。

具体地说，(1)是用于GRE方法中RF激励的α度脉冲序列，同样地，(2)、(3)、(4)和(5)分别是时间片梯度Gs、读出梯度Gr、相位编码梯度Gp和自旋回波MR序列。α度脉冲由主信号表示。脉冲序列沿着时间轴t从左向右前进。

如该图所示，由于α度脉冲而产生α度自旋激励，α为90度或更小。在这一时刻，施加时间片梯度Gs，于是出现预定时间片的选择性激励。

在α度激励后，相位编码梯度Gp进行自旋的相位编码。接着，读出梯度Gr首先对自旋移相，于是自旋被再定相，并且产生梯度回波MR。数据采集单元150收集梯度回波MR作为可视数据。在周期TR，这一脉冲序列重复64到512次。在每一次重复中，相位编码梯度Gp改变，于是每一次进行不同的相位编码。这样，得到64到512种可视数据。

梯度回波MR是RF信号，它具有相对于回波中心对称的波形。在从α度激励开始的TE(回波时间)后产生主回波。通过适当地选择TE，可使得水回波和类脂物回波的相位差为π/2。当恒定磁场强度为0.2T时，使得相位差为π/2的TE大约为8.6ms。从该数量级的TE得到的梯度回波具有足够的信号强度。

数据处理单元170的存储器收集由图4或图5的脉冲序列收集的可视数据。当然，应当明白：脉冲序列不限于SE方法或GRE方法，还可包括诸如快速自旋回波(FSE：Fast Spin Echo)方法或回波平面成像(EPI：Echo Planar Imaging)方法。

数据处理单元170对可视数据应用二维付立叶逆变换，以便重构成像对象300的层析X射线照片。重构的图像存储在存储器中。至此，所述装置的结构和功能是按照本发明的成像装置的实施例的例子。

按照重构的图像，数据处理单元170分别产生水部分的图像和类脂物部分的图像。此后，将水部分的图像称作为水图像，而类脂物部分的图像称作为类脂物图像。

在产生水图像和类脂物图像的过程中，数据处理单元170计算对应于恒定磁场的强度分布的相位分布、即相位图。当然，应当明白：相位图不仅用于水和类脂物的分离，而且还用于通常成像中的相位校正。

数据处理单元170是本发明的相位分布测量装置的实施例的例子。数据处理单元170的结构显示与本发明的装置有关的实施例的例子。数据处理单元170的操作显示与本发明的方法有关的实施例的例子。

数据处理单元170利用相位图进行去除磁场非均匀性影响的相位校正。数据处理单元170的结构显示与本发明的装置有关的实施例的例子。数据处理单元170的操作显示与本发明的方法有关的实施例的例子。数据处理单元170还是按照本发明的相位校正装置的实施例的例子。

图6是从分别产生水图像和类脂物图像的观点来看的数据处理单元170的方框图。例如，可以通过计算机程序等来实现该图中每一个方块的功能。下文中这一点是相同的。

就象可从该图看到的那样，数据处理单元170包括滤波单元702。滤波单元702是按照本发明的滤波单元的实施例的例子。将重构的图像从前级的图像重构单元700输入到滤波单元702。例如，重构的图像可以是通过将标准幻像成像而得到的图像。标准幻像仅仅包含水部分。

重构图像的像素数据由复数给出。具体地说，像素数据包含实数分量和虚数分量。此后，实数分量和虚数分量将分别称为实数部分和虚数部分。

在输入图像中，由于除了导致成像对象的磁化变化的磁场不均匀性之外的原因、由类脂物引起的相位变化、由血液循环或身体移动引起的重像或大的噪声、或这些因素的结合，当像素数据的相位局部地受到干扰时，表示复图像数据的向量可能具有例如象图7的区域A所示的各种相位。图7是一维序列像素数据。为简化说明，假定像素数据的信号强度是不变的。

这种输入的图像在滤波单元702经低通滤波。例如通过移动平均过程进行低通滤波。除移动平均外，例如，可对像素数据应用诸如高斯分布的适当加权。

由于低通滤波，以两侧预定数量的邻近像素数据的平均值的形式来计算像素数据，因此每一个像素数据将象例如图8所示的那样。具体地说，在区域A，像素数据的相位大大不同于周围像素数据的相位，因此信号强度由于移动平均而相当地下降。在区域A外，除紧邻的像素数据外，实际上没有这样的不同。

关于这些像素数据，像素位置检测单元704检测那些幅值已减小的像素位置。像素位置检测单元704是按照本发明的像素位置检测单元的一个实施例。当检测像素位置时，也就是查看输入图象。通过检测满足下面方程条件的像素位置来进行像素位置的检测：

或

其中E、e是阈值。

利用上述方程，比较滤波前的图像和滤波后的图像的对应像素的像素数据，并检测信号强度的减小超过了预定限值的像素位置。结果，可以检测属于区域A的像素位置、即存在相位干扰的像素位置。

例如，将阈值E、e确定为基于所有像素数据的式(1)或式(2)的值的标准偏差的统计值。另一种方法是，它们为基于过去经验确定的值。再有，可以根据结果适当地对它们进行调整。

将这样检测到的像素位置信息输入到相位分布计算单元706。输入的图像也输入到相位分布计算单元706。输入到相位分布计算单元706的图像可以是滤波单元702输出的图像。相位分布计算单元706是按照本发明的相位分布计算单元的一个实施例。

相位分布计算单元706计算输入图像的每一个像素数据的相位。通过计算复图像数据的实数部分和虚数部分的反正切来计算相位。在这一过程中，排除上述像素位置进行计算。这样，得到没有那些存在相位干扰的像素位置的数据的相位分布。

关于这种相位分布，由相位补偿单元708对没有相位数据的部分进行相位校正。相位补偿单元708是按照本发明的相位补偿单元的一个实施例。通过插值法来进行相位补偿。插值法可以是插值或相位插值。对于插值计算，根据方便可以使用一阶函数、高阶函数或样条函数。

这样，得到所述数据已完整的相位分布。根据这种相位分布，由相位图形成单元710形成相位图。当形成相位图时，进行相位解卷。当消除了相位分布中的相位干扰时，可以精确地进行解卷，并可得到正确的相位图。

相位图存储在相位图存储器712。在相位校正单元714中，由相位图存储器712存储的相位图被用于重构图像的相位校正。相位校正单元714从图像重构单元700输入将被相位校正的重构图像，以便进行相位校正。利用相位图中对应像素的相位来校正所述像素数据的相位。

将已相位校正的复图像输入到水/类脂物分离单元716。水/类脂物分离单元716是按照本发明的图像形成单元的实施例的例子。水/类脂物分离单元716利用相位校正的复图像的实部产生水图像并利用相位校正的复图像的虚部产生类脂物图像。这样，得到精确的水图像和类脂物图像。产生的水图像存储在水图像存储器718中，类脂物图像存储在类脂物图像存储器720中。

图9示出从产生分开的水图像和类脂物图像的观点来看的数据处理单元170的方框图。例如，可以通过计算机程序等来实现该图中每一个方块的功能。如果恒定磁场的非均匀性是非线性的，则示于该图的数据处理单元170通过包含高阶分量的相应相位图进行相位校正。简言之，与恒定磁场非均匀性的非线性相对应的相位图的高阶分量和低阶分量将称作为高阶相位和低阶相位。

如该图中所示的那样，数据处理单元170包含滤波单元724。滤波单元724与上述的滤波单元702相同。来自图像重构单元700的图像或者稍后描述的相位校正的图像经由转换单元722输入到滤波单元724。由控制单元732来控制转换单元722的转换。

滤波单元724对输入的图像进行低通滤波。滤波单元724是按照本发明的滤波单元的实施例的例子。低通滤波的程度由控制单元732调整。低通滤波的程度还可利用移动平均由数据数和加权来调整。控制器732是按照本发明的滤波调整单元的一个实施例。

由于这种低通滤波，在重构图像中得到象例如图10中示出的相位分布或象图10中示出的平滑的相位分布。这种相位分布仅包含一阶或邻近的低阶相位，而不包含高阶相位。为解释方便，在图10和图11中相位分布退化为一阶。对后面的图而言，这一点是相同的。

对于低通滤波的重构图像，由相位图形成单元726来形成相位图。图5中从像素位置检测单元704到相位补偿单元708的结构可以加入到相位图形成单元726中，并且在修改相位干扰部分后形成相位图。

相位图形成单元726是按照本发明的相位计算单元的一个实施例。相位图形成单元726与上述相位图形成单元710是相同的。当形成相位图时，对卷回部分进行解卷。

低通滤波的图像的相位分布就象图11中所示的那样，并由此得到象图12所示的相位图。由相位校正单元728利用这一相位图对输入图像进行相位校正。相位校正单元728是按照本发明的相位校正单元的一个实施例。相位校正单元728与上述相位校正单元714相同。

相位校正的输入图像的相位分布就象例如图13所示的那样。如这一图所示的那样，对输入图像的一阶或低阶相位进行相位校正，留下高阶相位。留下的高阶相位包含因恒定磁场的非线性性引起的高阶相位。

具有这一相位分布的相位校正的图像经由转换单元730和转换单元722返回到滤波单元724，在那再次进行低通滤波。由控制器732来调整低通滤波程度。将低通滤波程度安排得弱于紧邻前面情况的低通滤波程度。例如可以通过去除一些移动平均的数据使低通滤波程度减弱。

由于这一低通滤波，例如图13所示的图像的相位分布变得象图14所示的那样。图14包含依赖于低通滤波减弱程度的高阶相位。

相位图形成单元726从这一低通滤波的图像来形成相位图。由此得到的相位图与图14所示的相位图相同。相位校正单元728现利用这一相位图对已经相位校正的图像再次进行相位校正。

对相位校正的图像的相位分布已完成高阶相位的相位校正，例如象图15所示。这样可以校正由恒定磁场的非线性性引起的高阶相位。

如果在这一级还将对图像进行留下的高阶相位的校正。再次将相位校正的图像经由转换单元722返回到滤波单元724。进一步减小滤波单元的滤波程度，进行低通滤波，并利用从滤波的图像算得的相位图进行第三相位校正。重复这一处理到需要的次数。换句话说，循环地形成所述相位图和利用这一相位图进行相位校正。包含控制器732和转换单元722、730的部件是按照本发明的控制单元的一个实施例。

在每一情况中，逐步减弱低通滤波程度。相反地，最初可以将低通滤波程度设得弱，并在每一情况中逐步加强低通滤波程度。为了加强低通滤波程度，例如可以增加移动平均的数据数。在每一情况中，低通滤波程度也可以相同。

可以在上述重复期间的任何时间显示相位校正的图像。这样，可在任何时间检验相位校正的程度，这样进行更加适合的相位校正。

最后，将相位校正的图像经由转换单元730输入到水/类脂物分离单元716。水/类脂物分离单元716分别形成水图像和类脂物图像，并将它们存储在水图像存储器718和类脂物图像存储器720中。进行相位校正，直到高阶分量，这样得到精确的水图像和类脂物图像。

当由成像对象300得到的图像用作为原始图像来计算相位图时，由于上述的脉冲序列，水图像和类脂物图像具有π/2的相位差，因此在对应类脂物图像的点，由于恒定磁场的非均匀性，所述相位图具有添加了π/2的相位。

如果用这样的相位图来进行相位校正，即使水图像和类脂物图像的相位差被校正，也不再可能得到分离的水和类脂物的图像。因此，当算得由成像对象300得到的图像的相位图时，进行后面的处理。

从计算图像的相位图的观点，图16示出数据处理单元170的方框图，所述图像中水图像和类脂物图像具有π/2的相位差。如该图所示，数据处理单元170包括能量(power)图像形成单元902和相位分布计算单元904。将重构的图像输入到能量图像形成单元902和相位分布计算单元904。

能量图像形成单元902对每一个像素计算复数数据的功率，并形成其中这一功率被认为是像素值的图像、即能量图像。相位分布计算单元904计算重构的图像的相位分布。图17(a)示出相位分布的示意图。该图示出当层析X射线照片包含包围它的水图像和类脂物图像时相位分布图是一维图时的情况。

如果假定恒定磁场是均匀的，当水图像的相位是0时，所述一维相位分布图(此后简单地称为相位分布)应当具有该图点划线示出的轮廓，可是如果恒定磁场例如具有直线斜率的非均匀性，则相位分布将由实线示出的那样。

将相位分布输入到相位四倍器906。相位四倍器906将相位分布中的每一个相位乘以4。结果得到图17(b)示出的相位分布。如该图所示，由于四倍而使水和类脂物之间的相位差变成2π，因此两者具有相同的相位。应当注意到在相位分布中出现卷回，并且在水和类脂物的边界出现相位的中断或急剧变化。

将这一相位分布输入到复图像形成单元908。还将能量图像形成单元902的能量图像输入到复图像形成单元908。复图像形成单元908根据相位分布和能量图像来形成复图像。

计算作为能量图像数据的余弦的复图像的实数部分。计算作为能量图像数据的正弦的复图像的虚数部分。用于计算余弦和正弦的角是相位角。

将复图像经由低通滤波器910输入到相位分布计算单元912。相位分布计算单元912用经低通滤波的复图像来形成相位分布。由于低通滤波，在相位分布中，消除了示于图18(a)的相位中断和急剧变化，例如象图18(b)所示的那样。

将这一相位分布输入到相位解卷单元914。相位解卷单元914对具有图19(a)示出的卷回的相位进行解卷，以至它象图19(b)所示的那样被解卷。

将解卷的相位分布输入到1/4相位乘法器916。1/4相位乘法器916将输入的相位乘以1/4。结果，得到示于图19(c)的相位分布。这一相位分布对应当成像对象300只是水时的相位分布。因此，这一相位分布表示恒定磁场强度分布、即恒定磁场的非均匀性。

在图5中用相位分布计算单元706的处理、以及在图8中用相位图形成单元726的处理来取代这一处理，可以得到不受类脂物影响的相位图。

可以构成本发明的范围广泛的许多不同的实施例而不脱离本发明的精神和范围。应当指出，除了在后附的权利要求书中定义的之外，本发明不限于本说明书中描述的特定实施例。

Claims (13)

1.一种相位校正方法，它包括如下步骤：

对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波，以产生低通滤波图像；

根据所述低通滤波图像来计算相位分布，以提供所计算的相位分布；

根据所述计算的相位分布在所述低通滤波前对图像进行相位校正，以提供相位校正图像；

对所述相位校正图像进行低通滤波，以提供新的低通滤波图像；

根据所述新的低通滤波图像计算新的相位分布，以提供新计算的相位分布；以及

根据所述新计算的相位分布对所述相位校正图像进行相位校正。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：对所述相位校正图像进行低通滤波以提供新的低通滤波图像的步骤、根据所述新的低通滤波图像计算新的相位分布以提供新计算的相位分布的步骤和根据所述新计算的相位分布对所述相位校正图像进行相位校正的步骤周期性地重复。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：每次进行所述低通滤波时逐渐地减弱所述低通滤波。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：每次进行所述低通滤波时逐渐地加强所述低通滤波。

5.一种相位校正装置，它包括：

滤波单元，用于对通过磁共振成像得到的图像进行低通滤波；

计算单元，用于根据经低通滤波的所述图像来计算相位分布；

校正单元，用于根据经计算的所述相位分布在所述低通滤波前对图像进行相位校正；以及

控制单元用于使得再次通过所述滤波单元对相位校正的图像进行低通滤波，通过所述计算单元根据再次被低通滤波的图像来计算新的相位分布，以及再次通过所述校正单元根据经计算的新的相位分布来对相位校正的图像进行相位校正。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述控制单元使再次通过滤波单元对相位校正的图像进行低通滤波，通过计算单元根据再次被低通滤波的图像来计算新的相位分布以及再次通过校正单元根据经计算的新的相位分布来对相位校正的图像进行相位校正周期性地重复操作。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述控制单元使所述滤波单元在每次滤波时提供逐渐减弱的低通滤波。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述控制单元使所述滤波单元在每次滤波时提供逐渐加强的低通滤波。

9.一种磁共振成像装置，它包括：

成像单元，用于利用磁共振成像来得到成像对象的图像，

滤波单元，用于对通过磁共振成像得到的所述图像进行低通滤波，以提供低通滤波图像；

计算单元，用于根据所述低通滤波图像来计算相位分布，以提供所计算的相位分布；

校正单元，用于根据所述计算的相位分布来在低通滤波前对所述图像进行相位校正，以提供相位校正图像；

控制单元，用于使得再次通过所述滤波单元对所述相位校正图像进行低通滤波，通过所述计算单元根据再次被低通滤波的图像来计算新的相位分布，以及再次通过所述校正单元根据经计算的新的相位分布来对所述相位校正图像进行校正；以及

产生单元，用于利用相位校正图像的像素数据的相位差分别产生水图像和类脂物图像。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述控制单元使所述滤波单元、所述计算单元以及所述校正单元循环操作。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于：还包括用于调整所述滤波单元的单元，使得对于每次低通滤波步骤，低通滤波逐渐减弱。

12.如权利要求10所述的装置，其特征在于：还包括用于调整所述滤波单元的单元，使得低通滤波随每次低通滤波步骤而逐渐加强。

13.一种磁共振成像方法，它包括以下步骤：

利用磁共振来得到成像对象的图像，

对通过磁共振成像得到的所述图像进行低通滤波；

根据经低通滤波的图像来计算相位分布；

根据在先步骤得到的所计算的相位分布在低通滤波前对图像进行相位校正；

对在先步骤得到的相位校正图像进行低通滤波；

根据在先步骤获得的新的低通滤波图像计算新的相位分布；

根据在先步骤获得的新计算的相位分布再次对相位校正图像进行相位校正；以及

利用在先步骤获得的相位校正图像的像素数据的相位差分别产生水图像和类脂物图像。

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