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专利号: 2017105363221
申请人: 南京拓谱医疗科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三维多参数加权磁共振成像的同步采集和校准方法,其特征在于,在常规三维快速自旋回波基础上,射频脉冲波形选用最小相位SLR脉冲,采样期施加三个极性交替的频率编码梯度,其中梯度G1的积分面积是梯度G2的一半,二者极性相反,且梯度G2、G3和G4的积分面积相等,G3和G2的极性相反,ΔG2和ΔG4为补偿梯度,每次射频激发采集多组回波,每组回波包括两个梯度回波和一个自旋回波,回波顶点之间的时间间隔Δτ设置为1/Δf/n,其中Δf为水脂共振频率差,n一般选2、3或4,然后,将上述成像序列编译后加载到MRI成像系统的谱仪上,并按照工作流程进行数据采集和处理。

2.根据权利要求1所述的三维多参数加权磁共振成像的同步采集和校准方法,其特征在于,射频脉冲选用具有均匀激发特征的最小相位SLR脉冲,其时带积优先为8,脉宽优选为

2ms,带内和带外纹波系数均不大于0.5%。

3.根据权利要求1或2所述的三维多参数加权磁共振成像的同步采集和校准方法,其特征在于,所述数据采集和处理采用以下流程:A.信号调试模块100在无相位编码条件下实时采集信号并通过实时调节G1、ΔG2和ΔG4进行回波峰间隔校准和回波幅度校准;

B.预扫描模块110采集预设区域的自有感应衰减信号FID并进行一维傅立叶变换,自动测试中心频率随时间的变化Δν,直到中心频率偏移Δν<5Hz;

C.扫描模块120基于上述成像序列进行信号激发、空间编码、化学位移编码和数据采集,其中二维平面相位编码方向采用半傅立叶采集方式,选层方向采用多叠交替射频激发方式,通过设置回波串长度ETL、回波时间TE和序列重复时间TR实现三种不同的图像加权方式,包括T1加权、PD加权和T2加权,并在序列循环之间基于ky=0对应的k空间线实时测试中心频率νs及其偏移Δν并按照 自动校准厚块位置 对应的梯度Gs;

D.数据预处理模块130在选层方向进行傅立叶逆变换产生对应于DIM3个层面的一系列二维复数矩阵,并从每个复数矩阵中分离出DIM4个k空间复数矩阵DIM1×DIM2,这些矩阵分别包含水脂同相和反相信号,其中DIM1、DIM2和DIM4分别指频率编码数、相位编码数和化学位移编码数,再基于预扫描结果计算同相和反相信号的线性相位误差和高阶相位误差以消除场不均匀、剩磁和涡流效应并校正信号幅度;

E.图像重建模块140基于相位校正后的k空间矩阵通过半傅立叶重建方式分别产生T2加权或T1加权/PD加权的水脂同相图SB和水脂反相图SA和SC;

F.水脂分离模块150基于水脂同相和反相图分别产生水像Sw和脂肪像Sf。对于Δτ=1/Δf/2情况,任一层面j的水脂分离图像按下式计算得到:其中 用于确定Sw-Sf的符号,SA’和SC’分别指

A C

消除起始相位后的S和S ,上标A、B和C分别表示图像中水脂信号的相位差分别为-π、0和+π;

同时,基于 获得T2*加权图像,并基于 获得磁场均匀

度分布图或称场图;最后基于下式

采用迭代最小二乘法拟合法获得水脂完全分离的水像和脂肪像。

4.根据权利要求3所述的三维多参数加权磁共振成像的同步采集和校准方法,其特征在于,按下述方式采集参考数据并计算相位误差:(1)在所有相位编码梯度关闭条件下,设置DIM2=ETL,采集ETL个回波组,每组包括A、B和C三个回波,其回波峰相位分别为-π、0和+π,并对每组的回波B取复数共轭和时间反演,再沿频率编码方向对每组回波进行离散逆傅立叶变换,得到一系列混合空间矩阵元PiA、PiB和PiC,这里i表示分段激发的各回波编号,取值范围为1至ETL;

(2)在所有相位编码梯度关闭且频率编码梯度极性反转条件下,设置DIM2=ETL,重新采集ETL个回波组,并对每组的回波B取复数共轭和时间反演,再沿频率编码方向对每组回波进行离散逆傅立叶变换,得到一系列混合空间矩阵元 和 这里i在1至ETL范围依次取值;

(3)计算PiA和 之间的相位差、PiB和 之间的相位差以及PiC和 之间的相位差和 这里i在1至ETL范围依次取值;

(4)如果α、β和γ有相位缠绕则采用多项式拟合法或区域增长法进行相位解缠;

5.根据权利要求3所述的三维多参数加权磁共振成像的同步采集和校准方法,其特征在于,在场漂效应或具有长时间常数的涡流效应显著情况下,按下述方式采集参考数据并计算相位误差:(1)在相位编码梯度关闭条件下按照上述方式采集整个k空间矩阵并重排为DIM1×DIM2×DIM3×DIM4矩阵,再沿选层方向进行一维离散逆傅里叶变换,获得一系列二维k空间矩阵,对其中回波B对应的k空间线进行复数共轭和时间反演,按化学位移相位编码数DIM4=3分离采集矩阵,再沿频率编码方向进行一维离散傅里叶变换,得到任一层面的复矩阵EA、EB和EC;

(2)EA的矩阵元沿相位编码方向分为DIM2/ETL组,通过四象限反正切函数计算两两相邻组之间的相位差 这里i取值范围为1至ETL,g取值范围为1至DIM2/ETL-1,这样得到相位矩阵 再将相位矩阵的各列拟合到 其中i取值范围为1至ETL;

(3)同样,对回波B和回波C分别按类似方式得到相位差 和 并分别拟合到

和 其中i取值范围为1至ETL。

6.根据权利要求3所述的三维多参数加权磁共振成像的同步采集和校准方法,其特征在于,三维/二维快速多回波序列在三维成像模式下采用多叠交替射频激发方式,基于ky=

0对应的k空间线实时测试中心频率νs及其偏移Δν并按照 自动校准厚块位置 对应的梯度Gs;根据回波串长度ETL、回波时间TE和重复时间TR选择T1加权或PD加权或T2加权方式;并在正常相位编码条件下采用分段激发方式采集DIM2·X%/ETL个回波组,每组包括A、B和C三个回波对应于回波时间TE、TE-Δt和TE+Δt,X%优选为55%;在正交接收或多通道接收模式下,回波信号合成方式是 是通道i接收的层面j磁共振信号,ai和ΔΦi分别是通道i的灵敏度权重因子和相移,其标定方式如下:(1)对通道i采集的ky=0对应的矩阵行进行一维傅立叶变换,取模并计算最大值Imax;

(2)计算矩阵元素I>5%·Imax的横坐标范围[p1,p2]并求绝对值积分面积Ai;

(3)基于四象限反正切函数计算[p1,p2]范围的相位φi,基于Itoh算法展开相位φi并计算其平均值,(4)对每个通道重复上述过程,计算相移ΔΦi=<Φi>-<Φi-1>,在计算灵敏度权重因子ai=Ai/∑Ai。

7.根据权利要求3所述的三维多参数加权磁共振成像的同步采集和校准方法,其特征在于,按下述方式进行相位校正和幅度校正:(1)在正常相位编码条件下采集的整个k空间矩阵(DIM1×DIM2×DIM3×DIM4)沿选层方向进行一维离散逆傅里叶变换,获得各扫描层面的二维k空间矩阵,任一层面的k空间矩阵包括DIM2条k空间线,每条k空间线包含DIM1×DIM4个复数点,可按DIM4分离为和(2)对KB取复数共轭和时间反演,然后将KA、KB和KC沿频率编码方向进行一维离散逆傅立叶变换后得到一系列混合空间的复数矩阵 和 再沿相位编码方向分为g=DIM2/ETL组,每组分别乘以 和 其中i从1至ETL依次取值。

(3)按上述方式校正相位误差后将 和 按照相位编码梯度表重新排序,得到复矩阵 和 然后将 和 沿相位编码方向后进行一维离散逆傅里叶变换,由此获得任一层面的同相图和反相图 和 或者,在半傅立叶采集情况下,将 和 沿频率编码方向后进行一维离散傅里叶变换后按照Cuppen或POCS算法进行半傅立叶重建。

(4)分别对PiA、PiB和PiC取模,得到|PiA|、|PiB|和|PiC|,并分别对 和 取模,得到 和 这里i从1至ETL取值,计算幅度校正因子矩阵和 这里i从1至ETL取值,再将 和

沿相位编码方向分为g=DIM2/ETL组,每组ETL行矩阵元素分别除以ai,bi和ci,其中i从1至ETL取值;

(5)按上述方式校正幅度不对称性后将 和 按照相位编码梯度表重新排序,得到复矩阵 和 再将 和 沿相位编码方向进行一维离散逆傅里叶变换,由此获得任一层面的同相图和反相图 和 其中 等价于常规T2或T1或PD加权图像;或者,在半傅立叶采集情况下,将 和 沿频率编码方向后进行一维离散傅里叶变换后按照Cuppen或POCS算法进行半傅立叶重建。

8.根据权利要求3所述的三维多参数加权磁共振成像的同步采集和校准方法,其特征在于,在场漂效应或具有长时间常数的涡流效应显著情况下,按下述方式进行相位校正:(1)在正常相位编码条件下采集的整个k空间矩阵(DIM1×DIM2×DIM3×DIM4)沿选层方向进行一维离散逆傅里叶变换,获得一系列二维k空间矩阵,每个矩阵按照DIM4=3分离为三个DIM1×DIM2矩阵并沿频率编码方向进行一维离散傅里叶变换得到复矩阵FA、FB和FC;

A B C

(2)将F、F和F沿相位编码方向分为DIM2/ETL组,每组乘以 和 进行残余相位误差校正,这里i取值范围为1至ETL;

(3)按相位编码梯度表重排k空间线,并沿频率编码方向进行一维离散逆傅里叶变换到图像域,对每个层面的k空间矩阵重复上述数据处理过程,得到图像域复数矩阵 和这里j从1至DIM3取值。

9.根据权利要求3所述的三维多参数加权磁共振成像的同步采集和校准方法,其特征在于,对于Δτ=1/Δf/2情况,任一层面j的水像和脂肪像分别计算为同时,基于 获得T2*加权图像,并基于 获得磁场

均匀度分布图。

10.根据权利要求3所述的三维多参数加权磁共振成像的同步采集和校准方法,其特征在于,在低场MRI系统上设置Δτ=1/Δf/3,每组回波的化学位移编码相位分别设置为-2π/

3,0,2π/3,三个不同的回波时间满足条件t2-t1=1/3/Δf和t3-t2=1/3/Δf,在场强很低情况下,Δτ设置可为1/Δf/4,回波峰的相位分别设置为-π/2,0,+π/2,基于下式采用迭代最小二乘法拟合法获得水脂分离完全的水像和脂肪像。