磁共振成像系统快速自旋回波的相位校正方法及其应用

摘要

本发明公开了一种磁共振成像系统快速自旋回波的相位校正方法及其应用。快速自旋回波(FSE)脉冲序列由于射频回聚脉冲的不完美而产生受激回波，从而引起相位错误，产生伪影。为了消除这种伪影，本发明采用预扫描的方法，通过梯度和调整射频回聚脉冲的相位使自旋回波与受激回波位置重合，消除FSE的零阶和一阶相位误差，从而消除由相位误差引起的伪影，以提高图像质量。

权利要求

1.一种磁共振成像系统快速自旋回波的相位校正方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用FSE序列分别对每层进行预扫描，并对每层进行多次激发；

(2)关闭相位编码方向的梯度，采集K空间中心的回波，每次激发采集N个回波；

(3)将预扫描出的数据进行处理，计算出校正梯度的数值以及回聚脉冲的初始相位；

(4)添加校正梯度以及改变回聚脉冲的初始相位对FSE序列进行校正；

其中所述步骤(3)中对预扫描出的数据进行处理具体步骤如下：(1)首先对各个通道数据进行逆傅里叶变换；

(2)分别对各通道进行数据处理，然后进行多通道合成；

(3)对合成后的数据进行处理，通过多次激发获得的数据，可以分别得到自旋回波信号和受激回波信号的数据；

(4)通过(3)中得到的自旋回波数据，用第一个自旋回波数据计算出调整梯度G11的值；

通过受激回波的数据计算出调整梯度G13，然后再通过第二个自旋回波数据与G11和G13计算出调整梯度G12的值，从而校正相位的一阶相位误差；

(5)对上述回波的数据进行处理，通过计算出的一阶相位误差对自旋回波数据进行相位补偿，消除一阶相位误差对回波相位带来的影响；

(6)通过(5)中校正得到的自旋回波数据，然后通过线性拟合，分别计算第一回波和第二回波的相位截距，计算出两相位的截距差，用于调整回聚脉冲的相位；

(7)按照上述方法，对每层进行校正，每层都需要计算调整梯度与回聚脉冲的调整相位。

2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统快速自旋回波的相位校正方法，其特征在于，所述步骤(1)中激发脉冲和回聚脉冲的初始相位不一样。

3.根据权利要求1所述的磁共振成像系统快速自旋回波的相位校正方法，其特征在于，所述步骤(1)中多次激发的激发次数不超过4次。

4.一种磁共振系统，其特征在于，使用了权利要求1-3中任一种的磁共振成像系统快速自旋回波的相位校正方法进行校正。

说明书

磁共振成像系统快速自旋回波的相位校正方法及其应用

技术领域

[0001] 本发明属于磁共振成像领域，具体涉及一种磁共振成像系统快速自旋回波的相位校正方法及其应用。

背景技术

[0002] 磁共振成像技术已经成为现代医学诊断中一种常用的技术手段，采用常规磁共振成像序列进行扫描，单次扫描时间需要几分钟。而采用快速成像序列进行扫描，单次扫描时间会大大缩短。快速自旋回波脉冲序列成为快速成像序列中最常用的序列，在磁共振成像系统中得到广泛应用。与标准的自旋回波序列相比，FSE序列的扫描效率大大提高，大约是标准自旋回波序列的 ETL(Echo Train Length)倍。然而，由于射频脉冲的不完美，FSE序列会产生受激回波，从而导致图像产生伪影，降低图像质量。为了减小或消除这种因素对图像的影响，通常在正式图像扫描之前添加预扫描。

[0003] 美国专利US5378985和US6369568提供了一种FSE序列预扫描方案。零阶段位误差，即与位置无关的一个相位误差量。一阶相位误差，即与位置一阶相关的一个相位误差量。通过关闭相位编码方向的梯度进行扫描，通过选取回波链中的一奇一偶两个回波，根据它们的零阶相位误差来校正射频回聚脉冲的相位，根据它们的一阶相位误差来校正“读方向”的散相梯度，再通过关闭“读方向”梯度校正相位编码梯度，最后通过遍历回波信号最大来校正层选方向的梯度。

[0004] 上述的预扫描方案对改善FSE图像质量有很大作用，然而该方案依然存在如下一些问题：

[0005] 1)该方案未考虑到受激回波对图像质量的影响，而受激回波是造成图像伪影的主要原因之一。

[0006] 2)该方案采用阈值的方法来决定预扫描是否继续，说明该方案需要的扫描次数是多次，这大大增加了扫描时间。

发明内容

[0007] 本发明目的是：提供一种只需进行一次预扫描，即可完成对FSE脉冲序列的相位校正，大大地提高了校正效率，降低了预扫描所需时间的磁共振成像系统快速自旋回波的相位校正方法。

[0008] 本发明的技术方案是：一种磁共振成像系统快速自旋回波的相位校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0009] (1)采用FSE序列分别对每层进行预扫描，并对每层进行多次激发(一般不超过4次)；

[0010] (2)关闭相位编码方向的梯度，采集K空间中心的回波，每次激发采集N个回波；

[0011] (3)将预扫描出的数据进行处理，计算出校正梯度的数值以及回聚脉冲的初始相位；

[0012] (4)添加校正梯度以及改变回聚脉冲的初始相位对FSE序列进行校正。

[0013] 具体的：

[0014] (1)对所有层采用FSE脉冲序列进行预扫描，预扫描回波链为N。通过改变射频激发脉冲以及射频回聚脉冲的相位，分别采集N个回波。

[0015] (2)将采集到的数据进行处理，分别得到自旋回波和受激回波数据，通过计算第一个自旋回波的最大峰值的位置与采样“窗口”中心的位置，计算出补偿梯度G11的值。

[0016] (3)通过受激回波的最大峰值的位置与采样“窗口”中心的位置，计算出补偿梯度G13的值。

[0017] (4)通过第二个自旋回波最大峰值的位置与采样“窗口”中心的位置，计算出补偿梯度G12的值。

[0018] (5)通过三个梯度的补偿消除FSE脉冲序列的第一阶相位误差。

[0019] (6)通过对数据的处理，计算出射频回聚脉冲相位所需的改变值。从而消除FSE序列的零阶相位误差。

[0020] 整个校正过程只需一次序列扫描，对需扫描的所有层进行校正，每层所校的梯度补偿值与相位值都不一样。

[0021] 优选的，所述步骤(3)中对预扫描出的数据进行处理具体步骤如下：

[0022] (1)首先对各个通道数据进行逆傅里叶变换；

[0023] (2)分别对各通道进行数据处理，然后进行多通道合成；

[0024] (3)将对合成后的数据进行处理，通过多次激发获得的数据，可以分别得到自旋回波信号和受激回波信号的数据；

[0025] (4)通过(3)中得到的自旋回波数据，用第一个自旋回波数据计算出调整梯度G11的值；通过受激回波的数据计算出调整梯度G13，然后再通过第二个自旋回波数据与G11和G13计算出调整梯度G12的值，从而校正相位的一阶相位误差；

[0026] (5)对上述回波的数据进行处理，通过计算出的一阶相位误差对自旋回波数据进行相位补偿，消除一阶相位误差对回波相位带来的影响；

[0027] (6)通过(5)中校正得到的自旋回波数据，然后通过线性拟合，分别计算第一回波和第二回波的相位截距，计算出两相位的截距差，用于调整回聚脉冲的相位；

[0028] (7)按照上述方法，对每层进行校正，每层都需要计算调整梯度与回聚脉冲的调整相位。

[0029] 本发明的优点是：

[0030] 快速自旋回波(FSE)脉冲序列由于射频回聚脉冲的不完美而产生受激回波，从而引起相位错误，产生伪影。为了消除这种伪影，本发明采用预扫描的方法，通过梯度和调整射频回聚脉冲的相位使自旋回波与受激回波位置重合，消除FSE的零阶和一阶相位误差，从而消除由相位误差引起的伪影，以提高图像质量。

附图说明

[0031] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

[0032] 图1回波相位时序演变示意图。

[0033] 图2回波位置计算示意图。

[0034] 图3两个自旋回波截距差示意图。

[0035] 图4FSE相位校正预扫描示意图。

[0036] 图5相位校正后的FSE正常扫描序列示意图。

具体实施方式

[0037] 实施例：采用正常图像扫描FSE序列，关闭相位编码方向的梯度，对激发脉冲和回聚脉冲的相位进行调制。主要步骤如下：

[0038] 1)采用FSE序列进行预扫描，关闭相位编码方向，每层进行扫描，每层多次激发(一般不超过4次)，每次激发采集N个回波。

[0039] 2)通过激发脉冲和回聚脉冲的相位调制，进行多次激发，多次激发中，激发脉冲和回聚脉冲的初始相位不一样。

[0040] 3)对采集的数据进行处理，具体方法会由下文的发明内容说明。

[0041] 4)通过前面的相位调制，预扫描所采集的N个回波的信号为自旋回波或自旋回波与受激回波的混合信号。通过多次激发的数据，即可分别得到自旋回波和受激回波。

[0042] 5)通过(4)中得到的自旋回波数据，用第一个自旋回波数据计算出调整梯度G11的值。通过自旋回波的数据计算出调整梯度G13，然后再通过第二个自旋回波数据与G11和G13计算出调整梯度G12的值，从而校正相位的一阶相位误差。具体的计算方法由下文中的发明内容说明。

[0043] 6)对上述回波的数据进行处理，通过计算出的一阶相位误差对自旋回波数据进行相位补偿，以消除一阶相位误差对回波相位带来的影响，为后面的零阶相位误差的校正做数据准备。

[0044] 7)通过(6)中校正得到的自旋回波数据，然后通过线性拟合，分别计算第一回波和第二回波的相位截距，计算出两相位的截距差，用于调整回聚脉冲的相位，具体的计算与处理的方法在下文中的发明内容说明。

[0045] 8)按照上述方法，对每层进行校正，每层都需要计算调整梯度与回聚脉冲的调整相位。

[0046] 通过预扫描，计算出调整梯度G11、G12、G13以及回聚脉冲的调整相位，在正常图像扫描时，在读方向添加调整梯度，梯度位置如图4所示。并对序列的每个回聚脉冲相位进行调整，调整值由预扫描计算得到。

[0047] 总而言之，本文的预扫描过程仅需一次扫描，每层进行激发，激发多次，扫描K空间中心行，然后对扫描得到的数据进行处理，计算出所需的调整值，对正式扫描序列进行调整。预扫描序列也是基于正式扫描的序列架构，所以无需设计新的序列进行预扫。整个校正过程所需时间很短，这大大节省了扫描时间。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0048] 1)采用FSE序列进行预扫描，分别对每层进行预扫描，每层进行多次激发。

[0049] 2)关闭相位编码方向的梯度，采集K空间中心的回波。

[0050] 3)多次激发中，激发脉冲和回聚脉冲的初始相位不一样。

[0051] 4)预扫描完成后，对扫描得到的数据进行处理，通过扫描出的数据计算出校正梯度的数值以及回聚脉冲的初始相位。

[0052] 5)在正式FSE序列扫描时，通过添加校正梯度以及改变回聚脉冲的初始相位对FSE序列进行校正。

[0053] 本发明主要通过对激发脉冲和回聚脉冲的初始相位的调制来控制信号的采集，每层进行多次激发，每次激发获得N个回波数据。

[0054] 对采集到的数据进行处理，首先是将各个通道的数据进行合成，具体步骤如下：

[0055] 1)首先对各个通道数据进行逆傅里叶变换。

[0056] 2)分别对各通道进行数据处理，然后进行多通道合成。

[0057] 然后是对合成后的数据进行处理，通过多次激发获得的数据，可以分别得到自旋回波信号和受激回波信号的数据。

[0058] 为了精确计算出调整梯度的值，本文通过两种方法来计算调整梯度的梯度值，然后通过对两种方法计算出来的梯度值进行比较，最终确定调整梯度的梯度值大小。

[0059] 1)对得到的自旋回波信号和受激回波信号数据分布进行处理，计算出各回波数据的模值，通过遍历找到回波数据的最大值，也就是回波中心，记录下各回波中心的位置X0。如图1所示。图1为三个射频脉冲产生的回波相位随时间变化的示意图，图中黑线部分表示自旋回波的相位变化，虚线部分表示受激回波的相位变化，产生受激回波的磁化矢量由于第二个射频脉冲的作用会回到纵向平面，所以受激回波的相位在第二个和第三个射频脉冲之间保持不变，如图5所示，调整梯度G11加在第一个采样窗之前，所以G11 用于校正第一个自旋回波的回波中心位置，而受激回波的回波中心位置不受调整梯度G11和G12的影响，只受调整梯度G13的影响，所以G13用于校正受激回波的回波中心位置。第二个自旋回波中心位置受调整梯度G11、G12 和G13三个梯度的共同作用。

[0060] 为了进一步提高回波中心位置的精确度，可以通过减小采样时间间隔，增大采样点数，保持总采样时间不变，增大FOV，从而进一步确定回波中心位置。具体为，如采样带宽为x，采样点数为y，得到中心点的拟合误差为z，校正梯度误差往往随采样带宽的减小而增大。为了降低校正误差，与扫描过程中通常采用增加采样带宽和采样点数，使误差控制在极小的范围内，进一步减小FSE的伪影。

[0061] 获得回波中心位置后，进行二次拟合，然后通过拟合出的方程计算出回波中心。然后计算回波中心与采样窗中心的差值ΔN，如图2所示。

[0062] 2)对自旋回波和受激回波的数据进行一维反傅里叶变换，得到回波数据中每个点的相位值。

[0063]

[0064] ΔN＝Φ(Δx)*N(2*π) 公式(2)

[0065] 上述公式中的r为旋磁比，g为读梯度方向的读梯度值，Δx为单个体元在读方向的大小，m为间隔的点数，N为采样点数，ΔN为采样窗中心与采集回波中心的间隔采样点数。

[0066] 通过公式(1)可以推出公式(2)，只需要知道单位体元内的相散值Φ (Δx)就可以计算出ΔN，而Φ(Δx)可以通过公式(1)求得，更加精确的相散Φ(Δx)可以通过如下方法获得，首先通过公式(1)求得在X位置上的体元的相散，然后通过线性拟合的方法，所得到的截距就是各个位置体元相散Φ(Δx)的平均，从而求出回波中心位移ΔN，并计算出回波中心位置 X1。

[0067] 将上述所求出的回波中心位置X1与之前通过寻求最大值所得到的回波中心位置X0进行比较，若X1与X0相差较大，则以X0为回波中心位置计算调整梯度，反之，则以X1为回波中心位置计算调整梯度。

[0068] 得到各回波中心后，通过公式，补偿梯度＝(回波中心位置-采样窗中心位置)*采样时间间隔*读梯度/补偿梯度持续时间，算出所需补偿梯度的值。

[0069] 经过上述方法的校正，可以消除回波中心位移，用上述方法得到的截距，即体元内的相散Φ(Δx)，对所采集的数据进行校正，消除一阶相位误差所带来的相散。

[0070] 当一阶相位误差所带来的相散消除后，相位误差只剩下与位置无关的零阶相位误差，这需要通过改变回聚脉冲的相位来消除零阶相位误差。具体校正过程如下：

[0071] 1)使用上述一阶相位误差校正好的数据，进行零阶相位误差的校正，取两个自旋回波的校正数据，求出回波各点的相位，然后对相应点上的相位进行线性拟合，求得两自旋回波的截距。

[0072] 2)使用上述一阶相位误差校正好的数据，进行零阶相位误差的校正，取两个自旋回波的校正数据，求出回波各点的相位，然后对相应点上的相位进行加权线性拟合，求得两自旋回波的截距。

[0073] 3)通过比较上述两种方法的线性拟合的误差值的大小，选择线性拟合误差较小的截距。将所求得的两个回波的截距进行相减，截距差的一半用于偏移回聚脉冲的相位，即在回聚脉冲原有相位的基础上加上该值。即图3所示的ΔΦ0的一半。

[0074] 图4为FSE相位校正预扫描序列示意图，预扫描序列基本架构基于正常扫描的FSE序列，在原有序列的基础上关闭相位编码方向的梯度，然后对激发脉冲和回聚脉冲的相位进行调制，每层进行多次激发，每次激发采集 N个回波。

[0075] 图5为FSE相位校正之后正常扫描的序列示意图。图5显示在正常扫描的FSE序列基础上，在读方向上加上了调整梯度，显示了调整梯度所加的位置。并对回聚脉冲的相位进行了调整。图4和图5中：90°—激发脉冲， 180°—回聚脉冲，G11、G12、G13—调整梯度。

[0076] 本发明采用预扫描的方法，通过梯度和调整射频回聚脉冲的相位使自旋回波与受激回波位置重合，消除FSE的零阶和一阶相位误差，从而消除由相位误差引起的伪影，以提高图像质量。

[0077] 当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。