专利名称：磁共振系统及其水脂分离成像方法、装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁共振系统，尤其涉及磁共振系统的水脂分离成像方法、装置。
背景技术：
在磁共振成像中，人体组织中的脂肪中的氢质子和其它非脂肪中的氢质子所处的分子环境不同，使得它们的共振频率存在微小差异，称为化学位移。Dixon最早提出利用化学位移效应获得磁共振成像中的水图像和脂肪图像。Dixon方法的原理是假设人体中的每个体素只有水和脂肪两种成分，因而磁共振图像中的每个像素点由水的宏观磁化矢量和脂 肪的宏观磁化矢量合成。根据化学位移原理，当水和脂肪中的氢质子同时受到射频脉冲激励后，它们的弛豫时间也不一样，在不同的回波时间采集信号，水和脂肪表现出不同的信号强度。因而在常规自旋回波序列基础上，通过调节不同的回波时间，可以在理论上精确地获得水和脂肪两个磁化矢量的任意夹角。而实际工程应用中由于系统噪声、涡流效应、主磁场不均匀性、Maxwell伴随场以及人体组织之间、组织与空气之间磁导率变化等都会导致磁场不均匀，磁场的不均匀性又会引起相位的严重畸变，因此如何消除这些误差的影响成为Dixon算法成败的关键。作为对Dixon方法的改进，一种基于不均匀场的相位误差校正的三点法被提出，该方法的原理是取得水和脂肪同相位的一副磁共振图像和反相位的两幅磁共振图像，根据反相位的两幅磁共振图像计算出磁场不均匀性导致的附加相位，然后与同相位的图像一起求得水图像和脂肪图像。该三点法的不足之处在于由两幅反相位的图像求得的附加相位不能直接用来进行水脂分离，因为由磁场不均匀导致的附加相位可能超过一个域，例如超过土 n，即发生相位卷绕现象，因此必须对相位进行去卷绕。为了对相位进行去卷绕，一种方案是假设磁场不均匀在空间上的变化是缓慢的，采用单一的多项式拟合的方法进行相位去卷绕，但这种方案求解不准确，容易导致孤岛效应。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种磁共振系统及其水脂分离成像方法、装置，更准确地进行相位去卷绕，从而更准确地生成分离的水图像和脂肪图像。根据本发明的一方面，提供一种磁共振系统的水脂分离成像方法，包括采集患者身体组织中的水和脂肪的磁共振图像，所述磁共振图像包括至少一副同相位的磁共振图像和至少两幅反相位的磁共振图像，或所述磁共振图像包括至少一副反相位的磁共振图像和至少两幅同相位的磁共振图像；利用至少两幅反相位或至少两幅同相位的磁共振图像计算出附加相位；对附加相位进行去卷绕，所述去卷绕步骤包括采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕；在多项式拟合法去卷绕的结果上采用区域增长法进行去卷绕处理；将去卷绕后的磁共振图像中的反相位的图像结合同相位的图像得出水图像和脂肪图像。根据本发明的另一方面，提供一种磁共振系统的水脂分离成像装置，包括图像采集模块，用于采集患者身体组织中的水和脂肪的磁共振图像，所述磁共振图像包括至少一副同相位的磁共振图像和至少两幅反相位的磁共振图像，或所述磁共振图像包括至少一副反相位的磁共振图像和至少两幅同相位的磁共振图像；
附加相位计算模块，用于利用至少两幅反相位或至少两幅同相位的磁共振图像计算出附加相位；去卷绕模块，用于对附加相位进行去卷绕，所述去卷绕模块包括拟合单元和第一区域增长单元，所述拟合单元用于采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕；所述第一区域增长单元用于在多项式拟合法去卷绕的结果上采用区域增长法进行去卷绕处理；水脂分离模块，用于将去卷绕后的磁共振图像中的反相位的图像结合同相位的图像得出水图像和脂肪图像。本发明还提供一种磁共振系统，包括上述的水脂分离成像装置。
图I为本发明一种实施例中磁共振系统的结构示意图；图2为本发明一种实施例中水脂分离成像装置的结构框图；图3为本发明一种实施例中第一区域增长单元的结构框图；图4为本发明一种实施例中去卷绕模块的结构框图；图5为本发明一种实施例中水脂分离成像的流程图；图6为本发明一种实施例中区域增长法去卷绕的流程图；图7为本发明另一种实施例中水脂分离成像的流程图；图8为本发明一种实施例中信号点识别的流程图。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。请参考图1，在一种实施例中，磁共振系统100包括磁体系统110、梯度磁场系统120、射频系统130和控制及处理系统140。磁体系统110包括磁体111、梯度磁场线圈112、发射线圈113和接收线圈114，磁体111可以采用永磁体、超导磁体或常导磁体，用于给待测物体(例如病人)提供一-〖亘定的主磁场，梯度磁场线圈112用于在三维空间产生一梯度磁场，发射线圈113用于提供射频(RF)脉冲以激发待测物体内原子核的自旋，接收线圈114用于检测由待测物发出的回波信号。梯度磁场系统120和控制及处理系统140连接，用于在控制及处理系统的控制下驱动梯度磁场线圈112。射频系统130和控制及处理系统140连接，用于在控制及处理系统的控制下产生RF脉冲并经放大处理后施加给发射线圈113。控制及处理系统140既用于对各部分进行控制，也用于对回波信号进行处理。将接收线圈114检测到的回波信号传输到控制及处理系统140，控制及处理系统140包括水脂分离成像装置，根据回波信号得到磁共振图像，对磁共振图像进行处理后获得分离的水图像和脂肪图像。在本发明实施例中，水脂分离的原理是采用反相位的两幅图像和同相位的一幅图像或同相位的两幅图像和反相位的一幅图像，如果不存在磁共振系统磁场不均匀导致的误差，则通过反相位或同相位的两幅图像相加减，即可得到水的图像和脂肪的图像。但由于磁共振系统磁场不均匀或其他原因，会在水宏观磁化矢量和脂肪的宏观磁化矢量上产生一附加相位,通过反相位或同相位的两幅图像可求得附加相位,对附加相位去卷绕后再将反相位的图像结合同相位的图像得出水图像和脂肪图像。本发明实施例在对附加相位去卷绕时包括两步即先采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕，然后在多项式拟合法去卷绕的结果上采用区域增长法进行去卷绕处理。通过采用区域增长法进行去卷绕，有效去除了多项式拟合法去卷绕产生的孤岛效应。图2所示为一种实施例中水脂分离成像装置的结构框图，水脂分离成像装置200包括图像采集模块210、附加相位计算模块220、去卷绕模块230和水脂分离模块240。图像采集模块210用于采集患者身体组织中的水和脂肪的磁共振图像，例如采集至少一副同相位的磁共振图像和至少两幅反相位的磁共振图像，或采集至少一副反相位的磁共振图像和
至少两幅同相位的磁共振图像。附加相位计算模块220用于利用至少两幅反相位或同相位的磁共振图像计算出附加相位。去卷绕模块230用于对附加相位进行去卷绕，所述去卷绕模块230包括拟合单元250和第一区域增长单元260，所述拟合单元250用于采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕；所述第一区域增长单元260用于在多项式拟合法去卷绕的结果上采用区域增长法进行去卷绕处理。水脂分离模块240用于将去卷绕后的磁共振图像中的反相位的图像结合同相位的图像得出水图像和脂肪图像，例如将去卷绕后的两幅反相位的图像结合一幅同相位的图像得出水图像和脂肪图像，或将去卷绕后的两幅同相位的图像结合一幅反相位的图像得出水图像和脂肪图像。在如图3所示实施例的一种具体实例中，所述第一区域增长单元260包括选取种子子单元261、种子幅度判断子单元262、种子相位调整子单元263、增长去卷绕子单元264和信号点增长判断子单元265。选取种子子单元261用于在确定的信号点中选取种子，并将选取的种子送到种子幅度判断子单元262进行判断，如果选取的种子符合要求，则将种子送到种子相位调整子单元263，根据预定规则对种子的相位进行调整，并将调整后的相位作为种子的相位。将调整相位后的种子送到增长去卷绕子单元264按照预定规则进行区域增长。在增长去卷绕子单元264增长完后信号点增长判断子单元265判断是否所有信号点都已被增长，若是则结束增长，否则控制选取种子子单元261工作，继续在未增长信号点中选取种子。在改进的实施例中，如图4所示，去卷绕模块230包括拟合单元250、第一区域增长单元260和信号点识别单元270，信号点识别单元270用于选取任一幅图像，对图像进行信号判断，先识别出信号点。所述拟合单元250用于在采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕时仅对信号点识别单元270识别出的信号点的附加相位进行去卷绕。其中，信号点识别单元270包括幅度判断子单元271，幅度判断子单元271用于将图像中的像素的幅度和最终幅度阈值进行比较，如果像素的幅度大于或等于最终幅度阈值则认为该像素是信号点，如果像素的幅度小于最终幅度阈值则认为该像素不是信号点。在另一实施例中，信号点识别单元270还包括相位判断子单元272，相位判断子单元272用于将相邻像素的相位进行两两比较，如果两者的比较结果小于相位阈值，则认为相邻像素为信号点。在一种实施例中，相位判断子单元272包括选取初始种子子单元272a、种子增长子单元272b、信号点个数判断子单元272c和第一相位阈值递增子单元272d。初始种子子单元272a用于根据设定条件选择初始种子，然后将获得的初始种子传输给种子增长子单元272b，种子增长子单元272b以初始种子为起始点，按照设定的第一相位阈值开始区域增长，被增长的像素点即认为是信号点。信号点个数判断子单元272c在种子增长子单元272b每完成循环得到信号点个数后，判断采用相位判断法得到的信号点个数是否符合要求，如果不符合要求则控制第一相位阈值递增子单元272d改变第一相位阈值，然后控制初始种子子单元272a和种子增长子单元272b再次工作。基于上述水脂分离成像装置，下面详细说明磁共振系统的水脂分离成像方法。在一种实施例中，如图5所示，水脂分离成像方法包括以下步骤步骤SI，分别采集患者身体组织中的水和脂肪同相位和反相位的磁共振图像，同相位与反相位是指采集得到的信号中水信号和脂肪信号之间的角度，例如采集一副同相位 磁共振图像和两幅反相位的磁共振图像，水和脂肪相位角度为(-JI，0，Ji)。当然，也可以采集多幅同相位的磁共振图像和更多反相位的磁共振图像。由于磁共振系统的磁场不均匀或其他不良原因，将导致图像存在一个附加相位，附加相位用￠0表示，则采集的水和脂肪相对角度为(-H，0，JI)三幅磁共振图像如下
/0 = n,(“。)j I1 = QV + F)e1^
I2=QV-F)eliM)步骤S2，利用两幅反相位的磁共振图像计算出附加相位。由I1可以得到，用该值处理(I)式便得到
7； =(W- F)e-l(f>< V1 = (W + F)
r2 =(w- Fy ^⑴
V由⑵式的两幅反相位的Ic/以及I2'相除，即可得到附加相位，表达式如下el24> = I' 2 氺 con j (I' 0)----------------------------(3)步骤S4，对附加相位进行去卷绕。由于磁场不均匀导致的附加相位可能超过一个域，例如超过土 n，即发生相位卷绕现象，因此必须对式(3)中的2 0角度去卷绕，所述去卷绕步骤包括采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕；在多项式拟合法去卷绕的结果上采用区域增长法进行去卷绕处理。在采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕时，可采用已有的多项式进行拟合，多项式拟合法相位去卷绕的前提是假设图像中的信号点的相位是缓慢变化的，且其可以被多阶多项式拟合得到。本实施例中采用二次多项式拟合公式为2 4>w = ax+bx2+cy+dy2+exy+f -------------(4)上式中x、y是二维图像中的坐标，a、b、C、d、e、f是拟合系数。具体的实现过程是
(I)先用atan函数得到卷绕的2 ^相位2 4>w = atan (I3)--------------(5)(2)对式⑷分别对x、y求导得到式(6)中、w = a + 2bx + ey-------------------(6)
权利要求
1.磁共振系统的水脂分离成像方法，其特征在于包括 采集患者身体组织中的水和脂肪的磁共振图像，所述磁共振图像包括至少一副同相位的磁共振图像和至少两幅反相位的磁共振图像，或所述磁共振图像包括至少一副反相位的磁共振图像和至少两幅同相位的磁共振图像； 利用至少两幅反相位或至少两幅同相位的磁共振图像计算出附加相位； 对附加相位进行去卷绕，所述去卷绕步骤包括采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕；在多项式拟合法去卷绕的结果上采用区域增长法进行去卷绕处理； 将去卷绕后的磁共振图像中的反相位的图像结合同相位的图像得出水图像和脂肪图像。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，采用区域增长法去卷绕步骤包括 选取种子步骤，在未增长图像点中选择幅度最大且邻点为附加相位不卷绕的点作为种子，对于初始种子，若未找到符合要求的图像点，则选择未增长图像点中幅度次大且邻点为附加相位不卷绕的点作为种子； 种子幅度判断步骤，将新选取的种子的幅度与图像点中的最大幅度值进行比较，如果比较结果符合第二预定条件则结束增长，否则执行以下步骤； 种子相位调整步骤，将新选取的种子的相位与其最邻近的已增长图像点的相位比较，如果相位比较结果不符合第三预定条件则对该新选取的种子的相位进行加/减2 整数倍的相位调整，以使两者的相位差最小，否则将新选取的种子作为增长的种子； 增长去卷绕步骤，用于将增长的种子的相位与其周边相邻图像点的相位依次进行比较，若比较结果小于设定的第二相位阈值，则该相邻图像点被增长，并将该相邻图像点列为下一轮增长的种子之一；若比较结果大于或等于设定的第二相位阈值，则对该相邻图像点进行增/减2 整数倍后再次判断新的比较结果是否小于设定的第二相位阈值，如果是则将增/减2 整数倍后的相位作为该相邻图像点的新相位，并将该相邻图像点列为下一轮增长的种子之一，循环本步骤直到没有相邻图像点被增长； 判断是否所有图像点都已被增长，若是则结束增长，否则转向选取种子步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述去卷绕步骤还包括 选取任一幅图像，对图像进行信号判断，识别出信号点； 在采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕步骤中仅对识别出的信号点的附加相位进行去卷绕，所述采用区域增长法去卷绕步骤中的图像点为信号点。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对图像进行信号判断包括 幅度判断步骤，将图像中的像素的幅度和最终幅度阈值进行比较，如果像素的幅度大于或等于最终幅度阈值则认为该像素是信号点，如果像素的幅度小于最终幅度阈值则认为该像素不是号点。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述最终幅度阈值通过以下步骤选取 计算初始幅度阈值的步骤，所述初始幅度阈值等于图像中的最大幅度值与最小幅度值的平均值； 像素分割步骤，将图像中所有像素的幅度值和初始幅度阈值进行比较，得到第一组像素集合和第二组像素集合，第一组像素集合为大于或等于初始幅度阈值的像素集合，第二组像素集合为小于初始幅度阈值的像素集合；中间幅度阈值计算步骤，分别计算第一组像素集合的平均幅度值和第二组像素集合的平均幅度值，将第一组像素集合的平均幅度值和第二组像素集合的平均幅度值的平均值作为当前中间幅度阈值； 最终幅度阈值识别步骤，将该当前中间幅度阈值与其前一个中间幅度阈值进行比较，判断比较结果是否小于预先设定的参数，若是则该当前中间幅度阈值为最终幅度阈值，否则转向执行像素分割步骤，将图像中所有像素的幅度值和该当前中间幅度阈值进行比较。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述对图像进行信号判断还包括 相位判断步骤，将相邻像素的相位进行比较，如果两者的比较结果小于相位阈值，则认为相邻像素为信号点。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述相位判断步骤包括 选取初始种子步骤，选择图像中幅度最大的像素点为初始种子； 种子增长步骤，将增长的种子与其周边相邻像素点依次进行相位比较，如果相位比较结果小于第一相位阈值，则该相邻像素点被增长，并将该相邻像素点作为下一轮增长的种子之一，循环本步骤直到增长到没有种子，循环结束后种子的集合即为信号点的集合。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述相位判断步骤还包括 将种子增长步骤后得出的信号点个数与幅度判断步骤中得出的信号点个数进行比较，判断比较结果是否符合第一预定条件，若是，则以相位判断步骤中得出的信号点为最终结果，否则执行以下步骤； 按照设定步长将第一相位阈值进行递增后作为新的第一相位阈值，循环执行选取初始种子步骤和种子增长步骤直到相位判断步骤中得出的信号点个数与幅度判断步骤中得出的信号点个数的比较结果符合第一预定条件。
9.磁共振系统的水脂分离成像装置，其特征在于包括 图像采集模块，用于采集患者身体组织中的水和脂肪的磁共振图像，所述磁共振图像包括至少一副同相位的磁共振图像和至少两幅反相位的磁共振图像，或所述磁共振图像包括至少一副反相位的磁共振图像和至少两幅同相位的磁共振图像； 附加相位计算模块，用于利用至少两幅反相位或至少两幅同相位的磁共振图像计算出附加相位； 去卷绕模块，用于对附加相位进行去卷绕，所述去卷绕模块包括拟合单元和第一区域增长单元，所述拟合单元用于采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕；所述第一区域增长单元用于在多项式拟合法去卷绕的结果上采用区域增长法进行去卷绕处理； 水脂分离模块，用于将去卷绕后的磁共振图像中的反相位的图像结合同相位的图像得出水图像和脂肪图像。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一区域增长单元包括 选取种子子单元，用于在未增长图像点中选择幅度最大且邻点为附加相位不卷绕的点作为种子，对于初始种子，若未找到符合要求的图像点，则选择未增长图像点中幅度次大且邻点为附加相位不卷绕的点作为种子； 种子幅度判断子单元，用于将新选取的种子的幅度与图像点中的最大幅度值进行比较，如果比较结果符合第二预定条件则结束增长； 种子相位调整子单元，用于当新选取的种子的幅度与图像点中的最大幅度的比较结果不符合第二预定条件时将新选取的种子的相位与其最邻近的已增长图像点的相位比较，如果相位比较结果不符合第三预定条件则对该新选取的种子的相位进行加/减2 整数倍的相位调整，以使两者的相位差最小，否则将新选取的种子作为增长的种子； 增长去卷绕子单元，用于将增长的种子的相位与其周边相邻图像点的相位依次进行比较，若比较结果小于设定的第二相位阈值，则该相邻图像点被增长，并将该相邻图像点列为下一轮增长的种子之一；若比较结果大于或等于设定的第二相位阈值，则对该相邻图像点进行增/减2 整数倍后再次判断新的比较结果是否小于设定的第二相位阈值，如果是则将增/减2 整数倍后的相位作为该相邻图像点的新相位，并将该相邻图像点列为下一轮增长的种子之一，控制增长去卷绕子单元循环工作直到没有相邻图像点被增长； 信号点增长判断子单元，用于判断是否所有图像点都已被增长，若是则结束增长，否则控制选取种子子单元工作，继续在未增长图像点中选取种子。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述去卷绕模块还包括 信号点识别单元，用于选取任一幅图像，对图像进行信号判断，识别出信号点； 所述拟合单元用于在采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕时仅对信号点的附加相位进行去卷绕，所述第一区域增长单元中的图像点为信号点。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述信号点识别单元包括 幅度判断子单元，用于将图像中的像素的幅度和最终幅度阈值进行比较，如果像素的幅度大于或等于最终幅度阈值则认为该像素是信号点，如果像素的幅度小于最终幅度阈值则认为该像素不是信号点。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述幅度判断子单元用于先计算初始幅度阈值，所述初始幅度阈值等于图像中的最大幅度值与最小幅度值的平均值；然后将图像中所有像素的幅度值和初始幅度阈值进行比较，得到第一组像素集合和第二组像素集合，第一组像素集合为大于或等于初始幅度阈值的像素集合，第二组像素集合为小于初始幅度阈值的像素集合；然后分别计算第一组像素集合的平均幅度值和第二组像素集合的平均幅度值，将第一组像素集合的平均幅度值和第二组像素集合的平均幅度值的平均值作为当前中间幅度阈值；将该当前中间幅度阈值与其前一个中间幅度阈值进行比较，判断比较结果是否小于预先设定的参数，若是则该当前中间幅度阈值为最终幅度阈值，否则像素分割子单元工作，将图像中所有像素的幅度值和该当前中间幅度阈值进行比较。
14.如权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述信号点识别单元还包括 相位判断子单元，用于将相邻像素的相位进行比较，如果两者的比较结果小于相位阈值，则认为相邻像素为信号点。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述相位判断子单元包括 选取初始种子子单元，用于选择图像中幅度最大的像素点为初始种子； 种子增长子单元，用于将增长的种子与其周边相邻像素点依次进行相位比较，如果相位比较结果小于第一相位阈值，则该相邻像素点被增长，并将该相邻像素点作为下一轮增长的种子之一，控制种子增长子单元工作直到增长到没有种子，循环结束后种子的集合即为信号点的集合。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述相位判断子单元还包括 信号点个数判断子单元，用于将种子增长子单元得出的信号点个数与幅度判断子单元得出的信号点个数进行比较，判断比较结果是否符合第一预定条件，若是，则以种子增长子单元得出的信号点为最终结果； 第一相位阈值递增子单元，用于当种子增长子单元得出的信号点个数与幅度判断子单元得出的信号点个数不符合第一预定条件时，按照设定步长将第一相位阈值进行递增后作为新的第一相位阈值，控制选取初始种子子单元和种子增长子单元工作直到种子增长子单元得出的信号点个数与幅度判断子单元得出的信号点个数的比较结果符合第一预定条件。
17. —种磁共振系统，其特征在于包括如权利要求9至16中任一项所述的水脂分离成像装置。
全文摘要
本发明公开了一种磁共振系统及其水脂分离成像方法、装置，包括采集患者身体组织中的水和脂肪的磁共振图像；利用磁共振图像中的至少两幅反相位或至少两幅同相位的磁共振图像计算出附加相位；对附加相位进行去卷绕，所述去卷绕步骤包括采用多项式拟合法对附加相位进行去卷绕；在多项式拟合法去卷绕的结果上采用区域增长法进行去卷绕处理；将去卷绕后的磁共振图像中的反相位的图像结合同相位的图像得出水图像和脂肪图像。本发明采用多项式拟合法和区域增长法相结合的方法对附加相位进行去卷绕，有效去除了多项式拟合法去卷绕产生的孤岛效应。
文档编号G01R33/565GK102736047SQ20111009261
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者喻娇, 武文鹏, 邓晓云 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司