磁敏感加权成像方法、装置及磁共振成像系统与流程

1.本发明涉及mri(magnetic resonance imaging，磁共振成像)技术领域，特别是一种swi(susceptibility-weighted imaging，磁敏感加权成像)方法、装置及mri系统。


背景技术：

2.mri通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频(radio frequency，rf)脉冲，使人体中的氢质子受到激发而发生mr(magnetic resonance，磁共振)现象，停止脉冲后，质子在弛豫过程中产生mr信号，通过对mr信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程，即产生mr影像。
3.成像过程中，在rf激发之后，首先通过z方向梯度完成选层，即选择成像的一个层；接着打开y方向的梯度磁场，这样不同y位置的磁矩的进动速度也会不同，再关闭y梯度，这样各个位置的磁矩速度又恢复成一样，但是由于之前进动速度不同造成的不同y位置的相位偏移不同，该过程称为相位编码；接下来，打开x方向的梯度，不同x位置的磁矩的速度不同，该过程称为频率编码。至此，通过相位编码和频率编码，一个2d图像的各个位置可以被确定下来，接收线圈采集到的信号是k空间信号，通过傅里叶变换即可得到图像；再通过z方向梯度完成一轮新的选层，再重复上述过程，即可得到3d的mri图像。
4.通过90
°
rf和180
°
rf的组合可以构成不同的rf。常用的mri rf有：se(spin-echo sequence，自旋回波序列)、tse(turbo spin-echo sequence，快速自旋回波序列)、gre(gradient-echo sequence，梯度回波序列)和epi(echo planar imaging，回波平面成像)。其中，gre和epi都属于梯度回波。梯度回波的产生是在一次rf激发后，利用读出梯度场方向(即x方向)正反向切换产生一个梯度回波。epi与一般梯度回波不同的是在一次rf激发后，利用读出梯度场的连续正反向切换，每次切换产生一个梯度回波，因此有回波链的存在，与tse类似。
5.在磁共振成像中，静止组织在经历了大小相同、方向相反的选层梯度(即z方向梯度)后，获得的相位累积为零；而对于沿着读出梯度场方向(即x方向)移动的运动组织如流动的血液、脑脊液等的相位累积则不为零，接下来的相位编码梯度(即y方向梯度)施加时，已经有相位的运动组织会被错误编码，出现在其他位置，成为流动伪影。
6.fc(flow compensation，流动补偿)也叫gmn(gradient moment nulling，梯度力矩消除)，是利用特殊设计的梯度场来减少或消除流动伪影的技术。fc技术的梯度组合模式有很多种。通过多次不同面积的正、反向梯度场的变换，各种速度流体的相位偏移最终都能接近于零，从而消除运动伪影。一般情况下fc是通过消除一阶梯度矩来补偿匀速流动带来的影响，文中的gmn也指的是一阶矩补偿。
7.swi(susceptibility-weighted imaging，磁敏感加权成像)是一种磁共振对比增强成像技术，以t2*加权梯度回波序列作为序列基础，利用采集到的mr信号的相位信息，为具有磁化率差异的组织提供增强的图像对比度，已广泛应用于各种临床环境下的含铁组织、静脉血管的评价。
8.目前的一种方案是通过全流量补偿t2*加权3d-gre序列获取swi图像，该方法对每一个回波都做全流动补偿，即对每一个回波都在选层方向(即z方向)、相位编码方向(即y方向)和频率编码方向(即x方向，也称读出梯度场方向)做流动补偿，因此通常需要较长的扫描时间。
9.为了提高扫描效率，目前提出了一种3d-多次激发平面回波成像(iepi，interleaved echo planar imaging)技术作为3d-gre的快速替代方案。其通过使用较短的epi回波链长度，典型的epi相关伪影(失真和模糊)是有限的，并且图像将在信噪比和效率上都获得增益，同时保持与传统3d-gre相比的幅度和相位图像的相似对比度。然而，与gre相比，epi的流动补偿设计更为复杂。因为与gre一次激发采集一个回波所不同，epi序列是一次激发采集多个回波，这样在做流动补偿时很难做到三个方向的全流补偿。除非是采用回扫法(flyback)对频率编码方向上的读出梯度极性相同的回波都进行补偿，但这又会牺牲掉扫描效率。
10.因此，在将gmn应用于epi回波链时，为了充分利用gmn的扫描效率，目前提出了一种基于线性重排序的3d-iepi方案，该方案在选层梯度的流动补偿实现与3d-gre相同的情况下，对所有方向即分层编码、相位编码和频率编码方向仅补偿每次激发的中心回波，然后采用线性重排序方式采集流动补偿后的回波，来实现更快的swi，提高信噪比效率。但是对该方案实现的swi图像进行分析发现，图像中仍存在明显的动脉流动污染。


技术实现要素：

11.有鉴于此，本发明实施例一方面提出了一种swi方法，另一方面提出了一种swi装置及mri系统，以降低流动效应对基于平面回波序列的swi图像的影响。
12.一种磁敏感加权成像方法，包括：
13.在多次激发的平面回波成像中，针对每次激发的回波进行分层编码、相位编码和频率编码方向的流动补偿；
14.确定每次激发后当采用线性重排序方式时将要采集的多个回波，针对每次激发，从所述多个回波的中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波，且对本次激发的回波采集方向与对上一次激发的回波采集方向相反；
15.对采集到的回波进行磁敏感加权成像。
16.所述对本次激发的回波采集方向与对上一次激发的回波采集方向相反包括：
17.当对上一次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间正向采集到相当于以线性重排序方式采集时的最后一个回波时，对本次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间负向采集到相当于以线性重排序方式采集时的第一个回波；或者，
18.当对上一次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间负向采集到相当于以线性重排序方式采集时的第一个回波时，对本次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间正向采集到相当于以线性重排序方式采集时的最后一个回波。
19.所述从所述多个回波的中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波包括：
20.当本次激发的选层编码梯度脉冲和相位编码梯度脉冲发射完毕时，即从所述多个回波的中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波。
21.所述从所述多个回波的中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波之后、
对采集到的回波进行磁敏感加权成像之前，进一步包括：
22.将第m次和第m+1次采集的两个中心回波叠加后取平均，将得到的平均数据作为第m次和第m+1次采集的中心回波，1≤m《m，m为本次平面回波成像的激发总次数。
23.所述针对每次激发的回波进行分层编码、相位编码和频率编码方向的流动补偿包括：
24.针对每次激发的中心回波进行分层编码和相位编码方向的流动补偿，所述中心回波为每次激发后当采用线性重排序方式时将要采集的多个回波的中心回波；
25.针对每次激发的第奇数个回波进行频率编码方向的流动补偿。
26.所述针对每次激发的中心回波进行分层编码和相位编码方向的流动补偿包括：
27.按照如下公式进行分层编码和相位编码方向的流动补偿：
28.m
1,par
＝m
0,par
δt
par
29.m
1,phase
＝m
0,phaseprephase
δt
p
30.其中，m
1,par
为分层编码方向在中心回波处的一阶矩，m
1,phase
为相位编码方向在中心回波处的一阶矩；m
0,par
为分层编码方向上分层编码梯度的零阶矩，m
0,phaseprephase
为相位编码方向上预相位梯度的零阶矩，m
0,par
、m
0,phaseprephase
在不同的激发中是不同的；δt
par
为分层编码方向上分层编码梯度中心到中心回波的时间，δt
p
为相位编码方向上预相位梯度中心到中心回波的时间。
31.一种磁敏感加权成像装置，包括：
32.流动补偿模块(51)：在多次激发的平面回波成像中，针对每次激发的回波进行分层编码、相位编码和频率编码方向的流动补偿；
33.回波采集模块(52)：确定每次激发后当采用线性重排序方式时将要采集的多个回波，针对每次激发，从所述多个回波的中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波，且对本次激发的回波采集方向与对上一次激发的回波采集方向相反；
34.加权成像模块(53)：用于对采集到的回波进行磁敏感加权成像。
35.所述回波采集模块(52)对本次激发的回波采集方向与对上一次激发的回波采集方向相反包括：
36.当对上一次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间正向采集到相当于以线性重排序方式采集时的最后一个回波时，对本次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间负向采集到相当于以线性重排序方式采集时的第一个回波；或者，
37.当对上一次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间负向采集到相当于以线性重排序方式采集时的第一个回波时，对本次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间正向采集到相当于以线性重排序方式采集时的最后一个回波。
38.所述回波采集模块(52)从所述多个回波的中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波包括：
39.当本次激发的选层编码梯度脉冲和相位编码梯度脉冲发射完毕时，即从所述多个回波的中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波。
40.所述流动补偿模块(51)针对每次激发的回波进行分层编码、相位编码和频率编码方向的流动补偿包括：
41.针对每次激发的中心回波进行分层编码和相位编码方向的流动补偿，所述中心回
波为每次激发后当采用线性重排序方式时将要采集的多个回波的中心回波；
42.针对每次激发的第奇数个回波进行频率编码方向的流动补偿。
43.一种磁共振成像系统，包括如上任一项所述的磁敏感加权成像装置。
44.本发明实施例中，通过将采用线性重排序方式时一次激发采集的多个回波拆分成采用中心重排序方式时的2次相邻激发来采集，从而通过两次相邻激发采集得到和采用线性重排序方式一次激发采集得到的一样的完整回波，且因为每次激发后从中心回波开始采集，从而降低了流动效应对swi图像的影响，且由于相邻两次激发过程都采集了一次中心回波，提高了swi图像的信噪比。
附图说明
45.下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
46.图1为本发明一实施例提供的swi方法的流程图；
47.图2为本发明一应用示例中在相邻两次激发过程(第m次和第m+1次)中采用的rf和梯度脉冲序列的示意图；
48.图3为对采用图2所示的rf和梯度脉冲序列进行激发后，回波采集过程在k空间的轨迹图；
49.图4给出了用于3dgre、基于线性重排序和基于中心重排序的3diepi的swi处理的mip图像的比较示意图；
50.图5为本发明一实施例提供的swi装置的结构示意图。
51.其中，附图标记如下：
52.标号含义101～103步骤51流动补偿模块52回波采集模块53加权成像模块
具体实施方式
53.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
54.图1为本发明一实施例提供的swi方法的流程图，其具体步骤如下：
55.步骤101：在多次激发的平面回波成像中，针对每次激发的回波进行分层编码、相位编码和频率编码方向的流动补偿。
56.一可选实施例中，针对每次激发的中心回波进行分层编码和相位编码方向的流动补偿，中心回波为每次激发后当采用线性重排序方式时将要采集的多个回波的中心回波；针对每次激发的第奇数个(即第1、3、5、7、...个)回波进行频率编码方向的流动补偿。
57.其中，可按照如下公式进行分层编码和相位编码方向的流动补偿：
58.m
1,par
＝m
0,par
δt
par
59.m
1,phase
＝m
0,phaseprephase
δt
p
60.其中，m
1,par
为分层编码方向在中心回波处的一阶矩，m
1,phase
为相位编码方向在中心回波处的一阶矩；m
0,par
为分层编码方向上分层编码梯度的零阶矩，m
0,phaseprephase
为相位编码方向上预相位梯度的零阶矩，m
0,par
、m
0,phaseprephase
在不同的激发中是不同的；δt
par
为分层编码方向上分层编码梯度中心到中心回波的时间，δt
p
为相位编码方向上预相位梯度中心到中心回波的时间。本发明实施例中，回波链中的第一个回波即为当采用线性重排序方式采集时的中心回波。
61.线性重排序方式的回波采集属于已有成熟技术，其具体过程为：每次激发后向k空间的正向或者负向采集多个回波得到部分k空间数据，多次激发采集得到的k空间数据在y方向上以交错的方式结合起来，形成完整的k空间数据。例如：每次激发后向k空间的正向采集n个回波(n》1)，激发次数为m，则m次激发共得到m*n个回波，该m*n个回波在k空间的y方向正向上的排列顺序为：
62.第1次激发采集的第1个回波、第2次激发采集的第1个回波、第3次激发采集的第1个回波、...、第m-1次激发采集的第1个回波、第m次激发采集的第1个回波；第1次激发采集的第2个回波、第2次激发采集的第2个回波、第3次激发采集的第2个回波、...、第m-1次激发采集的第2个回波、第m次激发采集的第2个回波；......；第1次激发采集的第n-1个回波、第2次激发采集的第n-1个回波、第3次激发采集的第n-1个回波、...、第m-1次激发采集的第n-1个回波、第m次激发采集的第n-1个回波；第1次激发采集的第n个回波、第2次激发采集的第n个回波、第3次激发采集的第n个回波、...、第m-1次激发采集的第n个回波、第m次激发采集的第n个回波。
63.本发明方案是对线性重排序方式的改进，本发明方案中的中心回波指的是：假设每次激发后以线性重排序方式采集多个回波时，该多个回波的中心回波。例如：每次激发后以线性重排序方式采集9个回波，则第5个回波即为中心回波。
64.步骤102：确定每次激发后当采用线性重排序方式时将要采集的多个回波，针对每次激发，从所述多个回波的中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波，且对本次激发的回波采集方向与对上一次激发的回波采集方向相反。
65.其中，对本次激发的回波采集方向与对上一次激发的回波采集方向相反可以是如下两种之一：
66.一、当对上一次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间正向采集到相当于以线性重排序方式采集时的最后一个回波时，对本次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间负向采集到相当于以线性重排序方式采集时的第一个回波；
67.二、当对上一次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间负向采集到相当于以线性重排序方式采集时的第一个回波时，对本次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间正向采集到相当于以线性重排序方式采集时的最后一个回波。
68.步骤103：对采集到的回波进行磁敏感加权成像。
69.由于相邻两次激发的回波采集过程都采集了中心回波，因此，在进行磁敏感加权成像之前，可将第m次和第m+1次采集的两个中心回波叠加后取平均，将得到的平均数据作为第m次和第m+1次采集的中心回波，且1≤m《m，m为本次平面回波成像的激发总次数。
70.上述实施例中，通过将采用线性重排序方式时一次激发采集的多个回波拆分成采用中心重排序方式时的2次相邻激发来采集，从而通过两次相邻激发采集得到和采用线性
重排序方式一次激发采集得到的一样的完整回波，且因为每次激发后从中心回波开始采集，从而降低了流动效应对swi图像的影响，且由于相邻两次激发过程都采集了一次中心回波，提高了swi图像的信噪比。
71.为了进一步降低流动效应对swi图像的影响，一较佳实施例中，在每次激发的选层编码梯度脉冲和相位编码梯度脉冲发射完毕时，即进行从中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波。也就是说，回波采集过程在选层编码梯度脉冲和相位编码梯度脉冲发射完毕后立即开始。
72.本发明实施例中，可限制每次激发在采用线性重排序方式时采集的回波总数(即epi因子)为奇数，这样中心回波就是中间那个回波，例如：确定每次激发后当采用线性重排序方式时将要采集的回波数为9，则中心回波就是第5个回波。此外，需要说明的是，本发明实施例中采用中心重排序的方式采集回波时，需要保证相邻两次激发采集的对称性，即相邻两次激发需要从中心回波开始分别向k空间的正向和负向对称采集相同数目的回波。
73.图2为本发明一应用示例中在相邻两次激发过程(第m次和第m+1次)中采用的rf和梯度脉冲序列的示意图。可见，针对每次激发，在分层编码pa、相位编码pe和频率编码fe方向均施加有流动补偿梯度sg、pg、fg。本示例中一次激发当采用线性重排序方式采集时采集的回波数为9，则其中心回波ec，即第5个回波为本发明实施例中在每次激发后采集的第一个回波。
74.图3为对采用图2所示的rf和梯度脉冲序列进行激发后，回波采集过程在k空间的轨迹图。如图3所示，一次激发后若采用线性重排序方式要采集9个回波，则本发明实施例中采用中心重排序方法后，将拆分成2次激发，即在第m次激发中，从中心回波a5开始，依次采集a6、a7、a8和a9，在第m+1次激发中，从中心回波b5开始，依次采集b4、b3、b2、b1。
75.为了评估本发明实施例提供的基于中心重排序的3d-iepi方案降低流动效应影响的效果，在一个例子中，采用一台配置有20通道的头颈线圈的商用的1.5t扫描仪，分别采用3d-gre、基于线性重排序的3d-iepi和本发明实施例提供的基于中心重排序的3d-iepi方案对一健康志愿者进行试验，具体成像参数见表1。
76.[0077][0078]
表1
[0079]
其中，在基于线性重排序的3d-iepi和本发明方案提供的基于中心重排序的3d-iepi方案中调节tr和翻转角度以匹配3d-gre中的背景对比度。采集回波数据后，对3d-gre、基于线性重排序的3d-iepi数据和基于中心重排序的3d-iepi数据进行标准化swi处理。
[0080]
图4给出了用于3dgre、基于线性重排序和基于中心重排序的3diepi的swi处理的mip图像的比较示意图。其中，a对应的是有流动补偿的3d-gre方案，b对应的无流动补偿的3d-gre方案，c对应的是有流动补偿和线性重排序的3d-iepi方案，d对应的是有流动补偿和中心重排序的3d-iepi方案。
[0081]
从图4中的分图a、b、c、d可以看出：
[0082]
一、与未采用流动补偿的图b相比，采用流动补偿的图a、c和d的图像质量提高了，血管描绘清晰，且图a、c、d的图像质量相似。
[0083]
二、将图d与图a和图c相比，可以看出：采用中心重排序的图d能够进一步减轻血流引起的动脉污染，更好地刻画血管。
[0084]
三、此外，在采用3d-iepi(图c、图d)的图像中显示了更多的小血管，这可能是由于高频信号的te增加。
[0085]
综上，本发明实施例提供的基于中心重排序的3d-iepi方案与传统的3d-gre方案相比，可以使扫描时间减少约一半，图像质量和对比度与传统的3d-gre方案相当。同时，与
基于线性重排序的3d-iepi方案相比，本发明实施例提供的基于中心重排序的3d-iepi方案，其图像质量能够进一步减轻血流引起的动脉污染，更好地刻画血管。
[0086]
图5为本发明一实施例提供的磁敏感加权成像装置的结构示意图，该装置主要包括：
[0087]
流动补偿模块51：在多次激发的平面回波成像中，针对每次激发的回波进行分层编码、相位编码和频率编码方向的流动补偿。
[0088]
回波采集模块52：确定每次激发后当采用线性重排序方式时将要采集的多个回波，针对每次激发，从所述多个回波的中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波，且对本次激发的回波采集方向与对上一次激发的回波采集方向相反。
[0089]
加权成像模块53：用于对采集到的回波进行磁敏感加权成像。
[0090]
一可选实施例中，回波采集模块52对本次激发的回波采集方向与对上一次激发的回波采集方向相反包括：当对上一次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间正向采集到以线性重排序方式采集时的最后一个回波时，对本次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间负向采集到以线性重排序方式采集时的第一个回波；或者，当对上一次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间负向采集到以线性重排序方式采集时的第一个回波时，对本次激发的回波采集方向为：从中心回波开始向k空间正向采集到以线性重排序方式采集时的最后一个回波。
[0091]
一可选实施例中，回波采集模块52从所述多个回波的中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波包括：当本次激发的选层编码梯度脉冲和相位编码梯度脉冲发射完毕时，即从所述多个回波的中心回波开始向k空间正向或者负向采集每一回波。
[0092]
一可选实施例中，流动补偿模块51针对每次激发的回波进行分层编码、相位编码和频率编码方向的流动补偿包括：针对每次激发的中心回波进行分层编码和相位编码方向的流动补偿，所述中心回波为每次激发后当采用线性重排序方式时将要采集的多个回波的中心回波；针对每次激发的第奇数个回波进行频率编码方向的流动补偿。
[0093]
本发明实施例中提出的一种磁共振成像系统，可包括上述的快速磁敏感加权成像装置。
[0094]
综上，本发明实施例的有益技术效果如下：
[0095]
1)与已有的swi序列相比，由于采用了高效的回波采集方案，大大缩短了回波采集时间。
[0096]
2)与采用回扫的全流动补偿epi序列相比，由于回波间隔较短，本发明实施例可以保持较高的扫描效率和较小的失真。
[0097]
3)与具有线性重排序的流动补偿epi序列相比，本发明实施例可以进一步减少swi图像中来自动脉流的污染信号。
[0098]
4)用相反的相位编码方向在连续两次激发中分别向k空间正向和负向采样获得部分回波，这提供了用标准的反向梯度方法进行失真校正的可行性，这将允许对回波序列长度进行更灵活的选择。
[0099]
需要说明的是，虽然本发明方案中采用中心重排序的部分流动补偿3d-iepi能够更好地抑制动脉信号，但中心重排序方案与线性重排序方案相比，由于使用相同的epi因子，将采用线性重排序方式时在一次激发中采集的回波拆分成本发明实施例中采用中心重
排序方式时需要在2次激发中采集，每次激发获得的回波较少，因此必然导致较低的信噪比效率。然而，通过中心重排序采集和对中心回波进行两次采样，可以减轻流动效应并且提高信噪比。此外，通过连续两次采集部分回波，可以将运动影响降到最低，并有利于后续的数据拼接。最终，从实验结果来看，由于使用的回波序列较短，采用本发明方案得到的swi图像中的失真和模糊伪影不明显。
[0100]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。