流速测量方法、装置及存储介质与流程

1.本技术涉及磁共振成像技术领域，尤其涉及一种流速测量方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.磁共振成像(magnetic resonance imaging，mri)中除了幅值图外还可以得到相位分布图(phase map，pc)，相位分布图除用于检查主磁场的均匀性外，还可以用于观察病灶区磁化率变化，测量流体的流速。
3.小型低场核磁仪一般检测非生物样品和固定后的生物样品的流速，通过长时间重复扫描来提高信号及灵敏度。
4.但是，这种测量流速的方案并不适用于离体的新鲜样品的流速的测量，使用小型低场核磁仪检测离体的新鲜样品的流速时，分辨率和灵敏度低，扫描时间长，测量结果具有显著的误差。


技术实现要素：

5.本技术提供一种流速测量方法、装置及存储介质，用以解决现有技术中无法精确测量离体的新鲜样品的流速的技术问题。
6.本技术提供一种流速测量方法，包括：
7.在新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像；
8.基于所述相位对比图像，确定所述流体的流速大小。
9.根据本技术提供的一种流速测量方法，所述基于所述相位对比图像，确定所述流体的流速大小，包括：
10.基于所述相位对比图像进行解卷绕，获得解卷绕相位图像；
11.基于所述解卷绕相位图像，确定流体的流速大小。
12.根据本技术提供的一种流速测量方法，所述在新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像，包括：
13.在所述流速方向上施加第一对流速编码梯度，得到第一相位变化；
14.在所述流速方向上施加第二对流速编码梯度，得到第二相位变化；所述第一对流速编码梯度的脉冲顺序和所述第二对流速编码梯度的脉冲顺序之间呈镜像对称；
15.根据所述第一相位变化和所述第二相位变化确定所述流速方向的相位对比图像。
16.根据本技术提供的一种流速测量方法，所述第一对流速编码梯度为大小相等、持续时间相同但方向相反的双极梯度；所述第二对流速编码梯度为大小相等，持续时间相同但方向相反的双极梯度。
17.根据本技术提供的一种流速测量方法，所述方法还包括：
18.增强所述新鲜样品中所述流体的磁共振信号。
19.根据本技术提供的一种流速测量方法，所述增强所述新鲜样品中所述流体的磁共
振信号，包括：
20.通过辐照激发所述流体的电子自旋以及电子质子交换，饱和所述流体的自旋磁矩；
21.关闭辐照并发射射频脉冲，激发所述流体的磁共振信号。
22.本技术还提供一种流速测量装置，包括：
23.获取模块，用于在新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像；
24.确定模块，用于基于所述相位对比图像，确定所述流体的流速大小。
25.本技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述流速测量方法的步骤。
26.本技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述流速测量方法的步骤。
27.本技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述流速测量方法的步骤。
28.本技术实施例提供的流速测量方法、装置及存储介质，通过在新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像，根据相位变化确定流体的流速大小，通过增加流速编码梯度之间的间隔，实现了高空间分辨率和成像效率的新鲜样品流速的定量测量。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本技术实施例提供的流速测量方法的流程示意图；
31.图2是本技术实施例提供的相位分布序列图；
32.图3是本技术实施例提供的流速测量系统的结构示意图；
33.图4是本技术实施例提供的水模型流动仿体的结构示意图；
34.图5是本技术实施例提供的流速测量装置的结构示意图；
35.图6是本技术实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
36.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.以磁共振成像为代表的现代医学影像技术由单一的结构成像发展到结构-定量成像。随着磁共振成像技术的发展进步，获取和分析更加丰富的流体信息，应用于疾病的早期
诊断、精准诊断、预后等。磁共振成像技术影像学模态和病理学的密切结合和深度融合得到医学领域的广泛认同和大力推进。
38.对于离体的新鲜样品进行磁共振成像，可以将影像学和病理学连接起来，为传统病理学检测补充流体行为方面的关键信息，弥补脱水固定生物样品后流体信息的缺失。
39.磁共振成像得到的相位分布图可以用于观察病灶区磁化率变化，测量流体的流速。相位的周期是360
°
或者2π弧度，一般相位差值的表达式为：
[0040][0041]
其中，表示相位值，n表示整数，z表示整数集合。
[0042]
小型低场核磁仪一般检测非生物样品和固定后的生物样品的流速，通过长时间重复扫描来提高信号及灵敏度。但是，这种测量流速的方案并不适用于离体的新鲜样品的流速的测量。
[0043]
离体的新鲜样品的流速测量范围不同于传统医用磁共振仪的测量范围，其相位信息的处理需要更加的精准。直接使用原始相位计算流速将导致显著的误差。
[0044]
为解决现有技术中存在的上述问题，本技术提供一种流速测量方法、装置及存储介质。
[0045]
图1是本技术实施例提供的流速测量方法的流程示意图，如图1所示，本技术实施例提供一种流速测量方法，包括：
[0046]
步骤101、在新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像。
[0047]
具体来说，磁共振图像的空间信息是用梯度磁场形成的，人为地使磁场强度在空间上形成有规律的分布。本技术采用梯度回波序列，在离体的新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，可以获取流速方向的相位对比图像。
[0048]
新鲜样品中的流体可以为水、血液、组织液等。离体的新鲜样品相较于非生物样品和处理后的生物样品，在流速测量过程中需要对平面内的流动更加敏感。通过施加流速编码梯度，利用样品中流体的流动所导致的宏观横向磁化矢量的相位变化来抑制组织背景、突出血管信号等。
[0049]
在新鲜样品中流体的流速方向上施加一对双极的流速编码梯度，双极梯度由一对大小相等，持续时间相同但方向相反的梯度脉冲组成；经过这次双极梯度脉冲激发后，静止的质子受到大小相等但方向相反的脉冲作用，相位变化为零，而运动的质子在梯度场中的位置发生变化，产生了相位变化。如此将静止与运动的质子的相位差异显示出来。
[0050]
然后再施加一对双极的流速编码梯度，与第一对双极的流速编码梯度的脉冲顺序之间呈镜像对称，再次产生相位变化。将两次相位变化作差，得到一个相位差值δφ。
[0051]
磁共振成像系统采集经过上述编码的磁共振信号，对采集到的磁共振信号进行解码，即进行图像重构，得到流体流速方向截面的磁共振图像。根据磁共振图像上提取相位信号的变化可以得到相位对比图像。
[0052]
步骤102、基于所述相位对比图像，确定所述流体的流速大小。
[0053]
具体来说，通过相位对比图像中的相位信息，可以对样品中流体的流速进行测量。
[0054]
流动质子群在施加双极梯度场期间积聚的相位变化与其流速有关，流速越快，相
位变化越明显。通过施加两对脉冲顺序呈镜像对称的双极的流速编码梯度后，得到两次相位变化。
[0055]
将两次相位变化作差，得到的相位差值δφ的表达式为：
[0056]
δφ＝2γ
·m·
δ
·v[0057]
其中，γ表示磁旋比，m表示设置的流速编码梯度场的面积，m＝∫gdt，g表示流速编码梯度场的幅值，t表示时间，δ表示流速编码梯度之间的间隔，v表示流体的流速。
[0058]
由此可以得到流体的流速大小v的表达式为：
[0059][0060]
相位对比图像中相位值的取值区间为(-π，π]，相位测量流速的灵敏度的表达式为：
[0061][0062]
根据该表达式可以得到，测量的流速的最小值由流速编码梯度场的面积m和流速编码梯度场之间的间隔δ这两个参量的乘积决定。
[0063]
同时，磁共振信号强度还会受到流速编码梯度场的影响，导致信号衰减。磁共振信号强度s的表达式为：
[0064]
s＝e-b
·ds0[0065]
其中，e表示常量，b表示扩散因子，d表示扩散系数，s0表示b的取值为0时采集到的磁共振信号强度。扩散因子b的表达式为：
[0066][0067]
其中，δ表示磁场施加时间，对于梯形编码梯度场，其面积m＝gδ。在本技术实施例中，通过在信号采集过程中增大流速编码梯度之间的间隔δ，在相同的相位测量流速的灵敏度下，使扩散因子b的取值最小化，从而达到减轻信号损失，提高流速测量的检测精度的效果。
[0068]
本技术实施例提供的流速测量方法，通过在新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像，根据相位变化确定流体的流速大小，通过增加流速编码梯度之间的间隔，实现了高空间分辨率和成像效率的新鲜样品流速的定量测量。
[0069]
可选地，所述基于所述相位对比图像，确定所述流体的流速大小，包括：
[0070]
基于所述相位对比图像进行解卷绕，获得解卷绕相位图像；
[0071]
基于所述解卷绕相位图像，确定流体的流速大小。
[0072]
具体来说，在一个相位像的一个周期内，相位灰度值随着角度线性变化，当相位角达到周期内的最大阈值时，灰度值急剧变化至最小灰度值，此时产生相位数据溢出，发生卷绕(wrapping around)现象。
[0073]
在本技术实施例中，相位对比图像中相位值的取值区间为(-π，π]，当流速太大时，相对应的相位大于π，就会发生卷绕，在相位对比图像中反映为一个负的相位。
[0074]
将相位对比图像在(-π，π]边界跳变产生的卷绕修改为连续变化的灰度图像，获得
解卷绕相位图像，并根据流体的流速v的表达式确定新鲜样品中流体的流速。流速v的表达式为：
[0075][0076]
其中，δφ表示相位差值，γ表示磁旋比，m表示设置的流速编码梯度场的面积，δ表示流速编码梯度之间的间隔。
[0077]
本技术实施例提供的流速测量方法，通过对原始的相位对比图像进行解卷绕，使得相位在π处不发生跳变，得到反应真实的相位变化的解卷绕相位图像，进而使得流速测量更加精准。
[0078]
可选地，所述在新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像，包括：
[0079]
在所述流速方向上施加第一对流速编码梯度，得到第一相位变化；
[0080]
在所述流速方向上施加第二对流速编码梯度，得到第二相位变化；所述第一对流速编码梯度的脉冲顺序和所述第二对流速编码梯度的脉冲顺序之间呈镜像对称；
[0081]
根据所述第一相位变化和所述第二相位变化确定所述流速方向的相位对比图像。
[0082]
具体来说，磁共振相位对比成像是基于流体内质子相位变化这一原理进行成像，在本技术实施例中，采用梯度回波序列，在流体的流速方向上施加第一对流速编码梯度，第一对流速编码梯度由一对大小相等，持续时间相同但方向相反的双极梯度脉冲组成。
[0083]
经过第一对流速编码梯度脉冲激发后，静止的质子受到大小相等、方向相反的脉冲作用，相位变化为零；而运动的质子在梯度场中的位置发生了变化，产生了第一相位变化。静止与运动的质子的相位差异显现出来。
[0084]
然后再在流体的流速方向上施加第二对流速编码梯度，得到第二相位变化。第二对流速编码梯度由一对大小相等，持续时间相同但方向相反的双极梯度脉冲组成，与第一对流速编码梯度的脉冲顺序呈镜像对称。通过这一脉冲序列，得到两个相位变化，将这两个相位变化作差，得到相位差值δφ。
[0085]
在磁共振成像的坐标系中，顺主磁场方向的为z轴或纵轴，垂直于主磁场方向的平面为xy平面或者横平面。在本技术实施例中，将磁共振信号从横平面激发到纵平面后，使用一个180
°
脉冲，使得纵向磁化倾斜180
°
，在纵平面对信号进行回聚，之后再激发到横平面进行成像。
[0086]
图2是本技术实施例提供的相位分布序列图，如图2所示，水平方向表示时间，竖直方向表示梯度幅值，第一条轴线表示射频发射轴，第二条轴线表示选层梯度轴，第三条轴线表示扩散编码梯度轴，矩形框内表示信号采集结果，δ表示流速编码梯度之间的间隔，δ表示磁场施加时间。
[0087]
本技术实施例将流速编码梯度融合得到纵平面回聚回波序列中。以第三个脉冲为中心，在第二个和第四个脉冲两侧使用面积形状相同的梯度场进行相位编码，得到第一相位变化；第二次通过虚线部分标记，使用与第一次镜像对称的梯度场进行相位编码，得到第二相位变化，两次相位变化作差得到相位差值。
[0088]
本技术实施例提供的流速测量方法，通过在新鲜样品中流体的流速方向上施加两对镜像对称的流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像，根据相位变化确定流体的流
速大小，通过增加流速编码梯度之间的间隔，实现了高空间分辨率和成像效率的新鲜样品流速的定量测量。
[0089]
可选地，所述第一对流速编码梯度为大小相等、持续时间相同但方向相反的双极梯度；所述第二对流速编码梯度为大小相等，持续时间相同但方向相反的双极梯度。
[0090]
可选地，所述方法还包括：
[0091]
增强所述新鲜样品中所述流体的磁共振信号。
[0092]
可选地，所述增强所述新鲜样品中所述流体的磁共振信号，包括：
[0093]
通过辐照激发所述流体的电子自旋以及电子质子交换，饱和所述流体的自旋磁矩；
[0094]
关闭辐照并发射射频脉冲，激发所述流体的磁共振信号。
[0095]
具体来说，生物组织中含有大量原子核，原子核由中子和质子组成，其中以氢核最多。氢原子核的质子具有自旋的特性，带正电，产生磁矩，绕自旋轴旋转。将氢原子放置在外加的恒定磁场中，其自旋轴将按照外加磁场磁力线的方向有序排列。在这种状态下，用特定频率的射频脉冲进行激发，氢原子核吸收一定能量而共振，即发生磁共振现象。
[0096]
停止发射射频脉冲后，被激发的氢原子核把吸收的能量逐步释放出来，其相位和能级都恢复到被激发前的状态，这个恢复过程被称为弛豫过程，恢复到原来的平衡状态所需要的时间称为弛豫时间，分为纵向弛豫时间和横向弛豫时间。
[0097]
磁共振成像需要通过射频线圈来接收磁共振信号，通过外加射频脉冲，使磁化矢量发生偏转，磁化矢量在与此处垂直的横向平面内进动，使穿过线圈的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈中感应出电流。线圈内流动的电流大小或者说信号强度，与磁化矢量横向分量的大小正相关，与氢原子的密度以及弛豫时间有关。
[0098]
采集到的磁共振信号为复数信号，得到的磁共振图像也为复数，其幅度、相位又氢原子密度、弛豫时间和扫描参数确定。在采集磁共振信号之前，需要增强新鲜样品中流体的磁共振信号。具体操作方式为：
[0099]
通过辐照激发流体的电子自旋以及电子质子自旋交换，饱和流体的自旋磁矩；关闭辐照并发射射频脉冲，激发流体的磁共振信号。
[0100]
图3是本技术实施例提供的流速测量系统的结构示意图，如图3所示，本技术实施例提供一种流速测量系统，包括：
[0101]
增强激发模块301，用于通过辐照激发电子自旋以及电子质子自旋交换，饱和流体的自旋磁矩；关闭辐照并发射射频脉冲，激发流体到的磁共振信号。
[0102]
控制采集模块302，用于所激发的流体施加外部的梯度磁场，采集原始磁共振图像。
[0103]
存储模块303，用于提取原始磁共振图像的相位对比图像并进行存储。
[0104]
处理模块304，用于读取存储的相位对比图像，将在(-π，π]边界跳变产生的卷绕修改为连续变化的灰度图像，获得解卷绕相位图像，并计算流体的流速大小v。
[0105]
图4是本技术实施例提供的水模型流动仿体的结构示意图，如图4所示，在离心管与离心管管盖之间平行映射打孔，孔间插入软胶质导水管，导水管与离心管间填充氧化海藻酸钠和羧甲基壳聚糖在常温常压下形成水凝胶，从导水孔注入设定流速的纯水，从出水孔流出。
[0106]
通过对该水模型流动仿体进行磁共振相位对比成像，得到水流速度的实际测量值和理论值的偏差均在0.2mm/s内，空间分辨率0.1mm
×
0.1mm，单样品的单层流速测量扫描时间为2s。
[0107]
通过本技术实施例提供的流速测量系统，可以在0.5t低场核磁共振成像仪上对新鲜样品进行流速的定量测量，流速测量精度可以实现0.2mm/s，空间分辨率可以达到0.1mm
×
0.1mm，能够实现高空间分辨率和成像效率的新鲜样品流速定量测量，有助于病理的精准诊断，以及疾病的早期发现，对发展新的病理检测手段提供技术支撑。
[0108]
图5是本技术实施例提供的流速测量装置的结构示意图，如图5所示，本技术实施例提供一种流速测量装置，包括：
[0109]
获取模块501，用于在新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像；
[0110]
确定模块502，用于基于所述相位对比图像，确定所述流体的流速大小。
[0111]
可选地，所述确定模块包括：
[0112]
第一获取子模块，用于基于所述相位对比图像进行解卷绕，获得解卷绕相位图像；
[0113]
第一确定子模块，用于基于所述解卷绕相位图像，确定流体的流速大小。
[0114]
可选地，所述获取模块包括：
[0115]
第二获取子模块，用于在所述流速方向上施加第一对流速编码梯度，得到第一相位变化；
[0116]
第三获取子模块，用于在所述流速方向上施加第二对流速编码梯度，得到第二相位变化；所述第一对流速编码梯度的脉冲顺序和所述第二对流速编码梯度的脉冲顺序之间呈镜像对称；
[0117]
第二确定子模块，用于根据所述第一相位变化和所述第二相位变化确定所述流速方向的相位对比图像。
[0118]
可选地，所述第一对流速编码梯度为大小相等、持续时间相同但方向相反的双极梯度；所述第二对流速编码梯度为大小相等，持续时间相同但方向相反的双极梯度。
[0119]
可选地，所述装置还包括：
[0120]
增强模块，用于增强所述新鲜样品中所述流体的磁共振信号。
[0121]
可选地，所述增强模块包括：
[0122]
第一激发子模块，用于通过辐照激发所述流体的电子自旋以及电子质子交换，饱和所述流体的自旋磁矩；
[0123]
第二激发子模块，用于关闭辐照并发射射频脉冲，激发所述流体的磁共振信号。
[0124]
在此需要说明的是，本技术实施例提供的上述装置，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
[0125]
图6是本技术实施例提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)601、通信接口(communications interface)602、存储器(memory)603和通信总线604，其中，处理器601，通信接口602，存储器603通过通信总线604完成相互间的通信。处理器601可以调用存储器603中的逻辑指令，以执行流速测量方法，该方法包括：
[0126]
在新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像；
[0127]
基于所述相位对比图像，确定所述流体的流速大小。
[0128]
此外，上述的存储器603中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0129]
另一方面，本技术还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的流速测量方法，该方法包括：
[0130]
在新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像；
[0131]
基于所述相位对比图像，确定所述流体的流速大小。
[0132]
又一方面，本技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的流速测量方法，该方法包括：
[0133]
在新鲜样品中流体的流速方向上施加流速编码梯度，获取流速方向的相位对比图像；
[0134]
基于所述相位对比图像，确定所述流体的流速大小。
[0135]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0136]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0137]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。