相位分布及相位校正方法和裝置以及磁共振成像方法和裝置的製作方法
2023-06-28 11:44:01
專利名稱：相位分布及相位校正方法和裝置以及磁共振成像方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及相位分布測量方法和裝置、相位校正方法和裝置、及磁共振成像方法和裝置，更具體地說，涉及用於測量通過磁共振成像得到的圖像的相位分布的方法和裝置、涉及用於基於測量的相位分布來校正像素數據的相位的方法和裝置、以及涉及獲得基於相位校正像素數據的水和類脂物的圖像的磁共振成像方法和裝置。
在磁共振成像裝置中，在容納成像對象的空間形成恆定磁場，在恆定磁場空間形成梯度磁場和高頻磁場，根據成像對象的自旋所產生的磁共振信號來形成(重構)圖像。由於化學位移，類脂物的磁共振信號頻率與水的磁共振信號頻率不同，因此根據頻率不同可以利用相位差分別對水和類脂物成像。
磁共振信號的相位受恆定磁場強度的非均勻性影響，因此為了分別對水和類脂物成像而不受磁場非均勻性的影響，計算表示恆定磁場非均勻性的相位分布、即相位圖，並據此進行圖像的相位校正。
通過對每一個像素計算用複數表示的圖像數據的相位來得到相位圖。為了得到精確的相位圖，首先用低通濾波器處理圖像來去除噪聲。
圖1示出典型的一維圖像的相位圖的概念。取相位圖的原點作為恆定磁場的中心。原點的相位為0。該圖是相位圖，其中恆定磁場強度具有線性梯度並且相位按照與原點的距離線性變化。當相位超過+π時，它回到-π側，而當它超過-π時，它回到+π側，如該圖的(a)所示。換句話說，產生相位卷回(wrap around)。
因此，在存在卷回的部分進行卷回校正、即解卷(unwrapping)，以便得到沒有卷回的相位圖，如該圖的(b)所示。
根據相鄰像素的圖像數據的相位差的絕對值是否2π來檢測卷回是否出現，對於檢測到卷回的像素，將2π以與相位差的符號相反的符號加到像素的圖像數據的相位上。
當作為計算相位圖的初步步驟而對圖像進行低通濾波時，由於成像對象的磁化的變化、由於類脂物的相位變化、由於血液循環或身體移動或噪聲的幻像，在某些位置局部地幹擾像素數據。在這些位置，看來好像存在卷回相位狀態，但據此不能通過執行解捲來得到精確的相位圖。
另外，如果磁場的不均勻性是非線性的話，則相位圖包含高階分量。必須設置低通濾波，以便去除這些高階分量，但是不容易進行這種低通濾波設置。
本發明的目的是提供相位分布測量方法和裝置，即使存在局部相位幹擾時它也能計算精確的相位圖，提供利用該計算的相位圖的相位校正方法和裝置，以及產生執行這種相位校正的磁共振成像方法和裝置。
本發明的又一個目的是提供相位校正的方法和裝置，它使得容易進行包括高頻分量的相位校正；並且提供磁共振成像的方法和裝置，用於執行這樣的校正。
源於解決上述問題的一個方面的本發明是一種相位分布測量方法，它包括如下步驟對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波；通過比較低通濾波前的圖像和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，其低通濾波後的值與低通濾波前的值的比值不超過預定的比值；排除檢測到的像素位置的像素數據，根據低通濾波前的圖像或低通濾波後的圖像來計算相位分布；以及通過從鄰近像素位置的相位來估計被計算的相位分布中所述被排除的像素的相位而進行補償。
在源於這一方面的本發明中，比較低通濾波前和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據，檢測存在相位幹擾的像素位置，計算將這些像素位置的像素數據排除在外的相位圖，然後通過從鄰近像素位置的相位來估計被排除的像素位置的相位而進行補償，以便得到沒有異常的相位圖。
源於解決上述問題的另一個方面的本發明是一種相位分布測量裝置，它包括如下單元濾波單元，它對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波；像素位置檢測單元，它通過比較低通濾波前的圖像和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，其低通濾波後的值與低通濾波前的值的比值不超過預定的比值；相位分布計算單元，它排除檢測到的像素位置的像素數據，根據低通濾波前的圖像或低通濾波後的圖像來計算相位分布；以及相位補償單元，它通過從鄰近像素位置的相位來估計所計算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而進行補償。
在源於這一方面的本發明中，由像素位置檢測單元比較低通濾波前和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據，以便檢測存在相位幹擾的像素位置，由相位分布計算單元計算將這些像素位置的像素數據排除在外的相位圖，然後由相位補償單元進行補償，相位補償單元通過從鄰近像素位置的相位來估計被排除的像素位置的相位，以便得到沒有異常的相位圖。
源於解決上述問題的另一個方面的本發明是一種相位校正方法，它包括如下步驟對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波；通過比較低通濾波前的圖像和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，其低通濾波後的值與低通濾波前的值的比值不超過預定的比值；排除檢測到的像素位置的像素數據，根據低通濾波前的圖像或低通濾波後的圖像來計算相位分布；通過從鄰近像素位置的相位來估計所計算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而進行補償；以及利用補償後的相位分布對圖像進行相位校正。
在源於這一方面的本發明中，比較低通濾波前和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據，檢測存在相位幹擾的像素位置，計算將這些像素位置的像素數據排除在外的相位圖，然後通過從鄰近像素位置的相位來估計被排除的像素位置的相位而進行補償，以便得到沒有異常的相位圖。然後利用這一相位圖對圖像數據進行相位校正。
源於解決上述問題的另一個方面的本發明是一種相位校正方法，它包括如下步驟對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波；根據低通濾波後的圖像計算相位分布；根據所計算的相位分布對所述低通濾波前圖像進行相位校正；再次對相位校正後的圖像進行低通濾波；根據新的低通濾波後的圖像來計算新的相位分布；以及根據新計算的相位分布對相位校正後的圖像進行新的相位校正。
在源於這一方面的本發明中，從低通濾波後的圖像來計算第一相位圖，根據這一相位圖對低通濾波前的圖像進行相位校正，再次對相位校正後的圖像進行低通濾波，從這一圖像計算第二相位圖，然後按第二相位圖對原按第一相位圖進行相位校正後的圖像進行相位校正。通過重複這種相位校正許多次，得到包含高階分量的相位圖。
源於解決上述問題的一個方面的本發明是一種相位校正裝置，它包括濾波單元，它對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波；像素位置檢測單元，它通過比較低通濾波前的圖像和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，其低通濾波後的值與低通濾波前的值的比值不超過預定的比值；相位分布計算單元，它通過排除檢測到的像素位置的像素數據，根據低通濾波前的圖像或低通濾波後的圖像來計算相位分布；相位補償單元，它通過從鄰近像素位置的相位來估計所計算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而進行補償；以及相位校正單元，它利用補償後的相位分布對圖像進行相位校正。
在源於這一方面的本發明中，由像素位置檢測單元比較低通濾波前和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據，以便檢測存在相位幹擾的像素位置，由相位分布計算單元計算將這些像素位置的像素數據排除在外的相位圖，然後由相位補償單元通過從鄰近像素位置的相位來估計被排除的像素位置的相位而進行補償，以便得到沒有異常的相位圖。然後由相位校正單元利用這種相位圖對圖像數據進行相位校正。
源於解決上述問題的另一個方面的本發明是一種相位校正裝置，它包括濾波單元，它對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波；相位分布計算單元，它根據低通濾波的圖像計算相位分布；相位校正單元，它根據計算的相位分布對所述低通濾波前的圖像進行相位校正；以及控制單元，它通過所述濾波單元再次對相位校正後的圖像進行低通濾波，通過相位分布計算單元根據新低通濾波後的圖像來計算新的相位分布，通過相位校正單元根據新計算的相位分布對相位校正後的圖像再次進行相位校正。
在源於這一方面的本發明中，由相位分布計算單元從低通濾波後的圖像來計算第一相位圖，由相位校正單元根據這一相位圖對低通濾波前的圖像進行相位校正，對相位校正後的圖像再次進行低通濾波，由相位分布計算單元從這一圖像計算第二相位圖，然後由相位校正單元按第二相位圖對原來按第一相位圖進行相位校正的圖像進行相位校正。通過這樣進行多次相位校正，來完成包含高階分量的相位校正。然後由相位校正單元利用這種相位圖對圖像數據進行相位校正。
源於解決上述問題的另一個方面的本發明是一種磁共振成像裝置，它包括成像單元，它利用磁共振來得到成像對象的圖像；濾波單元，它對通過磁共振成像得到的圖像進行濾波；像素位置檢測單元，它通過比較低通濾波前的圖像和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，其低通濾波後的值與低通濾波前的值的比值不超過預定的比值；相位分布計算單元，它排除檢測到的像素位置的像素數據，根據低通濾波前的圖像或低通濾波後的圖像來計算相位分布；相位補償單元，它通過從鄰近像素位置的相位來估計所計算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而進行補償；相位校正單元，它利用補償後的相位分布進行所述圖像的相位校正；和圖像產生單元，它用於利用相位校正後的圖像的像素數據的相位差分別產生水圖像和類脂物圖像。
在源於這一方面的本發明中，由像素位置檢測單元比較低通濾波前和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據，以便檢測存在相位幹擾的像素位置，由相位分布計算單元計算將這些像素位置的像素數據排除在外的相位圖，然後由相位補償單元進行補償，相位補償單元從鄰近像素位置的相位來估計被排除的像素位置的相位，以便得到沒有異常的相位圖。由相位校正單元利用這種相位圖對所述圖像進行相位校正。由圖像產生單元根據相位校正後的圖像數據分別對水和類脂物進行成像。
源於解決上述問題的另一個方面的本發明是一種磁共振成像裝置，它包括成像單元，它利用磁共振來得到成像對象的圖像；濾波單元，它對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波；相位分布計算單元，它根據低通濾波後的圖像來計算相位分布；相位校正單元，它根據所計算的相位分布對所述低通濾波前的圖像進行相位校正；控制單元，它通過所述濾波單元對相位校正後的圖像再次進行低通濾波，通過相位分布計算單元根據新的低通濾波後的圖像來計算新的相位分布，通過相位校正單元根據新計算的相位分布對相位校正後的圖像再次進行相位校正；和圖像產生單元，它利用相位校正後的圖像的像素數據的相位差分別產生水圖像和類脂物圖像。
在源於這一方面的本發明中，由相位分布計算單元從低通濾波後的圖像計算第一相位圖，由相位校正單元根據這一相位圖對低通濾波前的圖像進行相位校正，對相位校正後的圖像再次進行低通濾波，由相位分布計算單元從這一圖像計算第二相位圖，然後由相位校正單元按第二相位圖對原來按第一相位圖進行相位校正了的圖像進行相位校正。通過這樣進行多次相位校正，來完成包含高階分量的相位校正。然後由相位校正單元利用這種相位圖對圖像數據進行相位校正。由圖像產生單元根據相位校正後的圖像數據分別對水和類脂物進行成像。
源於解決上述問題的另一個方面的本發明是一種磁共振成像方法，它包括如下步驟利用磁共振來得到成像對象的圖像；對通過磁共振成像得到的圖像進行濾波；通過比較低通濾波前的圖像和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，其低通濾波後的值與低通濾波前的值的比值不超過預定的比值；排除被檢測到的像素位置的像素數據，根據低通濾波前的圖像或低通濾波後的圖像來計算相位分布；通過從鄰近像素位置的相位來估計所計算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而進行補償；利用補償後的相位分布進行所述圖像的相位校正；以及利用相位校正後的圖像的像素數據的相位差分別產生水圖像和類脂物圖像。
在源於這一方面的本發明中，比較低通濾波前和低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據，以便檢測存在相位幹擾的像素位置，計算將這些像素位置的像素數據排除在外的相位圖，然後，通過從鄰近像素位置的相位來估計被排除的像素位置的相位而進行補償，以便得到沒有異常的相位圖。利用這種相位圖對所述圖像進行相位校正。根據相位校正後的圖像數據分別對水和類脂物進行成像。
源於解決上述問題的另一個方面的本發明是一種磁共振成像方法，它包括如下步驟利用磁共振來得到成像對象的圖像；對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波；根據低通濾波的圖像來計算相位分布；根據計算的相位分布對所述低通濾波前的圖像進行相位校正；對相位校正後的圖像再次進行低通濾波，根據新的低通濾波後的圖像來計算新的相位分布，根據新計算的相位分布對相位校正後的圖像再次進行相位校正；和利用相位校正後的圖像的像素數據的相位差分別產生水圖像和類脂物圖像。
在源於這一方面的本發明中，從低通濾波後的圖像計算第一相位圖，根據這種相位圖對低通濾波前的圖像進行相位校正，對相位校正後的圖像再次進行低通濾波，從這種圖像計算第二相位圖，然後按第二相位圖對原來按第一相位圖進行相位校正了的圖像進行相位校正。通過這樣進行多次相位校正，來完成包含高階分量的相位校正。然後利用這種相位圖對圖像數據進行相位校正。根據相位校正後的圖像數據分別對水和類脂物進行成像。
按照本發明，可以提供即使存在局部相位幹擾時也可計算精確相位圖的相位分布測量方法和裝置、利用這樣計算得到的相位圖的相位校正方法和裝置、以及進行這種相位校正的磁共振成像裝置。
本發明還提供使得容易進行包括高頻分量的相位校正的相位校正方法和裝置、進行這樣的相位校正的磁共振成像裝置、計算高質量的精確的相位圖的相位分布測量方法和裝置、利用這一計算的相位圖的相位校正方法和裝置、和進行這種相位校正的磁共振成像裝置。
從對附圖中示出的本發明最佳實施例的描述，將明白本發明的其他目的和優點。
圖1是相位圖的概念圖。
圖2是按照本發明的一個實施例的裝置的方框圖。
圖3是按照本發明的一個實施例的裝置的方框圖。
圖4示出由示於圖2或圖3中的裝置執行的脈衝序列的例子。
圖5示出由示於圖2或圖3中的裝置執行的脈衝序列的例子。
圖6是示於圖2或圖3的裝置中的數據處理單元的方框圖。
圖7描述了示於圖6的數據處理單元的功能。
圖8描述了示於圖6的數據處理單元的功能。
圖9是示於圖2或圖3的裝置中的數據處理單元的方框圖。
圖10描述了示於圖9的數據處理單元的功能。
圖11描述了示於圖9的數據處理單元的功能。
圖12描述了示於圖9的數據處理單元的功能。
圖13描述了示於圖9的數據處理單元的功能。
圖14描述了示於圖9的數據處理單元的功能。
圖15描述了示於圖9的數據處理單元的功能。
圖16是示於圖2或圖3中的裝置中的數據處理單元的方框圖。
圖17描述了示於圖16的數據處理單元的功能。
圖18描述了示於圖16的數據處理單元的功能。
圖19描述了示於圖16的數據處理單元的功能。
現將參考附圖詳細描述本發明的一些實施例。圖2示出磁共振成像裝置的方框圖。所述裝置是本發明的一個實施例的例子。所述裝置的結構顯示與本發明的裝置有關的實施例。
所述裝置的操作顯示與本發明的方法有關的實施例。
如圖2所示，所述裝置包括磁系統100。磁系統100包括磁場線圈單元102、梯度線圈單元106、和RF(射頻)線圈單元108。這些線圈單元的每一個具有基本上圓筒的形狀，它們彼此同軸布置。成像對象300放置在託架500上，並由傳送系統(未示出)移入和移出磁系統100內的空間。
主磁場線圈單元102在磁系統100的內部空間內形成恆定磁場。恆定磁場的方向基本上平行於成像對象300的軸，即形成所謂的水平磁場。主磁場線圈單元102由例如超導線圈構成。但是，顯然，它不限於超導線圈，還可由一般導電線圈或類似物構成。
為提供恆定磁場強度梯度，梯度線圈單元106產生梯度磁場。產生的梯度磁場有三種類型，即時間片梯度磁場(slice gradientmagnetic field)、讀出梯度磁場(read-out gradient magnetic field)、和相位編碼梯度磁場(phase encode gradient magnetic field)，梯度線圈單元106包括對應於這三種類型的梯度磁場的三個梯度線圈系統(未示出)。
為了在處於恆定磁場空間內的成像對象300內激勵自旋(spin)，RF線圈單元108形成高頻磁場。此後，將形成高頻磁場稱作為發送RF激勵信號。RF線圈單元108還接收電磁波，即磁共振信號，它由激勵的自旋產生。RF線圈單元108包括發送線圈(未示出)和接收線圈(未示出)。同一線圈可用作發送和接收線圈，或者發送線圈和接收線圈可用專用線圈。
梯度驅動單元130連接到梯度線圈單元106。梯度驅動單元130向梯度線圈單元106提供驅動信號，以便產生梯度磁場。梯度驅動單元130包括對應於梯度線圈單元106中三個梯度線圈的三個驅動電路(未示出)。
RF驅動單元140連接到RF線圈單元108。RF驅動單元140向RF線圈單元108提供驅動信號，發送RF激勵信號並激勵成像對象300內的自旋。
數據採集單元150連接到RF線圈單元108。數據採集單元150採集由RF線圈單元108接收的信號，並將它作為數位訊號收集。
控制單元160連接到梯度驅動單元130、RF驅動單元140和數據採集單元150。控制單元160分別控制梯度驅動單元130或數據採集單元150。
數據採集單元150的輸出側連接到數據處理單元170。數據處理單元170將從數據採集單元150採集的數據存儲在存儲器中(未示出)。在存儲器中形成數據空間。數據空間包括二維付立葉空間。數據處理單元170變換二維付立葉空間中數據，以便重構成像對象300的圖像。
數據處理單元170連接到控制單元160。數據處理單元170處在控制單元160上遊並控制控制單元160。顯示單元180和操作單元190連接到數據處理單元170。顯示單元180顯示重構的圖像和從數據處理單元170輸出的各種信息。操作單元190由工作人員操作並將各種命令、信息等輸入到數據處理單元170。
圖3示出磁共振成像裝置的方框圖。該裝置是本發明實施例的例子。所述裝置的結構顯示與本發明的裝置有關的實施例的例子。所述裝置的操作顯示與本發明的方法有關的實施例的例子。
示於圖3的裝置包含不同於圖2中裝置的磁系統100』。除了磁系統100』外，它具有與示於圖2的裝置相同的結構。相同的部件標以相同的符號，而對其的解釋從略。
磁系統100』包括主磁場磁單元102』、梯度線圈單元106』、和RF線圈單元108』。這些主磁場磁單元102』和線圈單元的每一個都包括彼此隔開一條縫隙而面對著的對偶。它們還具有基本上盤狀的形狀，並同軸地配置。成像對象300放置在託架500上，並由傳送系統(未示出)移入和移出磁系統100』的內部空間。
主磁場磁單元102』在磁系統100』的內部空間內形成恆定磁場。恆定磁場的方向基本上垂直於成像對象300的軸，即形成所謂的正交磁場。主磁場磁單元102』例如由永久磁體等構成，但自然不限於永久磁體，還可由超導電磁體或一般導電電磁體構成。
為提供恆定磁場強度的梯度，梯度線圈單元106』產生梯度磁場。產生的梯度磁場有三種類型，並且梯度線圈單元106』包括對應於這三種類型梯度磁場的三種梯度線圈系統(未示出)。
為了在恆定磁場空間中的成像對象300內激勵自旋，RF線圈單元108』發送RF激勵信號。RF線圈單元108』還接收由激勵的自旋產生的磁共振信號。RF線圈單元108』包括發送線圈(未示出)和接收線圈(未示出)。同一線圈可用作發送和接收線圈，或者發送線圈和接收線圈可用專用線圈。
圖4示出用於磁共振成像的脈衝序列的例子。這一脈衝序列是自旋迴波(SE:Spin Echo)方法的脈衝序列。
具體地說，(1)是用於SE方法中RF激勵的90度脈衝和180度脈衝序列，同樣地，(2)、(3)、(4)和(5)分別是時間片梯度Gs、讀出梯度Gr、相位編碼梯度Gp和自旋迴波MR序列。90度脈衝和180度脈衝分別由主信號表示。脈衝序列沿著時間軸t從左向右前進。
從該圖可以看出，由90度脈衝進行90度自旋激勵。在這一時刻，施加時間片梯度Gs，並出現預定時間片的選擇性激勵。在從90度激勵開始的預定的時間後，由於180度脈衝而產生180度激勵、即自旋反轉。在這裡還施加時間片梯度Gs，並出現相同時間片的選擇性反轉。
在90度激勵和自旋反轉之間的時間間隔期間，施加讀出梯度Gr和相位編碼梯度Gp。由於讀出梯度Gr而產生移相。由於相位編碼梯度Gp而產生相位編碼。
在自旋反轉後，自旋被讀出梯度Gr再定相，並產生自旋迴波MR。數據採集單元150收集自旋迴波MR作為可視數據。在周期TR(重複時間)，脈衝序列重複64到512次。在每次重複中，相位編碼梯度Gp改變，於是每次進行不同的相位編碼。這樣，得到64到512種可視數據。
自旋迴波MR是RF信號，它具有相對於回波中心對稱的波形。在從90度激勵開始的TE(回波時間)後產生主回波。通過適當地選擇TE，可使得水回波和類脂物回波的相位差為π/2。當恆定磁場強度為0.2T時，使得相位差為π/2的TE大約為2τ-8.6ms或2τ-8.6ms。τ是從90度激勵到180度激勵的時間間隔。從該數量級的TE得到的自旋迴波具有足夠的信號強度。
用於磁共振成像的脈衝序列的另一個例子示於圖5。這一脈衝序列是梯度回波(GRE:Gredient Echo)方法的脈衝序列。
具體地說，(1)是用於GRE方法中RF激勵的α度脈衝序列，同樣地，(2)、(3)、(4)和(5)分別是時間片梯度Gs、讀出梯度Gr、相位編碼梯度Gp和自旋迴波MR序列。α度脈衝由主信號表示。脈衝序列沿著時間軸t從左向右前進。
如該圖所示，由於α度脈衝而產生α度自旋激勵，α為90度或更小。在這一時刻，施加時間片梯度Gs，於是出現預定時間片的選擇性激勵。
在α度激勵後，相位編碼梯度Gp進行自旋的相位編碼。接著，讀出梯度Gr首先對自旋移相，於是自旋被再定相，並且產生梯度回波MR。數據採集單元150收集梯度回波MR作為可視數據。在周期TR，這一脈衝序列重複64到512次。在每一次重複中，相位編碼梯度Gp改變，於是每一次進行不同的相位編碼。這樣，得到64到512種可視數據。
梯度回波MR是RF信號，它具有相對於回波中心對稱的波形。在從α度激勵開始的TE(回波時間)後產生主回波。通過適當地選擇TE，可使得水回波和類脂物回波的相位差為π/2。當恆定磁場強度為0.2T時，使得相位差為π/2的TE大約為8.6ms。從該數量級的TE得到的梯度回波具有足夠的信號強度。
數據處理單元170的存儲器收集由圖4或圖5的脈衝序列收集的可視數據。當然，應當明白脈衝序列不限於SE方法或GRE方法，還可包括諸如快速自旋迴波(FSE:FastSpin Echo)方法或回波平面成像(EPI:Echo Planar Imaging)方法。
數據處理單元170對可視數據應用二維付立葉逆變換，以便重構成像對象300的層析X射線照片。重構的圖像存儲在存儲器中。至此，所述裝置的結構和功能是按照本發明的成像裝置的實施例的例子。
按照重構的圖像，數據處理單元170分別產生水部分的圖像和類脂物部分的圖像。此後，將水部分的圖像稱作為水圖像，而類脂物部分的圖像稱作為類脂物圖像。
在產生水圖像和類脂物圖像的過程中，數據處理單元170計算對應於恆定磁場的強度分布的相位分布、即相位圖。當然，應當明白相位圖不僅用於水和類脂物的分離，而且還用於通常成像中的相位校正。
數據處理單元170是本發明的相位分布測量裝置的實施例的例子。數據處理單元170的結構顯示與本發明的裝置有關的實施例的例子。數據處理單元170的操作顯示與本發明的方法有關的實施例的例子。
數據處理單元170利用相位圖進行去除磁場非均勻性影響的相位校正。數據處理單元170的結構顯示與本發明的裝置有關的實施例的例子。數據處理單元170的操作顯示與本發明的方法有關的實施例的例子。數據處理單元170還是按照本發明的相位校正裝置的圖6是從分別產生水圖像和類脂物圖像的觀點來看的數據處理單元170的方框圖。例如，可以通過電腦程式等來實現該圖中每一個方塊的功能。下文中這一點是相同的。
就象可從該圖看到的那樣，數據處理單元170包括濾波單元702。濾波單元702是按照本發明的濾波單元的實施例的例子。將重構的圖像從前級的圖像重構單元700輸入到濾波單元702。例如，重構的圖像可以是通過將標準幻像成像而得到的圖像。標準幻像僅僅包含水部分。
重構圖像的像素數據由複數給出。具體地說，像素數據包含實數分量和虛數分量。此後，實數分量和虛數分量將分別稱為實數部分和虛數部分。
在輸入圖像中，由於除了導致成像對象的磁化變化的磁場不均勻性之外的原因、由類脂物引起的相位變化、由血液循環或身體移動引起的重像或大的噪聲、或這些因素的結合，當像素數據的相位局部地受到幹擾時，表示復圖像數據的向量可能具有例如象圖7的區域A所示的各種相位。圖7是一維序列像素數據。為簡化說明，假定像素數據的信號強度是不變的。
這種輸入的圖像在濾波單元702經低通濾波。例如通過移動平均過程進行低通濾波。除移動平均外，例如，可對像素數據應用諸如高斯分布的適當加權。
由於低通濾波，以兩側預定數量的鄰近像素數據的平均值的形式來計算像素數據，因此每一個像素數據將象例如圖8所示的那樣。具體地說，在區域A，像素數據的相位大大不同於周圍像素數據的相位，因此信號強度由於移動平均而相當地下降。在區域A外，除緊鄰的像素數據外，實際上沒有這樣的不同。
關於這些像素數據，像素位置檢測單元704檢測那些幅值已減小的像素位置。像素位置檢測單元704是按照本發明的像素位置檢測單元的一個實施例。當檢測像素位置時，也就是查看輸入圖象。通過檢測滿足下面方程條件的像素位置來進行像素位置的檢測濾波前信號強度≥E濾波後信號強度或濾波後信號強度≤e濾波前信號強度其中E、e是閾值。
利用上述方程，比較濾波前的圖像和濾波後的圖像的對應像素的像素數據，並檢測信號強度的減小超過了預定限值的像素位置。結果，可以檢測屬於區域A的像素位置、即存在相位幹擾的像素位置。
例如，將閾值E、e確定為基於所有像素數據的方程(1)或方程(2)的值的標準偏差的統計值。另一種方法是，它們為基於過去經驗確定的值。再又，可以根據結果適當地對它們進行調整。
將這樣檢測到的像素位置信息輸入到相位分布計算單元706。輸入的圖像也輸入到相位分布計算單元706。輸入到相位分布計算單元706的圖像可以是濾波單元702輸出的圖像。相位分布計算單元706是按照本發明的相位分布計算單元的一個實施例。
相位分布計算單元706計算輸入圖像的每一個像素數據的相位。通過計算復圖像數據的實數部分和虛數部分的反正切來計算相位。在這一過程中，排除上述像素位置進行計算。這樣，得到沒有那些存在相位幹擾的像素位置的數據的相位分布。
關於這種相位分布，由相位補償單元708對沒有相位數據的部分進行相位校正。相位補償單元708是按照本發明的相位補償單元的一個實施例。通過插值法來進行相位補償。插值法可以是插值或相位插值。對於插值計算，根據方便可以使用一階函數、高階函數或樣條函數。
這樣，得到所述數據已完整的相位分布。根據這種相位分布，由相位圖形成單元710形成相位圖。當形成相位圖時，進行相位解卷。當消除了相位分布中的相位幹擾時，可以精確地進行解卷，並可得到正確的相位圖。
相位圖存儲在相位圖存儲器712。在相位校正單元714中，由相位圖存儲器712存儲的相位圖被用於重構圖像的相位校正。相位校正單元714從圖像重構單元700輸入將被相位校正的重構圖像，以便進行相位校正。利用相位圖中對應像素的相位來校正所述像素數據的相位。
將已相位校正的復圖像輸入到水/類脂物分離單元716。水/類脂物分離單元716是按照本發明的圖像形成單元的實施例的例子。水/類脂物分離單元716利用相位校正的復圖像的實部產生水圖像並利用相位校正的復圖像的虛部產生類脂物圖像。這樣，得到精確的水圖像和類脂物圖像。產生的水圖像存儲在水圖像存儲器718中，類脂物圖像存儲在類脂物圖像存儲器720中。
圖9示出從產生分開的水圖像和類脂物圖像的觀點來看的數據處理單元170的方框圖。例如，可以通過電腦程式等來實現該圖中每一個方塊的功能。如果恆定磁場的非均勻性是非線性的，則示於該圖的數據處理單元170通過包含高階分量的相應相位圖進行相位校正。簡言之，與恆定磁場非均勻性的非線性相對應的相位圖的高階分量和低階分量將稱作為高階相位和低階相位。
如該圖中所示的那樣，數據處理單元170包含濾波單元724。濾波單元724與上述的濾波單元702相同。來自圖像重構單元700的圖像或者稍後描述的相位校正的圖像經由轉換單元722輸入到濾波單元724。由控制單元732來控制轉換單元732的轉換。
濾波單元724對輸入的圖像進行低通濾波。濾波單元724是按照本發明的濾波單元的實施例的例子。低通濾波的程度由控制單元732調整。低通濾波的程度還可利用移動平均由數據數和加權來調整。控制器732是按照本發明的濾波調整單元的一個實施例。
由於這種低通濾波，在重構圖像中得到象例如圖10中示出的相位分布或象圖10中示出的平滑的相位分布。這種相位分布僅包含一階或鄰近的低階相位，而不包含高階相位。為解釋方便，在圖10和圖11中相位分布退化為一階。對後面的圖而言，這一點是相同的。
對於低通濾波的重構圖像，由相位圖形成單元726來形成相位圖。圖5中從像素位置檢測單元704到相位補償單元708的結構可以加入到相位圖形成單元726中，並且在修改相位幹擾部分後形成相位圖。
相位圖形成單元726是按照本發明的相位計算單元的一個實施例。相位圖形成單元726與上述相位圖形成單元710是相同的。當形成相位圖時，對卷回部分進行解卷。
低通濾波的圖像的相位分布就象圖11中所示的那樣，並由此得到象圖12所示的相位圖。由相位校正單元728利用這一相位圖對輸入圖像進行相位校正。相位校正單元728是按照本發明的相位校正單元的一個實施例。相位校正單元728與上述相位校正單元714相同。
相位校正的輸入圖像的相位分布就象例如圖13所示的那樣。如這一圖所示的那樣，對輸入圖像的一階或低階相位進行相位校正，留下高階相位。留下的高階相位包含因恆定磁場的非線性性引起的高階相位。
具有這一相位分布的相位校正的圖像經由轉換單元730和轉換單元722返回到濾波單元724，在那再次進行低通濾波。由控制器732來調整低通濾波程度。將低通濾波程度安排得弱於緊鄰前面情況的低通濾波程度。例如可以通過去除一些移動平均的數據使低通濾波程度減弱。
由於這一低通濾波，例如圖13所示的圖像的相位分布變得象圖14所示的那樣。圖14包含依賴於低通濾波減弱程度的高階相位。
相位圖形成單元726從這一低通濾波的圖像來形成相位圖。由此得到的相位圖與圖14所示的相位圖相同。相位校正單元728現利用這一相位圖對已經相位校正的圖像再次進行相位校正。
對相位校正的圖像的相位分布已完成高階相位的相位校正，例如象圖15所示。這樣可以校正由恆定磁場的非線性性引起的高階相位。
如果在這一級還將對圖像進行留下的高階相位的校正。再次將相位校正的圖像經由轉換單元722返回到濾波單元724。進一步減小濾波單元的濾波程度，進行低通濾波，並利用從濾波的圖像算得的相位圖進行第三相位校正。重複這一處理到需要的次數。換句話說，循環地形成所述相位圖和利用這一相位圖進行相位校正。包含控制器732和轉換單元722、730的部件是按照本發明的控制單元的一個在每一情況中，逐步減弱低通濾波程度。相反地，最初可以將低通濾波程度設得弱，並在每一情況中逐步加強低通濾波程度。為了加強低通濾波程度，例如可以增加移動平均的數據數。在每一情況中，低通濾波程度也可以相同。
可以在上述重複期間的任何時間顯示相位校正的圖像。這樣，可在任何時間檢驗相位校正的程度，這樣進行更加適合的相位校正。
最後，將相位校正的圖像經由轉換單元730輸入到水/類脂物分離單元716。水/類脂物分離單元716分別形成水圖像和類脂物圖像，並將它們存儲在水圖像存儲器718和類脂物圖像存儲器720中。進行相位校正，直到高階分量，這樣得到精確的水圖像和類脂物圖像。
當由成像對象300得到的圖像用作為原始圖像來計算相位圖時，由於上述的脈衝序列，水圖像和類脂物圖像具有π/2的相位差，因此在對應類脂物圖像的點，由於恆定磁場的非均勻性，所述相位圖具有添加了π/2的相位。
如果用這樣的相位圖來進行相位校正，即使水圖像和類脂物圖像的相位差被校正，也不再可能得到分離的水和類脂物的圖像。因此，當算得由成像對象300得到的圖像的相位圖時，進行後面的處理。
從計算圖像的相位圖的觀點，圖16示出數據處理單元170的方框圖，所述圖像中水圖像和類脂物圖像具有π/2的相位差。如該圖所示，數據處理單元170包括能量(power)圖像形成單元902和相位分布計算單元904。將重構的圖像輸入到能量(power)圖像形成單元902和相位分布計算單元904。
能量(power)圖像形成單元902對每一個像素計算複數數據的功率，並形成其中這一功率被認為是像素值的圖像、即能量(power)圖像。相位分布計算單元904計算重構的圖像的相位分布。圖17(a)示出相位分布的示意圖。該圖示出當層析X射線照片包含包圍它的水圖像和類脂物圖像時相位分布圖是一維圖時的情況。
如果假定恆定磁場是均勻的，當水圖像的相位是0時，所述一維相位分布圖(此後簡單地稱為相位分布)應當具有該圖點劃線示出的輪廓，可是如果恆定磁場例如具有直線斜率的非均勻性，則相位分布將由實線示出的那樣。
將相位分布輸入到相位四倍器906。相位四倍器906將相位分布中的每一個相位乘以4。結果得到圖17(b)示出的相位分布。如該圖所示，由於四倍而使水和類脂物之間的相位差變成2π，因此兩者具有相同的相位。應當注意到在相位分布中出現卷回，並且在水和類脂物的邊界出現相位的中斷或急劇變化。
將這一相位分布輸入到復圖像形成單元908。還將能量(power)圖像形成單元902的能量(power)圖像輸入到復圖像形成單元908。復圖像形成單元908根據相位分布和能量(power)圖像來形成復圖像。
計算作為能量(power)圖像數據的餘弦的復圖像的實數部分。計算作為能量(power)圖像數據的正弦的復圖像的虛數部分。用於計算餘弦和正弦的角是相位角。
將復圖像經由低通濾波器910輸入到相位分布計算單元912。相位分布計算單元912用經低通濾波的復圖像來形成相位分布。由於低通濾波，在相位分布中，消除了示於圖18(a)的相位中斷和急劇變化，例如象圖18(b)所示的那樣。
將這一相位分布輸入到相位解卷單元914。相位解卷單元914對具有圖19(a)示出的卷回的相位進行解卷，以至它象圖19(b)所示的那樣被解卷。
將解卷的相位分布輸入到1/4相位乘法器916。1/4相位乘法器916將輸入的相位乘以1/4。結果，得到示於圖19(c)的相位分布。這一相位分布對應當成像對象300隻是水時的相位分布。因此，這一相位分布表示恆定磁場強度分布、即恆定磁場的非均勻性。
在圖5中用相位分布計算單元706的處理、以及在圖8中用相位圖形成單元726的處理來取代這一處理，可以得到不受類脂物影響的相位圖。
可以構成本發明的範圍廣泛的許多不同的實施例而不脫離本發明的精神和範圍。應當指出，除了在後附的權利要求書中定義的之外，本發明不限於本說明書中描述的特定實施例。
權利要求
1．一種相位分布測量方法，它包括如下步驟對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波，通過比較所述低通濾波前的圖像和所述通道濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，所述低通濾波後的值與所述低通濾波前的值的比值不超過預定的比值，排除所述檢測到的像素位置的像素數據，根據所述低通濾波前的圖像或所述低通濾波後的圖像來計算相位分布，和通過從鄰近像素位置的相位來估計所述計算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位進行補償。
2．一種相位分布測量裝置，它包括濾波單元，它對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波，像素位置檢測單元，它通過比較所述低通濾波前的圖像和所述通道濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，所述低通濾波後的值與所述低通濾波前的值的比值不超過預定的比值，相位分布計算單元，它排除所述被檢測到的像素位置的像素數據，根據所述低通濾波前的圖像或所述低通濾波後的圖像來計算相位分布，和相位補償單元，它通過從鄰近像素位置的相位來估計所述計算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位進行補償。
3．一種相位校正方法，它包括如下步驟對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波，通過比較所述低通濾波前的圖像和所述通道濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，所述低通濾波後的值與所述低通濾波前的值的比值不超過預定的比值，排除所述被檢測到的像素位置的像素數據，根據所述低通濾波前的圖像或所述低通濾波後的圖像來計算相位分布，通過從鄰近像素位置的相位來估計所述計算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位進行補償，和利用所述補償後的相位分布對所述圖像進行相位校正。
4．一種相位校正方法，它包括如下步驟對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波，根據所述低通濾波的圖像計算相位分布，根據所述計算的相位分布對所述低通濾波前的圖像進行相位校正，對所述相位校正後的圖像再次進行低通濾波，根據所述新的低通濾波後的圖像來計算新的相位分布，和根據所述新計算的相位分布對所述相位校正後的圖像進行新的相位校正。
5．權利要求4的相位校正方法，其特徵在於循環地進行如下步驟對所述相位校正後的圖像再次進行低通濾波；根據所述新的低通濾波後的圖像來計算新的相位分布；以及根據所述新計算的相位分布對所述相位校正後的圖像進行新的相位校正。
6．權利要求4的相位校正方法，其特徵在於每次重複時逐漸地減弱所述低通濾波的程度。
7．權利要求4的相位校正方法，其特徵在於每次重複時逐漸地加強所述低通濾波的程度。
8．一種相位校正裝置，它包括濾波單元，它對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波，像素位置檢測單元，它通過比較所述低通濾波前的圖像和所述通道濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，所述低通濾波後的值與所述低通濾波前的值的比值不超過預定的比值，相位分布計算單元，它排除所述檢測到的像素位置的像素數據，根據所述低通濾波前的圖像或所述低通濾波後的圖像來計算相位分布，相位補償單元，它通過從鄰近像素位置的相位來估計所述計算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位進行補償，和相位校正單元，它利用所述補償的相位分布對所述圖像進行相位校正。
9．一種相位校正裝置，它包括濾波單元，它對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波，相位分布計算單元，它根據所述低通濾波的圖像計算相位分布，相位校正單元，它根據所述計算的相位分布對所述低通濾波前的圖像進行相位校正，和控制單元，它通過所述濾波單元對所述相位校正後的圖像再次進行低通濾波，通過所述相位分布計算單元根據所述新的低通濾波後的圖像來計算新的相位分布，通過所述相位校正單元根據所述新計算的相位分布對所述相位校正後的圖像再次進行新的相位校正。
10．權利要求9的相位校正裝置，其特徵在於所述控制單元循環地進行如下步驟通過所述濾波單元再次對所述相位校正後的圖像進行低通濾波；通過所述相位分布計算單元根據所述新的低通濾波後的圖像計算新的相位分布；以及通過所述相位校正單元根據所述新計算的相位分布再次對所述相位校正後的圖像進行新的相位校正。
11．權利要求9的相位校正裝置，其特徵在於每次重複時逐漸地減弱所述低通濾波的程度。
12．權利要求9的相位校正裝置，其特徵在於每次重複時逐漸地加強所述低通濾波的程度。
13．種磁共振成像裝置，它包括成像單元，它利用磁共振來得到成像對象的圖像，濾波單元，它對磁共振成像得到的圖像進行低通濾波，像素位置檢測單元，它通過比較所述低通濾波前的圖像和所述低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，所述低通濾波後的值與所述低通濾波前的值的比值不超過預定的比值，相位分布計算單元，它排除所述被檢測到的像素位置的像素數據，根據所述低通濾波前的圖像或所述低通濾波後的圖像來計算相位分布，相位補償單元，它通過從鄰近像素位置的相位來估計所述計算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而進行補償，相位校正單元，它利用所述補償的相位分布對所述圖像進行相位校正，和圖像產生單元，它利用所述相位校正後的圖像的像素數據的相位差分別產生水圖像和類脂物圖像。
14．一種磁共振成像裝置，它包括成像單元，它利用磁共振來得到成像對象的圖像，濾波單元，它對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波，相位分布計算單元，它根據所述低通濾波後的圖像來計算相位分布，相位校正單元，它根據所述計算的相位分布對所述低通濾波前的圖像進行相位校正，控制單元，它通過所述濾波單元對所述相位校正後的圖像再次進行低通濾波，通過所述相位分布計算單元根據所述新的低通濾波後的圖像來計算新的相位分布，通過所述相位校正單元根據所述新計算的相位分布對所述相位校正後的圖像再次進行相位校正，和圖像產生單元，它利用所述相位校正後的圖像的像素數據的相位差分別產生水圖像和類脂物圖像。
15．權利要求14的磁共振成像裝置，其特徵在於所述控制單元循環地執行以下步驟通過所述濾波單元對所述相位校正後的圖像再次進行低通濾波；通過所述相位分布計算單元根據所述新的低通濾波後的圖像來計算新的相位分布；以及通過所述相位校正單元根據所述新計算的相位分布對所述相位校正後的圖像再次進行相位校正。
16．權利要求14的磁共振成像裝置包含濾波調整單元，它在每次重複時逐漸地減弱所述低通濾波的程度。
17．權利要求14的磁共振成像裝置包含濾波調整單元，它在每次重複時逐漸地加強所述低通濾波的程度。
18．一種磁共振成像方法，它包括如下步驟利用磁共振來得到成像對象的圖像，對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波，通過比較所述低通濾波前的圖像和所述低通濾波後的圖像的每一個對應像素的像素數據來檢測這樣的像素位置對該像素位置而言，所述低通濾波後的值與所述低通濾波前的值的比值不超過預定的比值，排除所述被檢測到的像素位置的像素數據，根據所述低通濾波前的圖像或所述低通濾波後的圖像來計算相位分布，通過從鄰近像素位置的相位來估計所述計算的相位分布中所述被排除的像素位置的相位而進行補償，利用所述補償後的相位分布對所述圖像進行相位校正，和利用所述相位校正後的圖像的像素數據的相位差分別產生水圖像和類脂物圖像。
19．一種磁共振成像方法，它包括如下步驟利用磁共振來得到成像對象的圖像，對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波，根據所述低通濾波後的圖像來計算相位分布，根據所述計算的相位分布對所述低通濾波前的圖像進行相位校正，對所述相位校正後的圖像再次進行低通濾波，根據所述新的低通濾波後的圖像來計算新的相位分布，根據所述新計算的相位分布對所述相位校正後的圖像再次進行相位校正，和利用所述相位校正後的圖像的像素數據的相位差分別產生水圖像和類脂物圖像。
全文摘要
為了即使存在局部幹擾時也能計算精確的相位圖並執行這種相位校正,對通過磁共振成像得到的圖像進行低通濾波(702),檢測其濾波後的值與濾波前的值的比值不超過預定比值的像素位置(704),計算除這些點的像素數據外的相位分布,從鄰近像素位置的相位來估計所述被排除點的相位而提供補償,以便使相位圖完整。
文檔編號A61B5/055GK1305113SQ00131879
公開日2001年7月25日 申請日期2000年10月23日 優先權日1999年10月22日
發明者三好光晴 申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司