一種磁共振成像中k空間數據的軌跡校正方法和裝置製造方法
2023-07-07 06:53:16 2
一種磁共振成像中k空間數據的軌跡校正方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種磁共振成像中K空間數據點的軌跡校正方法和裝置，所述軌跡校正方法包括：運行採樣序列，得到待校正的K空間；選擇經驗點，利用所述經驗點將所述待校正的K空間劃分為中心區域和外圍區域；分別對所述中心區域和所述外圍區域中的數據點的軌跡進行校正；以及再次運行所述採樣序列，得到校正後的K空間。採用本發明，可對K空間中的數據點的軌跡分區域進行校正，減少了軌跡校正的計算量和計算的複雜性。
【專利說明】一種磁共振成像中K空間數據的軌跡校正方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及磁共振成像【技術領域】，特別涉及一種磁共振成像中K空間數據的軌跡校正方法和裝置。
【背景技術】
[0002]空間頻率是指周期性波動的物理量在某一方向上單位距離的波動頻數。空間頻率K是一個空間矢量，常用來描述某些以波的形式在空間傳播的能量(如各種電磁波)。由於K的矢量特性，通常又以三個互相垂直的分矢量Kx、Ky、Kz替代它。這三個互相垂直的分矢量Kx、Ky、Kz正好對應於一個三維空間坐標系，這個由Kx、Ky、Kz所決定的空間坐標系對應的空間即為K空間(K-space)。
[0003]在磁共振成像【技術領域】中，K空間是帶有空間定位編碼信息的磁共振(MagneticResonance, MR)信號原始數據的填充空間。每一幅MR圖像都有其相應的K空間數據。對K空間的數據進行傅立葉變換，就能對原始數據中的空間定位編碼信息進行解碼，得到MR的圖像數據，即把不同信號強度的MR數據填充到相應的空間位置上(即分配到各自的像素中)，即可重建出MR圖像了。K空間的數據與MR圖像質量密切相關。K空間的中心數據決定了 MR圖像的性質(即對比度)，K空間的邊緣數據決定了 MR圖像的空間分辨力。
[0004]對K空間進行填充的序列有笛卡爾(Cartesian)序列、非笛卡爾(Non-Cartesian)序列以及快速成像序列等。與笛卡爾序列相比，非笛卡爾序列和快速成像序列對於梯度延遲(gradient delay)和渦流非常敏感，而梯度延遲和渦流影響會造成K空間的數據點的軌跡偏移，如果實際得到的數據點的軌跡與該數據點的期望軌跡之間的偏移沒有被校正，那麼，就會導致K空間數據的誤填充，進而引入圖像偽影，降低重建後的MR圖像的質量。
[0005]在現有技術中，對K空間中的數據點的軌跡校正是通過計算整個K空間中的數據點的期望軌跡來進行的，計算量非常大，而且計算起來很複雜；同時，因為計算區域是整個K空間，故而由大區域校正計算所引起的累計誤差也是非常大的，影響了成像後的圖像質量。
【發明內容】
[0006]為了解決上述技術問題，本發明提出了一種磁共振成像中K空間數據的軌跡校正方法，對K空間中的數據點的軌跡分區域進行校正，大大減少了軌跡校正的計算量和計算的複雜性。
[0007]本發明實施例提出了一種磁共振成像中K空間數據點的軌跡校正方法，該方法包括:運行採樣序列，得到待校正的K空間；
[0008]當讀出梯度分別施加於X軸、y軸和Z軸時,測量所述待校正的K空間中的數據點的軌跡，分別計算所述待校正的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和ζ軸上的實際填充位置；
[0009]選擇經驗點，利用所述經驗點將所述待校正的K空間劃分為中心區域和外圍區域；
[0010]根據所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的實際填充位置分別計算所述經驗點在所述X軸、I軸和Z軸上的梯度延遲時間；
[0011]在所述X軸、y軸和Z軸上分別施加所述計算得到的所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的梯度延遲時間，然後重新測量所述待校正的K空間中的數據點的軌跡，分別得到經過所述梯度延遲時間校正後的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的校正後的填充位置；將所述外圍區域中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的所述校正後的填充位置作為所述外圍區域中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的最終填充位置；
[0012]根據所述中心區域中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的校正後的填充位置，計算得到所述中心區域中的數據點在所述待校正的K空間中的最終填充位置；以及
[0013]再次運行所述採樣序列，得到根據所述梯度延遲時間校正後的K空間。
[0014]本發明實施例還提出了一種磁共振成像中K空間數據點的軌跡校正裝置，該裝置包括:
[0015]採樣單元，用於運行採樣序列，得到待校正的K空間；
[0016]第一測量單元，用於當讀出梯度分別施加於X軸、y軸和z軸時，測量所述待校正的K空間中的數據點的軌跡，分別計算待校正的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和Z軸上的實際填充位置；
[0017]劃分單元，用於選擇經驗點，利用所述經驗點將所述待校正的K空間劃分為中心區域和外圍區域；
[0018]第一計算單元，用於根據所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的實際填充位置分別計算所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的梯度延遲時間；
[0019]第二測量單元，用於在所述X軸、y軸和z軸上分別施加所述計算得到的所述經驗點在所述X軸、y軸和Z軸上的梯度延遲時間，然後重新測量所述待校正的K空間中的數據點的軌跡，分別得到經過所述梯度延遲時間校正後的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和Z軸上的校正後的填充位置；將所述外圍區域中的數據點在所述X軸、y軸和Z軸上的所述校正後的填充位置作為所述外圍區域中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的最終填充位置；
[0020]第二計算單元，用於根據所述中心區域中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的校正後的填充位置，計算得到所述中心區域中的數據點在所述待校正的K空間中的最終填充位置；以及
[0021]所述採樣單元，用於再次運行所述採樣序列，得到根據所述梯度延遲時間校正後的K空間。
[0022]從上述本發明實施例的技術方案可以看出，本發明實施例提供的K空間中的數據點的軌跡校正方法，將K空間劃分為非線性區域(即中心區域)和線性區域(即外圍區域)，針對這兩個區域中的數據點採用不同的方法來分別進行軌跡校正，大大減少了軌跡校正的計算量和計算的複雜性；同時，由於只對非線性區域中的數據點的最終填充位置進行計算，縮小了非線性計算的區域，可以減少大區域校正計算所引起的累計誤差，進一步增加了校正算法的穩定性，同時改善了成像後的圖像質量。【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1a為本發明一實施例提供的理想的K空間的示意圖；
[0024]圖1b為本發明一實施例提供的實際得到的軌跡紊亂的K空間的示意圖；
[0025]圖1c為根據本發明一實施例提供的磁共振成像中K空間數據的軌跡校正方法對圖1b所示的軌跡紊亂的K空間進行軌跡校正後得到的K空間的示意圖；
[0026]圖2為本發明一實施例提供的磁共振成像中K空間數據的軌跡校正方法的流程圖；
[0027]圖3為本發明一實施例提供的磁共振成像中K空間數據的軌跡校正方法中選擇經驗點的示意圖；
[0028]圖4為本發明一實施例提供的磁共振成像中K空間數據的軌跡校正裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將結合本發明中的附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，並不用於限定本發明。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0030]如圖1a所示，是依據一個非笛卡爾序列，例如徑向(radial)序列，採集MR數據填充K空間後會得到的理想的K空間的示意圖。但是，在實際操作中，由於受到渦流(eddycurrent)引起的電磁效應的影響，在各個讀出梯度(readout gradient, R0)方向上會阻值梯度的變化，故而位於K空間的中心區域(即梯度幅度逐漸增大的區域)的數據點的填充位置會發生紊亂；而在K空間的外圍區域(即梯度幅度是一個常量的區域)，位於該區域內的數據點的填充位置雖然不會紊亂，但由於受到中心區域內的累積誤差(accumulatederror)的影響，位於外圍區域內的數據點的填充位置也會發生偏移(shift)，所以，實際得到的K空間的如圖1b所示。本發明實施例提供的磁共振成像中K空間數據的軌跡校正方法的目的就是對圖1b所示的K空間中的數據點的軌跡進行校正，使得校正後的K空間最接近圖1a中所示的K空間。
[0031]如圖2所示，是本發明一實施例提供的磁共振成像中K空間數據的軌跡校正方法的流程圖。該方法具體包括以下步驟。
[0032]步驟201，運行採樣序列，得到待校正的K空間。
[0033]在本實施例中，運行的是徑向採樣序列，實際得到的K空間如圖1b所示。
[0034]步驟202,選擇經驗點(empirical point),利用所述經驗點將所述待校正的K空間劃分為中心區域和外圍區域。
[0035]當在所述K空間施加讀出梯度時，就可獲知該讀出梯度的斜坡採樣期(obliqueacquisition period)以及平臺期(constant shift period)。在斜坡採樣期，讀出梯度的幅度(也即讀出梯度的大小)是逐漸變大的；而在平臺期，讀出梯度的幅度是相對恆定不變的。因此，在步驟203中，針對一個讀出梯度方向，可以選擇所述讀出梯度的斜坡採樣期結束後延遲一個經驗時間值N後的採樣點作為所述經驗點，例如，在本發明實施例中，選擇讀出梯度的斜坡採樣期結束後延遲30微秒後的數據點為經驗點，在其它讀出梯度方向，均採用斜坡採樣期結束後延遲30微秒後的數據點作為經驗點，這樣，所有讀出梯度方向上的經驗點組成的邊界就可將待校正的K空間劃分為中心區域和外圍區域，上述經驗點即為K空間的中心區域和外圍區域的分界點，如圖3所示。其中，所述中心區域是非線性區域，所述外圍區域是線性區域。由於在每個讀出梯度方向上的梯度延遲時間是不同的，故而在選擇經驗時間值N時，既要保證劃分後的外圍區域中的數據點都處於平臺期，又要使得劃分後的中心區域的範圍儘可能的小，以減少校正計算的計算量，例如，在本發明實施例中該經驗時間值的取值為30微秒。同時，上述經驗時間值的取值也可以根據成像後的圖像質量進行調整。例如，當該經驗時間值取30微秒時的成像效果不理想，這時，就可根據具體情況將該經驗時間值往大或往小調整，如調整為20微秒或40微秒，在此不作具體限定。如圖3所示，ADC代表讀出數據，RO是讀出梯度，RF是射頻脈衝。
[0036]步驟203，分別對所述中心區域和所述外圍區域中的數據點的軌跡進行校正。
[0037]在步驟203中，當讀出梯度分別施加於X軸、y軸和z軸時，測量所述待校正的K空間中的數據點的軌跡，分別計算待校正的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的實際填充位置。
[0038]K空間中的數據點在X軸、y軸和z軸上的實際填充位置也即該數據點分別在這三個物理坐標軸上的投影軌跡。
[0039]以當讀出梯度施加於X軸時，測量所述待校正的K空間中的數據點在X軸上的投影軌跡為例，此時，使用射頻脈衝分別激發兩個垂直於X軸沿磁體中心(Isocenter)對稱的層面，然後分別採集數據得到K空間中各個數據點在X軸的實際填充位置K』 x，其中，對稱激發的方法可以消除BO渦流影響所引入的附加相位。分別在I軸和z軸上重複上述過程，則得到K空間中任一數據點在y軸和z軸上的實際填充位置K',和1(' z。
[0040]針對一個讀出梯度方向上的一個數據點，以計算其在X軸上的實際填充位置為例來說明具體的計算步驟。
[0041]1.在計算該數據點在X軸上的實際填充位置之前，首先獲取該數據點在其所在的激發層面A上的相位AO1，以及，獲取該數據點在其沿磁體中心對稱的另一激發層面B中的對稱點的相位Λ Φ2。
[0042]2.按照如下公式(I)計算該數據點在X軸上的實際填充位置Κ』χ:
(ΔΦ - ΑΦ?) IW
[0043]Κ\?) =---(I)
r
[0044]其中，K』 (t)為該數據點在X軸上的實際填充位置，FOV (field of view)為成像範圍，Dr為該數據點所在的激發層面與磁體中心的距離。
[0045]該數據點在y軸和z軸上的實際填充位置的計算過程與上述過程相同，在此不再
--贅述。
[0046]根據所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的實際填充位置就可以分別計算出所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的梯度延遲時間。具體可以包括如下兩個子步驟:首先，根據所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的實際填充位置分別計算所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的位移量；然後，再根據計算得到的所述位移量分別計算所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的梯度延遲時間。[0047]具體而言，當在X軸、y軸和z軸上施加讀出梯度時，就可以按照如下公式(2)分別計算得到該讀出梯度方向上的所有數據點在X軸、y軸和z軸上的期望填充位置Lx_desiMd、
【權利要求】
1.一種磁共振成像中K空間數據點的軌跡校正方法，該方法包括: 運行採樣序列，得到待校正的K空間； 選擇經驗點，利用所述經驗點將所述待校正的K空間劃分為中心區域和外圍區域； 分別對所述中心區域和所述外圍區域中的數據點的軌跡進行校正；以及 再次運行所述採樣序列，得到校正後的K空間。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述選擇經驗點，包括: 選擇所述讀出梯度的斜坡採樣期結束後延遲一個經驗時間值後的採樣點作為所述經驗點。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述分別對所述中心區域和所述外圍區域中的數據點的軌跡進行校正，包括: 當讀出梯度分別施加於X軸、y軸和Z軸時，測量所述待校正的K空間中的數據點的軌跡，分別計算所述待校正的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的實際填充位置； 根據所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的實際填充位置分別計算所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的梯度延遲時間； 在所述X軸、y軸和z軸上分別施加所述計算得到的所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的梯度延遲時間，然後重新測量所述待校正的K空間中的數據點的軌跡，分別得到經過所述梯度延遲時間校正後的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的校正後的填充位置；將所述外圍區域中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的所述校正後的填充位置作為所述外圍區域中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的最終填充位置；以及 根據所述中心區域中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的校正後的填充位置，計算得到所述中心區域中的數據點在所述待校正的K空間中的最終填充位置。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述分別計算待校正的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的實際填充位置包括: 獲取所述數據點在其所在激發層面的相位△ Φ1;以及獲取所述數據點在其沿磁體中心對稱的另一激發層面中的對稱點的相位Λ Φ2 ; 按照如下公式分別計算所述待校正的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的實際填充位置:
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述根據所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的實際填充位置分別計算所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的梯度延遲時間包括: 按照如下公式分別計算所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的期望填充位置:
6.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述根據所述中心區域中的數據點在所述X軸、y軸和ζ軸上的校正後的填充位置，計算得到所述中心區域中的數據點在所述待校正的K空間中的最終填充位置包括:按照如下公式計算所述中心區域中的數據點在所述待校正的K空間中的最終填充位置:Knol（1)=K sin0sinφ-X + Kv sin0sinφp.y + K_ cosθ-Z其中，Kreal(t)是所述中心區域中的數據點的最終填充位置，Kx、Ky、Kz分別是所述中心區域的數據點在所述X軸、y軸和Z軸上的校正後的填充位置，Θ是所述中心區域的數據點的重新測量後的軌跡與ζ軸的夾角，_是該數據點的重新測量後的軌跡與X軸的夾角。
7.—種磁共振成像中K空間數據點的軌跡校正裝置，該裝置包括:採樣單元(I)，用於運行採樣序列，得到待校正的K空間；劃分單元(2)，用於選擇經驗點，利用所述經驗點將所述待校正的K空間劃分為中心區域和外圍區域；校正單元(3)，用於對所述中心區域和所述外圍區域中的數據點的軌跡分別進行校正；其中，所述採樣單元(1)，用於再次運行所述採樣序列，得到根據所述梯度延遲時間校正後的K空間。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述劃分單元(2)包括:選擇子單元(21)，用於選擇所述讀出梯度的斜坡採樣期結束後延遲一個經驗時間值後的採樣點作為所述經驗點。
9.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述校正單元(3)包括:第一測量單元(31)，用於當讀出梯度分別施加於X軸、y軸和ζ軸時，測量所述待校正的K空間中的數據點的軌跡，分別計算待校正的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和ζ軸上的實際填充位置；第一計算單元(32)，用於根據所述經驗點在所述X軸、y軸和ζ軸上的實際填充位置分別計算所述經驗點在所述X軸、y軸和ζ軸上的梯度延遲時間；第二測量單元(33)，用於在所述X軸、y軸和ζ軸上分別施加所述計算得到的所述經驗點在所述X軸、y軸和ζ軸上的梯度延遲時間，然後重新測量所述待校正的K空間中的數據點的軌跡，分別得到經過所述梯度延遲時間校正後的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和Z軸上的校正後的填充位置；將所述外圍區域中的數據點在所述X軸、y軸和Z軸上的所述校正後的填充位置作為所述外圍區域中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的最終填充位置；以及 第二計算單元(34)，用於根據所述中心區域中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的校正後的填充位置，計算得到所述中心區域中的數據點在所述待校正的K空間中的最終填充位置。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述第一測量單元(31)包括: 第一獲取子單元(311)，用於獲取所述數據點在其所在激發層面的相位AO1，以及，獲取所述數據點在其沿磁體中心對稱的另一激發層面中的對稱點的相位△ Φ2 ;以及 第一計算子單元(312)，用於分別計算待校正的K空間中的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的實際填充位置。
11.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述第一計算單元(32)包括: 第二獲取子單元(321)，用於根據所述施加在X軸、y軸和z軸上的讀出梯度獲取所述讀出梯度方向上的數據點在所述X軸、y軸和z軸上的期望填充位置； 第二計算子單元(322)，用於分別計算所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的位移量；第三計算子單元(323),用於分別計算所述經驗點在所述X軸、y軸和z軸上的梯度延遲時間。
【文檔編號】G01R33/565GK103513204SQ201210220184
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月29日 優先權日:2012年6月29日
【發明者】張瓊, 翁得河 申請人:西門子(深圳)磁共振有限公司