磁共振系統及其水脂分離成像方法、裝置的製作方法
2023-06-16 14:55:01 2
專利名稱：磁共振系統及其水脂分離成像方法、裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁共振系統，尤其涉及磁共振系統的水脂分離成像方法、裝置。
背景技術：
在磁共振成像中，人體組織中的脂肪中的氫質子和其它非脂肪中的氫質子所處的分子環境不同，使得它們的共振頻率存在微小差異，稱為化學位移。Dixon最早提出利用化學位移效應獲得磁共振成像中的水圖像和脂肪圖像。Dixon方法的原理是假設人體中的每個體素只有水和脂肪兩種成分，因而磁共振圖像中的每個像素點由水的宏觀磁化矢量和脂肪的宏觀磁化矢量合成。根據化學位移原理，當水和脂肪中的氫質子同時受到射頻脈衝激勵後，它們的弛豫時間也不一樣，在不同的回波時間採集信號，水和脂肪表現出不同的信號 強度。因而在常規自旋迴波序列基礎上，通過調節不同的回波時間，可以在理論上精確地獲得水和脂肪兩個磁化矢量的任意夾角。而實際工程應用中由於系統噪聲、渦流效應、主磁場不均勻性、Maxwell伴隨場以及人體組織之間、組織與空氣之間磁導率變化等都會導致磁場不均勻，磁場的不均勻性又會引起相位的嚴重畸變，因此如何消除這些誤差的影響成為Dixon算法成敗的關鍵。作為對Dixon方法的改進，一種基於不均勻場的相位誤差校正的三點法被提出，該方法的原理是取得水和脂肪同相位的一副磁共振圖像和反相位的兩幅磁共振圖像，根據反相位的兩幅磁共振圖像計算出磁場不均勻性導致的附加相位，然後與同相位的圖像一起求得水圖像和脂肪圖像。三點法也可以採用一幅反相位的圖像和兩幅同相位的圖像進行水脂圖像分離。該三點法的不足之處在於由兩幅反相位的圖像求得的附加相位不能直接用來進行水脂分離，因為由磁場不均勻導致的附加相位可能超過一個域，例如超過土 n，即發生相位卷繞現象，因此必須對相位進行去卷繞。為了對相位進行去卷繞,現有技術中對圖像中的每個點的附加相位依次做去卷繞處理，速度很慢。
發明內容
本發明要解決的主要技術問題是，提供一種磁共振系統及其水脂分離成像方法、裝置，提高相位去卷繞的速度，從而更快地生成分離的水圖像和脂肪圖像。根據本發明的一方面，提供一種磁共振系統的水脂分離成像方法，包括採集患者身體組織中的水和脂肪的磁共振圖像，所述磁共振圖像包括至少一副同相位的磁共振圖像和至少兩幅反相位的磁共振圖像，或所述磁共振圖像包括至少一副反相位的磁共振圖像和至少兩幅同相位的磁共振圖像；利用至少兩幅反相位或至少兩幅同相位的磁共振圖像計算出附加相位；選取任一幅圖像，對圖像進行信號判斷，識別出信號點；對識別出的信號點的附加相位進行去卷繞；將去卷繞後的磁共振圖像中的反相位的圖像結合同相位的圖像得出水圖像和脂肪圖像。根據本發明的另一方面，提供一種磁共振系統的水脂分離成像裝置，包括圖像採集模塊，用於採集患者身體組織中的水和脂肪的磁共振圖像，所述磁共振圖像包括至少一副同相位的磁共振圖像和至少兩幅反相位的磁共振圖像，或所述磁共振圖像包括至少一副反相位的磁共振圖像和至少兩幅同相位的磁共振圖像；附加相位計算模塊，用於利用至少兩幅反相位或至少兩幅同相位的磁共振圖像計算出附加相位；信號點識別模塊，用於選取任一幅圖像，對圖像進行信號判斷，識別出信號點；去卷繞模塊，用於對識別出的信號點的附加相位進行去卷繞；水脂分離模塊，用於將去卷繞後的磁共振圖像中的反相位的圖像結合同相位的圖像得出水圖像和脂肪圖像。本發明還提供一種磁共振系統，包括上述的水脂分離成像裝置。
圖I為本發明一種實施例中磁共振系統的結構示意圖；圖2為本發明一種實施例中水脂分離成像裝置的結構框圖；圖3為本發明一種實施例中去卷繞模塊的結構框圖；圖4為本發明一種實施例中區域增長單元的結構框圖；圖5為本發明一種實施例中水脂分離成像的流程圖；圖6為本發明一種實施例中區域增長法去卷繞的流程圖；圖7為本發明一種實施例中信號點識別的流程圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
結合附圖對本發明作進一步詳細說明。請參考圖1，在一種實施例中，磁共振系統100包括磁體系統110、梯度磁場系統120、射頻系統130和控制及處理系統140。磁體系統110包括磁體111、梯度磁場線圈112、發射線圈113和接收線圈114，磁體111可以採用永磁體、超導磁體或常導磁體，用於給待測物體(例如病人)提供一-〖亙定的主磁場，梯度磁場線圈112用於在三維空間產生一梯度磁場，發射線圈113用於提供射頻(RF)脈衝以激發待測物體內原子核的自旋，接收線圈114用於檢測由待測物發出的回波信號。梯度磁場系統120和控制及處理系統140連接，用於在控制及處理系統的控制下驅動梯度磁場線圈112。射頻系統130和控制及處理系統140連接，用於在控制及處理系統的控制下產生RF脈衝並經放大處理後施加給發射線圈113。控制及處理系統140既用於對各部分進行控制，也用於對回波信號進行處理。將接收線圈114檢測到的回波信號傳輸到控制及處理系統140，控制及處理系統140包括水脂分離成像裝置，根據回波信號得到磁共振圖像，對磁共振圖像進行處理後獲得分離的水圖像和脂肪圖像。在本發明實施例中，水脂分離的原理是採用反相位的兩幅圖像和同相位的一幅圖像或同相位的兩幅圖像和反相位的一幅圖像，如果不存在磁共振系統磁場不均勻導致的誤差，則通過反相位或同相位的兩幅圖像相加減，即可得到水的圖像和脂肪的圖像。但由於、磁共振系統磁場不均勻或其他原因，會在水宏觀磁化矢量和脂肪的宏觀磁化矢量上產生一附加相位,通過反相位或同相位的兩幅圖像可求得附加相位,對附加相位去卷繞後再將反相位的圖像結合同相位的圖像得出水圖像和脂肪圖像。在對附加相位去卷繞之前首先對圖像中的信號點進行識別，在圖像的所有像素點中識別出信號點和噪聲點，信號點是水信號和脂肪信號的合成，在後續去卷繞處理中僅對信號點的附加相位進行去卷繞，一方面節約了去卷繞的時間，另一方面，減少了噪聲點對後續去卷繞的影響，避免了這些噪聲點在去卷繞過程的誤差傳遞，所以本發明實施例還可有效抑制誤差的傳播，從而提高了水脂分離的成功率。圖2所示為一種實施例中水脂分離成像裝置的結構框圖，水脂分離成像裝置200包括圖像採集模塊210、附加相位計算模塊220、信號點識別模塊270、去卷繞模塊230和水脂分離模塊240。圖像採集模塊210用於採集患者身體組織中的水和脂肪的磁共振圖像，所述磁共振圖像包括至少一副同相位的磁共振圖像和至少兩幅反相位的磁共振圖像，或所述磁共振圖像包括至少一副反相位的磁共振圖像和至少兩幅同相位的磁共振圖像。附加相位 計算模塊220用於利用至少兩幅反相位或至少兩幅同相位的磁共振圖像計算出附加相位。信號點識別模塊270用於選取任一幅圖像，對圖像進行信號判斷，先識別出信號點。去卷繞模塊230用於對識別出的信號點的附加相位進行去卷繞。水脂分離模塊240用於將去卷繞後的磁共振圖像中的反相位的圖像結合同相位的圖像得出水圖像和脂肪圖像。在一種實施例中，如圖3所示，信號點識別模塊270包括幅度判斷單元271，幅度判斷單元271用於將圖像中的像素的幅度和最終幅度閾值進行比較，如果像素的幅度大於或等於最終幅度閾值則認為該像素是信號點，如果像素的幅度小於最終幅度閾值則認為該像素不是信號點。在另一實施例中，如圖3所示，信號點識別模塊270還包括相位判斷單元272，相位判斷單元272用於將相鄰像素的相位進行兩兩比較，如果兩者的比較結果小於相位閾值，則認為相鄰像素為信號點。在一種具體實例中，相位判斷單元272包括選取初始種子子單元272a、種子增長子單元272b、信號點個數判斷子單元272c和第一相位閾值遞增子單元272d。初始種子子單元272a用於根據設定條件選擇初始種子，然後將獲得的初始種子傳輸給種子增長子單元272b，種子增長子單元272b以初始種子為起始點，按照設定的第一相位閾值開始區域增長，被增長的像素點即認為是信號點。信號點個數判斷子單元272c在種子增長子單元272b每完成循環得到信號點個數後，判斷採用相位判斷法得到的信號點個數是否符合要求，如果不符合要求則控制第一相位閾值遞增子單元272d改變第一相位閾值，然後控制初始種子子單元272a和種子增長子單元272b再次工作。在一種實施例中，如圖3所示，所述去卷繞模塊230包括擬合單元250，所述擬合單元250用於採用多項式擬合法對附加相位進行去卷繞。信號點識別模塊270用於選取任一幅圖像，對圖像進行信號判斷，先識別出信號點，然後擬合單元250在採用多項式擬合法對附加相位進行去卷繞時僅對信號點識別模塊270識別出的信號點的附加相位進行去卷繞。在改進的實施例中，所述去卷繞模塊230包括擬合單元250和區域增長單元260，所述擬合單元250用於採用多項式擬合法對信號點識別模塊270識別出的信號點的附加相位進行去卷繞；所述區域增長單元260用於在多項式擬合法去卷繞的結果上採用區域增長法進行去卷繞處理。在另一種實施例中，去卷繞模塊230不包括擬合單元250，而是採用區域增長單元260對識別出的信號點的相位進行去卷繞處理。在如圖4所示實施例的一種具體實例中，所述區域增長單元260包括選取種子子單元261、種子幅度判斷子單元262、種子相位調整子單元263、增長去卷繞子單元264和信號點增長判斷子單元265。選取種子子單元261用於在確定的信號點中選取種子，並將選取的種子送到種子幅度判斷子單元262進行判斷，如果選取的種子符合要求，則將種子送到種子相位調整子單元263，根據預定規則對種子的相位進行調整，並將調整後的相位作為種子的相位。將調整相位後的種子送到增長去卷繞子單元264按照預定規則進行區域增長。在增長去卷繞子單元264增長完後信號點增長判斷子單元265判斷是否所有信號點都已被增長，若是則結束增長，否則控制選取種子子單元261工作，繼續在未增長信號點中選取種子。基於上述水脂分離成像裝置，下面詳細說明磁共振系統的水脂分離成像方法。在一種實施例中，如圖5所示，水脂分離成像方法包括以下步驟 步驟SI，分別採集患者身體組織中的水和脂肪同相位和反相位的磁共振圖像，同相位與反相位是指採集得到的信號中水信號和脂肪信號之間的角度，例如採集一副同相位磁共振圖像和兩幅反相位的磁共振圖像，水和脂肪相位角度為(-JI，0，Ji)當然，也可以採集多幅同相位的磁共振圖像和更多反相位的磁共振圖像。由於磁共振系統的磁場不均勻或其他不良原因，將導致圖像存在一個附加相位，附加相位用$0表示，則採集的水和脂肪相對角度為(-H，0，JI)三幅磁共振圖像如下
/0 = n,(「。)J I1 = QV + F)e1^
I2=QV-F)eliM)步驟S2，利用兩幅反相位的磁共振圖像計算出附加相位。由I1可以得到，用該值處理(I)式便得到
7； =(W- F)e-l(f>< V1 = (W + F)
V2 = (W - F)々⑴
V由⑵式的兩幅反相位的Ic/以及I2'相除，即可得到附加相位，表達式如下el24> = I' 2 氺 con j (I' 0)----------------------------(3)步驟S3，選取任一幅圖像，對圖像進行信號判斷，識別出信號點。對於整幅圖像，有的像素點是由患者回波產生的信號點，這種信號點包括水的信號和脂肪的信號，由兩者合成，而有的像素點是由幹擾(例如患者移動、外界幹擾或系統不穩)造成的噪聲點。如果對每個像素點都進行去卷繞，必然用時較長，導致去卷繞處理時間長。本實施例中，首先在所有的像素點中識別出信號點，去卷繞時僅對識別出的信號點的附加相位進行去卷繞。步驟S4，對附加相位進行去卷繞，去卷繞時僅對識別出的信號點的附加相位進行去卷繞。由於磁場不均勻導致的附加相位可能超過一個域，例如超過土 n，即發生相位卷繞現象，因此必須對式(3)中的20角度去卷繞。在去卷繞時，可採用現有的去卷繞方法，也可採用本實施例中的方法，即先採用多項式擬合法對附加相位進行去卷繞，然後在多項式擬合法去卷繞的結果上採用區域增長法進行去卷繞處理。在採用多項式擬合法對附加相位進行去卷繞時，可採用已有的多項式進行擬合，多項式擬合法相位去卷繞的前提是假設圖像中的信號點的相位是緩慢變化的，且其可以被多階多項式擬合得到。本實施例中採用二次多項式擬合公式為
權利要求
1.磁共振系統的水脂分離成像方法，其特徵在於包括 採集患者身體組織中的水和脂肪的磁共振圖像，所述磁共振圖像包括至少一副同相位的磁共振圖像和至少兩幅反相位的磁共振圖像，或所述磁共振圖像包括至少一副反相位的磁共振圖像和至少兩幅同相位的磁共振圖像； 利用至少兩幅反相位或至少兩幅同相位的磁共振圖像計算出附加相位； 選取任一幅圖像，對圖像進行信號判斷，識別出信號點； 對識別出的信號點的附加相位進行去卷繞； 將去卷繞後的磁共振圖像中的反相位的圖像結合同相位的圖像得出水圖像和脂肪圖像。
2.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述對圖像進行信號判斷包括 幅度判斷步驟，將圖像中的像素的幅度和最終幅度閾值進行比較，如果像素的幅度大於或等於最終幅度閾值則認為該像素是信號點，如果像素的幅度小於最終幅度閾值則認為該像素不是號點。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述最終幅度閾值通過以下步驟選取 計算初始幅度閾值的步驟，所述初始幅度閾值等於圖像中的最大幅度值與最小幅度值的平均值； 像素分割步驟，將圖像中所有像素的幅度值和初始幅度閾值進行比較，得到第一組像素集合和第二組像素集合，第一組像素集合為大於或等於初始幅度閾值的像素集合，第二組像素集合為小於初始幅度閾值的像素集合； 中間幅度閾值計算步驟，分別計算第一組像素集合的平均幅度值和第二組像素集合的平均幅度值，將第一組像素集合的平均幅度值和第二組像素集合的平均幅度值的平均值作為當前中間幅度閾值； 最終幅度閾值識別步驟，將該當前中間幅度閾值與其前一個中間幅度閾值進行比較，判斷比較結果是否小於預先設定的參數，若是則該當前中間幅度閾值為最終幅度閾值，否則轉向執行像素分割步驟，將圖像中所有像素的幅度值和該當前中間幅度閾值進行比較。
4.如權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，所述對圖像進行信號判斷還包括 相位判斷步驟，將相鄰像素的相位進行比較，如果兩者的比較結果小於相位閾值，則認為相鄰像素為信號點。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述相位判斷步驟包括 選取初始種子步驟，選擇圖像中幅度最大的像素點為初始種子； 種子增長步驟，將增長的種子與其周邊相鄰像素點依次進行相位比較，如果相位比較結果小於第一相位閾值，則該相鄰像素點被增長，並將該相鄰像素點作為下一輪增長的種子之一，循環本步驟直到增長到沒有種子，循環結束後種子的集合即為信號點的集合。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述相位判斷步驟還包括 將種子增長步驟後得出的信號點個數與幅度判斷步驟中得出的信號點個數進行比較，判斷比較結果是否符合第一預定條件，若是，則以相位判斷步驟中得出的信號點為最終結果，否則執行以下步驟； 按照設定步長將第一相位閾值進行遞增後作為新的第一相位閾值，循環執行選取初始種子步驟和種子增長步驟直到相位判斷步驟中得出的信號點個數與幅度判斷步驟中得出的信號點個數的比較結果符合第一預定條件。
7.如權利要求I至6中任一項所述的方法，其特徵在於，對識別出的信號點的附加相位進行去卷繞包括採用區域增長法去卷繞的步驟，所述區域增長法去卷繞包括 選取種子步驟，在未增長信號點中選擇幅度最大且鄰點為附加相位不捲繞的點作為種子，對於初始種子，若未找到符合要求的信號點，則選擇未增長信號點中幅度次大且鄰點為附加相位不捲繞的點作為種子； 種子幅度判斷步驟，將新選取的種子的幅度與信號點中的最大幅度值進行比較，如果比較結果符合第二預定條件則結束增長，否則執行以下步驟； 種子相位調整步驟，將新選取的種 子的相位與其最鄰近的已增長信號點的相位比較，如果相位比較結果不符合第三預定條件則對該新選取的種子的相位進行加/減2 整數倍的相位調整，以使兩者的相位差最小，否則將新選取的種子作為增長的種子； 增長去卷繞步驟，用於將增長的種子的相位與其周邊相鄰信號點的相位依次進行比較，若比較結果小於設定的第二相位閾值，則該相鄰信號點被增長，並將該相鄰信號點列為下一輪增長的種子之一；若比較結果大於或等於設定的第二相位閾值，則對該相鄰信號點進行增/減2 整數倍後再次判斷新的比較結果是否小於設定的第二相位閾值，如果是則將增/減2 整數倍後的相位作為該相鄰信號點的新相位，並將該相鄰信號點列為下一輪增長的種子之一，循環本步驟直到沒有相鄰信號點被增長； 判斷是否所有信號點都已被增長，若是則結束增長，否則轉向選取種子步驟。
8.磁共振系統的水脂分離成像裝置，其特徵在於包括 圖像採集模塊，用於採集患者身體組織中的水和脂肪的磁共振圖像，所述磁共振圖像包括至少一副同相位的磁共振圖像和至少兩幅反相位的磁共振圖像，或所述磁共振圖像包括至少一副反相位的磁共振圖像和至少兩幅同相位的磁共振圖像； 附加相位計算模塊，用於利用至少兩幅反相位或至少兩幅同相位的磁共振圖像計算出附加相位； 信號點識別模塊，用於選取任一幅圖像，對圖像進行信號判斷，識別出信號點； 去卷繞模塊，用於對識別出的信號點的附加相位進行去卷繞； 水脂分離模塊，用於將去卷繞後的磁共振圖像中的反相位的圖像結合同相位的圖像得出水圖像和脂肪圖像。
9.如權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述信號點識別模塊包括 幅度判斷單元，用於將圖像中的像素的幅度和最終幅度閾值進行比較，如果像素的幅度大於或等於最終幅度閾值則認為該像素是信號點，如果像素的幅度小於最終幅度閾值則認為該像素不是信號點。
10.如權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述幅度判斷單元用於先計算初始幅度閾值，所述初始幅度閾值等於圖像中的最大幅度值與最小幅度值的平均值；然後將圖像中所有像素的幅度值和初始幅度閾值進行比較，得到第一組像素集合和第二組像素集合，第一組像素集合為大於或等於初始幅度閾值的像素集合，第二組像素集合為小於初始幅度閾值的像素集合；然後分別計算第一組像素集合的平均幅度值和第二組像素集合的平均幅度值，將第一組像素集合的平均幅度值和第二組像素集合的平均幅度值的平均值作為當前中間幅度閾值；將該當前中間幅度閾值與其前一個中間幅度閾值進行比較，判斷比較結果是否小於預先設定的參數，若是則該當前中間幅度閾值為最終幅度閾值，否則像素分割子單元工作，將圖像中所有像素的幅度值和該當前中間幅度閾值進行比較。
11.如權利要求9或10所述的裝置，其特徵在於，所述信號點識別模塊還包括 相位判斷單元，用於將相鄰像素的相位進行比較，如果兩者的比較結果小於相位閾值，則認為相鄰像素為信號點。
12.如權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述相位判斷單元包括 選取初始種子子單元，用於選擇圖像中幅度最大的像素點為初始種子； 種子增長子單元，用於將增長的種子與其周邊相鄰像素點依次進行相位比較，如果相位比較結果小於第一相位閾值，則該相鄰像素點被增長，並將該相鄰像素點作為下一輪增長的種子之一，控制種子增長子單元工作直到增長到沒有種子，循環結束後種子的集合即 為信號點的集合。
13.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述相位判斷單元還包括 信號點個數判斷子單元，用於將種子增長子單元得出的信號點個數與幅度判斷單元得出的信號點個數進行比較，判斷比較結果是否符合第一預定條件，若是，則以種子增長子單元得出的信號點為最終結果； 第一相位閾值遞增子單元，用於當種子增長子單元得出的信號點個數與幅度判斷單元得出的信號點個數不符合第一預定條件時，按照設定步長將第一相位閾值進行遞增後作為新的第一相位閾值，控制選取初始種子子單元和種子增長子單元工作直到種子增長子單元得出的信號點個數與幅度判斷單元得出的信號點個數的比較結果符合第一預定條件。
14.如權利要求8至13中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述去卷繞模塊包括用於採用區域增長法對信號點的相位進行去卷繞處理的區域增長單元，所述區域增長單元包括 選取種子子單元，用於在未增長信號點中選擇幅度最大且鄰點為附加相位不捲繞的點作為種子，對於初始種子，若未找到符合要求的信號點，則選擇未增長信號點中幅度次大且鄰點為附加相位不捲繞的點作為種子； 種子幅度判斷子單元，用於將新選取的種子的幅度與信號點中的最大幅度值進行比較，如果比較結果符合第二預定條件則結束增長； 種子相位調整子單元，用於當新選取的種子的幅度與信號點中的最大幅度的比較結果不符合第二預定條件時將新選取的種子的相位與其最鄰近的已增長信號點的相位比較，如果相位比較結果不符合第三預定條件則對該新選取的種子的相位進行加/減2 整數倍的相位調整，以使兩者的相位差最小，否則將新選取的種子作為增長的種子； 增長去卷繞子單元，用於將增長的種子的相位與其周邊相鄰信號點的相位依次進行比較，若比較結果小於設定的第二相位閾值，則該相鄰信號點被增長，並將該相鄰信號點列為下一輪增長的種子之一；若比較結果大於或等於設定的第二相位閾值，則對該相鄰信號點進行增/減2 整數倍後再次判斷新的比較結果是否小於設定的第二相位閾值，如果是則將增/減2 整數倍後的相位作為該相鄰信號點的新相位，並將該相鄰信號點列為下一輪增長的種子之一，控制增長去卷繞子單元循環工作直到沒有相鄰信號點被增長； 信號點增長判斷子單元，用於判斷是否所有信號點都已被增長，若是則結束增長，否則控制選取種子子單元工作，繼續在未增長信號點中選取種子。
15.一種磁共振系統，其特徵在於包括如權利要求8至14中任一項所述的水脂分離成像裝置。
全文摘要
本發明公開了一種磁共振系統及其水脂分離成像方法、裝置，包括採集患者身體組織中的水和脂肪的磁共振圖像；利用至少兩幅反相位或至少兩幅同相位的磁共振圖像計算出附加相位；選取任一幅圖像，對圖像進行信號判斷，識別出信號點；對識別出的信號點的附加相位進行去卷繞；將去卷繞後的磁共振圖像中的反相位的圖像結合同相位的圖像得出水圖像和脂肪圖像。本發明可提高相位去卷繞的速度，從而更快地生成分離的水圖像和脂肪圖像。
文檔編號A61B5/055GK102727201SQ201110092599
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月13日 優先權日2011年4月13日
發明者喻嬌, 武文鵬, 鄧曉雲 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司