專利名稱：磁共振多通道成像水脂分離重建算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁共振多通道成像水脂分離重建算法，更具體地說涉及一種基于Dixon法的磁共振多通道成像水脂分離重建算法。
背景技術(shù)：
在磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)中，由于人體內(nèi)脂肪組織中的氫質(zhì)子和其它組織中的氫質(zhì)子所處的分子環(huán)境不同，使得它們的共振頻率不相同；當脂肪和其它組織的氫質(zhì)子同時受到射頻脈沖激勵后，它們的弛豫時間也不一樣。在不同的回波時間采集信號，脂肪組織和非脂肪組織表現(xiàn)出不同的信號強度。
Dixon法是在磁共振成像中用以產(chǎn)生純水質(zhì)子影像的方法，其基本原理是分別采集水和脂肪質(zhì)子的同相位(In Phase)和反相位(Opposed-phase)兩種回波信號，兩種不同相位的信號通過運算，去除脂肪信號，產(chǎn)生一幅純水質(zhì)子的影像，從而達到脂肪抑制的目的。Dixon法的缺點是受磁場不均勻性影響較大，易受呼吸運動影響，計算方法復雜并容易出現(xiàn)錯誤。
為了同時得到水和脂肪的圖像，一種改進的三點Dixon法(Three-point Dixon)被廣泛使用，該方法的原理是同時取得一幅同相位圖像S0(x，y)和兩幅反相位圖像S1(x，y)與S2(x，y)，根據(jù)兩幅反相位圖像，求得磁場不均勻?qū)е碌母郊酉辔?，對兩幅反相位圖像進行相位糾正，然后與同相位圖像一起求得水的圖像及脂肪的圖像。
該三點Dixon法的不足之處在于由兩幅反相位圖像求得的附加相位不能直接用來對其相位進行糾正，因為由磁場不均勻?qū)е碌母郊酉辔豢赡艹^±π，即發(fā)生相位纏繞現(xiàn)象，因此必須對相位進行反纏繞。然而，相位反纏繞在數(shù)學上是一個無解問題，在水脂分離法中，為了對相位進行反纏繞，假設(shè)磁場不均勻在空間上的變化是緩慢的，其求解過程相當費時。
在使用多通道線圈成像時，為了得到水和脂肪的合成圖像，分別求每個通道的水和脂肪的圖像，即分別利用每個通道得到的兩幅反相位圖像求不均勻磁場導致的附加相位，進行相位反纏繞，用反纏繞后的相位對兩幅反相位圖像進行相位糾正，最后得到水和脂肪的圖像，然后分別合成各通道的水和脂肪的圖像得到最終結(jié)果。
但是在上述種方案中，存在以下幾個問題(1)重建時間過長；(2)圖像信噪比差的通道，得到的水和脂肪的圖像不可靠；以及(3)由于相位反纏繞固有的不穩(wěn)定性，有些通道計算出的水和脂肪的圖像可能調(diào)換，導致合成后的水和脂肪的圖像出錯。
因為相位反纏繞的固有缺點，有人提出一種新的方案，即采集0，π/2，π三幅圖像，根據(jù)這三幅圖像，解出代表脂肪和水信號的方向矢量，根據(jù)其物理特征，判斷出正確解，再由脂肪和水信號矢量得出不均勻場導致的相位差，糾正后兩幅圖像相位差后，計算出水和脂肪的圖像。
然而，上述方案同樣存著以下幾個問題(1)因為必須分別處理每個通道的信號，重建時間長；以及(2)圖像信噪比差的通道或區(qū)域，得到的水和脂肪的圖像不可靠，由其合成的水和脂肪的圖像也不可靠。
因此，如何提供一種基于Dixon法的水脂分離重建算法，以解決使用多通道線圈時重建水脂圖像不穩(wěn)定，用時長的問題，已成為磁共振成像技術(shù)中亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個主要目的是在于提供一成像穩(wěn)定可靠、重建時間短的磁共振多通道成像水脂分離重建算法。
本發(fā)明的另一個目的是在于提供一種具有最佳相位反纏繞圖像信噪比的磁共振多通道成像水脂分離重建算法。
本發(fā)明的又一個目的是在于提供一種避免水脂分離重建中易發(fā)生水和脂肪的圖像調(diào)換問題的磁共振多通道成像水脂分離重建算法。
為達到上述目的，本發(fā)明提出一種磁共振多通道成像水脂分離重建算法，該算法包括以下步驟(1)取得一幅同相位圖像和兩幅反相位圖像；(2)求各通道的線圈靈敏度分布(Profile)；(3)合成各通道圖像；(4)求兩幅反相位圖像的相位差；(5)檢測同相位圖像中的一些特征區(qū)域以作為修正相位的判據(jù)；以及(6)修正反相位圖像的相位，計算出水(water)和脂肪(fat)的圖像。
上述步驟(2)進一步包括求各通道同相位圖像模值平方和，然后開方；取同相位圖像中一個信噪比較好的通道信號或者各通道信號的一種線性組合，對模值進行歸一化；以及計算各通道的線圈靈敏度分布。
在本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法的另一個實施例中，步驟(2)也可以采用修正空間匹配濾波器法求各通道的線圈靈敏度分布，即利用各通道圖像每個象素點及其鄰域點信號，計算信號及噪聲相關(guān)矩陣，通過求信號相關(guān)矩陣的特征值及特征向量得出各通道線圈的靈敏度分布。
步驟(3)中將各通道的圖像合成得到最優(yōu)信噪比合成圖像，同時保存圖像的相位。
步驟(4)中使用相位反纏繞算法對該相位差進行相位反纏繞，得到修正后的相位。
步驟(5)中利用大部分圖像中脂肪信號比較高的特點，檢測圖像的脂肪，或者用邊緣檢測方法，檢測皮下脂肪，利用這些脂肪點做為判據(jù)，修正相位。
本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法先合成圖像，合成方法非普通的模值合成，而是在復數(shù)的基礎(chǔ)上合成圖像。結(jié)果圖像不但信噪比達到最佳，而且還保存了Dixon方法中最重要的相位信息，用合成圖像計算反映場不均勻的相位，進行相位反纏繞后的結(jié)果可靠性極大提高。
本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法中，只計算合成圖像的水和脂肪的圖像，不管有多少個通道，只進行一次相位反纏繞，因此在多通道系統(tǒng)的Dixon成像過程中，可以節(jié)省很多時間。
本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法利用合成圖像求水和脂肪的圖像，其情況和單通道情況相似，能得到純粹的水和脂肪的圖像，再利用上述算法中步驟(5)的判據(jù)，即可得到正確的水和脂肪的圖像，從而解決了由于相位反纏繞算法不穩(wěn)定，結(jié)果極易偏離而導致利用該結(jié)果計算脂肪和水的圖像，會使水和脂肪的圖像調(diào)換的問題。


圖1A是一個實施例中顯示出水和脂肪的圖像。
圖1B是應用本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法得到的圖1A中的水的圖像。
圖1C是應用本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法得到的圖1A中的脂肪的圖像。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。
本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法包括以下的步驟(1)取得一幅同相位圖像和兩幅反相位圖像。
假設(shè)S0i(x，y)，S1i(x，y)和S2i(x，y)分別表示i通道的同相位圖像和兩反相位圖像，其中i＝1...n，n為總通道數(shù)。
(2)求各通道的線圈靈敏度分布(Profile)。
本步驟的求解過程可以分為以下幾步(a)求各通道同相位圖像模值平方和，然后開方SOS(x,y)=Σi=1n|S0i(x,y)|2]]>(b)取同相位圖像中一個信噪比較好的通道信號S0I(x，y)，對模值進行歸一化S0′(x,y)=S0I(x,y)|S0I(x,y)|]]>在本發(fā)明的另外一個實施例中，(b)步驟的運算也可以為取各通道信號的一種線性組合，對模值進行歸一化S0′(x,y)=Σi=1nS0i(x,y)·Wi|Σi=1nS0i(x,y)·Wi|,]]>式中Wi表示權(quán)重。
(c)計算各通道的線圈靈敏度分布(Profile)Pi(x,y)=S0i(x,y)·[S0′(x,y)]*SOS(x,y),]]>式中[ ]·表示求共軛。
由步驟(a)～(c)實現(xiàn)的求各通道的線圈靈敏度分布的過程還可以由其它優(yōu)化算法代替，比如修正空間匹配濾波器法，即利用各通道圖像每個象素點及其鄰域點信號，計算信號及噪聲相關(guān)矩陣，通過求信號相關(guān)矩陣的特征值及特征向量，從而得出各通道線圈的靈敏度分布。
(3)合成各通道圖像。
S0(x,y)=Σi=1n[Pi(x,y)]*·S0i(x,y)]]>S1(x,y)=Σi=1n[Pi(x,,y)]*·S1i(x,y)]]>S2(x,y)=Σi=1n[Pi(x,y)]*·S2i(x,y)]]>本步驟把各通道的圖像合成得到最優(yōu)信噪比合成圖像，同時保存了圖像的相位。
(4)求兩幅反相位圖像的相位差。
式中angle[ ]表示取相角算子。
使用相位反纏繞算法對(x，y)進行相位反纏繞，得到修正后的相位′(x，y)。
(5)檢測同相位圖像中的一些特征區(qū)域以作為修正相位的判據(jù)。
在本步驟中，可利用大部分圖像中脂肪信號比較高的特點，檢測圖像的脂肪，或者用邊緣檢測方法，檢測皮下脂肪，利用這些脂肪點做為判據(jù)，修正相位′(x，y)。
(6)修正反相位圖像的相位，計算出水(water)和脂肪(fat)的圖像。
Ifat(x，y)＝0.5·[S0(x，y)-0.5·(S1(x，y)·ej·0.5·′(x，y)+S2(x，y)·e-j·0.5·′(x，y))]本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法通過上述步驟(1)～(6)實現(xiàn)了下列的功能
(1)成像穩(wěn)定可靠。
在現(xiàn)有方法中，相位反纏繞都分別在各個通道的圖像上進行，這對于遠離成像興趣區(qū)(field of view，F(xiàn)OV)的通道，由于接受到的信號比較弱，信噪比差，對這個通道的圖像進行計算求水和脂肪的圖像時，由信噪比差的圖像取得的相位信噪比差，在相位反纏繞時候容易出錯，結(jié)果得到的水和脂肪圖經(jīng)常局部或者整體出錯，最終導致合成圖像結(jié)果不可靠。而本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法先合成圖像，合成方法非普通的模值合成，而是在復數(shù)的基礎(chǔ)上合成圖像。結(jié)果圖像不但信噪比達到最佳，而且還保存了Dixon方法中最重要的相位信息，用合成圖像計算反映場不均勻的相位，進行相位反纏繞后的結(jié)果可靠性極大提高。
(2)重建時間短。
三點Dixon方法中，為了得到正確地反映不均勻場的相位信息，必須采用復雜的相位反纏繞方法，該過程相當費時，可以說，Dixon方法中的重建時間大部分為相位反纏繞時間?，F(xiàn)有的方法分別計算每個通道的水和脂肪的圖像，即有多少個通道，就要進行多少次相位反纏繞，而后再進行圖像合成，重建時間和通道數(shù)成正比。而本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法中，只計算合成圖像的水和脂肪的圖像，不管有多少個通道，只進行一次相位反纏繞，因此在多通道系統(tǒng)的Dixon成像過程中，可以節(jié)省很多時間。
(3)解決水和脂肪的圖像調(diào)換的問題。
由于相位反纏繞算法不穩(wěn)定，結(jié)果極易偏離±2π，利用該結(jié)果計算脂肪和水的圖像，會使水和脂肪的圖像調(diào)換。在單通道的情況下問題不大，但在多通道的情況下，現(xiàn)有的重建方法因為先單獨求每個通道的水和脂肪的圖像，假如其中部分通道計算得到的水和脂肪發(fā)生調(diào)換，那么合成得到的將是錯誤的水和脂肪的圖像。而本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法利用合成圖像求水和脂肪的圖像，其情況和單通道情況相似，能得到純粹的水和脂肪的圖像，再利用上述算法中步驟(5)的判據(jù)，即可得到正確的水和脂肪的圖像。
請參閱圖1A至1C，在上述本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法的實際應用中，使用基于自旋回波的Dixon方法，在四通道的磁共振系統(tǒng)上取得一幅同相位，兩幅反相位圖像，由此重建出水和脂肪的圖像，實驗的結(jié)果表明，使用現(xiàn)有的重建方法，卻經(jīng)常出現(xiàn)部分通道重建出錯的情況，且重建時間相當長；而本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法能在比較短的時間內(nèi)得到正確的水和脂肪的圖像，其中，圖1A是一個實施例中顯示出水和脂肪的圖像；圖1B是應用本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法得到的圖1A中的水的圖像；圖1C是應用本發(fā)明磁共振多通道成像水脂分離重建算法得到的圖1A中的脂肪的圖像。
權(quán)利要求
1.一種磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于包含以下步驟(1)取得一幅同相位圖像和兩幅反相位圖像；(2)求各通道的線圈靈敏度分布；(3)合成各通道圖像；(4)求兩幅反相位圖像的相位差；(5)檢測同相位圖像中的一些特征區(qū)域以作為修正相位的判據(jù)；以及(6)修正反相位圖像的相位，計算出水和脂肪的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于步驟(2)進一步包括求各通道同相位圖像模值平方和，然后開方SOS(x,y)=Σi=1n|S0i(x,y)|2]]>其中，S0i(x，y)為通道的同相位圖像，i＝1...n，n為總通道數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于步驟(2)進一步包括取同相位圖像中一個信噪比較好的通道信號S0I(x，y)，對模值進行歸一化S0′(x,y)=S0I(x,y)|S0I(x,y)|.]]>
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于步驟(2)進一步包括取各通道信號的一種線性組合，對模值進行歸一化S0′(x,y)=Σi=1nS0i(x,y)·Wi|Σi=1nS0i(x,y)·Wi|]]>其中，Wi為權(quán)重。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于步驟(2)進一步包括計算各通道的線圈靈敏度分布Pi(x,y)=S0i(x,y)·[S0′(x,y)]*SOS(x,y)]]>其中，[]*表示求共軛。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于步驟(2)是采用修正空間匹配濾波器法求各通道的線圈靈敏度分布，即利用各通道圖像每個象素點及其鄰域點信號，計算信號及噪聲相關(guān)矩陣，通過求信號相關(guān)矩陣的特征值及特征向量得出各通道線圈的靈敏度分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于步驟(3)中將各通道的圖像合成得到最優(yōu)信噪比合成圖像，同時保存圖像的相位S0(x,y)=Σi=1n[Pi(x,y)]*·S0i(x,y)]]>S1(x,y)=Σi=1n[Pi(x,y)]*·S1i(x,y)]]>S2(x,y)=Σi=1n[Pi(x,y)]*·S2i(x,y)]]>其中，S1i(x，y)和S2i(x，y)分別表示兩反相位圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于步驟(4)中的兩幅反相位圖像的相位差為 其中，angle[]表示取相角算子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于使用相位反纏繞算法對該相位差(x，y)進行相位反纏繞，得到修正后的相位′(x，y)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于步驟(5)中利用大部分圖像中脂肪信號比較高的特點，檢測圖像的脂肪，再利用這些脂肪點做為判據(jù)，修正該相位′(x，y)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于步驟(5)中采用邊緣檢測方法，檢測皮下脂肪，再利用這些脂肪點做為判據(jù)，修正該相位′(x，y)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁共振多通道成像水脂分離重建算法，其特征在于步驟(5)中水跟脂肪的圖像為 Ifat(x，y)＝0.5·[S0(x，y)-0.5·(S1(x，y)·ej·0.5·′(x，y)+S2(x，y)·e-j·0.5·′(x，y))]。
全文摘要
本發(fā)明提出一種磁共振多通道成像水脂分離重建算法，該算法包括以下步驟取得一幅同相位圖像和兩幅反相位圖像；求各通道的線圈靈敏度分布；合成各通道圖像；求兩幅反相位圖像的相位差；檢測同相位圖像中的一些特征區(qū)域以作為修正相位的判據(jù)；以及修正反相位圖像的相位，計算出水和脂肪的圖像。本發(fā)明成像穩(wěn)定可靠、重建時間短，同時解決了現(xiàn)有重建算法中水和脂肪圖像調(diào)換的問題。
文檔編號A61B5/055GK1827038SQ20051000897
公開日2006年9月6日 申請日期2005年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月28日
發(fā)明者汪堅敏, 翁得河 申請人:西門子(中國)有限公司