一种磁共振射频发射场测量方法及磁共振系统与流程

【技术领域】

本发明涉及医学影像技术领域，尤其涉及一种磁共振射频发射场测量方法及磁共振系统。

背景技术：

磁共振系统的射频发射场的均匀性分布，是体发射线圈与表面接收线圈的设计需要重点考虑和测试的。现有技术中，在对射频发射场进行测量时，采用单回聚的大角度激发的自旋回波序列，在水膜上测量射频发射场的分布。所谓单回聚脉冲序列主要是指射频脉冲信号先发出一个大角度(至少是360度的4倍对应的角度)的激发信号，然后，间隔一段时间后，再发出一个180度的回聚信号。使用大角度的单回聚的自旋回波序列进行扫描，数据经过重建后能够测量得到的射频发射场等高线图(如图1所示)，该等高线图能够定性地反映出射频场的空间分布和不均匀程度。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

采用单回聚自旋回波的脉冲序列扫描得到的射频发射场等高线图，该等高线图只能定性的描述发射场的不均匀程度，无法定量的描述发射场的分布，不能确定射频发射场标准强度的位置以及射频发射场变化的方向。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种磁共振射频发射场测量方法及磁共振系统，用以解决现有技术采用单回聚se(spinecho，自旋回波)序列得到的射频发射场的图像只能定性的判断射频发射场均匀程度，而不能定量分析出射频发射场相关参数的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种磁共振射频发射场测量方法，该方法包括：

根据双回聚脉冲自旋回波序列获取射频发射场的图像；

根据所述射频发射场的图像沿一方向的信号强度分布，识别射频发射场参数。

如上所述的方法和任一可能实现方式，进一步提供一种实现方式，该双回聚脉冲自旋回波序列包括射频脉冲信号以及梯度脉冲信号；该射频脉冲信号具有一个激发脉冲以及两个180度的回聚脉冲。其中，所述激发脉冲的角度为360度的整数倍。

如上所述的方法和任一可能实现方式，进一步提供一种实现方式，该射频发射场参数包括以下至少一种：射频发射场标准强度的位置、射频发射场变化方向。

如上所述的方法和任一可能实现方式，进一步提供一种实现方式，该双回聚脉冲自旋回波序列采用指定时长的重复时间获取所述射频发射场的图像。

如上所述的方法和任一可能实现方式，进一步提供一种实现方式，当所述射频发射场参数为射频发射场标准强度的位置时，所述根据所述射频发射场的图像沿一方向的信号强度分布，识别射频发射场参数包括：

获取所述射频发射场的图像沿一方向的信号强度分布，以获取所述信号强度分布对应曲线；

识别所述信号强度分布对应曲线内信号宽度最细的波谷，以所述波谷作为所述射频发射场标准强度的位置。

如上所述的方法和任一可能实现方式，进一步提供一种实现方式，当所述射频发射场参数为射频发射场变化方向时，所述根据所述射频发射场的图像沿一方向的信号强度分布，识别射频发射场参数还包括：

获取所述射频发射场的图像沿一方向的信号强度分布，以获取所述信号强度分布对应曲线；

识别所述信号强度分布对应曲线内所有的波峰，以波峰下降剧烈的方向作为所述射频发射场增加的方向。

如上所述的方法和任一可能实现方式，进一步提供一种实现方式，根据双回聚脉冲自旋回波序列获取射频发射场的图像包括：

根据所述双回聚脉冲自旋回波序列获取扫描对象产生磁共振后生成的磁共振信号；

根据所述磁共振信号生成射频发射场的图像。

如上所述的方法和任一可能实现方式，进一步提供一种实现方式，在根据所述双回聚脉冲自旋回波序列获取扫描对象产生磁共振后生成的磁共振信号之后，在根据所述磁共振信号生成射频发射场的图像之前，所述根据双回聚脉冲自旋回波序列获取射频发射场的图像还包括：

将获取到的磁共振信号由模拟信号转换成数字信号；

所述根据所述磁共振信号生成射频发射场的图像具体包括：根据所述数字信号生成射频发射场的图像。

另一方面，本发明实施例提供了一种磁共振系统，包括磁共振扫描设备和计算机，其中计算机包括存储器、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，其特征在于，所述处理器执行所述程序时可用于执行一种磁共振射频发射场测量方法，所述方法包括：

根据双回聚脉冲自旋回波序列获取射频发射场的图像；

根据所述射频发射场的图像沿一方向的信号强度分布，识别射频发射场参数。

再一方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可用于执行上述任一项磁共振射频发射场测量方法。

本发明实施例提供的磁共振射频发射场测量方法及磁共振系统，采用双回聚脉冲自旋回波序列进行扫描，可以获取到等高线的线条粗细以及等高线周围明暗不一的亮带的射频发射场等高线图像，从而基于该射频发射场等高线图像沿一方向的信号强度分布，识别射频发射场参数，进而，解决现有技术采用单回聚se(spinecho)序列得到的射频发射场的图像只能定性的判断射频发射场均匀程度，而不能定量分析出射频发射场相关参数的问题。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是现有技术中射频发射场等高线示意图；

图2是本发明实施例所提供的一种磁共振射频发射场测量方法的流程示意图；

图3是本发明实施例所述提供的一种双回聚自选回波脉冲序列示意图；

图4是本发明实施例所述提供的一种射频发射场的图像；

图5是本发明实施例所述提供的一种信号强度分布对应的曲线图；

图6是本发明实施例提供的另一种磁共振射频发射场测量方法的流程示意图；

图7是本发明实施例所述提供的采用三种不同tr时间测量得到的数值模拟结果；

图8是本发明实施例所述提供的与图7的数值模拟结果对应的射频发射场的图像；

图9是本发明实施例所述提供的一种磁共振系统的结构示意图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述梯形波，但这些梯形波不应限于这些术语。这些术语仅用来将梯形波彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一梯形波也可以被称为第二梯形波，类似地，第二梯形波也可以被称为第一梯形波。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

由现有技术中采用单回聚的自旋回波脉冲序列进行发射场测量得到的等高线图(图1)可知，该等高线图中的等高线的粗细以及等高线之间的亮带亮度变化差异不明显，终端或用户无法根据该等高线图判断出标准发射场的位置以及发射场从水模中心到四周的变化情况。

为了解决现有技术中的问题，本发明实施例提供了一种磁共振射频发射场测量方法，该方法的流程图如图2所示，该方法具体包括：

101、根据双回聚脉冲自旋回波序列获取射频发射场的图像。

具体的，双回聚脉冲自旋回波序列包括射频脉冲信号以及梯度脉冲信号。其中，射频脉冲信号具有一个大角度(该角度是360度的整数倍，例如可以是3倍、4倍、5倍或者更多的倍数)激发脉冲以及两个180度的回聚脉冲。梯度脉冲信号可以包括三种梯度脉冲信号，分别为x方向梯度脉冲信号、y方向梯度脉冲信号和z方向梯度脉冲信号，在一些时候也分别称为选层方向梯度脉冲信号gss、相位编码方向梯度脉冲信号gpe以及读出方向梯段脉冲信号gro。

其中，射频脉冲信号是由磁共振系统中的射频发射线圈产生的；梯度脉冲信号是由磁共振系统中的梯度线圈产生的。

需要说明的是，每个射频脉冲信号之后在各梯度轴均跟随一个散相梯度脉冲信号。其中，双回聚脉冲自旋回波序列的射频脉冲信号与各梯度轴跟随的散相梯度脉冲信号的示意图如图3所示，射频脉冲信号大角度射频脉冲之后对应第一梯度，第一个180度回聚脉冲之后对应第二梯度，第二个180度回聚脉冲之后对应第三梯度。其中，第一梯度和第三梯度的面积之和等于第二梯度的面积，为了避免在采集的射频信号中有刺激回波信号(stimulatedecho)，只保留自旋回波信号，使第一梯度的面积不等于第三梯度的面积。

这里需要说明的是，图3仅为简单的双回聚脉冲自旋回波序列的示意图，本领域技术人员已知的，在该序列中存在的其他一些配合采集的波形未在图中示出。

102、根据所述射频发射场的图像沿一方向的信号强度分布，识别射频发射场参数。

其中，射频发射场参数包括当不限于射频发射场标准强度的位置、射频发射场变化方向。

其中，射频发射场的图像至少具有如下两种特征(原理在本申请的后续部分会进行展开说明)，一是，图像中显示的(黑)线条粗细相间排列；二是，图像中两条(黑)线条之间的亮带明暗不一。射频发射场的图像的一种示意图如图4所示。基于双回聚脉冲作用到成像对象的氢原子反映出的磁矩作用的原理，可以理解的是，射频发射场的图像中明暗不同的亮带以及粗细不同的黑线条能够反映射频发射场参数。因此，通过沿所述发射场等高线图某一指定方向，获取所述发射场的相关图像数据，根据得到的相关图像数据，可以得到该射频发射场的图像对应的射频发射场的信号强度分布对应的曲线，通过分析该信号强度分布曲线的特征以及曲线的变化趋势，从而根据射频发射场的信号强度分布识别射频发射场参数。

本发明实施例提供的磁共振射频发射场测量方法，采用双回聚脉冲自旋回波序列进行扫描，可以获取到等高线的黑线条粗细以及等高线周围明暗不一的亮带的射频发射场等高线图像，从而基于该射频发射场等高线图像沿一方向的信号强度分布，识别射频发射场参数，进而，解决现有技术采用单回聚se(spinecho)序列得到的射频发射场的图像只能定性的判断发射均匀程度的，而不能定量分析出射频发射场相关参数的问题。

进一步的，结合前述方法流程，发射场参数至少包括射频发射场标准强度的位置和/或射频发射场变化方向，本发明针对根据射频发射场的图像，识别出的射频发射场参数的不同，提供了以下实现方式。

第一种，当所述射频发射场参数为射频发射场标准强度的位置时，步骤102根据所述射频发射场的图像沿一方向的信号强度分布，识别发射场参数包括：

步骤1、获取所述射频发射场的图像沿一方向的信号强度分布，以获取所述信号强度分布对应的曲线。

具体的，在处理器生成的射频发射场的图像，从左到右画一条直线(从上到下，或者任意画一条直线完整的穿过图像)，然后，获取得到这条直线上的信号强度分布曲线如图5所示，该曲线图的横坐标表示图像上从左到右的点，纵坐标表示信号强度。

步骤2、识别所述信号强度分布对应曲线内信号宽度最细的波谷，以所述波谷作为所述射频发射场标准强度的位置。

其中，信号强度分布对应的曲线内信号宽度最细的波谷对应的位置，为标准发射场标准强度所在位置。

第二种，当所述射频发射场参数为射频发射场变化方向时，步骤102根据所述射频发射场等高线图像沿一方向的信号强度分布，识别射频发射场参数还包括：

步骤1、获取所述射频发射场等高线图像沿一方向的信号强度分布，以获取所述信号强度分布对应的曲线。

步骤2、识别所述信号强度分布对应曲线内信号所有的波峰，以波峰下降剧烈的方向作为所述射频发射场增加的方向。

其中，波峰幅值下降越剧烈，表征发射场射频信号越大，即对应的发射场相对于标准发射场的信号强度越大，也就是说，波峰幅值下降剧烈的方向即为发射场强度增加的方向。

需要说明的是，还可以将上述两种根据发射场等高线图识别射频发射场参数的实现方法结合，得到另一种实现方式，第一种方法与第二种方法结合后的方法能够获取所述射频发射场标准强度的位置以及射频发射场强度增加的方向。

进一步的，结合前述流程，针对于步骤101根据双回聚脉冲自旋回波序列获取射频发射场等高线图像的实现，本发明实施例提供了另一种实现方式，其流程图如图6所述，具体包括：

1011、根据所述双回聚脉冲自旋回波序列获取扫描对象产生磁共振后生成的磁共振信号。

射频发射线圈发射的射频脉冲信号与梯度线圈发射的梯度脉冲信号共同作用于扫描对象中，射频脉冲信号作用于扫描对象产生磁共振信号，此时，磁共振系统中的接收线圈接收扫描对应反馈的磁共振信号。

需要说明的是，磁共振系统中接收磁共振信号的接收线圈与发射射频脉冲信号的射频线圈为同一电磁线圈，还可以一个仅用于接收磁共振信号的独立的电磁线圈。

1012、根据所述磁共振信号生成射频发射场的图像。

需要说明的是，发射场等高线图是处理器根据磁共振信号生成的。而由于处理器只能对数字信号进行分析运算，因此，在生成射频发射场的图像之前，处理器需要先进行模数转换，将该磁共振信号由模拟信号转换成处理器可以进行运算处理的数字信号，从而，通过得到的数字信号的分析处理，并且基于图像重建生成形象化射频发射场的图像。

进一步说明的是，由于该射频发射场等高线图像中等高线的线条粗细相间排列，并且射频发射场等高线图像中亮度明暗不一，因此，用户还可以根据该图像特征，并结合双回聚脉冲与磁矩作用的原理，可以获知到，发射场等高线图中的亮带最亮处对应的等高线图为标准发射场，发射场等高线图中亮带亮度仅低于标准发射场对应的亮带的亮度的方向为发射场磁场增强的方向，而亮带亮度较暗的亮带的方向为发射场磁场减小的方向，由上述这些特征可以通过图像上亮带的相对明暗可判断标准发射场的位置及变化方向。

为了让本领域的技术人员清楚，补充说明的是，采用本发明提供的磁共振射频发射场测量方法，得到的射频发射场的图像的线条粗细不同、亮带明亮不一的原因。

下面的结合具体举例说明，发射场等高线图的产生不同粗细线条的原因。

(1)产生黑线条与亮带的原理(大角度激发脉冲)。

激发脉冲通常可以把扫描对象的纵向磁矩mz翻转到负向，横向以及正向等不同位置。比如对于1800度的大角度激发脉冲，在发射场理想的地方(即标准发射场)，mz翻转了5圈，回到原来的正向。在磁场强度低于标准发射场磁场强度10％的地方，mz翻转了4圈半，翻转到负向。在高于标准发射场磁场强度10％的地方，mz翻转了5圈半，也翻转到负向。翻转到横向的地方，就表现为图像上的亮带。翻转到负向或者正向的地方，就表现为黑线条。

(2)黑线粗细的原理(双回聚脉冲)。

第一个回聚脉冲(180度)把纵向磁矩mz从正向(负向)翻转到负向(正向)，第二个回聚脉冲又把mz从负向(正向)翻转到正向(负向)。当经过tr(重复时间，repetitiontime)恢复时间后，翻转至正向与负向的磁矩mz恢复的程度也不一样，从而表现为射频发射场图中黑线条的宽窄不一样。

需要说明的是，传统的单回聚脉冲对磁矩mz的调制与双回聚脉冲不一样，因而发射场图中的黑线条没有宽窄的区分，都是一样的。(正如图1和图4的对比)

具体的，本发明实施例分别采用tr为100ms、tr为600ms以及tr为1500ms的射频脉冲序列进行扫描测试，激发脉冲翻转角取1800度，得到如图7所示的数值模拟的结果，其横坐标代表发射场的不均匀性，纵坐标表示图像的信号强度。其中，图7中平行于横轴的水平线是为了方便对得到的数值模拟的结果的分析而添加的，可以看到，平行于横坐标的水平线(如，信号强度为0.1特斯拉的水平线)与波形曲线相交。该水平线与信号零点构成的区间有宽有窄。这个区间就对应着发射场等高线图像上黑线条的宽度，其中，图8中射频发射场的图像从左到右分别对应采用tr为100ms、600ms以及1500ms进行测量时的射频发射场的图像。

需要说明的是，tr越短，等高线粗细对比就越明显。因此，在进行发射场测量时，优选的是使用时间小于0.5t1的tr进行扫描。其中，t1是磁距从负向恢复到0所需要的时间，人体不同组织，对应的t1时间不同。

而射频发射场的图像中产生明暗不同的亮带，是因为产生回聚脉冲的射频发射场偏大或者偏小，回聚效率并不是对称变化的。发射场偏大时，回聚效率(片型面积)下降更快，意味着信号减小更快。发射场偏小时，回聚片型平台期内凹而带宽扩展，回聚效率减小相对较慢，意味着信号减小较缓。因此，正是由于回聚脉冲效率相对于发射场变化的不对称性，使得回聚的信号在发射场偏大时，信号下降更快。使用两个回聚脉冲后，这种信号随发射场呈不对称分布的特征得到显著加强，从而使得图像上能够通过亮带的相对明暗来判断对应的发射场的场强相对于标准发射场的场强是偏高还是偏低。只使用一个回聚脉冲，信号强度(即亮带明暗)随发射呈不对称分布的特征较弱，不容易观察。

本发明实施例进一步给出实现上述方法实施例中各步骤的磁共振系统，该磁共振系统主要包括两个设备，磁共振扫描设备和计算机，其中计算机包括存储器、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。其中，磁共振系统的结构示意图，如图9所示，该磁共振系统详细结构如下：

如图9所示，磁共振系统200通常包括磁共振机架，机架内有主磁体201，主磁体201可以是由超导线圈构成，用来产生主磁场，在一些情况下也可以采用永磁体。主磁体201可以用来产生0.2特斯拉、0.5特斯拉、1.0特斯拉、1.5特斯拉、3.0特斯拉或者更高的主磁场强度。在磁共振成像时，成像对象250会由患者床206进行承载，随着床板的移动，将成像对象250移入主磁场磁场分布较为均匀的区域205内。通常对于磁共振系统，如图1所示，空间坐标系(即设备的坐标系)的z方向设置为与磁共振系统机架的轴向相同，通常将患者的身长方向与z方向保持一致进行成像，磁共振系统的水平平面设置为xz平面，x方向与z方向垂直，y方向与x和z方向均垂直。

在磁共振成像，脉冲控制单元211控制射频脉冲产生单元216产生射频脉冲，射频脉冲由放大器放大后，经过开关控制单元217，最终由体线圈203或者局部线圈204发出，对成像对象250进行射频激发。成像对象250根据射频激发，会由共振产生相应的射频信号。在接收成像对象250根据激发产生的射频信号时，可以是由体线圈203或者局部线圈204进行接收，射频接收链路可以有很多条，射频信号发送到射频接收单元218后，进一步发送到图像重建单元221进行图像重建，形成磁共振图像。

磁共振系统200还包括梯度线圈202，梯度线圈可以用来在磁共振成像时对射频信号进行空间编码。脉冲控制单元211控制梯度信号产生单元212产生梯度信号，梯度信号通常会分为三个相互正交方向的信号：x方向、y方向和z方向，不同方向的梯度信号经过梯度放大器(213、214、215)放大后，由梯度线圈202发出，在区域205内产生梯度磁场。

脉冲控制单元211、图像重建单元221与处理器222、显示单元223、输入/输出设备224、存储器225、通信端口226之间可以通过通信总线225进行数据传输，从而实现对磁共振成像过程的控制。其中，处理器222可以由一个或多个处理器组成，该处理器222可以执行存储器225中存储的程序时，以执行一种磁共振射频发射场测量方法，即执行根据双回聚脉冲自旋回波序列获取射频发射场等高线图像；以及，根据所述射频发射场等高线图像沿一方向的信号强度分布，识别射频发射场参数。显示单元223可以是提供给用户用来显示图像的显示器。输入/输出设备224可以是键盘、鼠标、控制盒等相关设备，支持输入/输出相应数据流。存储器225可以是只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、硬盘等，存储器225可以用来存储需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器222所执行的可能的程序指令。通信端口205可以实现与其他部件例如：外接设备、图像采集设备、数据库、外部存储以及图像处理工作站等之间进行数据通信。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上有计算机程序，该程序被处理器执行时可用于执行上述任一方法实施例。

本发明实施例提供的技术方案，采用双回聚脉冲自旋回波序列进行扫描，可以获取到等高线的线条粗细以及等高线周围明暗不一的亮带的射频发射场等高线图像，从而基于该射频发射场等高线图像沿一方向的信号强度分布，识别射频发射场参数，进而，解决现有技术采用单回聚se(spinecho)序列得到的射频发射场的图像只能定性的判断射频发射场均匀程度，而不能定量分析出射频发射场相关参数的问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元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装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。