一种分段读出扩散加权成像方法、装置及可存储介质与流程

本发明涉及扩散成像技术领域，特别是涉及一种分段读出扩散加权成像方法、装置及可存储介质。

背景技术：

扩散加权成像与传统的磁共振(magneticresonance，mr)技术不同，它主要依赖于水分子的运动而非组织的自旋质子密度、t1值或t2值，为组织成像对比提供了一种崭新的技术。组织中的水分子扩散是一种随机的热运动，扩散的方向与幅度受局部组织微环境的影响，例如在脑梗、肿瘤等病灶区水分子扩散受到限制，使得扩散度降低。mr通过h+的磁化来标记分子而不干扰它的扩散过程。在任一常规mr成像序列中加入扩散梯度突出扩散效应，即可执行扩散加权成像，可以对组织中水分子的扩散行为直接进行检测。

常规的扩散成像序列通常使用单次激发平面回波(single-shotepi)序列进行图像采集，这种序列在磁场不均匀区域(例如空气组织交界面和骨骼肌肉交界面)容易产生相位误差，导致图像发生几何畸变。目前已经出现了读出方向分段采集的平面回波(readoutsegmentationoflongvariableecho-trains，resolve)序列。与单次激发平面回波相比，resolve序列可以降低磁敏感性伪影(susceptibilityartifact)，提高成像质量。

然而，对于具有复杂几何图形和严重磁敏感性伪影的区域(比如，颈部)，resolve序列所采集到的图像失真仍然可能较为严重，导致成像质量不理想。

技术实现要素：

本发明实施方式提出一种分段读出扩散加权成像方法、装置及可存储介质，从而提高成像质量。

本发明实施方式的技术方案如下：

一种分段读出扩散加权成像方法，包括：

针对磁化强度矢量施加非线性相位射频激发脉冲，并在选层方向上施加持续时间与所述非线性相位射频激发脉冲相对应的选层梯度脉冲，以将磁化强度矢量翻转到x-y平面；

针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量执行扩散加权处理；

利用读出方向分段采样序列从扩散加权处理后的磁化强度矢量中分段读出成像数据，其中在选层方向上施加视角倾斜梯度脉冲。

在一个实施方式中，所述非线性相位射频激发脉冲在时间域上为方波或近似方波。

在一个实施方式中，所述非线性相位射频激发脉冲的非线性相位大小为k；

k≤3.6/(bw²*ftw)，其中bw为非线性相位射频激发脉冲的带宽，ftw为非线性相位射频激发脉冲的部分过渡带宽，ftw＝(ws-wp)/bw；ws是非线性相位射频激发脉冲的止带频率，wp是非线性相位射频激发脉冲的通带频率。

在一个实施方式中，所述针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量执行扩散加权处理包括：针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量施加扩散加权梯度脉冲，在射频方向上施加回聚脉冲，在选层方向上施加选层梯度脉冲和损毁梯度脉冲。

在一个实施方式中，所述利用读出方向分段采样序列从扩散加权处理后的磁化强度矢量中分段读出成像数据包括：在读出方向上施加成像回波读出梯度脉冲以读出成像数据，在读出方向上施加导航回波梯度读出脉冲以读出导航数据，用以校正分段采集的成像回波之间的相位误差，在相位编码方向上施加成像回波相位编码梯度脉冲和导航回波相位编码梯度脉冲。

在一个实施方式中，在选层方向上施加视角倾斜梯度脉冲包括：在选层方向上导航回波的回聚脉冲的两边施加视角倾斜梯度脉冲，所述视角倾斜梯度脉冲包括成像回波的视角倾斜梯度脉冲和导航回波的视角倾斜梯度脉冲；该方法还包括：

在选层方向上施加成像回波的视角倾斜梯度脉冲的预散相梯度脉冲、成像回波的视角倾斜梯度脉冲的聚相梯度脉冲和导航回波的视角倾斜梯度脉冲的预散相梯度脉冲。

一种分段读出扩散加权成像装置，包括：

翻转模块，用于针对磁化强度矢量施加非线性相位射频激发脉冲，并在选层方向上施加持续时间与所述非线性相位射频激发脉冲相对应的选层梯度脉冲，以将磁化强度矢量翻转到x-y平面；

扩散加权模块，用于针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量执行扩散加权处理；

分段读出模块，用于利用读出方向分段采样序列从扩散加权处理后的磁化强度矢量中分段读出成像数据，其中在选层方向上施加视角倾斜梯度脉冲。

在一个实施方式中，所述非线性相位射频激发脉冲在时间域上为方波或近似方波。

在一个实施方式中，所述非线性相位射频激发脉冲的非线性相位大小为k；

k≤3.6/(bw²*ftw)，其中bw为非线性相位射频激发脉冲的带宽，ftw为非线性相位射频激发脉冲的部分过渡带宽，ftw＝(ws-wp)/bw；ws是非线性相位射频激发脉冲的止带频率，wp是非线性相位射频激发脉冲的通带频率。

在一个实施方式中：

扩散加权模块，用于针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量施加扩散加权梯度脉冲，在射频方向上施加回聚脉冲，在选层方向上施加选层梯度脉冲和损毁梯度脉冲；和/或

分段读出模块，用于在读出方向上施加成像回波读出梯度脉冲以读出成像数据，在读出方向上施加导航回波读出梯度脉冲以读出导航数据，用以校正分段采集的成像回波之间的相位误差，在相位编码方向上施加成像回波相位编码梯度脉冲和导航回波相位编码梯度脉冲。

在一个实施方式中，分段读出模块，用于在选层方向上导航回波的回聚脉冲的两边施加视角倾斜梯度脉冲，所述视角倾斜梯度脉冲包括成像回波的视角倾斜梯度脉冲和导航回波的视角倾斜梯度脉冲；在选层方向上施加成像回波的视角倾斜梯度脉冲的预散相梯度脉冲、成像回波的视角倾斜梯度脉冲的聚相梯度脉冲和导航回波的视角倾斜梯度脉冲的预散相梯度脉冲。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的分段读出扩散加权成像方法的步骤。

从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，针对磁化强度矢量施加非线性相位射频激发脉冲，并在选层方向上施加持续时间与非线性相位射频激发脉冲相对应的选层梯度脉冲，以将磁化强度矢量翻转到x-y平面；针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量执行扩散加权处理；利用读出方向分段采样序列从扩散加权处理后的磁化强度矢量中分段读出成像数据，其中在选层方向上施加视角倾斜梯度脉冲。由此可见，本发明实施方式将视角倾斜梯度脉冲应用到读出方向分段采样序列中，可以补偿由于场不均匀性引起的相位误差，改善图像畸变。另外，本发明实施方式还利用非线性相位射频激发脉冲克服视角倾斜梯度脉冲导致的图像模糊。因此，本发明实施方式可以提高成像质量。

附图说明

图1为根据本发明实施方式分段读出扩散加权成像方法的流程图。

图2为根据本发明实施方式非线性相位激发脉冲的示范性幅度图。

图3为根据本发明实施方式非线性相位激发脉冲的示范性相位图。

图4为根据本发明实施方式的采用vat和非线性相位激发脉冲的resolve序列图。

图5a为根据快速自旋回波(tse)序列获取的采样图像示范图。

图5b为根据现有技术的resolve序列获取的采样图像示范图。

图5c为根据本发明实施方式的resolve序列获取的采样图像示范图。

图6为根据本发明实施方式的分段读出扩散加权成像装置结构图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

申请人经过大量试验发现：现有resolve序列的图像失真问题主要归因于场不均匀性引起的相位误差。申请人还发现，将视角倾斜(viewangletilting，vat)技术应用到resolve序列中以补偿因场不均匀性所导致的相位误差，可以减少图像畸变。

另外，本领域技术人员可以意识到目前的扩散加权成像序列通常采用线性相位射频激发脉冲翻转磁化强度矢量。申请人发现：当采用线性相位射频激发脉冲时，vat技术与resolve序列的结合可能导致不期望的图像模糊。申请人经过大量试验还发现：利用非线性相位射频激发脉冲代替线性相位射频激发脉冲，可以显著降低甚至克服vat技术导致的图像模糊。

基于上述分析，图1为根据本发明实施方式分段读出扩散加权成像方法的流程图。

如图1所示，该方法包括：

步骤101：针对磁化强度矢量施加非线性相位射频激发脉冲，并在选层方向上施加持续时间与非线性相位射频激发脉冲相对应的选层梯度脉冲，以将磁化强度矢量翻转到x-y平面。

在磁共振扩散加权成像中，通常将主磁场b0的方向定义为三维笛卡尔坐标系的z向，将与主磁场b0正交的其他两个方向分别定义为x向和y向。x向和y向共同构成x-y平面。

在本发明实施方式中，利用非线性相位射频激发脉冲代替线性相位射频激发脉冲。

非线性相位射频激发脉冲是一种具有非线性相位的射频脉冲。传统的线性相位射频脉冲可以看作将选频范围内的磁化矢量在同一时刻翻转到x-y平面上，因此其能量集中在一个持续时间短的主峰中，使得脉冲幅度分布不均。通过改变射频脉冲的相位，可以将选频范围内的磁化矢量在脉冲持续时间内依次翻转到x-y平面上，因此其能量不用集中在持续时间短的主峰中，这种相位改变后的射频脉冲即为具有非线性相位的射频脉冲。利用非线性相位的脉冲设计方法，可以在保证脉冲选层轮廓的同时得到幅度分布较为平均的激励脉冲。

优选地，本发明实施方式的非线性相位射频激发脉冲在时间域上呈现方波或近似方波形状。在时间域上呈现方波或近似方波形状的非线性相位射频激发脉冲，幅度分布均匀，可以减少k空间的滤波作用，并降低图像模糊。

非线性相位大小k是非线性相位射频激发脉冲的重要参数。当k增大后，射频脉冲的幅度在其持续时间内的分布更加平均，但是会影响脉冲的选层轮廓。

在本发明实施方式中，k优选满足下列标准：k≤3.6/(bw²*ftw)，其中bw是射频脉冲的带宽，ftw是部分过度带宽，ftw＝(ws-wp)/bw，其中ws和wp分别是非线性相位射频激发脉冲的止带频率和通带频率。

k的增大会导致射频脉冲长度的增加，因此在实际应用中适当截断低于一定幅度的射频脉冲从而得到合适的射频脉冲长度。但是，过度的截断也会影响射频脉冲的选层轮廓。

在本发明实施方式中，优选截断幅度低于5％最大幅度的射频脉冲部分，即将幅度值小于最大幅度值5％的射频脉冲幅度置零，从而减小脉冲持续时间。

具体地，本发明实施方式可以通过多种方式设计非线性相位射频激发脉冲。

比如，可以采用希纳-勒鲁(shinnar-leroux，slr)方法设计本发明实施方式的非线性相位射频激发脉冲。在slr方法中，射频脉冲可以看作是两个复数多项式a和b的组合，通过重新设计复数多项式b，可以改变射频脉冲的形状及其选层轮廓。当复数多项式b确定后，可以通过最小化脉冲能量计算得到复数多项式a。复数多项式b多被设计成线性相位，最大相位和最小相位，此时脉冲幅度分布不均，应用在视角倾斜技术上会引发严重的滤波作用。通过改变复数多项式b的相位，可以在保证脉冲选层轮廓的同时改变脉冲的幅度分布。在本发明实施方式中，期望得到幅度分布较为均匀的激励脉冲，可以利用slr方法设计得到复数多项式b，然后通过给其施加不同的非线性相位，优化得到幅度分布平均的激励脉冲。

图2为根据本发明实施方式非线性相位激发脉冲的示范性幅度图；图3为根据本发明实施方式非线性相位激发脉冲的示范性相位图。在图2中，横轴为激发脉冲的取样点，纵轴为激发脉冲的归一化幅度；在图3中，横轴为激发脉冲的取样点，纵轴为激发脉冲的归一化相位。

由图2和图3可见，相比具有单主峰的线性相位激发脉冲，非线性相位激发脉冲具有多个主峰，因此主峰宽度更长，幅度分布平均。

以上示范性描述了本发明实施方式所采用的非线性相位射频激发脉冲。本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。

步骤102：针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量执行扩散加权处理。

在这里，可以针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量施加扩散加权梯度脉冲，在射频方向上施加回聚脉冲，在选层方向上施加选层梯度脉冲和损毁梯度脉冲，从而执行扩散加权处理。

步骤103：利用resolve序列从扩散加权处理后的磁化强度矢量中分段读出成像数据，其中在选层方向上施加vat梯度。

vat技术最初是用来解决传统自旋回波序列中由于场不均匀导致的图像畸变以及读出方向上的化学位移问题。vat技术还被应用到平面回波序列：即在施加相位编码梯度的同时，额外在选层方向上施加梯度。此时读出的mr信号在这两个梯度的同时作用下，会形成一个在相位编码和选层方向上的视角倾斜，从而减少重建出来的信号由于场不均匀导致的图像畸变。由于resolve序列的回波间距远小于单次激发平面回波成像，因此更加适合引入视角倾斜技术以进一步改善场不均匀导致的图像畸变。

在相位编码方向上施加相位编码梯度时同时在选层方向上施加vat梯度，磁共振信号s可以用下面的公式表示：

s(tm,tn)＝∫xx∫y∫δsl+δz(x，y)ρ(x,y,z)exp(-jγngvattbz)×exp(-jγδb(x,y)ntesp)×exp[-jγ(mgxδtxx+ngytby)]dxdydz；

其中：δb(x,y)是在(x，y)位置处的b0偏置；gvat是在施加相位编码梯度的同时施加在选层方向上的梯度；ρ(x,y,z)是自旋密度；γ是旋磁比；δtx是读出方向上的采样率；tesp是回波间距；tb是相位编码梯度的时间；δz(x,y)是由于场不均匀性引起的在选层方向上的位移，δz(x,y)＝-δb(x,y)/gz，其中gz是选层梯度；δsl是层厚；m,n分别是读出方向和频率编码方向上的k空间坐标。

在一个实施方式中，在选层方向上施加vat梯度脉冲包括：在选层方向上导航回波的回聚脉冲的两边施加vat梯度脉冲，该vat梯度脉冲包括成像回波的vat梯度脉冲和导航回波的vat梯度脉冲；该方法还包括：在选层方向上施加成像回波的vat梯度脉冲的预散相梯度脉冲、成像回波的vat梯度脉冲的聚相梯度脉冲和导航回波的vat梯度脉冲的预散相梯度脉冲。

在一个实施方式中，利用resolve序列从扩散加权处理后的磁化强度矢量中分段读出成像数据包括：在读出方向上施加成像回波读出梯度脉冲以读出成像数据，在读出方向上施加导航回波读出梯度脉冲以读出导航数据，用以校正分段采集的成像回波之间的相位误差，在相位编码方向上施加成像回波相位编码梯度脉冲和导航回波相位编码梯度脉冲。

下面示范性描述采用本发明实施方式的resolve序列的执行过程。

图4为根据本发明实施方式的采用vat和非线性相位激发脉冲的resolve序列图。

在图4中，从上到下分别示出射频(r)脉冲、扩散梯度(gd)、选层梯度(gs)、读出方向(gr)和相位编码(gp)方向。

首先，施加90度的非线性相位射频激发脉冲30，而且在选层方向上施加持续时间与该非线性相位射频激发脉冲30相对应的选层梯度脉冲31，将磁化强度矢量翻转到x-y平面上。

接着，针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量执行扩散加权处理。具体包括：施加成像回波的回聚脉冲33(比如，180度的射频脉冲)，以及在扩散梯度方向上施加成像回波的回聚脉冲33两边的扩散加权梯度脉冲32，还在选层方向上施加持续时间与成像回波的回聚脉冲33相对应的选层梯度脉冲和损毁梯度脉冲34，其中损毁梯度脉冲用于损耗由180度射频脉冲33引起的自由感应延迟因子(fid)，从而针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量执行扩散加权处理。

再接着，施加导航回波的回聚脉冲35(比如，180度的射频脉冲)，在读出方向上导航回波的回聚脉冲35的两边分别施加成像回波读出梯度脉冲37和导航回波读出梯度脉冲38，其中成像回波读出梯度脉冲37用于分段读出成像数据；导航回波读出梯度脉冲38用于读出导航数据，用以校正分段采集的成像回波之间的相位误差。在相位编码方向上，在导航回波的回聚脉冲35的两边分别施加成像回波相位编码梯度脉冲39和导航回波相位编码梯度脉冲40。在选层方向上，施加下列梯度脉冲：

(1)、位于导航回波的回聚脉冲35的两边的vat梯度脉冲36。vat梯度脉冲36包括：成像回波的vat梯度脉冲(位于导航回波的回聚脉冲35的左边)和导航回波的vat梯度脉冲(位于导航回波的回聚脉冲35的右边)。

(2)、成像回波的vat梯度脉冲的预散相梯度脉冲41。

(3)、持续时间与导航回波的回聚脉冲35相对应的梯度组合体42。梯度组合体42包括：与导航回波的回聚脉冲35相对应的选层梯度和损毁梯度、成像回波的vat梯度脉冲的聚相梯度和导航回波的vat梯度脉冲的预散相梯度。

可见，vat梯度脉冲36补偿由于场不均匀性导致的相位误差，并改善图像畸变。而且，非线性相位射频激发脉冲30由于幅度分布均匀，在时间域上近似矩形，可以改善vat梯度脉冲36可能导致的图像模糊。

图5a为根据快速自旋回波(tse)序列获取的采样图像示范图；图5b为根据现有技术的resolve序列获取的采样图像示范图；图5c为根据本发明实施方式的resolve序列获取的采样图像示范图。

由图5a-图5c可见，图5b的成像质量优于图5a的成像质量，而且图5c的成像质量明显优于图5b的成像质量。

基于上述描述，本发明实施方式还提出了一种分段读出扩散加权成像装置。

图6为根据本发明实施方式的分段读出扩散加权成像装置结构图。

如图6所示，该分段读出扩散加权成像装置60包括：

翻转模块61，用于针对磁化强度矢量施加非线性相位射频激发脉冲，并在选层方向上施加持续时间与非线性相位射频激发脉冲相对应的选层梯度脉冲，以将磁化强度矢量翻转到x-y平面；

扩散加权模块62，用于针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量执行扩散加权处理；

分段读出模块63，用于利用resolve序列从扩散加权处理后的磁化强度矢量中分段读出成像数据，其中在选层方向上施加vat梯度脉冲。

在一个实施方式中：非线性相位射频激发脉冲在时间域上为方波或近似方波。

在一个实施方式中：

所述非线性相位射频激发脉冲的非线性相位大小为k；

k≤3.6/(bw²*ftw)，其中bw为非线性相位射频激发脉冲的带宽，ftw为非线性相位射频激发脉冲的部分过渡带宽，ftw＝(ws-wp)/bw；ws是非线性相位射频激发脉冲的止带频率，wp是非线性相位射频激发脉冲的通带频率。

在一个实施方式中：

扩散加权模块62，用于针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量施加扩散加权梯度脉冲，在射频方向上施加回聚脉冲，在选层方向上施加选层梯度脉冲和损毁梯度脉冲。

在一个实施方式中：

分段读出模块63，用于在读出方向上施加成像回波读出梯度脉冲以读出成像数据，在读出方向上施加导航回波读出梯度脉冲以读出导航数据，用以校正分段采集的成像回波之间的相位误差，在相位编码方向上施加成像回波相位编码梯度脉冲和导航回波相位编码梯度脉冲。

在一个实施方式中：

分段读出模块63，用于在选层方向上导航回波的回聚脉冲的两边施加vat梯度脉冲，所述vat梯度脉冲包括成像回波的vat梯度脉冲和导航回波的vat梯度脉冲；在选层方向上施加成像回波的vat梯度脉冲的预散相梯度脉冲、成像回波的vat梯度脉冲的聚相梯度脉冲和导航回波的vat梯度脉冲的预散相梯度脉冲。

可以遵循一定规范的应用程序接口，将本发明实施方式所提出的分段读出扩散加权成像方法编写为安装到磁共振扩散成像控制主机、个人电脑、移动终端等中的插件程序，也可以将其封装为应用程序以供用户自行下载使用。

可以通过指令或指令集存储的储存方式将本发明实施方式所提出的分段读出扩散加权成像方法存储在各种存储介质上。这些存储介质包括但是不局限于：软盘、光盘、dvd、硬盘、闪存等。另外，还可以将本发明实施方式所提出的分段读出扩散加权成像方法应用到基于闪存(nandflash)的存储介质中，比如u盘、cf卡、sd卡、sdhc卡、mmc卡、sm卡、记忆棒、xd卡等。上述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的分段读出扩散加权成像方法的步骤。

综上所述，在本发明实施方式中，针对磁化强度矢量施加非线性相位射频激发脉冲，并在选层方向上施加持续时间与非线性相位射频激发脉冲相对应的选层梯度脉冲，以将磁化强度矢量翻转到x-y平面；针对翻转到x-y平面上的磁化强度矢量执行扩散加权处理；利用resolve序列从扩散加权处理后的磁化强度矢量中分段读出成像数据，其中在选层方向上施加vat梯度脉冲。本发明实施方式通过将vat梯度脉冲应用到resolve序列，可以补偿由于场不均匀性引起的相位误差，并改善图像畸变，还可以利用非线性相位射频激发脉冲克服vat梯度脉冲导致的图像模糊，从而提高成像质量。

以上所述，仅为本发明的较佳实施方式而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。