一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法与流程

本发明涉及磁共振成像，具体为一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法。

背景技术：

1、磁共振成像mri是一种非侵入性的成像技术，mri主要的缺点便是扫描时间过长，所以更快的扫描速度与更高的图像质量一直都是mri研究的两个重要领域。随着mri技术的发展进步，出现了许多加速方案，其中应用较为广泛的有并行成像、多层同时激发sms等等。

2、其中，并行成像是通过由全采样到部分欠采样，降低k空间相位编码的采样点数，降低采样时间的方式加速成像。但因为能减少的采样点数有限，加速时间有限，而且因为减少了采样点数的原因，不可避免的造成了信号失真和系统信噪比降低。

3、而sms使用多个单频带sb脉冲合成的多通带mb脉冲(有时也称复合射频脉冲)对多个层面同时激发、同时采集，再将采集信号分离和编码重建，最终得到输出图像。sms相较于并行成像有许多优点：因为一次对多个层面同时激发、同时采集，sms数据采集的加速程度正比于激发层数n；其次，sms并不会直接造成分辨率降低的问题，特别在平面回波成像中，sms可以减少epi读取时间，从而减少信号失真；sms还可以通过提高一定区域内的激发层数，进一步提高成像分辨率。得益于高的时间和空间分辨率，sms现在已经商品化并投入临床使用，研究范围也已经从最初的神经系统扩展到了全身多个部位，被广泛的用于各序列中提高时间和空间分辨率。

4、虽然sms有许多优点，但由于其使用的复合射频脉冲由多个单频带脉冲叠加而成，其面临着复合脉冲峰值可能超出rf功率放大器峰值以及总功率沉积超过特定吸收率限制的问题；为此，我们提出一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法，实现符合sms峰值限制和sar限制的复合射频脉冲。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法。

2、本发明所解决的技术问题为：在多个单频带脉冲叠加而成，其面临着复合脉冲峰值可能超出rf功率放大器峰值以及总功率沉积超过特定吸收率限制的问题。

3、本发明可以通过以下技术方案实现：一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法，该构建方法包括：

4、相位调制：将用于磁共振信号激发的rf脉冲在各对应切片层进行相位调制，使得更层脉冲激励和趋近于下限值，脉冲峰值受限于rf功率放大器峰值；

5、梯度场设计：对rf脉冲施加非恒定选层梯度对特定吸收率sar进行优化，使脉冲总沉积功率受限于特定吸收率sar；

6、经过相位调制和梯度场设计的脉冲即构成一个完整的sms脉冲，负责sms的选层激发。

7、本发明的进一步技术改进在于：rf脉冲具体为由多个单频带sb脉冲合成的多通带mb脉冲，所述相位调制即针对单频带sb脉冲进行。

8、本发明的进一步技术改进在于：用于磁共振信号激发的rf脉冲的函数表示为

9、则mb脉冲的脉冲峰值表示为对sb脉冲进行相位调制，使其满足下式：

10、

11、即层脉冲激励和右趋近于下限值，下限值为

12、其中，a(t)为幅度调制函数，用于确定脉冲轮廓的形状，表示各切片层的位置和相位，δωn为偏移频率，为激发对应层面所带有的初相位，n为单频带sb脉冲的数目。

13、本发明的进一步技术改进在于：施加非恒定选层梯度的对象为mb脉冲或sb脉冲，对特定吸收率sar进行优化约束，具体约束式为：

14、

15、其中，t(k)表示每个时间点所蕴含的时间大小，所有的时间点求和为nδt，gmax表示梯度场峰值。

16、本发明的进一步技术改进在于：特定吸收率sar优化方式具体包括通过降低切片选层梯度的振幅，在需要沉积大部分能量的坐标处减慢k空间遍历，从而实现功耗降低；对于减慢的时间可以在低能量坐标处增大梯度幅度加快遍历进行弥补。

17、本发明的进一步技术改进在于：优化约束条件为梯度场持续时间与脉冲持续时间相同。

18、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

19、本发明将相位调制和时变梯度场结合设计出了能够同时满足sms峰值限制和sar限制的mb激发脉冲，并能够实现特定层面的激发，解决了现有技术中直接通过频域叠加形成复合脉冲，随后需要通过延长脉冲持续时间和减小脉冲峰值满足峰值限制的问题，且能够突破选层数量的限制，从而在不影响成像分辨率的前提下降低成像时间。

技术特征：

1.一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法，其特征在于，该构建方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法，其特征在于，所述rf脉冲具体为由多个单频带sb脉冲合成的多通带mb脉冲，所述相位调制即针对单频带sb脉冲进行。

3.根据权利要求2所述的一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法，其特征在于，用于磁共振信号激发的rf脉冲的函数表示为

4.根据权利要求2所述的一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法，其特征在于，施加非恒定选层梯度的对象为mb脉冲或sb脉冲，对特定吸收率sar进行优化约束，具体约束式为：

5.根据权利要求4所述的一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法，其特征在于，特定吸收率sar优化方式具体包括通过降低切片选层梯度的振幅，在需要沉积大部分能量的坐标处减慢k空间遍历，从而实现功耗降低；对于减慢的时间可以在低能量坐标处增大梯度幅度加快遍历进行弥补。

6.根据权利要求4所述的一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法，其特征在于，优化约束条件为梯度场持续时间与脉冲持续时间相同。

技术总结
本发明公开了一种基于时变梯度场的多层同时激发脉冲的构建方法，涉及磁共振成像技术领域；该构建方法包括：将用于磁共振信号激发的RF脉冲在各对应切片层进行相位调制，使得脉冲峰值受限于RF功率放大器峰值；对RF脉冲施加非恒定选层梯度对特定吸收率SAR进行优化，使脉冲总沉积功率受限于特定吸收率SAR；将相位调制和时变梯度场结合设计出了能够同时满足SMS峰值限制和SAR限制的MB激发脉冲，并能够实现特定层面的激发，解决了现有技术中直接通过频域叠加形成复合脉冲，随后需要通过延长脉冲持续时间和减小脉冲峰值满足峰值限制的问题，且能够突破选层数量的限制，从而在不影响成像分辨率的前提下降低成像时间。

技术研发人员：林凯文,张华彬,周建太,罗鹏辉,何睦
受保护的技术使用者：安徽福晴科技集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6