基于3DFSE序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法与流程

基于3dfse序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法
技术领域
1.本发明属于磁共振成像领域，具体涉及一种基于3dfse序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法。


背景技术：

2.在磁共振膝关节、胯关节和腰椎等部位成像中可能会遇到含有金属植入物的患者，而金属的磁化率较高，在外加稳定的磁场环境中会产生一个磁场，从而使得金属周边的b0场无法保持均匀，在施加三个方向的梯度后，由于梯度磁场是非线性的，从而导致了空间选择不准确的图像形变，脂肪抑制错误激发等问题。
3.临床扫描关节部位的序列有2d序列和3d序列两种，其中2d序列扫描中以fse和gre两种序列为主，其中fse或者se序列的重聚脉冲能够一定程度的校正主磁场由于金属物导致的主磁场的不均匀性，而gre序列由于没有重聚脉冲，所以收金属伪影的影响较大。另外，2dfse扫描首先需要进行层面选择，金属物质的周围由于磁场环境不均匀，会导致b0场不均匀，并且在施加梯度磁场的情况下会导致选层不准确。金属物质导致采集图像异常例如信号丢失，表现为黑影或者信号聚集，表现为部分地方信号高亮。
4.现有技术中，常用于解决金属伪影的方法是选择fse或者se序列来进行图像采集，因为fse和se序列的重聚焦脉冲能够校正金属物质导致的主磁场的不均匀性，此外，还可以通过增加激发脉冲的带宽，或者增大选层层厚来减少层面间的形变，增加选层梯度的大小可以使得层面轮廓更加清晰，如果需要脂肪抑制，可以使用非频率选择的技术例如stir或者mdixon技术。但这些方法都不能从根本上解决金属物质带来的信号缺失伪影现象，或者高亮的信号聚集现象，只能减小伪影对图像的影响，并且增加采集带宽会导致图像信噪比下降。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效解决常规序列扫描中金属植入物导致的图像变形、信号空洞等伪影问题的，得到去除关节处图像金属伪影的磁共振3d原始图像的方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于3dfse序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法，包含以下步骤：步骤1，扫描关节部位得到磁共振图像，通过3dfse序列的多频谱采集技术对所述磁共振图像的同一层图像的磁共振多频谱成像扫描，获取k空间数据，相较于传统3dfse序列去除了重聚焦选层梯度；步骤2，通过sense加速和动态tr扫描技术对k空间数据加速处理，获得完整的k空间数据；步骤3，对步骤2中完整的k空间数据进行图像重建，对重建图像做快速傅里叶变换fft至笛卡尔k空间，进行滤波后反傅里叶变换并进行图像裁剪获取原始图像；步骤4，对所述原始图像做不同频偏数据下的归一化校正处理获取最终的3dfse原始图像；步骤5，对所述最终的3d原始图像在图像域内进行sos方法进行处理，获取最终金属伪影校正过的3d原始图像。利用fse序列重聚焦脉冲可以
校正主磁场不均匀的特性，配合不同激发脉冲频率可以得到金属物质不同图像的特点，通过多频谱子图sos方法增加图像信噪比，解决了常规序列扫描遇到金属物质产生严重金属伪影的问题，扫描过程中采用sense加速和动态tr技术来缩短扫描时间。
7.优选的，所述步骤1中在3dfse序列扫描中采用可变共振图像组合的多频谱采集技术，在对某一块图像进行扫描时，会每次改变激发脉冲和回聚脉冲的激发频率，变化大小为δv0(x，y)，从而采集同一块图像在不同频率下的子图像，激发频率的范围为-8khz～+8khz，频率切换大小δv0(x，y)为1khz，采集过程中使用2.0的加速因子的sense方法进行采集，减少相位方向的编码采集数量，且不影响采集到的图像质量，从而实现加速扫描，具体公式为其中δv0(x，y)代表频率偏移，是用来衡量自选频率v
off
(x，y)相对于中心频率v0的偏移量，该偏移量也由b0场变化量δr0决定，激发脉冲和重聚脉冲均使用非选择性脉冲，以便采集偏共振图像，其中中心共振频率δv0(x，y)＝0时扫描采用选层和重聚焦梯度，采集原始图像，保证信噪比和对比度，频偏图像扫描时不采用重聚焦梯度。
8.优选的，所述步骤2中对采集到的每个子图的k空间回波数据做sense算法处理，先将各个线圈采集到的k空间数据分别进行离散傅里叶变换，得到有混叠的图像后，再通过各个线圈的灵敏谱信息，将采集到的各激发频率下各层面的所有子图的混叠图像通过解混叠算法还原为全视野的完整图像。
9.优选的，所述步骤3中先取经过sense算法处理过后的图像，对原始图像数据做快速傅里叶变换fft得到笛卡尔下k空间，进行汉宁滤波再反傅里叶变换获得滤波图像，并进行图像裁剪进一步获取3d原始图像。
10.优选的，所述步骤4中对傅里叶变换后的数据进行归一化处理，考虑偏频率图像，选取所有偏频率中的最大值作为归一化的标准值，可以有效降低噪声图像值，提升图像信噪比。
11.优选的，所述步骤4中归一化后的数据包含每一层不同频偏下的图像数据，频偏越大的图像集中在金属周围，频偏越小的图像包含的组织信息越丰富，对这些图像进行平方和计算可以将不同频偏下的图像信息叠加在一起，并且sos计算方法相比mip方法能更好的避免噪点信号对图像的影响，使得最终得到图像的信噪比较高。
12.本发明的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案等。
13.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：1、本发明采用3dfse序列，相比2dfse和gre序列能大大降低金属植入物附近的伪影；
14.2、通过在扫描时增加采集带宽和减少激发脉冲的带宽，可以进一步的减小金属对扫描图像的影响；
15.3、在采用sense加速扫描的基础上，还采用了动态tr的扫描技术，能够进一步大幅缩短扫描时间；
16.4、对采集到的数据进行多频谱数据归一化处理，有效避免了频偏子图中离散噪点对合成后图像的影响；
17.5、图像合成采用sos方法能够得到更加平滑的图像，相比于mip合成方法能够得到更高信噪比的图像。
附图说明
18.图1为本发明所提供的方法流程示意图；
19.图2为激发脉冲频偏共振扫描示意图；
20.图3为钴铬合金的共振频率分布图；
21.图4为不同频偏下扫描结果示意图；
22.图5为水模金属伪影校正效果图；
23.图6为常规3dfse扫描和金属伪影校正后的3dfse扫描结果对比图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明进行详细描述。
25.如图1所示的基于3dfse序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法，包含以下步骤，图1给出了3dfse获取校正金属伪影关节处磁共振图像方法的具体流程示意图，按照此流程在所述磁共振系统中可获得3d关节校正金属伪影图像。
26.步骤1，扫描关节部位得到磁共振图像，通过3dfse序列的多频谱采集技术对所述磁共振图像的同一层图像的磁共振多频谱成像扫描，获取k空间数据，如图2所示，在对某一块图像进行扫描时，会每次改变激发脉冲和回聚脉冲的激发频率，变化大小为δv0(x，y)，从而采集同一块图像在不同频率下的子图像，激发频率的范围为-8khz～+8khz，频率切换大小δv0(x，y)为1khz，采集过程中使用2.0的加速因子的sense方法进行采集，减少相位方向的编码采集数量，且不影响采集到的图像质量，从而实现加速扫描，具体公式为其中δv0(x，y)代表频率偏移，是用来衡量自选频率v
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(x，y)相对于中心频率v0的偏移量，该偏移量也由b0场变化量δb0决定，激发脉冲和重聚脉冲均使用非选择性脉冲，以便采集偏共振图像，其中中心共振频率δv0(x，y)＝0时扫描采用选层和重聚焦梯度，采集原始图像，保证信噪比和对比度，本实施例中，使用带宽为2khz的激发脉冲和重聚焦脉冲进行激发，两次激发频率变化量δv0(x，y)为1khz，每次扫描一块层面组，厚度在60mm-90mm左右，单块图像的厚度在3mm-4mm，每个图像分别扫描-8khz-8khz的频率偏移范围，待当前图像的所有频率偏移下的子图都扫描结束后扫描下一个图像，图3为钴铬合金的共振频率分布图，钴铬合金为临床胯关节的主要置换物，该合金的共振频率分布于-8khz-8khz频率范围内，因此采用多频谱采集技术的激发偏频范围可以设定在上述范围内。
27.步骤2，通过sense加速和动态tr扫描技术对k空间数据加速处理，获得完整的k空间数据，先将各个线圈采集到的k空间数据分别进行离散傅里叶变换，得到有混叠的图像后，再通过各个线圈的灵敏谱信息，将采集到的各激发频率下各层面的所有子图的混叠图像通过解混叠算法还原为全视野的完整图像。
28.步骤3，运用非均匀快速傅里叶变换nufft对步骤2中完整的k空间数据进行图像重建，对重建图像做快速傅里叶变换fft至笛卡尔k空间，进行滤波后反傅里叶变换并进行图
像裁剪获取原始图像，先取经过sense算法处理过后的图像，对原始图像数据做快速傅里叶变换fft得到笛卡尔下k空间，进行汉宁滤波再反傅里叶变换获得滤波图像，并进行图像裁剪进一步获取3d原始图像。
29.步骤4，对所述原始图像做不同频偏数据下的归一化校正处理获取最终的3dfse原始图像，考虑偏频率图像，选取所有偏频率中的最大值作为归一化的标准值，可以有效降低噪声图像值，提升图像信噪比，归一化后的数据包含每一层不同频偏下的图像数据，频偏越大的图像集中在金属周围，频偏越小的图像包含的组织信息越丰富，对这些图像进行平方和计算可以将不同频偏下的图像信息叠加在一起，去除金属伪影需要多采集可变共振图像组合技术来完成，该技术需要采集同一图像在不同频偏下的子图像，并将其中每个子图中的信息进行叠加来去除金属植入物引入的伪影图像，其子图区别如图4中所示，偏频越大，其子图的主要信息越集中在金属物质附近，同一频率正负下的子图分别位于金属物质左右或者上下的不同位置。
30.步骤5，对所述最终的3d原始图像在图像域内进行sos方法进行处理，获取最终金属伪影校正过的3d原始图像，sos计算方法相比mip方法能更好的避免噪点信号对图像的影响，使得最终得到图像的信噪比较高，最后归一化后的数据包含每一层不同频偏下的图像数据，其中频偏越大的图像集中在金属周围，频偏越小的图像包含的组织信息越丰富，对这些图像进行sos计算可以将不同频偏下的图像信息叠加在一起，其水模结果如图5所示。
31.体模上的结果如图6所示，图中给出了矢状位膝关节传统fse扫描和采用了校正金属伪影技术的fse3d图像，左侧为传统fse3d扫描带有金属物质志愿者的图像；右侧为采用了金属伪影校正后的fse3d图像，其图像上可以明显看出采用了校正金属伪影技术后，图像上金属物质引入的信号空洞明显减少，图像信噪比增大。
32.利用fse序列重聚焦脉冲可以校正主磁场不均匀的特性，配合不同激发脉冲频率可以得到金属物质不同图像的特点，通过多频谱子图sos方法增加图像信噪比，解决了常规序列扫描遇到金属物质产生严重金属伪影的问题，扫描过程中采用sense加速和动态tr技术来缩短扫描时间。
33.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于3dfse序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法，其特征在于：包含以下步骤：步骤1，扫描关节部位得到磁共振图像，通过3dfse序列的多频谱采集技术对所述磁共振图像的同一层图像的磁共振多频谱成像扫描，获取k空间数据；步骤2，通过sense加速和动态tr扫描技术对k空间数据加速处理，获得完整的k空间数据；步骤3，对重建图像做快速傅里叶变换fft至笛卡尔k空间，进行滤波后反傅里叶变换并进行图像裁剪获取原始图像；步骤4，对所述原始图像做不同频偏数据下的归一化校正处理获取最终的3dfse原始图像；步骤5，对所述最终的3d原始图像在图像域内进行sos方法进行处理，获取最终金属伪影校正过的3d原始图像。2.根据权利要求1所述的基于3dfse序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法，其特征在于，所述步骤1中在3dfse序列扫描中采用可变共振图像组合的多频谱采集技术，在对某一块图像进行扫描时，会每次改变激发脉冲和回聚脉冲的激发频率，变化大小为δv0(x，y)，从而采集同一块图像在不同频率下的子图像，激发频率的范围为-8khz～+8khz，频率切换大小δv0(x，y)为1khz，采集过程中使用2.0的加速因子的sense方法进行采集，具体公式为其中δv0(x，y)代表频率偏移，是用来衡量自选频率v
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(x，)相对于中心频率v0的偏移量，该偏移量也由b0场变化量δr0决定，激发脉冲和重聚脉冲均使用非选择性脉冲，其中中心共振频率δv0(x，y)＝0时扫描采用选层和重聚焦梯度，采集原始图像。3.根据权利要求1所述的基于3dfse序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法，其特征在于：所述步骤2中对采集到的每个子图的k空间回波数据做sense算法处理，先将各个线圈采集到的k空间数据分别进行离散傅里叶变换，得到有混叠的图像后，再通过各个线圈的灵敏谱信息，将采集到的各激发频率下各层面的所有子图的混叠图像通过解混叠算法还原为全视野的完整图像。4.根据权利要求1所述的基于3dfse序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法，其特征在于：所述步骤3中先取经过sense算法处理过后的图像，对原始图像数据做快速傅里叶变换fft得到笛卡尔下k空间，进行汉宁滤波再反傅里叶变换获得滤波图像，并进行图像裁剪进一步获取3d原始图像。5.根据权利要求1所述的基于3dfse序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法，其特征在于：所述步骤4中对傅里叶变换后的数据进行归一化处理，考虑偏频率图像，选取所有偏频率中的最大值作为归一化的标准值。6.根据权利要求1的基于3dfse序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法，其特征在于：所述步骤4中归一化后的数据包含每一层不同频偏下的图像数据。

技术总结
基于3DFSE序列的关节磁共振图像校正金属伪影方法，具体包括，扫描关节部位得到磁共振图像，通过3DFSE序列的多频谱采集技术对磁共振图像扫描，获取K空间数据；通过SENSE加速和动态TR扫描技术对K空间数据加速处理，获得完整的K空间数据；对重建图像做快速傅里叶变换FFT至笛卡尔K空间，进行滤波后反傅里叶变换并进行图像裁剪获取原始图像；对所述原始图像做归一化校正处理获取最终的3DFSE原始图像；对最终的3D原始图像在图像域内进行SOS方法进行处理，获取最终金属伪影校正过的3D原始图像，校正主磁场不均匀的特性，增加图像信噪比，解决了常规序列扫描遇到金属物质产生严重金属伪影的问题。伪影的问题。伪影的问题。


技术研发人员：丁少伟 李尊钰 张良云
受保护的技术使用者：苏州朗润医疗系统有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/25