一种非线性编码成像方法以及系统

技术领域

本发明涉及核磁共振领域，尤其是涉及一种非线性编码成像方法以及系统。

背景技术

磁共振图像上可以分辨的最小几何单位是像素,它对应着成像物体上每个体素的磁共振信号。而当成像物体中受到射频磁场激发后产生核磁共振现象后，我们利用接收线圈接收的是整个成像物体中的磁性核在弛豫过程释放出来的电信号。只有获取每个体素的磁共振信号及其空间位置，我们才能将图像上的每个像素与成像物体解剖结构的每个体素一一对应，类似于我们用经纬度去定位地球上的任意位置的方式。我们将赋予磁共振信号空间位置信息的方法称为磁共振信号空间编码,主要方法是通过利用不同方向上的梯度磁场对信号进行空间编码以便于后续的图像重建。

通常情况下，磁共振信号的空间编码利用线性且正交的X、Y梯度对图像进行空间编码，这是一种直观且方便的方式，然后直接对采集到的总信号做傅里叶变换得到图像。

针对上述中的相关技术，发明人发现存在有如下缺陷：随着非常规磁共振系统在MRI应用领域的拓展，目前非常规磁共振系统的应用已经较为广泛，非常规磁共振系统所应用的编码场为非线性编码场，非线性编码场是指在空间上不再是线性变化的编码场，因此对于非线性编码下的图像重建，将无法直接通过傅立叶变换得到图像。

发明内容

为了当编码场为非线性编码场的时候，也能有效保障核磁共振图像的快速成像，本申请提供一种非线性编码成像方法以及系统。

第一方面，本申请提供一种非线性编码成像方法，采用如下的技术方案：

一种非线性编码成像方法，包括：

获取均匀环设分布于Z轴一周的线圈单元的子编码场，使所有线圈单元的电流幅值分布在一个周期的正弦曲线上，叠加产生静态编码场；

执行线圈单元驱动电流幅值的正弦调制，使所有线圈单元的电流幅值在上述正弦周期内变化，产生动态编码场；

通过射频接收阵列线圈组接收动态编码场及其激励所产生的核磁共振信号，并根据射频接收阵列线圈组的敏感度分布所提供额外的空间编码信息，分析获取目标图像并进行重建。

通过采用上述技术方案，利用所获取的子编码场叠加产生静态编码场，并通过正弦调制产生动态编码场，使不同空间位置成像体素具有不同的编码信息，即不同位置成像体素产生信号的相位信息不同，并根据动态编码场与射频接收阵列线圈组的敏感度分布所提供额外的空间编码信息，可以将所有信号区分出来，为目标图像的重建奠定基础。

可选的，均匀环设分布于Z轴一周的线圈单元数量为偶数个，且对称的线圈单元驱动电流时刻大小相同、方向相反，驱动源的数量为线圈单元数量的一半。

通过采用上述技术方案，由于线圈数量为偶数个且均匀分布，驱动电流时刻大小相同、方向相反，因此使对侧两个线圈单元视作驱动通道，从而使所需驱动源在保障形成静态编码场的基础上数量能减少一半，降低了整体成本。

可选的，获取均匀环设分布于Z轴一周的线圈单元的子编码场，使所有线圈单元的电流幅值分布在一个周期的正弦曲线上，叠加产生静态编码场如下：

独立控制均匀环设分布于Z轴一周的线圈单元组产生静态编码场，线圈单元组所包含的线圈数量为N

其中，在时间t为t

获取静态编码场。

通过采用上述技术方案，结合每个线圈单元i在单位电流驱动下产生的子编码场以及在时间t时施加给对应线圈单元的驱动电流，可以逐一分析计算出每个线圈单元在电流驱动下所产生的子编码场并进行叠加，有效分析计算出叠加产生的静态编码场。

可选的，执行线圈单元驱动电流幅值的正弦调制，使所有线圈单元的电流幅值在上述正弦周期内变化，产生动态编码场包括：

当预设时间节点为位于预设第一时间节点之后且与预设第一时间节点的时间差为预设相隔时间倍数的时间节点，对每个通道的驱动电流初始值再次给予半个周期的正弦调制，具体如下：

其中，q为非线性编码场序数，q＝0,1,…,N-1，表示不同时间点；step依赖于总共的编码场变化个数N：step＝2π/N；

获取动态编码场。

通过采用上述技术方案，使所有线圈的电流取值发生变化，且变化服从正弦分布，从而使原来的静态编码场动态化，形成动态编码场，从而使不同空间位置成像体素具有不同的编码信息。

可选的，一种非线性编码成像方法还包括位于对每个通道的驱动电流初始值再次给予半个周期的正弦调制之后且在获取动态编码场之前的步骤，具体如下：

对每个通道的驱动电流初始值给予如下周期的正弦调制，具体如下：

其中Ns为总采样点数。

通过采用上述技术方案，使动态编码场在原来基础上作进一步调制变化，使电流幅值可能分布的正弦曲线一次连贯呈现减少了，减少了原来作多次正弦调制的麻烦，加快了获取所有位置成像体素产生信号的相位信息的效率，提高了成像的效率。

可选的，分析获取目标图像并进行重建包括：

获取每个射频接收线圈单元的敏感度分布所提供的额外空间编码信息以及核磁共振信号；根据核磁共振信号所依从的关系，反向分析获取目标图像，并进行重建。

通过采用上述技术方案，有效利用空间编码信息以及不同位置成像体素产生信号的相位信息不同，可以将所有信号区分出来，为目标图像的重建奠定基础。

可选的，核磁共振信号所依从的关系如下：

其中，s

可选的，m(r)的求解如下：

将

采用预设的迭代计算公式求逆分分析获取目标矩阵。

可选的，预设的迭代计算公式如下：

其中n表示迭代次数，

第二方面，本申请提供一种非线性编码下的图像重建系统，采用如下的技术方案：

一种非线性编码下的图像重建系统，其特征在于，包括：

获取模块，获取均匀环设分布于Z轴一周的线圈单元的子编码场，使所有线圈单元的电流幅值分布在一个周期的正弦曲线上，叠加产生静态编码场；

动态编码场形成模块，执行线圈单元驱动电流幅值的正弦调制，使所有线圈单元的电流幅值在上述正弦周期内变化，产生动态编码场；

目标图像重建模块，通过射频接收阵列线圈组接收动态编码场及其激励所产生的核磁共振信号，并根据射频接收阵列线圈组的敏感度分布所提供额外的空间编码信息，分析获取目标图像并进行重建。

通过采用上述技术方案，通过获取模块利用所获取的子编码场叠加产生静态编码场，并通过动态编码场形成模块作正弦调制产生动态编码场，使不同空间位置成像体素具有不同的编码信息，即不同位置成像体素产生信号的相位信息不同，最后通过目标图像重建模块根据动态编码场与射频接收阵列线圈组的敏感度分布所提供额外的空间编码信息，可以将所有信号区分出来，为目标图像的重建奠定基础。

综上所述，本申请的有益技术效果为：

1.实现了在当编码场为非线性编码场的时候，也能有效保障核磁共振图像的快速成像。

2.在实现快速成像的同时减少了驱动源的数量。

附图说明

图1是本申请实施例一种非线性编码成像方法的整体流程示意图。

图2是本申请另一实施例执行线圈单元驱动电流幅值的正弦调制，使所有线圈单元的电流幅值在上述正弦周期内变化，产生动态编码场的整体流程示意图。

图3是本申请实施例中静态编码场的编码场空间分布图。

图4是本申请实施例在对每个通道的驱动电流初始值再次给予半个周期的正弦调制的过程中，一个通道的电流随时间的变化曲线图。

图5是本申请另一实施例分析获取目标图像并进行重建的流程示意图。

图6是本申请一种非线性编码成像系统的系统框图。

图中，1、获取模块；2、动态编码场形成模块；3、目标图像重建模块。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

参照图1，为本申请公开的一种非线性编码成像方法，包括：

步骤S100，获取均匀环设分布于Z轴一周的线圈单元的子编码场，使所有线圈单元的电流幅值分布在一个周期的正弦曲线上，叠加产生静态编码场。

其中，在MRI的坐标系统中，Z轴定义为平行于主磁场B0方向的方向，z轴方向确定了以后，x、y就和z轴正交(相垂直)；线圈单元能够使用较小电流独立驱动，通过线圈单元电流的变化，产生时空变化的子编码场；线圈单元均匀环设于Z轴一周指的是任意相邻线圈单元关于Z轴所形成的角度相同。

均匀环设分布于Z轴一周的线圈单元组所包含的线圈数量为偶数个，且对称的线圈单元驱动电流时刻大小相同、方向相反，驱动源的数量为线圈单元数量的一半；以线圈单元数为8为例，任意相邻线圈单元关于Z轴所形成的角度为45摄氏度，驱动源的数量为4。

具体的，获取均匀环设分布于Z轴一周的线圈单元的子编码场，使所有线圈单元的电流幅值分布在一个周期的正弦曲线上，叠加产生静态编码场包括如下步骤：

步骤S110，独立控制均匀环设分布于Z轴一周的线圈单元组产生静态编码场，线圈单元组所包含的线圈数量为N

其中，b

具体的，在完成上述正弦调制后，所产生的编码场b

步骤S120，获取静态编码场。

步骤S200，执行线圈单元驱动电流幅值的正弦调制，使所有线圈单元的电流幅值在上述正弦周期内变化，产生动态编码场。

步骤S300，通过射频接收阵列线圈组接收动态编码场及其激励所产生的核磁共振信号，并根据射频接收阵列线圈组的敏感度分布所提供额外的空间编码信息，分析获取目标图像并进行重建。

其中，线圈敏感度的定义如下：被测物体产生的磁共振信号在其附近的接收线圈内诱导产生的电压与其对应的空间位置密切相关，这种因空间位置而带来信号强度差异称之为线圈敏感度；射频接收阵列线圈组的敏感度分布所提供额外的空间编码信息所指的是不同物体因空间位置而带来信号强度差异。

对应于驱动矩阵线圈数量的驱动源，射频接收阵列线圈组所包含的射频接收阵列线圈数量为梯度矩阵线圈数量的一半。

在图1的步骤S200中，进一步考虑到由静态编码场形成动态编码场的过程需要进行正弦调制，使不同空间位置成像体素具有不同的编码信息，具体正弦调制的情况参照图2所示实施例作详细说明。

参照图2，执行线圈单元驱动电流幅值的正弦调制，使所有线圈单元的电流幅值在上述正弦周期内变化，产生动态编码场包括：

步骤S210，当预设时间节点为位于预设第一时间节点之后且与预设第一时间节点的时间差为预设相隔时间倍数的时间节点，对每个通道的驱动电流初始值再次给予半个周期的正弦调制。具体如下：

其中，q为非线性编码场序数，q＝0,1,…,N-1，表示不同时间点；step依赖于总共的编码场变化个数N：step＝2π/N。

其中，预设第一时间节点与初始时间节点的时间差可以是10秒或20秒，具体时间差可以根据需要设置。

步骤S220,获取动态编码场。

在图2的步骤S210之后且在步骤S220之前，进一步考虑到获取所有位置成像体素产生信号的相位信息，需要作多次不同的正弦调制，较为麻烦，进一步考虑一次调制让所有位置成像体素产生信号的相位信息均能得以呈现，具体如下。

一种非线性编码成像方法还包括位于对每个通道的驱动电流初始值再次给予半个周期的正弦调制之后且在获取动态编码场之前的步骤，具体如下。

步骤S230,对每个通道的驱动电流初始值给予如下周期的正弦调制，具体如下：

具体的，在通过上述调制后，一个通道的电流随时间的变化曲线如图4所示，其一次展示不同的正弦分布，即一次调制即可获取所有位置成像体素产生信号的相位信息。

在图1的步骤S300中，进一步考虑到在进行获取目标图像并进行重建的过程中，需要进一步具体如何重建目标图像，具体参照图5所示实施例作详细说明。

参照图5，分析获取目标图像并进行重建包括：

步骤S310，获取每个射频接收线圈单元的敏感度分布所提供的额外空间编码信息以及核磁共振信号。

步骤S320，根据核磁共振信号所依从的关系，反向分析获取目标图像，并进行重建。

其中，核磁共振信号所依从的关系如下：

其中，m(r)是目标图像，c

m(r)的求解如下：

将

其中，预设的迭代计算公式如下：

其中n表示迭代次数，

参照图6，本申请实施例还提供一种非线性编码下的图像重建系统，具体包括：

获取模块1，获取均匀环设分布于Z轴一周的线圈单元的子编码场，使所有线圈单元的电流幅值分布在一个周期的正弦曲线上，叠加产生静态编码场；

动态编码场形成模块2，执行线圈单元驱动电流幅值的正弦调制，使所有线圈单元的电流幅值在上述正弦周期内变化，产生动态编码场；

目标图像重建模块3，通过射频接收阵列线圈组接收动态编码场及其激励所产生的核磁共振信号，并根据射频接收阵列线圈组的敏感度分布所提供额外的空间编码信息，分析获取目标图像并进行重建。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。