CN104382597A - 一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁共振成像技术。本发明针对传统Dixon方法对用户在成像序列参数的选择上带来了不必要的限制等问题，提供一种磁共振成像中的Dixon水脂分离、辨析方法，首先，***对待成像物体进行扫描后，采集多组复数图像；其次，***根据复数图像计算出每个像素内的两种化学成分的信号值；然后，***根据每个像素内的两种化学成分的信号值及任意两组复数图像，计算出备选的相位误差因子；然后，***根据备选的相位误差因子求得实际的相位误差因子；再然后，***基于实际的相位误差因子，改进上述复数图像；最后，***根据改进后的复数图像，计算出每个像素内的水和脂肪信号。适用于Dixon水脂分离、辨析的磁共振成像技术。

Description

一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法及***

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术，特别涉及Dixon水脂分离、辨析的磁共振成像技术。

背景技术

磁共振成像技术是利用氢质子的核磁共振现象进行成像的一种技术。人体内包含单数质子的原子核，例如广泛存在的氢原子核，其质子具有自旋运动。带电原子核的自旋运动，在物理上类似于单独的小磁体，而且在没有外部条件影响下这些小磁体的方向性分布是随机的。当人体置于外部磁场中时，这些小磁体将按照外部磁场的磁力线重新排列具体为在平行于或反平行于外在磁场磁力线的两个方向排列，将上述平行于外在磁场磁力线的方向称为正纵向轴，将上述反平行于外在磁场磁力线的方向称为负纵向轴，原子核只具有纵向磁化分量，该纵向磁化分量既具有方向又具有幅度。

用特定频率的射频(RF，Radio Frequency)脉冲激发处于外在磁场中的原子核，使这些原子核的自旋轴偏离正纵向轴或负纵向轴，产生共振，这就是磁共振现象。上述被激发原子核的自旋轴偏离正纵向轴或负纵向轴之后，原子核具有了横向磁化分量。

停止发射射频脉冲后，被激发的原子核发射回波信号，将吸收的能量逐步以电磁波的形式释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态，将原子核发射的回波信号经过空间编码等进一步处理即可重建图像。

人体中的氢质子主要以两种形式存在，一种存在于水分子中，其化学键为O-H键；另一种存在于脂肪分子中，其化学键为C-H键。由于这两种结构中氢质子周围电子云分布的不同，造成水分子中氢质子所感受到的磁场强度稍高些，最终导致水分子中氢质子的进动频率要比脂肪分子中氢质子稍快些，其差别为3.5ppm。例如场强为1.5T，水分子比脂肪分子中的氢质子进动频率快217Hz左右。

在临床磁共振成像中，往往需要确切的知晓总信号中多个化学成分的单独的贡献。这种方法可以用来抑制某种化学成分或者是分离不同的化学成分，例如水或者脂肪。不同化学成分对信号的贡献可以通过以下方式计算：采集两个或者多个回波，这些回波具有不同的回波时间。上述采集方式可以被认为是一种化学位移编码，该编码的纬度在化学位移方向，实现方法是在采集多个具有不同回波时间的回波信号。

特别的，对于人体内水脂信号，可以通过Dixon水脂成像方法计算出体素内水、脂肪的含量。基于已知的水、脂肪信号的进动频率的差异，在最简单的情况下，只需要对“同相位”和“反相位”的回波信号进行相加或相减操作，就能够计算出水、脂肪的含量。这就是最初的水脂成像方法，即Dixon技术[Dixon WT,Simple proton spectroscopic imaging]。

同相位图像可以表示为：

I₁＝W+F；

反相位图像可以表示为：

I₂＝W-F；

其中，W为水信号，F为脂肪信号。进而有，

W＝(I₁+I₂)/2；

F＝(I₁-I₂)/2；

但是，在主磁场不均匀等外部相位误差的情况下，原始的Dixon技术无法有效的实现水脂分离、辨析。为了矫正相位误差，Yeung HN等人于1986年在原始Dixon方法的基础上增加一个采集回波，即“三点Dixon”方法，并提出采用相位解卷绕的方法实现相位矫正(YeungHN,Kormos DW.Separation of true fat and water images by correcting magnetic fieldinhomogeneity in situ.Radiology 1986；159:783-786)。Glover GH等人将上述概念加以推广，并实现了多个“三点Dixon”的变体，包括(-180,0,180)或(0,180,360)等(GloverGH.Three points Dixon technique for true water/fat decomposition with B0inhomogeneity correction.Magn Reson Med 1991；18:371-383)。

传统Dixon方法一般要求回波信号中水脂信号成同相位或者反相位的关系，因而对成像脉冲序列所能采用的回波时间(TE)及相关参数有严格的限制。这种要求对用户在成像序列参数的选择上带来了不必要的限制。

Xiang Qing-San在2006年提出了一种非对称的Dixon两点采样方法(Xiang QS.Two-point water-fat imaging with partially-opposed-phase(POP)acquisition:anasymmetric Dixon method.Magn Reson Med 2006；56:572-584)。该方法采集两个回波，对第二个回波的时间不做严格的限制，但仍要求第一个回波必须采集同相位信号。HolgerEggers等人在2011年拓展了上述应用，对上述第一个回波时间也可以灵活选择(HolgerEggers,etc.Dual-echo Dixon imaging with flexible choice of echo times.Magn ResonMed 2011；65:96-107)。但是，上述两种方法均基于传统的“两点Dixon”方法，没有拓展到更为一般的“三点Dixon”方法，而且，“三点Dixon”也能提供更多的相位矫正信息。

Reeder SB等人在2005年提出采用一种迭代的方法处理回波信号实现水脂成像(ReederSB etc.Iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squaresestimation(IDEAL):application with fast spin-echo imaging.Magn Reson Med2005；54:636-644)。该方法原则上对回波时间不做限制，因而提供了最为灵活的序列参数设置。但是，由于水脂成像所涉及到的二元***本质上为非线性***，该方法所采用的最小二乘法容易受到局部最优解的干扰而出错，导致水脂分离失败。因此，有必要在灵活设置序列回波参数的同时，保证正确的实现水脂成像。

张卫国于2012年提出一种改进的Dixon水脂分离方法(公开号103513202A)。该方法使得回波时间可以更为灵活的设置，但仍要求第一个回波和第三个回波必须相差2*pi的整数倍，因此，也对回波时间做出了不必要的限制；同时，该方法的相位矫正方法仍采用传统的相位解卷绕方法，在处理二维相位奇点中面临巨大挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法及***，一方面，可以灵活的设定回波时间，减少对成像序列参数设置的限制；同时，图像重建时进一步改进了相位矫正算法，从而达到更为准确的进行相位矫正，进而准确的进行水脂分离及水脂辨析的效果。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法，包括以下几个步骤：

步骤1、***对待成像物体进行扫描后，采集多组复数图像；

步骤2、***根据复数图像计算出每个像素内的两种化学成分的信号值；

步骤3、***根据每个像素内的两种化学成分的信号值及任意两组复数图像，计算出备选的相位误差因子；

步骤4、***根据备选的相位误差因子求得实际的相位误差因子；

步骤5、***基于实际的相位误差因子，改进上述复数图像；

步骤6、***根据改进后的复数图像，计算出每个像素内的水和脂肪信号。

具体的，所述步骤1中，***对待成像物体进行扫描后，采集至少三组复数图像，复数图像之间的回波时间差为用户自行设定，所述复数图像表示为：

其中，W为水信号、F脂肪信号，为未知量；I_n是采集到的复数图像，为已知量；θ_n为相位偏差也为已知量；为误差相位，为未知量，i是单位虚数，n＝1、2、3……。

进一步的，所述步骤2中，***根据复数图像计算出每种像素内的两种化学成分的信号值，的计算方法包括：根据相邻两组复数图像，计算出每种像素内的两种化学成分的信号值，所述计算公式为：

$B_n=\frac{1}{2}[\sqrt{\frac{{\left|I_{n-1}\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_n-1)-{\left|I_n\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}-1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_n-\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}}}+\sqrt{\frac{{\left|I_{n-1}\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_n+1)-{\left|I_n\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}+1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_n-{\cos \mathrm{\θ}}_{n-1}}}];$

$S_n=\frac{1}{2}[\sqrt{\frac{{\left|I_{n-1}\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_n-1)-{\left|I_n\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}-1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_n-\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}}}-\sqrt{\frac{{\left|I_{n-1}\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_n+1)-{\left|I_n\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}+1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_n-{\cos \mathrm{\θ}}_{n-1}}}];$

其中，其中，B_n、S_n分别为每个像素内包含的两种化学成分的信号值。

进一步的，所述步骤3中，***根据每种像素内的两种化学成分的信号值(B_n，S_n)及任意两组复数图像，计算每个像素内的相位误差因子，每个像素内包括两组相位误差因子，所述计算公式为；

其中，P_n1、P_n2为每个像素内包括的两组相位误差因子；I_x及I_y为任意两幅复数图像；i为单位虚数，Δφ_xy为复数图像I_x及I_y之间的误差相位的差值。

进一步的，所述步骤3中，***根据每个像素内的两种化学成分的信号值及任意两组复数图像，计算每种像素内的相位误差因子，包括：

步骤31、***根据每种像素内的两种化学成分的信号值利用最小二乘法计算出单独的一组优化信号值；

步骤32、***根据优化信号值及任意两幅复数图像，可求得一组备选的相位误差因子；

其中，(B_opt、S_opt)为优化信号值。

具体的，所述步骤4中，***根据备选的相位误差因子通过局部迭代相位提取算法，求得实际的相位误差因子P。

进一步的，所述步骤5中，***基于实际的相位误差因子，改进复数图像的计算方法为，对任意两个复数图像进行取模平方及复共轭相乘，具体公式如下：

I_nI_n ^*＝|I_n|²＝W²+F²+2WFcosθ_n；

I_n+1I_n+1 ^*＝|I_n+1|²＝W²+F²+2WFcosθ_n+1；

R{I_n ^*I_n+1P^*}＝W²+F²cos△θ+WF(cosθ_n+1+cosθ_n)；

I{I_n ^*I_n+1P^*}＝F²sin△θ+WF(sinθ_n+1-sinθ_n)；

所述步骤6中，求解上述方程，可得到对应的W及F的值，W为水信号，F为脂肪信号。

一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析***，包括匀场线圈电源、扫描单元、采集单元及重建单元，所述扫描单元包括脉冲控制单元、梯度放大单元、磁体模块及射频收/发单元，所述图像重建单元分别与脉冲控制单元、匀场线圈电源及射频收/发单元连接，脉冲控制单元分别与梯度放大器及射频收/发单元连接，射频收/发单元与磁体模块连接，磁体模块分别与匀场线圈电源及梯度放大器连接，采集单元分别扫描单元与重建单元连接；

所述扫描单元，用于对待成像物体进行扫描，所述扫描方式至少可以采用自旋回波序列及梯度回波序列对待成像物体进行扫描；

所述采集单元，用于扫描单元进行扫描过程中，采集相应回波时间的待成像物体的初始成像数据，并将其传输给重建单元；

所述重建单元，用于分别重建扫描单元所扫描出的物体成像，并对重建后的物体成像进行计算，从而计算出成像物体的每个像素内的水信号及脂肪信号。

具体的，所述重建单元包括图像初步重建单元、两种化学成份的信号值求解及优化单元、备选相位误差因子计算单元、实际相位误差因子计算单元及水脂辨析单元；

所述图像初步重建单元，用于根据采集到的待成像物体的初始成像数据重建出对应的复数图像；

所述两种化学成份的信号值求解及优化单元，用于基于复数图像，分别求出每组像素内的两种化学成分的信号值，还用于对每组像素内的两种化学成分的信号值进行优化计算，得出最优的一组两种化学成分的信号值；

所述备选相位误差因子计算单元，用于根据两种化学成分的信号值及任意两幅复数图像计算出备选相位误差因子；

所述实际相位误差因子计算单元，用于采用局部迭代相位提取算法，寻找到实际的相位误差因子；

所述水脂辨析单元，根据每个像素内的实际相位误差因子对原始复数图像进行相位矫正后，并求得每个像素内的水、脂肪信号。

本发明的有益效果是，通过采集三个或更多回波，扫描回波时间可以灵活的设定，能够给临床医生设置回波时间上提供更大自由度，而以前的算法通常都会限制临床医生对回波时间的灵活设定；同时，图像重建时进一步改进了相位矫正算法，***对待成像物体进行扫描后，采集多组复数图像，计算出每个像素内的两种化学成分的信号值；再根据每个像素内的两种化学成分的信号值及任意两组复数图像，计算出备选的相位误差因子，根据备选的相位误差因子求得实际的相位误差因子，***再基于实际的相位误差因子，改进复数图像；最后，***根据改进后的复数图像，计算出每个像素内的水和脂肪信号。该项特点的重要临床意义在于，能够更精确的对水脂信号进行分离、辨析，确保诊断的高精度。

附图说明

图1为本发明一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法及***实施例1的***工作流程图；

图2为本发明一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法及***实施例1的***对实际误差因子的处理流程图；

图3为本发明一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法及***实施例2的***工作流程图；

图4为本发明一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法及***实施例3的***结构图；

图5为图4中的图像重建单元的具体结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详细描述本发明的技术方案：

本发明针对传统Dixon方法一般要求回波信号中水脂信号成同相位或者反相位的关系，因而对成像脉冲序列所能采用的回波时间(TE)及相关参数有严格的限制，这种要求对用户在成像序列参数的选择上带来了不必要的限制；Reeder SB等人在2005年提出采用一种迭代的方法处理回波信号实现水脂成像(Reeder SB etc.Iterative decomposition of water andfat with echo asymmetry and least-squares estimation(IDEAL):application with fastspin-echo imaging.Magn Reson Med 2005；54:636-644)，该方法原则上对回波时间不做限制，因而提供了最为灵活的序列参数设置，但是，由于水脂成像所涉及到的二元***本质上为非线性***，该方法所采用的最小二乘法容易受到局部最优解的干扰而出错，导致水脂分离失败；而张卫国于2012年提出一种改进的Dixon水脂分离方法(公开号103513202A)。该方法使得回波时间可以更为灵活的设置，但仍要求第一个回波和第三个回波必须相差2*pi的整数倍，因此，也对回波时间做出了不必要的限制；同时，该方法的相位矫正方法仍采用传统的相位解卷绕方法，不能有效处理二维相位奇点等问题，提供一种一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法，首先，***对待成像物体进行扫描后，采集多组复数图像；其次，***根据复数图像计算出每个像素内的两种化学成分的信号值；然后，***根据每个像素内的两种化学成分的信号值及任意两组复数图像，计算出备选的相位误差因子；然后，***根据备选的相位误差因子求得实际的相位误差因子；再然后，***基于实际的相位误差因子，改进上述复数图像；最后，***根据改进后的复数图像，计算出每个像素内的水和脂肪信号。一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析***，包括匀场线圈电源、扫描单元、采集单元及重建单元，所述扫描单元包括脉冲控制单元、梯度放大单元、磁体模块及射频收/发单元，所述图像重建单元分别与脉冲控制单元、匀场线圈电源及射频收/发单元连接，脉冲控制单元分别与梯度放大器及射频收/发单元连接，射频收/发单元与磁体模块连接，磁体模块分别与匀场线圈电源及梯度放大器连接；采集单元与重建单元连接；所述扫描单元，用于对待成像物体进行扫描，所述扫描方式至少可以采用自旋回波序列及梯度回波序列对待成像物体进行扫描；所述采集单元，用于扫描单元进行扫描过程中，采集相应回波时间的待成像物体的初始成像数据；所述重建单元，用于分别重建扫描单元所扫面出的物体成像，并对重建后的物体成像进行计算，从而计算出成像物体的每个像素内的水信号及脂肪信号。通过采集三个或更多回波，扫描回波时间可以灵活的设定，能够给临床医生设置回波时间上提供更大自由度，而以前的算法通常都会限制临床医生对回波时间的灵活设定；同时，图像重建时进一步改进了相位矫正算法，***对待成像物体进行扫描后，采集多组复数图像，计算出每个像素内的两种化学成分的信号值；再根据每个像素内的两种化学成分的信号值及任意两组复数图像，计算出备选的相位误差因子，根据备选的相位误差因子求得实际的相位误差因子，***再基于实际的相位误差因子，改进复数图像；最后，***根据改进后的复数图像，计算出每个像素内的水和脂肪信号。该项特点的重要临床意义在于，能够更精确的对水脂信号进行分离、辨析，确保诊断的高精度。

实施例1

尽管接下来的描述中，会以自旋回波序列或梯度回波序列为例解释该发明，但需要说明的是，该发明也可用于其他种类的脉冲序列中。同时，尽管接下来的描述中，以水和脂肪的分离、辨析为例解释该发明，但需要指出的是，对于已知共振频率差异的任何其他种类的化学成分，该发明同样有效。

本例的***工作流程图，如图1所示：

首先，***采集三幅复数图像；

其中，三幅复数图像之间的回波时间差为用户自行设定，三幅复数图像的回波时间差为△t＝τ₁、τ₂、τ₃，其对应的水、脂肪信号的相位偏差分别为θ₁、θ₂、θ₃。图像采集的基本方法，包括调整时间参数以实现上述三幅图像之间相位偏差，是行业人员广泛采用的的共同方法，此处不在详细描述。

按照上述采集方案，生成的三幅复数图像可以表达为如下形式：

其中，W为水信号、F脂肪信号，为未知量；I_1、I_2、I₃分别是采集到的三幅复数图像，为已知量；θ1_、θ₂、θ₃分别为三幅复数图像之间的相位偏差，也为已知量；φ₁、φ₂、φ₃为误差相位，为未知量，i是单位虚数，n＝1、2、3……。该相位误差包括所有可能引起相位误差的因素，包括主磁场的不均匀性、接收线圈的不均匀性、涡流效应、数据采集偏移等。

其次，根据上述三幅复数图像中每相邻的两组复数图像，计算出每个像素内的两种化学成分的信号值，基于复数图像I₁、I₂，可以根据以下方程求出第一组的两种化学成分的信号值：

$B_1=\frac{1}{2}[\sqrt{\frac{{\left|I_1\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_2-1)-{\left|I_2\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_1-1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_2-\cos {\mathrm{\θ}}_1}}+\sqrt{\frac{{\left|I_1\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_2+1)-{\left|I_2\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_1+1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_2-\cos {\mathrm{\θ}}_1}}];$

$S_1=\frac{1}{2}[\sqrt{\frac{{\left|I_1\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_2-1)-{\left|I_2\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_1-1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_2-\cos {\mathrm{\θ}}_1}}-\sqrt{\frac{{\left|I_1\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_2+1)-{\left|I_2\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_1+1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_2-\cos {\mathrm{\θ}}_1}}];$

其中，B₁、S₁分别为第一组图像中的两种化学成分的信号值。

类似与上述方法，基于复数图像I₁、I₃，可以根据以下方程求出第二组的两种化学成分的信号值：

$B_2=\frac{1}{2}[\sqrt{\frac{{\left|I_1\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_3-1)-{\left|I_3\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_1-1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_3-\cos {\mathrm{\θ}}_1}}+\sqrt{\frac{{\left|I_1\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_3+1)-{\left|I_3\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_1+1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_3-\cos {\mathrm{\θ}}_1}}];$

$S_2=\frac{1}{2}[\sqrt{\frac{{\left|I_1\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_3-1)-{\left|I_3\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_1-1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_3-\cos {\mathrm{\θ}}_1}}-\sqrt{\frac{{\left|I_1\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_3+1)-{\left|I_3\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_1+1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_3-\cos {\mathrm{\θ}}_1}}];$

其中，B₂、S₂分别代表第二种可能的像素内的两种化学成分的信号值。

类似与上述方法，基于复数图像I₂、I₃，可以根据以下方程求出第三组两种化学成分的信号值：

$B_3=\frac{1}{2}[\sqrt{\frac{{\left|I_2\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_3-1)-{\left|I_3\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_2-1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_3-\cos {\mathrm{\θ}}_2}}+\sqrt{\frac{{\left|I_2\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_3+1)-{\left|I_3\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_2+1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_3-\cos {\mathrm{\θ}}_2}}];$

$S_3=\frac{1}{2}[\sqrt{\frac{{\left|I_2\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_3-1)-{\left|I_3\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_2-1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_3-\cos {\mathrm{\θ}}_2}}-\sqrt{\frac{{\left|I_2\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_3+1)-{\left|I_3\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_2+1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_3-\cos {\mathrm{\θ}}_2}}];$

其中,B₃、S₃分别代表第三种可能的像素内的两种化学成分的信号值。

然后，***基于上一步计算所得的三组两种化学成分的信号值，(B₁、S₁),(B₂、S₂),(B₃、S₃),以及三幅复数图像中的任意两幅(例如，这里采用I₁、I₂两图像)，可求的六个备选的相位误差因子。

对于第一组两种化学成分的信号值(B₁、S₁),结合图像I₁、I₂可求的两个备选的相位误差因子：

其中，P₁、P₂表示某个像素内备选的相位误差因子；

之所以上述公式通过交换B_n和S_n的位置，能够求的两组相位误差因子，是由于截至目前，我们还无法确认B_n或者S_n究竟代表水信号还是脂肪信号，两种情况都可能存在，因此才需要做两次求解。

对于第二组两种化学成分的信号值，(B₂、S₂),结合图像I₁、I₂又可求的两个备选的相位误差因子：

其中，P₃、P₄表示某个像素内备选的相位误差因子。

对于第三组两种化学成分的信号值，(B₃、S₃),结合图像I₁、I₂又可求的两个备选的相位误差因子：

其中，P₅、P₆表示某个像素内备选的相位误差因子。

基于对相位误差因子的定义，尚需要对所得到的六个误差因子进行归一化处理，即确保|P|＝1。

根据上述计算得到的六个备选相位误差因子，(P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆)，通过局部迭代相位提取算法，求得实际的相位误差因子P。具体计算方法，如图3所示：

首先，对每一个像素的初始相位误差因子进行初始化；这种初始值可以取备选相位误差因子的平均值，也可以通过虚拟匀场方法取得更为可靠的初始值。

接下来，对于设定后的初始相位误差因子，进行平滑处理。可以对实部和虚部分别进行平滑。

第三，平滑后，每个像素内会生成一个相位误差因子，比较该相位误差因子与所有备选相位误差因子的距离，距离较近的备选相位误差因子被选中；

最后，对第三步中相位因子发生变化的像素数目进行统计，如果该数目已经稳定，不在继续下降，则结束整个过程。对最终输出的相位误差因子还需进行平滑和归一化处理，最终得到实际的相位误差因子P。

再然后，***基于已经计算出来的相位误差因子，改进上述的复数图像(例如图像I₁、I₂)。对I₁、I₂两个方程取模平方以及复共轭相乘，有：

I₁I₁ ^*＝|I₁|²＝W²+F²+2WFcosθ₁；

I₂I₂ ^*＝|I₂|²＝W²+F²+2WFcosθ₂；

R{I₁ ^*I₂P^*}＝W²+F²cos△θ+WF(cosθ₂+cosθ₁)；

I{I₁ ^*I₂P^*}＝F²sin△θ+WF(sinθ₂-sinθ₁)；

其中，△θ＝θ₂-θ₁。

上述问题中，未知数为两个：W和F，方程个数为四个，因此属于典型的非线性最优化问题。可以利用高斯-牛顿(Gauss-Newton)法或列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt)法等求解上述问题，最后计算出W及F的值，即可求得的每个像素内的水和脂肪信号。

实施例2

本例的实施方式与实施例1基本相同，其区别在于，如图2所示，当***计算出三组两种化学成分的信号值(B₁、S₁),(B₂、S₂),(B₃、S₃)后，本例采用优化方法，例如最小二乘法计算出单独的一组两种化学成分的信号值解为(B_opt、S_opt)。

然后，***基于前面求的优化的信号(B_opt、S_opt)，以及三幅复数图像中的任意两幅(例如I₁、I₂)，可求的两个备选的相位误差因子(P₁₁、P₂₂)。

再然后，再基于上述两个备选的相位误差因子(P₁₁、P₂₂)，通过局部迭代相位提取算法，求得实际的相位误差因子P，实际的相位误差因子P的计算方式与实施例1中类似，此处不再详细描述。

类似的，根据实际的相位误差因子对上述用到的两幅图像进行相位校正，并采用非线性最小二乘法求出水脂信号，利用非线性最小二乘法求出水脂的图像为现有技术中惯用技术手段，本例中不再详细描述。

实施例3

本发明实施例还提供了一种实现上述水脂分离、辨析的磁共振成像装置，如图4所示，包括：扫描单元，可以采用但不限于自旋回波序列、梯度回波序列对成像物体进行扫描；采集单元(图中未给出)：上述扫描单元执行扫描过程中，采集单元分别采集相应回波时间TE1,TE2,TE3时刻的原始数据，并将其传输给重建单元。本发明提出的方法使得用户可以灵活的设定三个回波时间参数；重建单元：根据上述采集单元采集到的三组信号，首先分别重建出三幅复数图像，接下来按照实施例1或实施例2提出的方法，对水脂信号进行分离、辨析。

其中，扫描单元包括脉冲控制单元、梯度放大单元、磁体模块及射频收/发单元，所述图像重建单元分别与脉冲控制单元、匀场线圈电源及射频收/发单元连接，脉冲控制单元分别与梯度放大器及射频收/发单元连接，射频收/发单元与磁体模块连接，磁体模块分别与匀场线圈电源及梯度放大器连接；采集单元分别扫描单元与重建单元连接。

所述重建单元，如图5所示，包括图像初步重建单元、两种化学成份的信号值求解及优化单元、备选相位误差因子计算单元、实际相位误差因子计算单元及水脂辨析单元；

所述图像初步重建单元，用于根据采集到的待成像物体的初始成像数据重建出对应的复数图像；

所述两种化学成份的信号值求解及优化单元，用于基于复数图像，分别求出每组像素内的两种化学成分的信号值，还用于对每组像素内的两种化学成分的信号值进行优化计算，得出最优的一组两种化学成分的信号值；

所述备选相位误差因子计算单元，用于根据三组两种化学成分的信号值及任意两幅复数图像计算出六个备选相位误差因子；还用于根据最优的一组两种化学成分的信号值，计算出两个备选相位误差银子；

所述实际相位误差因子计算单元，用于采用局部迭代相位提取算法，寻找到实际的相位误差因子；

所述水脂辨析单元，根据每个像素内的实际相位误差因子对原始复数图像进行相位矫正后，并求得每个像素内的水、脂肪信号。

Claims (9)

1.一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1、***对待成像物体进行扫描后，采集多组复数图像；

步骤2、***根据复数图像计算出每个像素内的两种化学成分的信号值；

步骤3、***根据每个像素内的两种化学成分的信号值及任意两组复数图像，计算出备选的相位误差因子；

步骤4、***根据备选的相位误差因子求得实际的相位误差因子；

步骤5、***基于实际的相位误差因子，改进上述复数图像；

步骤6、***根据改进后的复数图像，计算出每个像素内的水和脂肪信号。

2.根据权利要求1所述的一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法，其特征在于，所述步骤1中，***对待成像物体进行扫描后，采集至少三组复数图像，复数图像之间的回波时间差为用户自行设定，所述复数图像表示为：

其中，W为水信号、F脂肪信号，为未知量；I_n是采集到的复数图像，为已知量；θ_n为相位偏差也为已知量；为误差相位，为未知量，i是单位虚数，n＝1、2、3……。

3.根据权利要求2所述的一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法，其特征在于，所述步骤2中，***根据复数图像计算出每种像素内的两种化学成分的信号值，的计算方法包括：根据相邻两组复数图像，计算出每种像素内的两种化学成分的信号值，所述计算公式为：

$B_n=\frac{1}{2}[\sqrt{\frac{{\left|I_{n-1}\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_n-1)-{\left|I_n\right|}^2({\cos \mathrm{\θ}}_{n-1}-1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_n-\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}}}+\sqrt{\frac{{\left|I_{n-1}\right|}^2({\cos \mathrm{\θ}}_n+1)-{\left|I_n\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}+1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_n-\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}}}];$

$S_n=\frac{1}{2}[\sqrt{\frac{{\left|I_{n-1}\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_n-1)-{\left|I_n\right|}^2({\cos \mathrm{\θ}}_{n-1}-1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_n-\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}}}-\sqrt{\frac{{\left|I_{n-1}\right|}^2({\cos \mathrm{\θ}}_n+1)-{\left|I_n\right|}^2(\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}+1)}{\cos {\mathrm{\θ}}_n-\cos {\mathrm{\θ}}_{n-1}}}];$

其中，其中，B_n、S_n分别为每个像素内包含的两种化学成分的信号值。

4.根据权利要求3所述的一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法，其特征在于，所述步骤3中，***根据每种像素内的两种化学成分的信号值(B_n，S_n)及任意两组复数图像，计算每个像素内的相位误差因子，每个像素内包括两组相位误差因子，所述计算公式为；

其中，P_n1、P_n2为每个像素内包括的两组相位误差因子；I_x及I_y为任意两幅复数图像；i为单位虚数，Δφ_xy为复数图像I_x及I_y之间的误差相位的差值。

5.根据权利要求根据权利要求3所述的一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法，其特征在于，所述步骤3中，***根据每个像素内的两种化学成分的信号值及任意两组复数图像，计算每种像素内的相位误差因子，包括：

步骤31、***根据每种像素内的两种化学成分的信号值利用最小二乘法计算出单独的一组优化信号值；

步骤32、***根据优化信号值及任意两幅复数图像，可求得一组备选的相位误差因子；

其中，(B_opt、S_opt)为优化信号值。

6.根据权利要求4或5所述的一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法，其特征在于，所述步骤4中，***根据备选的相位误差因子通过局部迭代相位提取算法，求得实际的相位误差因子P。

7.根据权利要求5所述的一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析方法，其特征在于，所述步骤5中，***基于实际的相位误差因子，改进复数图像的计算方法为，对任意两个复数图像进行取模平方及复共轭相乘，具体公式如下：

I_nI_n ^*＝|I_n|²＝W²+F²+2WFcosθ_n；

I_n+1I_n+1 ^*＝|I_n+1|²＝W²+F²+2WFcosθ_n+1；

R{I_n ^*I_n+1P^*}＝W²+F²cos△θ+WF(cosθ_n+1+cosθ_n)；

I{I_n ^*I_n+1P^*}＝F²sin△θ+WF(sinθ_n+1-sinθ_n)；

所述步骤6中，求解上述方程，可得到对应的W及F的值，W为水信号，F为脂肪信号。

8.一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析***，其特征在于，包括匀场线圈电源、扫描单元、采集单元及重建单元，所述扫描单元包括脉冲控制单元、梯度放大单元、磁体模块及射频收/发单元，所述图像重建单元分别与脉冲控制单元、匀场线圈电源及射频收/发单元连接，脉冲控制单元分别与梯度放大器及射频收/发单元连接，射频收/发单元与磁体模块连接，磁体模块分别与匀场线圈电源及梯度放大器连接，采集单元分别扫描单元与重建单元连接；

所述扫描单元，用于对待成像物体进行扫描，所述扫描方式至少可以采用自旋回波序列及梯度回波序列对待成像物体进行扫描；

所述采集单元，用于扫描单元进行扫描过程中，采集相应回波时间的待成像物体的初始成像数据，并将其传输给重建单元；

所述重建单元，用于分别重建扫描单元所扫描出的物体成像，并对重建后的物体成像进行计算，从而计算出成像物体的每个像素内的水信号及脂肪信号。

9.根据权利要求8所述的一种磁共振成像中的Dixon水脂分离及辨析***，其特征在于，所述重建单元包括图像初步重建单元、两种化学成份的信号值求解及优化单元、备选相位误差因子计算单元、实际相位误差因子计算单元及水脂辨析单元；

所述图像初步重建单元，用于根据采集到的待成像物体的初始成像数据重建出对应的复数图像；

所述两种化学成份的信号值求解及优化单元，用于基于复数图像，分别求出每组像素内的两种化学成分的信号值，还用于对每组像素内的两种化学成分的信号值进行优化计算，得出最优的一组两种化学成分的信号值；

所述备选相位误差因子计算单元，用于根据两种化学成分的信号值及任意两幅复数图像计算出备选相位误差因子；

所述实际相位误差因子计算单元，用于采用局部迭代相位提取算法，寻找到实际的相位误差因子；

所述水脂辨析单元，根据每个像素内的实际相位误差因子对原始复数图像进行相位矫正后，并求得每个像素内的水、脂肪信号。