CN113281368B - 一种磁共振弹性测量方法、装置、计算机设备、***及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁共振技术领域，公开了一种磁共振弹性测量方法、装置、计算机设备、***及存储介质，本发明创造提供了一种能够有效降低纵波对弹性测量产生干扰的新型磁共振弹性测量方案，即在获取针对被检物体测量所得的多组磁共振信号后，依次通过取相位操作、填零操作、二维傅立叶变换、关键频率信息选取和傅立叶逆变换，可以得到已去除纵波干扰的新信息图，然后基于该新信息图，通过剪切波的波长和杨氏模量的计算，得到表征所述被检物体的弹性系数，由于在弹性测量过程中实现了对纵波干扰的有效去除，因此可以克服纵波对弹性测量结果的影响，确保测量准确性，便于实际应用和推广。
Description
技术领域
本发明属于磁共振技术领域，具体地涉及一种磁共振弹性测量方法、装置、计算机设备、***及存储介质。
背景技术
弹性是生物组织的一个重要的机械力学参数，它表征了组织在机械外力作用下的形变难易程度。组织的弹性变化与其生理病理状态密切相关，据此可以区分正常与异常组织。在传统医学上，医生通过触诊来定性地判断组织的弹性大小，进而诊断病变。近年来，基于核磁共振的非侵入式弹性定量技术已经被广泛应用于肝脏纤维化分级、乳腺、脑和骨骼肌等器官的疾病评价。
磁共振弹性成像的基本原理是利用磁共振技术检测物体在外力的作用下产生的质点位移，以此位移信息为基础通过弹性力学的逆问题进行求解，通过反演拟合算法得出物体的弹性系数分布。具体的，现有的核磁共振弹性定量技术主要包括如下三步：(1)在物体中产生剪切波；(2)利用一个相位对比度成像脉冲序列，通过运动敏感梯度编码将剪切波作用下的质点位移转化为磁共振相位图像；(3)基于弹性力学的逆问题模型，由反演拟合算法得出物体的弹性系数分布。
现有的磁共振弹性成像***主要包括有如下几个部分：(A)磁兼容剪切波发生装置；(B)高性能磁共振成像***；(C)弹性成像后处理软件。由于磁共振弹性成像技术的特殊性，其一方面要求剪切波发生装置具有磁兼容特性，另一方面还需要高性能梯度场和高信噪比快速扫描序列等。因此，目前仅有少数厂家能提供磁共振弹性成像设备，其价格非常昂贵。国内也只有极少数医院开展磁共振弹性成像检测，导致病人单次检测费用动辄数千元，医院设备紧张，病人排队时间长。
针对上述现有技术的问题，本申请人在先公开了一种基于单边磁体的磁共振弹性测量方案(CN202011140597.1，《一种低场核磁共振弹性测量方法及***》，公开日期：2021年1月22日)，其通过外部施加的简谐振动激励装置在组织内产生一个剪切波，并沿着剪切波传播方向测量两个区域(即如图1中所示的区域1和区域2)的磁共振信号。由于单边磁体天然的梯度场对剪切波的运动进行了编码，因此可以通过上述两个区域内测量到的磁共振信号推算出剪切波的运动速度，进而得到弹性模量。但是由于剪切波发生装置在产生剪切波的同时，还不可避免地会产生纵波，而纵波的振动方向是沿着波的传播方向，在单边磁体***中(如图1所示)沿着纵波方向也存在梯度场，且该梯度场强度要远大于垂直于该方向的梯度场强度，因此纵波也会被梯度场进行编码，并将纵波振动信息反映在测量到的磁共振信号中，导致纵波会对弹性测量结果造成干扰，影响测量准确性。
发明内容
为了解决现有基于单边磁体的磁共振弹性测量方案所存在纵波会对弹性测量结果造成干扰的技术问题，本发明目的在于提供一种新型的磁共振弹性测量方法、装置、计算机设备、***及存储介质，可以克服纵波对弹性测量结果的影响，确保测量准确性，便于实际应用和推广。
第一方面，本发明提供了一种磁共振弹性测量方法，包括：
获取针对被检物体测量所得的N组磁共振信号，其中，所述N组磁共振信号与运动模组距离所述被检物体的N个等间距位置一一对应，所述N组磁共振信号中的各组磁共振信号包含有在剪切波传播到测量区域后且在运动模组距离所述被检物体的对应位置时，由磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到的M个自旋回波信号，所述被检物***于所述测量区域中，所述运动模组包括有磁体和射频线圈，N表示不小于5的正整数，M表示不小于10的正整数；
针对所述N组磁共振信号中的各个自旋回波信号，进行取相位操作，得到对应的相位信息；
根据取相位所得的所有相位信息，生成包含有N*M个相位信息的二维相位信息图，其中，所述二维相位信息图中第i行第j列的相位信息与在所述N个等间距位置中第i个位置上采样得到的第j个自旋回波信号一一对应，i表示不大于N的正整数，j表示不大于M的正整数；
在所述二维相位信息图的***进行填零操作，生成一个包含有P*Q个元素的二维矩阵，其中，P表示大于N的正整数，Q表示大于M的正整数；
对所述二维矩阵做二维傅立叶变换，得到频率域信息；
在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的频率对应的且与所述剪切波的感兴趣波长对应的频率信息；
对选取所得的频率信息做傅立叶逆变换，得到已去除纵波干扰的新信息图；
根据所述新信息图，计算得到所述剪切波的波长；
按照如下公式计算得到用于表征所述被检物体的弹性的杨氏模量：
E＝3ρλ2f2
式中，ρ表示所述被检物体的密度，λ表示所述剪切波的波长，f表示所述剪切波的频率。
基于上述发明内容，可提供一种能够有效降低纵波对弹性测量产生干扰的新型磁共振弹性测量方案，即在获取针对被检物体测量所得的多组磁共振信号后，依次通过取相位操作、填零操作、二维傅立叶变换、关键频率信息选取和傅立叶逆变换，可以得到已去除纵波干扰的新信息图，然后基于该新信息图，通过剪切波的波长和杨氏模量的计算，得到表征所述被检物体的弹性系数，由于在弹性测量过程中实现了对纵波干扰的有效去除，因此可以克服纵波对弹性测量结果的影响，确保测量准确性，便于实际应用和推广。
在一个可能的设计中，在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的频率对应的频率信息，包括:
按照如下公式计算得到时间维度频率步长Δft：
式中，Q表示所述二维矩阵的总列数，Δt表示所述M个自旋回波信号的采样间隔时间；
根据所述时间维度频率步长Δft，按照如下公式计算得到时间维度中心距离Lt：
式中，round()表示四舍五入函数，f表示所述剪切波的频率；
在所述频率域信息中，选取在时间维度上距离中心为Lt的列信息作为与所述剪切波的频率对应的频率信息。
在一个可能的设计中，在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的感兴趣波长对应的频率信息，包括:
按照如下公式计算得到空间维度频率步长Δfs：
式中，P表示所述二维矩阵的总行数，Δs表示所述N个等间距位置的等间距值；
根据所述空间维度频率步长Δfs，按照如下公式计算得到空间维度中心距离范围[Ls,min,Ls,max]：
式中，round()表示四舍五入函数，λmin表示所述剪切波的感兴趣波长最小值，λmax表示所述剪切波的感兴趣波长最大值；
在所述频率域信息中，选取在空间维度上距离中心介于[Ls,min,Ls,max]的行信息作为与所述剪切波的频率对应的频率信息。
在一个可能的设计中，根据所述新信息图，计算得到所述剪切波的波长，包括：
从所述新信息图中任取一个行向量作为参考向量R；
从所述新信息图中逐行取出相对于所述参考向量R的其它行向量U，并针对各个其它行向量U，通过求解如下的目标函数计算得到对应的且相对于所述参考向量R的时间平移值：
Min f(s)＝||R(t)-U(t-y)||
式中，y表示待求解的时间平移值，t表示其它行向量U和所述参考向量R的时间横坐标，s表示与所述其它行向量U对应的且属于所述N个等间距位置的等间距位置，|| ||表示在向量作差之后各分量的平方和的开根号，Min f(s)表示最优化问题f(s)的极小值；
根据多个所述其它行向量U的时间平移值y和与多个所述其它行向量U一一对应的多个等间距位置s，通过最小二乘法拟合得到线性关系：y＝b*s+c中的系数b，其中，c表示待确定的另一系数；
按照如下公式计算得到所述剪切波的波长λ：
式中，f表示所述剪切波的频率。
第二方面，本发明提供了一种磁共振弹性测量装置，包括有依次通信连接的信号获取单元、取相位操作单元、信息图生成单元、填零操作单元、傅立叶变换单元、频率信息选取单元、傅立叶逆变换单元、波长计算单元和杨氏模量计算单元；
所述信号获取单元，用于获取针对被检物体测量所得的N组磁共振信号，其中，所述N组磁共振信号与运动模组距离所述被检物体的N个等间距位置一一对应，所述N组磁共振信号中的各组磁共振信号包含有在剪切波传播到测量区域后且在运动模组距离所述被检物体的对应位置时，由磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到的M个自旋回波信号，所述被检物***于所述测量区域中，所述运动模组包括有磁体和射频线圈，N表示不小于5的正整数，M表示不小于10的正整数；
所述取相位操作单元，用于针对所述N组磁共振信号中的各个自旋回波信号，进行取相位操作，得到对应的相位信息；
所述信息图生成单元，用于根据取相位所得的所有相位信息，生成包含有N*M个相位信息的二维相位信息图，其中，所述二维相位信息图中第i行第j列的相位信息与在所述N个等间距位置中第i个位置上采样得到的第j个自旋回波信号一一对应，i表示不大于N的正整数，j表示不大于M的正整数；
所述填零操作单元，用于在所述二维相位信息图的***进行填零操作，生成一个包含有P*Q个元素的二维矩阵，其中，P表示大于N的正整数，Q表示大于M的正整数；
所述傅立叶变换单元，用于对所述二维矩阵做二维傅立叶变换，得到频率域信息；
所述频率信息选取单元，用于在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的频率对应的且与所述剪切波的感兴趣波长对应的频率信息；
所述傅立叶逆变换单元，用于对选取所得的频率信息做傅立叶逆变换，得到已去除纵波干扰的新信息图；
所述波长计算单元，用于根据所述新信息图，计算得到所述剪切波的波长；
所述杨氏模量计算单元，用于按照如下公式计算得到用于表征所述被检物体的弹性的杨氏模量：
E＝3ρλ2f2
式中，ρ表示所述被检物体的密度，λ表示所述剪切波的波长，f表示所述剪切波的频率。
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括有通信相连的存储器和处理器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的磁共振弹性测量方法。
第四方面，本发明提供了一种磁共振弹性测量***，包括有核磁共振子***、机械振动激励装置、探头模块和控制台，其中，所述核磁共振子***包括有磁共振谱仪、射频功率放大器、前置放大器和收发转换开关，所述机械振动激励装置包括有波形发生器和功率放大器，所述探头模块包括有磁体、射频线圈、振动发生器、传动杆、直线往复运动机构和探头外壳；
所述磁共振谱仪的射频信号输出端电连接所述射频功率放大器的射频信号输入端，所述射频功率放大器的射频信号输出端电连接所述收发转换开关的第一切换端，所述前置放大器的回波信号输入端电连接所述收发转换开关的第二切换端，所述前置放大器的回波信号输出端电连接所述核磁共振谱仪的回波信号输入端，所述收发转换开关的受控端电连接所述核磁共振谱仪的门控信号输出端，所述收发转换开关的切换公共端电连接所述射频线圈；
所述磁共振谱仪的同步控制信号输出端电连接所述波形发生器的受控端，所述波形发生器的正弦波信号输出端电连接所述功率放大器的信号输入端，所述功率放大器的信号输出端电连接所述振动发生器的信号输入端；
所述磁体和所述射频线圈分别位于所述探头外壳的内部，并作为运动模组固定在所述直线往复运动机构的活动部上，所述振动发生器固定在所述探头外壳的内部，所述振动发生器的振动输出端固定连接所述传动杆的一端，所述传动杆的另一端依次活动穿过所述磁体、所述射频线圈和所述探头外壳，以便用于接触外部的被检物体；
所述直线往复运动机构固定在所述探头外壳的内部，并用于驱动所述活动部在所述探头外壳36的内部相对于所述被检物体做远离或靠近的直线往复运动；
所述控制台分别通信连接所述磁共振谱仪和所述直线往复运动机构，用于分别向所述磁共振谱仪和所述直线往复运动机构发送若干弹性测量控制指令，并接收由所述磁共振谱仪采集到的且针对所述被检物体测量所得的多组磁共振信号，完成数据处理，其中，所述数据处理包括执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的磁共振弹性测量方法。
在一个可能的设计中，所述若干弹性测量控制指令，包括：
在测量开始时向所述直线往复运动机构发送的第一控制指令，以便驱动所述运动模组到达距离所述被检物体的预设初始位置；
在发送所述第一控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第二控制指令，以便启动所述磁共振谱仪控制所述波形发生器产生正弦波信号，进而通过所述功率放大器驱动所述振动发生器输出简谐振动，其中，所述正弦波信号和/或所述简谐振动的频率等于剪切波的频率；
在发送所述第二控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第三控制指令，以便启动所述磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到一组包含有多个自旋回波信号的磁共振信号；
在发送所述第三控制指令后向所述直线往复运动机构发送的第四控制指令，以便驱动所述运动模组分别到达距离所述被检物体的多个等间距位置；
在发送所述第四控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第五控制指令，以便启动所述磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到与所述多个等间距位置一一对应的多组磁共振信号。
在一个可能的设计中，在发送所述第二控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第三控制指令，包括：
在发送所述第二控制指令后且等待预设时间到达时向所述磁共振谱仪发送的控制指令，以便启动所述磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到一组包含有多个自旋回波信号的磁共振信号。
第五方面，本发明提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如上第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的磁共振弹性测量方法。
第六方面，本发明提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如上第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的磁共振弹性测量方法。
本发明的技术效果：
(1)本发明创造提供了一种能够有效降低纵波对弹性测量产生干扰的新型磁共振弹性测量方案，即在获取针对被检物体测量所得的多组磁共振信号后，依次通过取相位操作、填零操作、二维傅立叶变换、关键频率信息选取和傅立叶逆变换，可以得到已去除纵波干扰的新信息图，然后基于该新信息图，通过剪切波的波长和杨氏模量的计算，得到表征所述被检物体的弹性系数，由于在弹性测量过程中实现了对纵波干扰的有效去除，因此可以克服纵波对弹性测量结果的影响，确保测量准确性，便于实际应用和推广；
(2)还可以基于低场核磁共振实现弹性测量目的，并针对特定需求，对传统磁共振***做简化，使得***更加轻巧便捷，也能产生更好的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术基于剪切波的弹性测量原理示意图。
图2是本发明提供的磁共振弹性测量方法的流程示意图。
图3是本发明提供的弹性测量脉冲序列的时序示意图。
图4是本发明提供的二维相位信息图的示例图。
图5是本发明提供的已去除纵波干扰的新信息图的示例图。
图6是本发明提供的时间平移量与等间距位置的拟合关系示例图。
图7是本发明提供的磁共振弹性测量装置的结构示意图。
图8是本发明提供的计算机设备的结构示意图。
图9是本发明提供的磁共振弹性测量***的结构示意图。
图10是本发明提供的在磁共振弹性测量***中探头模块的详细结构示意图。
上述附图中：31-磁体；32-射频线圈；33-振动发生器；34-传动杆；35-直线往复运动机构；36-探头外壳；100-被检物体。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明示例的实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
如图2～6所示，本实施例第一方面提供的所述磁共振弹性测量方法，可以但不限于由在磁共振弹性测量***(其包括但不限于有核磁共振子***、机械振动激励装置、探头模块和控制台等)中的控制台(其可分别向所述核磁共振子***中的磁共振谱仪和所述探头模块中的直线往复运动机构发送若干弹性测量控制指令，并接收由所述磁共振谱仪采集到的且针对被检物体测量所得的多组磁共振信号，完成数据处理)执行，以便克服纵波对弹性测量结果的影响，确保测量准确性。所述磁共振弹性测量方法，可以但不限于包括有如下步骤S1～S9。
S1.获取针对被检物体测量所得的N组磁共振信号，其中，所述N组磁共振信号与运动模组距离所述被检物体的N个等间距位置一一对应，所述N组磁共振信号中的各组磁共振信号包含有在剪切波传播到测量区域后且在运动模组距离所述被检物体的对应位置时，由磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到的M个自旋回波信号，所述被检物***于所述测量区域中，所述运动模组包括但不限于有磁体和射频线圈，N表示不小于5的正整数，M表示不小于10的正整数。
在所述步骤S1中，所述N组磁共振信号来自所述磁共振谱仪，可以但不限于通过信号传输方式直接获取。由于是在所述剪切波传播到所述测量区域时进行自旋回波信号采样且所述被检物***于所述测量区域中，因此可利用所述磁体的梯度场对所述剪切波在所述被检物体上的质子运行进行编码，确保得到的所述M个自旋回波信号能用于本实施例的弹性测量方案中。将所述剪切波传播到测量区域的具体实现方式是现有常规方式，可参见本申请人的在先公开技术；所述磁共振谱仪应用所述弹性测量脉冲序列采样得到自旋回波信号的具体实现方式也是现有常规方式，可参见现有的核磁共振技术；所述弹性测量脉冲序列可以但不限于采样自旋转回波序列(Spin Echo，SE)或CPMG序列(aNMR pulsesequencenamed by several scientists Carr,Purcell,Meiboom and Gill，即由Carr,Purcell,Meiboom和Gill等人命名的核磁共振序列)，这类序列可以利用单边磁体的天然梯度实现对质子运动的编码。举例的，所述被检物体可选用一个用琼脂制成的弹性模体，N取值为30，所述N个等间距位置分别为所述运动模组距离琼脂物体80.0、81.5、83.0、···、118.5和120.0mm(即间距Δs为1.5mm),所述剪切波的频率设置为50Hz，所述弹性测量脉冲序列采用CPMG序列，回波间隔时间设置为0.5ms，在每个等间距位置应用CPMG序列采样得到一组包含有M＝128个自旋回波信号的磁共振信号,如图3所示。
S2.针对所述N组磁共振信号中的各个自旋回波信号，进行取相位操作，得到对应的相位信息。
在所述步骤S2中，所述取相位操作可具体为保留自旋回波信号中的相位信息。
S3.根据取相位所得的所有相位信息，生成包含有N*M个相位信息的二维相位信息图，其中，所述二维相位信息图中第i行第j列的相位信息与在所述N个等间距位置中第i个位置上采样得到的第j个自旋回波信号一一对应，i表示不大于N的正整数，j表示不大于M的正整数。
在所述步骤S3中，举例的，针对30*128个自旋回波信号，可得到包含有30*128个相位的二维相位信息图，如图4所示，可以很明显看出存在剪切波和纵波在所述琼脂物体内的振动情况。此外，由于所述二维相位信息图中第i行第j列的相位信息与在所述N个等间距位置中第i个位置上采样得到的第j个自旋回波信号一一对应，因此所述二维相位信息图的横向维度为时间维度，纵向维度为空间维度。
S4.在所述二维相位信息图的***进行填零操作，生成一个包含有P*Q个元素的二维矩阵，其中，P表示大于N的正整数，Q表示大于M的正整数。
在所述步骤S4中，举例的，针对包含有30*128个相位的二维相位信息图，通过填零操作可以生成一个256*2000的二维矩阵(即P＝256，Q＝2000)。同样的，所述二维矩阵的横向维度依然为时间维度，纵向维度依然为空间维度。
S5.对所述二维矩阵做二维傅立叶变换，得到频率域信息。
在所述步骤S5中，所述二维傅立叶变换是一种帮助分析信号频域成分的积分变换。所得到的频率域信息依然具有二维特征：横向维度依然为时间维度，纵向维度依然为空间维度。
S6.在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的频率对应的且与所述剪切波的感兴趣波长对应的频率信息。
在所述步骤S6中，具体的，在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的频率对应的频率信息，包括但不限于有如下步骤S611～S613。
S611.按照如下公式计算得到时间维度频率步长Δft：
式中，Q表示所述二维矩阵的总列数，Δt表示所述M个自旋回波信号的采样间隔时间。
在所述步骤S611中，举例的，当Q＝2000且采样间隔时间Δt为0.5ms时，计算所得的时间维度频率步长Δft为1。
S612.根据所述时间维度频率步长Δft，按照如下公式计算得到时间维度中心距离Lt：
式中，round()表示四舍五入函数，f表示所述剪切波的频率。
在所述步骤S612中，举例的，当所述剪切波的频率f为50Hz时，计算所得的时间维度中心距离Lt为50。
S613.在所述频率域信息中，选取在时间维度上距离中心为Lt的列信息作为与所述剪切波的频率对应的频率信息。
在所述步骤S613中，频率信息的选取操作即为保留所述频率域信息中的且频率为f的频率信息，其余列的频率信息置零。
在所述步骤S6中，具体的，在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的感兴趣波长对应的频率信息，包括但不限于有如下步骤S621～S623。
S621.按照如下公式计算得到空间维度频率步长Δfs：
式中，P表示所述二维矩阵的总行数，Δs表示所述N个等间距位置的等间距值。
在所述步骤S621中，举例的，当P＝256且等间距值Δs为1.5mm时，计算所得的空间维度频率步长Δfs为2.6。
S622.根据所述空间维度频率步长Δfs，按照如下公式计算得到空间维度中心距离范围[Ls,min,Ls,max]：
式中，round()表示四舍五入函数，λmin表示所述剪切波的感兴趣波长最小值，λmax表示所述剪切波的感兴趣波长最大值。
在所述步骤S622中，举例的，当λmin为0.01m,λmax为0.06m时，计算所得的Ls,min为6，Ls,max为38。
S623.在所述频率域信息中，选取在空间维度上距离中心介于[Ls,min,Ls,max]的行信息作为与所述剪切波的频率对应的频率信息。
在所述步骤S623中，频率信息的选取操作即为保留所述频率域信息中的且距离中心为[Ls,min,Ls,max]范围内的行频率信息，其余行的频率信息置零。
S7.对选取所得的频率信息做傅立叶逆变换，得到已去除纵波干扰的新信息图。
在所述步骤S7中，举例的如图5所示，可以很明显看出仅存在剪切波在所述琼脂物体内的振动情况，已去除了纵波的干扰。此外，还可以看出所述新信息图与所述二维相位信息图一样：横向维度为时间维度，纵向维度为空间维度。
S8.根据所述新信息图，计算得到所述剪切波的波长。
在所述步骤S8中，具体的，根据所述新信息图，计算得到所述剪切波的波长，包括但不限于有如下步骤S81～S84。
S81.从所述新信息图中任取一个行向量作为参考向量R。
S82.从所述新信息图中逐行取出相对于所述参考向量R的其它行向量U，并针对各个其它行向量U，通过求解如下的目标函数计算得到对应的且相对于所述参考向量R的时间平移值：
Min f(s)＝||R(t)-U(t-y)||
式中，y表示待求解的时间平移值，t表示其它行向量U和所述参考向量R的时间横坐标，s表示与所述其它行向量U对应的且属于所述N个等间距位置的等间距位置，|| ||表示在向量作差之后各分量的平方和的开根号，Min f(s)表示最优化问题f(s)的极小值。
在所述步骤S82中，求解的具体过程为现有常规数学方式。
S83.根据多个所述其它行向量U的时间平移值y和与多个所述其它行向量U一一对应的多个等间距位置s，通过最小二乘法拟合得到线性关系：y＝b*s+c中的系数b，其中，c表示待确定的另一系数。
在所述步骤S83中，最小二乘法拟合法为现有常用的拟合方式。举例的，如图6所示，当所述N个等间距位置分别为所述运动模组距离琼脂物体80.0、81.5、83.0、···、118.5和120.0mm(即间距Δs为1.5mm)时，可以拟合出斜率系数b为5.9ms/cm。此外，由于系数c在后续计算中无用，可以不求其值的大小。
S84.按照如下公式计算得到所述剪切波的波长λ：
式中，f表示所述剪切波的频率。
在所述步骤S84中，当所述剪切波的频率f为50Hz时，计算得到的波长λ可为3.3866cm。
S9.按照如下公式计算得到用于表征所述被检物体的弹性的杨氏模量：
E＝3ρλ2f2
式中，ρ表示所述被检物体的密度，λ表示所述剪切波的波长，f表示所述剪切波的频率。
在所述步骤S9中，所述杨氏模量的计算原理可参见本申请人的在先公开文件。举例的，当取琼脂密度为1000kg/m3时，可得到所述琼脂模体的弹性系数为11.2Kpa，接近实际情况。
由此通过上述步骤S1～S9所详细描述的磁共振弹性测量方法，可提供一种能够有效降低纵波对弹性测量产生干扰的新型磁共振弹性测量方案，即在获取针对被检物体测量所得的多组磁共振信号后，依次通过取相位操作、填零操作、二维傅立叶变换、关键频率信息选取和傅立叶逆变换，可以得到已去除纵波干扰的新信息图，然后基于该新信息图，通过剪切波的波长和杨氏模量的计算，得到表征所述被检物体的弹性系数，由于在弹性测量过程中实现了对纵波干扰的有效去除，因此可以克服纵波对弹性测量结果的影响，确保测量准确性，便于实际应用和推广。
如图7所示，本实施例第二方面提供了一种实现第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述方法的虚拟装置，包括有依次通信连接的信号获取单元、取相位操作单元、信息图生成单元、填零操作单元、傅立叶变换单元、频率信息选取单元、傅立叶逆变换单元、波长计算单元和杨氏模量计算单元；
所述信号获取单元，用于获取针对被检物体测量所得的N组磁共振信号，其中，所述N组磁共振信号与运动模组距离所述被检物体的N个等间距位置一一对应，所述N组磁共振信号中的各组磁共振信号包含有在剪切波传播到测量区域后且在运动模组距离所述被检物体的对应位置时，由磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到的M个自旋回波信号，所述被检物***于所述测量区域中，所述运动模组包括有磁体和射频线圈，N表示不小于5的正整数，M表示不小于10的正整数；
所述取相位操作单元，用于针对所述N组磁共振信号中的各个自旋回波信号，进行取相位操作，得到对应的相位信息；
所述信息图生成单元，用于根据取相位所得的所有相位信息，生成包含有N*M个相位信息的二维相位信息图，其中，所述二维相位信息图中第i行第j列的相位信息与在所述N个等间距位置中第i个位置上采样得到的第j个自旋回波信号一一对应，i表示不大于N的正整数，j表示不大于M的正整数；
所述填零操作单元，用于在所述二维相位信息图的***进行填零操作，生成一个包含有P*Q个元素的二维矩阵，其中，P表示大于N的正整数，Q表示大于M的正整数；
所述傅立叶变换单元，用于对所述二维矩阵做二维傅立叶变换，得到频率域信息；
所述频率信息选取单元，用于在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的频率对应的且与所述剪切波的感兴趣波长对应的频率信息；
所述傅立叶逆变换单元，用于对选取所得的频率信息做傅立叶逆变换，得到已去除纵波干扰的新信息图；
所述波长计算单元，用于根据所述新信息图，计算得到所述剪切波的波长；
所述杨氏模量计算单元，用于按照如下公式计算得到用于表征所述被检物体的弹性的杨氏模量：
E＝3ρλ2f2
式中，ρ表示所述被检物体的密度，λ表示所述剪切波的波长，f表示所述剪切波的频率。
本实施例第二方面提供的前述装置的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的方法，于此不再赘述。
如图8所示，本实施例第三方面提供了一种执行第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述方法的计算机设备，包括有通信相连的存储器和处理器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的磁共振弹性测量方法。具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、闪存(Flash Memory)、先进先出存储器(First Input First Output，FIFO)和/或先进后出存储器(First Input Last Output，FILO)等等；所述处理器可以不限于采用型号为STM32F105系列的微处理器。此外，所述计算机设备还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。
本实施例第三方面提供的前述计算机设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的方法，于此不再赘述。
如图9～10所示，本实施例第四方面提供了一种应用第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述方法的磁共振弹性测量***，包括有核磁共振子***、机械振动激励装置、探头模块和控制台，其中，所述核磁共振子***包括有磁共振谱仪、射频功率放大器、前置放大器和收发转换开关，所述机械振动激励装置包括有波形发生器和功率放大器，所述探头模块包括有磁体31、射频线圈32、振动发生器33、传动杆34、直线往复运动机构35和探头外壳36。
所述磁共振谱仪的射频信号输出端电连接所述射频功率放大器的射频信号输入端，所述射频功率放大器的射频信号输出端电连接所述收发转换开关的第一切换端，所述前置放大器的回波信号输入端电连接所述收发转换开关的第二切换端，所述前置放大器的回波信号输出端电连接所述核磁共振谱仪的回波信号输入端，所述收发转换开关的受控端电连接所述核磁共振谱仪的门控信号输出端，所述收发转换开关的切换公共端电连接所述射频线圈32。前述磁共振谱仪、射频功率放大器、前置放大器、收发转换开关和射频线圈32的具体工作原理为现有磁共振***的基本理论，它们均可采样现有设备实现。
所述磁共振谱仪的同步控制信号输出端电连接所述波形发生器的受控端，所述波形发生器的正弦波信号输出端电连接所述功率放大器的信号输入端，所述功率放大器的信号输出端电连接所述振动发生器33的信号输入端。在扫描阶段，所述磁共振谱仪在负责发出射频信号(该射频信号经所述射频功率放大器放大后，通过所述射频线圈激发被检物体，然后通过该射频线圈接收磁共振信号，再经所述前置放大器放大后，由谱仪采集并处理磁共振信号)的同时，还要发出同步控制信号，控制所述波形发生器产生特定频率和特定强度的正弦波信号，以便经所述功率放大器放大后驱动所述振动发生器33工作，最后通过所述传动杆34将振动传入所述被检物体100，使得在所述被检物体100的内部产生相应频率的剪切波。
所述磁体31和所述射频线圈32分别位于所述探头外壳36的内部，并作为运动模组固定在所述直线往复运动机构35的活动部上，所述振动发生器33固定在所述探头外壳36的内部，所述振动发生器33的振动输出端固定连接所述传动杆34的一端，所述传动杆34的另一端依次活动穿过所述磁体31、所述射频线圈32和所述探头外壳36，以便用于接触外部的被检物体100；所述直线往复运动机构35固定在所述探头外壳36的内部，并用于驱动所述活动部在所述探头外壳36的内部相对于所述被检物体100做远离或靠近的直线往复运动。所述磁体31可优选采用特殊设计的单边磁铁，以便具有天然的梯度场，可用于运动编码，进而无需传统磁共振***中的梯度功率放大器和梯度线圈；所述射频线圈32用于作为信号探头，优选为特殊设计的收发一体双频射频线圈。所述直线往复运动机构35用于在所述控制台的控制下，驱动所述运动模组位于距离所述被检物体100的多个等间距位置，以便启动所述磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到与所述多个等间距位置一一对应的多组磁共振信号；所述直线往复运动机构35可采用常用机构实现，例如采用垂直升降机构。此外，所述传动杆34的另一端优选穿过所述磁体31和所述射频线圈32的中心孔。
所述控制台分别通信连接所述磁共振谱仪和所述直线往复运动机构35，用于分别向所述磁共振谱仪和所述直线往复运动机构35发送若干弹性测量控制指令，并接收由所述磁共振谱仪采集到的且针对所述被检物体100测量所得的多组磁共振信号，完成数据处理，其中，所述数据处理包括但不限于执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的磁共振弹性测量方法。
在一个可能设计中，所述若干弹性测量控制指令，包括但不限于有：
在测量开始时向所述直线往复运动机构35发送的第一控制指令，以便驱动所述运动模组到达距离所述被检物体100的预设初始位置；
在发送所述第一控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第二控制指令，以便启动所述磁共振谱仪控制所述波形发生器产生正弦波信号，进而通过所述功率放大器驱动所述振动发生器33输出简谐振动，其中，所述正弦波信号和/或所述简谐振动的频率等于剪切波的频率；
在发送所述第二控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第三控制指令，以便启动所述磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到一组包含有多个自旋回波信号的磁共振信号；
在发送所述第三控制指令后向所述直线往复运动机构35发送的第四控制指令，以便驱动所述运动模组分别到达距离所述被检物体100的多个等间距位置；
在发送所述第四控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第五控制指令，以便启动所述磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到与所述多个等间距位置一一对应的多组磁共振信号。
在一个可能设计中，在发送所述第二控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第三控制指令，包括：在发送所述第二控制指令后且等待预设时间到达时向所述磁共振谱仪发送的控制指令，以便启动所述磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到一组包含有多个自旋回波信号的磁共振信号。前述控制指令的延迟发送目的是为了确保剪切波已经传播到测量区域且趋于稳定，所述预设时间τ可举例为200ms。
本实施例第四方面提供的前述测量***的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的方法，于此不再赘述。此外，还可以基于低场核磁共振实现弹性测量目的，并针对特定需求，对传统磁共振***做简化，使得***更加轻巧便捷，也能产生更好的经济效益。
本实施例第五方面提供了一种存储包含第一方面或第一方面中任意一种可能设计的所述方法的指令的存储介质，即所述存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的磁共振弹性测量方法。其中，所述存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(Memory Stick)等计算机可读存储介质，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
本实施例第五方面提供的前述存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的方法，于此不再赘述。
本实施例第六方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或第一方面中任意一种可能设计所述的磁共振弹性测量方法。其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (10)
1.一种磁共振弹性测量方法，其特征在于，包括:
获取针对被检物体测量所得的N组磁共振信号，其中，所述N组磁共振信号与运动模组距离所述被检物体的N个等间距位置一一对应，所述N组磁共振信号中的各组磁共振信号包含有在剪切波传播到测量区域后且在运动模组距离所述被检物体的对应位置时，由磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到的M个自旋回波信号，所述被检物***于所述测量区域中，所述运动模组包括有磁体和射频线圈，N表示不小于5的正整数，M表示不小于10的正整数；
针对所述N组磁共振信号中的各个自旋回波信号，进行取相位操作，得到对应的相位信息；
根据取相位所得的所有相位信息，生成包含有N*M个相位信息的二维相位信息图，其中，所述二维相位信息图中第i行第j列的相位信息与在所述N个等间距位置中第i个位置上采样得到的第j个自旋回波信号一一对应，i表示不大于N的正整数，j表示不大于M的正整数；
在所述二维相位信息图的***进行填零操作，生成一个包含有P*Q个元素的二维矩阵，其中，P表示大于N的正整数，Q表示大于M的正整数；
对所述二维矩阵做二维傅立叶变换，得到频率域信息；
在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的频率对应的且与所述剪切波的感兴趣波长对应的频率信息；
对选取所得的频率信息做傅立叶逆变换，得到已去除纵波干扰的新信息图；
根据所述新信息图，计算得到所述剪切波的波长；
按照如下公式计算得到用于表征所述被检物体的弹性的杨氏模量：
E＝3ρλ2f2
式中，ρ表示所述被检物体的密度，λ表示所述剪切波的波长，f表示所述剪切波的频率。
2.如权利要求1所述的磁共振弹性测量方法，其特征在于，在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的频率对应的频率信息，包括:
按照如下公式计算得到时间维度频率步长Δft：
式中，Q表示所述二维矩阵的总列数，Δt表示所述M个自旋回波信号的采样间隔时间；
根据所述时间维度频率步长Δft，按照如下公式计算得到时间维度中心距离Lt：
式中，round()表示四舍五入函数，f表示所述剪切波的频率；
在所述频率域信息中，选取在时间维度上距离中心为Lt的列信息作为与所述剪切波的频率对应的频率信息。
3.如权利要求1所述的磁共振弹性测量方法，其特征在于，在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的感兴趣波长对应的频率信息，包括:
按照如下公式计算得到空间维度频率步长Δfs：
式中，P表示所述二维矩阵的总行数，Δs表示所述N个等间距位置的等间距值；
根据所述空间维度频率步长Δfs，按照如下公式计算得到空间维度中心距离范围[Ls,min,Ls,max]：
式中，round()表示四舍五入函数，λmin表示所述剪切波的感兴趣波长最小值，λmax表示所述剪切波的感兴趣波长最大值；
在所述频率域信息中，选取在空间维度上距离中心介于[Ls,min,Ls,max]的行信息作为与所述剪切波的频率对应的频率信息。
4.如权利要求1所述的磁共振弹性测量方法，其特征在于，根据所述新信息图，计算得到所述剪切波的波长，包括：
从所述新信息图中任取一个行向量作为参考向量R；
从所述新信息图中逐行取出相对于所述参考向量R的其它行向量U，并针对各个其它行向量U，通过求解如下的目标函数计算得到对应的且相对于所述参考向量R的时间平移值：
Min f(s)＝||R(t)-U(t-y)||
式中，y表示待求解的时间平移值，t表示其它行向量U和所述参考向量R的时间横坐标，s表示与所述其它行向量U对应的且属于所述N个等间距位置的等间距位置，|| ||表示在向量作差之后各分量的平方和的开根号，Min f(s)表示最优化问题f(s)的极小值；
根据多个所述其它行向量U的时间平移值y和与多个所述其它行向量U一一对应的多个等间距位置s，通过最小二乘法拟合得到线性关系：y＝b*s+c中的系数b，其中，c表示待确定的另一系数；
按照如下公式计算得到所述剪切波的波长λ：
式中，f表示所述剪切波的频率。
5.一种磁共振弹性测量装置，其特征在于，包括有依次通信连接的信号获取单元、取相位操作单元、信息图生成单元、填零操作单元、傅立叶变换单元、频率信息选取单元、傅立叶逆变换单元、波长计算单元和杨氏模量计算单元；
所述信号获取单元，用于获取针对被检物体测量所得的N组磁共振信号，其中，所述N组磁共振信号与运动模组距离所述被检物体的N个等间距位置一一对应，所述N组磁共振信号中的各组磁共振信号包含有在剪切波传播到测量区域后且在运动模组距离所述被检物体的对应位置时，由磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到的M个自旋回波信号，所述被检物***于所述测量区域中，所述运动模组包括有磁体和射频线圈，N表示不小于5的正整数，M表示不小于10的正整数；
所述取相位操作单元，用于针对所述N组磁共振信号中的各个自旋回波信号，进行取相位操作，得到对应的相位信息；
所述信息图生成单元，用于根据取相位所得的所有相位信息，生成包含有N*M个相位信息的二维相位信息图，其中，所述二维相位信息图中第i行第j列的相位信息与在所述N个等间距位置中第i个位置上采样得到的第j个自旋回波信号一一对应，i表示不大于N的正整数，j表示不大于M的正整数；
所述填零操作单元，用于在所述二维相位信息图的***进行填零操作，生成一个包含有P*Q个元素的二维矩阵，其中，P表示大于N的正整数，Q表示大于M的正整数；
所述傅立叶变换单元，用于对所述二维矩阵做二维傅立叶变换，得到频率域信息；
所述频率信息选取单元，用于在所述频率域信息中，选取出与所述剪切波的频率对应的且与所述剪切波的感兴趣波长对应的频率信息；
所述傅立叶逆变换单元，用于对选取所得的频率信息做傅立叶逆变换，得到已去除纵波干扰的新信息图；
所述波长计算单元，用于根据所述新信息图，计算得到所述剪切波的波长；
所述杨氏模量计算单元，用于按照如下公式计算得到用于表征所述被检物体的弹性的杨氏模量：
E＝3ρλ2f2
式中，ρ表示所述被检物体的密度，λ表示所述剪切波的波长，f表示所述剪切波的频率。
6.一种计算机设备，其特征在于,包括有通信相连的存储器和处理器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如权利要求1～4中任意一项所述的磁共振弹性测量方法。
7.一种磁共振弹性测量***，其特征在于，包括有核磁共振子***、机械振动激励装置、探头模块和控制台，其中，所述核磁共振子***包括有磁共振谱仪、射频功率放大器、前置放大器和收发转换开关，所述机械振动激励装置包括有波形发生器和功率放大器，所述探头模块包括有磁体(31)、射频线圈(32)、振动发生器(33)、传动杆(34)、直线往复运动机构(35)和探头外壳(36)；
所述磁共振谱仪的射频信号输出端电连接所述射频功率放大器的射频信号输入端，所述射频功率放大器的射频信号输出端电连接所述收发转换开关的第一切换端，所述前置放大器的回波信号输入端电连接所述收发转换开关的第二切换端，所述前置放大器的回波信号输出端电连接所述磁共振谱仪的回波信号输入端，所述收发转换开关的受控端电连接所述磁共振谱仪的门控信号输出端，所述收发转换开关的切换公共端电连接所述射频线圈(32)；
所述磁共振谱仪的同步控制信号输出端电连接所述波形发生器的受控端，所述波形发生器的正弦波信号输出端电连接所述功率放大器的信号输入端，所述功率放大器的信号输出端电连接所述振动发生器(33)的信号输入端；
所述磁体(31)和所述射频线圈(32)分别位于所述探头外壳(36)的内部，并作为运动模组固定在所述直线往复运动机构(35)的活动部上，所述振动发生器(33)固定在所述探头外壳(36)的内部，所述振动发生器(33)的振动输出端固定连接所述传动杆(34)的一端，所述传动杆(34)的另一端依次活动穿过所述磁体(31)、所述射频线圈(32)和所述探头外壳(36)，以便用于接触外部的被检物体(100)；
所述直线往复运动机构(35)固定在所述探头外壳(36)的内部，并用于驱动所述活动部在所述探头外壳(36)的内部相对于所述被检物体(100)做远离或靠近的直线往复运动；
所述控制台分别通信连接所述磁共振谱仪和所述直线往复运动机构(35)，用于分别向所述磁共振谱仪和所述直线往复运动机构(35)发送若干弹性测量控制指令，并接收由所述磁共振谱仪采集到的且针对所述被检物体(100)测量所得的多组磁共振信号，完成数据处理，其中，所述数据处理包括执行如权利要求1～4中任意一项所述的磁共振弹性测量方法。
8.如权利要求7所述的磁共振弹性测量***，其特征在于，所述若干弹性测量控制指令，包括：
在测量开始时向所述直线往复运动机构(35)发送的第一控制指令，以便驱动所述运动模组到达距离所述被检物体(100)的预设初始位置；
在发送所述第一控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第二控制指令，以便启动所述磁共振谱仪控制所述波形发生器产生正弦波信号，进而通过所述功率放大器驱动所述振动发生器(33)输出简谐振动，其中，所述正弦波信号和/或所述简谐振动的频率等于剪切波的频率；
在发送所述第二控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第三控制指令，以便启动所述磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到一组包含有多个自旋回波信号的磁共振信号；
在发送所述第三控制指令后向所述直线往复运动机构(35)发送的第四控制指令，以便驱动所述运动模组分别到达距离所述被检物体(100)的多个等间距位置；
在发送所述第四控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第五控制指令，以便启动所述磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到与所述多个等间距位置一一对应的多组磁共振信号。
9.如权利要求8所述的磁共振弹性测量***，其特征在于，在发送所述第二控制指令后向所述磁共振谱仪发送的第三控制指令，包括：
在发送所述第二控制指令后且等待预设时间到达时向所述磁共振谱仪发送的控制指令，以便启动所述磁共振谱仪应用弹性测量脉冲序列采样得到一组包含有多个自旋回波信号的磁共振信号。
10.一种存储介质，其特征在于,所述存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如权利要求1～4中任意一项所述的磁共振弹性测量方法。
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