CN116973823A - 基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法和*** - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法和***，所述方法包括：基于获取的梯度回波，对待扫描物体进行扫描；在扫描过程中，利用线扫描依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，并采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，基于磁共振成像序列的K空间的帧数，将相位编码线元依次横向填充至各帧的相位编码行中，得到待扫描物体的磁共振信号，其中，在各周期的梯度回波结束时，基于重聚脉冲对残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，增强下一个周期的梯度回波信号；最后基于磁共振信号，生成待扫描物体的磁共振图像，采用本方法能够实现快速周期变化的磁共振成像，提高所获取的磁共振图像的信噪比和影像对比度。
Description
技术领域
本申请涉及磁共振成像序列技术领域，特别是涉及一种基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法和***。
背景技术
在常规磁共振成像技术中，良好的空间分辨率往往是磁共振成像的一大优势，临床上通过磁共振成像技术来精确地对组织、器官进行高精度成像。然而，由于磁共振成像过程包含多次相位方向编码及频率方向编码，从技术上来说难以实现快速成像从而获取高时间分辨率的影像，因此，诸如在心脏起搏成像、均匀呼吸时隔膜肌成像、神经活动成像等依赖较高时间分辨率的需求对于磁共振成像技术而言成为了一个挑战。
在磁共振快速成像领域，我们通常采用梯度回波成像（GRE，gradient recalledecho），平面回波成像（EPI，echo planar imaging）等序列的变体来达到较高速的成像目的。这些序列可以产生较小回波，因此可以较大程度地缩短单次相位编码所需要的时间。同时，使用非常规的K空间填充技术，如螺旋采样，径向采样，刀片采样等方式，减少了相位编码的次数。然而使用这些磁共振成像方法，在极大地牺牲成像质量情况下，仅能实现最快约100ms每帧的成像速度，依然无法达到较短时间周期内多帧影像的目的。例如，如果需要观察在一个神经活动周期下的磁共振信号变化，那么必须在50ms内（常见神经活动周期）完成10余次的扫描成像。在现有的对神经活动进行磁共振成像策略中，采用小翻转角梯度回波序列FLASH(fast low-angle shot)，能够使每次相位编码较快的完成，然而得到的磁共振成像的信噪比仍然较低，且成像对比度差。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在进行磁共振成像时获取到高信噪比、高对比度的磁共振图像的基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法和***。
第一方面，本申请提供了一种基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法，所述方法包括：
基于获取的梯度回波，对待扫描物体进行扫描，所述梯度回波由磁共振成像序列生成；
在扫描过程中，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，并基于所述磁共振成像序列的K空间的帧数，将所述相位编码线元依次横向填充至各帧所述K空间的相位编码行中，得到所述待扫描物体的磁共振信号，其中，在各周期的所述梯度回波结束时，基于所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，所述残余磁化信号用于对下一个周期的所述梯度回波进行信号增强；
基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像。
在其中一个实施例中，所述依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元包括：
基于所述磁共振成像序列在相位编码方向上的相位梯度脉冲，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码；
沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元。
在其中一个实施例中，所述在各周期的所述梯度回波结束时，基于所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号包括：
在各周期的所述梯度回波结束时，在所述磁共振成像序列的相位编码方向上生成所述残余横向磁化强度的重聚脉冲，所述重聚脉冲与所述序列的相位梯度脉冲功率相等、极性相反；
基于所述重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成所述残余磁化信号。
在其中一个实施例中，所述基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像包括：
基于所述磁共振信号，采集所述待扫描物体的磁共振数据；
基于所述磁共振数据，生成所述磁共振图像的数据矩阵；
基于所述数据矩阵，利用离散傅里叶变换，重建所述磁共振图像。
在其中一个实施例中，所述基于所述数据矩阵，利用离散傅里叶变换，重构所述磁共振图像包括：
基于所述数据矩阵，确定所述磁共振成像序列的K空间的第一信息，所述第一信息包括所述K空间的维度长度和维度复单位根；
基于所述第一信息，利用所述离散傅里叶变换，生成所述数据矩阵对应的图像域的第二信息，重构所述磁共振图像。
在其中一个实施例中，所述获取梯度回波，对待扫描物体进行扫描之前包括：
基于所述磁共振成像序列的激发脉冲，在所述磁共振成像序列的频率编码方向上利用散相梯度脉冲和聚相梯度脉冲，生成所述磁共振成像序列的梯度回波，所述散相梯度脉冲和所述聚相梯度脉冲的宽度相同、幅度相同、极性相反。
在其中一个实施例中，所述基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像之后还包括：
基于所述磁共振信号，计算对应的信号强度，并基于所述信号强度，确定所述磁共振图像的成像对比度。
第二方面，本申请还提供了一种基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像装置，所述装置包括：
梯度回波模块，用于基于获取的梯度回波，对待扫描物体进行扫描，所述梯度回波由全稳态平衡进动磁共振成像序列生成；
信号采集模块，用于在扫描过程中，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，并基于所述磁共振成像序列的K空间的帧数，将所述相位编码线元依次横向填充至各帧所述K空间的相位编码行中，得到所述待扫描物体的磁共振信号，其中，在各周期的所述梯度回波结束时，基于所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，所述残余磁化信号用于对下一个周期的所述梯度回波进行信号增强；
磁共振成像模块，用于基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像。
第三方面，本申请还提供了一种磁共振成像***，所述***包括用于获取磁共振成像序列的扫描装置以及上述第二方面所述的基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像装置。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面的内容。
上述基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法和***，通过由全稳态平衡进动磁共振成像序列生成的梯度回波，对待扫描物体进行扫描；在扫描过程中，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，并基于所述磁共振成像序列的K空间的帧数，将所述相位编码线元依次横向填充至各帧所述K空间的相位编码行中，得到所述待扫描物体的磁共振信号，其中，在各周期的所述梯度回波结束时，基于所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，所述残余磁化信号用于对下一个周期的所述梯度回波进行信号增强；基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像，实现快速周期变化的磁共振成像，提高了所获取的磁共振图像的信噪比和影像对比度。
附图说明
图1（a）为一个实施例中基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法的磁共振成像***结构框图；
图1（b）为一个实施例中采集编码模块103进行线扫描的示意图；
图2为一个实施例中基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法的流程示意图；
图3为其中一个实施例中S204步骤的流程示意图；
图4为另一个实施例中S204步骤的流程示意图；
图5为一个实施例中S206步骤的流程示意图；
图6为其中一个实施例中S506步骤的流程示意图；
图7为一个示例实施例中基于TrueFISP的线扫描磁共振成像的示意图；
图8为一个示例实施例中T2对比度的折线图；
图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块（单元）的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”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，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
线扫描磁共振成像是在被成像物体均匀周期运动或变化中实现高时间分辨率成像的一种有效方法，例如在一维线扫描磁共振成像中，可以通过将成像视野场（FOV，fieldof view）限制在一维区域内来实现快速成像。而在动态线扫描扩展到多维成像时，采用可靠的方式诱导被扫描对象进行重复的运动或变化，以允许在每个运动相位（帧）收集多条k空间线，从而达到增加总采样时间来实现小周期内极高的时间分辨率成像，同时尽可能地保留成像质量。这项技术可被用在药物控制的稳定心脏跳动下心脏成像、受训练的呼吸运动成像甚至活体局部神经活动直接成像等。
但是在线扫描成像中，我们依然要考虑单次相位编码的成像速度，因为即便是可靠的周期活动，也会有微小的差异，这样的差异会使得线扫描磁共振成像过程中带来较大的成像伪影。同时，由于需要采集多次相位编码，总扫描时长相对较长，因此，需要较快的单次相位编码成像速度来降低磁共振扫描的总时长，从而减小被扫描对象的不适感及扫描成本。
本申请实施例提供的线扫描磁共振成像方法，可以应用于如图1（a）图所示的磁共振成像***中，所述***包括用于获取磁共振成像序列的扫描装置11和线扫描磁共振成像装置12，所述***具体包括以下模块：可变角度激发模块101、梯度回波模块102、采集编码模块103、残余强度重聚模块104以及磁共振成像模块105。其中用于获取磁共振成像序列的扫描装置11包括上述的可变角度激发模块101、梯度回波模块102、采集编码模块103、残余强度重聚模块104；线扫描磁共振成像装置12包括梯度回波模块102、信号采集模块106以及磁共振成像模块105，信号采集模块106由采集编码模块103和残余强度重聚模块104构成。
其中，可变角度激发模块101，用于产生小角度的脉冲信号。常规的自旋回波成像序列通常使用180度的倾倒脉冲产生回波，不支持小角度的激发脉冲。而小角度的激发脉冲有利于进行快速的相位编码。本申请实施例中，依靠梯度反向形成回波，不依赖于180度的倾倒脉冲，因此利用小角度的脉冲信号即可在磁共振成像序列的频率编码方向上生成梯度回波。
梯度回波模块102，用于基于可变角度激发模块101产生的激发脉冲，在磁共振成像序列的频率编码方向上先产生一个散相梯度脉冲使氢原子核磁化强度散相，再产生一个与散相梯度脉冲的宽度相同、幅度相同但极性相反的聚相梯度脉冲，使氢原子核磁化强度聚相，从而得到所述磁共振成像序列的梯度回波。
采集编码模块103，如图1（b）图所示，用于在扫描过程中，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，并基于所述磁共振成像序列的K空间的帧数，将所述相位编码线元依次横向填充至各帧所述K空间的相位编码行中，得到所述待扫描物体的磁共振信号。其中，Kx、Ky分别表示序列的x选层方向、y选层方向，1、2.....、n为一个梯度回波周期内不同采集时刻对应的帧数，在第一个周期中采集到的一组相位编码线元，依次填充第1帧至第n帧中的第一行，在第二个梯度回波周期中，采集到的一组相位编码线元，依次填充第1帧至第n帧中的第二行，重复执行上述步骤，直至完整填充K空间。
残余强度重聚模块104，用于在各周期的所述梯度回波结束时，产生所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，所述残余磁化信号用于对下一个周期的所述梯度回波进行信号增强。其中，重聚脉冲与激发脉冲的宽度相同、幅度相同但极性相反。
磁共振成像模块105，用于基于磁共振成像序列在扫描过程中产生的磁共振信号，利用傅里叶变换，重建磁共振图像。
上述磁共振成像***中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本申请实施例提供一种基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法，如图2所示，将该方法应用于如图1（a）所示的磁共振***中，具体包括以下步骤：
S202，基于获取的梯度回波，对待扫描物体进行扫描。
其中，所述梯度回波由全稳态平衡进动磁共振成像序列生成。所述全稳态平衡进动磁共振成像序列具体为基于全稳态平衡进动（TrueFISP）的线扫描成像序列。
在其中一个实施例中，S202基于获取的梯度回波，对待扫描物体进行扫描之前，还包括以下步骤：
S201，基于所述磁共振成像序列的激发脉冲，在所述磁共振成像序列的频率编码方向上利用散相梯度脉冲和聚相梯度脉冲，生成所述磁共振成像序列的梯度回波。
其中，所述散相梯度脉冲和所述聚相梯度脉冲的宽度相同、幅度相同、极性相反。
具体地，基于小角度激发脉冲，在磁共振成像序列的频率编码方向上先产生一个散相梯度脉冲使氢原子核磁化强度散相，再产生一个与散相梯度脉冲的宽度相同、幅度相同但极性相反的聚相梯度脉冲使氢原子核磁化强度聚相，从而得到所述磁共振成像序列的梯度回波。因此原子核的磁偶极矩发生了先散相，后聚相的过程，当t=TE（回波间隔）时刻，发散的相位完全被补偿形成回波峰值。
S204，在扫描过程中，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，并基于所述磁共振成像序列的K空间的帧数，将所述相位编码线元依次横向填充至各帧所述K空间的相位编码行中，得到所述待扫描物体的磁共振信号。
其中，在各周期的所述梯度回波结束时，基于所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，所述残余磁化信号用于对下一个周期的所述梯度回波进行信号增强。
具体地，所述K空间的帧数由所述磁共振图像的分辨率和成像视野场决定，基于所述磁共振图像的分辨率和成像视野场，确定一个梯度回波周期中进行相位编码采集的不同时刻，每个时刻对应一帧。
在其中一个实施例中，如图3所示，S204中依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，具体包括以下步骤：
S302，基于所述磁共振成像序列在相位编码方向上的相位梯度脉冲，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码。
S304，沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元。
具体地，基于梯度回波，在磁共振成像序列的相位编码方向上同步产生相位梯度脉冲，对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，同时沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元进行K空间的填充。
具体地，传统的梯度回波成像的每一个梯度回波周期都代表获得的一帧磁共振图像，因此需要不断地进行梯度回波，才能填充得到完整的K空间，采用传统的梯度回波扫描方式，使得磁共振成像的扫描时间较长。而线扫描磁共振成像是在被成像物体均匀周期运动或变化中实现高时间分辨率成像的一种有效方法，本申请在梯度回波的重复扫描周期中，对第一个梯度回波的不同时刻的相位编码进行采集，得到第一行相位编码线元，并基于K空间的帧数与一个梯度回波的不同采集时刻相关，将所述第一相位编码线元依次横向填充至各帧的相位编码的第一行中，对第二个梯度回波执行和第一个梯度回波一样的操作，如此往复，直至填充完K空间所有帧的相位编码行。
在其中一个实施例中，如图4所示，S204在各周期的所述梯度回波结束时，基于所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，具体包括以下步骤：
S402，在各周期的所述梯度回波结束时，在所述磁共振成像序列的相位编码方向上生成所述残余横向磁化强度的重聚脉冲。
S404，基于所述重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成所述残余磁化信号。
具体地，在常规的小翻转角梯度回波成像序列（FLASH）中，对于每个梯度回波结束后剩余的残余横向磁化强度的处理方式是在选层方向上施加梯度脉冲来破坏未衰减到零的横向磁化强度。而在本申请中，利用重聚脉冲将残余横向磁化强度进行聚相，从而重新建立一个统一的相位相干的残余磁化信号，对下一个周期的梯度回波进行信号增强，使得在完成周期性的梯度回波后，得到的磁共振信号具有较高信噪比。
S206，基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像。
具体地，由于所述磁共振成像序列利用线扫描的方式采集K空间的相位编码线元并在梯度回波的每个重复周期结束时，在相位编码方向上增加一个重聚脉冲对下一个周期的梯度回波进行信号增强，使得采集到的完整磁共振信号具有较高的信噪比和时间分辨率，基于所述磁共振信号，生成具有高信噪比、高时间分辨率以及高成像对比度的磁共振图像。
上述基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法中，通过由全稳态平衡进动磁共振成像序列生成的梯度回波，对待扫描物体进行扫描；在扫描过程中，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，并基于所述磁共振成像序列的K空间的帧数，将所述相位编码线元依次横向填充至各帧所述K空间的相位编码行中，得到所述待扫描物体的磁共振信号，其中，在各周期的所述梯度回波结束时，基于所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，所述残余磁化信号用于对下一个周期的所述梯度回波进行信号增强；基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像，实现快速周期变化的磁共振成像，提高了所获取的磁共振图像的信噪比和影像对比度。
在一个实施例中，如图5所示，S206基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像，具体包括以下步骤：
S502，基于所述磁共振信号，采集所述待扫描物体的磁共振数据。
S504，基于所述磁共振数据，生成所述磁共振图像的数据矩阵。
S506，基于所述数据矩阵，利用离散傅里叶变换，重建所述磁共振图像。
具体地，基于上述方法得到磁共振信号后，从磁共振成像***中提取采集得到的磁共振数据，并将其根据K空间的线扫描填充方式，获得对应的N个完整周期帧（N表示一个周期变化中相位编码采集的不同时刻对应的帧数），基于N个完整周期帧，生成磁共振图像的数据矩阵，接着利用离散傅里叶变化，重建得到磁共振图像。
在其中一个实施例中，如图6所示，S506基于所述数据矩阵，利用离散傅里叶变换，重建所述磁共振图像，具体包括以下步骤：
S602，基于所述数据矩阵，确定所述磁共振成像序列的K空间的第一信息。
其中，所述第一信息包括所述K空间的维度长度和维度复单位根。
S604，基于所述第一信息，利用所述离散傅里叶变换，生成所述数据矩阵对应的图像域的第二信息，重构所述磁共振图像。
具体地，基于数据矩阵中K空间的维度长度和维度复单位根，对其进行离散傅里叶变换，将所述数据矩阵转化成图像域信息，得到所述磁共振图像。
示例性地，将二维K空间的数据矩阵K进行离散傅里叶变换的公式如下：
其中，表示图像域中第k维度的信息；/>表示K空间中第k维度的信息；/>表示第一维度长度，/>表示第二维度长度；/>表示第一维度复单位根，表示第二维度复单位根，其中i是虚数单位。
在一个实施例中，在步骤S204中，所述方法还包括：基于所述磁共振信号，计算对应的信号强度，并基于所述信号强度，确定所述磁共振图像的成像对比度。
具体地，神经活动带来的的离子代谢主要会使得磁共振成像中T2对比度发生微弱改变。而在利用梯度回波实现磁共振扫描的场景中，通常情况下只能得到对比度，利用布洛赫原理，对现有技术中利用翻转角梯度回波序列FLASH结合线扫描进行磁共振成像产生的磁共振信号进行信号强度计算，其公式为：
其中，是磁共振信号强度，β是激发脉冲的翻转角，TR为重复激发周期时间，TE是梯度回波的回波时间，T1是梯度回波的纵向弛豫时间，/>是梯度回波的横向弛豫时间，N[H]是氢原子密度。
由此可知，当使用FLASH序列结合线扫描进行成像时，回波时间TE控制横向弛豫时间对比度，当回波时间TE很大时，/>对比度占主导；翻转角β和重复激发周期时间TR控制T1对比度，其中，小翻转角增加质子密度项和/>对比度，大翻转角增加T1对比度，减小重复激发周期时间TR增加T1对比度。而/>对比度不仅与T2对比度相关，还与磁场强度的均匀性相关，磁场越不均匀，则横向弛豫越快，/>对比度值越小。因此，由于受到磁场不均匀性的影响，将/>对比度的响应情况反应到T2对比度上则会弱很多，造成磁共振图像的成像对比度差。
具体地，利用布洛赫原理对本申请实施例中的线扫描磁共振成像方法得到的所述磁共振信号进行信号强度计算，公式如下：
当所述梯度回波的回波时间TE等于重复激发周期时间TR的一半时（即当TE=TR/2时），
其中S是磁共振信号强度，α是激发脉冲的翻转角，TE是梯度回波的回波时间，T1是梯度回波的纵向弛豫时间，T2是梯度回波的横向弛豫时间，N[H]是氢原子密度。由于重聚脉冲对残余横向磁化强度进行重聚相，因此横向弛豫时间取决于T2。而正常情况下，回波时间TE往往远小于横向弛豫时间T2（即TE<<T2），此时-TE/T2接近为0，接近为1，因此磁共振信号强度S与T2/T1直接正相关，T2/T1越大，T1/T2越小，磁共振信号强度S越大，信噪比越高。
在本实施例中，通过对磁共振信号强度的计算可知，利用本申请的线扫描磁共振成像方法能够获取到高强度的磁共振信号，该磁共振信号强度直接与T2对比度相关联，避免了信号强度从对比度转化到T2对比度的过程中由于磁场不均匀性造成的成像对比度下降。
在一个示例实施例中，如图7所示，提供一种基于TrueFISP（全稳态平衡进动序列）的线扫描磁共振成像方法，用于对4瓶不同浓度的琼脂糖凝胶水模（phantom）进行磁共振成像。
步骤1：在全稳态平衡进动序列TrueFISP的线扫描磁共振成像之前，先在磁共振成像***中使用T2-map序列对4瓶不同浓度的琼脂糖凝胶水模的T2值进行扫描，计算得到4个水模的T2对比度值，4个水模T2对比度值分别为170，220，670，1130。其中，T2-map序列为采用翻转拟合方法计算T2对比度值的常规序列。
步骤2：设置全稳态平衡进动序列TrueFISP的最优参数，其中，梯度回波的回波时间TE为1.93ms、重复激发周期时间TR为3.86ms、磁共振图像分辨率为256×180、成像视野场FOV为256×180、激发脉冲的翻转角α=28°、带宽为1180hz/pixel。
步骤3：基于全稳态平衡进动序列TrueFISP产生的梯度回波，对4瓶不同浓度的琼脂糖凝胶水模进行扫描。在扫描过程中，基于全稳态平衡进动序列的在相位编码方向上的相位梯度脉冲，依次对梯度回波的重复周期进行相位编码，同时沿着梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，并基于全稳态平衡进动序列的K空间的帧数，将相位编码线元依次横向填充至各帧K空间的相位编码行中，得到4瓶不同浓度的琼脂糖凝胶水模的磁共振信号。
其中，在各周期的梯度回波结束时，在全稳态平衡进动序列的相位编码方向上生成与相位梯度脉冲功率相等、极性相反重聚脉冲，对残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，对下一个周期的所述梯度回波进行信号增强。
步骤4：基于所获取的4瓶不同浓度的琼脂糖凝胶水模的磁共振信号，获取对应的磁共振数据进行离散傅里叶变换，重建得到4瓶不同浓度的琼脂糖凝胶水模的磁共振图像。
步骤1至步骤4的过程，如图7所示。
另外，为了明显显示出利用上述方法得到的磁共振图像具有高信噪比和高成像对比度，利用现有技术中的小翻转角梯度回波序列FLASH结合线扫描磁共振成像对同样的4瓶不同浓度的琼脂糖凝胶水模进行对比试验，具体包括以下步骤：
步骤5：计算并设置小翻转角梯度回波序列FLASH的最优参数，包括：梯度回波的回波时间TE为2ms、重复激发周期时间TR为4ms、磁共振图像分辨率为256×180、成像视野场FOV为256×180、激发脉冲的翻转角α=15°、带宽为1200hz/pixel。
步骤6：基于小翻转角梯度回波序列FLASH结合线扫描磁共振成像，获取4瓶不同浓度的琼脂糖凝胶水模的磁共振信号，获取对应的磁共振数据进行离散傅里叶变换，重建得到4瓶不同浓度的琼脂糖凝胶水模的磁共振图像。
对步骤4得到的琼脂糖凝胶水模的磁共振图像与步骤6得到的琼脂糖凝胶水模的磁共振图像的信噪比进行比较。计算方法为有效区域平均信号与背景噪声平均信号平方的比值，得到的计算结果为：步骤4得到的琼脂糖凝胶水模的磁共振图像的成像信噪比为110，步骤6得到的琼脂糖凝胶水模的磁共振图像的成像信噪比为40。根据计算结果可知，采用本申请基于TrueFISP（全稳态平衡进动序列）的线扫描磁共振成像方法得到的磁共振图像具有更高的信噪比。
对步骤4得到的琼脂糖凝胶水模的磁共振图像与步骤6得到的琼脂糖凝胶水模的磁共振图像的T2对比度进行比较。需要对不同浓度的琼脂糖凝胶水模的成像信号进行分析，比较不同序列产生的磁共振信号在不同浓度的琼脂糖凝胶水模上的信号差异，得出成像序列对于T2对比度的响应灵敏度。如图8所示，下方折线为现有方法中小翻转角梯度回波序列FLASH结合线扫描磁共振成像的磁共振信号的T2响应情况，横坐标表示步骤1中计算得到的实际4个水模T2对比度值包括170，220，670，1130。上方折现为本实施例中全稳态平衡进动序列TrueFISP的线扫描磁共振成像的磁共振信号的T2响应情况。显然，采用本实施例的方法对于不同浓度的琼脂糖凝胶水模的T2对比度的成像信号变化更大，说明本实施例的方法相较现有方法具有更好的检测T2信号变化的能力。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过***总线连接，通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到***总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC（近场通信）或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面，可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置。显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各实施例中的内容。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
基于获取的梯度回波，对待扫描物体进行扫描，所述梯度回波由全稳态平衡进动磁共振成像序列生成；
在扫描过程中，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，并基于所述磁共振成像序列的K空间的帧数，将所述相位编码线元依次横向填充至各帧所述K空间的相位编码行中，得到所述待扫描物体的磁共振信号，其中，在各周期的所述梯度回波结束时，基于所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，所述残余磁化信号用于对下一个周期的所述梯度回波进行信号增强；
基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于所述磁共振成像序列的在相位编码方向上的相位梯度脉冲，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码；沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
在各周期的所述梯度回波结束时，在所述磁共振成像序列的相位编码方向上生成所述残余横向磁化强度的重聚脉冲，所述重聚脉冲与所述序列的相位梯度脉冲功率相等、极性相反；基于所述重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成所述残余磁化信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于所述磁共振信号，采集所述待扫描物体的磁共振数据；基于所述磁共振数据，生成所述磁共振图像的数据矩阵；基于所述数据矩阵，利用离散傅里叶变换，重建所述磁共振图像。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于所述数据矩阵，确定所述磁共振成像序列的K空间的第一信息，所述第一信息包括所述K空间的维度长度和维度复单位根；基于所述第一信息，利用所述离散傅里叶变换，生成所述数据矩阵对应的图像域的第二信息，重构所述磁共振图像。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于所述磁共振成像序列的激发脉冲，在所述磁共振成像序列的频率编码方向上利用散相梯度脉冲和聚相梯度脉冲，生成所述磁共振成像序列的梯度回波，所述散相梯度脉冲和所述聚相梯度脉冲的宽度相同、幅度相同、极性相反。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
基于所述磁共振信号，计算对应的信号强度，并基于所述信号强度，确定所述磁共振图像的成像对比度。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random AccessMemory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法，其特征在于，所述方法包括：
基于获取的梯度回波，对待扫描物体进行扫描，所述梯度回波由全稳态平衡进动磁共振成像序列生成；
在扫描过程中，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，并基于所述磁共振成像序列的K空间的帧数，将所述相位编码线元依次横向填充至各帧所述K空间的相位编码行中，得到所述待扫描物体的磁共振信号，其中，在各周期的所述梯度回波结束时，基于所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，所述残余磁化信号用于对下一个周期的所述梯度回波进行信号增强；
基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像。
2.根据权利要求1所述的基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法，其特征在于，所述依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元包括：
基于所述磁共振成像序列在相位编码方向上的相位梯度脉冲，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码；
沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元。
3.根据权利要求1所述的基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法，其特征在于，所述在各周期的所述梯度回波结束时，基于所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号包括：
在各周期的所述梯度回波结束时，在所述磁共振成像序列的相位编码方向上生成所述残余横向磁化强度的重聚脉冲，所述重聚脉冲与所述序列的相位梯度脉冲功率相等、极性相反；
基于所述重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成所述残余磁化信号。
4.根据权利要求1所述的基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法，其特征在于，所述基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像包括：
基于所述磁共振信号，采集所述待扫描物体的的磁共振数据；
基于所述磁共振数据，生成所述磁共振图像的数据矩阵；
基于所述数据矩阵，利用离散傅里叶变换，重建所述磁共振图像。
5.根据权利要求4所述的基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法，其特征在于，所述基于所述数据矩阵，利用离散傅里叶变换，重构所述磁共振图像包括：
基于所述数据矩阵，确定所述磁共振成像序列的K空间的第一信息，所述第一信息包括所述K空间的维度长度和维度复单位根；
基于所述第一信息，利用所述离散傅里叶变换，生成所述数据矩阵对应的图像域的第二信息，重构所述磁共振图像。
6.根据权利要求1所述的基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法，其特征在于，所述获取梯度回波，对待扫描物体进行扫描之前包括：
基于所述磁共振成像序列的激发脉冲，在所述磁共振成像序列的频率编码方向上利用散相梯度脉冲和聚相梯度脉冲，生成所述磁共振成像序列的梯度回波，所述散相梯度脉冲和所述聚相梯度脉冲的宽度相同、幅度相同、极性相反。
7.根据权利要求1所述的基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像方法，其特征在于，所述基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像之后还包括：
基于所述磁共振信号，计算对应的信号强度，并基于所述信号强度，确定所述磁共振图像的成像对比度。
8.一种基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像装置，其特征在于，所述装置包括：
梯度回波模块，用于基于获取的梯度回波，对待扫描物体进行扫描，所述梯度回波由全稳态平衡进动磁共振成像序列生成；
信号采集模块，用于在扫描过程中，依次对所述梯度回波的重复周期进行相位编码，且沿着所述梯度回波的周期重复方向采集各周期内不同时刻对应的一组相位编码线元，并基于所述磁共振成像序列的K空间的帧数，将所述相位编码线元依次横向填充至各帧所述K空间的相位编码行中，得到所述待扫描物体的磁共振信号，其中，在各周期的所述梯度回波结束时，基于所述梯度回波的残余横向磁化强度的重聚脉冲，对所述残余横向磁化强度进行聚相，生成残余磁化信号，所述残余磁化信号用于对下一个周期的所述梯度回波进行信号增强；
磁共振成像模块，用于基于所述磁共振信号，生成所述待扫描物体的磁共振图像。
9.一种磁共振成像***，其特征在于，所述***包括用于获取磁共振成像序列的扫描装置以及如权利要求8所述的基于全稳态平衡进动的线扫描磁共振成像装置。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法的步骤。
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