[发明专利]一种核磁共振成像梯度场校正方法

说明书

技术领域

本发明属于核磁共振成像领域，具体涉及一种核磁共振成像梯度场校正方法。

背景技术

在核磁共振成像系统中，梯度线圈产生的三个方向的梯度场对于成像空间起到线性编码的作用。理想的梯度线圈产生的梯度场是完全线性的，但是考虑到梯度线圈的其它性能参数，包括梯度效率，上升时间和梯度切换率，梯度线圈功率损耗等，在梯度线圈的设计中往往需要对各个参数性能进行综合的优化，最终形成一个折中方案，其中，梯度的线性度往往会做出一定的牺牲，尤其是目前为了设计更加开放的新型磁体，线圈设计要求长度短，内径大，对梯度线性度的牺牲更大一些。除开在设计过程中预计内的梯度非线性度，在实际线圈加工生产过程的各个环节中还会引入一系列的公差，以及梯度线圈在强大的主磁场中通电后受到巨大的磁力矩造成的扭曲变形，都会影响最终的梯度场线性度。因此，实际核磁共振成像系统中三维梯度线圈产生的并不是理想的线性梯度场，而具有一定的非线性度的非理想梯度场。

图像的畸变是指所得到的图像信息与实际真实图像的不一致，主要包括两个方面：像素位置的空间平移和像素幅度值的不准确。在核磁共振成像中，引起图像畸变的原因有很多，包括主磁场的不均匀度，化学位移，不同介质的磁化率效应，梯度线圈涡流效应，以及梯度场的非线性。由于核磁共振成像的图像重建算法是基于梯度场是理想线性的假设，非线性梯度会导致图像的几何畸变，这种畸变具有以下几个特点：图像的畸变同时表现在像素位置的平移和像素幅度值的不准确；空间相同位置的图像畸变仅与梯度线圈产生的场的非线性度相关，与具体的成像序列无关，即对于同一台核磁共振成像系统，任意方法序列成出的图像，其由于梯度非线性度引起的空间几何畸变都是一样的；一般在成像区域的边缘位置梯度非线性度更大，所引起的图像畸变也更加显著。

对于梯度非线性引起的图像畸变的校正一般分为两种方法：根据梯度场分布计算得到畸变信息对图像进行校正；或者用特制的水模测量图像畸变从而计算得到校正数据。Andrew Janke等人提出用球谐函数的方法表示梯度场非线性度(Andrew Janke et al.Use of Spherical Harmonic Deconvolution Methods to Compensate for Nonlinear Gradient Effects on MRI Images.Magnetic Resonance in Medicine，2004，52：115-122)，在此基础上得到图像畸变的校正方法，但是该方法中像素位置的校正需要进行迭代计算，而且只有对位置的校正，没有对像素幅度值的校正。Simon Doran等人提出一种特制的水模对图像畸变进行标定(Simon Doran et al.A complete distortion correction for MR images：I.Gradient warp correction.Phys.Med.Biol.，2005，50：1343-1361)，根据测到的图像畸变数据得到像素位置和幅度值的校正公式，但是该方法自制的水模增加了成本，而且需要用CT扫描得到参考图像来校正，还存在图像配准的问题，另外，水模的大小限制了该方法运用的范围，在水模以外区域的图像畸变不能得到校正。

发明内容

本发明目的是：提供一种用于核磁共振成像梯度场几何畸变的校正方法，只需要厂家提供的梯度场谐波参数，即可对由于梯度非线性度引起的图像畸变，包括像素位置和幅度值都进行校正，适用性强，不增加额外成本。

本发明的技术方案是：一种核磁共振成像梯度场校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)由核磁共振成像得到未校正的带有畸变的图像数据；

(2)从系统读出成像参数：包括频率编码、相位编码和选层，三个方向的视野以及空间分辨率，成像采集的旋转矩阵，成像中心偏离磁体中心的位置，计算得到每个像素点对应于以磁体中心为原点的绝对坐标系的坐标值；

(3)根据厂家给出的梯度线圈的谐波场分解系数，计算得到梯度场的空间非线性度函数；

(4)根据成像参数和梯度场的空间非线性度函数计算出梯度畸变校正公式；

(5)将梯度非线性函数带入梯度畸变校正公式，对畸变图像进行校正。

进一步的，对于用二维序列采集的图像，可在每个层面内运用二维畸变校正公式对图像进行校正；对于用三维序列采集的图像，需用三维畸变校正公式对三维图像进行校正。

进一步的，所述二维畸变校正公式为：