[发明专利]用于信号不均匀性校正和性能评估的方法和装置

说明书

技术领域

本公开的领域是磁共振(MR)系统和方法，且更具体地涉及用于校正由非组织特征引起的信号强度不均匀性的系统。

背景技术

由非组织特征引起的不均匀性是不希望有的和不可避免的幻像，其常常不利地影响基于强度的定性和定量MR图像分析。它在更高的磁场中且对于具有更高的电容率的物体变得更严重，其中在物体中的RF场的波长与物体的尺寸可比较或小于物体的尺寸。在MR成像中，接收器和发射线圈的缺点、静态磁场不均匀性、射频(RF)穿透、梯度驱动的涡电流和物体相关电磁交互作用系统性地引起在图像当中的信号强度的变化，其也被称为偏磁场、强度不均匀性或暗影。MR信号不均匀性对磁共振成像(MRI)和磁共振光谱学(MRS)提出主要挑战。更具体地，甚至细微的信号不均匀性也可引起在图像质量上的大的降低，这必须被医师在观看图像时忽视，且因此常常妨碍诊断并引起治疗延迟。而且，由信号不均匀性引起的人工组织间变化性影响自动图像处理算法，其依赖于给定组织由在整个图像中的类似三维像素强度表示的假设。随后，它减小了定量分析的准确度并限制了计算机辅助诊断的检测灵敏度。最后，信号不均匀性增加了扫描仪间可变性。由于不同的线圈配置和在线圈与待成像的物体之间的耦合，使用类似的协议获取的但在不同的扫描仪上的MR图像可对相同的组织类型产生不相似的图像强度。在纵向研究中在不同的部位和时间点当中的可变性是机器相关的，并超过可被校正的随机或系统性错误。作为结果，所需的受试者的数量必须增加以提高统计功率。例如，为了有在统计上可靠和重要的结果，阿尔茨海默病神经影像学(ADNI)在5年成像和跟踪多于800个受试者上花费了6千万美元。

在每个MR扫描开始之前，调节发射RF激发场的强度和RF接收机的增益以确保RF激发脉冲具有最佳频率、强度和持续时间来引起期望MR信号是一般惯例。这并不一定意味着预期RF激发场将在整个感兴趣区中均匀地产生，或因而产生的MR信号将从感兴趣区中的所有位置均匀地被接收。在被研究的受试者的装载之后由大部分发射线圈产生的RF场是不均匀的，且大部分接收器线圈的接收场也是不均匀的。这对有缺点的线圈配置例如表面线圈和相控阵线圈来说是特别正确的。即使发射和接收器线圈场对自由空间或在未加载的条件中是均匀的，RF场的波行为和在受试者内的穿透也可引起在整个感兴趣区中的不均匀的发射场和接收器灵敏度。而且，RF脉冲振幅的不正确的校准、RF放大器或其它RF电子设备的不稳定性或漂移可导致不均匀的发射场。此外，在发射和接收器线圈之间的互感可引起另外的不均匀性。不均匀的发射或接收器灵敏度或这两者可引起在信号强度中的重影伪影，且因此限制MR技术在研究和临床环境中的应用。

用于校正MR信号不均匀性的方法可被分类为主动和后处理方法。通过绝热脉冲、补偿脉冲、射频场补偿技术和并行发射技术来实现主动方法。这些主动方法中的大部分集中在由发射线圈引起的信号不均匀性的校正上；而只有并行发射技术部分地校正由接收器线圈引起的不均匀性。后处理方法可进一步被分类成基于模型的(例如低通滤波、统计建模和表面拟合)和基于测量的方法(美国专利号6,757,442，来自GE医疗系统全球技术公司的Ainash2004；美国专利号7,218,107，来自皇家飞飞利浦电子设备N.V.的Fuderer2007；美国专利号7,672,498，来自西门子股份公司的Jellus2010；美国专利号7,894,668，Boitano2011和美国专利号8,213,715，来自Fonar公司的Boitano2012)。通常在MR信号不均匀性缓慢和平稳地改变的假定之下建立大部分基于模型的方法。因此被成像的物体的配置非常复杂，假设有时不是有效的。而且，基于模型的方法通常不考虑图像获取和所成像的物体对不均匀性的影响。这些方法需要一些极大的初始努力和多方面的技能来选择恰当的模型和正确的设置。另一方面，基于测量的方法关于影响信号不均匀性的因素的现有知识包括性地合并到校正内。[BreyWW，NarayanaPA.1988；MurakamiJW等人，1996；LineyGP等人，1998，来自东芝医疗系统公司的美国专利号US2012/0032677A1Dannels(2012)]。