[发明专利]超高场核磁共振成像系统的数字梯度预增强涡流补偿方法

说明书

本发明公布了一种超高场核磁共振成像系统的数字梯度预增强涡流补偿方法，包括：获取涡流在各个方向上随时间变化的非线性涡流函数和涡流传递函数；涡流传递函数包括直项涡流传递函数和交叉项涡流传递函数；建立磁共振涡流传递函数与数字梯度预增强单元传递函数之间的关系；分别计算得到涡流各个方向的数字梯度交叉项预增强单元传递函数和直项预增强单元传递函数的幅度常数和时间常数；通过验证并通过FPGA实现，即可实现超高场核磁共振成像系统的数字梯度预增强涡流补偿。本发明为超高场核磁共振成像系统提供更快捷准确的涡流补偿方案，能够有效提高成像质量。

技术领域

本发明属于核磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)技术领域，具体涉及一种用于超高场核磁共振成像系统的数字梯度预增强涡流补偿方法。

背景技术

核磁共振成像系统根据其主磁场强度从小到大可以分为低场、高场和超高场等多种系统。其中，主磁场强度最大的超高场核磁共振成像系统成像效果最好，能够产生最高分辨率、信噪比的磁共振图像。超高场核磁共振成像系统还具有更高性能的梯度系统，能够加快成像速度。

核磁共振成像系统通过梯度系统产生通常以线性方式变化的梯度磁场，在xyz三个方向上分别实现层面选择以及频率编码和相位编码等空间编码功能，使磁共振信号便于被重建成直观的图像，能够区分待测目标不同的空间位置信息。

由于法拉第电磁感应定律，这种变化的梯度磁场会在核磁共振成像系统中的导体结构感应产生涡流。根据毕奥—萨伐尔定律，涡流会在导体结构中产生涡流磁场。又因为楞次定律，涡流场会始终阻碍其产生源—梯度场的变化，使得梯度系统输出的梯度场波形产生畸变，空间编码产生偏差，最终导致重建出的磁共振图像产生伪影。因此，梯度涡流效应会对核磁共振成像系统的成像质量产生不利影响。

现有研究工作对核磁共振成像系统的梯度涡流提出了多种补偿方案。有通过电磁场设计与仿真的方式，为梯度线圈额外增加屏蔽线圈，通过被动屏蔽(自屏蔽)或主动屏蔽的方式来抵消梯度磁场产生的涡流影响，这种方法补偿效果好，但对系统加工精度要求高，需要高额硬件成本。另一种主流方法是通过模拟或数字梯度预增强的方式，为输入的常规梯度波形叠加上额外梯度电流，使得最终输出的梯度波形能够在受涡流影响后与常规设定梯度波形一致，这种方法只需要简单扩充硬件电路或在已有用于梯度计算的数字器件中通过软件实现相应功能，硬件成本低，适用范围广，也能与具有屏蔽线圈的系统配合适用，但不同的预增强梯度波形实现方式，会对涡流补偿效果造成较大的影响：CN109765512A提出一种磁共振梯度系统及其涡流补偿方法及装置，但是这个方法需要额外的硬件测量梯度波形，其使用的非线性拟合方法对初值敏感，可能出现预增强参数计算错误或者不准确的情况，造成无法更好地减小涡流，另外此方法并未考虑对主磁场方向B₀涡流进行补偿。CN112881959A提供了一种用于磁共振成像的梯度涡流补偿方法及系统，但此方法在使用最小二乘拟合时需要对衰减时间常数T设置时间范围，时间范围不准确将会导致拟合结果误差很大。

现有技术方案大多采用拟合—迭代方法进行补偿，容易产生累计误差，补偿过程操作复杂且耗时长，并且对于主磁场B₀项涡流测量和补偿一般采用单独的方案，没有与涡流直项和交叉项联合补偿，单独的补偿装置和补偿方法导致涡流补偿系统十分复杂，补偿效率低。

发明内容

本发明提出一种适用于超高场核磁共振成像系统的数字梯度预增强涡流补偿方法，并通过FPGA实现涡流补偿功能，为超高场核磁共振成像系统提供更快捷准确的涡流补偿方案，以有效提高其成像质量。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种用于超高场核磁共振成像系统的数字梯度预增强涡流补偿方法，该方法实现步骤包括：

1)获取涡流在各个方向(x、y、z和B₀)上随时间变化的非线性涡流函数和涡流传递函数，涡流传递函数包括直项涡流传递函数和交叉项涡流传递函数；