线圈灵敏图生成方法和平行成像方法以及磁共振成像装置 【发明领域】
本发明涉及线圈灵敏度图生成方法、平行成像方法以及磁共振成像(MRI)装置，更具体讲，涉及能够利用一般称为SENSE(灵敏度编码)的平行成像方法提高在自校准中得到的图像的均匀性的线圈灵敏图生成方法、平行成像方法以及MRI装置。
背景技术
例如，在下列文献中，对涉及SENSE的常规技术进行了描述：
(1)Pruessmann，K.P.，W6iger，M.，Scheidegg6r，M.B.，和Boesiger P.，Magn.Reson.Med.，42，952(1999)；和
(2)P.B.Roemer，W.A.Edelstein，C.E.Hayes，S.P.Souza，和O.M.Mueller，Magn.Reson.Med.，16，192-225(1990)。
图5为表示常规的MRI装置中进行平行成像处理操作的流程图。
在步骤J1，利用相控阵列线圈Coil_n(n＝1-N，N≥2)对整个FOV(视场)进行校准扫描，以得到与相控阵列线圈Coil_n相应的复合图像Cn。
在步骤J2，生成每个符合图像Cn的平方图像Cn2，并且生成平方图像Cn2的求和平方根图像As＝sqrt{∑Cn2}。“sqrt{}”为求平方根的函数。
在步骤J3，利用以下公式对相控阵列线圈Coil_n中的像素p的灵敏度因数Sn(p)′进行计算：
Sn(p)′＝Cn(p)/As(p)，
式中，将复合图像Cn中的像素p的像素值表示为Cn(p)，将求和平方根图像As中的像素p的像素值表示为As(p)。
在步骤J4，根据灵敏度因数Sn(p)′生成灵敏度图Sn′。
在步骤J5，利用相控阵列线圈Coil_1-Coil_N进行较小FOV的扫描，以得到相控阵列线圈Coil_1-Coil_N的相应的复合图像A1-AN。
在步骤J6，根据灵敏度图Sn′和复合图像A1-AN生成整个FOV地复合图像。
在步骤J7，重复进行步骤J5和J6，以得到理想数量的图像。
由于图5所示的常规的平行成像处理只利用相控阵列线圈Coil_n(“自校准”)生成灵敏度图Sn′，因此不需要利用体线圈获得单独的校准图像，由此具有使操作简化的优点。
然而，尽管利用复合图像Cn的平方图像Cn2的求和平方根图像As＝sqrt{∑Cn2}计算的灵敏度因数Sn(p)′提供了良好的S/N(信噪)比，但是，就图像均匀性来说，它们不是最佳的。即，通过常规的自校准得到的图像具有均匀性极差的缺点。
发明概述
因此，本发明的一个目的是提供一种能够提高自校准中得到的图像的均匀性的线圈灵敏图生成方法、平行成像方法以及MRI装置。
按照其第一方面，本发明提供了一种线圈灵敏图生成方法，其特征在于包括：当将通过对每个相控阵列线圈Coil_n(n＝1一N，N≥2)进行整个FOV校准扫描而得到的复合图像Cn中的像素p的像素值表示为Cn(p)，并且将通过将根据所述复合图像Cn生成的绝对值图像|Cn|相加而得到的求和图像Ab＝∑|Cn|中的像素p的像素值表示为Ab(p)时，利用下式计算相控阵列线圈Coil_n中的像素p的灵敏度因数Sn(p)
Sn(p)＝Cn(p)/Ab(p)；并且根据所述灵敏度因数Sn(p)，生成相控阵列线圈Coil_n的相应的灵敏度图Sn。
第一方面的线圈灵敏度图生成方法利用复合图像Cn的绝对值图像|Cn|的求和图像Ab＝∑|Cn|计算灵敏度因数Sn(p)，因此，与利用复合图像Cn的平方图像Cn2的求和平方根图像As＝sqrt{∑Cn2}相比，提高了图像的均匀性。
按照其第二方面，本发明提供了具有前述结构的线圈灵敏度图生成方法，其特征在于包括：通过对所述灵敏度因数Sn(p)进行曲线拟合生成灵敏度图Sn。
利用复合图像Cn的绝对值图像|Cn|的求和图像Ab＝∑|Cn|计算的灵敏度因数Sn(p)具有比利用复合图像Cn的平方图像Cn2的求和平方根图像As＝sqrt{∑Cn2}更差的S/N比。
但是，第二方面的线圈灵敏度图生成方法通过对灵敏度因数Sn(p)进行曲线拟合生成灵敏度图Sn，因此，能够抑制噪声的影响，从而提高S/N比。
按照其第三方面，本发明提供了具有前述结构的线圈灵敏度图生成方法，其特征在于包括：利用二维多项式进行二维曲线拟合。
第三方面的线圈灵敏度图生成方法利用二维多项式进行二维曲线拟合，因此，能够生成具有平滑表面的灵敏度图。
按照其第四方面，本发明提供了具有前述结构的线圈灵敏度图生成方法，其特征在于包括：利用二维二次多项式a·x2+b·y2+c·x+d·y+e·x·y+f进行二维曲线拟合。
第四方面的线圈灵敏度图生成方法利用二维二次多项式进行二维曲线拟合，因此，能够生成具有平滑表面的灵敏度图。
按照其第五方面，本发明提供了具有前述结构的线圈灵敏度图生成方法，其特征在于包括：利用由所述绝对值求和图像Ab的像素值Ab(p)的平方加权的最小二乘法进行曲线拟合。
绝对值求和图像Ab的像素值Ab(p)的平方的值在信号部分中较大而在噪声部分中较小。
因此，第五方面的线圈灵敏度图生成方法利用由所述绝对值求和图像Ab的像素值Ab(p)的平方加权的最小二乘法进行曲线拟合。由此，可以进一步抑制噪声的影响，以进一步提高S/N比。
按照其第六方面，本发明提供了一种平行成像方法，其特征在于包括：通过对相控阵列线圈Coil_n(n＝1-N，N≥2)进行整个FOV校准扫描得到相应的复合图像Cn；根据每个所述复合图像Cn生成绝对值图像|Cn|；通过将所述绝对值图像|Cn|相加生成求和图像Ab＝∑|Cn|；利用下式计算在相控阵列线圈Coil_n中的像素p的灵敏度因数Sn(p)：
Sn(p)＝Cn(p)/Ab(p)，式中，将所述复合图像Cn中的像素p的像素值表示为Cn(p)，并且将所述求和图像Ab中的像素p的像素值表示为Ab(p)；根据所述灵敏度因数Sn(p)生成相控阵列线圈Coil_n的相应的灵敏度图Sn；通过对相控阵列线圈Coil_n进行具有较小FOV的扫描得到相应的复数图An；并且根据所述灵敏度图Sn以及所述复数图An，生成整个FOV的复合图像。
第六方面的平行成像方法利用复合图像Cn的绝对值图像|Cn|的求和图像Ab＝∑|Cn|计算灵敏度因数Sn(p)，因此，与利用复合图像Cn的平方图像Cn2的求和平方根图像As＝sqrt{∑Cn2}相比，提高了图像的均匀性。
按照其第七方面，本发明提供了具有前述结构的平行成像方法，其特征在于包括：通过对所述灵敏度因数Sn(p)进行曲线拟合生成灵敏度图Sn。
利用复合图像Cn的绝对值图像|Cn|的求和图像Ab＝∑|Cn|计算的灵敏度因数Sn(p)具有比利用复合图像Cn的平方图像Cn2的求和平方根图像As＝sqrt{∑Cn2}差的S/N比。
但是，第七方面的平行成像方法通过对灵敏度因数Sn(p)进行曲线拟合生成灵敏度图Sn，因此，能够抑制噪声的影响，从而提高S/N比。
按照其第八方面，本发明提供了具有前述结构的平行成像方法，其特征在于包括：利用二维多项式进行二维曲线拟合。
第八方面的平行成像方法利用二维多项式进行二维曲线拟合，因此，能够生成具有平滑表面的灵敏度图。
按照其第九方面，本发明提供了具有前述结构的平行成像方法，其特征在于包括：利用二维二次多项式a·x2+b·y2+c·x+d·y+e·x·y+f进行二维曲线拟合。
第九方面的平行成像方法利用二维二次多项式进行二维曲线拟合，因此，能够生成具有平滑表面的灵敏度图。
按照其第十方面，本发明提供了具有前述结构的平行成像方法，其特征在于包括：利用由所述像素值Ab(p)的平方加权的最小二乘法进行曲线拟合。
绝对值求和图像Ab的像素值Ab(p)的平方的值在信号部分中较大而在噪声部分中较小。
因此，第十方面的平行成像方法利用由绝对值求和图像Ab的像素值Ab(p)的平方加权的最小二乘法进行曲线拟合。由此，可以进一步抑制噪声的影响，以进一步提高S/N比。
按照其第十一方面，本发明提供了一种MRI装置，其特征在于包括：一个用于发射RF(射频)脉冲的发射线圈；一个用于施加梯度磁场的梯度线圈；用于接收MR信号的相控阵列线圈Coil_n(n＝1-N，N≥2)；用于驱动所述发射线圈、梯度线圈和相控阵列线圈Coil_n，以进行整个FOV校准扫描并且得到与相控阵列线圈Coil_n相应的复合图像Cn的校准扫描装置；用于根据每个所述复合图像Cn生成绝对值图像 |Cn|并且通过将所述绝对值图像|Cn|相加生成求和图像Ab＝∑|Cn|的求和图像生成装置；用于利用以下公式计算在相控阵列线圈Coil_n中的像素p的灵敏度因数Sn(p)的灵敏度因数计算装置：
Sn(p)＝Cn(p)/Ab(p)，式中，将所述复合图像Cn中的像素p的像素值表示为Cn(p)，并且将所述求和图像Ab中的像素p的像素值表示为Ab(p)；以及用于根据所述灵敏度因数Sn(p)生成相控阵列线圈Coil_n的相应灵敏度图Sn的灵敏度图生成装置。
第十一方面的MRI装置能够适当地实施如第一方面所描述的线圈灵敏度图生成方法。
按照其第十二方面，本发明提供了具有前述结构的MRI装置，其特征在于：所述灵敏度图生成装置通过对所述灵敏度因数Sn(p)进行曲线拟合，生成灵敏度图Sn。
第十二方面的MRI装置能够适当地实施如第二方面所描述的线圈灵敏度图生成方法。
按照其第十三方面，本发明提供了具有前述结构的MRI装置，其特征在于：所述灵敏度图生成装置利用二维多项式进行二维曲线拟合
第十三方面的MRI装置能够适当地实施如第三方面所描述的线圈灵敏度图生成方法。
按照其第十四方面，本发明提供了具有前述结构的MRI装置，其特征在于：所述灵敏度图生成装置利用二维二次多项式a·x2+b·y2+c·x+d·y+e·x·y+f进行二维曲线拟合。
第十四方面的MRI装置能够适当地实施如第四方面所描述的线圈灵敏度图生成方法。
按照其第十五方面，本发明提供了具有前述结构的MRI装置，其特征在于：所述灵敏度图生成装置利用由所述像素值Ab(p)的平方加权的最小二乘法进行曲线拟合。
第十五方面的MRI装置能够适当地实施如第五方面所描述的线圈灵敏度图生成方法。
按照其第十六方面，本发明提供了一种MRI装置，其特征在于包括：一个用于发射RF脉冲的发射线圈；一个用于施加梯度磁场的梯度线圈；用于接收MR信号的相控阵列线圈Coil_n(n＝1-N，N≥2)；用于驱动所述发射线圈、梯度线圈和相控阵列线圈Coil_n，以对整个FOV进行校准扫描并且得到与相控阵列线圈Coil_n相应的复合图像Cn的校准扫描装置；用于根据每个所述复合图像Cn生成绝对值图像|Cn|并且通过将所述绝对值图像|Cn|相加生成求和图像Ab＝∑|Cn|的绝对值求和图像生成装置；用于利用以下公式计算在相控阵列线圈Coil_n中的像素p的灵敏度因数Sn(p)的灵敏度因数计算装置：
Sn(p)＝Cn(p)/Ab(p)，式中，将所述复合图像Cn中的像素p的像素值表示为Cn(p)，并且将所述求和图像Ab中的像素p的像素值表示为Ab(p)；用于根据所述灵敏度因数Sn(p)生成相控阵列线圈Coil_n的相应灵敏度图Sn的灵敏度图生成装置；用于驱动所述发射线圈、梯度线圈和相控阵列线圈Coil_n，以进行具有较小FOV的扫描并且得到相应的复合图像An的平行扫描装置；以及用于根据所述灵敏度图Sn和所述复合图像An生成整个FOV的复合图像的整个FOV图像生成装置。
第十六方面的MRI装置能够适当地实施如第六方面所描述的平行成像方法。
按照其第十七方面，本发明提供了具有前述结构的MRI装置，其特征在于：所述灵敏度图生成装置通过对灵敏度因数Sn(p)进行曲线拟合生成灵敏度图Sn。
第十七方面的MRI装置能够适当地实施如第七方面所描述的平行成像方法。
按照其第十八方面，本发明提供了具有前述结构的MRI装置，其特征在于：所述灵敏度图生成装置利用二维多项式进行二维曲线拟合。
第十八方面的MRI装置能够适当地实施如第八方面所描述的平行成像方法。
按照其第十九方面，本发明提供了具有前述结构的MRI装置，其特征在于：所述灵敏度图生成装置利用二维二次多项式a·x2+b·y2+c·x+d·y+e·x·y+f进行二维曲线拟合。
第十九方面的MRI装置能够适当地实施如第九方面所描述的平行成像方法。
按照其第二十方面，本发明提供了具有前述结构的MRI装置，其特征在于：所述灵敏度图生成装置利用由所述像素值Ab(p)的平方加权的最小二乘法进行曲线拟合。
第二十方面的MRI装置能够适当地实施如第十方面所描述的平行成像方法。
按照本发明的线圈灵敏度图生成方法、平行成像方法和MRI装置能够提高利用一般称为SENSE的平行成像方法进行自校准而得到的图像的均匀性。
根据以下对如附图所示的本发明的优选实施例的描述，本发明的其它目的和优点将会更加清楚。
附图简述
图1为按照本发明一个实施例的MRI装置的框图。
图2为表示按照本发明一个实施例的平行成像处理操作的流程图。
图3为表示按照本发明的绝对值求和图像Ab与常规的平方根求和图像As之间的差异的概念性示意图。
图4为示出了按照本发明的灵敏度图S1和S2与常规的灵敏度图S1′和S2′之间的差异的概念性示意图。
图5为示出了常规的平行成像处理的示意性操作的流程图。
本发明的详细描述
以下将参照在附图中示出的实施例，对本发明进行更详细的描述。
在MRI装置100中，磁铁部件1具有一个空腔B，用于将躺在台T上的受检者H放入其中，并且磁铁部件1包括围绕空腔B的一个用于生成恒定静磁场的静磁场线圈M、一个用于生成沿着X、Y和Z轴线的梯度磁场的梯度磁场线圈G以及一个用于发射RF脉冲的体线圈BC。
在受检者H的躯体周围布置用于接收MR信号的相控阵列线圈Coil_1和Coil_2。
将静磁场线圈M连接到静磁场电源电路2；将梯度磁场线圈G连接到梯度磁场驱动电路3；将体线圈BC连接到RF功率放大器4；并且将相控阵列线圈Coil_1和Coil_2连接到前置放大器5。
可以用永久磁铁代替静磁场线圈M。
顺序存储器电路8响应来自计算机7的指令，根据储存的脉冲序列，对梯度磁场驱动电路3进行操作，由此从梯度磁场线圈G生成梯度磁场；并且它还对栅极调制电路9进行操作，将来自RF振荡电路10的载波输出信号调制为预定周期和包络线形状的脉冲信号，在RF功率放大器4中对这个脉冲信号进行功率放大，然后提供给人体线圈BC，以发射用于有选择地激励在受检者H内的图像区域的RF脉冲。
前置放大器5对在相控阵列线圈CoIL_1和Coil_2接收到的来自受检者H的MR信号进行放大，并且将该信号输入到相位检测器12。相位检测器12利用来自RF振荡电路10的作为参考信号的载波输出信号对来自前置放大器5的MR信号进行相位检测并且将相位检测的信号提供给A-D转换器11。A-D转换器11将经过相位检测的模拟信号转换为数字数据并且将其输入到计算机7。
计算机7对输入的数字数据进行累加，并且生成相控阵列线圈Coil_1和Coil_2的线圈灵敏度图。它还进行图像构成处理，从而生成图像。此外，计算机7负责总体控制，如接收从操作员控制台13提供的信息。
显示器设备显示图像和消息。
图2为示出了在MRI装置100进行的平行成像处理操作的流程图。
在步骤V1，利用相控阵列线圈Coil_n(n＝1，2)对整个FOV进行校准扫描，从而得到与相控阵列线圈Coil_n相应的复合图像Cn。
在步骤V2，生成每个复合图像Cn的绝对值图像|Cn|并且生成绝对值图像|Cn|的求和图像Ab＝∑|Cn|。
在步骤V3，利用以下公式计算在相控阵列线圈Coil_n中的像素p的灵敏度因数Sn(p)：
Sn(p)＝Cn(p)/Ab(p)，式中，将所述复合图像Cn中的像素p的像素值表示为Cn(p)，并且将绝对值求和图像Ab中的像素p的像素值表示为Ab(p)。
在步骤V4，如果操作员命令进行曲线拟合，则将程序转到步骤V5；而如果操作员命令不进行曲线拟合，则将程序转到步骤V6。
在步骤V5，通过将灵敏度因数Sn(p)与二维二次多项式Z＝a·x2+b·y2+c·x+d·y+e·x·y+f进行二维曲线拟合，生成灵敏度图Sn。这是通过对绝对值求和图像Ab的像素值Ab(p)的平方使用加权最小二乘法完成的。确切地说，计算使评价函数En最小的Zn：
En＝∑Ab(p)2·(Sn(p)-Zn(p))2并且将Zn定义为灵敏度图Sn。然后，程序转到步骤V7。
在步骤V6，根据灵敏度因数Sn(p)生成灵敏度图Sn。然后程序转到步骤V7。
在步骤V7，利用相控阵列线圈Coil_1-Coil_N进行具有较小FOV的扫描，从而得到相控阵列线圈Coil_1-Coil_N的相应复合图像A1-AN。
在步骤V8，根据灵敏度图Sn和复合图像A1-AN生成整个FOV的复合图像。
在步骤V9，重复进行步骤V7和V8，以得到理想数量的图像。
图3为示出了按照本发明的绝对值求和图像Ab与常规的平方根求和图像As之间的差异的概念性示意图。
按照本发明的绝对值求和图像Ab具有比常规的平方根求和图像As更高的均匀性。
图4为示出了按照本发明的灵敏度图S1和S2与常规的灵敏度图S1′和S2′之间的差异的概念性示意图。
按照本发明的灵敏度图S1和S2比常规的灵敏度图S1′和S2′变化得更平缓。
根据MRI装置100，可以得到以下效果：
(1)由于利用绝对值求和图像Ab＝∑|Cn|计算灵敏度因数Sn(p)，因此，与利用求和平方根图像As＝sqrt{∑Cn2}相比，提高了图像的均匀性。
(2)由于利用二维二次多项式进行二维曲线拟合，因此，可以生成具有平滑表面的灵敏度图，并且可以抑制噪声的影响，从而提高了S/N比。此外，同时利用加权最小二乘法对绝对值求和图像Ab的像素值Ab(p)的平方进行曲线拟合，可以进一步抑制噪声的影响，从而进一步提高了S/N比。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以设计本发明的许多不同的实施例。应该理解，除了在所附权利要求中所规定的以外，本发明并不局限于本说明中所描述的特定实施例。