[发明专利]一种降低特殊吸收率的压缩型螺旋梯度射频脉冲设计方法

说明书

一种降低特殊吸收率的压缩型螺旋梯度射频脉冲设计方法，在磁共振仪器上进行预扫描，得到扫描对象激发射频场的分布；根据目标激发轮廓计算出激发傅里叶空间即k空间能量的分布情况；由激发分辨率以及激发视野设计得到传统螺旋梯度轨迹；根据上述梯度轨迹结合k空间的能量分布情况设计螺旋梯度轨迹的压缩因子，得到压缩型螺旋梯度轨迹；根据激发目标和预扫描中射频场的分布，利用空间域的并行激发脉冲设计方法，计算出在压缩型螺旋梯度轨迹下，各个激发通道的射频脉冲波形及大小。相较于现有的螺旋梯度轨迹，本发明提出的方法可以在相近的激发效果下，降低各个发射通道的峰值射频强度，从而降低扫描对象所吸收的射频能量，即特殊吸收率(SAR)。

技术领域

本发明属于信息处理技术领域，涉及一种降低特殊吸收率的压缩型螺旋梯度射频脉冲设计方法。

背景技术

磁共振成像(MRI)是一种非侵入式无电离辐射的成像技术，其在软组织成像中的良好对比度，使磁共振成像在临床医学领域被广泛应用。为满足临床中对小病灶的检测需求，磁共振成像技术向着高分辨率、高信噪比发展，通常使得扫描时间延长，使扫描结果对运动、磁场不均匀性等更加敏感，从而导致图像模糊，或者信号丢失，反过来引起诊断的误差，限制了临床上的应用。

局部成像技术(rFOV)是一种通过减小成像区域来降低扫描时间、运动伪影、磁敏感伪影的技术。通常在扫描感兴趣的区域小于整个扫描区域的组织成像时使用，如：心脏、肝脏、小脑等。实现方案包括：正交激励法；扫描外区域抑制法；以及多维射频脉冲激励法。相较于正交激励法和扫描外区域抑制法，多维射频脉冲激励法的局部激发区域形状不局限于矩形或者其他多边形，可以实现任意形状的激发，因此多维射频脉冲激发法是激发形状有特殊要求的应用的首选。

多维脉冲激励法利用射频脉冲与梯度场的共同作用，对激发k空间进行合理填充，达到任意形状激发的目的，射频脉冲设计中需要考虑的问题包括：射频脉冲的安全性、脉冲长度等。首先，射频脉冲的安全性一直是脉冲设计中重点考虑的问题，临床以及科学研究中通常用特殊吸收率(SAR)或者温度的改变来定量表征脉冲的安全性，SAR的使用更为频繁。在数值上，SAR正比于射频脉冲峰值能量以及主磁场强度的平方。特别是在高场中，SAR过高更可能会引起扫描被试的体表灼伤。其次，待激发区域的轮廓边界越清晰以及结构越细微，所需激发时间就越长，从而使得激发结果对主磁场的不均匀性的敏感度越大，造成实际激发边界模糊。并行激发技术可以利用多个激发线圈具有不同空间敏感性的特点，加快激发时间，比如：双通道的并行激发线圈，可以将激发时长缩短为原来的一半。并行激发技术有效缩短了射频脉冲的激发时间，但该技术的缺点在于增大了脉冲的SAR，带来了潜在的安全隐患。

常用的降低SAR的技术包括：在射频脉冲设计过程中引入射频能量或者SAR的正则约束项；变切换率的选择性激发脉冲设计(VERSE)方法；采用螺旋梯度轨迹脉冲设计方法；以及梯度射频脉冲联合设计的方法。将射频能量或者SAR引入到射频脉冲的设计正则项中，虽然一定程度上可以约束所设计脉冲的SAR值，但需在激发轮廓的准确性上做出折衷。VERSE脉冲设计的方法，根据设计出的射频脉冲的能量情况，对激发梯度轨迹进行优化调整，已达到降低SAR的目的，该技术可以定量的约束脉冲的峰值能量，但可能需要多次迭代才能达到目标。梯度以及射频脉冲联合优化的设计方法将梯度轨迹进行参数化，采用双重优化的设计方案：第一重按照初始化的射频脉冲对梯度轨迹进行优化；第二重根据优化后的梯度轨迹对射频脉冲进行优化；将优化后的射频脉冲带入第一重梯度轨迹的优化中，再次优化梯度轨迹。由于优化参数众多，需要进行大量的迭代操作，普通电脑的脉冲设计时间较长,通常达数小时，限制了其在临床中的应用。

变密度螺旋的梯度轨迹设计方法是一种仅利用梯度轨迹降低SAR的脉冲设计方法，其中梯度轨迹在激发k空间中心过采样，即同样的k空间能量分散给更多的脉冲时间，从而使得射频脉冲峰值能量降低。其射频脉冲的设计方法可以采用带正则项约束的脉冲设计方法，可适当放松对正则项的约束，使脉冲的设计轮廓更加准确。在射频脉冲设计方面，该方法实现较为简单，但没有考虑k空间能量的分布特性，例如：考虑通常方块形的激发形状，k空间能量主要集中于k空间中心及kx、ky坐标轴上。