[发明专利]磁共振成像脉冲序列设计方法

说明书

本申请涉及一种基于机器学习的磁共振静音序列设计方法，其步骤包括：序列参数模型的构建、K空间轨迹的限定、序列噪声预测、利用机器学习方法进行序列参数设计。通过本发明的技术方案，可以设计出更多样的静音序列，提供更多可能的磁共振序列降噪方案。

技术领域

本申请涉及磁共振技术领域，特别涉及一种磁共振成像脉冲序列设计方法。

背景技术

作为一种被广泛应用的非侵入性成像方式，磁共振成像(Magnetic ResonanceImaging,MRI)在临床诊断和科学研究中具有不可取代的地位。然而，扫描过程中梯度线圈产生的噪音可达100dBA以上，给患者，尤其是婴幼儿将带来严重的健康和安全风险。成年人过度暴露于噪音环境将导致听力损伤、诱发自主神经系统刺激，可能导致高血压和心血管疾病。噪音环境还是导致胎儿丧失高频听力、早产和宫内发育迟缓的因素之一。

磁共振扫描期间的噪声主要由梯度线圈和其他机械结构的机械振动产生。作用在梯度线圈上的洛伦兹力的强度与电流幅度和磁场强度成正比。梯度线圈电流的变化改变洛伦兹力并引起在空气中产生声波的机械振动，即导致了噪声。随着高场磁共振的普及在技术开发和临床实践中的普及，噪声所带来的安全性问题也越来越迫切。

噪声的频谱取决于两个因素：扫描仪的固有声学频率响应特性(硬件) 和序列的频率特性(软件)。梯度波形、爬升速率、幅值以及读出带宽对序列的频率特性起主要决定作用。序列降噪方法通过修改序列结构、梯度波形或成像参数，改变电流从而改变施加于线圈上的洛伦兹力，达到降低噪音的效果。然而，目前的静音序列设计方式一般通过使序列梯度变平滑或降低梯度幅值来降低序列的噪音，局限于人的思维，很难探索更多可能性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种磁共振静音序列设计方法，包括序列参数模型构建步骤、K空间轨迹限定步骤、序列噪声预测步骤以及优化步骤：

序列参数模型构建步骤：定义参数组，建立第一映射关系和/或第二映射关系；

K空间轨迹限定步骤：利用磁共振成像物理原理和/或成像系统的硬件条件，对参数组和/或序列施加约束；

序列噪声预测步骤：对于生成的脉冲序列梯度波形，量化表示扫描过程中所产生噪声的声学特征；

优化步骤：利用机器学习方法，针对参数组进行参数优化；

其中，所述第一映射关系为参数组与K空间之间的映射关系，第二映射关系为参数组与脉冲序列梯度之间的映射关系。

优选地，所述序列噪声预测步骤包括：

将磁共振扫描仪视为线性系统，将梯度波形g(t)和脉冲响应函数h(t)的卷积作为声学响应s(t)，则声学响应s(t)的频谱S(f)，能够以梯度波形g(t)和脉冲响应函数h(t)在频域中的乘法表示，即有第一公式：

S(f)＝G(f)·H(f)

其中，时域声学响应s(t)与其频谱S(f)互为傅里叶变换，梯度波形g(t)与函数G(f)互为傅里叶变换，脉冲响应函数h(t)与频率响应函数H(f)互为傅里叶变换。

优选地，所述频率响应函数H(f)通过测试得到，频率响应函数H(f)的测试方法包括：

利用3T磁共振成像系统，根据美国国家电气制造商协会MS4标准进行测试；

测试过程中，传感器设置在磁共振成像设备的磁体中心。

优选地，所述序列噪声预测步骤包括：

经过噪声预测得到设定的脉冲序列对应产生的噪声频谱后：

-通过A计权滤波器转换为A计权声压级表征音量大小；和/或

-通过频域熵的定义计算频谱熵表征音色。