[发明专利]一种磁共振平面回波成像伪影仿真方法及系统

说明书

本发明公开了一种磁共振平面回波成像伪影仿真方法及系统，首先，对于K空间伪影，通过正常磁共振影像还原K空间数据，针对性地对K空间数据进行修改，然后重建出带有伪影的影像；对于磁化率伪影，通过正常磁共振影像构建磁化率模型，重建磁场分布，然后重建出带有畸变伪影的影像。本发明可通过少量的正常影像快速创建大量不同伪影类型、伪影程度的伪影数据集，为鉴别伪影、消除或减弱伪影的研究打下基础。相比于其他图像域伪影仿真方法，本发明根据EPI序列伪影产生的原理设计了仿真算法，所得到的条纹伪影、莫尔伪影、奈奎斯特伪影、磁化率伪影等图像具有良好的科学性、准确性与可解释性。

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术领域，具体涉及一种磁共振平面回波成像伪影仿真方法及系统。

背景技术

在临床医学成像应用中，伪影（artifacts）常常出现且几乎无法完全避免。磁共振成像伪影也是如此，这是指磁共振图像中的一些结构或信号强度是由于成像设备或成像技术而非源自成像物体中对应的解剖学基础结构产生的。这样的伪影信息很容易在临床医生的诊断中造成误导。因此，为了避免误诊，必须要有根据伪影图像识别伪影类型的能力。另一方面，优质的伪影影像数据集对于找到消除或减弱伪影的办法而言十分重要。

当下各种磁共振成像序列的开发都以追求快速成像为宗旨，其中平面回波成像技术（Echo-planar imaging, EPI）是目前最快速的磁共振成像方法之一。它在颅脑、心脏等器官的磁共振影像中均有着广泛的应用，尤其对于弥散张量磁共振成像（Diffusiontensor imaging, DTI）、脑功能磁共振成像（Functional magnetic resonance imaging,FMRI）等技术具有不可替代的作用。得益于快速的梯度切换以及高超的数控采集技术，EPI序列具有扫描速度快、对运动不敏感的特点。但是，这样的成像方法往往对梯度场或主磁场的异常极其敏感，这也是实际过程中EPI序列产生的伪影现象的概率要远大于其它序列的原因。

以下介绍几种临床磁共振成像系统中EPI序列常见的伪影。

在任何一个磁共振成像系统中，模拟信号与数字信号转换的出错是难免的，因为每对一个病人的成像需要的模数转换次数高达上千万次。这其中某一数据点数字化转变时发生错误就显得较为常见。单数据点数字化错误发生的原因往往与静电有关，尤其是在干燥的冬天，静电放电很容易发生。其次，射频线圈错误放置带来的感应电流也有概率使得这样的问题发生。由磁共振K空间单数据点数字化错误导致的磁共振成像伪影被称为条纹伪影（Stripe Artifact）。

在磁共振成像中，K空间中一行或多行数据丢失会引起程度不同的伪影，通常在相位编码步最弱（K空间中央）处丢失会产生最大的伪影，这样的伪影被称为莫尔伪影（MoerArtifact）。莫尔伪影产生的原因主要与梯度不稳定及过量的接收机噪声有关。

由于磁场的不均匀性，以及EPI序列通过正反梯度切换快速的读出信号，产生的涡流和化学位移等因素，使得其K空间的奇、偶回波之间容易积累相位差，容易在相位编码方向上产生伪影。当K空间数据的采样不满足奈奎斯特定理时，就会发生图像的混叠，称为奈奎斯特伪影（Nyquist Artifact）。

磁共振成像过程中相邻组织往往有着不同的磁化率，同时病理性对组织的改变如出血或组织铁沉积等都会引起局部的磁场不均匀，从而导致总磁场分布不均匀。在EPI序列中，由于相位编码方向带宽很小，在有偏共振效应的区域（局部磁场剧烈变化区域），就会产生图像的畸变。这样的伪影称为磁化率伪影（Susceptibility Artifact）。

传统的伪影仿真往往是在图像上根据不同伪影的表现方式主观地进行对图像的修改。而这样的方式往往会面临解释性不强、仿真结果失真、仿真结果单一等问题，使得目前的伪影数据集一直处于较低的质量与数量。