用于信號不均勻性校正和性能評估的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開的領(lǐng)域是磁共振（MR)系統(tǒng)和方法，且更具體地設(shè)及用于校正由非組織特 征引起的信號強度不均勻性的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由非組織特征引起的不均勻性是不希望有的和不可避免的幻像，其常常不利地影 響基于強度的定性和定量MR圖像分析。它在更高的磁場中且對于具有更高的電容率的物 體變得更嚴(yán)重，其中在物體中的RF場的波長與物體的尺寸可比較或小于物體的尺寸。在 MR成像中，接收器和發(fā)射線圈的缺點、靜態(tài)磁場不均勻性、射頻（R巧穿透、梯度驅(qū)動的滿電 流和物體相關(guān)電磁交互作用系統(tǒng)性地引起在圖像當(dāng)中的信號強度的變化，其也被稱為偏磁 場、強度不均勻性或暗影。MR信號不均勻性對磁共振成像（MRI)和磁共振光譜學(xué)（MR巧提 出主要挑戰(zhàn)。更具體地，甚至細(xì)微的信號不均勻性也可引起在圖像質(zhì)量上的大的降低，運必 須被醫(yī)師在觀看圖像時忽視，且因此常常妨礙診斷并引起治療延遲。而且，由信號不均勻性 引起的人工組織間變化性影響自動圖像處理算法，其依賴于給定組織由在整個圖像中的類 似Ξ維像素強度表示的假設(shè)。隨后，它減小了定量分析的準(zhǔn)確度并限制了計算機輔助診斷 的檢測靈敏度。最后，信號不均勻性增加了掃描儀間可變性。由于不同的線圈配置和在線 圈與待成像的物體之間的禪合，使用類似的協(xié)議獲取的但在不同的掃描儀上的MR圖像可 對相同的組織類型產(chǎn)生不相似的圖像強度。在縱向研究中在不同的部位和時間點當(dāng)中的可 變性是機器相關(guān)的，并超過可被校正的隨機或系統(tǒng)性錯誤。作為結(jié)果，所需的受試者的數(shù)量 必須增加W提高統(tǒng)計功率。例如，為了有在統(tǒng)計上可靠和重要的結(jié)果，阿爾茨海默病神經(jīng)影 像學(xué)（ADNI)在5年成像和跟蹤多于800個受試者上花費了 6千萬美元。
[000引在每個MR掃描開始之前，調(diào)節(jié)發(fā)射RF激發(fā)場的強度和RF接收機的增益W確保RF激發(fā)脈沖具有最佳頻率、強度和持續(xù)時間來引起期望MR信號是一般慣例。運并不一定意味 著預(yù)期RF激發(fā)場將在整個感興趣區(qū)中均勻地產(chǎn)生，或因而產(chǎn)生的MR信號將從感興趣區(qū)中 的所有位置均勻地被接收。在被研究的受試者的裝載之后由大部分發(fā)射線圈產(chǎn)生的RF場 是不均勻的，且大部分接收器線圈的接收場也是不均勻的。運對有缺點的線圈配置例如表 面線圈和相控陣線圈來說是特別正確的。即使發(fā)射和接收器線圈場對自由空間或在未加載 的條件中是均勻的，RF場的波行為和在受試者內(nèi)的穿透也可引起在整個感興趣區(qū)中的不均 勻的發(fā)射場和接收器靈敏度。而且，RF脈沖振幅的不正確的校準(zhǔn)、RF放大器或其它RF電子 設(shè)備的不穩(wěn)定性或漂移可導(dǎo)致不均勻的發(fā)射場。此外，在發(fā)射和接收器線圈之間的互感可 引起另外的不均勻性。不均勻的發(fā)射或接收器靈敏度或運兩者可引起在信號強度中的重影 偽影，且因此限制MR技術(shù)在研究和臨床環(huán)境中的應(yīng)用。
[0004]用于校正MR信號不均勻性的方法可被分類為主動和后處理方法。通過絕熱脈 沖、補償脈沖、射頻場補償技術(shù)和并行發(fā)射技術(shù)來實現(xiàn)主動方法。運些主動方法中的大部 分集中在由發(fā)射線圈引起的信號不均勻性的校正上；而只有并行發(fā)射技術(shù)部分地校正由 接收器線圈引起的不均勻性。后處理方法可進一步被分類成基于模型的（例如低通濾波、 統(tǒng)計建模和表面擬合）和基于測量的方法（美國專利號6, 757, 442,來自GE醫(yī)療系統(tǒng)全 球技術(shù)公司的Ainash2004;美國專利號7, 218, 107,來自皇家飛飛利浦電子設(shè)備N.V.的 化derer2007;美國專利號 7,672,498，來自西口子股份公司的Jellus2010;美國專利號 7,894,668,Boitano2011 和美國專利號 8, 213, 715,來自Fonar公司的Boitano2012)。 通常在MR信號不均勻性緩慢和平穩(wěn)地改變的假定之下建立大部分基于模型的方法。因此 被成像的物體的配置非常復(fù)雜，假設(shè)有時不是有效的。而且，基于模型的方法通常不考慮圖 像獲取和所成像的物體對不均勻性的影響。運些方法需要一些極大的初始努力和多方面的 技能來選擇恰當(dāng)?shù)哪Ｐ秃驼_的設(shè)置。另一方面，基于測量的方法關(guān)于影響信號不均勻性 的因素的現(xiàn)有知識包括性地合并到校正內(nèi)。怔reyWW，NarayanaPA. 1988;MurakamiJW等 人，1996;Lin巧GP等人，1998,來自東芝醫(yī)療系統(tǒng)公司的美國專利號US2012/0032677A1 Dannels(2012) ] 〇
[0005] 提出了用于估計在活體內(nèi)的發(fā)射場的很多方法。運些方法可被分類為基于MR 振幅的和基于MR相位的方法?；贛R振幅的方法包括雙翻轉(zhuǎn)角方法[Insko邸等人， 1993 ;化nnin曲amCH等人，2006]、雙脈沖自旋回波方法[JiruF等人，2006]、實際翻轉(zhuǎn)角 成像方法[Yarny化化，2007]和穩(wěn)態(tài)方法怔runner等人，2009]?；贛R脈沖的方法包 括BlochSiege;rt移動方法[Sacolick等人，2010]和相位方法[MorellDG，2008;Qiang YV，2012]。也提出了用于估計在活體內(nèi)的接收器靈敏度的各種方法。運些方法可被分類為 基于強度的、基于場的和k空間校準(zhǔn)方法?；趶姸鹊姆椒òA(yù)掃描方法（Pruessmann 等人，1999)、最小對比度方法（WangJ等人，2005a和2005b)和均勻磁化方法值aiW等 人，2011)。基于場的方法包括互易原則方法化oultD1等人，1976)、旋轉(zhuǎn)物體方法（Wang J等人，2009)、從發(fā)射場校準(zhǔn)（Watan油eH，2011)和電磁場方法（(WangJ等人2013,US 20130251227A1)。因為線圈靈敏度在空間上緩慢和平穩(wěn)地改變，所Wk空間校準(zhǔn)方法也 用于估計并行成像重構(gòu)的接收器靈敏度（GriswoldMA等人，2006;BreuerFA等人，2005; McKenzieCA等人，2007)。
[0006] 因此，信號強度不均勻性校正是設(shè)及具有不同的目標(biāo)的多個社區(qū)的挑戰(zhàn)性問題。 性能評估是在方法當(dāng)中的一致性的調(diào)查W及新穎的校正方法的存在和發(fā)展的優(yōu)化的考慮 因素。由于基礎(chǔ)真實數(shù)據(jù)的缺乏，使用在實驗上收集的人受試者MR數(shù)據(jù)的直接評估不是可 行的。最常用的評估基于計算機模擬。然而，因為確切地描述MR掃描儀程序很難，所W大 部分現(xiàn)有的基于模擬的性能評估方法產(chǎn)生差的有效性分?jǐn)?shù)且常常導(dǎo)致沖突聲明。在本公開 中，幻像和活體內(nèi)實驗用于評估各種信號不均勻性校正方法的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本公開設(shè)及用于校正MR信號不均勻性的新穎的活體內(nèi)方法。由發(fā)射場和接收器 靈敏度引起的不均勻性被單獨地量化并用于執(zhí)行不均勻性校正。該方法可增強MR成像和 MR光譜學(xué)技術(shù)的準(zhǔn)確度和精確度，并提高病理生理改變的檢測靈敏度。為了研究在不同算 法當(dāng)中的一致性并給最終用戶提供某些科學(xué)應(yīng)用的用于選擇特定的不均勻性校正方法的 合理基礎(chǔ)，本公開還包括評估各種信號不均勻性校正方法的性能的方法和裝置。
[0008] 各種因素例如接收器線圈、發(fā)射線圈和磁場變化、未補償?shù)臐M電流、波行為和物體 定位產(chǎn)生MR信號不均勻性。在它們當(dāng)中，線圈配置和波行為是主要源。它們不僅導(dǎo)致不均 勻的發(fā)射場，而且導(dǎo)致不均勻的接收器靈敏度。在本公開中，發(fā)射場和接收器靈敏度對信號 不均勻性的貢獻被單獨考慮和量化。作為結(jié)果，它們的負(fù)貢獻可被充分校正。使用幻像和 活體內(nèi)人腦實驗來評估和確認(rèn)信號不均勻性校正方法的性能。該方法可容易應(yīng)用于校正由 不同的成像方法，例如計算機斷層攝影（CT)、X射線、超聲和透射電子顯微鏡（TEM)所產(chǎn)生 的信號強度不均勻性偽影。校正方法基于導(dǎo)致在不同的成像方法中的信號強度不均勻性的 合格原因。
[0009]因此，根據(jù)本公開的方面，描述了一種方法，其可包括：使用各種序列和活體內(nèi)成 像參數(shù)產(chǎn)生一組信號強度圖像；使用所獲取的圖像估計相對翻轉(zhuǎn)角圖或相對發(fā)射場圖；估 計所有脈沖（射頻脈沖、再聚焦脈沖和磁化準(zhǔn)備脈沖）的圖，如果序列包括不同的射頻脈沖 或再聚焦脈沖或磁化準(zhǔn)備脈沖；估計根據(jù)Bloch方程校正的圖像的發(fā)射函數(shù)和相應(yīng)于給定 翻轉(zhuǎn)角的相對翻轉(zhuǎn)角；估計接收器靈敏度圖；從發(fā)射函數(shù)和接收器靈敏度計算相對校正圖 像；使相對校正圖像與為得到校正矩陣或圖像而校正的圖像配準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)化相對校正圖像； W及使用校正矩陣或圖像來校正不均勻的信號強度。
[0010] 性能評估被執(zhí)行W研究在方法當(dāng)中的一致性W及優(yōu)化現(xiàn)有校正方法并開發(fā)新穎 校正方法。由于基礎(chǔ)真實數(shù)據(jù)的缺乏，直接評估不是可行的。最常用的評估基于計算機模 擬。然而，因為確切地描述MR掃描儀程序很難，所W大部分現(xiàn)有的性能評估方法產(chǎn)生差的 有效性分?jǐn)?shù)，且常常導(dǎo)致沖突聲明。在本公開中，幻像和人受試者用于評估各種信號不均勻 性校正方法的性能。
[0011] 因此，根據(jù)本公開的其它方面，描述了一種方法，其可包括：使用各種序列和活體 內(nèi)成像參數(shù)產(chǎn)生均勻幻像的一組信號強度圖像；評估信號不均勻性校正方法的性能；使用 各種序列和活體內(nèi)成像參數(shù)W多個對比度（表示多個組織類型）和在活的人體內(nèi)產(chǎn)生幻像 的一組信號強度圖像；使用物理和化學(xué)方法測量每個組織成分的確切體積W用作基