1.本发明属于磁共振成像的技术领域，具体涉及一种基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法、系统、设备及介质。
背景技术：2.磁共振成像作为一种多参数、多对比度的成像技术，是现代医疗影像学中主要的成像方式之一。磁共振成像可以反映组织t1、t2和质子密度等多种特性，可为病灶检出和疾病诊断提供重要信息。磁共振成像的基本工作原理是利用磁共振现象，采用射频激励激发人体中的氢质子，运用梯度场进行位置编码，随后采用接收线圈接收带位置信息的电磁型号，最终利用傅里叶变换重建出图像信息，如图1所示。
3.磁共振成像技术之一的弥散加权成像(dwi)技术，可在不需要外源性造影剂的情况下提供人体微观组织结构的独特信息，因此dwi技术已广泛应用在颅脑的诊疗工作中。由于dwi技术相比其它磁共振成像技术在显示微观组织特征上有明显优势，dwi技术在心脏上的应用前景受到了心血管影像专家的重点关注。由于心动周期中固有的非刚性变形、呼吸运动引起的心肌移位、b0场不均匀性等，心脏dwi技术距离临床应用仍有巨大差距。传统的单次激发dwi技术由于容易受到b0场不均匀性和组织磁敏感特性的影响，生成的dwi图像会产生几何畸变、信号损失和模糊。二阶运动补偿dwi尽管可以降低对心脏运动的敏感性，提高心肌弥散成像的鲁棒性，但目前采集分辨率最高仅达到2.5
×
2.5mm2，仍然存在采集分辨率不足的问题。因此，目前仍然需要找到一种同时具备鲁棒性高、分辨率高两种特点的心脏dwi成像技术方法，从而推动心脏dwi技术正式进入临床应用阶段。磁共振成像作为一种多参数、多对比度的成像技术，是现代医疗影像学中主要的成像方式之一。磁共振成像可以反映组织t1、t2和质子密度等多种特性，可为病灶检出和疾病诊断提供重要信息。磁共振成像的基本工作原理是利用磁共振现象，采用射频激励激发人体中的氢质子，运用梯度场进行位置编码，随后采用接收线圈接收带位置信息的电磁型号，最终利用傅里叶变换重建出图像信息，如图1所示。
4.磁共振成像技术之一的弥散加权成像(dwi)技术，可在不需要外源性造影剂的情况下提供人体微观组织结构的独特信息，因此dwi技术已广泛应用在颅脑的诊疗工作中。由于dwi技术相比其它磁共振成像技术在显示微观组织特征上有明显优势，dwi技术在心脏上的应用前景受到了心血管影像专家的重点关注。由于心动周期中固有的非刚性变形、呼吸运动引起的心肌移位、b0场不均匀性等，心脏dwi技术距离临床应用仍有巨大差距。传统的单次激发dwi技术由于容易受到b0场不均匀性和组织磁敏感特性的影响，生成的dwi图像会产生几何畸变、信号损失和模糊。二阶运动补偿dwi尽管可以降低对心脏运动的敏感性，提高心肌弥散成像的鲁棒性，但目前采集分辨率最高仅达到2.5
×
2.5mm2，仍然存在采集分辨率不足的问题。因此，目前仍然需要找到一种同时具备鲁棒性高、分辨率高两种特点的心脏dwi成像技术方法，从而推动心脏dwi技术正式进入临床应用阶段。
技术实现要素：5.本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法、系统、设备及介质，降低心脏运动对图像质量的影响，并提高弥散加权图像的分辨率，进而推动心脏dwi技术正式进入临床应用阶段。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供的一种基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法，包括下述步骤：
8.基于二阶运动补偿的弥散加权成像dwi设计，在90
°
脉冲激发后、180
°
回聚脉冲前后分别施加一阶运动补偿的扩散梯度，构成二阶运动补偿，使磁化矢量获得扩散加权，随后立即使用平面回波技术进行信号采集；
9.基于二维脉冲小视野成像的dwi设计，提出基于二维平面回波激励的二维脉冲，二维激励脉冲能对选片和相位编码方向进行独立控制，实现小视野激励成像，所述基于二维脉冲小视野成像的dwi的相位编码方向采用激励k空间的读方向；二维脉冲的表达如下：
10.b1(t)＝c(α)
·ass
(k
ss
(t))
·ape
(k
pe
(t))
·
||g(t)||
11.其中，c(α)定义为对应翻转角，a
ss
(k)和a
pe
(k)分别为对应于选片和相位编码方向的脉冲设计，||g(t)||对应于用于标定rf随着时间变化的梯度波形，因此k
ss
(t)和k
pe
(t)对应于激励k空间，采用平面回波轨迹，表达如下：
12.k(t)＝k
ss
(t)+i
·kpe
(t)
·
tan(θ)
13.其中，θ定义为激励k空间的倾斜角；
14.将二维脉冲小视野成像和二阶运动补偿弥散编码相结合，首先采用二维脉冲对小时视野进行激励，将纵向磁化激励到横向平面，然后施加二阶运动补偿的流动补偿弥散编码梯度，最后读出k空间数据，从而获得对运动不敏感的弥撒加权图像。
15.作为优选的技术方案，在设计二阶运动补偿的弥散加权成像dwi的步骤中，同时采用呼吸导航技术与心电门控技术进行信号采集；并且在心脏收缩中期进行信号采集，将心电门控采集的时间设置为心脏收缩末期时间的65％。
16.作为优选的技术方案，在构成二阶运动补偿时，设计六个梯度脉冲以实现加速度的加速度补偿扩散编码，所述梯度脉冲的幅度关系如下：
[0017][0018]
g3＝g
2-g1[0019]
因此，对应的b值表示如下：
[0020][0021]
同理，为了达到所需的b值，则有
[0022]
[0023][0024][0025]
定义梯度波形在中点处为零时刻，即g1、g2和g3之和为零，因此将引入损毁梯度脉冲。
[0026]
作为优选的技术方案，在基于二维脉冲小视野成像的设计的步骤中，脉冲的间隔采用了在周期性波瓣之间在尖头方向上的间隔方式，公式如下：
[0027][0028]
其中，n
blip
是梯度波形中blip的数量，tbw
ss
是层方向上的时间带宽积，δz为层厚度。
[0029]
作为优选的技术方案，在基于二维脉冲小视野成像的设计的步骤中，单次采集成像中不引起任何信号丢失的同时层数数量上限由二维激励脉冲轮廓的周期性波瓣之间的切片数量决定，公式如下所示：
[0030][0031]
若需要增加单次采集所得的最大层数，需要增加n
blip
或减少tbw
ss
，这将分别导致射频脉冲时间延长，切片轮廓的锐利度降低；
[0032]
在回波平面激发期间，脂肪由于其化学位移而相对于水发生位移，该空间位移沿切片方向，公式如下所示：
[0033][0034]
其中，f
cs
为脂肪的化学位移频率，t
fast
为一个梯度子瓣在进动更快的方向上的持续时间。
[0035]
作为优选的技术方案，在基于二维脉冲小视野成像的设计的步骤中，对梯度波形旋转θ度，从而有效地旋转回波平面轨迹，具体实现方式如下述公式所示，
[0036]krot
(t)＝(w1k
ss
(t)+iw2k
pe
(t))e
jθ
[0037]
其中，w1和w2均为缩放常数，以确保原始和旋转后的激励的k空间采集轨迹之间有足够大的重叠范围，为了使旁瓣完全位于成像区域之外，需要在相位编码方向上向上/向下推动等于或大于成像层面厚度的距离，即为fov
pe
，因此，满足此要求的最小旋转角度如下所示：
[0038][0039]
作为优选的技术方案，使用shinnar-le roux变换后，在旋转的激励轨迹上设计层面选择方向和相位编码方向的一维射频脉冲，进而实现自由缩放tbw
ss
以保持dwi成像区域fov的大小，有倾斜角度的二维脉冲由如下公式所示：
[0040]b1，rot
(t)＝c(α)
·ass
(k
ss，rot
(t))
·ape
(k
pe，rot
(t))
·
||g
rot
(t)||
[0041]
其中，k
ss，rot
(t)＝re{k
rot
(t)}；同时，k
pe，rot
(t))＝im{k
rot
(t)}；
[0042]
沿实际切片方向的脂肪-水分离可以计算下公式所示：
[0043][0044]
本发明另一方面提供了一种基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像系统，包括第一dwi设计模块、第二dwi设计模块以及弥散加权成像模块；
[0045]
所述第一dwi设计模块，用于基于二阶运动补偿的弥散加权成像dwi设计，在90
°
脉冲激发后、180
°
回聚脉冲前后分别施加一阶运动补偿的扩散梯度，构成二阶运动补偿，使磁化矢量获得扩散加权，随后立即使用平面回波技术进行信号采集；
[0046]
所述第二dwi设计模块，用于基于二维脉冲小视野成像的dwi设计，提出基于二维平面回波激励的二维脉冲，二维激励脉冲能对选片和相位编码方向进行独立控制，实现小视野激励成像，所述基于二维脉冲小视野成像的dwi的相位编码方向采用激励k空间的读方向；二维脉冲的表达如下：
[0047]
b1(t)＝c(α)
·ass
(k
ss
(t))
·ape
(k
pe
(t))
·
||g(t)||
[0048]
其中，c(α)定义为对应翻转角，a
ss
(k)和a
pe
(k)分别为对应于选片和相位编码方向的脉冲设计，||g(t)||对应于用于标定rf随着时间变化的梯度波形，因此k
ss
(t)和k
pe
(t)对应于激励k空间，采用平面回波轨迹，表达如下：
[0049]
k(t)＝k
ss
(t)+i
·kpe
(t)
·
tan(θ)
[0050]
其中，θ定义为激励k空间的倾斜角；
[0051]
所述弥散加权成像模块，用于将二维脉冲小视野成像和二阶运动补偿弥散编码相结合，首先采用二维脉冲对小时视野进行激励，将纵向磁化激励到横向平面，然后施加二阶运动补偿的流动补偿弥散编码梯度，最后读出k空间数据，从而获得对运动不敏感的弥撒加权图像。
[0052]
本发明又一方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
[0053]
至少一个处理器；以及，
[0054]
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0055]
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法。
[0056]
本发明再一方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现所述的基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法。
[0057]
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0058]
本发明将设计二阶运动补偿dwi以克服心脏运动对图像质量的影响，提高dwi的鲁棒性；其次，本发明拟采用基于二维脉冲的高清小视野成像技术提高dwi的采集分辨率；最后，本发明首次将基于二维脉冲的高清小视野成像技术和二阶运动补偿dwi技术相结合，实现一种鲁棒性高、分辨率高的心脏dwi技术。
附图说明
[0059]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0060]
图1为本发明实施例基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法的流程图；
[0061]
图2为本发明实施例二阶运动补偿dwi序列时序图；
[0062]
图3为为本发明实施例基于二维脉冲小视野成像的dwi序列时序图；
[0063]
图4为基于为本发明实施例二维脉冲小视野成像的二阶运动补偿dwi序列框图；
[0064]
图5为各类心脏dwi成像技术图像质量对比图。
[0065]
图6为本发明实施例基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像系统的方框图。
[0066]
图7为本发明实施例电子设备的结构图。
具体实施方式
[0067]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0068]
在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0069]
本发明基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法，具体步骤分为二阶运动补偿dwi的设计、基于二维脉冲小视野成像的dwi设计以及基于二维脉冲小视野成像的二阶运动补偿dwi的设计优化三个步骤，如图1所示，其具体技术方案如下：
[0070]
(1)二阶运动补偿dwi的设计：
[0071]
二阶运动补偿dwi序列的时序图如图2所示，在90
°
脉冲激发后，在180
°
回聚脉冲前后各施加一阶运动补偿的扩散梯度，构成二阶运动补偿，使磁化矢量获得扩散加权，随后立即使用平面回波技术进行信号采集。
[0072]
为了降低呼吸运动与心脏运动对dti参数的影响，本发明拟同时采用呼吸导航技术与心电门控技术进行信号采集。为保证弥散加权图像后处理分析精度，本发明拟在心脏收缩中期进行采集，并将心电门控采集的时间为收缩末期时间的65％。
[0073]
进一步的，下面对二阶运动补偿dwi的设计从以下两个方面进行具体说明：
[0074]
(1-1)运动补偿方案：
[0075]
磁共振信号采集在很大程度上反应了磁矩自旋相位的实时变化，这主要受磁矩自旋位置变化和激发脉冲梯度波形之间的相互作用影响，本发明中将其定义为公式(1)所示，
[0076][0077]
其中γ定义为旋磁比，g和r分别为射频脉冲的梯度波形和磁矩自旋位移矢量。本发明中将通过对位移矢量进行幂级数展开，可以得到自旋相位对各个运动分量(如位置r0、速度v0)和梯度矩(如零矩m0、一阶矩m1和更高阶)的关系进行明确描述：
[0078][0079][0080][0081]
物体运动引起的自旋相位变化并不一定会导致磁共振图像的运动伪影。但是，若体素内磁矩的运动规律具有变化，运动伪影会更明显。dwi由于受到梯度磁矩与相位编码方式的影响，更容易受到运动伪影的影响。本发明拟通过流动补偿梯度的方法以补偿人体心脏内血流信号的运动。
[0082]
(1-2)二阶运动补偿设计：
[0083]
由于自旋相位的快速反转降低了扩散编码b值，因此高阶运动补偿扩散编码梯度波形必须使用数量更少、但持续时间更长的梯度脉冲，从而达到既能最小化回波时间又最大化扩散编码水平的目的。在目前的工作中，最佳运动补偿自旋回波扩散编码波形由放置在重聚焦射频脉冲两侧的最小且相等数量的梯度脉冲组成。为了使第二个时刻为零并获得所需的b值，补偿加速度的扩散编码波形应由至少四个交替脉冲组成，用于等持续时间梯形编码脉冲。在本发明中，我们使用二项式展开，展开方式如公式(2)、(3)、(4)所示。在实现过程中，本发明需要四个扩散编码梯度脉冲来补偿加速度，从而增加特定b值所需的扩散时间，公式(5)所示为梯度峰值的表达式，
[0084][0085]
其中，δ为第一个扩散梯度扩散脉冲与第三个扩散脉冲前沿之间的时间间隔，而δ是单个扩散梯度脉冲的持续时间；本发明用τ来表示梯度爬升时间，梯度幅度大小和时间设置将对应于扩散编码b值如公式(6)所示，
[0086][0087]
再者，为了达到所需的b值，则有
[0088][0089][0090]
由公式(7)与公式(8)中可见，g1与g2不相等，这意味着磁矩在重聚射频脉冲激发之前并未完全重聚，因此不需要额外增加损毁脉冲。
[0091]
按照上述的思路，本发明总共设计六个梯度脉冲以实现加速度的加速度补偿扩散
编码。所需的梯度脉冲幅度关系如公式(9)与公式(10)所示，
[0092][0093]
g3＝g
2-g1ꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0094]
因此，对应的b值，则为公式(11)所示，
[0095][0096]
同理，为了达到所需的b值，则有
[0097][0098][0099][0100]
定义梯度波形在中点处为零时刻，即g1、g2和g3之和为零，因此本发明将引入损毁梯度脉冲。
[0101]
(2)基于二维脉冲小视野成像的dwi设计：
[0102]
为了实现小视野成像，本发明拟提出基于二维平面回波激励的二维脉冲，二维激励脉冲能够对选片和相位编码方向进行独立控制，从而实现小视野激励成像，这种基于二维脉冲小视野成像技术dwi的相位编码方向采用激励k空间的读方向，基于二维脉冲小视野成像的dwi序列时序图如图3所示；二维脉冲由如下公式(15)所示，
[0103]
b1(t)＝c(α)
·ass
(k
ss
(t))
·ape
(k
pe
(t))
·
||g(t)||
ꢀꢀ
(15)
[0104]
其中，c(α)定义为对应翻转角，a
ss
(k)和a
pe
(k)分别为对应于选片和相位编码方向的脉冲设计。||g(t)||对应于用于标定rf随着时间变化的梯度波形，因此k
ss
(t)和k
pe
(t)对应于激励k空间，采用平面回波轨迹，
[0105]
k(t)＝k
ss
(t)+i
·kpe
(t)
ꢀꢀ
(16)
[0106]
在本发明运用的脉冲设计中，脉冲的间隔采用了在周期性波瓣之间在尖头方向上的间隔方式。
[0107][0108]
其中n
blip
是梯度波形中blip的数量，tbw
ss
是层方向上的时间带宽积，δz为层厚度。
[0109]
单次采集成像中不引起任何信号丢失的同时层数数量上限由二维激励脉冲轮廓的周期性波瓣之间的切片数量决定，如公式(18)中所示，
[0110][0111]
若需要增加单次采集所得的最大层数，需要增加n
blip
或减少tbw
ss
，这将分别导致射频脉冲时间延长，切片轮廓的锐利度降低。
[0112]
在回波平面激发期间，脂肪由于其化学位移而相对于水发生位移。该空间位移沿切片方向，如公式(19)所示，
[0113][0114]
其中，f
cs
为脂肪的化学位移频率，t
fast
为一个梯度子瓣在进动更快的方向上的持续时间。本发明中的δd
cs
需要足够大才得以确保脂肪和水激发曲线之间没有重叠，允许180
°
重聚脉冲来选择水曲线并抑制脂肪信号。
[0115]
如果旁瓣以一定角度激发在成像区域以外，可以消除成像切片覆盖范围的限制。为此，本发明对梯度波形旋转θ度，从而有效地旋转回波平面轨迹，具体实现方式如公式(20)所示，
[0116]krot
(t)＝(w1k
ss
(t)+i w2k
pe
(t))e
jθ
ꢀꢀ
(20)
[0117]
其中，w1和w2均为缩放常数，以确保原始和旋转后的激励的k空间采集轨迹之间有足够大的重叠范围。为了使旁瓣完全位于成像区域之外，本发明需要在相位编码方向上向上/向下推动等于或大于成像层面厚度的距离，即为fov
pe
。因此，满足此要求的最小旋转角度如公式(21)所示。
[0118][0119]
本发明使用shinnar-le roux变换后，在旋转的激励轨迹上设计层面选择方向和相位编码方向的一维射频脉冲，进而实现自由缩放tbw
ss
以保持dwi成像区域fov的大小，有倾斜角度的二维脉冲由如下公式(22)所示，
[0120]b1，rot
(t)＝c(α)
·ass
(k
ss，rot
(t))
·ape
(k
pe，rot
(t))
·
||g
rot
(t)||
ꢀꢀ
(22)
[0121]
其中，k
ss，rot
(t)＝re{k
rot
(t)}；同时，k
pe，rot
(t))＝im{k
rot
(t)}；
[0122]
沿实际切片方向的脂肪-水分离可以计算如公式(23)所示，
[0123][0124]
(3)基于二维脉冲小视野成像的二阶运动补偿dwi序列设计：
[0125]
为了解决常规心脏dwi技术鲁棒性低与空间分辨率不足这两大关键技术问题，本发明首次将二维脉冲小视野成像和二阶运动补偿弥散编码相结合，其序列框图如图4所示。本发明首先采用二维脉冲对小时视野进行激励，将纵向磁化激励到横向平面，然后施加二阶运动补偿的流动补偿弥散编码梯度，最后读出k空间数据，从而获得对运动不敏感的弥撒加权图像。
[0126]
在本技术的另一个是实施例中，所用的样本来自广东省人民医院，纳入10例无心血管病史的健康志愿者，主要用于本研究中序列的设计优化。
[0127]
本发明拟在3.0t磁共振扫描仪(phillip ingenia cx 3.0 t)下进行，采用专用心脏线圈、心电门控、呼吸门控设备进行信号采集。对短轴心尖部、中间部以及基底部三个切面进行基于二维脉冲小视野成像的二阶运动补偿dwi序列扫描，主要参数：扫描野200mm
×
100mm，采集分辨率2.0
×
2.0mm2，重复时间2000ms，回波时间65ms，层厚8mm，翻转角90
°
，采集时相选择收缩期中期(收缩末期时间的65％)，b值分别采用0、300s/mm2，采集平均次数为10，采集模式采用自由呼吸下的呼吸道航。
[0128]
同时，为了对比本发明相比其它类似技术的优势，本实例对比了在b值同样为300s/mm2、采集分辨率同样为2.0
×
2.0mm2前提下，全视野无二阶运动补偿dwi序列、二阶运动补偿dwi序列、基于二维脉冲小视野成像的dwi序列三种其它方法的图像质量。如图5所示，a表示全视野无二阶运动补偿的心脏dwi；b表示二阶运动补偿dwi；c表示二维脉冲小视野成像dwi；d表示基于二维脉冲小视野成像的二阶运动补偿dw，从图中可以看出，基于二维脉冲小视野成像的二阶运动补偿dwi图像的流动液体信号与心肌壁信号丢失较少，同等采集分辨率与b值的前提下图像信噪比相对较高。
[0129]
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。
[0130]
基于与上述实施例中的基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法相同的思想，本发明还提供了基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像系统，该系统可用于执行上述基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法。为了便于说明，基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像系统实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
[0131]
请参阅图6，在本技术的另一个实施例中，提供了一种基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像系统100，该系统包括第一dwi设计模块101、第二dwi设计模块102以及弥散加权成像模块103；
[0132]
所述第一dwi设计模块101，用于基于二阶运动补偿的弥散加权成像dwi设计，在90
°
脉冲激发后、180
°
回聚脉冲前后分别施加一阶运动补偿的扩散梯度，构成二阶运动补偿，使磁化矢量获得扩散加权，随后立即使用平面回波技术进行信号采集；
[0133]
所述第二dwi设计模块102，用于基于二维脉冲小视野成像的dwi设计，提出基于二维平面回波激励的二维脉冲，二维激励脉冲能对选片和相位编码方向进行独立控制，实现小视野激励成像，所述基于二维脉冲小视野成像的dwi的相位编码方向采用激励k空间的读方向；二维脉冲的表达如下：
[0134]
b1(t)＝c(α)
·ass
(k
ss
(t))
·ape
(k
pe
(t))
·
||g(t)||
[0135]
其中，c(α)定义为对应翻转角，a
ss
(k)和a
pe
(k)分别为对应于选片和相位编码方向的脉冲设计，||g(t)||对应于用于标定rf随着时间变化的梯度波形，因此k
ss
(t)和k
pe
(t)对应于激励k空间，采用平面回波轨迹，表达如下：
[0136]
k(t)＝k
ss
(t)+i
·kpe
(t)
·
tan(θ)
[0137]
其中，θ定义为激励k空间的倾斜角；
[0138]
所述弥散加权成像模块103，用于将二维脉冲小视野成像和二阶运动补偿弥散编码相结合，首先采用二维脉冲对小时视野进行激励，将纵向磁化激励到横向平面，然后施加二阶运动补偿的流动补偿弥散编码梯度，最后读出k空间数据，从而获得对运动不敏感的弥撒加权图像。
[0139]
需要说明的是，本发明的基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像系统与本发明的基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法一一对应，在上述基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适
用于基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像的实施例中，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述，特此声明。
[0140]
此外，上述实施例的基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像系统的实施方式中，各程序模块的逻辑划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如出于相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像系统的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
[0141]
请参阅图7，在一个实施例中，提供了一种实现基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法的电子设备，所述电子设备200可以包括第一处理器201、第一存储器202和总线，还可以包括存储在所述第一存储器202中并可在所述第一处理器201上运行的计算机程序，如基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像程序203。
[0142]
其中，所述第一存储器202至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如：sd或dx存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述第一存储器202在一些实施例中可以是电子设备200的内部存储单元，例如该电子设备200的移动硬盘。所述第一存储器202在另一些实施例中也可以是电子设备200的外部存储设备，例如电子设备200上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡(smart media card，smc)、安全数字(securedigital，sd)卡、闪存卡(flash card)等。进一步地，所述第一存储器202还可以既包括电子设备200的内部存储单元也包括外部存储设备。所述第一存储器202不仅可以用于存储安装于电子设备200的应用软件及各类数据，例如基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像程序203的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0143]
所述第一处理器201在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(central processing unit，cpu)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述第一处理器201是所述电子设备的控制核心(control unit)，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部件，通过运行或执行存储在所述第一存储器202内的程序或者模块，以及调用存储在所述第一存储器202内的数据，以执行电子设备200的各种功能和处理数据。
[0144]
图7仅示出了具有部件的电子设备，本领域技术人员可以理解的是，图7示出的结构并不构成对所述电子设备200的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
[0145]
所述电子设备200中的所述第一存储器202存储的基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像程序203是多个指令的组合，在所述第一处理器201中运行时，可以实现：
[0146]
基于二阶运动补偿的弥散加权成像dwi设计，在90
°
脉冲激发后、180
°
回聚脉冲前后分别施加一阶运动补偿的扩散梯度，构成二阶运动补偿，使磁化矢量获得扩散加权，随后立即使用平面回波技术进行信号采集；
[0147]
基于二维脉冲小视野成像的dwi设计，提出基于二维平面回波激励的二维脉冲，二维激励脉冲能对选片和相位编码方向进行独立控制，实现小视野激励成像，所述基于二维脉冲小视野成像的dwi的相位编码方向采用激励k空间的读方向；二维脉冲的表达如下：
[0148]
b1(t)＝c(α)
·ass
(k
ss
(t))
·ape
(k
pe
(t))
·
||g(t)||
[0149]
其中，c(α)定义为对应翻转角，a
ss
(k)和a
pe
(k)分别为对应于选片和相位编码方向的脉冲设计，||g(t)||对应于用于标定rf随着时间变化的梯度波形，因此k
ss
(t)和k
pe
(t)对应于激励k空间，采用平面回波轨迹，表达如下：
[0150]
k(t)＝k
ss
(t)+i
·kpe
(t)
·
tan(θ)
[0151]
其中，θ定义为激励k空间的倾斜角；
[0152]
将二维脉冲小视野成像和二阶运动补偿弥散编码相结合，首先采用二维脉冲对小时视野进行激励，将纵向磁化激励到横向平面，然后施加二阶运动补偿的流动补偿弥散编码梯度，最后读出k空间数据，从而获得对运动不敏感的弥撒加权图像。
[0153]
进一步地，所述电子设备200集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个非易失性计算机可读取存储介质中。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)。
[0154]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0155]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0156]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法，其特征在于，包括下述步骤：基于二阶运动补偿的弥散加权成像dwi设计，在90
°
脉冲激发后、180
°
回聚脉冲前后分别施加一阶运动补偿的扩散梯度，构成二阶运动补偿，使磁化矢量获得扩散加权，随后立即使用平面回波技术进行信号采集；基于二维脉冲小视野成像的dwi设计，提出基于二维平面回波激励的二维脉冲，二维激励脉冲能对选片和相位编码方向进行独立控制，实现小视野激励成像，所述基于二维脉冲小视野成像的dwi的相位编码方向采用激励k空间的读方向；二维脉冲的表达如下：b1(t)＝c(α)
·
a
ss
(k
ss
(t))
·
a
pe
(k
pe
(t))
·
||g(t)||其中，c(α)定义为对应翻转角，a
ss
(k)和a
pe
(k)分别为对应于选片和相位编码方向的脉冲设计，‖g(t)‖对应于用于标定rf随着时间变化的梯度波形，因此k
ss
(t)和k
pe
(t)对应于激励k空间，采用平面回波轨迹，表达如下：k(t)＝k
ss
(t)+i
·
k
pe
(t)
·
tan(θ)其中，θ定义为激励k空间的倾斜角；将二维脉冲小视野成像和二阶运动补偿弥散编码相结合，首先采用二维脉冲对小时视野进行激励，将纵向磁化激励到横向平面，然后施加二阶运动补偿的流动补偿弥散编码梯度，最后读出k空间数据，从而获得对运动不敏感的弥撒加权图像。2.根据权利要求1所述基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法，其特征在于，在设计二阶运动补偿的弥散加权成像dwi的步骤中，同时采用呼吸导航技术与心电门控技术进行信号采集；并且在心脏收缩中期进行信号采集，将心电门控采集的时间设置为心脏收缩末期时间的65％。3.根据权利要求1所述基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法，其特征在于，在构成二阶运动补偿时，设计六个梯度脉冲以实现加速度的加速度补偿扩散编码，所述梯度脉冲的幅度关系如下：g3＝g
2-g1因此，对应的b值表示如下：同理，为了达到所需的b值，则有同理，为了达到所需的b值，则有同理，为了达到所需的b值，则有定义梯度波形在中点处为零时刻，即g1、g2和g3之和为零，因此将引入损毁梯度脉冲。
4.根据权利要求1所述基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法，其特征在于，在基于二维脉冲小视野成像的设计的步骤中，脉冲的间隔采用了在周期性波瓣之间在尖头方向上的间隔方式，公式如下：其中，n
blip
是梯度波形中blip的数量，tbw
ss
是层方向上的时间带宽积，δz为层厚度。5.根据权利要求1所述基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法，其特征在于，在基于二维脉冲小视野成像的设计的步骤中，单次采集成像中不引起任何信号丢失的同时层数数量上限由二维激励脉冲轮廓的周期性波瓣之间的切片数量决定，公式如下所示：若需要增加单次采集所得的最大层数，需要增加n
blip
或减少tbw
ss
，这将分别导致射频脉冲时间延长，切片轮廓的锐利度降低；在回波平面激发期间，脂肪由于其化学位移而相对于水发生位移，该空间位移沿切片方向，公式如下所示：其中，f
cs
为脂肪的化学位移频率，t
fast
为一个梯度子瓣在进动更快的方向上的持续时间。6.根据权利要求1所述基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法，其特征在于，在基于二维脉冲小视野成像的设计的步骤中，对梯度波形旋转θ度，从而有效地旋转回波平面轨迹，具体实现方式如下述公式所示，k
rot
(t)＝(w1k
ss
(t)+iw2k
pe
(t))e
jθ
其中，w1和w2均为缩放常数，以确保原始和旋转后的激励的k空间采集轨迹之间有足够大的重叠范围，为了使旁瓣完全位于成像区域之外，需要在相位编码方向上向上/向下推动等于或大于成像层面厚度的距离，即为fov
pe
，因此，满足此要求的最小旋转角度如下所示：7.根据权利要求1所述基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法，其特征在于，使用shinnar-le roux变换后，在旋转的激励轨迹上设计层面选择方向和相位编码方向的一维射频脉冲，进而实现自由缩放tbw
ss
以保持dwi成像区域fov的大小，有倾斜角度的二维脉冲由如下公式所示：b
1，rot
(t)＝c(α)
·
a
ss
(k
ss，rot
(t))
·
a
pe
(k
pe，rot
(t))
·
||g
rot
(t)||其中，k
ss，rot
(t)＝re{k
rot
(t)}；同时，k
pe，rot
(t))＝im{k
rot
(t)}；沿实际切片方向的脂肪-水分离可以计算下公式所示：
8.基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像系统，其特征在于，包括第一dwi设计模块、第二dwi设计模块以及弥散加权成像模块；所述第一dwi设计模块，用于基于二阶运动补偿的弥散加权成像dwi设计，在90
°
脉冲激发后、180
°
回聚脉冲前后分别施加一阶运动补偿的扩散梯度，构成二阶运动补偿，使磁化矢量获得扩散加权，随后立即使用平面回波技术进行信号采集；所述第二dwi设计模块，用于基于二维脉冲小视野成像的dwi设计，提出基于二维平面回波激励的二维脉冲，二维激励脉冲能对选片和相位编码方向进行独立控制，实现小视野激励成像，所述基于二维脉冲小视野成像的dwi的相位编码方向采用激励k空间的读方向；二维脉冲的表达如下：b1(t)＝c(α)
·
a
ss
(k
ss
(t))
·
a
pe
(k
pe
(t))
·
||g(t)||其中，c(α)定义为对应翻转角，a
ss
(k)和a
pe
(k)分别为对应于选片和相位编码方向的脉冲设计，‖g(t)‖对应于用于标定rf随着时间变化的梯度波形，因此k
ss
(t)和k
pe
(t)对应于激励k空间，采用平面回波轨迹，表达如下：k(t)＝k
ss
(t)+i
·
k
pe
(t)
·
tan(θ)其中，θ定义为激励k空间的倾斜角；所述弥散加权成像模块，用于将二维脉冲小视野成像和二阶运动补偿弥散编码相结合，首先采用二维脉冲对小时视野进行激励，将纵向磁化激励到横向平面，然后施加二阶运动补偿的流动补偿弥散编码梯度，最后读出k空间数据，从而获得对运动不敏感的弥撒加权图像。9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-7中任意一项所述的基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法。10.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-7任一项所述的基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法。
技术总结本发明公开了一种基于二阶运动补偿和小视野成像的弥散加权成像方法、系统、设备及介质，采用二维脉冲小视野激励技术结合运动补偿弥散加权成像的新方案对心脏进行高清弥散成像，进而实现一种同时具备鲁棒性高、分辨率高两种优点的心脏弥散加权成像(DWI)方法。本发明的成像方法实现过程分为三个步骤：首先，本发明通过采用二阶运动补偿DWI以降低心脏运动对成像质量的影响，提高DWI的鲁棒性；其次，本发明基于二维脉冲的高清小视野成像技术提高DWI的采集分辨率；最后，本发明首次将上述两种技术相结合，实现一种鲁棒性高、分辨率高的心脏DWI技术。本发明的提出与实现，可推动心脏DWI技术正式进入临床应用阶段。DWI技术正式进入临床应用阶段。DWI技术正式进入临床应用阶段。
技术研发人员：陈锐 武志刚 罗维 刘再毅 刘辉
受保护的技术使用者：广东省人民医院
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/11/1
