一种快速自导航磁共振水成像方法和装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610211258.5 (22)申请日 2016.04.05 (71)申请人 大连锐谱科技有限责任公司 地址 116000 辽宁省大连市高新区高新街1 号 (72)发明人 罗会俊 (74)专利代理机构 北京方安思达知识产权代理 有限公司 11472 代理人 徐淑东 王宇杨 (51)Int.Cl. A61B 5/055(2006.01) A61B 34/20(2016.01) (54)发明名称 一种快速自导航磁共振水成像方法和装置 (57)摘要 本发明公开了一种快速自导航磁共。

2、振水成 像方法和装置。 本发明的临床应用模式可分为屏 气导航模式和自由呼吸导航模式。 对于呼吸控制 能力较好的成年患者可采用屏气导航模式， 而对 于呼吸控制能力较差的婴幼儿患者可采用自由 呼吸导航模。 本发明可明显提高磁共振信号的采 集效率和控制精度以及信噪比， 并可避免成像序 列与导航波序列之间的干扰效应， 从而增强呼吸 运动伪影抑制效果， 且临床操作简便易行， 明显 降低了患者的配合难度， 有利于磁共振水成像技 术的临床应用并在胆道系统和泌尿系统疾病的 临床诊断中实现其独特的确诊价值。 权利要求书3页 说明书9页 附图9页 CN 105919593 A 2016.09.07 CN 1059。

3、19593 A 1.一种快速自导航磁共振水成像方法， 其特征在于， 该方法包括以下步骤： 步骤S100： 预导航， 包括以下子步骤： 步骤S101： 运行导航预扫描序列： 预导航模块中的相位导航波序列由基于自旋回波的 多回波串序列构成， 定位和激发导航条并采集其磁共振信号， 其中， 第一个90 选择性射频脉冲分别施加在人体腹部的横断位， 其层厚为30mm到 40mm； 第二个180 选择性射频脉冲或第二个至第m个180 选择性射频脉冲施加在人体腹部 的斜矢状位， 并沿着人体腹部的上下轴旋转15度到50度， 其层厚为10mm到20mm； 步骤S102： 生成导航波相位图： 设置回波链长度m5或更。

4、高值， 通过调节m和回波时间 TE可控制TEm远小于一个呼吸周期， 同时限制相邻回波的间隔时间TR1远小于一个呼吸周 期， 反复运行导航波序列直到几个呼吸周期结束； 步骤S103： 相位图解缠： 导航数据分析模块对预导航模块不同时间点采集到的导航波 进行傅立叶变换， 并基于Itoh算法快速进行相位解缠， 或在信噪比不足情况下采用非连续 路径积分法快速进行相位解缠； 步骤S104： 计算相位图上膈肌位置： 按步骤S103获得一系列相位带； 步骤S105： 生成呼吸波导航图： 将步骤S104中的相位带按时间顺序从左到右排列构成 相位导航图； 其上部为肺组织， 下部为肝组织， 两者之间横隔的位置表示。

5、为X0； 步骤S106： 检测呼吸平台期膈肌位置： 在频域对相位导航图进行高通滤波获得导航图 轮廓， 并经过快速平滑处理后生成呼吸运动曲线， 即呼吸波； 其中， 最高点表示呼气末膈膜位置， 最低点表示吸气末膈膜位置； 步骤S107： 基于呼吸波极大值或极小值实时校准呼吸平台期的导航基线位置BV， 供导 航成像模块进行数据分析用； 步骤S200： 导航成像， 包括以下子步骤： 步骤S201： 运行导航扫描序列： 导航成像模块由导航波序列和成像序列构成， 每个成像 序列之前均施加一个导航波序列， 导航波序列和导航条定位方式与步骤100方法相同； 有以 下两种方式： 当选用快速导航模式时可设置m5或。

6、更高值， 通过调节TE和m以满足二者乘积远小于 一个呼吸周期的条件， 同时限制TR1远小于一个呼吸周期； 当选用移动激发模式时需要对180 选择性射频脉冲定义两个或两个以上相邻的斜矢 状位选层位置， 每次重复运行导航波序列时180 选择性射频脉冲交替 施加在不同的选层 位置； 步骤S202： 判断K空间线是否在中心区： 中心区域k空间线的导航范围NW设置为R1， 次中 心区域k空间线的导航范围NW设置为R2， 周边区域的k空间线的NW设置为R3， 其中R1R2R3； 步骤S203： 相位图解缠： 导航数据分析模块配合导航成像模块对不同时间点采集到的 导航波实时进行傅立叶变换并基于Itoh算法进。

7、行快速相位解缠； 步骤S204： 触发成像序列： 基于导航基线优先选取每个导航波对应于X0X(X2cm)范围 的复数数据点并计算其相位均值； 在移动激发模式下需要校正为+P； 每当导航波的值进入对应于采集窗的NW时， 导航成像模块发出脉冲信号触发成像 序列并采集成像信号， 同时导航波暂停内部循环； 权 利 要 求 书 1/3 页 2 CN 105919593 A 2 步骤S205： K空间线重排： 每当采样过程中导航波的值超出NW时， 导航成像模块不再 递增相位编码步， 直到下一次导航波的值重新进入NW时重新执行上一步相位编码并采 集成像信号， 如此反复门控执行导航成像模块直至相位编码循环结束。

8、； 步骤S206： 投影重建： 对成像数据进行三维傅立叶变换和最大强度投影重建获得腹部 盆腔MRCP或MRU图像。 2.根据权利要求1所述的一种快速自导航磁共振水成像方法， 其特征在于， 所述步骤 S101进一步包括以下步骤： 根据成像区域位置特征， 第三个至第m个180 选择性射频脉冲施 加在人体其它合适方位。 3.根据权利要求1所述的一种快速自导航磁共振水成像方法， 其特征在于， 在导航波信 噪比过低情况下， 步骤S101对180 选择性射频脉冲定义两个或多个相邻的斜矢状位选层位 置， 每次重复运行导航波序列时180 选择性射频脉冲交替施加在不同的选层位置， 同时步 骤S103导航数据分析。

9、模块中将下一个相位带的起始值总是校正为上一个相位带的终值， 保 持相位导航图的连续性， 保存相位校正值P供导航成像模块进行数据分析用。 4.一种快速自导航磁共振水成像装置， 其特征在于， 所述装置包括： 导航界面、 预导航 模块、 导航成像模块和导航数据分析模块构成； 快速自导航磁共振水成像装置工作过程如 下： 导航界面安装在控制台的用户操作系统内， 供临床操作下述导航参数用； 预导航模块由相位导航波序列和导航数据分析模块构成； 相位导航波序列由基于自旋回波的多回波串序列构成， 用于定位和激发导航条并采集 其磁共振信号； 其中， 第一个90 选择性射频脉冲分别施加在人体腹部的横断位， 其层厚 。

10、为30mm到 40mm， 第二个180 选择性射频脉冲或第二个至第m个180 选择性射频脉冲施加在人体腹部 的斜矢状位并沿着人体腹部的上下轴旋转15度到50度； 其层厚为10mm到20mm； 导航界面上选用快速导航模式并设置回波链长度m5或更高值， 通过调节m和回波时 间TE可控制TEm远小于一个呼吸周期， 同时限制相邻回波的间隔时间TR1远小于一个呼吸 周期， 反复运行导航波序列直到几个呼吸周期结束； 导航数据分析模块对预导航模块不同时间点采集到的导航波进行傅立叶变换， 并基于 Itoh算法快速进行相位解缠或在信噪比不足情况下采用非连续路径积分法快速进行相位 解缠， 获得一系列厚度很小的相位。

11、带， 按时间顺序从左到右排列构成相位导航图， 其上部为 肺组织， 下部为肝组织， 两者之间横隔的位置表示为X0； 在频域对相位导航图进行高通滤波获得导航图轮廓， 并经过快速平滑处理后生成呼吸 运动曲线， 即呼吸波； 其中， 最高点表示呼气末膈膜位置， 最低点表示吸气末膈膜位置； 基于呼吸波极大值或极小值实时校准呼吸平台期的导航基线位置BV， 供导航成像模块 进行数据分析用； 导航成像模块由导航波序列和成像序列构成， 每个成像序列之前总是施加一个导航波 序列， 导航波序列和导航条定位方式与预导航模块相同； 当选用快速导航模式时可设置m5或更高值， 通过调节TE和m以满足二者乘积远小于 一个呼吸周。

12、期的条件， 同时限制TR1远小于一个呼吸周期； 当选用移动激发模式时需要对180 选择性射频脉冲定义两个或两个以上相邻的斜矢 权 利 要 求 书 2/3 页 3 CN 105919593 A 3 状位选层位置， 每次重复运行导航波序列时180 选择性射频脉冲交替施加在不同的选层位 置； 中心区域k空间线的导航范围NW设置为R1， 次中心区域k空间线的导航范围NW设置为 R2， 周边区域的k空间线的NW设置为R3， 其中R1R2R3， 如图9所示； 导航数据分析模块配合导航成像模块对不同时间点采集到的导航波实时进行傅立叶 变换， 并基于Itoh算法进行快速相位解缠， 接着基于导航基线优先选取每个。

13、导航波对应于 X0X(X2cm)范围的复数数据点并计算其相位均值， 在移动激发模式下需要校正为 +P； 每当导航波的值进入对应于采集窗的NW时， 导航成像模块发出脉冲信号触发成像 序列并采集成像信号， 同时导航波暂停内部循环； 每当采样过程中导航波的值超出NW时， 导航成像模块不再递增相位编码步， 直到下 一次导航波的值重新进入NW时重新执行上一步相位编码并采集成像信号， 如此反复门 控执行导航成像模块直至相位编码循环结束； 对成像数据进行三维傅立叶变换和最大强度投影重建获得腹部盆腔MRCP或MRU图像。 5.根据权利要求4所述的一种快速自导航磁共振水成像装置， 其特征在于， 根据成像区 域位。

14、置特征， 第三个至第m个180 选择性射频脉冲施加在人体其它合适方位。 6.根据权利要求4所述的一种快速自导航磁共振水成像装置， 其特征在于， 在导航波信 噪比过低情况下， 对180 选择性射频脉冲定义两个或多个相邻的斜矢状位选层位置， 每次 重复运行导航波序列时180 选择性射频脉冲交替施加在不同的选层位置， 同时导航数据分 析模块中将下一个相位带的起始值总是校正为上一个相位带的终值， 保持相位导航图的连 续性， 保存相位校正值P供导航成像模块进行数据分析用。 权 利 要 求 书 3/3 页 4 CN 105919593 A 4 一种快速自导航磁共振水成像方法和装置 技术领域 0001 本发。

15、明涉及医用磁共振腹部盆腔成像技术领域， 尤其涉及一种快速自导航磁共振 水成像方法和装置。 背景技术 0002 各种腹部磁共振成像技术由于软组织分辨率高、 多方位扫描方式和无电离辐射危 害等多种优势有着重要的临床诊断价值， 尤其是腹部盆腔磁共振水成像技术不仅具有上述 优势， 而且以人体自身的液体作为天然对比剂实现组织器官对比度增强， 无任何创伤和毒 副作用， 并可进行三维多平面图像重建或最大强度投影， 为胆道梗阻、 尿路梗阻等疾病的诊 断提供了一种独特的影像学手段。 相反， 经皮肝穿胆道造影(PTC)和内窥镜逆行胰胆管造影 (ERCP)为创伤性技术， US易于受到肠道胀气、 操作者经验水平及设备。

16、性能的影响， 而CT仅提 供横断面图像， 无法看到胆道系统的整体图像， 确定占位性病变的具体部位有困难。 正因为 如此， 磁共振水成像(MRH)技术越来越受到许多临床医师的欢迎， 但是MRH的临床检查时间 比US和CT长， 很容易受到呼吸运动的干扰， 常常需要借助于腹部压力检测装置在患者吸气 或呼气平台期触发或门控磁共振成像序列和信号采集， 在呼吸波控制精确的情况才可以获 得高质量的图像。 0003 近十年来， 一类基于前瞻性导航波的呼吸门控磁共振成像技术因其临床操作便捷 而逐渐在进口超导磁共振成像设备上获得越来越多的应用， 此类技术主要在成像序列之前 施加一个磁共振梯度回波或自旋回波， 利用。

17、其幅值作为一维或二维导航波实时监测自由呼 吸时隔膜位置的变化， 当隔膜的位置进入一个固定宽度的采集窗对应的呼吸平台期就触发 成像脉冲序列并采集成像区信号， 从而有效消除或减少呼吸运动伪影， 这有助于MRH在胆道 系统和泌尿系统常见疾病的临床检查中发挥其独特的诊断价值。 然而， 在固定宽度的采集 窗内隔膜位置的漂移常会降低导航精度， 导航射频脉冲和成像射频脉冲之间易于发生相互 干扰以至于呼吸运动曲线有时会出现异常的测量误差或成像层面产生条带状饱和伪影， 尤 其是一维幅度导航波对呼吸平台期的监控还易于受到周围脂肪高信号、 血流流入增强效应 以及信号折叠的干扰。 为了克服上述幅度导航技术的缺陷， 一。

18、种基于导航波相位的呼吸门 控成像技术最近已开始在进口超导磁共振成像设备上初步应用于临床研究， 该技术对导航 射频脉冲和成像射频脉冲之间的干扰效应不敏感， 但仍沿袭采用单回波导航方式和固定宽 度的采集窗， 这限制了导航精度和时间分辨率的进一步提高。 另一方面， 在国产磁共振成像 设备上呼吸导航波成像技术已在腹部成像中有所应用， 目前临床应用较多的主要是一 维 回溯性幅度导航模式， k空间数据需要重复采集多次并通过固定宽度的采集窗挑选k空间线 重新填充k空间以减少振铃效应和呼吸伪影， 扫描和数据处理时间过长。 0004 这里， 本发明了一种快速精确的基于二维或三维相位导航波的呼吸门控成像技 术， 。

19、主要用于磁共振成像设备实现三维和二维腹部盆腔水成像功能， 包括尿路造影(MRU)和 胰胆管造影(MRCP)。 说 明 书 1/9 页 5 CN 105919593 A 5 发明内容 0005 为了解决上述现有技术的问题， 本发明提供了一种快速自导航磁共振水成像方法 和装置。 具有快速精确的二维相位导航、 射频脉冲移动式激发和非固定式采集窗分段门控 特征的成像装置主要用于实现腹部盆腔常规成像尤其是高级水成像功能。 0006 本发明提供的一种快速自导航磁共振水成像方法， 其特征在于， 该方法包括以下 步骤： 0007 步骤S100： 预导航， 包括以下子步骤： 0008 步骤S101： 运行导航预。

20、扫描序列： 预导航模块中的相位导航波序列由基于自旋回 波的多回波串序列构成， 定位和激发导航条并采集其磁共振信号。 0009 其中， 第一个90 选择性射频脉冲分别施加在人体腹部的横断位， 其层厚为30mm到 40mm； 第二个180 选择性射频脉冲或第二个至第m个180 选择性射频脉冲施加在人体腹部 的斜矢状位， 并沿着人体腹部的上下轴旋转15度到50度， 其层厚为10mm到20mm。 0010 步骤S102： 生成导航波相位图： 设置回波链长度m5或更高值， 通过调节m和回波 时间TE可控制TEm远小于一个呼吸周期， 同时限制相邻回波的间隔时间TR1远小于一个呼 吸周期， 反复运行导航波序。

21、列直到几个呼吸周期结束。 0011 步骤S103： 相位图解缠： 导航数据分析模块对预导航模块不同时间点采集到的导 航波进行傅立叶变换， 并基于Itoh算法快速进行相位解缠， 或在信噪比不足情况下采用非 连续路径积分法快速进行相位解缠。 0012 步骤S104： 计算相位图上膈肌位置： 按步骤S103获得一系列相位带。 0013 步骤S105： 生成呼吸波导航图： 将步骤S104中的相位带按时间顺序从左到右排列 构成相位导航图； 其上部为肺组织， 下部为肝组织， 两者之间横隔的位置表示为X0。 0014 步骤S106： 检测呼吸平台期膈肌位置： 对相位导航图进行高通滤波获得导航图轮 廓， 并经。

22、过快速平滑处理后生成呼吸运动曲线， 即呼吸波。 0015 其中， 最高点表示呼气末膈膜位置， 最低点表示吸气末膈膜位置。 0016 步骤S107： 基于呼吸波极大值或极小值实时校准呼吸平台期的导航基线位置BV， 供导航成像模块进行数据分析用。 0017 步骤S200： 导航成像， 包括以下子步骤： 0018 步骤S201： 运行导航扫描序列： 导航成像模块由导航波序列和成像序列构成， 每个 成像序列之前均施加一个导航波序列， 导航波序列和导航条定位方式与步骤100方法相同。 0019 有以下两种方式： 当选用快速导航模式时可设置m5或更高值， 通过调节TE和m以 满足二者乘积远小于一个呼吸周期。

23、的条件， 同时限制TR1远小于一个呼吸周期。 0020 当选用移动激发模式时需要对180 选择性射频脉冲定义两个或两个以上相邻的 斜矢状位选层位置， 每次重复运行导航波序列时180 选择性射频脉冲交替施加在不同的选 层位置。 0021 步骤S202： 判断K空间线是否在中心区： 中心区域k空间线的导航范围NW设置为R1， 次中心区域k空间线的导航范围NW设置为R2， 周边区域的k空间线的NW设置为R3， 其中R1R2 R3。 0022 步骤S203： 相位图解缠： 导航数据分析模块配合导航成像模块对不同时间点采集 说 明 书 2/9 页 6 CN 105919593 A 6 到的导航波实时进行。

24、傅立叶变换并基于Itoh算法进行快速相位解缠。 0023 图像处理程序在计算相位差时得到的相位总在(, 之间， 它与真实相位的关系 是相差2 的整数倍， 即有下式的关系： 0024 0025 根据缠绕相位得到真实相位的处理过程就叫做相位解缠， 是MRI数据处理的关键 步骤之一。 记(m)为周期缠绕前的真实相位值，为相应的缠绕相位， 定义相位缠绕算 子则相位缠绕的过程可以用式(2)表示： 0026 0027 结果是得到- , 区间的缠绕相位。 相位缠绕的逆过程就是相位解缠， 可以通过 下述Itoh算法实现。 对于一维相位数据， 定义差分算子， 则在图像的采样率满足Nyquist 采样定理条件下：。

25、 0028 0029上式中，表示相邻缠绕相位的差分运算。 式(3)的意义是通 过对相邻缠绕相位之差积分可以实现相位解缠。 由一维的相位展开很容易扩展 到二维的 相位展开， 只需进行逐行和逐列两次一维相位展开即可。 0030 步骤S204： 触发成像序列： 基于导航基线优先选取每个导航波对应于X0X(X 2cm)范围的复数数据点并计算其相位均值。 0031 在移动激发模式下需要校正为+P。 0032 每当导航波的值进入对应于采集窗的NW时， 导航成像模块发出脉冲信号触发 成像序列并采集成像信号， 同时导航波暂停内部循环。 0033 步骤S205： K空间线重排： 每当采样过程中导航波的值超出NW。

26、时， 导航成像模块 不再递增相位编码步， 直到下一次导航波的值重新进入NW时重新执行上一步相位编码 并采集成像信号， 如此反复门控执行导航成像模块直至相位编码循环结束。 0034 步骤S206： 投影重建： 对成像数据进行三维傅立叶变换和最大强度投影重建获得 腹部盆腔MRCP或MRU图像。 0035 其中， 所述步骤S101进一步包括以下步骤： 根据成像区域位置特征， 第三个至第m 个180 选择性射频脉冲施加在人体其它合适方位。 0036 其中， 在导航波信噪比过低情况下， 步骤S101对180 选择性射频脉冲定义两个或 多个相邻的斜矢状位选层位置， 每次重复运行导航波序列时180 选择性射。

27、频脉冲交替施加 在不同的选层位置， 同时步骤S103导航数据分析模块中将下一个相位带的起始值总是校正 为上一个相位带的终值， 保持相位导航图的连续性， 保存相位校正值P供导航成像模块进行 数据分析用。 0037 本发明进一步提供了一种快速自导航磁共振水成像装置。 所述装置包括： 导航界 面、 预导航模块、 导航成像模块和导航数据分析模块构成。 0038 快速自导航磁共振水成像装置工作过程如下： 导航界面安装在控制台的用户操作 系统内， 供临床操作下述导航参数用。 说 明 书 3/9 页 7 CN 105919593 A 7 0039 预导航模块由相位导航波序列和导航数据分析模块构成。 0040。

28、 相位导航波序列由基于自旋回波的多回波串序列构成， 用于定位和激发导航条并 采集其磁共振信号。 0041 其中， 第一个90 选择性射频脉冲分别施加在人体腹部的横断位， 其层厚为30mm到 40mm， 第二个180 选择性射频脉冲或第二个至第m个180 选择性射频脉冲施加在人体腹部 的斜矢状位并沿着人体腹部的上下轴旋转15度到50度； 其层厚为10mm到20mm。 0042 导航界面上选用快速导航模式并设置回波链长度m5或更高值， 通过调节m和回 波时间TE可控制TEm远小于一个呼吸周期， 同时限制相邻回波的间隔时间TR1远小于一个 呼吸周期， 反复运行导航波序列直到几个呼吸周期结束。 004。

29、3 导航数据分析模块对预导航模块不同时间点采集到的导航波进行傅立叶变 换， 并基于Itoh算法快速进行相位解缠或在信噪比不足情况下采用非连续路径积分法快速进 行相位解缠， 获得一系列厚度很小的相位带， 按时间顺序从左到右排列构成相位导航图， 其 上部为肺组织， 下部为肝组织， 两者之间横隔的位置表示为X0。 0044 在频域对相位导航图进行高通滤波获得导航图轮廓， 并经过快速平滑处理后生成 呼吸运动曲线， 即呼吸波； 其中， 最高点表示呼气末膈膜位置， 最低点表示吸气末膈膜位置。 0045 基于呼吸波极大值或极小值实时校准呼吸平台期的导航基线位置BV， 供导航成像 模块进行数据分析用。 004。

30、6 导航成像模块由导航波序列和成像序列构成， 每个成像序列之前总是施加一个导 航波序列， 导航波序列和导航条定位方式与预导航模块相同。 0047 当选用快速导航模式时可设置m5或更高值， 通过调节TE和m以满足二者乘积远 小于一个呼吸周期的条件， 同时限制TR1远小于一个呼吸周期。 0048 当选用移动激发模式时需要对180 选择性射频脉冲定义两个或两个以上相邻的 斜矢状位选层位置， 每次重复运行导航波序列时180 选择性射频脉冲交替施加在不同的选 层位置。 0049 中心区域k空间线的导航范围NW设置为R1， 次中心区域k空间线的导航范围NW设置 为R2， 周边区域的k空间线的NW设置为R3。

31、， 其中R1R2R3， 如图9所示。 0050 导航数据分析模块配合导航成像模块对不同时间点采集到的导航波实时进行傅 立叶变换， 并基于Itoh算法进行快速相位解缠， 接着基于导航基线优先选取每个导航波对 应于X0X(X2cm)范围的复数数据点并计算其相位均值， 在移动激发模式下需要校 正为+P。 0051 每当导航波的值进入对应于采集窗的NW时， 导航成像模块发出脉冲信号触发 成像序列并采集成像信号， 同时导航波暂停内部循环。 0052 每当采样过程中导航波的值超出NW时， 导航成像模块不再递增相位编码步， 直 到下一次导航波的值重新进入NW时重新执行上一步相位编码并采集成像信号， 如此反 。

32、复门控执行导航成像模块直至相位编码循环结束。 0053 对成像数据进行三维傅立叶变换和最大强度投影重建获得腹部盆腔MRCP或MRU图 像。 0054 其中， 根据成像区域位置特征， 第三个至第m个180 选择性射频脉冲施加在人体其 它合适方位。 说 明 书 4/9 页 8 CN 105919593 A 8 0055 其中， 在导航波信噪比过低情况下， 对180 选择性射频脉冲定义两个或多个相邻 的斜矢状位选层位置， 每次重复运行导航波序列时180 选择性射频脉冲交替施加在不同的 选层位置， 同时导航数据分析模块中将下一个相位带 的起始值总是校正为上一个相位带 的终值， 保持相位导航图的连续性，。

33、 保存相位校正值P供导航成像模块进行数据分析用。 0056 有益效果： 本发明的临床应用模式可分为屏气导航模式和自由呼吸导航模式。 对 于呼吸控制能力较好的成年患者可采用屏气导航模式， 而对于呼吸控制能力较差的婴幼儿 患者可采用自由呼吸导航模式。 0057 与传统导航波成像技术相比， 本发明可明显提高磁共振信号的采集效率和控制精 度以及信噪比， 并可避免成像序列与导航波序列之间的干扰效应， 从而增强呼吸运动伪影 抑制效果， 且临床操作简便易行， 明显降低了患者的配合难度， 有利于磁共振水成像技术的 临床应用并在胆道系统和泌尿系统疾病的临床诊断中实现其独特的确诊价值。 附图说明 0058 图1导。

34、航门控磁共振成像装置框图。 0059 其中， 梯度线圈要求有效强度大于60mT/m， 切换速率大于120mT/m/ms。 0060 图2导航界面(导航条定位及导航波显示)示意图。 0061 其中， 实线为导航基线， 两虚线之间为导航范围； 导航条定位是指在冠状位定位像 上规划导航条的位置。 0062 图3预导航工作流程图。 0063 图4预导航模块和导航成像模块图。 0064 其中， 上方是三维水成像序列， n等于回波链长度ETL， 90 和180 脉冲之间时间间 隔为TE/2， 180 脉冲之间的时间间隔为TE， 信号在180 脉冲之间采集。 GS， Gr和Gp分别表示 选层、 相位编码和频。

35、率编码方向的梯度。 下方是导航波序列， 选层梯度施加在导航条短轴方 向， 读梯度施加在导航条长轴方向， 90 和180 脉冲之间时间间隔为TE1/2， 180 脉冲之间的 时间间隔为TE1， 信号在180 脉冲之间采集， m为回波链长度， 最后的两个脉冲作为可选项用 于加速横向磁化矢量恢复到平衡态。 0065 图5冠状位导航条位置示意图。 0066 图6隔膜位置定义示意图。 0067 图7呼吸波示意图。 0068 图8导航成像工作流程图。 0069 图9分段导航模式图。 0070 其中， 中心区域k空间线表示为Ci， Ci1， Ci2等等， 其对应的导航范围为R1， 次中心 区域k空间线表示为。

36、Si， Si1， Si2等等， 其对应的导航范围为R2， 周边区域k空间线表示为 Pi， Pi1， Pi2等等， 其对应的导航范围为R3。 0071 图10自由呼吸模式k空间中心区域采集窗设置图。 0072 其中， 图上方空心框代表导航波序列， 实心框代表成像脉冲序列。 0073 图11自由呼吸模式k空间周边区域采集窗设置图。 0074 其中， 图上方空心框代表导航波序列， 实心框代表成像脉冲序列。 0075 图12屏气-呼吸模式k空间中心区域采集窗设置图。 说 明 书 5/9 页 9 CN 105919593 A 9 0076 其中， 图上方空心框代表导航波序列， 实心框代表成像脉冲序列。 。

37、0077 图13屏气-呼吸模式k空间周边区域采集窗设置图。 0078 其中， 图上方空心框代表导航波序列， 实心框代表成像脉冲序列。 具体实施方式 0079 为使本发明解决的技术问题、 采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚， 下面 结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。 可以理解的是， 此处所描述的具体实施 例仅仅用于解释本发明， 而非对本发明的限定。 另外还需要说明的是， 为了便于描述， 附图 中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。 0080 一、 本发明的原理 0081 一种具有快速精确的二维相位导航、 射频脉冲移动式激发和非固定式采集窗分段 门控特征的成像装置， 主要用于实现。

38、腹部盆腔常规成像尤其是高级水成像功能， 如图1所 示， 各功能模块的设计方式如下所述： 0082 该成像装置由导航界面、 预导航模块、 导航成像模块和导航数据分析模块构成。 其 中， 图2所示的导航界面安装在控制台的用户操作系统内， 供临床操作下述导航参数用。 预 导航模块由相位导航序列和数据分析模块构成， 工作流程如图3所示。 相位导航波序列由基 于自旋回波的多回波串序列构成， 包括快速导航模式和移动激发模式， 其作用是定位和激 发导航条并采集其磁共振信号， 如图4所示。 其中， 第一个90 选择性射频脉冲分别施加在人 体腹部的横断位， 其层厚为30mm到40mm， 第二个180 选择性射频。

39、脉冲(或第二个至第m个 180 选择性射频脉冲)施加在人体腹部的斜矢状位并沿着人体腹部的上下轴旋转15度到50 度以避免预饱和成像区域， 其层厚为10mm到20mm， 如图5所示。 根据成像区域位置特征， 第三 个至第m个180 选择性射频脉冲也可以施加在人体其它合适方位。 这种二维或三维导航条 定位方式有利于提高相位检测灵敏度和精确度。 在导航界面上选用快速导航模式并设置回 波链长度m5或更高值， 通过调节m和回波时间TE可控制TEm远小于一个呼吸周期， 同时 限制相邻回波的间隔时间TR1远小于一个呼吸周期， 反复运行导航波序列直到几个呼吸周 期结束。 导航数据分析模块对预导航模块不 同时间。

40、点采集到的导航波进行傅立叶变换并 基于Itoh算法快速进行相位解缠或在信噪比不足情况下采用非连续路径积分法快速进行 相位解缠， 获得一系列厚度很小的相位带， 按时间顺序从左到右排列构成相位导航图， 其上 部为肺组织， 下部为肝组织， 两者之间横隔的位置表示为X0， 如图6所示。 然后， 在频域对相 位导航图进行高通滤波获得导航图轮廓， 并经过快速平滑处理后生成呼吸运动曲线， 又称 呼吸波， 其最高点表示呼气末膈膜位置， 最低点表示吸气末膈膜位置， 如图7所示。 最后， 基 于呼吸波极大值或极小值实时校准呼吸平台期的导航基线位置BV， 供导航成像模块进行数 据分析用。 另外， 在导航波信噪比过低。

41、情况下可在导航界面上选用移动激发模式， 对180 选 择性射频脉冲定义两个(或多个)相邻的斜矢状位选层位置， 每次重复运行导航波序列时 180 选择性射频脉冲交替施加在不同的选层位置， 并在导航数据分析模块中将下一个相位 带的起始值总是校正为上一个相位带的终值， 从而保持相位导航图的连续性， 同时保存相 位校正值P供导航成像模块进行数据分析用。 0083 导航成像模块由导航波序列和成像序列构成， 每个成像序列之前总是施加一个导 航波序列， 导航波序列和导航条定位方式与预导航模块类似， 成像序列采用一种图4所示的 说 明 书 6/9 页 10 CN 105919593 A 10 具有信噪比最优化。

42、设计特征的三维水成像序列。 该模块的工作流程如图8所示， 并在导航界 面上设置导航参数。 当选用快速导航模式时可设置m5或更高值， 通过调节TE和m以满足二 者乘积远小于一个呼吸周期的条件， 同时限制TR1远小于一个呼吸周期； 当选用移动激发模 式时需要对180 选择性射频脉冲定义两个或两个以上相邻的斜矢状位选层位置， 每次重复 运行导航波序列时180 选择性射频脉冲交替施加在不同的选层位置。 为了兼顾导航精度和 导航效率， 中心区域k空间线的导航范围NW设置为R1， 次中心区域k空间线的导航范围NW设 置为R2， 周边区域的k空间线的NW设置为R3， 其中R1R2R3， 如图9所示。 导航数。

43、据分析模块 配合导航成像模块对不同时间点采集到的导航波实时进行傅立叶变换并基于Itoh算法或 非连续路径积分法进行快速相位解缠， 接着基于导航基线优先选取每个导航波对应于X0 X(X2cm)范围的复数数据点并计算其相位均值， 在移动激发模式下需要校正为+ P。 每当导航波的值进入对应于采集窗的NW时， 导航成像模块发出脉冲信号触发成像序 列并采集成像信号， 同时导航波暂停内部循环； 每当采样过程中导航波的值超出NW时， 导航成像模块不再递增相位编码步， 直到下一次导航波的值重新进入NW时重新执行上 一步相位编码并采集成像信号， 如此反复门控执行导航成像模块直至相位编码循环结束。 最后， 对成像。

44、数据进行三维傅立叶变换和最大强度投影重建获得腹部盆腔MRCP或MRU图像。 0084 二、 实施例 0085 在如图1所示的磁共振成像仪上安装并编译预导航模块、 导航成像模块和导航数 据分析模块， 并在用户操作系统上单独安装一个导航界面以定位导航条并设置导航模式为 自由呼吸导航模式， 如图2所示。 0086 对于预导航模块， 采用如图4所示的多回波序列， 设置回波时间TE8ms， TR1 20ms， 读梯度方向的FOV为120mm， 第一个90 选择性射频脉冲分别施加在人体腹部的横断 位， 设置导航波扫描层厚为35mm， 第二个至第m个180 选择性射频脉冲均施加在人体腹部的 斜矢状位， 在导。

45、航界面上选用快速导航模式并设置回波链长度m5或更高值， 通过鼠标设 置导航波扫描层厚为15mm厚， 并沿着人体腹部的上下轴旋转20 。 这样获得一个二维导航 条， 其上下径的中上1/3点放置于膈面最高位水平， 如图5所示。 然后， 调节读梯度和接收带 宽控制梯度回波的采集时间在5ms内， 每个导航波采集128个数据点， 并充零至256点。 在受 试患者在自由呼吸条件下按照图3所示的工作流程运行预导航模块， 其中导航波数n设为 200， 每个导航波数据依次存贮在一个单独的数据文件中。 扫描结束后， 导航数据分析模块 将不同时间点采集到的导航波S(i,j)根据四象限反正切函数atan2IMS(i,。

46、j),RES(i, j)计算其相位并进行相位解缠， 也就是， 如果相邻的数据点相位差大于 ， 则加减2 的倍数， 使得不超过 。 然后， 在频域进行Butterworth滤波， 调节滤波半径和滤波阶数 直到突出导航波轮廓。 对每个导航波进行傅立叶变换， 获得一系列厚度很小的相位带， 按时 间顺序从左到右排列构成相位导航图， 其上部为肺组织， 下部为肝组织， 两者之间的界面为 横隔， 其位置对应于相位突变区的中点X0， 如图6所示。 基于每个导航波的X0生成随时间变化 的呼吸波， 再基于Savitzky-Golay算法对呼吸波进行局域多项式最小二乘法拟合以平滑呼 吸波， 其最高点为呼气末， 最低。

47、点为吸气末， 如图7所示。 最后， 基于呼吸波极大值或极小值 实时校准呼吸平台期的导航基线位置BV， 供导航成像模块进行数据分析用。 另外， 在导航波 信噪比过低情况下可在导航界面上选用移动激发模式， 对180 选择性射频脉冲定义两个 (或多个)相邻的斜矢状位选层位置， 每次重复运行导航波序列时180 选择性射频脉冲交替 说 明 书 7/9 页 11 CN 105919593 A 11 施加在不同的选层位置， 并在导航数据分析模块中将下一个相位带的起始值总是校正为上 一个相位带的终值， 从而保持相位导航图的连续性， 同时保存相位校正值P供导航成像模块 进行数据分析用。 0087 导航成像模块由。

48、导航波序列和成像序列构成， 每个成像序列之前总是施加一个导 航波序列， 导航波序列和导航条定位方式与预扫描模块类似， 成像序列采用一种图4所示的 具有信噪比最优化设计特征的三维水成像序列。 对于该水成像序列， 选择性90 脉冲在选层 梯度作用下激发某一检查部位的氢原子核自旋系统， 所产生的横向磁化矢量在一连串等时 间间隔的180 脉冲作用下重聚为一连串回波， 该回波串经过选层方向的相位编码梯度和其 它两个正交方向的相位编码梯度和频率编码梯度进行三维空间编码后采集为k空间数据。 这里， 180 选择性脉冲所对应的选层梯度依次交替正负极性以减少相位误差的累积， 并且， 序列最后的180 和90 选。

49、择性脉冲用于加快横向磁化矢量的恢复以进一步提高信噪比。 在 成像序列参数表中， 设置回波时间 0088 TE8ms， 序列重复时间TR为4s， 接收带宽BW31.25KHz， 扫描块厚为100mm， 回波 链长度ETL设置为32， 相位编码步数设置为256， 选层方向相位编码步数设置为256， 相位编 码梯度方向选为人体左右方向， 其FOV为250mm， 读梯度方向的FOV为220mm。 在导航界面上设 置导航参数， 当选用快速导航模式时可设置m5或更高值， 通过调节TE和m以满足二者乘积 远小于一个呼吸周期的条件， 同时限制TR1远小于一个呼吸周期。 当选用移动激发模式时， 在导航界面上设置第一个90 选。