CN111839514B - 呼吸导航中的干扰校正方法和装置以及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及呼吸导航中的干扰校正方法，包括：在进行磁共振扫描时，将由射频信号生成器生成的呼吸信号发射向人体；采集在本地线圈中接收到的经过人体的呼吸信号作为测量呼吸信号，其中，测量呼吸信号由真实呼吸信号和干扰信号组成；根据真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和干扰信号的干扰信号线圈灵敏度来确定真实呼吸信号、干扰信号与测量呼吸信号所满足的信号关系式；计算信号关系式以得出真实呼吸信号，其中，本地线圈具有多个通道，呼吸信号线圈灵敏度为真实呼吸信号在多个通道中的分布比例，并且干扰信号线圈灵敏度为干扰信号在多个通道中的分布比例。由此，校正了呼吸导航中的干扰，提高了磁共振成像质量。

Description

呼吸导航中的干扰校正方法和装置以及存储介质

技术领域

本发明涉及磁共振成像领域。具体地，本发明涉及呼吸导航中的干扰校正方法和装置以及存储介质。

背景技术

在现有的磁共振(Magnetic Resonance,简称MR)成像的很多情况中，都会面临由于患者的呼吸运动而产生伪影而影响成像质量的问题，这时需要通过呼吸导航对呼吸运动进行追踪以在磁共振成像时实现对呼吸运动的补偿，从而消除伪影。现有技术中有一种导频呼吸导航(Pilot tone navigator，简称PT-Nav)技术，其基于在磁共振接收器中接收经过人体调制后的导频信号，来追踪呼吸运动，并且不需要额外的扫描集成硬件或者中断稳定状态，进而降低了成本。

然而，在使用MR本地线圈作为信号接收器时会产生其固有的问题：当MR成像脉冲序列运行时会对导频信号产生强烈干扰。因此，在使用导频信号来追踪呼吸运动时，如图1所示的不同通道中的信号曲线以及图2所示的将所有通道中的信号整合后的信号曲线，所接收到的信号与“真实”的呼吸信号有很大差别，即呼吸曲线具有严重的失真具有很多“信号降”，导致如图3所示获得的图像质量严重下降，其中，图3中左侧为使用预期采集校正(Prospective Acquisition Correction，简称PACE)触发而得到的图像，右侧为使用PT-Nav触发而得到的图像。干扰是来自硬件的，并且其根本原因是复杂的因此难以解决。

发明内容

本发明实施例提供了一种呼吸导航中的干扰校正的方法，以至少解决现有技术中因呼吸导航信号中存在干扰而使成像质量下降的问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了呼吸导航中的干扰校正方法，包括：在进行磁共振扫描时，将由射频信号生成器生成的呼吸信号发射向人体；采集在本地线圈中接收到的经过人体的呼吸信号作为测量呼吸信号，其中，测量呼吸信号由真实呼吸信号和干扰信号组成；根据真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和干扰信号的干扰信号线圈灵敏度来确定真实呼吸信号、干扰信号与测量呼吸信号所满足的信号关系式；计算信号关系式得出真实呼吸信号实现呼吸导航中的干扰校正，其中，本地线圈具有m个通道，其中，m为大于1的自然数，呼吸信号线圈灵敏度为真实呼吸信号在m个通道中的分布比例，并且干扰信号线圈灵敏度为干扰信号在m个通道中的分布比例。

以这样的方式，从实际采集的测量呼吸信号中，基于真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和干扰信号的干扰信号线圈灵敏度提取出实呼吸信号，实现了对呼吸导航中的干扰的校正。

在进行磁共振扫描、即运行脉冲序列时，同时进行呼吸导航。在此，呼吸导航也使用本地线圈作为呼吸信号接收器。通常，本地线圈根据磁共振系统以及协议具有多个通道，不同的通道代表了具有覆盖不同身体部位的不同线圈部分。因此，在不同的通道中采集的呼吸信号是与线圈的位置和几何尺寸有关的，也就是说不同通道对于呼吸信号的灵敏度是不同的，并与线圈的位置和几何尺寸有关。而在运行脉冲序列时，MR成像信号会对呼吸信号产生干扰，而本地线圈对于干扰信号的灵敏度则是由射频部件的特性决定的，即是由磁共振系统本身决定的，根据相关知识便能够计算出干扰信号线圈灵敏度。在原理上，可以认为呼吸信号与干扰是不相关的信号，那么所采集到的信号便是两者的和。

进一步地，根据本发明的一个实施例，根据真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和干扰信号的干扰信号线圈灵敏度来确定真实呼吸信号、干扰信号与测量呼吸信号所满足的信号关系式包括：在第n个通道中，真实呼吸信号Bre、第n个呼吸信号线圈灵敏度an、干扰信号Dis、第n个干扰信号线圈灵敏度bn以及第n个测量呼吸信号Signaln满足第n个信号关系式：

an*Bre+bn*Dis＝Signaln，

在整个本地线圈中满足的信号关系式为：

其中，n为大于1且小于等于m的自然数。

由于呼吸信号线圈灵敏度为真实呼吸信号在通道中的分布比例，并且干扰信号线圈灵敏度为干扰信号在通道中的分布比例，那么真实呼吸信号在第n个通道中被接收的分量等于an*Bre，相应的干扰信号在第n个通道中被接收的分量等于bn*Dis。如前所述呼吸信号与干扰是不相关的信号，那么所采集到的信号便是两者的和，即测量呼吸信号Signaln＝an*Bre+bn*Dis，将所有通道中的关系式：

a1*Bre+b1*Dis＝Signal1

a2*Bre+b2*Dis＝Signal2

an*Bre+bn*Dis＝Signaln

整合，便得到

以这样的方式，定量的确定了真实呼吸信号、干扰信号与测量呼吸信号所满足的关系。

进一步地，根据本发明的一个实施例，计算所述信号关系式得出所述真实呼吸信号包括：求解信号关系式，

其中，当m等于2时，

当m大于2时，其中，为的广义逆，并且提取向量中的第一个元素以得到真实呼吸信号。

在此，信号关系式：为线性方程组，根据相关数学理论可知，当m等于2的时候，线圈灵敏度矩阵为方阵这时信号关系式有解其中，为的逆矩阵。当m大于2时，信号关系式的解为其中，为的Moore-Penrose广义逆，这后续可以通过满秩分解和奇异值分解求得。以这样的方式，便能够以成熟的数学方法计算出真实呼吸信号。

进一步地，根据本发明的一个实施例，还包括在不进行磁共振扫描的情况下预采集一预定时间段的测量呼吸信号作为参考呼吸信号。

在不进行磁共振扫描，即不运行脉冲序列的情况下，进行预采集，此时所采集的信号中不包含由磁共振信号产生的主要干扰。以这样的方式，得到了无干扰的参考呼吸信号。

进一步地，根据本发明的一个实施例，还包括：计算参考呼吸信号的标准差作为呼吸信号线圈灵敏度；计算参考呼吸信号的绝对信号强度作为干扰信号线圈灵敏度。

参考呼吸信号的标准差表征了其波动的程度，进而表征了呼吸运动的剧烈程度，因此可以作为呼吸信号线圈灵敏度。参考呼吸信号的绝对信号强度表征了接收到的信号的幅值，虽然接收到的是呼吸信号，但是在各个通道中的幅值比例也适用于干扰信号。以这样的方式，定量得出了呼吸信号线圈灵敏度和干扰信号线圈灵敏度。

进一步地，根据本发明的一个实施例，预定时间段大于等于3秒小于等于7秒。

以这样的方式，既能够采集到足够的信号样本，也不会影响正常的运行。

进一步地，根据本发明的一个实施例，由射频信号生成器生成的呼吸信号是作为导频音信号的连续波射频信号。

在此的呼吸导航是导频触发的呼吸导航，即PT-Nav，以这样的方式，实现了对PT-Nav中的干扰校正。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了呼吸导航中的干扰校正装置，包括：信号发射模块，被配置为在进行磁共振扫描时将由射频信号生成器生成的呼吸信号发射向人体；采集模块，被配置为采集在本地线圈中接收到的经过人体的呼吸信号作为测量呼吸信号，其中，测量呼吸信号由真实呼吸信号和干扰信号组成；确定模块，被配置为根据真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和干扰信号的干扰信号线圈灵敏度来确定真实呼吸信号、干扰信号与测量呼吸信号所满足的信号关系式；第一计算模块，被配置为计算信号关系式以得出真实呼吸信号以校正呼吸导航中的干扰，其中，本地线圈具有多个通道，呼吸信号线圈灵敏度为真实呼吸信号在多个通道中的分布比例，并且干扰信号线圈灵敏度为干扰信号在多个通道中的分布比例。

进一步地，根据本发明的一个实施例，还包括：预采集模块，被配置为在不进行磁共振扫描的情况下预采集一预定时间段测量呼吸信号作为参考呼吸信号，第二计算模块，被配置为计算参考呼吸信号的标准差作为呼吸信号线圈灵敏度并且计算参考呼吸信号的绝对信号强度干扰信号线圈灵敏度。

在此，之前所述对于根据本发明的方法的解释和优点也适用于根据本发的相应装置。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行根据本发明的方法。

在本发明实施例中，提供了一种呼吸导航中的干扰校正的方法，通过根据由呼吸信号线圈灵敏度以及干扰信号线圈灵敏度所确定的信号关系式计算出真实呼吸信号，以至少解决现有技术中因呼吸导航信号中存在干扰而使成像质量下降的问题，实现了提高磁共振系统成像质量的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是不同通道中的信号曲线的示意图；

图2是将所有通道中的信号整合后的信号曲线；

图3是在未使用根据本发明的方法的情况下得到的MRI图像的对比；

图4是根据本发明示例性实施方式的呼吸导航中的干扰校正的方法的流程图；

图5是根据本发明示例性实施方式的呼吸导航中的干扰校正的方法中，在预采集时采集的信号图以及校正后的信号图；

图6是与图3相对应的在使用根据本发明的方法的情况下得到的MRI图像的对比；以及

图7是根据本发明示例性实施方式的呼吸导航中的干扰校正装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块或单元。

根据本发明实施例，提供了呼吸导航中的干扰校正的方法。图4是根据本发明示例性实施方式的呼吸导航中的干扰校正的方法的流程图。如图4所示，根据本发明的呼吸导航中的干扰校正方法，包括：在步骤S101，在进行磁共振扫描时，将由射频信号生成器生成的呼吸信号发射向人体；在步骤S103，采集在本地线圈中接收到的经过人体的呼吸信号作为测量呼吸信号，其中，测量呼吸信号由真实呼吸信号和干扰信号组成；在步骤S105，根据真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和干扰信号的干扰信号线圈灵敏度来确定真实呼吸信号、干扰信号与测量呼吸信号所满足的信号关系式；在步骤S107计算信号关系式得出真实呼吸信号实现呼吸导航中的干扰校正，其中，本地线圈具有m个通道，其中，m为大于1的自然数，呼吸信号线圈灵敏度为真实呼吸信号在m个通道中的分布比例，并且干扰信号线圈灵敏度为干扰信号在m个通道中的分布比例。

以这样的方式，从实际采集的测量呼吸信号中，基于真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和干扰信号的干扰信号线圈灵敏度提取出实呼吸信号，实现了对呼吸导航中的干扰的校正。

优选地，根据真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和干扰信号的干扰信号线圈灵敏度来确定真实呼吸信号、干扰信号与测量呼吸信号所满足的信号关系式包括：在第n个通道中，真实呼吸信号Bre、第n个呼吸信号线圈灵敏度an、干扰信号Dis、第n个干扰信号线圈灵敏度bn以及第n个测量呼吸信号Signaln满足第n个信号关系式：

an*Bre+bn*Dis＝Signaln，

在整个本地线圈中满足的信号关系式为：

其中，n为大于1且小于等于m的自然数。

由于呼吸信号线圈灵敏度为真实呼吸信号在通道中的分布比例，并且干扰信号线圈灵敏度为干扰信号在通道中的分布比例，那么真实呼吸信号在第n个通道中被接收的分量等于an*Bre，相应的干扰信号在在第n个通道中被接收的分量等于bn*Dis。如前所述呼吸信号与干扰是不相关的信号，那么所采集到的信号便是两者的和，即测量呼吸信号Signaln＝an*Bre+bn*Dis，将所有通道中的关系式：

a1*Bre+b1*Dis＝Signal1

a2*Bre+b2*Dis＝Signal2

an*Bre+bn*Dis＝Signaln

整合，便得到

以这样的方式，定量的确定了真实呼吸信号、干扰信号与测量呼吸信号所满足的关系。

优选地，计算所述信号关系式得出所述真实呼吸信号包括：求解信号关系式，

其中，当m等于2时，

当m大于2时，其中，为的广义逆，并且提取向量中的第一个元素以得到真实呼吸信号。

在此，信号关系式：为线性方程组，根据相关数学理论可知，当m等于2的时候，线圈灵敏度矩阵为方阵这时信号关系式有解其中，为的逆矩阵。当m大于2时，信号关系式的解为其中，为的Moore-Penrose广义逆，这后续可以通过满秩分解和奇异值分解求得。以这样的方式，便能够以成熟的数学方法计算出真实呼吸信号。

优选地，根据本发明的方法还包括在不进行磁共振扫描的情况下预采集一预定时间段的测量呼吸信号作为参考呼吸信号。

优选地，根据本发明的方法还包括：计算参考呼吸信号的标准差作为呼吸信号线圈灵敏度；计算参考呼吸信号的绝对信号强度作为干扰信号线圈灵敏度。

优选地，预定时间段大于等于3秒小于等于7秒。

以这样的方式，既能够采集到足够的信号样本，也不会影响正常的运行。

优选地，由射频信号生成器生成的呼吸信号是作为导频音信号的连续波射频信号。

在此的呼吸导航是导频音触发的呼吸导航，即PT-Nav，以这样的方式，实现了对PT-Nav中的干扰校正。

图5是根据本发明示例性实施方式的呼吸导航中的干扰校正的方法中，在预采集时采集的信号图以及校正后的信号图。图5上方的信号曲线表示应用预采集的实际的测量呼吸信号。可以看出在开始的预采集阶段所采集的信号是不包含干扰的，而之后采集得到的信号已经包含真实呼吸信号和干扰信号。图5下方的信号曲线是在经过根据本发明的方法之后的校正的信号曲线，可以看出此时去除了很多干扰信号引起的“信号降”。

图6是与图3相对应的在使用根据本发明的方法的情况下得到的MRI图像的对比。左侧为使用PACE触发而得到的图像，右侧为使用根据本发明的干扰校正后的通过PT-Nav触发而得到的图像，可以看出，成像质量得到了显著的提高。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了呼吸导航中的干扰校正装置，图7是根据本发明示例性实施方式的呼吸导航中的干扰校正装置200的示意图。如图7所示，干扰校正装置包括：信号发射模块201，被配置为在进行磁共振扫描时将由射频信号生成器生成的呼吸信号发射向人体；采集模块203，被配置为采集在本地线圈中接收到的经过人体的呼吸信号作为测量呼吸信号，其中，测量呼吸信号由真实呼吸信号和干扰信号组成；确定模块205，被配置为根据真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和干扰信号的干扰信号线圈灵敏度来确定真实呼吸信号、干扰信号与测量呼吸信号所满足的信号关系式；第一计算模块207，被配置为计算信号关系式以得出真实呼吸信号以校正呼吸导航中的干扰，其中，本地线圈具有多个通道，呼吸信号线圈灵敏度为真实呼吸信号在多个通道中的分布比例，并且干扰信号线圈灵敏度为干扰信号在多个通道中的分布比例。

优选地，干扰校正装置还包括：预采集模块，被配置为在不进行磁共振扫描的情况下预采集一预定时间段测量呼吸信号作为参考呼吸信号，第二计算模块，被配置为计算参考呼吸信号的标准差作为呼吸信号线圈灵敏度并且计算参考呼吸信号的绝对信号强度干扰信号线圈灵敏度。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行根据本发明的方法。

在本发明实施例中，提供了一种呼吸导航中的干扰校正的方法，通过根据由呼吸信号线圈灵敏度以及干扰信号线圈灵敏度所确定的信号关系式计算出真实呼吸信号，以至少解决现有技术中因呼吸导航信号中存在干扰而使成像质量下降的问题，实现了提高磁共振系统成像质量的技术效果。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元或模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元或模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元或模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元或模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元或模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元或模块可以集成在一个处理单元或模块中，也可以是各个单元或模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元或模块集成在一个单元或模块中。上述集成的单元或模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元或模块的形式实现。

所述集成的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，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.呼吸导航中的干扰校正方法，其特征在于，包括：

在进行磁共振扫描时，将由射频信号生成器生成的呼吸信号发射向人体；

采集在本地线圈中接收到的经过人体的呼吸信号作为测量呼吸信号，其中，所述测量呼吸信号由真实呼吸信号和干扰信号组成；

根据所述真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和所述干扰信号的干扰信号线圈灵敏度来确定所述真实呼吸信号、所述干扰信号与所述测量呼吸信号所满足的信号关系式；

计算所述信号关系式得出所述真实呼吸信号实现对呼吸导航中的干扰校正，

其中，所述本地线圈具有m个通道，其中，m为大于1的自然数，所述呼吸信号线圈灵敏度为所述真实呼吸信号在所述m个通道中的分布比例，并且所述干扰信号线圈灵敏度为所述干扰信号在所述m个通道中的分布比例。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和所述干扰信号的干扰信号线圈灵敏度来确定所述真实呼吸信号、所述干扰信号与所述测量呼吸信号所满足的信号关系式包括：

在第n个通道中，所述真实呼吸信号Bre、第n个呼吸信号线圈灵敏度an、所述干扰信号Dis、第n个干扰信号线圈灵敏度bn以及第n个测量呼吸信号Signaln满足第n个信号关系式：

an*Bre+bn*Dis＝Signaln，

在整个所述本地线圈中满足的信号关系式为：

其中，n为大于1且小于等于m的自然数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述信号关系式得出所述真实呼吸信号包括：

求解所述信号关系式，

其中，当m等于2时，

当m大于2时，其中，为的广义逆，并且

提取向量中的第一个元素以得到所述真实呼吸信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在不进行磁共振扫描的情况下预采集一预定时间段的所述测量呼吸信号作为参考呼吸信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

计算所述参考呼吸信号的标准差作为所述呼吸信号线圈灵敏度；

计算所述参考呼吸信号的绝对信号强度作为所述干扰信号线圈灵敏度。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定时间段大于等于3秒小于等于7秒。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述射频信号生成器生成的所述呼吸信号是作为导频信号的连续波射频信号。

8.呼吸导航中的干扰校正装置，其特征在于，所述干扰校正装置包括：

信号发射模块，被配置为在进行磁共振扫描时将由射频信号生成器生成的呼吸信号发射向人体；

采集模块，被配置为采集在本地线圈中接收到的经过人体的呼吸信号作为测量呼吸信号，其中，所述测量呼吸信号由真实呼吸信号和干扰信号组成；

定模块，被配置为根据所述真实呼吸信号的呼吸信号线圈灵敏度和所述干扰信号的干扰信号线圈灵敏度来确定所述真实呼吸信号、所述干扰信号与所述测量呼吸信号所满足的信号关系式；

第一计算模块，被配置为计算所述信号关系式得出所述真实呼吸信号实现呼吸导航中的干扰校正，

其中，所述本地线圈具有多个通道，所述呼吸信号线圈灵敏度为所述真实呼吸信号在所述多个通道中的分布比例，并且所述干扰信号线圈灵敏度为所述干扰信号在所述多个通道中的分布比例。

9.根据权利要求8所述的呼吸导航中的干扰校正装置，其特征在于，还包括：

预采集模块，被配置为在不进行磁共振扫描的情况下预采集一预定时间段所述测量呼吸信号作为参考呼吸信号，

第二计算模块，被配置为计算所述参考呼吸信号的标准差作为所述呼吸信号线圈灵敏度并且计算所述参考呼吸信号的绝对信号强度作为所述干扰信号线圈灵敏度。

10.存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。