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
【技術領域】
[0001] 本公開的領域是磁共振（MR)系統和方法，且更具體地設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。
【背景技術】
[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，接收器和發射線圈的缺點、靜態磁場不均勻性、射頻（R巧穿透、梯度驅動的滿電 流和物體相關電磁交互作用系統性地引起在圖像當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（MR巧提 出主要挑戰。更具體地，甚至細微的信號不均勻性也可引起在圖像質量上的大的降低，運必 須被醫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。隨后，它減小了定量分析的準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中的可 變性是機器相關的，并超過可被校正的隨機或系統性錯誤。作為結果，所需的受試者的數量 必須增加W提高統計功率。例如，為了有在統計上可靠和重要的結果，阿爾茨海默病神經影 像學（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，調節發射RF激發場的強度和RF接收機的增益W確保RF激發脈沖具有最佳頻率、強度和持續時間來引起期望MR信號是一般慣例。運并不一定意味 著預期RF激發場將在整個感興趣區中均勻地產生，或因而產生的MR信號將從感興趣區中 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射線圈產生的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的穿透也可引起在整個感興趣區中的不均 勻的發射場和接收器靈敏度。而且，RF脈沖振幅的不正確的校準、RF放大器或其它RF電子 設備的不穩定性或漂移可導致不均勻的發射場。此外，在發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技術在研究和臨床環境中的應用。
[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、射頻場補償技術和并行發射技術來實現主動方法。運些主動方法中的大部 分集中在由發射線圈引起的信號不均勻性的校正上；而只有并行發射技術部分地校正由 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醫療系統全 球技術公司的Ainash2004;美國專利號7, 218, 107,來自皇家飛飛利浦電子設備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雜，假設有時不是有效的。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 技能來選擇恰當的模型和正確的設置。另一方面，基于測量的方法關于影響信號不均勻性 的因素的現有知識包括性地合并到校正內。怔reyWW，NarayanaPA. 1988;MurakamiJW等 人，1996;Lin巧GP等人，1998,來自東芝醫療系統公司的美國專利號US2012/0032677A1 Dannels(2012) ] 〇
[0005] 提出了用于估計在活體內的發射場的很多方法。運些方法可被分類為基于MR 振幅的和基于MR相位的方法。基于MR振幅的方法包括雙翻轉角方法[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]、實際翻轉角 成像方法[Yarny化化，2007]和穩態方法怔runner等人，2009]。基于MR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空間校準方法。基于強度的方法包括預掃描方法（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)、旋轉物體方法（Wang J等人，2009)、從發射場校準（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地改變，所Wk空間校準方法也 用于估計并行成像重構的接收器靈敏度（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及具有不同的目標的多個社區的挑戰性問題。 性能評估是在方法當中的一致性的調查W及新穎的校正方法的存在和發展的優化的考慮 因素。由于基礎真實數據的缺乏，使用在實驗上收集的人受試者MR數據的直接評估不是可 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 部分現有的基于模擬的性能評估方法產生差的有效性分數且常常導致沖突聲明。在本公開 中，幻像和活體內實驗用于評估各種信號不均勻性校正方法的性能。
【發明內容】
[0007] 本公開設及用于校正MR信號不均勻性的新穎的活體內方法。由發射場和接收器 靈敏度引起的不均勻性被單獨地量化并用于執行不均勻性校正。該方法可增強MR成像和 MR光譜學技術的準確度和精確度，并提高病理生理改變的檢測靈敏度。為了研究在不同算 法當中的一致性并給最終用戶提供某些科學應用的用于選擇特定的不均勻性校正方法的 合理基礎，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、發射線圈和磁場變化、未補償的滿電流、波行為和物體 定位產生MR信號不均勻性。在它們當中，線圈配置和波行為是主要源。它們不僅導致不均 勻的發射場，而且導致不均勻的接收器靈敏度。在本公開中，發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。作為結果，它們的負貢獻可被充分校正。使用幻像和 活體內人腦實驗來評估和確認信號不均勻性校正方法的性能。該方法可容易應用于校正由 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)所產生 的信號強度不均勻性偽影。校正方法基于導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成 像參數產生一組信號強度圖像；使用所獲取的圖像估計相對翻轉角圖或相對發射場圖；估 計所有脈沖（射頻脈沖、再聚焦脈沖和磁化準備脈沖）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備脈沖；估計根據Bloch方程校正的圖像的發射函數和相應于給定 翻轉角的相對翻轉角；估計接收器靈敏度圖；從發射函數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；標準化相對校正圖像； W及使用校正矩陣或圖像來校正不均勻的信號強度。
[0010] 性能評估被執行W研究在方法當中的一致性W及優化現有校正方法并開發新穎 校正方法。由于基礎真實數據的缺乏，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大部分現有的性能評估方法產生差的 有效性分數，且常常導致沖突聲明。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 內成像參數產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 各種序列和活體內成像參數W多個對比度（表示多個組織類型）和在活的人體內產生幻像 的一組信號強度圖像；使用物理和化學方法測量每個組織成分的確切體積W用作基