【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核磁共振成像，具体涉及一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法及梯度场测量装置。
技术介绍
1、在磁共振成像系统中，要求梯度线圈所产生的x、y和z三个方向的梯度场呈线性变化，用于磁共振信号的空间编码，包括选层、频率和相位编码，以实现成像的目的；然而实际使用的梯度线圈往往会存在一定程度的非线性；一方面原因是梯度线圈在设计之初，各性能参数之间存在一定的冲突性，为了配合临床适用目标，如短腔、大孔径、更高梯度场强和切换率等，梯度线圈的线性度往往会做出一定牺牲；另一方面，梯度线圈的制作工艺引入的误差也会直接导致梯度场的非线性；因此，核磁共振成像系统中实际使用的梯度线圈所产生的梯度场并不是严格线性变化的，而是具有一定非线性度的梯度场；梯度线圈的非线性变化会在重建图像中表现为图像畸变，直接影响到成像质量和医学诊断的准确性，如在脑部或心脏等一些精细结构的成像中，组织结构的扭曲或拉伸等定位错误可能掩盖病变或误导诊断；所以高于一定非线性度的梯度线圈，在成像后需要使用图像后处理方法进行畸变校正。
2、具体的，梯度非线性导致图像畸变的原因是磁共振成像在进行空间编码时不会考虑梯度场的非线性，并按照线性梯度的假设进行空间编码并进行重建，这个过程与实际非线性的梯度场不一致，从而导致图像畸变；畸变校正的一般方法是在图像重建后，充分考虑梯度场的非线性，通常由梯度场的谐波系数表达，对像素的位移变化进行计算，从而还原像素所代表组织的位置；梯度线圈所产生梯度场的谐波系数需要厂家提供，通常是梯度线圈的设计参数，但不包含梯度线圈的制作工艺误差引
3、因此，研发设计一种能够消除由于梯度线圈的制作工艺误差引入的非线性导致不同设备之间的图像输出差异，并能够更加准确地表达梯度线圈产生的实际梯度场的磁共振图像畸变校正方法及梯度场测量装置是现阶段亟待解决的一个问题。
技术实现思路
1、对于现有技术中所存在的问题，本专利技术提供的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法及梯度场测量装置，无需梯度线圈厂家提供梯度场的谐波系数，通过实际测量梯度场分布，计算得到谐波系数，并通过畸变校正公式对磁共振图像畸变校正，能够消除由于梯度线圈的制作工艺误差引入的非线性导致不同设备之间的图像输出差异。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法及梯度场测量装置，包括以下步骤：
4、s1：梯度场测量：分别对x、y和z三个梯度线圈施加电流，测量x、y和z每个梯度线圈分别产生的测量梯度场，计算所述测量梯度场的谐波系数；
5、s2：梯度场配准：使所述测量梯度场的测量坐标系轴与实际梯度坐标系轴指向一致；
6、s3：磁共振扫描：使用磁共振扫描序列获得扫描k空间数据和扫描参数，重建后获得重建图像；
7、s4：畸变校正：通过所述谐波系数和所述扫描参数获得畸变校正公式，使用所述畸变校正公式对所述重建图像进行位置校正，获得畸变校正图像。
8、作为一种优选的技术方案，在步骤s1中，在测量x、y和z每个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场时，均需测量位于同一球面上的n×m个采样点的磁场数据，其中，n×m个所述采样点为所述球面的n个径度角方向和m个维度角方向的交点，利用球面谐波函数展开方法计算得到磁场的谐波系数和 ，并采用以下公式计算空间内任意点的磁场强度：
9、
10、其中，为半径，为天顶角，为纬度角，为阶次的伴随勒让德多项式。
11、作为一种优选的技术方案，所述步骤s2包括以下子步骤：
12、s21：确定零点偏移矢量并进行零点平移；
13、s22：确定旋转矩阵并进行坐标系旋转。
14、作为一种优选的技术方案，在步骤s21中，所述实际梯度坐标系的零点设为x、y和z三个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场的零平面的交点，所述零点偏移矢量设为所述球面的球心到所述零点的矢量；所述零点平移设为将所述采样点按照所述零点偏移矢量进行平移。
15、作为一种优选的技术方案，在步骤s22中，所述实际梯度坐标系的x轴为y和z两个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场的零平面交线的方向；所述实际梯度坐标系的y轴为x和z两个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场的零平面交线的方向；所述实际梯度坐标系的z轴为x和y两个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场的零平面交线的方向；所述实际梯度坐标系的x轴、y轴和z轴的单位方向矢量形成所述旋转矩阵；所述坐标系旋转为将所述采样点按照所述旋转矩阵进行旋转；
16、梯度场配准后，利用球面谐波函数展开方法计算得到x、y和z三个梯度线圈产生的所述测量梯度场的谐波系数分别为和、和以及和。
17、作为一种优选的技术方案，在步骤s3和s4中，所述磁共振扫描包括三维扫描和二维扫描；所述畸变校正公式包括三维扫描畸变校正公式和二维扫描畸变校正公式。
18、作为一种优选的技术方案，当所述磁共振扫描为三维扫描时，x、y和z三个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场的计算公式为：
19、
20、其中，、和分别为x、y和z三个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场，代表线性成份，代表非线性成份；
21、所述测量梯度场的梯度的计算公式为：
22、
23、其中，、和分别为x、y和z三个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场的梯度；
24、且有，，，
25、
26、其中，为球坐标系下位置的表达，为笛卡尔坐标系下位置的表达，且有
27、
28、坐标为的点的位置偏移量的计算公式为：
29、
30、即所述三维扫描畸变校正公式为：
31、
32、其中，为畸变后的坐标位置。
33、作为一种优选的技术方案，当所述磁共振扫描为二维扫描时，所述步骤s4包括以下子步骤：
34、s41：层选方向校正：独立进行一次层选方向的校正，层选方向坐标标记为；
35、s42：二维图像校正：在校正的层选位置上进行频率编码和相位编码的位置校正，频率编码和相位编码的坐标标记为和，；
36、所述二维扫描畸变校正公式为：
37、
38、其中，是笛卡尔坐标在球坐标系的表达。
39、第二方面，本专利技术提供了一种梯度场测量装置，用于实现前述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法中的步骤s1，其特征在于，包括：
40、测磁仪，所述测磁仪上设有n个高斯计探头，n个所述高斯计探头沿一半圆状圆弧分布；
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【技术保护点】
1.一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，在步骤S1中，在测量X、Y和Z每个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场时，均需测量位于同一球面上的N×M个采样点的磁场数据，其中，N×M个所述采样点为所述球面的N个径度角方向和M个维度角方向的交点，利用球面谐波函数展开方法计算得到磁场的谐波系数和，并采用以下公式计算空间内任意点的磁场强度：
3.根据权利要求2所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，在步骤S21中，所述实际梯度坐标系的零点设为X、Y和Z三个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场的零平面的交点，所述零点偏移矢量设为所述球面的球心到所述零点的矢量；所述零点平移设为将所述采样点按照所述零点偏移矢量进行平移。
5.根据权利要求4所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，在步骤S22中
6.根据权利要求1所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，在步骤S3和S4中，所述磁共振扫描包括三维扫描和二维扫描；所述畸变校正公式包括三维扫描畸变校正公式和二维扫描畸变校正公式。
7.根据权利要求6所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，当所述磁共振扫描为三维扫描时，X、Y和Z三个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场的计算公式为：
8.根据权利要求7所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，当所述磁共振扫描为二维扫描时，所述步骤S4包括以下子步骤：
9.一种梯度场测量装置，用于实现如权利要求1至8任一项所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法中的步骤S1，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种梯度场测量装置，其特征在于，所述测磁仪（1）呈半圆状，所述测磁仪（1）的直径与所述中心轴（3）的轴心重合；N个所述高斯计探头（2）沿所述测磁仪（1）的圆弧均匀分布；
...【技术特征摘要】
1.一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，在步骤s1中，在测量x、y和z每个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场时，均需测量位于同一球面上的n×m个采样点的磁场数据，其中，n×m个所述采样点为所述球面的n个径度角方向和m个维度角方向的交点，利用球面谐波函数展开方法计算得到磁场的谐波系数和，并采用以下公式计算空间内任意点的磁场强度：
3.根据权利要求2所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下子步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，在步骤s21中，所述实际梯度坐标系的零点设为x、y和z三个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场的零平面的交点，所述零点偏移矢量设为所述球面的球心到所述零点的矢量；所述零点平移设为将所述采样点按照所述零点偏移矢量进行平移。
5.根据权利要求4所述的一种基于测量梯度场的磁共振图像畸变校正方法，其特征在于，在步骤s22中，所述实际梯度坐标系的x轴为y和z两个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场的零平面交线的方向；所述实际梯度坐标系的y轴为x和z两个梯度线圈分别产生的所述测量梯度场的零平面交线的方向；所述实际梯度坐标系的z轴为x和y...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓丽，王前，王兆连，张义廷，
申请(专利权)人：潍坊新力超导磁电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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