具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

核磁共振能够做到无损(非侵入)检测、定量检测，以及多模态检测，基于这些优势，核磁共振技术及其应用受到广泛关注，并将在今后很长一段时间内持续发展。并且核磁共振的信号采集通过脉冲序列来实现，这里的脉冲主要指射频脉冲和梯度脉冲。其中梯度脉冲，又称为脉冲场梯度(pulsed field gradient)，可使磁场随空间发生线性变化，进而使磁场中不同位置的原子核处在不同共振频率下，是磁共振成像的关键环节，梯度脉冲的输入波形一般是矩形或梯形，然而实际输出却无法满足。因为梯度磁场在经历瞬态变化过程时，梯度线圈周围的金属部件内部会产生阻碍磁场变化的感应电流，并形成涡旋形的闭合回路，即涡电流，简称涡流(eddy current)。由涡流所引起的梯度实际输出波形的改变，破坏了梯度空间编码的准确性，导致图像产生畸变和伪影等失真现象，涡流随时间的变化表现为多指数衰减的形式，通过设置磁共振设备的预加重参数，可产生相应的过电流成分，灵活地实现涡流补偿。

如图1所示，该用于磁共振成像的梯度涡流补偿方法具体包括：

步骤S1：采集预设采样脉冲序列的回波信号，其中预设采样脉冲序列用于测量涡流数据。

本发明实施例中，采集预设采样脉冲序列的回波信号，其中预设采样脉冲序列用于测量涡流数据，设置预设采样脉冲序列的各项参数，包括设置观测时间τ_obs后采集一组回波信号，改变τ_obs再次采集，直到完成所有信号采集。例如共采集了8组不同τ_obs条件下的回波信号，其中τ_obs从0.1到1000毫秒对数等间隔取值，当τ_obs取1000毫秒时，可认为测试梯度的涡流已完全衰减，故该组回波信号可同时作为参考回波信号使用。

目前梯度涡流的测量方法，如图2所示，信号相位法通过关闭梯度开关，等待一定时间(τ)采集磁共振信号，则能够计算出信号的相位变化率，上述信号相位法存在操作繁琐(测试过程需要改变样品位置并对样品精确定位)、信号量小、准确度低的问题；如图3所示，梯度回波相位法通过关闭梯度开关，等待一定时间(τ)后利用射频脉冲激发信号，再施加一对极性相反的梯度脉冲，采集回波信号，对采集到的回波信号进行傅里叶变换，则涡流的大小可以计算得到，但是梯度回波相位法存在理论漏洞：(1)由于涡流的存在，回波峰比预期提早出现，导致真实回波时间比序列设置回波时间小，且涡流越大回波峰出现越早，真实回波时间越小，故用该方法测得的涡流小于真值，涡流越大该方法的偏差越大；(2)该方法测得的涡流大小为整个回波时间里涡流的几何平均值，并非观测时刻处的涡流大小，真实涡流水平被低估。本发明实施例提供的用于磁共振成像的梯度涡流补偿方法无需额外硬件设备，如线圈、电路、数字信号接收机等的支持；抗噪能力较强，且不易受主磁场及射频场不稳定性等问题的影响。

需要说明的是，本发明实施中的预设采样脉冲序列是根据实际核磁共振成像系统进行设定的，在实际应用中，也可以根据实际图像需要对预设采样脉冲序列进行修改，并且本发明实施例仅举例说明采集的8组信号以及参考回波信号的确定方法，本发明并不以此为限。

步骤S2：利用预设算法对回波信号进行数据处理，计算得到涡流成分参数。

本发明实施例中，信号采集完毕后，对采集到的回波信号进行数据处理，其中回波信号包括：基础回波信号和参考回波信号，利用预设算法对回波信号进行数据处理，计算得到涡流成分参数的过程为：首先对采集到的回波信号进行取模值操作，然后对取模值操作后得到的模值回波信号的主峰进行拟合和插值回归，得到高分辨的聚相时间；之后通过聚相时间计算出回波时间τ_echo并计算回波时间内测试梯度涡流的积分值I_eddy；以上述8组回波信号为例，参考信号的聚相时间等于第8组信号的聚相时间，涡流积分函数模型中，除待求解的指数函数的幅度A和衰减时间常数T外，其余变量全部确定。

需要说明的是，本发明实施例仅仅举例说明，采集的回波信号为8组数据，并且计算聚相时间、回波时间以及求解涡流积分函数的方法都可以选择多种方式进行求解，本发明并不以此为限。

步骤S3：根据涡流成分参数生成预加重波形。

本发明实施例中，计算出涡流成分参数后，可准确拟合实际梯度涡流情况，将成分参数输入预加重模块，生成预加重波形实现涡流补偿。

步骤S4：通过预加重波形对磁共振成像梯度脉冲进行涡流补偿，得到预期的目标梯度波形。

本发明实施例中，通过预加重波形对磁共振成像梯度脉冲进行涡流补偿，得到预期的目标梯度波形，其中，预加重(pre-emphasis)是从梯度脉冲输入端解决涡流的技术，是在输入梯度电流时，通过梯度线圈的预加重单元额外输入一个“过电流”，形成失真的梯度波形，失真部分若与涡流幅度相同、方向相反，则两者可相互抵消，最后得到预期的梯度波形。即设置磁共振设备的预加重参数，可产生相应的过电流成分，灵活地实现涡流补偿，最终得到预期的目标梯度波形，避免了由涡流所引起的梯度实际输出波形的改变，破坏了梯度空间编码的准确性，导致图像产生畸变和伪影等失真现象，严重影响磁共振成像质量的问题。

本发明提供的用于磁共振成像的梯度涡流补偿方法，通过采集预设采样脉冲序列的回波信号，利用预设算法对回波信号进行数据处理，计算得到涡流成分参数，对磁共振成像梯度脉冲进行梯度涡流补偿，得到预期的目标梯度波形；测试与补偿的过程中无需额外硬件设备支持，噪声对确定回波位置产生的影响小，通过回波位置分析数据的方法抗噪能力较强，且不易受主磁场及射频场不稳定性等问题的影响，稳健性高；并且操作便捷，信号采集速度快，数据处理结果可靠，能够高效、准确地实现梯度涡流的测量与补偿。

在一具体实施例中，执行步骤S1的过程可以具体包括如下步骤：

步骤S10：将测试样品放置于预设测试区域，完成预扫描，得到测试区域的校正参数。

本发明实施例中，优选纯水作为测试样品，放置样品后进行包括寻找中心频率、匀场、寻找射频脉冲功率与90°脉宽在内的常规预扫描操作，完成预扫描，得到测试区域的校正参数，为后续测试更好的排除噪声干扰，进而达到优化预设采样脉冲序列的目的；其中，优选纯水作为测试样品是因为本发明实施例中对测试样品的形状、材质没有严格要求，只需单组分、弛豫时间较长的液体样品，因此选用生活中常见的纯水作为测试样品，并且整个样品所有质子均参与信号贡献，信号量大，信噪比高，无需精确测量样品位置，即预设测试区域，样品一经放置，直至完成所有梯度方向的涡流测量前，无需再次移动其位置。

需要说明的是，本发明实施例中，仅仅举例说明完成预扫描后得到的测试区域的校正参数，实际应用还可以包括其他参数，可根据实际精度需求进行计算，本发明并不以此为限。

步骤S20：预设置观测时间，利用观测时间、测试区域的校正参数及预设采样脉冲序列参数，运行预设采样脉冲序列，得到回波信号，预设采样脉冲序列参数包括：测试梯度数据、散相梯度数据及聚相梯度数据，其中测试梯度数据包括：测试梯度强度、测试梯度持续时间及测试梯度方向。

本发明实施例中，利用如图4所示的采样脉冲序列采集磁共振信号，采集前，首先设置预设采样脉冲序列参数，例如设置测试梯度方向，如x、y或z；设置采样间隔或谱宽(两者互为倒数)；设置用于信号采集的射频脉冲宽度；设置测试梯度强度G_test，其持续时间δ_test可设置为一较大值，例如20毫秒；设置散相梯度强度G_dph及散相时间δ_dph；设置聚相梯度强度G_rph；并且信号采集从散相梯度脉冲关闭，即聚相梯度脉冲开启处开始，一直持续到保证能够观测到完整的回波信号，聚相梯度脉冲在信号采集期间始终开启，直到信号采集结束时关闭，观察采集到的磁共振信号的模值，其最大值所处位置即回波出现时刻，从信号采集开始时刻到回波出现时刻的这段时间即聚相时间δ_rph。预设置观测时间τ_obs，即从测试梯度脉冲关闭到射频脉冲中心的时间，运行脉冲序列采集磁共振信号，得到回波信号。

需要说明的是，本发明实施例仅仅举例说明设置的预设采样脉冲序列参数，其中预设采样脉冲序列参数包括：测试梯度数据、散相梯度数据及聚相梯度数据，并且测试梯度数据包括：测试梯度强度、测试梯度持续时间及测试梯度方向；散相梯度数据包括：散相梯度强度、散相梯度持续时间及散相梯度方向；聚相梯度数据包括：聚相梯度强度、聚相梯度持续时间及聚相梯度方向；还可以根据实际需要对预设采样脉冲序列参数进行调整与增加，本发明并不以此为限。

步骤S30：改变测试梯度方向，将预设采样脉冲序列参数替换为改变后的预设采样脉冲序列参数，重复步骤S20，直到完成所有梯度方向的回波信号的采集。

在一具体实施例中，如图5所示，执行步骤S20的过程可以具体包括如下步骤：

步骤S201：预设置第一观测时间。

步骤S202：利用第一观测时间、测试区域的校正参数及第一预设采样脉冲序列参数，运行预设采样脉冲序列，得到基础回波信号。

本发明实施例中，利用第一观测时间、测试区域的校正参数及第一预设采样脉冲序列参数，运行预设采样脉冲序列，得到基础回波信号。需要说明的是，本发明实施例中的基础回波信号就是在第一观测时间内，设置测试区域的校正参数及第一预设采样脉冲序列参数，然后运行预设采样脉冲序列，得到的回波信号作为基础回波信号。

步骤S203：将第一预设采样脉冲序列参数中的测试梯度强度及测试梯度持续时间置为零，得到第二预设采样脉冲序列参数，根据第一观测时间运行预设采样脉冲序列，得到参考回波信号。

本发明实施例中，采集一组未受测试梯度涡流影响的信号作为参考回波信号，其聚相时间为δ_rph[ref]，如图6所示，其中可以通过将第一预设采样脉冲序列参数中的测试梯度强度及测试梯度持续时间置为零，得到第二预设采样脉冲序列参数，根据第一观测时间运行预设采样脉冲序列，得到参考回波信号，需要说明的是，本发明实施例中，还可以通过不改变测试梯度G_test的强度和持续时间，设置观测时间τ_obs为一较大值，如1000毫秒，然后采集信号，可认为此时涡流已完全衰减，在实际应用中，还可以根据实际系统功能要求，利用其他方法获取参考回波信号即未受涡流影响的回波信号，本发明并不以此为限。

步骤S204：将第二观测时间预设置为第一观测时间，并返回执行步骤S202，直到完成预设采样脉冲序列的所有回波信号的采集。

本发明实施例中，改变第一观测时间，用第二观测时间代替第一观测时间，即改变τ_obs的大小并重复上述步骤S202操作，总共进行M次信号采集，得到M组回波信号，以m代表采集的序号，则δ_rph[m]代表第m次信号采集的聚相时间，如图6所示，通过本发明实施例的方法采集到的磁共振信号，其回波出现位置受测试梯度脉冲产生的涡流影响发生了偏移。

在一具体实施例中，执行步骤S2的过程可以具体包括如下步骤：

步骤S21：对回波信号进行取模值操作，得到模值回波信号。

本发明实施例中，将采集到的预设采样脉冲序列的回波信号进行取模值操作，得到模值回波信号，其中主要是要将采集到的磁共振信号的回波信号中的复数信号进行取模。

步骤S22：获取模值回波信号的主峰，对模值回波信号的主峰进行拟合和插值回归，得到回波信号的聚相时间。

本发明实施例中，获取模值回波信号的主峰，对模值回波信号的主峰进行拟合和插值回归，得到回波信号的聚相时间。以任意梯度方向采集的第m组回波信号为例，对复数信号数据取模值，并通过回波出现时刻，即模值回波信号最大值所处的位置来确定聚相时间δ_rph[m]，由于存在采样时间间隔、数据噪声等影响因素，对主回波峰进行拟合并插值回归可以得到更精确的聚相时间，其中采用多项式拟合主回波峰，当多项式的次数不小于3时，得到的结果比较准确、可靠，拟合得到多项式的各项系数后，可基于该多项式函数模型进行插值回归，得到高精度的聚相时间。

需要说明的是，本发明实施例中仅举例说明可以通过对主回波峰进行拟合并插值回归得到更精确的聚相时间，在实际应用中还可以根据实际经验及系统需求进行设定，并且对主回波峰进行拟合所采用的函数模型并不唯一，还可以采用如洛伦兹线型函数、高斯线型函数、广延指数分布函数等进行拟合，本发明并不以此为限。

步骤S23：通过采样脉冲中心到采样开始时刻的时间加上对应的聚相时间得到回波时间，其中聚相时间包括：对应基础回波信号的聚相时间及对应参考回波信号的参考聚相时间。

步骤S24：利用回波时间、聚相时间和聚相梯度数据计算涡流成分参数。

在一具体实施例中，执行步骤S24的过程可以具体包括如下步骤：

步骤S241：将回波时间内聚相时间与参考聚相时间之差确定为延迟时间。

本发明实施例中，以第m组回波信号为例，该组信号的回波时间τ_echo[m]为采样射频脉冲中心到采样开始时刻的时间加上其对应的聚相时间δ_rph[m],在这段回波时间内，所有梯度及其涡流随时间的积分值总和为零。对于参考信号，其聚相时间为δ_rph[ref]，整个回波时间内不存在测试梯度脉冲产生的涡流，由于散相梯度与测试梯度方向相同，而聚相梯度与之方向相反，故对于测试信号，其回波时刻因涡流的叠加而产生延迟，延迟的这段时间内，聚相梯度脉冲起到了弥补涡流的作用。

步骤S242：利用聚相梯度数据中的聚相梯度强度及延迟时间，计算得到涡流积分值。

本发明实施例中，利用聚相梯度数据中的聚相梯度强度及延迟时间，通过以下公式计算涡流积分值：

I_eddy[m]＝G_rph(δ_rph[m]-δ_rph[ref]) (1)

其中，I_eddy[m]表示第m组涡流积分值，G_rph表示聚相梯度强度，δ_rph[m]表示第m组聚相时间，δ_rph[ref]表示参考聚相时间。

步骤S243：利用回波时间、涡流积分值、涡流积分函数模型，基于预设约束模型计算得到涡流成分参数，涡流成分参数包括：指数函数的幅度及指数函数的衰减时间常数。

本发明实施例中，利用回波时间及涡流积分值，通过以下公式计算涡流函数模型：

其中，G_eddy(t)表示涡流函数模型，n表示指数成分的序号，n＝1,2,…,N，A_[n]表示指数函数的幅度，T_[n]表示指数函数的衰减时间常数；

利用观测时间、回波时间、涡流函数模型及涡流积分值，通过以下公式计算涡流成分参数：

其中，I_eddy[m]表示第m组涡流积分值，τ_obs[m]表示第m组观测时间，τ_echo[m]表示第m组回波时间，G_eddy(t)表示涡流函数模型。

在实际应用中，可以通过最小二乘拟合，因此涡流成分参数的计算可通过求解以下公式实现：

其中，I_eddy[m]表示第m组涡流积分值，τ_obs[m]表示第m组观测时间，τ_echo[m]表示第m组回波时间，G_eddy(t)表示涡流函数模型，A_[n]表示指数函数的幅度，T_[n]表示指数函数的衰减时间常数。最小二乘拟合目标为最小化涡流积分观测值与涡流积分函数期望值距离的平方和，最小化过程需要考虑针对涡流成分幅度A和衰减时间常数T的约束条件：一是所有A必须为正值，且其总和不超过测试梯度强度G_test；二是所有T必须落在[T_min,T_max]范围内，该范围应根据磁共振设备梯度预加重模块提供的衰减时间常数的可行范围进行调整。数据拟合过程中，I_eddy[m]的具体数值由公式(1)给出，理论上，指数成分的数目N越大，拟合效果越好。然而在实际情况中，磁共振设备提供的预加重通道总数有限，N值若过大则无法实现所有指数成分的涡流补偿，故N的取值不应超过预加重通道总数。

本发明实施例采用经典的列文伯格-马夸尔特非线性最小二乘算法结合对数障碍函数法可高效、稳健地实现公式(4)的约束优化，求解出准确、可靠的涡流成分参数。需要说明的是，考虑约束条件的求解方法并不唯一，还可以是其它算法，如梯度下降法、牛顿法、信赖域法，无论采用何种算法求解公式(4)或其等效变型式，都可以进行计算，只要能达到计算求解的目的即可，本发明并不以此为限。

实际应用中，首先对采集到的复数信号进行取模值操作，得到的模值回波信号如图7所示，然后对每组回波信号主峰进行拟合和插值回归，得到高分辨的聚相时间δ_rph，图8是第一组回波信号，即τ_obs取0.1毫秒时的主峰拟合和插值回归示意图，之后通过聚相时间计算出回波时间τ_echo并计算回波时间内测试梯度涡流的积分值I_eddy。参考信号的聚相时间等于示例中的第八组信号的聚相时间(δ_rph[ref]＝δ_rph[8])。此时，涡流积分函数模型中，除待求解的指数成分幅度A和衰减时间常数T外，其余变量全部确定。涡流积分的拟合效果如图9所示，可见本发明提供的方法可准确拟合实际梯度涡流情况。

本发明提供的用于磁共振成像的梯度涡流补偿方法，通过采集预设采样脉冲序列的回波信号，利用预设算法对回波信号进行数据处理，计算得到涡流成分参数，对磁共振成像梯度脉冲进行梯度涡流补偿，得到预期的目标梯度波形；测试与补偿的过程中无需额外硬件设备支持，噪声对确定回波位置产生的影响小，通过回波位置分析数据的方法抗噪能力较强，且不易受主磁场及射频场不稳定性等问题的影响，稳健性高；并且操作便捷，信号采集速度快，数据处理结果可靠，能够高效、准确地实现梯度涡流的测量与补偿；对测试样品的形状、材质没有严格要求，只需单组分、弛豫时间较长的液体样品；无需精确测量样品位置，样品一经放置，直至完成所有梯度方向的涡流测量前，无需再次移动其位置；整个样品所有质子均参与信号贡献，信号量大，信噪比高，有效解决了传统方法数据采集过程操作繁琐、耗时长等问题，克服了传统方法数据分析结果易受噪声等不确定性因素影响的问题。

本发明实施例还提供了一种用于磁共振成像的梯度涡流补偿系统，如图10所示，包括：

采集模块1，用于采集预设采样脉冲序列的回波信号。详细内容参见上述方法实施例中步骤S1的相关描述，在此不再赘述。

计算模块2，用于利用预设算法对回波信号进行数据处理，计算得到涡流成分参数。详细内容参见上述方法实施例中步骤S2的相关描述，在此不再赘述。

波形生成模块3，用于根据涡流成分参数生成预加重波形。详细内容参见上述方法实施例中步骤S3的相关描述，在此不再赘述。

校正模块4，用于通过预加重波形对磁共振成像梯度脉冲进行涡流补偿，得到预期的目标梯度波形。详细内容参见上述方法实施例中步骤S4的相关描述，在此不再赘述。

通过上述各个模块组成部分的协同合作，本发明提供的用于磁共振成像的梯度涡流补偿系统，通过采集预设采样脉冲序列的回波信号，利用预设算法对回波信号进行数据处理，计算得到涡流成分参数，对磁共振成像梯度脉冲进行梯度涡流补偿，得到预期的目标梯度波形；测试与补偿的过程中无需额外硬件设备支持，噪声对确定回波位置产生的影响小，通过回波位置分析数据的方法抗噪能力较强，且不易受主磁场及射频场不稳定性等问题的影响，稳健性高；并且操作便捷，信号采集速度快，数据处理结果可靠，能够高效、准确地实现梯度涡流的测量与补偿；对测试样品的形状、材质没有严格要求，只需单组分、弛豫时间较长的液体样品；无需精确测量样品位置，样品一经放置直至完成所有梯度方向的涡流测量前，无需再次移动其位置；整个样品所有质子均参与信号贡献，信号量大，信噪比高，有效解决了传统方法数据采集过程操作繁琐、耗时长等问题，克服了数据分析结果易受噪声等不确定性因素影响的问题。

本发明实施例提供一种计算机设备，如图11所示，包括：至少一个处理器401，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速RAM存储器(Ramdom Access Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行用于磁共振成像的梯度涡流补偿方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行上述的用于磁共振成像的梯度涡流补偿方法。

其中，通信总线402可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard diskdrive，缩写：HDD)或固降硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。

其中，处理器401可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。

其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic arraylogic,缩写：GAL)或其任意组合。

可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本申请的用于磁共振成像的梯度涡流补偿方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行用于磁共振成像的梯度涡流补偿方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固降硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。