一种fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法技术

本发明专利技术公开了一种fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法和设备，方法包括：获取射频接收线圈与被试样本的相对位移产生的本征时域成像数据；根据本征时域成像数据，利用利用本征时域信噪比计算模型计算本征时域稳定性参数；基于本征时域稳定性参数对射频接收线圈在fMRI应用中的性能进行评价。本发明专利技术仅考虑由于射频接收线圈与被试相对运动带来的本征时域噪声，排出了被试样本的生理噪声，从而得到仅与射频接收线圈本身性能有关的本征时域信噪比计算模型，通过该模型的计算结果能够对射频接收线圈的时域稳定性进行评价，从而指导功能磁共振成像中的专用射频接收线圈的设计，提高线圈质量，进而提高功能磁共振成像的图像质量。图像质量。图像质量。

【技术实现步骤摘要】
一种fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法


[0001]本专利技术属于核磁共振
，具体涉及fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法。

技术介绍

[0002]在7T(tesla，特斯拉)超高场磁共振成像系统中，由于磁场强度的提高，图像信噪比以及功能磁共振成像(fMRI，functional Magnetic Resonance Imaging))中检测神经元活动时的对比度也随之提高，因此超高场磁共振被广泛应用于亚毫米功能成像中。然而，在超高场磁共振成像中，随着磁场强度的提高，被试运动利用的时域噪声也随之增强，从而极大削弱了超高场下可能达到的成像潜能。迄今为止，功能磁共振成像在缓解时域噪声方面主要致力于改进数据获取方法，如图像后处理和运动校正算法，但很少能从根本上解决磁场强度相关的时域噪声问题。
[0003]其中，与磁场强度相关的时域噪声可以归因于随着场强提升的射频工作频率，该射频工作频率使得电磁场与被试之间产生更复杂的相互作用。具体的，成像被试与射频线圈之间由于电动力学耦合而作为介质负载，当射频接收线圈的空间位置相对于成像被试发生变化时，电动力学耦合会受到干扰；当线圈与被成像被试的距离保持不变时，电动力学耦合才会达到稳态。
[0004]现有技术中，MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)获取序列和图像后处理算法中常假设射频接收线圈和被试之间具有恒定的耦合水平，但这在fMRI中显然不适用。原因在于：功能磁共振扫描中人体大脑内部不可避免地发生变化，即使受试者的头部是静止的，也会有脑组织的非刚性运动，以及血液和脑脊液等的流动，从而干扰成像被试与射频接收线圈之间的相互作用。尽管有学者研究了射频接收线圈参与影响功能磁共振成像的时域信噪比(tSNR，time SIGNAL NOISE RATIO)，但这些研究将生理噪声和射频接收线圈相关的时域噪声叠加在一起进行考虑，没有单独考虑由于线圈
‑
被试相对运动带来的相关时域噪声，从而无法获知射频接收线圈本身性能对亚毫米空间尺度下的功能磁共振成像的影响，进而导致成像性能仍然不佳。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法，用于解决现有技术中无法获知射频接收线圈本身性能对亚毫米空间尺度下的功能磁共振成像的影响，进而导致成像性能仍然不佳的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法，包括：
[0008]在功能磁共振成像fMRI中，获取射频接收线圈与被试样本的相对位移产生的本征时域成像数据；
[0009]根据所述本征时域成像数据，利用本征时域信噪比计算模型计算本征时域稳定性
参数，所述本征时域稳定性参数至少包括本征时域信噪比、本征时域灵敏度稳定性和本征时域热噪声稳定性；
[0010]基于所述本征时域稳定性参数对射频接收线圈在fMRI应用中的性能进行评价。
[0011]在一种可能的设计中，所述本征时域成像数据包括fMRI时域成像过程中各个时刻的样本热噪声数据、线圈灵敏度数据以及高斯热噪声数据。
[0012]在一种可能的设计中，根据所述本征时域成像数据，利用本征时域信噪比计算模型计算本征时域稳定性参数，包括:
[0013]根据所述fMRI时域成像过程中各个时刻的线圈灵敏度数据、高斯热噪声数据和样本热噪声数据，计算本征时域噪声方差计算公式如下：
[0014][0015]其中，表示线圈灵敏度时域方差，表示高斯热噪声方差，表示样本热噪声时域方差；
[0016]根据所述本征时域噪声方差利用本征时域信噪比计算模型计算本征时域信噪比tSNR
*
，计算公式如下：
[0017][0018]其中，表示灵敏度时域平均值，σ
t*
′
表示本征时域噪声标准差σ
t*
′
。
[0019]在一种可能的设计中，所述线圈灵敏度时域方差所述高斯热噪声方差以及所述样本热噪声时域方差分别通过以下公式计算得到：
[0020][0021]其中，表示fMRI时域成像过程中各个时间点的线圈灵敏度；
[0022][0023]其中，表示线圈损耗的高斯热噪声方差，表示任意时刻样本损耗热噪声瞬态方差；
[0024][0025]其中，表示各时刻j的样本损耗热噪声瞬态方差，j表示任意离散时间点，N表示总的时域采样个数。
[0026]在一种可能的设计中，所述任意时刻样本损耗热噪声瞬态方差的计算
公式如下：
[0027][0028]其中，E表示电场，σ表示电导率，r表示被试样本内部的空间坐标，E和σ均为关于r的函数。
[0029]在一种可能的设计中，所述灵敏度时域平均值通过任意时刻灵敏度S
*
的均值计算得到，所述任意时刻灵敏度S
*
的计算公式如下：
[0030][0031]其中，H
x
和H
y
均表示任意时刻的线圈横向磁场分量，i表示H
y
的虚部，μ0表示磁导率。
[0032]在一种可能的设计中，基于本征时域稳定性参数对射频接收线圈在fMRI应用中的性能进行评价，包括：
[0033]将公式(1)带入公式(2)，通过变换得到所述本征时域信噪比tSNR
*
是关于本征信噪比SNR
*
的函数，变换后的公式如下：
[0034][0035]其中，其中，表示本征热噪声标准差，表示本征灵敏度方差；
[0036]将所述本征热噪声标准差定义为本征热噪声时域稳定性α
*
，并将所述本征灵敏度方差定义为本征灵敏度时域稳定性λ
*
，则公式(6)可转化为如下公式：
[0037]根据所述本征热噪声时域稳定性α
*
和所述本征灵敏度时域稳定性λ
*
对射频接收线圈在fMRI应用中的本征时域稳定性进行评价。
[0038]在一种可能的设计中，根据所述本征热噪声时域稳定性α
*
和所述本征灵敏度时域稳定性λ
*
对射频接收线圈在fMRI应用中的本征时域稳定性进行评价，包括：
[0039]根据所述本征热噪声时域稳定性α
*
和所述本征灵敏度时域稳定性λ
*
，确定所述本征时域信噪比tSNR
*
与所述本征信噪比SNR
*
的比值，并根据比值确定二者的转化效率；其中，
[0040]所述本征热噪声时域稳定性α
*
和/或所述本征灵敏度时域稳定性λ
*
的值越接近于零，本征信噪比SNR
*
越容易转化为本征时域信噪比tSNR
*
，则表明射频接收线圈本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法，其特征在于，包括：在功能磁共振成像fMRI中，获取射频接收线圈与被试样本的相对位移产生的本征时域成像数据；根据所述本征时域成像数据，利用本征时域信噪比计算模型计算本征时域稳定性参数，所述本征时域稳定性参数至少包括本征时域信噪比、本征时域灵敏度稳定性和本征时域热噪声稳定性；基于所述本征时域稳定性参数对射频接收线圈在fMRI应用中的性能进行评价。2.根据权利要求1所述的fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法，其特征在于，所述本征时域成像数据包括fMRI时域成像过程中各个时刻的线圈灵敏度数据以及热噪声数据。3.根据权利要求2所述的fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法，其特征在于，根据所述本征时域成像数据，利用本征时域信噪比计算模型计算本征时域稳定性参数，包括:根据所述fMRI时域成像过程中各个时刻的线圈灵敏度数据、热噪声数据，计算本征时域噪声方差计算公式如下：其中，表示线圈灵敏度时域方差，表示不会受射频接收线圈与被试样本的相对位移影响的高斯热噪声方差，表示会受射频接收线圈与被试样本的相对位移影响的样本热噪声时域方差；根据所述本征时域噪声方差利用本征时域信噪比计算模型计算本征时域信噪比tSNR
*
，计算公式如下：其中，表示灵敏度时域平均值，σ
t*
′
表示本征时域噪声标准差。4.根据权利要求3所述的fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法，其特征在于，所述线圈灵敏度时域方差所述高斯热噪声方差以及所述样本热噪声时域方差分别通过以下公式计算得到：其中，表示fMRI时域成像过程中各个时间点的线圈灵敏度；其中，表示线圈损耗的高斯热噪声方差，表示任意时刻样本损耗热
噪声方差；其中，表示各时刻j的样本损耗热噪声瞬态方差，j表示任意离散时间点，N表示总的时域采样个数。5.根据权利要求4所述的fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法，其特征在于，所述任意时刻样本损耗热噪声瞬态方差的计算公式如下：其中，E表示电场，σ表示电导率，r表示被试样本内部的空间坐标，E和σ均为关于r的函数。6.根据权利要求3所述的fMRI中射频接收线圈本征时域稳定性评价方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：高阳，张孝通，全枝艳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：