MRI脉冲设计的Ritz伴随方法

《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》：The Ritz Adjoint Method for MRI Pulse Design

　　

摘要：

高场磁共振成像存在明显的磁场不均匀性以及因受检者差异导致的磁场变化，这就需要设计定制化的激励脉冲，从而充分发挥高场磁共振成像的优势。目前的方法常采用分段恒定波形参数化方式来设计激励脉冲，但这需要大量的优化变量，难以实现快速的自适应定制。我们采用全局波形基函数来表示射频波形和梯度波形，以切比雪夫多项式基为例，以此降低问题维度、加快收敛速度，同时确保波形的平滑性。伴随方法能够高效计算激励目标函数对各个基系数的导数，而这些系数又会影响整个波形。通过GPU加速导数计算，可进一步缩短计算时间，而且在整个优化过程中还会始终遵循系统和安全约束。采用这种全局波形基函数后，对于非选择性激励的受检者定制化脉冲优化，速度可提升约5到10倍；在最佳情况下，对于层选择性激励设计也能获得类似的提速效果，这使得即便是对复杂的脉冲类型，也能实现实时的受检者定制化脉冲优化。