CN101963656B - 一种附加磁场检测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种附加磁场检测方法，包括：生成被测梯度脉冲，并在所述被测梯度脉冲结束后，获取两个自由感应衰减信号；其中，第一个自由感应衰减信号同时受到主磁场和附加磁场的影响，第二个自由感应衰减信号只受到主磁场的影响；通过分析两个自由感应衰减信号的相位差，确定附加磁场的变化情况。本发明同时公开了一种附加磁场检测装置。应用本发明所述的方法和装置，能够有效地检测出附加磁场的变化情况。

Description

一种附加磁场检测方法和装置
技术领域
本发明涉及磁共振技术，特别涉及一种磁共振系统中的附加磁场检测方法和装置。
背景技术
在磁共振系统中，由梯度脉冲所引起的磁场会附加在主磁场上，并衰减足够长的时间，因此，可将这种由梯度脉冲所引起的磁场称为附加磁场。附加磁场的存在会对磁共振系统中采集到的图像的图像质量造成严重影响，因此，希望能够检测出附加磁场的变化情况，以便根据其变化情况对所采集的图像进行调整，以得到质量更好的图像，但现有技术中还没有一种有效的附加磁场检测技术，来有效地检测出附加磁场的变化情况。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种附加磁场检测方法，能够有效地检测出附加磁场的变化情况。
本发明的另一目的在于提供一种附加磁场检测装置，能够有效地检测出附加磁场的变化情况。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种附加磁场检测方法，包括：
生成被测梯度脉冲，并在所述被测梯度脉冲结束后，获取两个自由感应衰减信号；其中，第一个自由感应衰减信号同时受到主磁场和附加磁场的影响，第二个自由感应衰减信号只受到主磁场的影响；
通过分析两个自由感应衰减信号的相位差，确定附加磁场的变化情况。
其中，所述获取两个自由感应衰减信号包括：
施加两个射频脉冲；
在每个射频脉冲结束后，分别采集得到一个自由感应衰减信号。
较佳地，所述采集得到自由感应衰减信号包括：利用模数转换器采集得到自由感应衰减信号。
较佳地，所述通过分析两个自由感应衰减信号的相位差，确定附加磁场的变化情况包括：
利用所述第一个自由感应衰减信号的相位计算得到由主磁场和附加磁场所组成的混合磁场的变化情况；
利用所述第二个自由感应衰减信号的相位计算得到主磁场的变化情况；
通过比较所述混合磁场的变换情况以及所述主磁场的变化情况，确定所述附加磁场的变化情况。
其中，所述利用第一个自由感应衰减信号的相位计算得到由主磁场和附加磁场所组成的混合磁场的变化情况包括：利用以下公式计算得到混合磁场的变化情况：
Figure G2009101577570D00021
其中，所述
Figure G2009101577570D00022
表示所述第一个自由感应衰减信号的相位的一阶导数，所述γ表示氢质子的磁旋比，所述Bm(t)表示混合磁场的变化情况；
所述利用第二个自由感应衰减信号的相位计算得到主磁场的变化情况包括：利用以下公式计算得到主磁场的变化情况：
Figure G2009101577570D00023
其中，所述
Figure G2009101577570D00024
表示所述第二个自由感应衰减信号的相位的一阶导数，所述γ表示氢质子的磁旋比；所述B0(t)表示主磁场的变化情况。
所述
Figure G2009101577570D00025
和通过数字微分计算得到；其中，
Figure G2009101577570D00027
Figure G2009101577570D00028
所述h表示模数转换器的采样间隔。
一种附加磁场检测装置，包括：
一个生成获取单元，用于生成被测梯度脉冲，并在所述被测梯度脉冲结束后，获取两个自由感应衰减信号；其中，第一个自由感应衰减信号同时受到主磁场和附加磁场的影响，第二个自由感应衰减信号只受到主磁场的影响；
一个分析单元，用于通过分析两个自由感应衰减信号的相位差，确定附加磁场的变化情况。
其中，所述生成获取单元包括：
一个生成子单元，用于生成被测梯度脉冲；
一个获取子单元，用于在所述被测梯度脉冲结束后，施加两个射频脉冲，并在每个射频脉冲结束后，利用模数转换器分别采集得到一个自由感应衰减信号。
所述分析单元包括：
一个计算子单元，用于利用所述第一个自由感应衰减信号的相位计算得到由主磁场和附加磁场所组成的混合磁场的变化情况，利用所述第二个自由感应衰减信号的相位计算得到主磁场的变化情况；
一个确定子单元，用于通过比较所述混合磁场的变换情况以及所述主磁场的变化情况，确定所述附加磁场的变化情况。
较佳地，所述计算子单元包括：
一个第一处理子单元，用于利用以下公式计算得到混合磁场的变化情况：
Figure G2009101577570D00031
其中，所述
Figure G2009101577570D00032
表示所述第一个自由感应衰减信号的相位的一阶导数，所述γ表示氢质子的磁旋比，所述Bm(t)表示混合磁场的变化情况；
一个第二处理子单元，用于利用以下公式计算得到主磁场的变化情况：
Figure G2009101577570D00033
其中，所述
Figure G2009101577570D00034
表示所述第二个自由感应衰减信号的相位的一阶导数，所述γ表示氢质子的磁旋比；所述B0(t)表示主磁场的变化情况。
可见，采用本发明的技术方案，在利用被测梯度脉冲产生附加磁场后，获取两个独立的FID信号，其中，第一个FID信号同时受到主磁场和附加磁场的影响，而第二个FID信号只受到主磁场的影响，通过对这两个FID信号的相位进行分析，来确定附加磁场的变化情况，所述本发明所述方案能够有效地检测出附加磁场的变化情况，进而根据检测出的附加磁场变化情况改善采集所得图像的质量。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为本发明方法实施例的流程图；
图2为本发明方法实施例中的FID信号获取过程示意图；
图3为本发明装置实施例的组成结构示意图；
图4为本发明实施例中一个ADC周期中的第一和第二个FID信号的相位示意图；
图5为本发明实施例中从行角度所显示的附加磁场变化情况示意图；
图6为本发明实施例中从列角度所显示的附加磁场变化情况示意图；
图7为图5和图6所示附加磁场变化情况的频谱示意图。
具体实施方式
在磁共振系统中，横向磁化矢量形成后，将以共振频率自由振动并指数衰减，在此过程中产生的信号被称为自由感应衰减(FID，Free Induction Decay)信号。共振频率通常仅与主磁场的强度有关，即ω＝γB0(其中γ表示氢质子的磁旋比)，因此，FID信号的相位可表示为：φ＝ωt+φi，其中，φi为初始相位。但是，在实际应用中，附加磁场也会对FID信号的相位造成影响。本发明所述方案中，利用双FID序列来生成两个独立的FID信号，其中，第一个FID信号会同时受到主磁场和附加磁场的影响，而第二个FID信号只会受到主磁场的影响，通过对这两个FID信号的相位进行分析，来确定附加磁场的变化情况。
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明方法实施例的流程图。如图1所示，包括以下步骤：
步骤101：生成被测梯度脉冲。
由于附加磁场是由梯度脉冲所引起的，因此，本实施例中，利用被测梯度脉冲来模拟附加磁场的产生情况。
图2为本发明方法实施例中的FID信号获取过程示意图。如图2所示，其中，被测梯度脉冲(Gtest)的数量、极性、振幅、上升时间(Tr)以及顶部时间(Tt)等均可根据系统的实际情况而定，即使得利用被测梯度脉冲产生的附加磁场与系统实际的附加磁场相同。
步骤102：在被测梯度脉冲结束后，获取两个FID信号；其中，第一个FID信号同时受到主磁场和附加磁场的影响，第二个FID信号只受到主磁场的影响。
本步骤中，在被测梯度脉冲结束后，施加两个翻转角可调的射频(RF，RadioFrequency)脉冲，即图2所示α；在每个RF脉冲结束后，利用模数转换器(ADC，Analog-to-Digital Converter)分别采集得到一个FID。如何施加RF脉冲以及如何采集得到FID信号均为本领域公知，不再赘述。
可以看出，第一个FID信号是在梯度脉冲结束后的一个可调整的较短时间后产生的，因此该信号会同时受到主磁场和附加磁场的影响，而第二个FID信号是在梯度脉冲结束后的一个固定的较长时间后产生的，该固定较长时间的具体取值可根据实际需要而定，但需要保证此时附加磁场已经衰减为零，即第二个FID信号不会受到附加磁场的影响。所以，可将第二个FID信号作为第一个FID信号的参考基准，两个信号的相位差可用于说明附加磁场的变化情况。上述所提到的可调整的较短时间，即指图2所示延迟时间(TD，Delay Time)，TD的具体取值是可调的，也就是说，第一个FID信号的起始时间是可调的，因此，可识别出一个较长时间周期内的附加磁场的变化情况。
步骤103：通过分析两个自由感应衰减信号的相位差，确定附加磁场的变化情况。
本步骤中，首先利用第一个FID信号的相位计算得到由主磁场和附加磁场所组成的混合磁场的变化情况；然后，利用第二个FID信号的相位计算得到主磁场的变化情况；最后，通过比较混合磁场的变换情况以及主磁场的变化情况，确定附加磁场的变化情况。具体实现过程如下：
由于第一个FID信号的起始时间是可调的，因此，可对由梯度脉冲所引起的附加磁场的变化情况进行全采样，从而将第一个FID信号的相位
Figure G2009101577570D00051
与混合磁场的变化情况Bm(t)之间的关系表示如下：
其中，γ表示氢质子的磁旋比，t表示时间。需要说明的是，为了区分两个不同的时间变量t和T，公式(1)中将Bm(t)表示为了Bm(T)。
基于公式(1)，可推导出混合磁场的变化情况为：
Figure G2009101577570D00053
其中，
Figure G2009101577570D00054
表示第一个FID信号的相位
Figure G2009101577570D00055
的一阶导数，利用数字微分方法，比如五点数字微分得到，的表示方式可如公式(3)所示：
Figure G2009101577570D00057
其中，h表示ADC采样间隔；以及
Figure G2009101577570D00059
的取值均可通过第一个FID信号计算得到，如何计算为本领域公知。
对于第二个FID信号，同样按照上述公式(1)、(2)和(3)所示方式进行处理，从而得到主磁场的变化情况：
Figure G2009101577570D00061
其中，
Figure G2009101577570D00062
表示第二个FID信号的相位
Figure G2009101577570D00063
的一阶导数，例如可通过下面的公式计算得到：
Figure G2009101577570D00064
然后，将混合磁场的变化情况Bm(t)和主磁场的变化情况B0(t)进行比较，以确定附加磁场的变化情况。
基于上述方法，图3为本发明装置实施例的组成结构示意图。如图3所示，附加磁场检测装置包括：一个生成获取单元31和一个分析单元32。
生成获取单元31生成被测梯度脉冲，并在被测梯度脉冲结束后，获取两个自由感应衰减信号；其中，第一个自由感应衰减信号同时受到主磁场和附加磁场的影响，第二个自由感应衰减信号只受到主磁场的影响；分析单元32通过分析两个自由感应衰减信号的相位差，确定附加磁场的变化情况。
其中，生成获取单元31中包括：一个生成子单元311和一个获取子单元312。生成子单元311生成被测梯度脉冲；获取子单元312在被测梯度脉冲结束后，施加两个射频脉冲，并在每个射频脉冲结束后，利用模数转换器分别采集得到一个自由感应衰减信号。
分析单元32中包括：一个计算子单元321和一个确定子单元322。计算子单元321利用第一个自由感应衰减信号的相位计算得到由主磁场和附加磁场所组成的混合磁场的变化情况，并利用第二个自由感应衰减信号的相位计算得到主磁场的变化情况；确定子单元322通过比较混合磁场的变化情况以及主磁场的变化情况，确定附加磁场的变化情况。
其中，计算子单元321中又可进一步包括：一个第一处理子单元3211和一个第二处理子单元3212。其中，第一处理子单元3211利用以下公式计算得到混合磁场的变化情况：
Figure G2009101577570D00065
其中，表示第一个自由感应衰减信号的相位的一阶导数，γ表示氢质子的磁旋比，Bm(t)表示混合磁场的变化情况；第二处理子单元3212利用以下公式计算得到主磁场的变化情况：
Figure G2009101577570D00067
其中，
Figure G2009101577570D00068
表示所述第二个自由感应衰减信号的相位的一阶导数，γ表示氢质子的磁旋比，B0(t)表示主磁场的变化情况。
图3所示装置的具体工作流程请参照图1所示方法实施例中的相应说明，此处不再赘述。
下面通过具体的示例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。
图4为本发明实施例中一个ADC周期中的第一个FID信号和第二个FID信号的相位示意图。由于第一个FID信号会受到附加磁场的影响，因此其相位会出现振荡，如图4中的曲线1所示；而第二个FID信号只会受到主磁场的影响，因此其相位不会出现振荡，如图4中直线2所示；两者的相位差为一平滑的曲线，如图4中的曲线3所示，其上的振荡仅由附加磁场变化所引起。
根据图4所示相位差，可方便地利用微分方法计算出附加磁场的变化情况，如公式(2)所示。由于附加磁场为一平面场，因此图5和图6分别从行和列两个不同的角度显示出了附加磁场的变化情况，其中的Be(t)即表示附加磁场。图7为图5和图6所示附加磁场变化情况的频谱示意图。从上述图5、6和7中，可以很清楚地看出附加磁场的变化情况。
总之，采用本发明的技术方案，能够有效检测出附加磁场的变化情况。
需要说明的是，上述实施例仅用于举例说明，并不用于限制本发明的技术方案。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种附加磁场检测方法，该方法包括：
生成被测梯度脉冲，并在所述被测梯度脉冲结束后，获取两个自由感应衰减信号；其中，第一个自由感应衰减信号同时受到主磁场和附加磁场的影响，第二个自由感应衰减信号只受到主磁场的影响；
通过分析两个自由感应衰减信号的相位差，确定附加磁场的变化情况，其中，确定附加磁场的变化情况包括：
利用所述第一个自由感应衰减信号的相位计算得到由主磁场和附加磁场所组成的混合磁场的变化情况；
利用所述第二个自由感应衰减信号的相位计算得到主磁场的变化情况；
通过比较所述混合磁场的变换情况以及所述主磁场的变化情况，确定所述附加磁场的变化情况。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取两个自由感应衰减信号包括：
施加两个射频脉冲；
在每个射频脉冲结束后，分别采集得到一个自由感应衰减信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用模数转换器采集自由感应衰减信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
利用以下公式计算得到混合磁场的变化情况：其中，所述
Figure FSB00000906626100012
表示所述第一个自由感应衰减信号的相位的一阶导数，所述γ表示氢质子的磁旋比，所述Bm(t)表示混合磁场的变化情况；
利用以下公式计算得到主磁场的变化情况：其中，所述
Figure FSB00000906626100014
表示所述第二个自由感应衰减信号的相位的一阶导数，所述γ表示氢质子的磁旋比；所述B0(t)表示主磁场的变化情况。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述
Figure FSB00000906626100015
和
Figure FSB00000906626100016
通过数字微分计算得到；其中，
Figure FSB00000906626100021
Figure FSB00000906626100022
所述h表示模数转换器采集两个所述自由感应衰减信号的采样间隔。
6.一种附加磁场检测装置，包括：
一个生成获取单元(31)，用于生成被测梯度脉冲，并在所述被测梯度脉冲结束后，获取两个自由感应衰减信号；其中，第一个自由感应衰减信号同时受到主磁场和附加磁场的影响，第二个自由感应衰减信号只受到主磁场的影响；
一个分析单元(32)，用于通过分析两个自由感应衰减信号的相位差，确定附加磁场的变化情况。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述生成获取单元(31)包括：
一个生成子单元(311)，用于生成被测梯度脉冲；
一个获取子单元(312)，用于在所述被测梯度脉冲结束后，施加两个射频脉冲，并在每个射频脉冲结束后，分别采集得到一个自由感应衰减信号。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述分析单元(32)包括：
一个计算子单元(321)，用于利用所述第一个自由感应衰减信号的相位计算得到由主磁场和附加磁场所组成的混合磁场的变化情况，利用所述第二个自由感应衰减信号的相位计算得到主磁场的变化情况；
一个确定子单元(322)，用于通过比较所述混合磁场的变换情况以及所述主磁场的变化情况，确定所述附加磁场的变化情况。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算子单元(321)包括：
一个第一处理子单元(3211)，用于利用以下公式计算得到混合磁场的变化情况：
Figure FSB00000906626100023
其中，所述
Figure FSB00000906626100024
表示所述第一个自由感应衰减信号的相位的一阶导数，所述γ表示氢质子的磁旋比，所述Bm(t)表示混合磁场的变化情况；
一个第二处理子单元(3212)，用于利用以下公式计算得到主磁场的变化情况：
Figure FSB00000906626100025
其中，所述
Figure FSB00000906626100026
表示所述第二个自由感应衰减信号的相位的一阶导数，所述γ表示氢质子的磁旋比；所述B0(t)表示主磁场的变化情况。
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