CN102156270A

CN102156270A - 一种磁共振成像系统磁场梯度延时的校正方法

Info

Publication number: CN102156270A
Application number: CN2011100527887A
Authority: CN
Inventors: 宁瑞鹏; 杨光; 李鲠颖
Original assignee: KALEFU MAGNETIC RESONANCE TECH Co Ltd SHANGHAI; East China Normal University
Current assignee: KALEFU MAGNETIC RESONANCE TECH Co Ltd SHANGHAI; East China Normal University
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2011-08-17

Abstract

本发明公开了一种磁共振成像系统的磁场梯度延时校正方法。该方法在谱仪子系统中增加三个独立的脉冲序列发生器或者采用一个具有多个独立控制通道的脉冲序列发生器，独立控制x、y、z三个梯度通道，使三个梯度通道分别按照各自的延时提前输出信号，从而抵消梯度延时产生的影响。本发明从硬件上对梯度延时进行校正，在根源上消除了梯度延时对图像质量的影响。本发明不依赖于具体的脉冲序列，不增加脉冲序列设计的难度，不需增加预扫描过程。而且，本发明的校正在物理直角坐标系中进行，不依赖于扫描层面的位置和方向，故日常扫描时不需重新确定校正参数。

Description

一种磁共振成像系统磁场梯度延时的校正方法

技术领域

本发明涉及磁共振成像系统中的磁场梯度技术，具体涉及磁场梯度延时的校正方法。

背景技术

磁共振成像技术已经成为医学诊断中非常有用的手段。磁共振成像硬件系统主要包括以下几个部分：磁体子系统、磁场梯度（以下简称梯度）子系统、射频子系统、谱仪子系统、主计算机。其中，梯度子系统主要包括：梯度电流放大器、梯度线圈；谱仪子系统主要包括以下单元部件：脉冲序列发生器、梯度波形发生器、射频发射源和接收机等。

在成像过程中，在脉冲序列发生器的控制下，梯度波形发生器产生成像所需的梯度波形信号。该信号经过梯度电流放大器放大之后，输出到梯度线圈，在成像空间区域内产生线性梯度磁场。谱仪子系统中的梯度波形发生器、梯度子系统中的梯度电流放大器以及梯度线圈组成一个完整的梯度通道。一般而言，为了在成像过程中进行空间定位，需要三个梯度通道（x、y、z）。此外，磁共振系统中还需要射频通道，用于激发样品和采集磁共振信号。

为了提高性能，梯度波形发生器、梯度电流放大器的设计中一般都采用了滤波器。滤波器的使用不可避免地导致梯度通道的信号相对于其他通道（主要是射频通道）产生延时。此外，梯度线圈的电感也将导致延时的产生；每个梯度通道的总延时称为该梯度通道的梯度延时。由于三个梯度线圈（x、y、z）的结构不同，通常情况下，三个梯度延时（Dx、Dy、Dz）不相等。另外，即使是相同型号，每台成像设备的梯度延时也存在一定差异。

对于多回波成像而言，梯度延时对图像质量的影响是非常显著的。这里的多回波成像是指，在一个重复时间（TR）周期内，采集多个回波信号的磁共振成像。例如，FSE、EPI、Spiral等成像方法。解决这一问题的现有技术可以分为两大类，一类是通过修改脉冲序列设计来消除梯度延时产生的影响，另一类是通过预扫描来校正梯度延时产生的影响。尽管这两类方法在一定程度上减小了梯度延时对图像质量的影响，但是仍然存在一些问题：

第一类方法增加了脉冲序列设计的难度。这是因为为了达到任意断层扫描的目的，在2维多层面成像方法中，三个相互正交的方向：频率编码、相位编码和选层，构成一个逻辑坐标系。它与物理直角坐标系（x、y、z）之间的转换需要一个坐标变换矩阵。而在脉冲序列的设计中，给出的是逻辑坐标系里面的参数。特别是当扫描平面为斜剖面（与xy面、yz面、zx面均不平行）时，由于三个梯度延时（Dx、Dy、Dz）不一定相等，通过修改脉冲序列设计来消除梯度延时产生的影响，将导致脉冲序列变得很复杂。

第二类方法在成像过程中额外增加了预扫描过程，导致成像的总时间增加。在斜剖面成像情况下，预扫描过程需要占用更多的时间，甚至失败（在可接受时间内不能给出合理结果）。此外，当扫描平面为斜剖面时，如果三个梯度延时不相等，则无法通过预扫描找到最优的参数组合，其结果是至少一个方向（x、y、z）上的梯度延时校正不足或者校正过度。这是因为，预扫描过程是按照逻辑方向（频率编码、相位编码和选层）进行优化的，而在斜剖面成像中，逻辑方向与x、y、z并不是一一对应的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种磁共振成像系统磁场梯度延时的校正方法，该方法在谱仪子系统中增加三个独立的脉冲序列发生器或者采用一个具有多个独立控制通道的脉冲序列发生器，独立控制x、y、z三个梯度通道，使三个梯度通道分别按照各自的延时提前输出信号，从而抵消梯度延时产生的影响。

本发明的目的是这样实现的：

一种磁共振成像系统磁场梯度延时的校正方法，该方法在谱仪子系统中增加三个独立的脉冲序列发生器来分别控制x、y、z三个梯度通道。这三个独立的脉冲序列发生器与谱仪子系统的主脉冲序列发生器并行工作。所有脉冲序列发生器共用一个时钟源。在脉冲序列执行过程中，与主脉冲序列发生器相比，这三个脉冲序列发生器总是提前发出控制（触发）信号，提前量分别为三个梯度通道的延时值。这样，梯度延时与提前触发的效果相互抵消，从而消除了梯度延时对图像质量的影响。

如果谱仪子系统中的脉冲序列发生器具有多个独立的控制通道，可以采用其中三个独立的控制通道代替三个独立的脉冲序列发生器，实现上述技术方案。即，在谱仪子系统中采用一个具有多个独立控制通道的脉冲序列发生器来分别控制x、y、z三个梯度通道。脉冲序列发生器的所有控制通道并行工作，其中的三个控制通道分别用于控制x、y、z梯度通道。在脉冲序列执行过程中，这三个控制通道总是比主控制通道提前发出控制（触发）信号，提前量分别为x、y、z三个梯度通道的延时值。这样，梯度延时与提前触发的效果相互抵消，从而消除了梯度延时对图像质量的影响。

本发明的有益效果是：从硬件上对梯度延时进行校正，在根源上消除了梯度延时对图像质量的影响。本发明不依赖于具体的脉冲序列，不增加脉冲序列设计的难度，不需增加预扫描过程。而且，本发明的校正在物理直角坐标系中进行，不依赖于扫描层面的位置和方向，故日常扫描时不需重新确定校正参数。

附图说明

图1为本发明所述磁共振成像系统框图；

图2为本发明所述梯度延时校正方法的示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步阐述。

参阅图1，磁共振成像系统中，磁体101上有用于放置样品的空腔。空腔周围放置梯度线圈102，用于产生选层方向、相位编码方向和读方向的梯度，从而对样品进行空间定位。空腔周围放置射频发射线圈103和射频接收线圈104，发射线圈103用于发射射频脉冲来激发样品的磁化矢量，接收线圈104用于接收磁化矢量进动信号。梯度线圈102与梯度电流放大器112连接，发射线圈103和接收线圈104分别与射频功率放大器113和前置放大器114连接。

基于计算机130给出的指令，脉冲序列发生器125根据存储于其中的脉冲序列数据对梯度波形发生器122和发射机123进行控制。梯度波形发生器122输出具有预定时序和波形的梯度脉冲信号，该信号经过梯度电流放大器112放大，再通过梯度线圈102在磁体空腔内产生梯度磁场。发射机123输出具有预定时序和包络的射频脉冲信号，该信号经过射频功率放大器113放大，再通过射频发射线圈103激发样品中的核自旋。

射频接收线圈104检测到磁化矢量进动信号，该信号经过前置放大器114放大后输入到接收机124。在脉冲序列发生器125的控制下，接收机124对已放大的信号进行检波和数模转换，得到数字信号。将得到的数字信号传输给计算机130重建图像。显示器/打印机126用于显示/打印扫描得到的图像。

在磁共振成像系统中，梯度波形发生器、梯度电流放大器以及梯度线圈组成一个完整的梯度通道。一般而言，为了在成像过程中进行空间定位，需要三个梯度通道（x、y、z）。

启动扫描之前，梯度波形数据从计算机下载到梯度波形发生器的内存中。开始扫描时，脉冲序列发生器根据脉冲时序发出控制（触发）信号。梯度波形发生器每接收到一个触发信号，就按照当前内存指针所指向的数据更新梯度波形输出信号，同时内存指针指向下一个数据。

参阅图2，本发明的梯度延时校正方法是在谱仪子系统中增加独立的脉冲序列发生器1（x）、脉冲序列发生器2（y）及脉冲序列发生器3（z）来分别控制x、y、z三个梯度通道。这三个脉冲序列发生器与谱仪子系统的主脉冲序列发生器A并行工作。所有脉冲序列发生器共用一个时钟源。

启动扫描之前，三个梯度通道的触发信号数据分别下载到对应的脉冲序列发生器的内存中，其它通道的触发信号被下载到主脉冲序列发生器的内存中。触发信号的结构为[事件-时间]。其中，“事件”值为“0”或者“1”，“时间”代表该“事件”的保持时间。例如，如果要在T1时刻产生一个上升沿，并在T2时刻产生一个下降沿，Tend为序列结束的时刻，则触发信号为：[0-T1]；[1-（T2-T1）]；[0-（Tend-T2）]。

所有脉冲序列发生器内存中的第一组数据均为[0-Thead]。对于三个独立脉冲序列发生器而言，它们的Thead分别等于

、、

。其中，Dx、Dy、Dz分别为三个梯度延时，

。主脉冲序列发射器的Thead等于Dm。这样，在脉冲序列执行过程中，与主脉冲序列发生器相比，这三个脉冲序列发生器总是提前发出触发信号，提前量分别为三个梯度通道的延时值。

如果谱仪子系统的主脉冲序列发生器具有多个独立的控制通道，可以采用其中三个独立的控制通道代替三个独立的脉冲序列发生器，实现上述技术方案。即，在谱仪子系统中采用一个具有多个独立控制通道的脉冲序列发生器分别控制x、y、z三个梯度通道。脉冲序列发生器的所有控制通道并行工作，其中三个控制通道Cx、Cy、Cz用于控制x、y、z梯度通道。

启动扫描之前，x、y、z三个梯度通道的触发信号数据分别下载到脉冲序列发生器中Cx、Cy、Cz控制通道的内存中，其它通道（例如射频通道）的触发信号被下载到脉冲序列发生器主控制通道的内存中。触发信号的结构为[事件-时间]。其中，“事件”值为“0”或者“1”，“时间”代表该“事件”的保持时间。例如，如果要在T1时刻产生一个上升沿，并在T2时刻产生一个下降沿，Tend为序列结束的时刻，则触发信号为：[0-T1]；[1-（T2-T1）]；[0-（Tend-T2）]。

在脉冲序列发生器的所有控制通道的内存中，第一组数据均为[0-Thead]。对于Cx、Cy、Cz这三个控制通道而言，它们的Thead分别等于

、

、

。其中，Dx、Dy、Dz分别为三个梯度延时，

。脉冲序列发射器主控制通道的Thead等于Dm。这样，在脉冲序列执行过程中，与脉冲序列发生器的主控制通道相比，Cx、Cy、Cz这三个控制通道总是提前发出触发信号，提前量分别为三个梯度通道的延时值。

Claims

1.一种磁共振成像系统磁场梯度延时的校正方法，其特征在于该方法是在谱仪子系统中增加三个独立的脉冲序列发生器，分别控制x、y、z三个梯度通道，其三个独立的脉冲序列发生器与谱仪子系统的主脉冲序列发生器并行工作；所述三个独立的脉冲序列发生器与谱仪子系统的主脉冲序列发生器共用一个时钟源，在脉冲序列执行过程中，三个独立脉冲序列发生器提前于主脉冲序列发生器发出控制触发信号，其提前量分别为x、y、z三个梯度通道的延时值。

2.一种磁共振成像系统磁场梯度延时的校正方法，其特征在于该方法是在谱仪子系统中采用一个具有多个独立控制通道的脉冲序列发生器，脉冲序列发生器的所有控制通道并行工作，其中的三个控制通道分别控制x、y、z三个梯度通道；在脉冲序列执行过程中，这三个控制通道总是比主控制通道提前发出控制触发信号，提前量分别为x、y、z三个梯度通道的延时值。