CN102866371A - 磁场不敏感的化学交换饱和转移成像 - Google Patents

磁场不敏感的化学交换饱和转移成像 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于磁共振断层造影中的改进并加速的CEST成像的方法。在此，通过多个发送线圈发送用于饱和待显示的物质的质子的HF脉冲。在此，通过优化方法计算该HF脉冲的形状，使得加权的和被最小化，该加权的和具有以下三个范数中的至少两个：在每个空间点中自由水质子的磁化的范数（240），键合的质子的磁化与在每个空间点中反转磁化的偏差的范数（250），和具有每个空间点中相对于预先给出的频率位移的反转的位移的质子的磁化的范数（260）。此外，通过相应的优化方法还可以计算用于然后激励自由水质子的HF脉冲的形状。

Description

磁场不敏感的化学交换饱和转移成像
技术领域
本发明涉及一种用于在磁共振断层造影系统中降低CEST成像对于基本场和HF场的非均匀性的敏感性的方法以及一种相应构造的装置。
背景技术
除了使用对于形态学成像的临床的磁共振断层造影系统（MRT系统）（其中基于自由水分子的质子的磁特性产生在组织之间的对比度）之外，通过开发新的方法近年来越来越多地可以在临床断层造影中也确定生理参数。
在1990年提出了如下思路：利用与特定的分子不稳定地键合的质子与自由水分子的化学交换，以获得关于该特定的分子的化学环境的信息和关于该分子本身的信息。在此，特定的低浓度分子的质子经由该化学传输被传输到自由水分子。由此，可以基于水信号空间高分辨地表示该特定分子的特殊信息。该方法被称为CEST方法（Chemical Exchange Saturation Transfer，化学交换饱和转移）。该CEST方法特别地利用化学位移、饱和以及质子的化学交换：
化学位移（chemical shift）在核磁共振波谱法中被理解为样本的共振线（即，例如在特定的分子中特定的质子的共振或拉莫尔频率）与任意选择的标准的共振线（该标准被分配化学位移0）的距离。独立于所使用的波谱仪的磁场强度的化学位移以ppm给出。化学位移的原因是包围了各自的原子核的电子的磁化率
Figure BDA00001852985900011
这导致外部磁场通过电子部分地屏蔽。如果原子是分子的部分，则电子密度和由此屏蔽作用受到相邻原子影响。因此，在特定的分子中质子的谱线也与水质子的谱线以一定的频率位移。该位移通常位于1ppm和50ppm之间的范围中。因此，例如可以借助于选择性激励通过窄带HF场有针对地仅激励特定分子的选择的质子，而不激励水的质子。
饱和在核磁共振成像中被理解为如下可能性：经由相应频率的HF脉冲（饱和脉冲）激励特定的核，使得相应的核自旋系统的最大数量的自旋处于被激励的状态。这一点例如可以通过将激励的高频足够长地入射到特定的自旋系统来进行。由此状态的占用接近一种平衡，在该平衡情况下处于激励状态的自旋数量等于处于基本状态的自旋数量。占用数差（Besetzungszahlunterschied）的这种消失被称为饱和并且导致在随后的高频激励中不再能够探测核磁共振信号。
作为化学交换（CE，Chemical Exchange），指在两个化学环境之间交换隔离的核自旋的所有过程，由此其核磁共振参数（例如化学位移、弛豫时间，等等）被改变。该化学交换例如通过在自由水分子的质子和其中所溶解的物质的质子之间的交换来进行。这些质子的交换率位于10Hz和1000Hz的数量级。相应于该交换率，还可以定义1ms至100ms的键合时间（交换时间）。交换的速度特别地受到化学环境的pH值及其温度影响。
CEST可以通过利用该效应在磁共振断层造影中分辨不同分子的质子的不同信号。为此，选择性地这样激励（待检查的分子的、也就是CEST物质的质子的）特定的质子信号，使得其磁化饱和。由于通过该分子的饱和的质子与周围的水质子的化学交换，直接包围的水分子的质子的核共振信号被衰减。因此，利用以及不利用相应的饱和脉冲所拍摄的MRT图像，显示出相应的CEST物质的空间分布。该CEST物质通常是如下的化合物，其不能利用核磁共振成像的通常方法显示，因为例如其所属的T2时间太小或者物质的浓度小到产生的共振信号对于成像来说太弱。对于CEST成像，化学交换的速度应当位于特定的范围，从而其一方面足够快地进行以使得水信号饱和，另一方面其缓慢进行，从而在交换的质子和水质子之间形成化学位移的足够的差。CEST效应的大小由此既取决于交换率也取决于可交换的质子的数量。因为化学交换的率（Rate）取决于pH值，所以可以利用CEST进行pH加权的成像。
利用CEST方法示出了通过化学交换所产生的饱和的自由水质子的分布。与不饱和的水质子相反，这些水质子当利用具有水质子的频率的HF脉冲激励时几乎不产生共振信号（衰减）。特别地，通过比较两个拍摄可以获得CEST物质的分布的图形显示。在第一拍摄时测量水质子的信号的衰减，如上所述，而在第二拍摄时记录没有前面的饱和的情况下的信号分布。作为对于第二拍摄的激励频率，在此可以选择自由水质子的共振频率或者利用相对于水频率以化学位移的负的值位移的频率来激励。
基于CEST的对比度机制原则上具有如下潜力：显示重要的功能，诸如新陈代谢过程，或者活体测量组织的pH值。在此，对比度增强可以实现相对于感兴趣的分子的自然发生（natürlichen Vorkommen）102至106的值。
然而，CEST成像由于非常窄带的饱和激励而对于基本磁场（B0场）的空间变化极其敏感，因为磁场的空间偏差直接作为相应的共振频率的偏差起作用。
另一个缺陷在于，饱和效应的量化以空间恒定的HF场（B1场）为前提，由此待激励的质子的自旋的翻转（饱和翻转角）关于所涉及的体积是恒定的。
因此，按照现有技术，采取以下措施以降低通过磁场的不均匀分布对CEST成像的图像质量的可能干扰。
-通过优化的B0匀场来改善空间均匀性。对于匀场，或者在磁共振断层造影的管中放置特殊的铁片，或者这样控制MR断层造影中的特殊成型的附加线圈，使得基本场的场非均匀性尽可能得到抑制。
-拍摄饱和谱。在此，利用饱和脉冲的不同频率进行一系列测量。从饱和谱中提取如下的测量，在所述测量中饱和频率正好相应于如下的值，该值从化学共振位移和通过B0场的空间局部变化引起的位移之和得出。对于特定的空间点来说最优的饱和频率可以从附加频率的B0场图（Feldkarte，即，显示了基本磁场的空间场分布的映像，也称为B0 field map）来确定。
-此外，饱和谱（即，饱和脉冲的频率分布）与激励的谱在谱上重叠。由此产生对CEST效应算错的可能性。这一点可以通过如下来避免：对称地围绕质子激励谱拍摄饱和谱，即，利用如下的频率位移，该频率位移相对于水频率以化学位移的负值位移。由此，当确定了正的和负的饱和谱的差时，由于在CEST准备期间氢质子的直接饱和形成的效应减为零。
然而，饱和谱的拍摄的必要性使得迄今为止的CEST方法非常低效，因为对每个空间点仅分析对信噪比获得提供份额的少数几个（频率）点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，即使在B0和或B1场空间变化的情况下也允许改进和加速的CEST成像。此外，通过本发明在所涉及的质子的交换时间之内实现高的翻转角，而在此不会遇到由系统引起的性能限制或超过身体组织中允许的特异性吸收率（SAR）。
按照本发明，上述技术问题通过一种用于在磁共振断层造影中进行磁场不敏感的CEST成像的方法以及通过一种用于建立磁场不敏感的CEST图像的磁共振装置来解决。
在本发明的范围内，提供了一种用于在磁共振断层造影中进行磁场不敏感的CEST成像的方法，其中，用于探测物质的键合的质子的MR信号的多个发送线圈发出分别至少一个用于饱和的HF脉冲和至少一个用于激励的HF脉冲。该方法包括以下步骤：
1．显示在每个空间点中通过HF脉冲由发送线圈所产生的磁化，作为以下的函数：基本场的空间分布、由发送线圈所产生的HF场的空间分布、在激励期间场梯度的时间变化、HF脉冲的时间上的包络函数、和预先给出的频率位移。
2．对于每个发送线圈关于最小化问题的解确定至少一个用于饱和的HF脉冲的形状，在所述最小化问题中将加权的和最小化，该加权的和具有以下三个范数（Norm）中的至少两个：
在每个空间点中自由水质子的磁化的范数，
键合的质子的磁化与在每个空间点中反转磁化的偏差的范数，和具有每个空间点中相对于预先给出的频率位移的反转的位移的质子的磁化的范数。
在此，范数是指如下概念的数学定义，该概念下各个磁化值被相应地乘方。例如，对于具有系数1的乘方计算绝对值和范数（Betragssummennorm）作为单个值的绝对值之和。相应的，对于具有系数2的乘方得到关于来自于各个平方的单值之和的平方根计算的欧几里德范数。
在此，预先给出的频率位移优选是物质的质子相对于自由的水质子的共振频率的化学位移。
基本磁场的空间分布以及由发送线圈所产生的HF场的空间分布，优选地都通过B0图或B1图的拍摄来确定。
按照优选实施方式，磁化（即MR信号）的饱和可以在两个频率下进行，其中，第一频率相对于自由水质子的共振频率以预先给出的频率位移移动，并且第二频率相对于自由水质子的共振频率与预先给出的频率位移相反地移动。
3．附加地，还可以通过求解最小化问题对于每个发送线圈确定至少一个用于激励的HF脉冲的形状，在该最小化问题中将加权的和最小化，该和具有以下范数中的至少两个：
所产生的磁化与在每个空间点中自由水质子的理想磁化的偏差的范数，
在每个空间点中键合的质子的磁化的范数，和
其共振频率以负值相对于预先给出的频率位移移动的质子的磁化的范数。
在另一个实施方式中，用于饱和的HF脉冲以及用于激励的HF脉冲分别被划分为多个子脉冲的序列，其中，每个子脉冲在所定义的时刻被施加，从而在确定HF脉冲的形状时可以从一个确定的频率出发。
此外，对于化学位移的饱和特性可以针对两个频率位移（预先给出的频率位移和与预先给出的频率位移相反的位移）来计算并且用于校正CEST效应。
因此，待发送的饱和脉冲以及激励脉冲首先通过计算方法来确定。在此，将基本场（B0场）的分布以及由各个发送脉冲所产生的HF场（B1场）的分布作为基础，其例如可以通过此前进行的对B1和B0图的拍摄来确定。由此，可以显示在每个空间点中所产生的磁化，作为以下的函数：B1和B0图、在激励期间梯度的时间变化、所激励的HF脉冲的包络函数的时间变化、和预先给出的频率位移，其中预先给出的频率位移从化学位移中得出。磁化的计算例如可以借助非线性布洛赫方程进行或者也可以通过线性近似来进行。
在此，将用于确定优化的饱和脉冲的计算方法表达为最小化问题，并且例如可以借助迭代近似方法来求解。在此，必须考虑磁化的三个平均值：
1．对于自由水质子（其局部拉莫尔频率的分布从B0图中得出）在每个空间点中所产生的磁化应当尽可能小。因为该所产生的磁化关于多个单磁化平均而得到，所以在此磁化的范数应当为最小。
2．对于键合的质子、即CEST物质的质子（其拉莫尔频率相对于自由水质子移动相应的化学位移Delta）磁化应当被反转。因此，所产生的磁化与反转的磁化（在考虑B0图的条件下）的偏差的范数为最小。
3．同样要优化质子的饱和，其共振频率相对于自由水质子的共振频率以-Delta移动（即，其共振频率以化学位移的负值相对于水频率移动）。
在此，迭代近似方法这样计算脉冲，使得要么所有三个所描述的范数之和要么三个所描述的范数中的两个选择的范数在考虑场分布的条件下被最小化。
类似于对优化的饱和脉冲的确定，用于确定优化的激励脉冲的迭代方法表达为最小化问题。然而在此应当优化地激励自由水质子，从而形成产生的磁化与理想的磁化的偏差的范数。此外形成对于键合的质子的磁化的和对于其共振频率以化学位移的负值相对于水频率移动的质子的磁化的范数。
在此还通过迭代的近似方法这样计算脉冲，使得所有三个描述的范数之和或者三个描述的范数中的两个选择的范数被最小化。
为了采集对于成像来说是相关的数据，通过多个断层造影装置内部的发送线圈将键合的质子的自旋、即待检查的物质的质子的自旋借助优化的脉冲进行饱和。在此，各个发送线圈同时或时间上错开地分别输出一个或多个HF饱和脉冲，其中相应于脉冲设计问题事先通过相应的优化来计算脉冲。然后通过多个发送线圈产生一个或多个优化的激励脉冲，以激励水质子。在此，各个发送线圈同时或时间上错开地分别输出HF激励信号或一系列单个HF激励子脉冲，其中相应于脉冲设计问题事先通过相应的优化计算了所述脉冲。
优选地，对于图像拍摄，相对于自由水质子的共振频率的频率以化学位移的值的位移的两个方向进行质子的饱和。
从所获得的测量数据中计算对于在两个方向上相对于自由水质子的共振频率的化学位移的饱和特性并且必要时用于校正CEST效应。
替换地，用于显示磁化的步骤和用于确定优化的饱和或激励脉冲的计算方法，还可以通过以下方案来确定，所述方案构成了本发明的另一个实施方式。为此假定，（用于激励或用于饱和的）HF脉冲可以被划分为n个子脉冲P1,P2,…Pn的序列，其中各个子脉冲在各自的时刻t1,t2,…tn被施加。经过各自的脉冲形状和施加时刻确定的各个子脉冲的相位，可以这样来确定，使得其对各自（由于拉莫尔频率的局部变化而空间上变化）的质子的磁化的时间上的相位演变映像（abbilden）。由此，拉莫尔频率的空间变化可以利用目标相位的规定来考虑并且优化的脉冲设计的确定降低到具有不可移动的拉莫尔频率的磁化。通过合适选择脉冲距离可以同时考虑到不同频率的激励和不激励。
在本发明的范围内，还提供了一种用于建立磁场不敏感的CEST图像的磁共振装置。在此，该磁共振装置包括多个用于探测物质的键合的质子的MR信号的发送线圈，其中，经过发送线圈可以输出用于饱和的HF脉冲以及用于激励的HF脉冲。此外，该磁共振装置还包括如下的单元，该单元可以将在每个空间点中通过HF脉冲由发送线圈所产生的磁化作为如下的函数来确定：基本场的空间分布、由发送线圈产生的HF场的空间分布、在激励期间场梯度的时间变化、HF脉冲的时间包络函数、和预先给出的频率位移，以及包括计算单元，其对于每个发送线圈通过对最小化问题求解可以确定用于饱和的HF脉冲的形状，在所述最小化问题中将加权的和最小化，该和具有以下三个范数中的至少两个：
在每个空间点中自由水质子的磁化的范数，
键合的质子的磁化与在每个空间点中反转磁化的偏差的范数，和
具有每个空间点中相对于预先给出的频率位移的反转的位移的质子的磁化的范数。
该计算单元还被构造为，其可以对于每个发送线圈通过求解最小化问题求解来确定用于激励的HF脉冲的形状，在所述最小化问题中将加权的和最小化，所述加权的和具有以下三个范数中的至少两个：
所产生的磁化与在每个空间点中自由水质子的理想磁化的偏差的范数，
在每个空间点中键合的质子的磁化的范数，和
其共振频率以负值相对于预先给出的频率位移移动的质子的磁化的范数。
优选地，磁共振装置具有如下的系统，即，用于采集基本场的空间分布和由发送线圈所产生的HF场的空间分布，作为的B1和B0图的照片。
按照另一个实施方式，由计算单元确定的用于饱和的HF脉冲，与用于激励的一样分别划分为多个子脉冲的序列，其中，每个子脉冲在所定义的时刻被施加，从而计算单元在确定HF脉冲的形状时可以从确定的频率出发。
优选地，用于饱和以及用于激励MR信号的HF脉冲由合适的发送单元产生，后者产生具有由计算单元所确定的形状的MR信号并且发送到多个发送线圈。
用于激励MR信号的HF脉冲优选地处于自由水质子的频率，而用于饱和MR信号的频率优选地在如下频率下进行，所述频率相对于自由水质子的共振频率以CEST物质的化学位移移动。
替换地，用于饱和的HF脉冲由发送单元也可以在两个频率下产生，其中，第一频率相对于自由水质子的共振频率以物质的化学位移移动，并且第二频率相对于自由水质子的共振频率与物质的化学位移相反地移动。
本发明提供了以下优点：
·可以独立于地点和局部拉莫尔频率地实现所涉及的质子自旋的定义的翻转角。
·通过利用多个发送线圈的并行发送可以在所涉及的质子的交换时间内部实现高的翻转角，而在此不会遇到系统决定的性能局限或超过身体组织中允许的特异性吸收率（SAR）。
·还通过在激励之前重复饱和脉冲或将饱和脉冲以及激励脉冲划分为多个子脉冲，一方面在降低所需的发送功率或SAR负担的同时实现了高的翻转角。
·这样计算饱和脉冲，使得其关于化学位移是对称的。即，其频率相对于水频率以化学位移的负值位移。可选地或附加地，模拟不对称的饱和特性并用于校正。
·通过使用按照本发明的B1和B0不敏感的饱和脉冲，饱和谱的记录是多余的。由此记录谱的两个点是足够的。由此用于CEST成像的测量时间被降低至少一个数量级。
附图说明
以下借助附图结合按照本发明的实施方式详细解释本发明。其中，
图1示意性示出了按照本发明的磁共振装置，
图2示出了在磁共振断层造影中用于磁场不敏感的CEST成像的按照本发明的方法的流程图，
图3示意性示出了用于建立磁场不敏感的CEST图像的按照本发明的磁共振装置，
图4示出了由单个子脉冲组成的饱和脉冲、激励脉冲以及回波信号。
具体实施方式
图1示意性示出了磁共振装置5和中央的控制单元10，如即可以用于成像的核共振断层造影、也可以用于磁共振波谱学的那样。在此，基本场磁体1产生时间上恒定的强磁场用于极化或对齐对象O的检查区域（诸如位于检查台23上被推入到磁共振装置5中的人体的待检查部分）中的核自旋。在测量体积M中定义了对于核自旋共振测量所需的高的基本磁场均匀性。为了支持均匀性要求并且特别是为了消除时间上不变的影响，在合适的位置上安装由铁磁材料构成的所谓的匀场片。通过匀场线圈2来消除时间上可变的影响。
在基本场磁体1中采用了由三个子线圈组成的圆柱形的梯度线圈系统3。由放大器给每个子线圈提供用于在笛卡尔坐标系的各个方向上产生线性(也是时间可变的)梯度场的电流。在此，梯度场系统3的第一子线圈产生x方向上的梯度Gx，第二子线圈产生y方向上的梯度Gy，并且第三子线圈产生z方向上的梯度Gz。放大器包括数模转换器，该数模转换器由用于时间正确地产生梯度脉冲的序列控制装置18来控制。
在梯度线圈系统3内有一个（或多个）高频天线4，所述高频天线4将高频功率放大器给出的高频脉冲转换为交变磁场，用于待检查的对象O或者该对象O的待检查区域的核的激励以及核自旋的对齐。每个高频天线4由组件线圈的以环形优选线性或矩阵形布置的形式的一个或多个HF发送线圈和一个或多个HF接收线圈组成。各自的高频天线4的HF接收线圈也将从进动的核自旋发出的交变场、即通常由一个或多个高频脉冲和一个或多个梯度脉冲组成的脉冲序列所引起的核自旋回波信号，转换为电压（测量信号），该电压经过放大器7被传输到高频系统22的高频接收通道8。高频系统22还包括发送信道9，在该发送信道9中产生用于激励核磁共振的高频脉冲。在此，将各个高频脉冲根据由设备计算机20预先给出的脉冲序列在序列控制装置18中数字地表示为复数的序列。该数列作为实部和虚部分别经过输入端12被传输到高频系统22中的数模转换器并且从该数模转换器被传输到发送信道9。在发送信道9中将脉冲序列加调制到高频载波信号上，其基频相应于测量空间中核自旋的共振频率。
通过发送-接收转接器6进行发送运行和接收运行的切换。高频天线4的HF发送线圈将用于激励核自旋的高频脉冲入射到测量空间M，并且通过HF接收线圈扫描所得到的回波信号。相应获得的核共振信号在高频系统22的接收信道8'（第一解调器）中被相位敏感地解调到中频，并且在模拟-数字转换器（ADC）中被数字化。该信号还被解调到频率0。到频率0的解调和到实部和虚部的分离在第二解调器8中在数字化之后在数字域中进行。通过图像计算机17可以从这样所获得的测量数据中重建MR图像。通过设备计算机20进行测量数据、图像数据和控制程序的管理。序列控制装置18根据利用控制程序的预定值来控制各个期望的脉冲序列的产生和k空间的相应扫描。在此，序列控制装置18特别地控制梯度的时间正确的接通、具有定义的相位振幅的高频脉冲的发送、以及核共振信号的接收。由合成器19提供用于高频系统22和序列控制装置18的时间基准。通过包括键盘15、鼠标16和显示屏14的终端13，选择用于产生MR图像的相应控制程序（所述控制程序例如存储在DVD 21中），以及显示所产生的MR图像。
图2示出了按照本发明的方法的流程图，该方法用于在磁共振断层造影中进行磁场不敏感的CEST成像。在此，经过多个发送线圈分别发送至少一个用于饱和物质的键合的质子（CEST物质的质子）的MR信号的HF脉冲和至少一个用于激励自由水质子的MR信号的HF脉冲，以便获得用于显示CEST物质的分布的MR信号。
在此，在每个空间点中通过HF脉冲由发送线圈产生的磁化作为基本场的空间分布的、由发送线圈产生的HF场的空间分布的、在激励期间场梯度的时间变化、HF脉冲的时间上的包络函数和预先给出的频率位移的函数来显示（210）。
通过相应计算，对于每个发送线圈通过对最小化问题求解可以确定用于饱和的至少一个HF脉冲的最佳形状，在所述最小化问题中将加权的和最小化（220），该加权的和具有以下三个范数中的至少两个：
在每个空间点中自由水质子的磁化范数（240），
键合的质子的磁化与在每个空间点中反转磁化的偏差的范数（250），和
具有每个空间点中相对于预先给出的频率位移的反转的位移的质子的磁化的范数（260）。
从最小化问题的解中可以直接确定（230）用于饱和的优化的HF脉冲。
附加地，还可以对于每个发送线圈通过求解最小化问题求解来确定用于激励的至少一个HF脉冲的形状，在所述最小化问题中将加权的和最小化（225），所述加权的和具有以下三个范数中的至少两个：
所产生的磁化与在每个空间点中自由水质子的理想磁化的偏差的范数（245），
在每个空间点中键合的质子的磁化的范数（255），和
其共振频率以负值相对于预先给出的频率位移移动的质子的磁化的范数（265）。
从最小化问题的解中可以直接确定（235）用于激励的优化的HF脉冲。
图3示出了按照本发明的磁共振装置300的示意图，如其为建立磁场不敏感的CEST图像可以被使用的那样。在此，待检查的CEST物质的质子的磁化（即MR信号）的饱和，以及自由水质子的磁化的激励（即其MR信号），通过由发送线圈350给出的相应的HF脉冲来进行。
在此，单元320显示对于每个空间点通过由发送线圈350给出的HF脉冲产生的磁化作为以下的函数：基本场的空间分布、由发送线圈350产生的HF场的空间分布、在激励期间场梯度的时间变化、HF脉冲的时间上的包络函数、和预先给出的频率位移。
在此，线圈系统310的基本场的空间分布优选通过B0图370的拍摄来分析，并且由发送线圈350所产生的HF场的空间分布优选通过B1图380的拍摄来进行。对以B0图370和B1图380的形式的基本场B0和FH场B1的采集，在此例如通过为此设置的用于采集这些场的系统360来进行。替换地，这些场的采集以及B0图370和B1图380的建立也可以由独立于磁共振装置300工作的系统来采集。
计算单元330通过数学优化方法在考虑由单元320所显示的磁化的条件下确定用于在CEST物质中包含的键合的质子的MR信号的饱和的HF脉冲的形状。在此，对于每个发送线圈确定最小化问题的解，在所述最小化问题中将加权的和最小化（220），该加权的和具有以下三个范数中的至少两个：
在每个空间点中自由水质子的磁化范数240，
键合的质子的磁化与在每个空间点中反转磁化的偏差的范数250，和
具有每个空间点中相对于预先给出的频率位移的反转的位移的质子的磁化的范数260。
此外，计算单元330在考虑由单元320所显示的磁化的条件下还可以用于确定针对自由水质子的MR信号的激励的HF脉冲的形状。这些质子由于化学位移而具有共振频率，所述共振频率关于自由水质子的共振频率以预定的频率位移移动。在此，对于每个发送线圈确定最小化问题的解，在所述最小化问题中将加权的和最小化（225），所述加权的和具有以下三个范数中的至少两个：
所产生的磁化与在每个空间点中自由水质子的理想磁化的偏差的范数245，
在每个空间点中键合的质子的磁化的范数255，和
其共振频率以负值相对于预先给出的频率位移移动的质子的磁化的范数265。
由计算单元330确定了形状的HF脉冲例如由发送单元340产生并且被传输到发送线圈350，以便这样在磁共振装置300中激励或饱和相应的MR信号。
图4示出了用于按照本发明的CEST成像的信号的时间序列。首先发送一个或多个饱和脉冲410，以便将CEST物质的质子饱和。因为这些质子由于其化学位移而可以以另一个频率被激励，所以可以独立于自由水的质子激励这些质子的饱和。
按照本发明的一个特别的实施方式，将每个这些饱和脉冲410划分为n个不同的子脉冲。图4示例示出了划分为四个子脉冲。拉莫尔频率的空间变化例如可以直接通过子脉冲的相位分布的预先给定来考虑。即，对于每个子线圈，目标磁化的相位分布从子脉冲到子脉冲这样演变，使得其反映了由于拉莫尔频率的局部变化，磁化的相位演变。由此，具有目标相位的预先给定的拉莫尔频率的空间变化被考虑并且脉冲设计被降低为具有不同拉莫尔频率的磁化。通过合适选择在子脉冲之间的时间间隔可以将激励和非激励同时优化到不同的频率。
在饱和脉冲之后跟随激励脉冲420，该激励脉冲被调谐到自由水质子。
由于化学交换，CEST物质的饱和的质子可以与被激励的自由水质子交换其位置，从而在CEST物质的位置可以探测到回波信号430。饱和脉冲的持续时间在此应当比自由水质子的场弛豫时间短。

Claims (17)

1.一种用于在磁共振断层造影中进行磁场不敏感的CEST成像的方法，其中，用于探测物质的键合的质子的MR信号的多个发送线圈发出分别至少一个用于饱和的HF脉冲以及至少一个用于激励的HF脉冲，
其中，显示（210）在每个空间点中通过HF脉冲由发送线圈所产生的磁化，作为以下的函数：基本场的空间分布、由发送线圈所产生的HF场的空间分布、在激励期间场梯度的时间变化、HF脉冲的时间上的包络函数、和预先给出的频率位移，并且其中，对于每个发送线圈通过求解最小化问题针对每个发送线圈确定（230）至少一个用于饱和MR信号的HF脉冲的形状，在所述最小化问题中将加权的和最小化（220），该加权的和具有以下三个范数中的至少两个：
在每个空间点中自由水质子的磁化的范数（240），
键合的质子的磁化与在每个空间点中反转磁化的偏差的范数（250），和
具有每个空间点中相对于所述预先给出的频率位移的反转的位移的质子的磁化范数（260）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在发送用于激励MR信号的HF脉冲之前重复地发送用于饱和MR信号的HF脉冲。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述预先给出的频率位移对应于所述物质的质子相对于自由水质子的共振频率的化学位移。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过拍摄B0图或B1图来确定所述基本磁场的空间分布以及由发送线圈所产生的HF场的空间分布。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于CEST成像的拍摄在用于饱和MR信号的两个频率下进行，其中，第一频率相对于自由水质子的共振频率以预先给出的频率位移移动，并且第二频率相对于自由水质子的共振频率与预先给出的频率位移相反地移动。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过求解最小化问题对于每个发送线圈确定（235）至少一个用于激励MR信号的至少一个HF脉冲的形状，在该最小化问题中将加权的和最小化（225），该加权的和具有以下范数中的至少两个：
所产生的磁化与在每个空间点中自由水质子的理想磁化的偏差的范数（245），
在每个空间点中键合的质子的磁化的范数（255），和
其共振频率以负值相对于预先给出的频率位移移动的质子的磁化的范数（265）。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个用于饱和MR信号的HF脉冲（410）以及至少一个用于激励MR信号的HF脉冲（420）都分别被划分为多个子脉冲（415）的序列，其中，每个子脉冲（415）在所定义的时刻被施加，从而在确定HF脉冲的形状时能够从确定的频率出发。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于化学位移的饱和特性可以针对两个频率位移，即预先给出的频率位移和与预先给出的频率位移相反的位移，来计算并且用于校正CEST效应。
9.一种用于建立磁场不敏感的CEST图像的磁共振装置（300），包括：
多个用于探测物质的键合的质子的MR信号的发送线圈（350），其中，经过所述发送线圈能够输出用于饱和的HF脉冲以及用于激励的HF脉冲，
能够将在每个空间点中通过HF脉冲由发送线圈所产生的磁化作为如下的函数来确定的单元（320）：基本场的空间分布、由发送线圈所产生的HF场的空间分布、在激励期间场梯度的时间变化、HF脉冲的时间包络函数、和预先给出的频率位移，以及
计算单元（330），其对于每个发送线圈通过对最小化问题求解可以确定用于饱和的HF脉冲的形状，在所述最小化问题中将加权的和最小化，该加权的和具有以下三个范数中的至少两个：
在每个空间点中自由水质子的磁化的范数，
键合的质子的磁化与在每个空间点中反转磁化的偏差的范数，和
具有每个空间点中相对于预先给出的频率位移的反转的位移的质子的磁化的范数。
10.根据权利要求9所述的磁共振装置（300），还包括系统（360），用于采集基本场的空间分布和由发送线圈产生的HF场的空间分布作为的B1和B0图的拍摄。
11.根据权利要求9或10所述的磁共振装置（300），其特征在于，所述计算单元（300）能够对于每个发送线圈（350）通过求解最小化问题求解来确定用于激励的HF脉冲的形状，在所述最小化问题中将加权的和最小化，所述加权的和具有以下三个范数中的至少两个：
所产生的磁化与在每个空间点中自由水质子的理想磁化的偏差的范数，
在每个空间点中键合的质子的磁化的范数，和
其共振频率以负值相对于预先给出的频率位移移动的质子的磁化的范数。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的磁共振装置（300），其特征在于，所述计算单元（330）将用于饱和MR信号的HF脉冲以及用于激励MR信号的HF脉冲分别划分为多个子脉冲的序列，其中，每个子脉冲在所定义的时刻被施加，从而计算单元在确定HF脉冲的形状时能够从确定的频率出发。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的磁共振装置（300），还包括发送单元（340），其产生具有所述计算单元（330）所确定的形状的用于饱和以及激励MR信号的HF脉冲并且传输到多个发送线圈（350）。
14.根据权利要求13所述的磁共振装置（300），其中，所述发送单元（340）在自由水质子的共振频率情况下产生用于激励MR信号的HF脉冲，并在相对于自由水质子的共振频率以物质的化学位移移动了的频率下产生用于饱和MR信号的HF脉冲。
15.根据权利要求14所述的磁共振装置（300），其中，所述发送单元（340）在两个频率位移下计算用于饱和MR信号的HF脉冲，其中，第一频率相对于自由水质子的共振频率以物质的化学位移移动，并且第二频率相对于自由水质子的共振频率与物质的化学位移相反地移动。
16.一种计算机程序产品，包括程序并且可直接加载到磁共振装置（300）的可编程控制装置的存储器中，用于当所述程序在磁共振装置（300）的控制装置中运行时执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的所有步骤。
17.一种电子可读数据载体，具有存储的电子可读控制信息，所述控制信息构造为当在磁共振装置（300）的控制装置中使用所述数据载体时执行按照权利要求1至8中任一项所述方法。
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