CN103033775B - 磁共振设备的不同组件的时间同步的方法和磁共振设备 - Google Patents

磁共振设备的不同组件的时间同步的方法和磁共振设备 Download PDF

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Abstract

一种用于磁共振设备的不同组件的时间同步的方法，包括：产生一系列振幅调制的高频脉冲（70,71,72）和所属的梯度场（60a,60b,60c）用于偏转层的磁化，探测至少两个自旋信号，确定在两个自旋信号之间的相位差，处理该相位差，以便确定在由磁共振设备（30）的不同组件产生的以下参量中的两个之间的时间偏移（dT1）：振幅调制的高频脉冲（70,71,72）的包络线（82），振幅调制的高频脉冲（70,71,72）的高频分量（80），和一个或多个梯度场（60a,60b,60c），并且根据至少一个时间偏移（dT1）来同步磁共振设备的所属的组件。

Description

磁共振设备的不同组件的时间同步的方法和磁共振设备
技术领域
本发明涉及一种用于磁共振设备的在一个拍摄序列中共同作用的不同组件的时间同步的方法，以及一种磁共振设备。
背景技术
磁共振系统是在医学的许多领域用于检查和诊断而采用的成像方法。基础在于核自旋共振的物理效应。为了拍摄磁共振(MR)信号，在此在MR设备中在检查区域中产生静态基本磁场，检查对象中的原子的核自旋或磁矩在所述基本磁场上对齐。通过入射高频脉冲可以将核自旋从对齐的位置(即，静止位置)或其他状态偏转或激励。所激励的自旋系统可以具有时间上的动态。
一层的自旋系统的相位演变通过相干曲线来描述。如果一个特定的层的自旋系统的自旋都具有相同的相位，则可以采集到具有高振幅的磁化信号。可以探测到相对强烈的信号，因为在不同相位的不同自旋的信号之间不呈现破坏性干涉。
通过在入射高频脉冲时施加层选择梯度，仅激励受检对象的层中的满足由于局部磁场强度引起的共振条件的核自旋。可以通过在读出期间施加相位编码梯度以及频率编码梯度来进行这种位置编码。通过层选择性的激励可以获得受检人员的多个层的MR照片。
现代的MR设备典型地利用用于MR拍摄序列的各个部分的分布的控制器工作。例如高频(HF)发送系统可以由HF发生器和振幅调制单元组成，其分别产生高频分量或高频以及低频振幅调制或HF脉冲的包络线。梯度系统可以产生用于位置编码的梯度场。
对于MR成像的高质量的基本前提条件是这些组件互相的相对时间同步。关于通常的MR成像就已必要的是，实现这样的高度时间同步。但是存在其他应用领域，其中时间同步是特别重要的。例如极大兴趣在于不仅按照笛卡尔MR成像序列进行k空间的扫描方案，而且还进行非笛卡尔的扫描。非笛卡尔扫描方案具 有优点，例如关于更高的信噪比或相对于检查对象的运动的更好的鲁棒性。但是MR成像中的目前临床应用中几乎仅使用笛卡尔扫描。主要原因是，非笛卡尔k空间扫描方案的实现需要比对于笛卡尔扫描的情况更精确实现k空间轨迹。这一点意味着，不同MR设备组件的时间同步的程度必须更高。例如特别公知，在HF脉冲的高频分量和包络线或梯度场之间的小的时间偏移对于借助k空间的非笛卡尔扫描方案的成功成像是必要的。
在不同的MR设备组件之间需要高度同步的另一个领域是特殊的HF脉冲。这样的特殊脉冲通过用于层选择的所属的梯度场的特殊的振幅调整实现，空间的激励特征是特别有利地构造的。因此例如可以特别尖锐地定义空间的激励特征。此外在保持高频尖峰功率不变的情况下实现磁化从静止位置的更高偏转角度并且由此在高频负担相同的情况下提高信噪比。但是在此梯度场在时间上必须与常规的HF脉冲相比特别精确地与包络线和HF脉冲的高频分量同步。
为了同步可以采用如下方法，该方法允许直接测量各个组件互相的相对时间偏移，以便在此基础上进行校准或在时间上的补偿。由此例如梯度场的上升沿尽可能精确地与HF脉冲的包络线协调或相应地HF脉冲的包络线与高频分量协调。
通常地这些不同的组件的同步通过例如在实验室中直接采集不同的组件参数(所谓的误差分析)进行。例如在MR设备的构建阶段或开发阶段中可以这样影响组件，即，分析不同的定时器信号并且相应地同步各个组件。这样可以例如利用示波器或逻辑分析器识别时间偏移。这样的方法具有如下缺陷，即，通过该补偿测量的和补偿方法的不足而会出现不同的系统误差。这样的系统误差难以识别。因此不是总可以利用测试过的组件的所有相应信息。用于时间控制的计算机组件(例如现场可编程门控阵列(FPGA))的确定的相关的时间参量不能电子地量取。因此在时间同步中可能形成系统误差：在MR拍摄序列的执行中可能出现时间偏移，所述偏移不能通过组件层面的检查来识别。此外对于每个制造的MR设备执行这样的方法是开销大的。因此典型地在开发中进行这样的同步。例如通过电缆长度等的变化引起的特定于MR设备的而不是特定于产品系列的时间偏移相应地难以被同步。
由此需要提供改进的方法来探测和补偿磁共振设备的不同组件的时间偏移。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种方法和一种装置，其允许进行磁共振设备的不同组件的时间同步。
按照本发明的第一方面，本发明提供一种用于磁共振设备的不同组件的时间同步的方法，包括：
产生一系列振幅调制的高频脉冲和所属的梯度场用于偏转层的磁化，探测至少两个自旋信号，确定在两个自旋信号之间的相位差，处理相位差，以便确定在由磁共振设备的不同组件产生的以下参量中的两个之间的时间偏移：振幅调制的高频脉冲的包络线，振幅调制的高频脉冲的高频分量和一个或多个梯度场，并且根据至少一个时间偏移来同步磁共振设备的所属的组件。
通过HF脉冲可以将层的磁化例如从通过静态基本磁场定义的静止位置偏转。特别地，这些高频脉冲可以与梯度场相关联，从而为偏转磁化所需的共振条件仅对于确定的位置定义。如果磁化从静止位置偏转，则磁化可以通过沿着静止位置的纵向分量和与静止位置垂直的横向分量来描述。磁化的横向分量关于基本场进动。通过合适地影响这些横向分量可以产生自旋信号。自旋信号通过横向磁化分量的前面去相位的相干曲线的重聚相位来形成。
磁化的相干曲线的重聚相位，如上所述形成特别强的自旋信号。可以感应地例如借助高频脉冲来探测该自旋信号。探测的信号具有确定的相位。在多个探测的信号的情况下特别地可以在测量技术上确定在不同信号之间的相位差。在此通过在完全重聚相位的时刻自旋信号的相位差来定义相位差。重聚相位的时刻通常也与最大信号振幅的时刻一致。最大振幅的时刻与重聚相位的相干曲线相关联。按照本发明的目前讨论的方面然后可以的是，从在至少两个自旋信号之间的测量的相位差计算时间偏移。时间偏移既可以在振幅调制的高频脉冲的包络线和高频脉冲的高频分量之间，也可以在振幅调制的高频脉冲的包络线和所属的梯度场之间存在。例如高频脉冲的包络线通过MR设备中的与高频分量本身不同的另一个组件产生。高频分量典型地通过数控示波器(NCO)产生。振幅调制相反例如借助常规的信号发生器产生并且与高频分量混合。由此必要的是同步MR设备的这些相应的组件。
根据在MR拍摄序列中测量的MR数据本身对MR设备的不同组件的时间同步，相比基于对不同组件的测量技术的分析来实现时间同步的方法，具有优点。由此执行可以全自动地在操作准备就绪的MR设备中进行。此外可以最小化由于 未知参数引起的系统误差，因为根据MR测量数据本身进行校准。因为根据实际上拍摄的MR数据进行同步，所以可以降低未识别的系统测量误差。同步根据与后面在运行中拍摄的数据非常类似的数据进行。在同步中的不可靠性由此被降低。
此外这样的基于MR拍摄序列的方法还可以自动进行。不需要使用外部的测量设备。特别地可以在MR设备的运行中不时地自由验证时间同步。
特别地可以这样产生高频脉冲和所属的梯度场，使得磁化在以预定的距离相对于参考层移动的层中被偏转，在所述参考层上磁化可以通过参考频率偏转。
通过应用以梯度场形式的层选择梯度，HF脉冲可以仅对检查对象内部确定的层发挥其作用。这一点之所以这样，是因为空间上改变的磁场导致，仅在检查对象内部的确定的位置或确定的层满足磁化的共振条件。只有那里才可以借助HF脉冲偏转磁化。特别地，有利的是，在应用HF脉冲期间接通这样的层选择梯度。特别地该层选择梯度可以这样构造，使得在相对于参考层具有预定的距离的层中的磁化被偏转。参考层例如可以通过参考频率来定义。关于参考层这样选择梯度场，使得磁化通过参考频率可以被偏转，因为那里参考频率满足共振条件。通过激励在这样的层中的磁化，可以得出，自旋信号也显示该层与参考层的距离的依赖关系。由此特别可以通过信号的测量在已知例如该层与参考层的距离的条件下推导出激励脉冲的特征。
实践中例如这样配置NCO，使得其相对于参考频率具有频率偏移。参考频率例如可以根据系统选择或例如可以等于水中的核自旋的共振频率。该频率偏移在已知接通的梯度场的情况下可以与相对于参考层的层偏移对应。参考层在此例如表示前面关于MR设备的几何尺寸定义布置的层。由此可以通过选择频率偏移(和梯度场)来检查位于MR设备中的检查对象的确定区域。
高频脉冲可以分别对应磁化的偏转角度和相位，其中这样选择偏转角度，使得仅偏转磁化的一部分，并且其中在高频脉冲和所属的梯度场的序列中至少一个以下参数取至少两个不同的值：
高频脉冲的偏转角度，高频脉冲的相位，梯度场的振幅。
如果通过相应的确定HF脉冲的偏转角度仅将磁化的一部分从静止位置偏转，则这一点意味着，在应用HF脉冲之后也存在有限的纵向磁化。不是将整个磁化偏转到通过基本磁场的方向定义的横向平面上。换言之：优选这样选择HF脉冲，使得其具有小于90°的偏转角度。90°的偏转角度由此意味着，整个磁化被 翻转到横向平面上。
如果存在HF脉冲的高频相对于参考频率的偏移，则高频或高频分量的相位相对于参考频率随时间改变。这称为相位特征曲线。相应地，HF脉冲的相位优选通过高频相对于参考频率的相位偏移在高频激励脉冲的包络线的时间中点来定义。
例如有利的是，至少两个高频脉冲的偏转角取不同的值。这意味着，例如在第一高频脉冲中偏转角取不同于在第二高频脉冲中的值并且由此从纵向方向翻转到横向平面的磁化的分量取不同的值。还可以，至少两个HF脉冲的相位取不同的值。相应地，两个梯度场的振幅可以取不同的值。
不同参数的相互不同的选择这样进行，使得方程组充分确定，所述方程组允许关于信号或拍摄序列的测量的和已知的量确定激励脉冲的不同参数。如果例如相同确定所有激励脉冲或梯度场，则可以的是，方程组是低确定的。这一点限制了激励脉冲的可确定的参数。
与此相关地但是还可以，在高频脉冲和所属的梯度场的序列中，至少一个以下参数取至少两个相同的值：高频脉冲的偏转角、高频脉冲的相位、梯度场的振幅。
如果相同地选择拍摄序列的特殊参数，则这一点等于基础的方程组的简化。变量的数量减少。在此要确保，不要这样进一步地减少变量的数量，使得方程组是低确定的，即，不是唯一可解的。
还可以的是，该方法还包括：递增地改变至少一个高频脉冲的相位以最小化相位差，以便确定所述至少一个时间偏移。
特别有利的是，不是一次测量在两个高频脉冲之间的相位差并且从中直接确定时间偏移，而是借助附加引入的相位来施加HF脉冲的相位。可以递增地改变附加引入的相位，直到在两个自旋信号之间的相位差被最小化或消失。之所以这样，是因为典型地在两个自旋信号之间的相位差取决于附加地通过高频脉冲引入的相位。这样的方法是有利的，因为可以全自动进行。可以相应地配置MR设备，使得在校准序列的范围内连续改变确定的HF脉冲的相位，只要达到了确定的标准(相位差的最小化)。特别地可以通过选择相位的增量来规定在时间偏移的确定中期望的时间分辨率。通过HF脉冲的相位的更小增量因此可以更精确地确定时间偏移。
如上所述，自动执行具有如下优点，即，可以的是，能够频繁地执行这样 的同步。自动执行在校准例程的范围内允许，在MR设备的寿命之内总是保证相同高度的时间同步。特别地可以及早探测例如在各个组件的时间偏移中产生的系统误差。由此可以消除在MR设备的运行时间之内时间同步的降低。
特别地有利的是，通过第一、第二和第三高频脉冲利用所属的第一、第二和第三梯度场偏转磁化并且作为第一和第二自旋回波和激发的自旋回波探测自旋信号。
本发明的这样的特殊实施方式基于：使用三个HF脉冲，以便偏转磁化。如果HF脉冲特别地具有仅将纵向磁化的一部分偏转到横向平面的偏转角，即，偏转角小于90°，则由此产生第一和第二自旋回波和激发的自旋回波。
由此例如可以，自旋回波通过借助合适接通的梯度场的去相位和通过然后借助高频脉冲和其他合适接通的梯度场的重聚焦来产生。横向磁化分量的相干曲线在此首先通过第一梯度场去相位。这意味着，然后各个自旋具有不同的相位。不能探测到信号，因为在自旋之间出现破坏性的干涉。另一个HF脉冲可以作为重聚焦脉冲作用于自旋系统。自旋系统的相干曲线被反转。然后接通的合适的符号和大小的梯度场然后可以导致相干曲线的重聚相位。在相应的相干曲线的消失的去相位的情况下出现自旋回波。
在三个HF脉冲的情况下可以探测多个自旋回波。有利的是，除了这些自旋回波之外对于时间同步还要使用所谓的激发的回波。激发的自旋回波例如可以由磁化的一部分产生，该部分通过HF脉冲的序列首先被偏转到横向平面，然后偏转回到纵向并且最后又偏转到横向平面以产生激发的自旋回波。
特别地当使用HF脉冲时，使用激发的自旋回波和两个自旋回波具有如下优点：相应的自旋信号的信号振幅足够高。不同的自旋信号的信号振幅越高，则可以越精确确定在两个自旋信号之间的相位差。但是在两个自旋信号之间的相位差的精确确定导致，可以更精确确定MR设备的不同组件的时间偏移。
在此可以的是，第一梯度场具有第一梯度振幅并且第二和第三梯度场具有第二梯度振幅。
如果第二和第三梯度场的梯度振幅(其分别与第二和第三HF脉冲相关联)选择得相同大，则可以借助特别简单的计算运算推导出两个自旋信号的相位差和由此的时间偏移。通过相同确定第二和第三梯度场，可以简化产生的方程组并且可以直接从在两个自旋信号之间的相位差确定HF脉冲的起始参数。
特别地然后可以的是，在振幅调制的高频脉冲的包络线和振幅调制的高频 脉冲的高频分量之间的第一时间偏移按照如下来计算：
dT1＝dPHI/(2D(Gs2-Gs1)γ)，
其中dPHI是在第二探测的自旋回波的相位和激发的自旋回波的相位之间的相位差，其中D是层到参考层的距离并且其中γ是旋磁比，其中第一和第二高频脉冲的相位选择得相同。在此，第一时间偏移特别地通过在振幅调制信号的开始到高频分量的采用之间的时间距离来定义。
但是还可以的是，在梯度场和振幅调制的高频脉冲的高频分量之间的第二时间偏移如下计算：
dT2＝dPHI/(D(Gs2-Gs1)γ)，
其中dPHI是在第二探测的自旋回波的相位和激发的自旋回波的相位之间的相位差，其中D是层到参考层的距离并且其中γ是旋磁比。在此，第二时间偏移通过在振幅调制信号的开始和层选择梯度的开始之间的时间距离来定义。
通过三个HF脉冲和属于第二和第三HF脉冲的相同振幅的两个梯度场的上面示出的特别简单的选择，可以相应于上面的公式直接计算第一和第二时间偏移。特别地在计算中仅使用梯度场Gs1和Gs2的振幅的已知参量、已知的旋磁比，层相对于参考层的已知的偏移D以及测量的相位偏移。
特别有利的是，为了计算时间偏移，在自旋信号之间的相位偏移首先，如上所述，通过递增地改变HF脉冲的相位来最小化。结合上面的公式，这允许特别简单计算第一和第二时间偏移。
按照另一方面，提供磁共振设备，其包括以下组件：高频信号发生器，用于产生振幅调制的高频脉冲的高频分量，振幅调制单元，用于产生振幅调制的高频脉冲的包络线，梯度单元，用于与振幅调制的高频脉冲时间重叠地应用梯度场，高频接收系统，用于探测自旋信号，其中高频发送系统配置为产生振幅调制的高频脉冲和所属的梯度场的序列用于偏转一层的磁化，并且其中高频接收系统配置为探测至少两个自旋信号，其中磁共振设备还包括校准单元，其配置为确定在两个自旋信号之间的相位差，处理所述相位差，以便确定在由磁共振设备的不同组件产生的以下参量的两个之间的至少一个时间偏移：振幅调制的高频脉冲的包络线，振幅调制的高频脉冲的高频分量和一个或多个梯度场，并且根据该至少一个时间偏移来同步磁共振设备的所属的组件。
MR拍摄序列典型地由不同的元素组成，如梯度场和高频脉冲。这些元素由MR设备的离散的不同组件产生。例如HF信号发生器可以以数控振荡器(NCO) 形式呈现。高频分量的振幅调制可以通过NCO的信号与振幅调制单元的输出信号的混合来进行。梯度单元又可以包括用于产生位置改变的磁场的梯度系统。
利用具有这样的特征的磁共振设备可以实现与关于相应的方法在前面描述的效果相当的效果。
附图说明
上面描述的本发明的特点、特征和优点以及如何实现它们的方式，通过结合以下对实施方式的描述变得清楚和容易理解，所述实施方式结合附图被详细描述。其中，
图1示出按照本发明的磁共振设备的示意图，
图2示出用于MR设备的不同组件的时间同步的MR拍摄序列的高频脉冲的示意图，
图3示出用于MR设备的不同组件的时间同步的MR拍摄序列的示意图，
图4示出用于MR设备的不同组件的时间同步的MR拍摄序列的高频脉冲的示意图，其中示出在高频分量和HF脉冲的包络线之间的第一时间偏移，
图5示出用于MR设备的不同组件的时间同步的MR拍摄序列的高频脉冲的示意图，其中示出在HF脉冲的包络线和梯度场之间的第二时间偏移，
图6示出用于确定在两个自旋信号之间的相位差的最小化的示意图，
图7示出用于MR设备的不同组件的同步的方法的流程图。
具体实施方式
图1示意性示出磁共振设备30，其配置为用于拍摄磁共振(MR)数据。MR设备可以包括一个或多个高频线圈15。MR设备30还具有磁体10，其适合于产生基本磁场。检查对象，在示出的情况下是受检人员11，可以借助卧榻13被推入到磁体10中。
通过磁体10产生的基本磁场极化自旋系统。在其静止位置，自旋沿着基本磁场的方向示出。通过高频线圈15可以产生高频(HF)脉冲，其将磁化从其在基本磁场中的静止位置偏转。为了借助高频线圈15应用高频脉冲，设置高频发生器20和振幅调制单元24。典型地，高频发生器20可以包括数控振荡器(NCO)。需要通过振幅调制单元24的振幅调制，以实现磁化的有针对的可解激励曲线。
MR设备30还包括梯度系统14，其配置为在受检人员11的区域中提供磁 场梯度。磁场梯度或梯度场关于自旋系统的共振条件可以产生HF脉冲的作用的位置编码。可以仅偏转层52中的磁化，该层相对于参考层51移动了距离D。由此典型地并行于HF脉冲也激励梯度场。梯度单元23控制时间顺序和梯度场的参数。HF信号发生器20的组件，振幅调制单元24和梯度单元23形成高频发送系统26。
此外，可以借助以计算机单元22形式的高频接收系统25探测磁化信号，该磁化信号感应地引起高频线圈15中的电压。操作单元12与控制元件相连，并且允许用户执行对磁共振设备30的控制。
此时特别需要确保HF发送系统26的组件(即，HF信号发生器20、振幅调制单元24和梯度单元23)的同步。特别地有利的可以是，在MR拍摄序列的范围内执行同步。如果例如HF信号发生器20和振幅调制单元24关于第一时间偏移同步，则可以确保，在后面的MR拍摄序列中HF脉冲的高频分量在时间上与HF脉冲的包络线是调谐的。由于这样的时间偏移而可以施加到自旋系统的附加的相位这样被改变。此外还可以在梯度单元23和振幅调制单元24的调谐和时间同步的情况下确保，在MR拍摄序列期间接通的梯度场在时间上与不同的HF脉冲的包络线同步。由此又抑制了附加地施加到自旋系统的相位。
MR设备的一般工作方式是专业人员公知的，从而对一般的组件不作详细描述。
图2示出了MR拍摄序列的HF脉冲，用于确定在MR拍摄序列的不同组件之间的时间偏移。在此在时间上顺序地应用三个HF脉冲70,71,72。HF脉冲70,71,72由包络线82和高频分量80组成。层选择梯度89被用于层选择。典型地借助以HF信号发生器形式的数控振荡器(NCO)产生高频分量80。层选择梯度具有梯度场60a,60b和60c的形状。这些梯度场确保，给定了高频分量80时的共振条件仅对于检查对象的确定的层保证。之所以这样，是因为在梯度场60a,60b和60c的范围内局部的磁场强度在空间上改变。典型地尽可能与包络线82和高频分量80同时应用梯度场60a,60b和60c。进行以Sinc脉冲的形式的HF脉冲的振幅调制。这具有HF脉冲的定义的可解激励曲线的优点。Sinc类型的包络线或振幅调制在图2中图形地表示。但是也可以选择振幅调制的其他形状。
三个HF脉冲分别通过相位phi1,phi2,phi3和偏转角alpha,beta来表征。在此HF脉冲的相位phi1,phi2,phi3通过高频相对于参考频率的相位偏移在高频激励脉冲的包络线82的时间中点来定义。参考频率例如可以由系统决定地选择或 者例如可以相应于水中的核自旋的共振频率。如果应用HF脉冲来偏转磁化，则实践中通常通过相对于参考频率的差频率Δf来定义其高频分量80。此外从通过基本磁场定义的纵向方向到与之横向的平面定义偏转角作为磁化的翻转角。偏转角可以与HF脉冲70,71,72的振幅成比例，其中在保持振幅不变的情况下提高偏转角的不同的方法也是公知的。
HF脉冲的高频分量80的相位由此作为时间的函数相对于参考频率改变。这一点通过图2中的相位特征曲线81来表示。在此更大(更小)的差频率导致相位特征曲线81的更强(更弱)的改变作为时间的函数。特别地，在图2中示出如下情况，在该情况下发生一层中的磁化的偏转，该层相对于参考层以预定的距离D移动。参考层例如可以作为如下的层来定义，在所述层中磁化的共振频率是参考频率。距离D然后例如从高频分量80相对于参考频率的偏移来得出。为了偏转在该层中的自旋，由此需要应用梯度场作为层选择梯度89。这在都具有振幅Gs的梯度场60a,60b和60c的范围内发生。梯度场的振幅Gs在此表示磁场强度的空间改变率。HF脉冲的高频然后通过以下等式来确定，该等式表示与参考频率的偏移Δf：
Δf＝D*Gs*γ
其中γ表示旋磁比。如上所述，按照Δf*t确定线性相位特征曲线81，其中t表示时间。
关于MR设备的不同组件的时间同步，可以如关于不同的图4-6详细解释的那样，有助的是，对于不同HF脉冲的偏转角选择为相同。例如第一HF脉冲70可以具有偏转角alpha，并且第二和第三HF脉冲71,72分别具有偏转角beta。这具有如下优点：自旋信号振幅的计算明显被简化，如以下参考图3讨论的。
图3示出了MR拍摄序列，用于确定在MR拍摄序列的不同组件之间的时间偏移。特别地示出自旋信号76,77,78在时间流程上相对于激励脉冲70,71,72的位置。激励脉冲70,71,72在此相应于参考图2在前面描述的激励脉冲并且通过高频分量80图形地示出。
此外表示了层选择梯度89的所属的梯度场60a,60b和60c。这些具有振幅Gs的梯度场60a,60b和60c应当优选在时间上与HF脉冲70,71,72同步。如从图3可以看出的，在不同的HF脉冲70,71,72之间接通另外的梯度场60d,60e,60f。这些梯度场的任务是，产生横向磁化分量的去相位或重聚相位。这一点通过相干曲线50来描述。相干曲线50在图3中示出。在以下详细解释所述相干 曲线，以便这样来解释不同地产生的自旋信号76,77,78。
第一HF脉冲70将到此位于静止位置的磁化(纵向磁化)的一部分从静止位置偏转并且由此产生横向分量。横向分量的去相位还在应用HF脉冲70,71,72期间可以被忽略。横向分量通过接通的梯度场60d在应用第一HF脉冲之后被去相位。这一点在图3中图形地通过在第一HF脉冲70之间和在第二HF脉冲71之前的相干曲线50的上升可以看出。
然后第二HF脉冲71作用于自旋系统。该第二HF脉冲71具有不同的效果。第一效果导致，已经产生的横向磁化的部分被翻转回到纵向方向。纵向磁化的该临时部分图形地在图3中虚线地在第二HF脉冲71和第三HF脉冲72之间示出。梯度场60e不产生磁化的该部分的重聚相位或去相位，因为梯度场对静态的、非进动的纵向部分不发挥作用。HF脉冲71的另一个效果在于，从前面产生的纵向磁化中将一部分翻转到横向分量。磁化的该新产生的横向分量具有相干曲线50，其直接在第二HF脉冲71之后具有消失的去相位。HF脉冲71的第三效果在于，已经产生的横向磁化的一部分被反转，所谓的重聚焦。磁化的该部分的相干曲线50在第二HF脉冲71之前或之后分别具有去相位的不同的符号。特别地，磁化的该部分通过梯度场60e重聚相位并且在第二HF脉冲71和第三HF脉冲72之间产生自旋信号76。该自旋信号76称为自旋回波，因为其从首先去相位的磁化分量的重聚相位中产生。此外要指出，第二HF脉冲71对通过第一HF脉冲70所产生的横向磁化的一部分不发挥作用。
第三HF脉冲72具有与结合第二HF脉冲71描述的相同效果。特别地，通磁化的过第二HF脉冲71翻转回到纵向方向的部分也通过第三HF脉冲72翻转回到横向平面。磁化的该部分产生激发的自旋回波77。此外产生次级自旋回波78。在图3中没有示出的时刻产生另外的自旋回波。但是这些更高的自旋回波，例如第三和第四自旋回波也可以用于执行用于同步MR设备的不同组件的方法，如以下描述的。
特别具有优势的是，这样来确定为了去相位或重聚相位而使用的不同的梯度场60d,60e,60f，使得激发的自旋回波77和次级自旋回波78在不同的时刻发生。在图3的实施例中这一点通过如下来确保，即，在第二HF脉冲71和第三HF脉冲72之间接通的梯度场60e具有与梯度场60d和60f不同的振幅。特别地由此实现，在第二HF脉冲71和第三HF脉冲72之间的去相位率大于在第一HF脉冲70和第二HF脉冲71之间，以及在第三HF脉冲72之后的去相位(重 聚相位)率。这一点通过相干曲线50的斜率来图形地表示。用于相干曲线的去相位(重聚相位)的梯度场60d,60e,60f的其他确定也是可以的。
具有三个HF脉冲70,71,72的MR拍摄序列的执行在文献中是公知的，所述HF脉冲分别具有磁化的一个偏转角，该偏转角小于90°并且由此具有对相干曲线50的上述作用。特别地可以计算自旋信号76,77,78的特征。
因此通过计算例如根据Scheffler,Concepts in Mag.Res.11(1999)291-304得到各个自旋信号76,77,78的磁化矢量M1,M2,M3为：
第一自旋信号76，即第一自旋回波SE1的磁化：
M1＝sin(alpha)*i*EXP(-i(phi1–2*phi2))*(sin(beta/2))2。
在此i表示虚部单位，EXP表示指数函数并且sin表示正弦函数。
第三自旋信号78，即第二自旋回波SE2的磁化：
M3＝sin(alpha)*(-i)*EXP(i phi1)*(sin(beta/2))4。
第二自旋信号77，即激发的自旋回波STE的磁化：
M2＝sin(alpha)*0.5*i*EXP(-i(phi1–phi2-phi3))*(sin(beta/2))2
次级自旋回波SE2因此仅取决于第一HF脉冲的相位phi1。激发的回波STE示出与phi1,phi2,phi3的依赖关系。可以如下选择HF脉冲的相位：
phi1＝0,
phi2＝phi3＝90°(π/2)。
由此得出，初级和次级自旋回波SE1、SE2和激发的回波STE平行取向。这一点在以下参考图4-6使用。
图4中示出了MR拍摄序列的HF脉冲，用于确定在MR拍摄序列的不同组件之间的时间偏移。HF脉冲相应于参考图2和3讨论的HF脉冲。但是在图4中特别地，激励脉冲70,71,72的高频分量的开始相对于包络线的开始以第一时间偏移dT1移动。由此产生相位特性曲线81的相位误差，计算为
dphi＝dT1*f
相位特性曲线81的该相位误差在图4中图形地通过不同的HF脉冲的相位特性曲线81的向右通过dphi1(HF脉冲70)和dphi2(HF脉冲71、72)的移动表示。
以下参考图4详细解释，如何通过测量不同信号76,77,78的相对相位可以推导相位误差dphi并且特别是可以计算第一时间偏移dT1。
为了确定第一时间偏移dT1，在目前讨论的实施方式中相同地选择第二和 第三HF脉冲71、72的相位，即phi2＝phi3。为此也参见参考图2的解释。由此第二和第三HF脉冲71,72的相位误差也相同地表示为dphi2和dphi3。
此外有利的是，属于各个HF脉冲的梯度场的振幅不是都选择为相同：
第一HF脉冲70的梯度场60a：振幅Gs1。
第二HF脉冲71的梯度场60b：振幅Gs2。
第三HF脉冲72的梯度场60c：振幅Gs2。梯度场的振幅在图4中图形地表示。
如果如图4中描述的实施例那样属于第一高频脉冲70的梯度场60a和属于第二高频脉冲71和第三高频脉冲72的梯度场60b、60c具有不同的振幅，则必要的是，第一激励脉冲70的通过高频分量80描述的高频具有与通过第二和第三HF脉冲71、72的高频分量80描述的高频不同的值。这一点是必要的，由此尽管不同的梯度场60a,60b,60c，仍满足对于检查对象中的相同层中的自旋的共振条件。这一点图形地通过第一HF脉冲70的高频分量80的比第二和第三HF脉冲71、72的高频分量80更小的值表示。此外第一HF脉冲70由于高频相对于参考频率的更小的偏移而具有相位特征曲线81的比第二和第三HF脉冲71、72更小的改变作为时间的函数。
高频分量80的开始相对于包络线82的第一时间偏移dT1在第一HF脉冲70的情况下导致dphi1的相位偏移并且在第二和第三HF脉冲71,72的情况下导致dphi2的相位偏移，如图4中表示的。
从中得出：
dphi1＝dT1*D*Gs1*γ,
由此：
phi1＝0+dphi1。
此外得出：
dphi2＝dT1*D*Gs2*γ,
由此：
phi2＝π/2+dphi2
据此可以通过对各个自旋信号76,77,78应用幅角函数Arg来计算相位。如参考图3详细讨论的，自旋信号与第一自旋回波SE1、第二自旋回波SE2和激发的回波STE相关联。这些信号的相位得到：
Arg(SE1)＝π/2–(dphi1–π–2*dphi2)＝
＝-π/2–dphi1+dphi2,
Arg(SE2)＝-π/2+dphi1,
以及
Arg(STE)＝π/2-(dphi 1–π–2*dphi2)＝
＝+3/2π–dphi1+2dphi2＝
＝-π/2–dphi1+2dphi2。
例如在用于磁共振设备的不同分量的同步的校准测量的范围内可以测量在次级自旋回波SE2(自旋信号78)和激发的自旋回波STE(自旋信号77)之间的相位差dPHI。
dPHI＝Arg(STE)–Arg(SE2)＝
＝2*dphi2–2*dphi1。
根据对于dPHI的该公式可以计算时间偏移：
dPHI＝2*(dphi2-dphi1)＝
＝2*dT1*D*(Gs2-Gs1)*γ,
据此得到：
dT1＝dPHI/(2*D*(Gs2-Gs1)*γ)。
该公式允许通过执行如参考图4解释的MR拍摄序列确定在高频分量80和HF脉冲的包络线81之间的第一时间偏移dT1。这一点通过探测三个自旋信号76,77,78来进行。通过合适选择起始参数和测量相位差，可以确定第一时间偏移的未知参数。
虽然参考图4在前面讨论了确定第一时间偏移的一种可能性，但是应当清楚的是，存在确定dT1的多种其他相应的可能性。在图4中讨论的实施例由此不是限制性地构造。在此仅重要的是，从一系列已知参数，诸如层选择梯度的振幅和高频脉冲，和一系列测量的参数，诸如相对相位，可以确定MR拍摄序列的未知参数，诸如特别是时间偏移dT1。换言之：必要的是，这样设置参与的参量的方程组，使得所述方程组是充分确定的，以便获得唯一的解。这意味着，必须总是存在这样足够大量的已知参数，使得能获得解。
同时有利的是，参数空间通过使得确定的参与的参量同等而被减少，以便可以简单求解方程组。参考图2，这一点通过选择也涉及第二和第三HF脉冲71,72的梯度场60b、60c的相同振幅GS2来进行。
例如还可以，不同地选择梯度场60b和60c的振幅。对于不同信号的相位 的相应的公式然后更复杂。但是特别地有利的是，三个梯度场60a,60b,60c中的至少两个具有相同的振幅，以便这样从方程组中去除一个参数。参考图3还可以，不是考虑第二自旋信号77和第三自旋信号78，即，激发的自旋回波和次级自旋回波，而是考虑其他自旋信号来确定第一时间偏移dT1，例如第一自旋信号76。从图3已经看出，在后面的时刻可以采集以自旋回波形式的另一个自旋信号。相干曲线50的另外的扇状展开在图3中没有完整绘出，从而另外的、更高自旋回波没有图形地表示。但是原则上仅必须测量可以推导出激励的或偏转的高频脉冲70，71,72的参数的信号。
图5示出了MR拍摄序列的HF脉冲，用于确定在MR拍摄序列的不同组件之间的时间偏移。HF脉冲相应于参考图2、3和4讨论的HF脉冲。但是在图5中特别地，分别属于HF脉冲70，71,72的梯度场60a,60b,60c相对于各个包络线以第二时间偏移dT2移动。如已经参考图4讨论的，不同高地选择各个HF脉冲的层选择振幅：
第一HF脉冲70的梯度场60a：振幅Gs1。
第二HF脉冲71的梯度场60b：振幅Gs2。
第三HF脉冲72的梯度场60c：振幅Gs2。
此时如果各自的层选择梯度89的开始以dT2相对于各自的包络线82(即，振幅调制信号)的开始在时间上偏移，则在层选择轴上产生附加的梯度矩M。所述梯度矩关于dT2＝0产生到磁化的横向分量的附加相位旋转：
dphi＝D*M*γ。
时间偏移对相干曲线的去相位的作用被忽略，因为这一点导致自旋信号的振幅降低，但是自旋信号的相位不改变。例如可以通过相应小地选择激励的层厚度来最小化信号降低。
现在详细解释拍摄序列中的不同梯度矩，如图5所示。在第一和第二HF脉冲70、71之间产生附加的力矩dM：
dM＝M2–M1＝(Gs2–Gs1)*dT2
这导致横向磁化的相应相位旋转：
dphi1＝D*dM*γ＝D*dT2*(Gs2–Gs1)*γ。
力矩M1和M2在图5中暗地表示。该相位旋转dphi1可以关于对磁化的横向分量的作用作为第一HF脉冲的附加的相位来考察。
在第二和第三HF脉冲71,72之间不形成附加的梯度矩，因为两个梯度振 幅相同高。在第二HF脉冲71之后和在第三HF脉冲72之前的相应的梯度矩具有不同的符号。
但是在第三HF脉冲72之后存在如下的附加力矩
–M2＝-Gs2*dT2,
这又产生横向分量的相位旋转dphi3：
dphi3＝-D*dT2*Gs2*γ。
如前面参考图2所示，附加相位dphi3既涉及激发的自旋回波STE，也涉及次级自旋回波SE2。自旋信号的相位然后是：
Arg(SE1)＝π/2–(dphi1–π–2*dphi2)
＝-π/2–dphi1,
Arg(SE2)＝-π/2+dphi1+dphi3,
Arg(STE)＝π/2+π+dphi3)＝-π/2+dphi3。
如已经参考图4讨论的，可以测量在次级自旋回波和激发的自旋回波之间的dPHI相位差。其为：
dPHI＝Arg(STE)–Arg(SE2)＝dphi1。
代入得到：
dPHI＝dT2*D*(Gs2-Gs1)*γ,
由此得到在层选择梯度89和包络线82之间的第二时间偏移dT2：
dT2＝dPHI/(D*(Gs2-Gs1)*γ)。
如已经参考图4解释的，图5的实施例不是作为限制性地构造。特别地，HF脉冲的参数或测量的自旋信号可以具有不同的参数或者是不同的。必要情况下仅须已知足够大数量的参数，从而产生的用于确定第二时间偏移dT2的方程组是足够确定的。特别地，在图5中为了确定在包络线82和层选择梯度89之间的第二时间偏移dT2，不使用，第二HF脉冲71和第三HF脉冲72具有相同相位。这一点是与参考用于确定在高频分量80和包络线82之间的第一时间偏移dT1的图3中的上面讨论的例子的区别。但是还可以关于用于确定第一时间偏移dT1的图4不同地选择三个HF脉冲70，71,72的相位。
参考图4和5在前面已经解释，原则上如何可以从在两个信号71，72之间的相位偏移的测量中来推导出时间偏移dT1、dT2。参考图6以下描述一种方法，该方法特别简单地可以合适地确定相位偏移dPHI以获得时间偏移dT1、dT2。为此，施加具有附加相位ε的第一HF脉冲70，所述相位在一个大的值域中以 小的步幅改变。对于每个ε，进行具有三个HF脉冲的MR试验和至少自旋回波SE2和STE的探测或测量，如前面参考图4和5详细描述的。分别确定在次级自旋回波SE2和激发的自旋回波STE之间的相位差Arg(SE2)-Arg(STE)。从测量的数据中寻找如下的ε，在该ε的情况下SE2和STE平行，即，第二自旋回波和激发的自旋回波具有相同的相位或者说相位差最小化。如后面解释的，这一点允许直接确定第一时间偏移dT1(第二时间偏移dT2)，如参考图4(图5)解释的。
对于dT1的确定在附加施加具有相位ε的第一HF脉冲70的情况下分别得到自旋信号SE2和STE的相位：
Arg(SE2)＝-π/2+ε+dphi1,
Arg(STE)＝-π/2–ε-dphi1+2dphi2。
一直改变参数ε，直到成立：
Arg(SE2)＝Arg(STE)。
代入得到等式：
-π/2+ε+dphi1＝-π/2–ε–dphi1+dphi2,
并且据此得到，如与参考图4的描述的比较所得出的：
ε＝(-2dphi1+2dphi2)
＝2*(dphi2-phi1)
＝dPHI。
在此dPHI如上面参考图4描述的那样定义。
为了确定dT2，对于各个回波SE2和STE的相位成立：
Arg(SE2)＝-π/2+ε+dphi1+dphi3,
Arg(STE)＝π/2–ε+π+dphi3＝
＝-π/2–ε+dphi3。
又一直改变ε，直到成立：
Arg(SE2)＝Arg(STE)。
带入得到等式：
-π/2+ε+dphi1+dphi3＝-π/2–ε+dphi3,
ε+dphi1＝-ε,
并且由此得到，如与参考图5的描述的比较所提供的：
ε＝1/2*dphi1＝1/2*dPHI。
可以根据期望的时间分辨率R来确定用来改变ε的步幅dε。时间分辨率R越高，则越精确进行不同组件的同步。但是同时按照本发明的同步可能持续更久。
关于dT1在给定的时间分辨率的情况下得到所需的步幅：
dε＝R*D*Gsγ
关于dT2在给定的时间分辨率R的情况下得到所需的步幅：
dε＝R*D*(Gs2–Gs1)γ
图7是用于同步MR设备的不同组件的按照本发明的实施例的方法的流程图。该方法在步骤700开始。在步骤701中首先进行预校准。预校准的目的可以是，消除至少一个前面讨论的分别在包络线82和高频分量80之间或在包络线82和层选择梯度89之间的时间偏移dT1,dT2。如果在步骤701的范围内通过预校准已经去除或者第一时间偏移dT1或者第二时间偏移dT2，则没有限制地执行按照本发明的方法的其他步骤，所述限制例如通过同时的第一和第二时间偏移的效果的重叠而产生。通过不同的时间偏移dT1,dT2发生的不同效果的重叠可以被排除。按照步骤701的预校准例如可以在开发过程中通过合适分析参与的MR设备组件来进行。这一点已经在上面描述过。
然后，在步骤702中进行对于同步拍摄序列的起始参数的选择，如参考图2-5讨论过的。例如可以不同地或相同地选择不同层选择梯度89的振幅。此外可以选择，不同自旋信号的哪个用于测量。这意味着，通过不同的自旋信号可以推导出HF脉冲70,71,72的参数。还可以，例如替代三个HF脉冲70,71,72而使用四个或五个相应的HF脉冲。然后可以改变自旋信号的数量或位置。相干曲线50的复杂流程如参考图3讨论的那样是可能的。
特别可以在步骤702中选择对于HF脉冲的相位的起始参数。如参考图6讨论的，例如可以递增地改变第一HF脉冲70的相位，方法是，施加相位ε。除了第一HF脉冲70的固有的相位之外可以改变相位ε。在步骤703中可以检查，至少两个信号的相位是否相同。例如，如参考图3所述，可以检查，第二自旋信号77的和第三自旋信号78的相位是否相同。第二自旋信号77和第三自旋信号78在此相应于激发的自旋回波STE和次级自旋回波SE2。如果在步骤703中通过测量探测到，激发的自旋回波STE的和次级自旋回波SE2的相位不等，则可以使相位ε递增，从而第一HF脉冲70具有另一个相位。这一点在步骤704的范围内进行。
步骤703和步骤704一直重复，直到在测量中探测到，两个自旋信号的相位是相等的。如果在步骤703中探测到，两个自旋信号的相位相等，则在步骤705中可以基于已知的相位ε进行MR设备的相应组件的同步。MR设备的相应组件可以是高频信号发生器20、梯度单元23和振幅调制单元24。
在步骤705中MR设备的用于产生HF脉冲70,71,72和层选择梯度89的组件已经时间同步之后，在步骤706中可以进行实际的测量。然后在步骤707中该方法可以结束。
本发明的实施例可以用于同步MR设备的组件。一种应用领域是具有非笛卡尔扫描的MR设备，但实施例不限于此。

Claims (11)

1.一种用于磁共振设备(30)的不同组件的时间同步的方法，包括：
-产生一系列振幅调制的高频脉冲(70,71,72)和所属的梯度场(60a,60b,60c)用于偏转一层(52)的磁化，
-探测至少两个自旋信号(76,77,78)，
-确定在两个自旋信号(76,77,78)之间的相位差(dPHI)，
-处理该相位差(dPHI)，以便确定振幅调制的高频脉冲(70,71,72)的高频分量(80)与在由磁共振设备(30)的不同组件产生的以下参量中的一个之间的至少一个时间偏移(dT1,dT2)：振幅调制的高频脉冲(70,71,72)的包络线(82)，和一个或多个梯度场，并且
-根据至少一个时间偏移(dT1,dT2)来同步磁共振设备(30)的所属的组件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，产生所述高频脉冲(70,71,72)和所属的梯度场(60a,60b,60c)，使得在以预定的距离(D)相对于参考层(51)移动的所述一层(52)中的磁化被偏转，在所述距离处磁化能够通过参考频率偏转。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高频脉冲(70,71,72)分别与磁化的偏转角(alpha,beta)和相位(phi1,phi2)对应，其中，选择所述偏转角(alpha,beta)，使得仅偏转磁化的一部分，并且其中，在一系列高频脉冲(70,71,72)和所属的梯度场(60a,60b,60c)中，以下参数中的至少一个取至少两个不同的值：高频脉冲的偏转角、高频脉冲的相位、梯度场的振幅(Gs1,Gs2)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在一系列高频脉冲(70,71,72)和所属的梯度场(60a,60b,60c)中，以下参数中的至少一个至少两次取相同的值：高频脉冲的偏转角、高频脉冲的相位、梯度场的振幅(Gs1,Gs2)。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法还包括：
-递增地改变(ε)至少一个高频脉冲(70,71,72)的相位以最小化相位差(dPHI)，以便确定所述至少一个时间偏移(dT1,dT2)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过第一高频脉冲(70)、第二高频脉冲(71)和第三高频脉冲(72)利用所属的第一梯度场(60a)、第二梯度 场(60b)和第三梯度场(60c)偏转磁化，并且探测自旋信号(76,77,78)作为第一自旋回波(SE1)和第二自旋回波(SE2)和激发的自旋回波(STE)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，第一梯度场具有第一梯度振幅(Gs1)并且第二梯度场和第三梯度场具有第二梯度振幅(Gs2)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在振幅调制的高频脉冲(70,71,72)的包络线和振幅调制的高频脉冲(70,71,72)的高频分量之间的时间偏移(dT1)按照如下来计算：
dT1＝dPHI/(2D(Gs2-Gs1)γ)，
其中，dPHI是在所探测的第二自旋回波(SE2)的相位和激发的自旋回波(STE)的相位之间的相位差，其中，D是所述一层(52)到参考层(51)的距离，其中，γ是旋磁比，并且其中，Gs1是第一梯度场的第一梯度振幅，Gs2是第二梯度场和第三梯度场的第二梯度振幅，其中，第一高频脉冲和第二高频脉冲的相位选择为相同。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，在梯度场和振幅调制的高频脉冲(70,71,72)的高频分量之间的第二时间偏移(dT2)如下计算：
dT2＝dPHI/(D(Gs2-Gs1)γ)，
其中，dPHI是在所探测的第二自旋回波(SE2)的相位和激发的自旋回波(STE)的相位之间的相位差，其中，D是所述一层(52)到参考层(51)的距离，其中，γ是旋磁比，并且其中，Gs1是第一梯度场的第一梯度振幅，Gs2是第二梯度场和第三梯度场的第二梯度振幅。
10.一种磁共振设备(30)，其包括：
高频发送系统(26)，其包括：
-高频信号发生器(20)，用于产生振幅调制的高频脉冲的高频分量，
-振幅调制单元(24)，用于产生振幅调制的高频脉冲的包络线，
-梯度单元(23)，用于与振幅调制的高频脉冲时间重叠地应用梯度场(60a,60b,60c)，
高频接收系统(25)，用于探测自旋信号，
其中，所述高频发送系统(26)配置为产生振幅调制的高频脉冲(70,71,72)和所属的梯度场(60a,60b,60c)的序列，用于偏转一层的磁化，
并且其中，所述高频接收系统(25)配置为探测至少两个自旋信号(76,77,78)，
其中，所述磁共振设备还包括校准单元(27)，其配置为
-确定在两个自旋信号(76,77,78)之间的相位差(dPHI)，
-处理所述相位差(dPHI)，以便确定振幅调制的高频脉冲(70,71,72)的高频分量与在由磁共振设备(30)的不同组件产生的以下参量中的一个之间的至少一个时间偏移(dT1,dT2)：振幅调制的高频脉冲(70,71,72)的包络线，和一个或多个梯度场，并且
-根据所述至少一个时间偏移(dT1,dT2)来同步磁共振设备(30)的所属的组件。
11.根据权利要求10所述的磁共振设备(30)，其配置为执行按照权利要求2至9中任一项所述的方法。
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