CN103364747A - 用于控制磁共振系统的方法和控制设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于控制磁共振系统（100）的方法。在该方法中输出以下脉冲序列：第一层选择激励脉冲（11,21），该第一层选择激励脉冲以第一磁化激励第一层（41）；然后第二层选择激励脉冲（12,32），其以第一磁化激励第二层（44）。第三层选择激励脉冲（13,23），其以基本上消除第一磁化的第二磁化激励第一层（41），和第四层选择激励脉冲（14,34），其以基本上消除第一磁化的磁化激励第二层（44）。其中第一层（41）和第二层（44）相交。此外，本发明涉及一种用于使用至少一个高频发射通道（112a，112b，112c，112d）控制磁共振系统（100）的控制设备（106），经由该高频发射通道可以输出脉冲序列，以及一种用于优化脉冲序列的控制序列确定设备（111）。

Description

用于控制磁共振系统的方法和控制设备

技术领域

本发明涉及用于控制磁共振系统以输出脉冲序列的一种方法和一种控制设备。本发明还涉及一种磁共振断层造影系统（下面也简称为磁共振系统）以及一种控制序列确定设备。 

背景技术

也称为核自旋断层造影设备的磁共振断层造影设备是一种已经广泛传播的、用于获取有生命检查对象的体内图像的技术。为了利用该方法获取图像，也就是产生检查对象的磁共振记录，必须首先将患者的身体或待检查身体部位置于尽可能均匀的静态基本磁场（大多称为B₀场）中，该基本磁场由磁共振测量装置的基本场磁体产生。相对高的基本磁场例如具有3或7特斯拉的磁通密度作为典型值。 

在记录磁共振图像期间向所述基本磁场叠加快速通断的梯度场以用于位置编码，该梯度场由所谓的梯度线圈产生。 

此外，利用高频天线将具有定义场强的HF脉冲入射到检查对象所位于的检查空间中。这些HF脉冲的磁通密度通常用B₁表示。因此脉冲形的高频场一般也被简称为B₁场。借助HF脉冲激励检查对象内原子的核自旋，使得这些原子以所谓的“激励翻转角”（下面也简称为“翻转角”）偏转离开其平行于基本磁场B₀分布的平衡位置。然后核自旋围绕基本磁场B₀的方向进动。换句话说，被共振激励的原子位置分辨地以定义的翻转角相对于基本磁场的磁力线翻转。激励（也就是翻转）仅当B₁场与待激励原子（一般是氢原子）共振时才可能。 

借助磁高频脉冲或所导致的翻转角分布的磁共振激励（MR激励）在下面也被称为“核磁化”或简称为“磁化”。在激励之后核自旋又弛豫，即核自旋返回其在B₀场中取向的起始位置。在核自旋的弛豫过程中辐射出高频信号，即所谓的磁共振信号，借助合适的接收天线接收所述高频信号并且然后对其进一步处理。 

接收天线可以是也发射高频脉冲的相同天线，或者是单独的接收天线。 

对用于核自旋磁化的高频信号的发射大多借助所谓的“全身线圈”或“Bodycoil”进行。全身线圈的典型结构是由多个发射棒组成的鸟笼天线（Birdcage天线），这些发射棒与纵轴平行分布地围绕断层造影设备的患者空间设置，在检查时患者位于所述患者空间中。在端部，天线棒分别环形地电容式相互连接。但是，同时也越来越频繁地使用靠近身体的局部线圈来发射MR激励信号。磁共振信号的接收通常用局部线圈进行，但是在一些情况下也替换的或附加地使用全身线圈。 

最后，基于所接收的磁共振信号产生检查对象的磁共振图像。在此，向磁共振图像的每个图像点分配一个小的体容积，即所谓的“体素”，并且图像点的每个亮度值或强度值与从该体素接收的磁共振信号的信号振幅相关联。具有场强B₁的共振入射的HF脉冲与利用该HF脉冲达到的翻转角α之间的关系在此通过以下方程给出， 

$\mathrm{\α}=\underset{t=0}{\overset{\mathrm{\τ}}{\∫}}\mathrm{\γ}\·B_1\left(t\right)\·\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中γ是旋磁比，其对大多数核自旋检查而言可以被看做是固定的材料常数，而τ是高频脉冲的作用持续时间。方程（1）的前提是B1(t)的恒定相位，也就是实数B1。因此，通过所发射的HF脉冲达到的翻转角以及由此磁共振信号的强度除了取决于HF脉冲的持续时间之外还取决于入射的B₁场的强度。因此，所激励的B₁场的场强方面的空间波动导致所接收的磁共振信号的不期望变化，这些变化可能使测量结果失真。 

较新的磁共振系统包括具有分离的发射通道的单独的发射天线。例如，全身线圈可以在圆周方向上被划分，使得形成4、6或8个子天线。当然也可以考虑其它数量的子天线或在纵向方向上的划分。于是可以设计具有单独的HF信号的各个发射通道。为此发射所谓的多通道脉冲，所述多通道脉冲如开头所描述的由多个单独的高频脉冲组成，这些高频脉冲可以并行地经由不同的独立的高频发射通道发射。这样的由于各个脉冲的并行发射而也称为“pTX脉冲”的多通道脉冲串例如可以被用作激励脉冲、重聚焦脉冲和/或反转脉冲。具有多个独立可控的天线部件或发射通道的天线系统通常也称为“Transmit-Array，发射阵列”，而与是全身天线还是靠近身体的天线装置无关。 

这样的pTX脉冲或由pTX脉冲构成的脉冲串通常事先针对特定计划的测量 而确定，即设定利用什么脉冲形状和相位在各个发射通道上发射脉冲。为此通常首先预先给定发射k空间梯度轨迹，也就是应当经过的k空间中位置。K空间是位置频率空间。 

为了计划HF脉冲，用户预先给定目标磁化，例如在目标函数内用作额定值的期望的、位置分辨的翻转角分布。然后，针对各个通道计算匹配的HF脉冲，从而尽可能好地达到目标磁化。其基础是布洛赫方程 

$\frac{\mathrm{dM}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\γ}\·M\×B---\left(2\right)$

该布洛赫方程通过磁场B中的磁化向量M描述了磁化结构。γ又是待激励核的旋磁比。 

一般这样来进行脉冲形状的计算，即将具有特定长度的脉冲离散化为一定数量的非常短的时间步长。典型地，在此是1至10μs持续时间的时间步长，即例如10至20ms的脉冲包含超过1000个时间步长。对于小的翻转角而言，由布洛赫方程得到线性方程组： 

A·b=m_des       (3) 

在此m_des代表空间离散化的目标磁化的向量，向量b代表HF脉冲的时间上的离散化，A是包含线性关系的矩阵，所述线性关系由向量m_des与向量b之间的布洛赫方程的线性解的离散化得到。该方程组的解针对每个时间步长提供具有实部和虚部的复数脉冲值，所述实部和虚部分别代表用于控制磁共振系统的脉冲的电压振幅和相位。 

磁化可以在空间上不选择地在线圈的整个流入区域中被激励起来，或者可以通过频率选择的高频脉冲结合线性场梯度激励来自该流入区域的层。在此，场梯度将高频脉冲的有限的频谱带宽传输到简单的、空间上一维的选择性的激励。这是可能的，因为激励仅在高频脉冲与待激励原子之间共振的情况下进行。进动频率或拉莫尔频率（自旋以该进动频率进动并且激励必须以该拉莫尔频率进行），取决于外部磁场。场梯度用于依据位置地改变外部磁场并由此依据位置地改变拉莫尔频率。由此高频脉冲是位置选择的。 

除了别的之外，对于成像的加速来说，期望仅选择性地激励应当以图像方式采集的空间区域。已知对于二维或三维选择性激励来说借助场梯度穿越k空间。该选择性激励类似于图像的记录过程，并且可以在Pauly等人的“k-space analyses of small-tip-angle excitation”NRN,81:43-56,1989中找到。 

用于空间选择性激励的方法典型地导致非常长的高频脉冲，这可能在所激励的结构中引起伪影。该方法的另一个限制是每个激励或每个产生的翻转角所沉积的功率，即激励效率。 

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种脉冲序列，其使得能够利用较短的高频脉冲实现对磁化的空间上选择的激励。 

该任务一方面通过根据权利要求1的方法解决，另一方面通过根据权利要求9的控制设备解决。该任务还通过根据权利要求11的控制序列确定设备解决。 

根据本发明，输出包括第一层选择激励脉冲的脉冲序列，该第一层选择激励脉冲以第一磁化激励第一层。由此，在输出第一层选择激励脉冲之后，在一个或多个发射线圈的流入区域中使该层中原子的核自旋偏转出它们的平衡位置，即相对于基本磁场翻转。应当很清楚，在此以及下面原子仅意味着对磁共振做出反应的原子，一般是氢原子。对于专业人员来说理所当然的是，磁化是统计过程，层的核自旋从统计上来看平均在翻转的位置上，其中相对于基本磁场方向的该位置通常通过核自旋的平均翻转角说明。第一磁化意味着围绕特定第一旋转轴的翻转以及具有特定的第一大小的翻转角。 

第二层选择激励脉冲以第二磁化激励第二层，该第二磁化被设计为使得该第二磁化基本上不影响第一磁化。第二磁化意味着围绕特定的第二旋转轴的翻转以及具有特定的第二大小的翻转角。第二层不同于第一层。第一磁化的未受影响例如可以通过以下方式实现，这样来选择第二选择轴，使得第二选择轴基本上平行于翻转后的核自旋位置。 

接着是第三层选择激励脉冲，其以基本上消除第一磁化的第三磁化激励第一层。由此，第三层选择激励脉冲使已经由第一层选择激励脉冲翻转出平衡位置的核自旋又翻转回到平衡位置。该翻转回明显在弛豫之前进行，所述弛豫可以单单将核自旋翻转回平衡位置。 

脉冲序列包括第四层选择激励脉冲，其以基本上消除第二磁化的第二磁化激励第二层。在此，对于第三层选择激励脉冲而言也这样来选择高频分量，使得偏转出的核自旋又翻转回其平行于基本磁场B₀的平衡位置。在平衡位置下，核自旋平行于基本磁场的场力线取向。在此，第四层选择激励脉冲涉及第二层的核自旋。 

根据本发明，第一层和第二层相交。第一层和第二层的相交导致在，输出第二层选择激励脉冲时在相交区域中原子的核自旋已经通过第一层选择激励脉冲偏转出，并且第二层选择激励脉冲不影响该核自旋，因为第二磁化，或引起第二磁化的高频脉冲被设计为，使得该高频脉冲不会影响第一磁化，也就是不会影响在第一磁化的区域中核自旋的位置。 

因此，在输出第一和第二层选择激励脉冲之后，在第一层和第二层中原子的所有核的自旋都相同地偏转出，也就是以相同大小的翻转角翻转，也就是沉积相同的高频能量。这也适用于相交区域中的核自旋。 

在输出第三层选择激励脉冲之后，在第一层中原子的所有核自旋又翻转回静止状态或平衡位置。这也适用于位于第一层与第二层之间的相交区域中的原子的核自旋。 

现在，第四层选择激励脉冲的输出引起，第二层中的核自旋只要它们没有位于与第一层的相交区域中就翻转回平衡位置。但是相交区域中的自旋已经处于平衡位置并且不再位于第二磁化的区域中。第四层选择激励脉冲的高频脉冲作用于该自旋，使得该自旋从平衡位置偏转出。 

由此，在完整地输出整个脉冲序列之后仅在由第一和第二层形成的相交区域中展示出磁化。该相交区域定义了在输出完整的脉冲序列之后磁化的激励区域（field of excitation，激励场-FOX）。在第一和第二层的所有其它区域中，第三和第四层选择激励脉冲已经将自旋分别又翻转回平衡位置。 

专业人员理解，所有四个激励脉冲都必须在明显小于自旋弛豫时间的时间内输出。只有这样才保证自旋还被激励，也就是还被翻转出或偏转出并且由此可以主动地翻转回平衡位置。因此，脉冲序列选择性地激励定义区域，而且是由第一和第二层形成的相交区域。 

在通过高频脉冲激励之后，各个核自旋按照相位发散。为了使各个核自旋在翻转之后还未发散，由4个激励脉冲组成的脉冲序列优选具有小于大约20至30ms的总持续时间。 

第一和第二层可以相互正交。于是相交区域是四边形或没有长度限制的条，因为选择二维地进行。实际的限制通过检查对象的最终扩展和通过一个或多个发射线圈的最终作用区域进行。 

本发明的利用至少一个高频发射通道控制磁共振系统的控制设备被设计为，使得该控制设备向至少一个高频发射通道输出控制信号，该控制设备耦合 到高频发射通道。控制信号引起第一层选择激励脉冲被输出，该第一层选择激励脉冲以第一磁化激励第一层，并且引起第二层选择激励脉冲被输出，该第二层选择激励脉冲以第二磁化激励第二层，该第二磁化被设计为使得该第二磁化基本上不影响第一磁化。此外，控制设备被设计为使得接着输出以基本上消除第一磁化的第三磁化激励第一层的第三层选择激励脉冲，然后输出以基本上消除第二磁化的第四磁化激励第二层的第四层选择激励脉冲。第一和第二层彼此相交。 

本发明还提供一种确定磁共振系统控制序列的控制序列确定设备，该磁共振系统控制序列包括脉冲序列。控制序列确定设备具有用于采集目标磁化的输入接口。此外，控制序列确定设备具有HF脉冲优化单元，该HF脉冲优化单元被构成为基于预先给定的目标磁化和根据脉冲数量和脉冲形状预先给定的脉冲序列在高频脉冲优化法中计算脉冲的振幅和相位。控制序列确定设备还包括控制控制序列输出接口。控制序列确定设备被构成为，使得其在HF脉冲优化法中使用布洛赫方程的模型，并且作为目标磁化预先给定期望的激励体积。期望的激励体积通过被选择性激励的层的相交区域来定义。该空间区域作为目标磁化连同期望的磁化、也就是期望的翻转角一起传送给优化算法。该优化法用一种对除了弛豫效应之外的上面说明的布洛赫方程进行精确建模的算法工作。该方法因此与建立在线性傅里叶概念的基础上的方法不同而使用非线性布洛赫方程，所述非线性布洛赫方程穿越k空间。由于用于层选择的高频脉冲和梯度引起的磁化，导致通过布洛赫方程给出的动态性。由此该磁化在所谓的布洛赫球上运动。 

在高频脉冲优化法中，利用对非线性方程组最小化的方法求解以下最小化问题： 

$\underset{A,\mathrm{phi}}{\min }\left({\left|\right|M(A,\mathrm{phi})-M_{\mathrm{des}}\left|\right|}_2\right)---\left(4\right)$

前面所提到的控制设备的部件以及还有控制序列确定设备的大部分可以完全或部分地以软件模块形式在控制设备的处理器中实现。这在此情况下是有利的，因为通过软件安装也能更新已经存在的控制设备和控制序列确定设备以用于执行本发明的方法。因此本发明还包括计算机程序产品，其可以直接加载到医疗技术成像设备（例如磁共振系统）的可编程控制设备的处理器中，具有程序代码装置，用于当程序在控制设备中执行时实施本发明方法的所有步骤。 

本发明的其它、特别有利的设计由从属权利要求以及下面的描述得到，其 中一种权利要求类别的独立权利要求也可以类似于另一种权利要求类别的从属权利要求地扩展。 

优选地，层选择的激励脉冲由高频脉冲和梯度信号组成，所述高频脉冲的形状预先给定所激励的层的层厚和所激励的层与未被激励的区域之间的界限精度或边缘清晰度，所述梯度信号预先给定层平面。通过选择高频脉冲的形状，可以达到对层的良好限制。梯度信号、尤其是梯度信号的斜率与高频脉冲相结合预先给定层平面。 

磁共振系统具有在x、y和z方向上的梯度线圈。通过不同梯度线圈的组合，在每个任意空间方向上都可以实现梯度信号。由此，与高频脉冲相结合地，可以对位于空间中任意位置并且具有可选择的层厚的层进行选择性激励。 

在一种优选的实施方式中，高频脉冲是sinc脉冲。Sinc脉冲具有良好边缘清晰度的优点，即具有高的选择性的优点。 

在本方法的一种优选扩展中，在第四层选择激励脉冲之后输出针对与第一层和第二层相交的第三层的重聚焦脉冲。重聚焦脉冲与只能对激励的自旋重聚焦这个事实一样都是已知的。因此，在第三层中的重聚焦脉冲仅作用于剩余的经过磁化的区域，并且从该区域中又在第三方向上切割出一个区域。由此激励选择性地在三个空间方向上起作用。可以进行3D磁化。 

优选地，层选择的激励脉冲包括分别具有振幅和相位的高频脉冲。在此，将振幅和相位进行优化，使得在输出脉冲序列之后整个所激励的磁化与第一和第二层或第一、第二和第三层的相交区域中的磁化之间的差被最小化。如果整个所激励的磁化与相交区域中的磁化之间的差为零，则意味着只有被激励的目标区域还是被磁化的。于是第三层选择激励脉冲和第四层选择激励脉冲完全消除了第一磁化，也就是说自旋在相交区域之外又处于平衡状态。这种中和由于以下原因而变得更难，即磁化取决于局部磁场的波动，也就是既取决于基本磁场B₀的波动也取决于高频磁场B₁的波动。 

在本方法的有利扩展中，在优化之前确定B₁场的实际分布，或B₁场的实际分布已经已知，并且该优化考虑B₁分布。所谓的B₁图对一个或多个高频天线的选择性做出了预测。天线不是理想的辐射器。它们具有确定B₁场分布的特定的方向特性或者辐射特性。 

在一种扩展中，在优化之前还确定B₀场的实际分布或者B₀场的分布已经由事先进行的测量已知。于是优化考虑B₀分布。 

根据方程（4）的最小化问题需要依据振幅和相位M(A,phi)来说明磁化。根据布洛赫方程（2），由旋磁比和磁场B来得到M。在此，磁场B经由以下方程引入： 

$B=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{B}_{1,k}{A}_k+\mathrm{\Δ}{B}_0---\left(5\right)$

k在此是不同发射通道的索引， 

B_1,k是所引发的B₁场，即第k个天线的B₁场， 

A_k是在脉冲序列的第k个高频脉冲上的复数振幅，以及 

ΔB₀考虑了B₀图。 

在优选的实施方式中，在磁共振系统中应用本方法，该磁共振系统具有包括多个独立高频发射通道的发射天线装置。至少两个高频发射通道并行输出独立的脉冲序列，这些脉冲序列分别包括第一、第二、第三和第四层选择激励脉冲。本发明的方法也可以用单个天线实现。但是，天线阵列、即具有多个单个天线的发射天线装置的使用导致明显的质量提高，即导致在确定待激励体积时更好的选择性。 

优选的，本发明的控制序列确定设备在HF脉冲优化法中考虑高频发射通道的B₁图或多个用于发射脉冲序列的高频发射通道的B₁图。由此，考虑每单个发射天线的选择性和独特性，并且调整可以精细地进行。在这种情况下，目标是利用第三和第四层选择激励脉冲将被激励的自旋尽可能完全地返回到平衡状态。 

附图说明

下面参照附图借助实施例再次详细阐述本发明。在此，在不同的图中相同的部件具有相同的附图标记。 

图1示出了本发明磁共振系统的示意图， 

图2示出了本发明脉冲序列的示意图， 

图3示出了具有在第一激励脉冲后磁化的层的检查对象的示意横截面， 

图4示出了具有在第二激励脉冲后磁化的层的检查对象的示意横截面， 

图5示出了具有在第三激励脉冲后磁化的层的检查对象的示意横截面， 

图6示出了具有在第四激励脉冲后磁化的层的检查对象的示意横截面， 

图7示出了在另一种层取向的情况下具有在第四激励脉冲后磁化的区域的 检查对象的示意横截面， 

图8示出了针对4个不同高频发射线圈的B₁图的示意图， 

图9示出了针对一个高频发射线圈的虚拟B₁图的示意图， 

图10示出了布洛赫球的示意图。 

具体实施方式

图1示出了也被简称为磁共振系统的磁共振断层造影系统100的示意框图。磁共振断层造影系统100的中心部件是常见的扫描仪101，在该扫描仪中，图1中未示出的患者或先证者可以在卧榻103上被定位在测量空间102（通常也称为“患者隧道”）中以用于检查。 

扫描仪101具有基本磁场系统，用于在测量空间102中施加基本磁场，以及具有梯度线圈系统113，经由梯度线圈系统可以根据预先给定的测量协议输出磁场梯度脉冲的脉冲序列。与此匹配，可以经由高频发射天线装置104a至104d发射高频脉冲以激励检查对象的待检查区域中的核自旋。天线装置104a至104d例如可以如在此所示是全身线圈或局部发射线圈装置。在这里示出的实施方式中，全身线圈构成为鸟笼天线并且分为4个单个天线。具有多个并行发射高频发射脉冲的单个天线104a、104b、104c和104d的这种发射天线装置也被称为天线阵列。 

由天线装置104a至104d还可以捕获通过所激励的核自旋的弛豫而形成的磁共振信号。但是为此也可以设置分离的天线。 

扫描仪101由磁共振系统100的控制设备106控制。该控制设备106具有不同的接口。为此，除了别的之外包括高频发射接口108，经由高频发射接口108将期望的高频脉冲通过至少一个高频发射通道馈入天线装置104a至104d。在当前的实施例中，设置4个高频发射通道112a至112d，它们分别耦合到发射天线104a至104d之一。 

控制设备106的梯度发射接口114与扫描仪101中的梯度线圈装置113连接。经由梯度发射接口114将梯度信号馈入梯度线圈装置113。梯度信号引起基本磁场的空间上有限的改变。梯度线圈装置113为此包括用于x方向上的梯度场的梯度线圈、用于y方向上的梯度场的梯度线圈以及用于z方向上的梯度场的梯度线圈，其中通常z方向指向患者隧道102的纵向。这种梯度线圈装置是已知的并且因此不需要被详细地阐述。这些梯度线圈装置使得可以在每个任意 空间方向上的空间上的磁场改变。 

此外，控制设备106具有从用于接收的天线装置接收磁共振信号作为原始数据、对该磁共振信号进行处理并且然后传送给重建单元109的磁共振信号接收接口107，所述重建单元109通常基于所述原始数据重建图像数据。该图像重建对理解本发明是不重要的，因此在此并未详细阐述。 

控制设备106连接到终端110，操作者经由终端110可以操作控制设备106并且由此操作整个磁共振断层造影系统100。 

经由其它接口可以由控制设备106控制扫描仪101的其它部件，例如基本场磁体系统、卧榻103等。但是所有这些部件都是专业人员已知的，因此并未在图1中详细示出。在此要指出的是，磁共振断层造影系统还可以具有多个其它部件，例如到特定网络的接口，这些部件与磁共振断层造影系统的基础作用方式一样都是专业人员已知的，因此不再需要阐述。 

此外，控制设备106包括具有HF脉冲优化单元115的控制序列确定设备111。控制序列确定设备111在该实施例中是控制设备106的一部分，但是该控制序列确定设备111也可以与控制设备分开并且也可以与磁共振系统100分开地实施。 

控制序列确定设备111具有输入接口116，例如经由终端110可以将诸如目标磁化的设定输入到该输入接口116中。控制序列确定设备111还具有控制序列输出接口117，涉及待输出的HF脉冲的振幅和相位的数据在该控制序列输出接口处被输出到高频发射接口108。 

图2示出如根据本发明用于控制磁共振系统100的示例性脉冲序列的示意图。在图形1中，以任意单位绘制电压与时间的关系，并且绘制如输出到发射天线104a至104b的高频脉冲的包络线。脉冲序列包括第一高频脉冲11、第二高频脉冲12、第三高频脉冲13以及第四高频脉冲14。一个序列的脉冲11、12、13、14时间上先后地在天线上输出。在如图1所示的高频发射线圈装置104a至104d中，在每个线圈处都输出包括4个高频脉冲的脉冲序列。 

高频脉冲与在下面的图形2和3中示出的梯度信号同时输出。在图形2中又以任意单位示出了电压与时间的关系。在该实施例中，梯度信号21和23经由在x方向上产生梯度场的梯度线圈输出。在高频脉冲11期间，梯度信号21被施加在x梯度线圈装置上。在高频脉冲12期间，在x方向上没有施加梯度信号。在高频脉冲13期间在x梯度线圈上施加梯度信号23。在输出高频脉冲14 期间不存在x方向上的梯度信号。 

在图形3中以任意单位绘出电压与时间的关系。在图形3中说明y方向上的梯度信号。在输出高频脉冲12期间，在y方向上施加梯度信号32并且在输出高频脉冲14期间，施加梯度信号34。在输出高频脉冲11和13期间在y方向上不存在梯度信号。 

在各个高频脉冲之间的时间间隙中的短梯度脉冲20和30是所谓的重绕脉冲（Rewinder-Puls），以返回到k空间中心。 

重绕脉冲是需要的，以便在定义状态下开始随后的HF脉冲或信号读取串。重绕脉冲对事先由层选择梯度去相位的信号重定相。 

总之，在时间间隔Δt₁期间高频脉冲11与梯度信号21一起形成在x方向上的第一层选择激励脉冲。高频脉冲12与梯度信号32一起在时间间隔Δt₂期间形成y方向上的第二层选择激励脉冲。高频脉冲13与梯度信号23一起在时间间隔Δt₃期间形成x方向上的第三层选择激励脉冲。高频脉冲14与梯度信号34一起在时间间隔Δt₄期间形成y方向上的第四层选择激励脉冲。 

层选择激励脉冲的长度典型地在1ms与3ms之间，但是在特殊情况下也可以更大或更小。 

接下来借助图3至图6详细观察根据图2的输出的脉冲序列的作用。在图3至图6中分别示出了检查对象40的横截面。为了阐述作用方式，检查对象可以是球形体模，当然该横截面可以是通过人体的横截面。检查对象40应当位于扫描仪101的患者隧道102中。由于在那里所施加的基本磁场，检查体40中的核自旋在z方向上取向。在图3至图6中z方向垂直于绘图平面。定向在z方向上的核自旋42通过点纯示意性地示出。 

图3示出了在输出第一高频脉冲11以及梯度信号21之后检查体40的磁化状态。梯度信号21引起x方向上的选择。高频脉冲11被选择为，使得达到90°的翻转角。从梯度信号21和高频脉冲11的协作中，得到层厚d。高频脉冲的形状确定所谓的边缘清晰度，也就是磁化区域与非磁化区域之间的过渡区域。对于良好的边缘清晰度，高频脉冲11可以是sinc脉冲。在此对层41进行磁化，该层41在图3中作为阴影区域示出。 

通过高频脉冲11和梯度信号21形成的x方向上的层选择激励脉冲由此使得层41内的核自旋从静止位置偏转90°。高频脉冲11具有0°的相位。在此，该相位定义旋转轴的方向和由此定义B₁场向量的方向。在此，利用y方向上的旋 转轴标识任意的0°相位。于是相应地，该旋转轴在90°相位的情况下指向x方向并且在180°相位的情况下指向y方向。 

由此，B₁场向量指向y方向。通过围绕y轴的旋转进行在x方向上的磁化。核自旋43在被磁化层41中被定向在x方向上，正如通过箭头所示的。 

借助图10示出的的布洛赫球（该布洛赫球实现了布洛赫方程的显示），再次阐述核自旋的已进行的翻转或旋转。布洛赫球60在图10中作为圆示出，在布洛赫球上进行核自旋在翻转时的运动。可以观察到，在图10中z轴在x轴上方示出，因此选择不同于图3至图7的图示。核自旋61处于静止状态，或处于平衡状态，也就是核自旋由于外部基本磁场B₀在z方向上取向。第一层选择激励脉冲11,21的施加引起围绕y轴的旋转，该y轴在图10中垂直于绘图平面。于是90°翻转角引起旋转到x方向上的核自旋位置62。 

图4示出了在与梯度信号32同时输出第二高频脉冲12之后检查体40的状态。这样形成的y方向上的第二层选择激励脉冲已对作为阴影区域示出的层44磁化。上面参照图3的描述适用于梯度信号32和高频脉冲12的共同作用。 

第二层选择激励脉冲12,32同样是为90°的翻转角设计的。与第一层选择激励脉冲相反，第二层选择激励脉冲具有90°相位并且由此引起核自旋围绕x方向上的旋转轴的旋转。由此根据图3还在z方向上取向的层44中的核自旋46旋转到y方向上，这通过箭头示出。在表示由层41和层44的相交区域的区域45中，核自旋未受到激励脉冲12，32的影响，因为这些核自旋在x方向上取向。又可以借助图10对此进行澄清。在x方向上取向的核自旋62在围绕x轴旋转时未改变其位置和取向。 

因此在图4中，在阴影区域中的所有核自旋从静止位置偏转90°。包括相交区域45在内的层41中的核自旋43指向x方向，除相交区域45之外的层44中的核自旋46指向y方向。在阴影区域之外，也就是在层41和44之外，核自旋处于沿着z轴的静止位置，这通过点表示。90°的偏转角在所有阴影区域中都是相同的。 

层41和44中的核自旋43,46从其平衡位置偏转出，它们是翻转的。对于本发明的理解来说重要的是相交区域45，其既通过x方向上的层选择激励脉冲11,21又通过y方向上的层选择的激励脉冲12,32采集。由于在输出第一层选择激励脉冲之后核自旋43已经偏转出，并且是在对于第二层选择激励脉冲形成旋转轴的x轴的方向上，因此第二层选择激励脉冲不影响核自旋。相交区域45因 此不是例如“双磁化”，而是在该区域中的核自旋具有与区域41和44中的核自旋相同的90°翻转。由此它们取得相同的高频能量。 

在此应当指出，来自图2的脉冲序列仅在两个空间方向上是选择的。图3至图6的图示出横截面。磁化区域分别在z方向上延伸，即从绘图平面伸出的方向。 

图5示出了在输出第三层选择激励脉冲之后检查对象40的磁化状态，该第三层选择激励脉冲由高频脉冲13和梯度信号23组成。梯度信号23被选择为，使得与在输出第一层选择激励脉冲时相同的层被选择。强度（即高频脉冲11,12,13和14的振幅）分别被选择为，使得达到相同的翻转角，在本实施例中是90°翻转角。但是高频脉冲在其相位方面是不同的。 

高频脉冲13具有180°相位。该相位引起旋转轴指向负y方向。在输出第二层选择激励脉冲之后指向x方向的核自旋回旋90°，因为旋转轴指向负y方向。由于第三激励脉冲是x方向上的层选择激励脉冲，包括相交区域45在内的层41的核自旋43又回旋到z方向，这通过点来示出。所述核自旋由此处于起始位置，并且层41不再具有磁化。 

图6示出在输出第四层选择激励脉冲之后检查对象40中的磁化。高频脉冲14被选择为，使得达到90°的翻转角。高频脉冲14的相位是-90°。这意味着旋转轴在负x方向上。在除相交区域45之外的层44中的在输出第三层选择激励脉冲之后指向y方向的核自旋46围绕x轴旋转90°，也就是旋转到静止位置。但是在相交区域45中已经处于静止位置的核自旋通过该旋转被旋转到90°。 

结果，在输出所有4个脉冲之后，在除相交区域45之外的层41和44中的核自旋都处于静止位置。在两个层41和44的相交区域45中达到选择的磁化。 

由此在输出本发明的脉冲序列之后，仅在期望的激励区域中给出磁化。 

图7同样示出了检查对象40的横截面。示出在输出完整的脉冲序列之后所激励的相交区域45。与图至图6相反，选择其它层。尤其是层41和44并不相互垂直。由此相交区域没有矩形横截面。对层的选择可以与检查对象、也就是与期望的FOX自由匹配。在图7的实施例中，层41和44之间夹角度α。起决定作用的只是，存在两个层的相交区域。 

用本发明的方法达到的选择性一方面取决于层选择激励脉冲的选择，尤其是高频脉冲的形状。已知sinc脉冲特别好地适用于该选择。但是可达到的选择性也强烈地受到B₀和B₁场中的非均匀性的影响。通过第三和第四层选择激励脉 冲达到的核自旋翻转回起始位置越完整，该选择性越好。为此设置高频脉冲优化单元，利用该高频脉冲优化单元求解最小化问题。作为目标磁化预先给定期望FOX45中的期望磁化。如借助图3至图6阐述的，在脉冲序列内预先给定基础的脉冲顺序。对高频脉冲的振幅和相位的优化确定可以考虑B₁和B₀场中的非均匀性。为此在HF脉冲优化单元中借助B₁图考虑B₁场。 

图8示出了这种B₁图51,52,53和54。圆50表明检查对象50的界限。图51表明通过天线104d引起的B₁场，图52表明通过天线104c引起的B₁场，图53表明通过天线104b引起的B₁场，图54表明通过天线104a引起的B₁场。线55在此示出场力线的延伸。这样的B₁图是已知的，其允许对发射天线的方向特性和辐射特性进行预测。 

如果确定了目标区域，即FOX，则从B₁图51至54中产生所谓的虚拟B₁图。在图9中示例性地示出虚拟B₁图56，其是从B₁图52中针对天线104c产生的。虚拟B₁图用于x方向上的层选择脉冲，即仅示出落入所选择的层中的场分量。对应地虚拟B₁图57也适用于天线104c，并且同样由B₁图52引起。与虚拟B₁图56不同，虚拟B₁图57适用于y方向上的层选择激励的情况。 

非线性优化过程根据方程（4）针对每单个通道计算每个脉冲的振幅和相位。通过在考虑脉冲序列总持续时间的条件下设定待激励区域和期望的边缘清晰度或选择性以及脉冲数量，完整地定义了方程组。所达到的简单和短的脉冲11至14不太容易导致伪影。边缘清晰度通过高频脉冲形状定义，并且可以方便地以SAR（Spezifische Absorptionsrate，特异性吸收率）为代价得到改善或者有利于SAR地被恶化。 

对于优化程序，可以使用Levenberg-Marquardt解算器来用于非线性方程组。 

梯度方向的顺序可以是被改变。尤其是可以在优化单元中计算哪种顺序提供与目标之间的最小偏差。 

尽管借助具有4个脉冲的脉冲序列阐述该实施例，但不能理解为限制于此。更大的脉冲数量提高了选择性，因为给出更多的调节可能性，即更多的自由度。缺点可能是，脉冲序列的总持续时间由此变得更长，由此通过B0场和B1长的时间上的非均匀性，例如通过患者运动给出更大的影响。 

90°翻转角的说明也不能限制性地来理解。其它翻转角也是可能的，只需要给出在旋转轴与翻转角之间的协调，由此第三和第四激励脉冲，以及可能的其它激励脉冲将FOX之外的核自旋回旋到平衡位置。 

最后要再次指出，前面详细描述的被激励的层和脉冲序列仅仅是实施例，专业人员可以按照不同的方式修改这些实施例，而不会脱离本发明的范围。此外，不定冠词“一”或“一个”的使用不排除所涉及的特征也可能是多重存在的。同样术语“单元”和“模块”也不排除所涉及的部件它由多个共同作用的子部件组成，这些子部件必要时也可以在空间上是分布的。 

附图标记列表 

1   图形 

2   图形 

3   图形 

11  高频脉冲 

12  高频脉冲 

13  高频脉冲 

14  高频脉冲 

20  梯度脉冲 

21  梯度信号 

23  梯度信号 

30  梯度脉冲 

32  梯度信号 

34  梯度信号 

40  检查体 

41  层 

42  核自旋 

43  核自旋 

44  层 

45  相交区域 

46  核自旋 

51  B₁图 

52  B₁图 

53  B₁图 

54  B₁图 

55  场力线 

56   虚拟B₁图 

57   虚拟B₁图 

60   布洛赫球 

61   核自旋 

62   核自旋位置 

100  磁共振断层造影系统 

101  扫描仪 

102  测量空间 

103  卧榻 

104a 高频发射天线装置 

104b 高频发射天线装置 

104c 高频发射天线装置 

104d 高频发射天线装置 

106  控制设备 

107  磁共振信号接收接口 

108  高频发射接口 

109  重建单元 

110  终端 

111  控制序列确定设备 

112a 高频发射通道 

112b 高频发射通道 

112c 高频发射通道 

112d 高频发射通道 

113  梯度线圈系统 

114  梯度发射接口 

115  HF脉冲优化单元 

116  输入接口 

117  控制序列输出接口 

Δt₁ 时间间隔 

Δt₂ 时间间隔 

Δt₃ 时间间隔 

Δt₄  时间间隔 

d     层厚 

t     时间 

U     电压 

x     x轴 

y     y轴 

z     z轴。 

Claims (13)

1.一种用于控制磁共振系统（100）的方法，其中，输出至少包括以下脉冲的脉冲序列：

-第一层选择激励脉冲（11,21），该第一层选择激励脉冲以第一磁化激励第一层（41）；

-第二层选择激励脉冲（12,32），其以第二磁化激励第二层（44），该第二磁化被设计为使得该第二磁化基本上不影响第一磁化；

-第三层选择激励脉冲（13,23），其以基本上消除第一磁化的第三磁化激励第一层（41）；

-第四层选择激励脉冲（14,34），其以基本上消除第二磁化的第四磁化激励第二层（44）；

其中，第一层（41）和第二层（44）相交。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，层选择的激励脉冲由高频脉冲（11,12,13,14）和梯度信号（21,23,32,34）组成，所述高频脉冲的形状预先给定所激励的层的层厚和所激励的层与未被激励的区域之间的界限精度（边缘清晰度），所述梯度信号预先给定层平面。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述高频脉冲（11,12,13,14）是sinc脉冲。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在第四层选择激励脉冲（14,34）之后输出针对与第一层（41）和第二层（44）相交的第三层的重聚焦脉冲。

5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，层选择的激励脉冲包括分别具有振幅和相位的高频脉冲（11,12,13,14），并且将振幅和相位进行优化，使得在输出脉冲序列之后整个所激励的磁化与第一层（41）和第二层（44）或第一、第二和第三层的相交区域（45）中的磁化之间的差被最小化。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在优化之前确定B₁场的实际分布，或该优化考虑B₁分布。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，在优化之前确定B₀场的实际分布或者所述优化考虑B₀分布。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述磁共振系统（100）具有包括多个独立高频发射通道（112a，112b，112c，112d）的发射天线装置，并且至少两个高频发射通道并行输出独立的脉冲序列，这些脉冲序列包括第一、第二、第三和第四层选择激励脉冲。

9.一种用于使用至少一个高频发射通道（112a，112b，112c，112d）控制磁共振系统（100）的控制设备（106），其中，该控制设备（106）与至少一个高频发射通道耦合，并且被设计为，使得向至少一个高频发射通道（112a，112b，112c，112d）输出控制信号，使得以第一磁化激励第一层（41）的第一层选择激励脉冲（11,21）被输出；然后以第二磁化激励第二层（44）的第二层选择激励脉冲（12,32）被输出，该第二磁化被设计为使得该第二磁化基本上不影响第一磁化；然后输出以基本上消除第一磁化的第三磁化激励第一层（41）的第三层选择激励脉冲（13,23）；然后输出以基本上消除第二磁化的第四磁化激励第二层（44）的第四层选择激励脉冲（14,34），其中，第一层（41）和第二层（44）相交。

10.一种具有根据权利要求9所述的控制设备（106）的磁共振断层造影系统（100）。

11.一种用于确定磁共振系统控制序列的控制序列确定设备（111），该磁共振系统控制序列包括脉冲序列，所述控制序列确定设备具有：

用于采集目标磁化的输入接口（116），

HF脉冲优化单元（115），所述HF脉冲优化单元被构成为，基于预先给定的目标磁化和根据脉冲数量和脉冲形状预先给定的脉冲序列，在高频脉冲优化法中计算脉冲的振幅和相位，以及

控制控制序列输出接口（117），

其中，所述控制序列确定设备（111）被构成为，使得其在HF脉冲优化法中使用布洛赫方程的模型，并且作为目标磁化预先给定期望的激励体积。

12.根据权利要求11所述的控制序列确定设备（111），其中，所述HF脉冲优化法考虑一个或多个用于发射脉冲序列的高频发射通道（112a，112b，112c，112d）的B₁图。

13.一种计算机程序产品，其可以直接加载到磁共振系统（100）的可编程控制设备（106）的处理器中，具有程序代码装置，用于当程序在控制设备（106）中执行时实施根据权利要求1至9之一所述的方法的所有步骤。

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