CN104280707A - 用于利用磁共振装置确定b0场图的方法和磁共振装置 - Google Patents

Abstract

一种用于确定描述与磁共振装置(6)的额定拉莫尔频率的局部偏差的B0场图的方法，其中，在对于其差构成了去相位时间的两个不同的回波时间(2，3)执行的测量中在激励之后在至少两个不同的去相位时间下记录磁共振数据，并且从在不同的回波时间(2，3)下测量的相位的差中确定为确定B0场图而要使用的相位变化，其中，为了至少部分地降低由于奈奎斯特相位缠绕引起的多义性而评估不同去相位时间的相位变化，其特征在于，至少部分地利用不同激励场产生的激励来执行对于不同去相位时间的测量。

Description

用于利用磁共振装置确定B0场图的方法和磁共振装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定描述与磁共振装置的额定拉莫尔频率的局部偏差的B0场图的方法，其中，在对于其差构成了去相位时间的两个不同的回波时间执行的测量中在激励之后在至少两个不同的去相位时间下记录磁共振数据，并且从在不同的回波时间下测量的相位的差中确定为确定B0场图而要使用的相位变化，其中，为了至少部分地降低由于奈奎斯特相位缠绕(Nyquist-Phasen-Wrapping)引起的多义性而评估不同去相位时间的相位变化。此外，本发明还涉及一种磁共振装置。

背景技术

磁共振成像和其原理已经在现有技术中广泛公知。待检查的对象被置入具有相对高场强的基本磁场、即所谓的B0场中。此时为了能够例如在一个层中记录磁共振数据，激励该层的自旋并且例如作为信号考察该激励的衰减。借助梯度线圈装置可以产生梯度场，而通过高频线圈装置发射高频激励脉冲，其通常被称为高频脉冲。通过全部的高频脉冲(“激励”)产生高频场，其通常被称为B1场，并且共振激励的核的自旋(通过梯度位置分辨地)翻转了相对于基本磁场的磁力线的所谓的翻转角。于是，激励的核自旋发射高频信号，借助合适的接收天线、特别是高频线圈装置本身能够记录和继续处理该高频信号，以便能够重建磁共振图像数据。

常规的高频线圈装置在所谓的“均匀模式”中运行，例如在“CP模式”(圆极化模式)中运行，其中，向发送线圈的所有部件(例如鸟笼天线的所有发送棒)输出具有特定的固定相位和振幅的唯一的高频脉冲。为了提高灵活性并且为了实现新的自由度以改善成像，建议也能够实现所谓的并行发送(pTX)，其中，给高频线圈装置的多个发送通道分别施加单脉冲，这些单脉冲可以互相偏离。于是，在控制序列中总地定义单脉冲的整体，单脉冲例如可以通过参数相位和振幅来描述，通过相应的参数组来描述该控制序列。这样的由单脉冲为不同的发送通道组成的多通道脉冲(激励)经常被称为“pTX脉冲”(用于“并行发送”)。在此，除了产生位置选择的激励外，也可以补偿场不均匀性(例如在“HF匀场(HF-Shimming)”范围内)。

为了确定控制序列的控制参数组，一方面需要知道背景，即B0场，另一方面也需要知道各个发送通道在成像区域(特别是均匀体积)中的效果。

为了测量基本磁场(B0场)(称为B0映射，B0-Mapping)，通常优选通过梯度回波成像对于两个不同的回波时间记录第一磁共振数据。对于不同回波时间记录的磁共振数据的相位差(相位变化)，与局部B0场与额定基本磁场强度的偏差以及去相位时间(即两个回波时间的差)成比例，所述相位差例如可以通过两个对于不同回波时间记录的第一磁共振数据的磁共振图像的相位的减法来确定。在此，具体地通过拉莫尔频率与磁共振装置的额定拉莫尔频率的偏差(该偏差描述的参数以下通常被称为拉莫尔频率值)来描述场偏差。

通过在B0场的均匀性中的偏差产生的相位随着时间而发展，然而其中需要考虑奈奎斯特相位缠绕的效果，因为对于不同时间记录的磁共振数据的相位差相对于额定拉莫尔频率的偏差以及回波时间的差的比例性仅当以2π限定的相位差符合实际的相位演变时才有效。然而，根据B0分布的动态范围，相位在局部上会以2π倍数的继续发展。这导致在计算B0图中的多义性和错误。在相位演变中的错误对应由于在相位差图像中的2π跳跃而表现出非物理性的空间跳跃。这意味着，如果局部拉莫尔频率与额定拉莫尔频率的偏差过高，则也出现B0相位的极其快速的发展，于是，如果回波时间(这里是两个回波时间的差)不是足够短，则相位会超出2π，从而出现所描述的多义性。

通常由于所使用的序列而不能选择极其短的去相位时间，其中，在极其短的回波时间差的情况下，不再能够以足够精度测量与额定拉莫尔频率的更小偏差。

为了解决在对应所测量的相位变化时的多义性问题，在现有技术中公知了一些方案。这样可以如此短地选择去相位时间，即回波时间的差，使得在此期间相位不在任何位置发展超过2π。然而，因为在测量之前不知道B0场分布的动态范围，必须如此短地选择去相位时间，使得记录方法的灵敏度不足，因此不再能使用所描述的方式。

因此，建议在后处理中探测并校正在B0图中的相位跳跃，其按照以下假设：B0场是空间连续的。实现它的算法被称为相位解缠绕算法。但是，经常会质疑这种算法的可靠性。主要的困难在于，全部体积可能由不连通的子区域构成，从而B0图的各个子区域通过体素被分隔，其只获得噪声并且是非常低信号的。因此，不能或者只能非常不可靠地确定在该体素中的相位。

也建议以递增的去相位时间、也就是递增的回波时间之间的差，来迭代地记录第一磁共振数据。在此，如下地选择最短的去相位时间，使得不出现空间相位跳跃。从具有最短去相位时间的记录中估计在更长的去相位时间的情况下是否出现相位跳跃。如果出现，则在评估(重建)具有更长的去相位时间的第一磁共振数据时对其进行考虑。由此分辨了相位多义性，并且能够为长的去相位时间实现高的灵敏度。

另外的替代方式在于，使在B0图中的相邻体素之间的相位梯度最小化。在这种解决方案中，不一定需要校正B0图的相位跳跃。但是，存在以下风险：以错误的B0偏置在不同的空间区域中优化计算的B0匀场(Shim)。另外，从微分方法中不能计算频率(零阶的匀场)。

相应的映射过程也对于B1场公知，并且被称为“B1映射”。在此，为每个发送通道记录通常所说的B1场图，这意味着，B1场图示出了B1场在特定的激励下(例如单位激励和/或在特定的传输电压下)在成像区域的特定位置处有多强，这意味着，每个体素(图像点)对应一个复数B1值，由此对应B1振幅和B1相位，其也可以在B1振幅图和B1相位图中区分。在此，为大量的激励模式进行通常的测量，其中，一个激励模式不必强制与仅一个发送通道的运行相对应，而是也可以考虑组合，于是从中可以推测出单独的发送通道。

为了确定B1场的振幅，例如公知了测量由高频脉冲引起的翻转角，其中，例如参考DE 10 2005 049 229 B3。附加地测量B1场的相位。在此，激励模式具有恒定的相移，由此具有恒定的B1相位，然而其中在相位测量时，当然也附带记录了如所描述那样的时间上持续变化的B0相位。因此，对于B1映射公知了，对于不同的激励模式原则上使用相同的回波时间，从而保持B0场在相位上的效果恒定，从而能够将从激励模式的磁共振数据中获得的原始相位图用作校正，从而B0场在相位上产生相同的效果，并且由此为校正而引入的激励模式的相位被用作参考相位图。这意味着，相对于作为校正引入的B1相位图定义所有其它的B1相位图，这是没有问题的，因为最终总是仅取决于不同发送通道的相对相位。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，给出一种用于确定更高质量的、更可靠的B0场图的方法。

为了解决该技术问题，在开头所述类型的方法中，根据本发明规定了，至少部分地以不同激励场产生的激励来执行对于不同去相位时间的测量。

本发明所基于的认识在于，确定B0场图的主要问题之一是基于激励的灵敏度。如果假定可通过多个发送通道控制高频线圈装置，为这些发送通道可以独立地选择相位和振幅，则大多产生在某些区域比其它区域具有更低灵敏度的激励，从而获得的B0数据(特别是在极其短的去相位时间的情况下)可能具有高错误，例如低信噪比。在成像区域作为输出点引起不同激励场、由此也引起不同相位分布的激励的使用由此整体覆盖了更宽阔的灵敏度范围，并且还提供了更独立的测量的优点，其在将对于各个去相位时间的子结果统计学组合为总B0图的情况下为质量的改善作出贡献。

使用本发明特别合适的是，总是要以另外的目的而执行对由不同激励场产生的激励的测量，从而特别优选是可以将对用于B0图的磁共振数据的测量与在B1映射范围内的测量同时执行(以下还会详细描述)，其中应当利用用于高频线圈装置的不同发送通道的复数场来记录B0场图。于是由此可以共同测量B1场图和B0场图。

明显降低了由于奈奎斯特相位缠绕的效果、即由于2π相位跳跃的多义性，因为避免了错误地将相位变化与实际的相位演变相对应。短的去相位时间适合于估计在更长的去相位时间情况下是否会出现奈奎斯特相位缠绕。这于是在评估过长的去相位时间的磁共振数据时也可以被考虑。

如已经说明的，特别合适的是，激励的总量基本均匀地覆盖磁共振装置的成像区域和/或对于成像区域的每个体素有至少一个激励超过预先确定的最低信号强度。这确保发生对B0场图实际的质量改善，因为对于磁共振装置的成像区域中的每个重要位置(每个体素)存在至少一个可靠的测量值。如果将对于不同去相位时间或者对于不同回波时间记录的不同的磁共振数据对的评估结果统计学上组合成共同的B0场图，则可以合适地利用信噪比或者当它不存在时利用信号强度进行加权。由此获得极其高质量并可靠的B0场图。在此，优选总是为在相同激励下测量的回波时间建立待组合的子B0场图。这些子B0场图可以被加权地组合，例如通过体素加权的平均值构成，其中，如所描述的那样，可以通过信噪比(SNR)或信号强度进行加权。

在本发明特别合适的构造中，设计使用具有多个独立可控的发送通道的高频线圈装置，其中，记录在用于为发送通道确定B1图的测量过程中的磁共振数据。在此特别合适的是，为每个在测量过程中使用的激励模式进行至少两个在不同回波时间下的测量，其中，去相位时间至少对于两个、特别是所有不同的激励模式相区别。

如已经说明的，具有高频线圈装置的磁共振装置除了B0场图外还需要对于各个发送通道的B1场图，该高频线圈装置具有多个发送通道，即所谓的pTX系统。为了获得B1场图，执行了多个测量，因为为了n个发送通道的B1测绘需要至少n个记录过程，其分别使用产生不同激励场的不同的激励模式。在最简单的情况下，激励模式总是仅涉及一个特定的发送通道，可以设计(并且在本发明范围内优选)为激励模式使用各个发送通道的不同组合。于是，从中可以计算上为所有发送通道逆计算出B1场图。

不同的B1映射方法也总是允许记录两个梯度回波，从而可以获得用于B0场图的磁共振数据。在所描述的根据本发明的优选方式中，形成同样的B0分布的n个子B0场图，其具有特别的优点是所有使用不同的去相位时间。

因此，本发明为具有多个发送通道的高频线圈装置设计了，与用于测绘B1发送场的不同记录共同地分别记录至少一个关于第二回波时间的另外的回波，其中，在回波之间的去相位时间特别地对于每次记录都改变。这意味着，从每个B1映射记录中可以获得具有不同去相位时间的B0场图(子B0场图)，方法是以相同的激励模式但不同的回波时间成对地评估记录。如已经说明的，从不同的去相位时间中可以估计对于更长去相位时间的相位跳跃，并且可以明确地从相位变化中确定相位演变。于是，也可以如所说明的那样进行子B0场图的统计学上的组合。

可以利用每个B1映射方法考虑B1场图与B0场图的组合记录。特别适合的是简单的、基于梯度回波的方法的共同记录，例如：

-记录相对的B1场图，其中，为每个激励模式仅记录一个梯度回波图像；

-AFI(actual flip angle imaging，实际翻转角成像)，其中，为每个激励模式记录具有不同重复时间的两个梯度回波图像；

-双角度方法(Double Angle-Verfahren)，其中，为每个激励模式记录具有不同翻转角的至少两个梯度回波图像；

-以及其它B0映射方法。

由此与B1场图或pTX系统的相对的B1场图共同地记录了绝对的B0场图，后者原则上不会由于受限制的去相位时间而在灵敏度上受限制，并且不具有由于2π相位跳跃和相位变化与实际相位演变的错误对应而产生的空间跳跃。

本发明特别优选的构造是，激励模式使用多于一个的发送通道，使得相对于使用唯一的发送通道降低了B1振幅的动态范围。这意味着，这样的限制了B1分布的动态范围并由此限制了振幅信号变化的B1映射方法特别适合于可靠地确定B0场图。这如已经说明的那样有效地由此实现，即记录发送通道的不同组合的B1场图，并且从中计算地确定发送通道的B1场图。

此处还要注意的是，通常在根据本发明的方法中还提供了使用梯度回波序列来记录磁共振数据。

除了根据本发明的方法外，本发明还涉及一种磁共振装置，包括为执行根据本发明的方法而构造的控制装置。除了具有多个独立可控的发送通道的高频线圈装置外，还设置了控制装置，其可以按照根据本发明的方法确定B0场图。这样的控制装置例如可以具有序列控制器，其控制磁共振装置的其它部件以用于在两个不同的回波时间下对于不同激励场产生的激励记录磁共振数据。另外，可以设置评估单元，其确定对于不同的去相位时间的相位变化，并且为至少部分地降低由于奈奎斯特相位缠绕引起的多义性进行评估。该结果可以继续传输给B1场图确定单元，其将由不同去相位时间导致的子B0场图统计学地、优选加权地组合，以便获得B0场图。在此主要是，序列控制器对于不同的去相位时间至少部分地使用不同激励场产生的激励。

对于根据本发明的方法的全部实施可以类似地转用到根据本发明的磁共振装置，通过其同样可以获得本发明的优点。

在此还要指出，根据本发明的方法也可以通过计算机程序实现，当通过计算装置执行该计算机程序时，其实施根据本发明的方法。这样的计算机程序可以被存储到非易失性的数据存储介质上。

附图说明

从以下描述的实施例以及结合附图得出本发明的其它优点和细节。附图中：

图1示出了根据本发明的方法的实施例的流程图，

图2示出了用于解释实施例的示意图，

图3示出了根据本发明的磁共振装置，以及

图4示出了图3的磁共振装置的控制装置的结构。

具体实施方式

参照图1详细示出了根据本发明的方法的实施例。在此，基本思路是质量上改善B0场图的确定，其中，以不同去相位时间的磁共振数据为基础，并且不同的去相位时间被用于分辨由于奈奎斯特相位缠绕引起的多义性，方法是为不同的去相位时间得到不同的相位分布作为输出点，由此为不同的去相位时间使用了不同激励场产生的激励。这特别是能够如下地简单实现，即共同地记录B0场图和B1场图，这在按照图1的实施例中实现，并且在步骤1中执行。

在此，使用了当前的n个激励模式，从对它们的评估中应当为磁共振装置的高频线圈装置的不同发送通道计算B1场图，这原则上在现有技术中公知。然而，在步骤1中不只是在唯一的回波时间下测量，而是为每个激励模式测量两个回波时间，从而存在磁共振数据，其与特定通过第一回波时间与第二回波时间的差定义的去相位时间相对应。

通过图2详细解释了该测量原理。在那里以符号标注了相对于回波时间TE的激励模式M。可见，为从1至m的每个激励模式M分别在第一回波时间2和第二回波时间3执行了测量，以便记录磁共振数据，其中m表示激励模式的数量。在此，虽然为所有激励模式使用了相同的第一回波时间2，但是在其它实施例中也可以是不同的。第二回波时间3(针对该回波时间进行了第二测量)总是不同的，从而既使用了小的去相位时间ΔTE₁，也使用了大的去相位时间，例如图2中的ΔTE_m，还使用了它们中间的值。

在评估步骤4中，首先执行对磁共振数据的评估，以便识别和分辨由于相位缠绕引起的多义性。在此，以短的去相位时间为前提，例如验证是否在更高的去相位时间的情况下预期有奈奎斯特相位缠绕，方法是考虑从测量对的磁共振数据中得到的相位变化，其中，也可以通过考虑体素处的相位变化来为尽可能宽的基础上的不同去相位时间确定奈奎斯特相位缠绕。如果确定了奈奎斯特相位缠绕，则消除了多义性，并且进行对从更高的去相位时间(在该去相位时间的情况下出现了奈奎斯特相位缠绕)中导出的相位变化的校正。

在步骤5中，然后分别对在利用不同去相位时间的激励模式下确定的相位变化进一步评估，以便为每个激励模式获得子B0场图。在步骤5中统计学地组合子B0场图，以便获得B0场图作为结果。在此，例如可以构成关于子B0场图的平均值，其中结合各自的SNR或各自的信号强度进行加权。

在图1中未示出的情况是，以已知的方式当然也可以确定B1场图。在此要指出的是，为了确定B1场图当然也可以引入所有记录的磁共振数据，这意味着，为每个激励模式可以首先确定对于第一回波时间2和第二回波时间3的子B1场图，然后同样可以将其统计学地组合。

为了记录磁共振数据可以使用最不同的B1映射方法，如同已经详细描述的那样。在任何情况下，优选使用梯度回波序列。在此还要指出的是，当前这样选择不同的激励模式，使得如下地使用多于一个发送通道，使得相对于使用唯一的发送通道降低了B1振幅的动态范围，以便由此尽可能也为各个激励模式获得对磁共振的成像区域的尽可能均匀的覆盖。

图3示出了根据本发明的磁共振装置6的原理图，其中，为了简单起见仅实际上示出了对于本发明重要的部件，并且由于清晰性原因免去示出基本磁场单元、梯度线圈装置等。磁共振装置6具有以附图标记7表示的高频线圈装置，其经由多个示意性示出的发送通道8可以通过发送装置9如下地运行，使得可以为每个发送通道8独立地选择振幅和相位。由高频线圈装置7和发送装置9构成的发送系统如同磁共振装置6的其它部件(这里未详细示出)那样被控制装置10控制，该控制装置被构造为用于执行根据本发明的方法并在图4中详细示出。

因此，控制装置10具有序列控制器11，通过它在本发明的范围内能够实现激励模式(和必要时的其它激励)，以便获得磁共振数据。在评估单元12中首先关于奈奎斯特相位缠绕评估磁共振数据，参照步骤4，随后B0场图确定单元13按照步骤5确定B0场图。最后，为控制单元10还示出了用于确定B1场图的B1场图确定单元14。

尽管在细节上通过优选实施例详细图解和描述了本发明，但是本发明不受公开的例子的限制，并且技术人员可以从中推导出其它变化，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于确定描述与磁共振装置(6)的额定拉莫尔频率的局部偏差的B0场图的方法，其中，在对于其差构成了去相位时间的两个不同的回波时间(2，3)执行的测量中在激励之后在至少两个不同的去相位时间下记录磁共振数据，并且从在不同的回波时间(2，3)下测量的相位的差中确定为确定B0场图而要使用的相位变化，其中，为了至少部分地降低由于奈奎斯特相位缠绕引起的多义性而评估不同去相位时间的相位变化，其特征在于，至少部分地利用不同激励场产生的激励来执行对于不同去相位时间的测量。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励的总量基本均匀地覆盖所述磁共振装置(6)的成像区域和/或对于所述成像区域的每个体素有至少一个激励超过预先确定的最低信号强度。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用具有多个独立可控的发送通道(8)的高频线圈装置(7)，其中，在用于为所述发送通道(8)确定B1图的测量过程中记录磁共振数据。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，为每个在测量过程中使用的激励模式进行至少两个在不同回波时间下的测量，其中，所述去相位时间至少对于两个不同的激励模式相区别。

5.按照权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述激励模式如下地使用多于一个的发送通道(8)，使得相对于使用唯一的发送通道(8)降低了B1振幅的动态范围。

6.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为记录所述磁共振数据使用梯度回波序列。

7.一种磁共振装置(6)，包括为执行按照上述权利要求中任一项所述的方法而构造的控制装置(10)。