CN104459587B - 一种用于核磁共振成像系统的流动补偿方法 - Google Patents
一种用于核磁共振成像系统的流动补偿方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于磁共振成像系统的流动补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)快速自旋回波(FSE)序列的90°射频脉冲与180°射频脉冲时序之间，在频率编码方向上施加满足流动补偿的梯度组合脉冲。(2)180°射频脉冲之前信号采集梯度之前施加打散梯度，采集梯度之后施加补偿梯度，此时信号采集梯度、打散梯度、补偿梯度共同构成一阶速度补偿梯度。(3)将相位编码梯度幅值置为零，设置序列时序，调节梯度的幅值，使回波链上各回波信号峰点的幅值达到最大值，完成序列调试。(4)将序列输出到谱仪实现流动补偿。本发明提供的流动补偿能够显著抑制脑脊液和脊髓流动等导致图像流动伪影及图像模糊的情况，因此减少了由于血液流动或周期性运动等生理运动产生图像伪影的问题。
Description
技术领域
本发明属于磁共振成像技术领域，尤其是一种用于核磁共振成像系统的流动补偿方法。
背景技术
磁共振成像(MRI)已经成为医学诊断中非常重要的成像手段。常规的磁共振成像序列，通过控制射频脉冲及Gx，Gy，Gz三个编码方向的梯度幅值和时序成像，对于静止的组织，回波采集后三个方向梯度的累积相位为零，但流动的液体(血液，呼吸，心搏，胃肠蠕动等生理运动)由于具有一定的流动速度，将造成自旋磁化矢量在梯度方向上的相位累积，进而引起回波信号幅值降低，图像搏动伪影严重，图像质量退化。
发明内容
本发明目的是：提供一种通过一阶梯度矩归零抑制液体流动造成回波信号降低的用于磁共振成像系统的流动补偿方法。
本发明的技术方案是：由于血液流动，常规FSE序列得到的回波将产生相位差累积，MR信号降低。本发明首先在90°脉冲与180°脉冲之间频率编码方向上施加三个梯度(Gx1，Gx2，Gx3)构成一阶补偿梯度，此时第一个回波在采集中心MR信号最强；180°脉冲之后信号采集梯度Gx5前施加梯度GX4，此时三个梯度(Gx4，Gx5，TGx)同样构成一阶速度补偿梯度，使得回波采集后下一个180°射频脉冲发射前没有相位差的累积，在FSE多回波采集过程中，第二个及之后的回波在采集中心回波信号最强。序列编码完成后进行序列调试，将相位编码梯度幅值置为零，设置序列时序，调节梯度的幅值，使回波链上各回波信号峰点的幅值达到最大值，完成调试。序列调试完成后将该序列及参数信息输出到谱仪实现整个流动补偿序列即可成像。具体过程如下：
考虑一个小物体在梯度的作用下沿x轴进行一维运动，运动的位移用x(t)表示，在初始时间t＝0时，初始位置x0，初始速度v0，初始加速度α0，一段时间后物体的位置用Taylor展开：
如果梯度G(t)沿着x方向，在时间t(t＞0)时累积的相位为：
u为表示时间的积分变量。将[1]式带入[2]式：
将上述方程分解成按某个时间展开的形式：
第n阶梯度矩：
静止的组织对应零阶梯度矩：
匀速流动组织对应一阶梯度矩：
对于静止的组织，当梯度幅值与作用时间的乘积(梯度面积)为零时，即零阶梯度矩m0为零，回波采集中心没有累积相位差，MR信号最强。两个幅值相同，方向相反的梯度(11-型)脉冲即可满足m0＝0。
对于匀速流动的液体，当一阶梯度矩m1为零时，对于FSE序列，每个回波采集后组织的累积相位差为零，对该回波之后的信号回聚无影响，MR信号增强，组织的SNR提高。至少三个梯度(12-1型)才能满足m1＝0。
补偿阶数越高，血液流动伪影越少，组织产生的MR信号越强，但同时需要的梯度个数越多，产生的涡流越大。因此，本发明只施加零阶和一阶补偿。
根据上述一阶速度补偿梯度之间的关系在频率编码方向上施加梯度编码完成序列编码，在序列调试的过程中，将相位编码梯度幅值置为零，按照序列时序图及硬件系统允许情况下整体时间最小的原则设置各个梯度的持续时间，调节梯度的幅值，使回波链上各回波信号峰点的幅值达到最大值，最终完成调试。序列调试完成后将该序列及参数信息输出到谱仪实现整个流动补偿序列即可成像。
本发明的优点是：
本发明提供的流动补偿序列能够有效地实现频率编码方向上零阶静止组织和一阶匀速流动液体的流动补偿，有效抑制了血液流动过程中相位差累积所造成的MR信号降低对图像质量的影响。按照补偿序列设计中梯度之间的参数设计，有效减弱了血液流动现象在现有FSE图像中存在伪影的问题。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为常规FSE序列时序图。
图2为常规FSE序列中静止组织和流动液体在回波采集时累积的相位差。
图3为11-梯度G(t)，m0，m1随时间的变化。
图4为12-1梯度G(t)，m0，m1随时间的变化。
图5为本发明的流动补偿序列时序图。
图6为本发明流动补偿序列时序图Gx(t)，m0，m1，echo随时间的变化。
图7为采用本发明进行颈椎矢状位成像的实验效果图。(a)常规FSE成像，(b)本发明成像。具体实施方式
实施例：
以频率编码方向的流动补偿为例，选层方向和相位编码方向的补偿同理：
(1)图1为常规FSE成像序列图，图2为静止组织和流动液体在FSE多回波采集过程中累积的相位，图3、图4分别为零阶和一阶梯度矩归零补偿梯度设计。
(2)设置初始参数，梯度强度G为20mT/m，补偿梯度脉冲的平台期为200μs，梯度上升及下降长度为1ms，数据采样时间为20μs，采样点数为256，接收器死时间870μs。
(3)图5为本发明所用的流动补偿序列，该序列在图1常规FSE的基础上，在90°射频脉冲和180°脉冲中间施加三个梯度Gx1，Gx2，Gx3构成一阶补偿梯度。Gx1，Gx2，Gx3的幅值满足：
Gx1(t2-t1)+Gx2(t4-t3)+Gx3(t6-t5)＝0
调试流动补偿序列，其中：
t2-t1＝1.2ms t4-t3＝1.2ms t6-t5＝1.2ms
经推导上述公式中三个梯度满足Gx1+Gx3＝2*Gx2
由该结论得到Gx1，Gx2，Gx3的理论值，轻微调节Gx2的幅值使得采集到的第一个回波的幅值最强。
(4)同理，180°脉冲之后信号采集梯度Gx5、补偿梯度TGx、打散梯度GX4也构成一阶速度补偿梯度。Gx4，Gx5，TGx的幅值满足：
TGx(t12-t11)+Gx4(t8-t7)+Gx5(t10-t9)＝0
其中TGx的为列表式梯度组，不同的回波该值稍有差异(理论上该值相同)。调试该序列，其中
t8-t7＝1.5ms t12-t11＝1.5ms t10-t9＝SI*DW+dead＝6ms
根据视野及接收信号的带宽，谱仪会自动计算Gx5的值。由上述公式得到Gx4，TGx的理论值。保持Gx1，Gx2，Gx3，Gx4，Gx5幅值不变，根据第二个及之后回波信号的幅值，调节每个回波对应的TGx。
(5)经过上述过程，完成流动补偿序列中各参数的设计。其中图6为补偿序列对应m0，m1的变化。从图中可以看出，该序列在两个一阶速度补偿梯度的作用下，m0，m1在Gx1，Gx2，Gx3梯度、Gx4，Gx5，TGx梯度之后相位累积都为零。
(6)图7为常规FSE序列和流动补偿序列在颈椎矢状位成像上的实验。常规FSE图像上由于脑脊液流动的影响图像的伪影较重，本发明的流动补偿序列明显减少了脑脊液的流动伪影。进一步证明了该序列的有效性。
Claims (4)
1.一种用于核磁共振成像系统的流动补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)快速自旋回波(FSE)序列的90°射频脉冲与180°射频脉冲时序之间，在频率编码方向上施加三个梯度Gx1，Gx2，Gx3；
(2)180°射频脉冲之前信号采集梯度Gx5之前施加打散梯度GX4，采集梯度之后施加补偿梯度TGx，Gx5，GX4与TGx构成一阶速度补偿梯度；
(3)将相位编码梯度幅值置为零，设置序列时序，调节梯度的幅值，使回波链上各回波信号峰点的幅值达到最大值，完成序列调试；
(4)将该序列输出到谱仪实现血液流动的补偿。
2.根据权利要求1所述的用于核磁共振成像系统的流动补偿方法，其特征在于，所述步骤(1)(2)具体为：在常规FSE成像序列的基础上，在频率编码方向上90°脉冲与180°脉冲之间施加Gx1，Gx2，Gx3三个梯度；180°脉冲之后信号采集梯度之间在频率编码方向上施加梯度脉冲Gx4，与Gx5，TGx构成一阶速度补偿梯度，即上述两组梯度脉冲同时满足一阶梯度矩m1为零：
其中G(u)是x方向梯度随时间的变化，u为时间积分变量。
3.根据权利要求1所述的用于核磁共振成像系统的流动补偿方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：流动补偿序列中180°脉冲前后两组补偿梯度满足：
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根据流动补偿序列时序及磁共振设备硬件系统条件设置上述公式中的时间参数t，再根据回波信号的幅值，设计合适的Gx1，Gx2，Gx3，TGx完成序列调试。
4.根据权利要求1所述的用于核磁共振成像系统的流动补偿方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为将编写的流动补偿序列及步骤(3)调试完成序列的参数输出给谱仪即完成整个序列。
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