CN1147639A - 磁共振成象方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种采用NMR现象的MR成象方法，包括：发送第一组RF脉冲，它包括第一反转RF脉冲和第一激励RF脉冲；发送层面选择梯度场脉冲、相位编码楼度场脉冲；收集第一组回波信号；发送第二组RF脉冲，它包括第二反转RF脉冲和第二激励RF脉冲；发送层面选择梯度场脉冲；发送相位编码梯度场脉冲；收集第二组回波信号；重复该脉冲序列，并改变相位编码梯度场脉冲；把相应于每一层面的两个数据相加，形成新的数据组；以及重新产生层面图像。

Description

磁共振成象方法和装置
本发明涉及采用核磁共振(NMR)的磁共振(MR)成象方法和装置。更确切地说，本发明涉及一种采用液体衰减反转恢复(FLAIR，Fluid Attenuated Inver-sion Recovery)的成象技术，这种技术是一种基于反相恢复(IR，Inversion Re-covery)的脉冲序列，用来获得抑制了水信号强度的T2加权(weighted)图象。采用这种成象技术，多个层面(slice)图象是通过层面以反转RF脉冲作为反转质子自旋的层面非选择脉冲来拾取的。
普通用来实现这样一种基于FLAIR的脉冲序列的装置包括将一反转RF脉冲用作一层面选择脉冲的装置(第一装置)和将一反转RF脉冲用作一层面非选择脉冲的装置(第二装置)。
下面首先参考图1至图3描述第一装置。图1是描述层面的示意图。图2A至图2C是描述FLAIR技术的时序图。图3是由FLAIR技术给出的脉冲序列的时序图。图2和图3中，为便于描述略去了梯度场脉冲。
参见图1，标号M表示一受试者，这里是受试者的头部，受试者的身体轴线大体沿z方向延伸。标号#1表示第一层面，#2为第二层面，#n-1为第n-1层面，而#n为第n层面。
如图2A-2C所示，在FLAIR技术中，施加一反转RF脉冲100，用来有选择地将仅包括在第一层面#1(图2A)内的所有质子自旋反转180度。从反转RF脉冲起经过反转恢复时间TI(也称为延迟时间，例如TI＝1600至2000ms)以后，施加一激励RF脉冲110，使仅仅包含在第一层面#1内的质子的自旋旋转90度。从激励RF脉冲110起经过一预定时间以后，施加一再聚焦RF脉冲120，使第一层面#1内的所有自旋均旋转180度。通过向受试者M施加这些RF脉冲，在从激励RF脉冲110起的二倍预定时间TE的时刻附近(图2B)产生一回波信号S1。
如图2C所示，被反转RF脉冲100辐照的质子的自旋具有从M0反转至－M0的纵向磁化。所以，纵向磁化以纵向弛豫时间(也称为自旋－晶格弛豫时间)的时间常数(通常是以TI表示的纵向弛豫时间)回到M0。纵向弛豫时间TI对于不同的“组织”是不同的，如脂肪组织、脑白质和脑灰质，以及“水”(自由水)如脑脊髓液。“水”比“组织”的纵向弛豫时间长。图2C中，“组织”的纵向弛豫沿纵向弛豫曲线CT方向，且较早完成。“水”的纵向弛豫沿较平缓曲线CW，且完成较迟。
在FLAIR技术中，为通过抑制“水”的信号强度来获取T2加权信号，施加激励RF脉冲110，即反转恢复时间TI被设置成经过“水”的纵向磁化时刻大体为零的点，从。这种设置使得回波信号S1含有的弛豫信息具有足够大的“组织”纵向磁化和足够小的“水”纵向磁化。这就在TE被设置为较长时，产生抑制了水信号强度的T2增强图象。
实际情况下，采用例如如图3所示的脉冲序列，以从图1所示的多个层面#1-#n来收集回波信号。即，回波信号S1是通过施加反转RF脉冲100来使第一层面#1反转，在经过反转恢复时间TI内施加激励RF脉冲100、然后施加再聚焦RF脉冲120而产生的。为了有效地利用反转恢复时间TI(例如TI＝1600至2000ms，为空闲时间)，在将RF脉冲100和激励RF脉冲110施到第一层面#1之间，将反转RF脉冲施加到下一个层面上。
具体说来，在施加了反转RF脉冲100以后，把反转RF脉冲被施加到多个层面上，比如，把反转RF脉冲101施加到第二层面#2，把反转RF脉冲102施加到第三层面#3。经每一反转恢复时间TI以后，施加激励RF脉冲111和再聚焦RF脉冲121或激励RF脉冲112和再聚焦RF脉冲122。这样，就以嵌套(nest)式形式施加反转RF脉冲。虽然脉冲在图3中是以纵向安排描绘的，但脉冲实际上是沿同一时间轴的。对所有的层面都施加这样的脉冲，从而从所有的层面得到回波信号，例如，从第二层面得到回波信号S2，从第三层面得到回波信号S3，等等。
上述序列在一较长的重复时间TR(例如TR＝6000至10000ms)以后以变化的相位编码量重复预定次数(例如256次)，使得每个层面的水的被反转的纵向磁化能够回到原来的大小。与每一层面对应的k空间被通过每一脉冲序列产生的回波信号得到的数据所填满。
上面描述的第一装置提供了被抑制了水信号强度的T2增强图象。因而，对于在脑表面和脑室之类附近检测脑脊液附近的疾患来说，上述层面图象具有良好的对比度。
第一装置具有上述优点，但也具有下述缺点。
层面#1-#n中只有一个层面(即，感兴趣的层面)的所有自旋由反转RF脉冲100，101，102等等反转。感兴趣的层面以外和不受反转RF脉冲辐照的“水”会在感兴趣的层面的激励时间内(在施加激励RF脉冲110、111、112等的时刻)流入感兴趣的层面。随后，大量处于初始状态具有纵向磁化的水受到激励，而在再聚焦RF脉冲120、121、122等的施加以后，产生强烈的回波信号，它在得到的图象中形成伪影(artifact)。
下面参见图4和图5，描述第二装置。图4是描述层面的示意图。图5是描述一脉冲序列的时序图。图5中为便于描述省去了梯度场脉冲。
上面描述的第一装置施加层面选择脉冲，即向层面施加反转RF脉冲100、101、102等等，每一反转RF脉冲使仅包括在一个层面中的质子自旋反转。在第二装置中，正如后文中将要描述的那样，反转RF脉冲是作为层面非选择脉冲来施加的。
如图4所示，为使包围在层面#1-#n的范围内包含的所有质子自旋同时反转，施加反转RF脉冲使包括多个层面#1-#n的整个区域AE反转，具体说来，区域AE内包含的质子自旋由于施加了反转RF脉冲而反转为根据梯度磁场选择区域AE，该反转RF脉冲具有宽的频带。
例如，采用这样一种层面非选择脉冲的FLAIR技术的脉冲序列见图5A所示。
首先，施加反转RF脉冲200，该脉冲具有使图4所示区域AE内的所有质子自旋反转的频带。在一预定时间以后，连同一层面选择梯度场脉冲(未图示)施加一激励RF脉冲210，用来选择第一层面#1(感兴趣的层面)。随后，施加一再聚焦RF脉冲220，用来从第一层面#1产生一回波信号S1(图5B)。接着，在没有施加反转RF脉冲200的情况下，施加激励RF脉冲211和再聚焦RF脉冲221，……，以及激励RF脉冲214和再聚焦RF脉冲224，从而产生回波信号S2，……，回波信号Sn-1和回波信号Sn(图5)。经重复时间TR以后，通过改变相位编码梯度场脉冲(未图示)的强度，使上述脉冲序列重复预定次数。
如上所述，反转RF脉冲200是作为层面非选择脉冲而施加的，从而使区域AE中所有的质子自旋一起反转。这一步骤使在所有层面#1-#n和相邻层面之间的水中的质子自旋同时反转。即使当水流入由激励RF脉冲210-215激励的感兴趣的层面中时，也不产生强烈的信号。进入的水不出现伪影。
在上述第二装置中，仅在脉冲序列开始时施加使所有质子自旋反转的反转RF脉冲200。随后，施加激励RF脉冲和再聚焦RF脉冲，从而从各层面产生回波信号。在施加反转RF脉冲200的时刻，质子自旋被反转180度，并以纵向弛豫时间的时间常数来恢复原先的纵向磁化。正如前文中所指出的那样，“组织”和“水”之间的纵向磁化强度是不同的。每一种情况下，沿纵向弛豫曲线CT或CW进行恢复(纵向弛豫曲线CT的时间常数＜纵向弛豫曲线CW的时间常数)。所以，随着施加反转RF脉冲200以后时间的推移，纵向磁化对“组织”和“水”以不同的速率增大。因此，由激励RF脉冲210-215激励的各个感兴趣的层面所产生的每一个回波信号S1-Sn对于“组织”和“水”来说具有不同的信号强度。
即，当“水”的纵向磁化大体为零时施加的激励RF脉冲212所产生的回波信号S3含有足够大的“组织”的纵向磁化和“水”的足够小的纵向磁化的弛豫信息。这就在TE被设置为较长时产生抑制了水信号强度的T2加权图象。在由前一激励RF脉冲210产生的回波信号210中，“组织”的纵向磁化的恢复是不足的，并且无法获得T2增强图象。在以后的时刻施加的激励RF脉冲215所产生的回波信号Sn中，“组织”的纵向磁化足够大，但“水”的纵向磁化也很大。所以，不可能获得抑制了水信号强度的T2加权图象。
结果，对比度逐个层面产生变化。仅对于根据激励RF脉冲212和紧接在前面和后面的那激励RF脉冲的那些层面图象才具有抑制了水信号强度的T2加权图象的有效对比度电平，而这些脉冲是当“水”的纵向磁化大体为零时施加的。这就是使获得有效对比度的层面数受到限制的一个缺点。如果对比度对于逐个层面改变，则由于对比度的不同，很难通过观察多个描述同一组织的层面图象来进行恰当的诊断。对于多个层面图象来说，采用大体均匀的对比度电平是很有好处的。
本发明的目的在于针对现有技术的上述情况，提供一种MR成象方法和装置，根据按预定顺序或者按相反的顺序激励多个层面而收集的信号，通过加入同一层面的数据而对每一层面的数据修改信号强度，使具有有效对比度的层面图象数增加，而避免由于水的流入出现的伪影，
按照本发明，上述目的是通过采用NMR现象的MR成象方法来实现的，它包含下述步骤：
(a)发送第一组RF脉冲，该组脉冲中包括具有一频带的第一反转RF脉冲，用来将多个层面中包含的质子自旋反转；该组脉冲中还包括在第一反转RF脉冲后的预定时刻发送的第一激励RF脉冲，用来按一预定顺序激励多个层面；
(b)根据第一组RF脉冲中RF脉冲的发送时序，发送层面选择梯度场脉冲；
(c)分别发送用于第一激励RF脉冲产生的回波信号进行相位编码的相位编码梯度场脉冲；
(d)向第一组RF脉冲产生的回波信号施加读取梯度场脉冲，以依次读取并收集第一组回波信号；
(e)发送第二组RF脉冲，它包含具有大体与第一反转RF脉冲相同频带的第二反转RF脉冲，以及在第二反转RF脉冲后预定时刻发送的第二激励RF脉冲，从而以与预定顺序相反的顺序激励多个层面；
(f)根据第二组RF脉冲中RF脉冲的发送时序，发送层面选择梯度场脉冲；
(g)分别发送用于对第二激励RF脉冲产生的回波信号进行相位编码的相位编码梯度场脉冲；
(h)向第二组RF脉冲产生的回波信号施加读取梯度场脉冲，从而依次读取并收集第二组回波信号；
(i)重复从步骤(a)到(h)的脉冲序列预定次数，同时改变在步骤(c)和(g)处发送的相位编码梯度场脉冲；
(j)把相应于每一层面两个数据相加，所述数据分别包括在从第一组回波信号得到的第一组数据内，和从第二组回波信号得到的第二组数据内，从而形成一组新的数据；以及
(k)根据新的一组数据，重新产生多个层面图象。
在上述方法中，第一组RF脉冲是首先发送的(步骤(a))。这一组脉冲包括一个反转RF脉冲，它具有使多个层面中包括的质子自旋反转的频带。在反转RF脉冲以后的预定时刻，施加激励RF脉冲，以按预定顺序激励多个层面。
与激励RF脉冲的同时，发送层面选择梯度场脉冲，从而逐个选择层面(步骤(b))。相位编码梯度场脉冲是分别为相位编码回波信号而发送的(步骤(c))。读取梯度场脉冲施加到回波信号上，以依次读取第一组回波信号(步骤(d))。
这样，反转RF脉冲是作为层面非选择脉冲施加的，以使所有层面中包含的质子自旋反转。随后，这些施加的激励RF脉冲从各个层面产生多个回波信号，并作为第一组回波信号收集。第一组中的回波信号是从各个层面产生的，并且由于被激励RF脉冲激励的顺序不同，故对于“组织”和“水”有不同的信号强度。即，从自旋反转时刻到激励时刻的时间间隔(反转恢复时间)按激励的次序而逐步变长，并且“组织”和“水”的纵向磁化或信号强度也作相应的变化。
其次，发送第二组RF脉冲(步骤(e))。第二组RF脉冲包括一个具有与第一组反转RF脉冲的频带大体相同的反转RF脉冲。在该反转RF脉冲以后的预定时刻，发送激励RF脉冲，以按与上述预定顺序相反的顺序激励多个层面。
与这些激励RF脉冲的同时，发送层面选择梯度场脉冲，从而逐个选择层面(步骤(f))。相位编码梯度场脉冲是分别为相位编码回波信号而发送的(步骤(g))。向回波信号施加读取梯度场脉冲，以依次读取第二组回波信号(步骤(h))。
第二组中的回波信号是从各个层面产生的，并且由于激励RF脉冲激励顺序的不同，对于“组织”和“水”具有不同的信号强度，这与第一组中的回波信号一样。反转恢复时间按激励的顺序逐步变长，并且“组织”和“水”的纵向磁化或信号强度也作相应的变化。
上述脉冲序列重复预定次数，同时改变相位编码梯度场脉冲(步骤(i))。
从第一组回波信号得到第一组数据和从第二组回波信号得到第二组数据，把对应于每一层面的两个数据相加，形成一组新的数据(步骤(j))。
第一组数据是通过按预定顺序通过激励多个层面而获得的。第二组数据是通过按与预定顺序相反的顺序激励层面而得到的。例如，第一层面在第一组数据中是首先被激励的，而在第二组数据中第一层面是最后(即第n个)被激励的。
所以，每一层面的数据反映最长的反转恢复时间和最短的反转恢复时间。通过相加步骤，将两个反转恢复时间相加，从而在“水”的纵向磁化大体为零的时刻趋近一反转恢复时间。例如，具有最短反转恢复时间的数据具有“组织”的正信号强度和“水”的负信号强度。具有最长反转恢复时间的数据具有“组织”的正信号强度和“水”的正信号强度。当把这些数据相加时，“组织”的信号强度保持为正，而“水”的信号强度通过正负相互抵消而近似为零。
如上所述，通过使激励次序相反获得的每一层面的两个数据相加，形成一新的数据组。所有的数据均以仅抑制“水”的信号强度而不降低“组织”的信号强度的方式进行。另外，对所有的数据都把短的和长的反转恢复时间相加，从而所有被相加的反转恢复时间大体相同。通过对从新的数据组重新产生多个层面图象(步骤(k))，层面图象将具有大体均匀的对比度电平。
按照本发明的另一个方面，提供采用NMR现象的MR成象装置包含：
(a)主磁铁，用来在成象空间产生一均匀的静磁场；
(b)附加在主磁铁上的第一和第三梯度场线圈，用来产生三种类型的梯度场脉冲，即，层面选择梯度场脉冲、读取梯度场脉冲和相位编码梯度场脉冲，且磁场强度在成象空间中沿三个正交方向变化；
(c)用来向处于成象空间中的受试者发送RF脉冲的RF线圈，并检测从受试者产生的回波信号；
(d)RF发送装置，用来通过RF线圈，依次发送第一组RF脉冲和第二组RF脉冲。第一组脉冲包括第一反转RF脉冲和第一激励RF脉冲，第一反转RF脉冲具有将多个层面中包含的质子自旋反转的频带，第一激励RF脉冲是在第一反转RF脉冲后预定时刻发送的，用来按预定顺序激励多个层面；第二组RF脉冲包括第二反转RF脉冲和第二激励RF脉冲，第二反转RF脉冲具有与第一反转RF脉冲大体相同的频带，第二激励RF脉冲是在第二反转RF脉冲后的预定时刻发送的，用来按与预定顺序相反的顺序激励多个层面。
(e)与第一、第二和第三梯度场线圈相连的梯度场控制装置，用来根据来自RF线圈的第一组RF脉冲和第二组脉冲中的RF脉冲的发送时序工作，向RF脉冲产生的回波信号分别施加下述信号：通过第一梯度场线圈施加层面选择梯度场脉冲，通过第二梯度场线圈施加相位编码梯度场脉冲，通过第三梯度场线圈施加读取梯度场脉冲，从而形成一脉冲序列，脉冲序列重复预定次数，并改变相位编码梯度场脉冲。
(f)相加装置，用来通过RF线圈，依次读取分别由第一组RF脉冲和第二组RF脉冲产生的第一组回波信号和第二组回波信号，并把与每一层面对应的两个数据相加，这两个数据分别包括在从第一组回波信号得到的第一组数据和从第二组回波信号得到的第二组数据中，从而形成新的数据组；以及
(g)数据处理装置，用来从新的数据组重新产生多个层面图象。
受试者或病人处在由主磁铁形成的均匀静磁场的图象空间中，并通过RF线圈向受试者施加RF脉冲。这种RF脉冲施加是由下述RF发送装置来进行和控制的。
首先，RF发送装置发送第一组RF脉冲。这一组脉冲包括一反转RF脉冲，它具有将多个层面中包含的质子自旋反转的频带。在反转RF脉冲以后的某些预定时刻，发送激励RF脉冲，以按预定的时序激励多个层面。
在发送激励RF脉冲的同时，通过第一梯度场线圈发送层面选择梯度场，以逐个选择层面。相位编码梯度场脉冲是分别通过第二梯度场线圈发送的，用于对回声信号相位编码。读取梯度场脉冲是通过第三梯度场脉冲向回波信号施加的，以依次读取第一组回波信号。这些第一、第二和第三梯度场线圈是受梯度场控制装置控制的。
反转RF脉冲是作为层面非选择脉冲而施加的，用以使所有层面中包含的质子自旋反转。施加的激励RF脉冲随后从各个层面产生多个回波信号，并由RF线圈作为第一组回波信号收集。第一组中的回波信号是从各个层面产生的，并且由于激励RF脉冲激励顺序的不同，对于“组织”和“水”的信号强度是不同的。即，从自旋反转的时刻到激励的时刻的时间间隔(反转恢复时间)按激励的顺序逐步变长，并且“组织”和“水”的纵向磁化或信号强度也作相应的变化。
其次，RF发送装置发送第二组RF脉冲。第二组包括一个与第一组中的反转RF脉冲频带大体相同的反转RF脉冲。在该反转RF脉冲以后的某些预定时刻，发送激励RF脉冲，以按与上述预定顺序相反的顺序激励多个层面。
与发送这些激励RF脉冲同时通过第一梯度场线圈发送层面选择梯度场脉冲，用以按相反的顺序逐个选择层面。与第一组RF脉冲的情况一样，分别通过第二梯度场线圈发送相位编码梯度场脉冲对回声信号相位编码。读取梯度场脉冲是通过第三梯度场线圈施加到回波信号上的。
上述激励RF脉冲产生的回波信号作为第二组回波信号由RF线圈收集。第二组中的回波信号是从各个层面产生的，并且由于激励RF脉冲激励顺序的不同，“组织”和“水”的信号强度也不同，与第一组中的回波信号那样。反转恢复时间随着激励的顺序而逐步变长，并且“组织”和“水”的纵向磁化或信号强度也作相应的变化。
对于从第一组回波信号得到的第一组数据和从第二组回波信号得到第二组数据，相加装置将与每一层面对应的两个数据相相加，形成一新的数据组。第一组数据是通过按预定顺序激励多个层面而获得的。第二组数据是通过按与预定顺序相反的顺序来激励层面而获得的。例如，在第一组数据中第一层面是首先被激励的层面，而在第二组数据中第一平面却是最后(即第n个)被激励的层面。
因此，每一层面的数据反映的是最长的反转恢复时间和最短的反转恢复时间。通过这一相加步骤，把两个反转恢复时间相加，使之趋近“水”的纵向磁化大体为零的那一时刻的反转恢复时间。例如，具有最短反转恢复时间的数据具有“组织”的正信号强度和“水”的负信号强度。具有最长反转恢复数据的数据具有“组织”的正信号强度和“水”的正信号强度。当将这些数据相加时，“组织”的信号强度保持为正，但“水”的信号强度由于正与负之间的相互抵消而近似为零。
如上所述，通过使激励顺序相反而获得的每一层面的两个数据相加，形成一新的数据组。所有的数据是通过仅仅抑制“水”的信号强度而不降低“组织”的信号强度的方式来校正的。另外，对于所有的数据，将长的和短的反转恢复时间相加，从而使所有相加的反转恢复时间大体相同。通过数据处理装置根据新的数据组而重新产生的多个层面图象具有大体均匀的对比度。
如上所述，第一组RF脉冲按预定顺序激励多个层面，第二组RF脉冲按与预定顺序相反的顺序激励层面。对于从收集到的第一和第二组回波信号得到的第一和第二组数据，将与每一层面对应的两个数据相加，形成一新的数据组。所有的数据均是以仅抑制“水”的信号强度而不降低“组织”的信号强度的方式来校正的。
另外，对于所有的数据，将短的反转恢复时间和长的反转恢复时间相加，从而使所有相加的反转恢复时间大体相同。通过从新的数据组重新产生多个层面图象，层面图象具有大体均匀的对比度。因此，就得到了具有有效对比度的增加了数量的层面图象，以形成抑制了水的T2加权信号。另外，由于将层面非选择脉冲用作反转RF脉冲，本发明有效地避免了由于水流入受激励层面而产生的伪影。
RF发送装置最好可以用来区分第一激励RF脉冲的发送时序和第二激励RF脉冲的发送时序。
第一组和第二组RF脉冲产生的回波信号组在通过各个反转RF脉冲反转以后，根据纵向弛豫曲线回到初始状态。正如人们所知，纵向弛豫曲线按指数方式变化。通过区分第一激励RF脉冲的发送时序和第二激励RF脉冲的发送时序，将第一组和第二组RF脉冲产生的每一层面的数据相加的过程导致“组织”的信号强度增大，并使“水”的信号强度更加接近零。这样就提供了使水更受抑制的T2加权图象。
此外，RF发送装置最好能够发送第一反转RF脉冲和第二反转RF脉冲，这两个脉冲中的每一个均具有将仅包含在每一组层面中的质子自旋反转的频带，这里所说的每一组层面是将多个层面被一预定数除而产生的，对每一组层面均作出脉冲序列。
通过将多个层面被预定数除，从而将一个区域分成多个区域，可以仅在水的纵向弛豫曲线为零的时刻之前和之后施加激励RF脉冲。从而可以在相加，使水的信号强度近似为零时增加数据的个数。这就实现使具有有效对比度层面数的得以增加。
为了描述本发明，附图中描述了当前较多采用的几种形式，然而应当理解，本发明并非仅限于这些结构和手段。
图1是描述层面的示意图，用来描述第一种普通装置；
图2A至图2C是描述FLAIR技术的时序图；
图3描述的是采用FLAIR技术的脉冲序列的时序图；
图4是描述层面的示意图，用来描述第二种普通装置；
图5A至图5C是描述现有技术中脉冲序列的时序图；
图6是按照本发明的MR成象装置的方框图；
图7A至图7E是按照本发明的一部分脉冲序列的时序图；
图8是描述层面的示意图，用来描述本发明；
图9是按照本发明的数据收集过程的流程图；
图10A至图10C是按照本发明的脉冲序列的时序图；
图11A至11B描述的是按预定次序收集的数据信号强度的示意图；
图12A和图12B是接相反次序收集的数据信号强度的示意图；
图13A和13B是相加以后数据信号强度的示意图；
图14A和图14B是经修改的脉冲序列的时序图；
图15是用一反转RF脉冲的改进的层面选择的示意图；
图16是改进的数据收集过程的流程图；以及
图17是另一种改进的数据收集过程的流程图。
下面参见附图，详细描述本发明的较佳实施例。
首先描述图6中的MR成象装置。该装置包括用来形成静磁场的主磁铁1，和用来在静磁场上叠加梯度场的三个梯度场线圈2(即2x，2y，和2z)。三个梯度场线圈2x、2y和2z在由主磁铁1形成的均匀静磁场上叠加用于三个梯度场的脉冲Gp、Gr和Gs，即相位编码梯度场脉冲、读取梯度场脉冲和层面选择梯度场脉冲，每一脉冲具有沿三个正交方向(X、Y和Z)变化的场强。受试者或病人(未图示)位于形成静磁场和梯度场的地方，将RF线圈3附着在受试者身上。
梯度场电源4连接至梯度场线圈2，用来提供电力，产生梯度场Gx、Gy和Gz。梯度场电源4从波形发生器5接收波形信号，以控制梯度场Gx、Gy和Gz的波形。RF线圈3从RF功率放大器6接收RF信号，用RF信号辐照受试者。这一RF信号是由调制器8按照从波形发生器5接收到的波形，对由RF信号发生器7产生的具有预定载波频率的RF信号实施幅度调制得出的。
RF线圈3接收受试者身上产生的NMR信号，并通过前置放大器9将这三个信号发送到相位检波器10。相位检波器10用从RF信号发生器7得到的RF信号作为参考频率，检测接收到的信号的相位。检测结果被输出到一模/数(A/D)转换器11。A/D转换器11还从一取样脉冲发生器12接收取样脉冲，用来将检测结果转换成数字数据。数字数据被提供给主计算机20。
用作相加装置和数据处理装置的主计算机20对数据进行处理，从而重新产生图象，并通过定序器(sequencer)23确定整个序列的时序。即，定序器23在主计算机20的控制下，将时序信号发送到波形发生器5、RF信号发生器7和取样脉冲发生器12，以确定从波形发生器5输出的波形信号的时序、由RF信号发生器7产生的RF信号的时序，以及由取样脉冲发生器12产生的取样脉冲的时序。另外，主计算机20向波形发生器5发送波形信息，以控制用于梯度场Gx、Gy和Gz的脉冲的波形、强度等，并确定从RF线圈3向受试者发送的RF信号的包络。主计算机51还向RF信号发生器7发送一信号，用来控制RF信号的载波频率。这样，主计算机20根据FLAIR技术，控制整个脉冲序列。
上述MR成象装置在计算机20和定序器23的控制下，施加用于三个梯度场Gs、Gr和Gp的RF信号和脉冲，如图7A-7E所示。这些图仅仅给出在后文描述的脉冲序列中的第一组RF脉冲(或第二组RF脉冲)中用来从图8中所示的第一层面#1(或第n层面#n)得到一回波信号的第一RF脉冲。
如图7A所示，施加的反转RF脉冲300用来将由静磁场作用而沿预定方向的所有质子的自旋反转180度。这一反转RF脉冲300具有将如图8中所示包围所有层面#1-#n的区域AE中包含的所有质子自旋反转的频带。用来形成弱场强的层面选择梯度场Gs(图7B中以虚线表示)的脉冲400是可以同时施加的。在这种情况下，调整其强度，从而使反转是针对区域AE进行的。
在从施加了反转RF脉冲300那一刻起经历了预定时间以后，把激励RF脉冲310(因为它使质子的自旋相位旋转了90度，所以也称为90度脉冲)与脉冲401一起施加，用来形成层面选择梯度场Gs(图7B)。脉冲401具有从多个层面中仅仅选择第一层面#1(或第n层面)的频带。在从施加激励RF脉冲310的那一刻起经历了预定时间以后，与脉冲402一起施加再聚焦RF脉冲320(由于它使质子自旋旋转180度，所以也称为180度脉冲)，用来形成仅选择第一层面#1(或第n层面#n)的层面选择梯度场。
上述RF脉冲施加的结果如图7E所示，在经历了回波延迟时间TE那一时刻左右产生一自旋回波，它是激励RF脉冲310和再聚焦RF脉冲320之间的时间间隔的两倍。在产生自旋回波之前，如图7D所示，施加脉冲500，从而形成具有预定强度的相位编码梯度场Gp。随后，施加脉冲600，形成一读取梯度场Gr(图7C)，从而产生与自旋回波同时发生的梯度回波信号S1。在模/数转换以后从该信号取得数据。
下面参见图9中的流程图描述数据收集过程。这里假设形成相位编码梯度场的脉冲具有预定强度。
在步骤S1，施加第一组RF脉冲，用以收集一组回波信号。如图10A所示，第一组RF脉冲是一组包括了一个反转RF脉冲300和脉冲对P1-Pn的脉冲G1，脉冲对P1-Pn中的每一对是由图7A中的激励RF脉冲310和再聚焦RF脉冲320组成的。这些脉冲对P1-Pn是与脉冲401和402一起施加的，用来形成层面选择梯度场Gs(如图7B所示)，从而以图8所示的顺序DF激励第一至第n层面#1-#n。第一组脉冲G1产生回波信号S1-Sn，施加如图7C所示的形成读取梯度场Gr的脉冲600，用以收集从回波信号S1-Sn得到的数据。这样收集到的数据组是第一组数据。
在步骤S2，施加第二组RF脉冲，来收集一组回波信号。如图10A所示，第二组RF脉冲与第一组RF脉冲G1一样是包括有脉冲对P1-Pn的一组脉冲G2。这些脉冲对P1-Pn是按与第一组脉冲G1的顺序相反的顺序(即按脉冲Pn到P1的顺序)来施加的。即，如图8所示，层面是按从第n个层面#n到第一个层面#1的顺序DR激励的，即激励的顺序相反，如图7B所示施加用来形成层面选择梯度场Gs的脉冲401和402。第二组脉冲G2产生回波信号Sn-S1，并施加如图7C中所示的用以形成读取朴度场Gr的脉冲600，用来从回波信号Sn-S1收集数据(即第二组数据)。
步骤S3用来判定上述序列是否已经重复了预定次数，并按照步骤S3的结果使操作分支。即，根据序列是否已经重复了使未图示的k空间填满所必需的次数(例如256次)使操作分支。如果序列还没有重复了预定次数，就执行步骤S4，改变相位编码量，操作回到步骤S1。具体说来，通过改变如图7D所示的脉冲500的强度再次执行步骤S1和S2，形成相位编码梯度场Gp。
如果在步骤S3发现序列已经重复了预定次数，则操作进到步骤S5，将从第一组回波信号S1-Sn得到的数据组(下文中称为第一数据组)和从第二组回波信号Sn-S1得到的数据组(下文中称为第二数据组)相加。具体说来，在第一数据组和第二数据组中，将与每一层面相应的两个数据相加，形成一新的数据组。
下面通过举例，参照图11和12，示意地描述多个层面中的第一层面#1和第n层面#n。图11A和11B示出从第一组RF脉冲G1产生的回波信号得到的第一数据组。图12A和12B示出的是从第二组RF脉冲G2产生的回波信号得到的第二数据组。这里假定水存在于组织之间，并且这些图中的符号ST表示来自“组织”的信号，而符号SW表示来自“水”的信号。
在图10A和10B所示的第一组RF脉冲G1中，第一层面#1是首先被激励的，并具有最短的反转恢复时间TP1，而第n个层面#n是按顺序第n个被激励的，并具有最长的反转恢复时间TPn。在第二组RF脉冲G2中，第n个层面#n是首先激励的，并具有最短的反转恢复时间TPn，而第一个层面#1是以顺序第n个激励的，并具有最长的反转恢复时间TP1。因此，根据图10C中所示的“组织”和“水”的纵向磁化曲线CT和CW，如图11A所示由第一组RF脉冲从第一层面产生的回波信号得到的数据对于“组织”的信号强度ST来说，具有相当小的正值，而对于“水”的信号强度SW来说，具有一负值。由如图11B所示，由第一组RF脉冲G1从第n个层面产生的回波信号得到的数据对于“组织”的信号强度ST来说，具有相当大的正值，而对于“水”的信号强度来说，具有一正值。
另一方面，如图12A所示，由第二组RF脉冲G2从第一层面#1产生的回波信号得到的数据对于“组织”的信号强度ST来说，具有相当大的正值，而对于“水”的信号强度SW来说，具有一正值。如图12B所示，由第二组RF脉冲G2从第n个层面#n产生的回波信号得到的数据对于“组织”的信号强度ST来说，具有正值，而对于“水”的信号强度SW来说，具有负值。
随后，将由第一组RF脉冲G1(图11A)产生的回波信号S1得到的数据和由第二组RF脉冲(图12A产生的回波信号S1得到的数据相加。类似地，将由第一组RF脉冲G1(图11B)产生的回波信号Sn得到的数据和由第二组RF脉冲G2(图12B)产生的回波信号Sn得到的数据相加。这样，把每一层面#1或#n的两个数据相加，形成一新的数据组。除了将每一层面的两个数据相加以外，这一相加处理包括一平均处理过程(如图13A和13B中虚线所示的那样)。这一平均处理抑制了回波信号中的噪声，从而提高了信噪比。这一结果示于图13A和13B中。从图中可以看出，对于第一层面#1(图13A)和第n层面#n(图13B)来说，“组织”的信号强度ST’和“水”的信号强度SW’呈现大体相同的信号强度曲线轮廓。
这是通过将第一组RF脉冲G1和第二组RF脉冲G2的激励顺序颠倒而得到的。对于各层面来说，顺序的颠倒提供了大体相等的总反向恢复时间，因而也提供了大体相等的纵向磁化。再有，水的信号强度SW’受到抑制，用以得到与组织信号强度ST’的差，从而可以重新产生水受抑制的T2加权图象。如上所述，对于其他层面，将数据相加。在步骤S6，根据相加处理以后得到的数据组，重新产生多个层面图象，从而使具有有效对比度层面图象数增加。另外，将层面非选择脉冲用作反转RF脉冲，有效地避免了由于水流受激励层面而产生的伪影。
在对第一组RF脉冲G1和第二组RF脉冲G2中的每一组施加脉冲对P1-Pn时，最好在纵向弛豫曲线CW大体为零时而施加脉冲对之前或之后，施加偶数个脉冲对。即，最好施加总数为奇数的脉冲对。这就在相加过程后的不同层面中，使总的反转恢复时间的均匀性得到提高。
正如人们所知，纵向弛豫曲线CT和CW呈指数变化，而不是呈线性变化的。如图14A和14B所示(图中仅示出了纵向磁化)，第一组RF脉冲G1的施加和第二组RF脉冲G2的施加在时间上是可以错开的。
也就是说，第一组RF脉冲G1中的第一脉冲对P1和第二组RF脉冲G2中的第一脉冲对Pn可以在施加反转RF脉冲300后不同的时刻施加(见图10A)。例如，第二组RF脉冲G2可以在比第一组RF脉冲G1早Δt的时间内施加。这种改变提高了“组织”的信号强度，使“水”的信号强度更接近为零，从而提供了水更加受到抑制的T2加权图象。
除了具有相同的时间错开量Δt以外，脉冲对Pn-P1可以按照指数变化的纵向弛豫曲线取不同的时间错开量。
在前述实施例中，一个区域是由层面非选择脉冲来反转的。该区域可以被划分成选定个数的部分。例如，如图15所示，由层面非选择脉冲反转的区域可以划分成区域AE1(层面#1到#m)和区域AE2(层面#m+1至#n)，对每一区域执行图10A的脉冲顺序。通过如上所述将要反转的区域分成多个区域，可以仅在水纵向弛豫曲线为零的那一时刻之前或之后施加脉冲对。随后，可以增加相加时使水的信号强度近似为零的数据个数。这就实现了使具有有效对比度的层面数的增加。
在前述实施例中，第一组RF脉冲G1是在步骤S1施加的，第二组RF脉冲G2是在步骤S2施加的，且随后在步骤S4改变相位编码量。该处理过程可以如图16所示那样修改。
第一组RF脉冲是在步骤S10施加的，且重复预定次数，在步骤S12改变相位编码量。随后，在步骤13施加第二组RF脉冲，且重复预定次数，在步骤S15改变相位编码量。以这种方法收集回波信号以后，执行步骤S16，以相加数据。这一修改的处理过程与前述实施例一样产生相同的效果。
另外，在前述实施例中，在步骤S5将从第一组回波信号得到的数据组与从第二组回波信号得到的数据组相加，在步骤S6重新产生图像。该处理过程的修改见图17所示。
在步骤S24，根据从第一组回收信号得到的数据组重新产生第一组层面图像，根据从第二组回波信号得到的数据组重新产生第二组层面图像。在步骤S25，把第一和第二组层面图像相加，从而将每一层面的重新产生的图像相加。这一修改的处理过程产生与前述实施例中相同的效果。
在前述脉冲序列中，为了简化描述，在激励RF脉冲310后有一个再聚焦RF脉冲320，以产生一个将梯度回波信号和相互间同时发生的自旋回波信号组合在一起的回波信号。通常，用多个再聚焦RF脉冲来提高速度(快速自旋回波技术)。
也可以只仅仅施加激励RF脉冲310，而不施加再聚焦RF脉冲320，从而产生仅包括梯度回波信号的回波信号。
每一个均包括有激励RF脉冲310和再聚焦RF脉冲320的脉冲对P1-Pn是以相等的时间间隔施加的。在第一组RF脉冲G1和第二组RF脉冲G2的每一组中，考虑到组织和水的纵向磁化，脉冲对P1-Pn可以以不等时间间隔来施加，这样就增大了组织的信号强度，而使水的信号强度近似为零。
在不偏离本发明的精神和基本特征的情况下，可以以其他形式来实施本发明，本发明的保护范围应以后文的权利要求为准，而不是前述的具体描述。

Claims (10)

1.一种采用NMR现象的MR成象方法，其特征在于，它包含下述步骤：
(a)发送包括第一反转RF脉冲和第一激励RF脉冲的第一组RF脉冲，所述第一反转RF脉冲具有将多个层面中包含的质子自旋反转的频带，所述第一激励RF脉冲是在所述第一反转RF脉冲后的预定时刻发送的，用以按预定顺序激励多个层面；
(b)根据所述第一组RF脉冲中所述RF脉冲的发送时序，发送层面选择梯度场脉冲；
(c)分别发送用于对由所述第一激励RF脉冲产生的回波信号进行相位编码的相位编码梯度场脉冲；
(d)将读取梯度场脉冲施加到由所述第一组RF脉冲产生的回波信号上，依次读取和收集第一组回波信号；
(e)发送包括第二反转RF脉冲和第二激励RF脉冲的第二组RF脉冲，所述第二反转RF脉冲具有与所述第一反转RF脉冲大体相同的频带，所述第二激励RF脉冲是在所述第二反转RF脉冲后的预定时刻发送的，用来按与所述预定时序相反的时序激励所述多个层面；
(f)根据所述第二组RF脉冲中的所述RF脉冲的发送时序，发送层面选择梯度场脉冲；
(g)分别发送用于对由所述第二激励RF脉冲产生的相位编码回波信号进行相位编码的相位编码梯度场脉冲；
(h)向所述第二组RF脉冲产生的回波信号施加读取梯度场脉冲，用以依次读取和收集第二组回波信号；
(i)重复步骤(a)至(h)中的脉冲序列预定次数，同时改变在步骤(c)和(g)发送的所述相位编码梯度场脉冲；
(j)将与每一层面相应的两个数据相加，所述数据分别包括在从所述第一组回波信号得到的第一数据组和从所述第二组回波信号得到的第二数据组中，从而形成一新的数据组；以及
(k)根据所述新的数据组，重新产生多个层面图象。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(i)被这样两个步骤替代，一个在步骤(d)以后执行，它重复从(a)至(d)的脉冲序列预定次数，并改变在步骤(c)发送的所述相位编码梯度场脉冲；另一个在步骤(h)以后执行，它重复从步骤(2)至(h)的脉冲序列预定次数，并改变在步骤(g)发送的所述相位编码梯度场脉冲。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用从所述第一组回波信号得到的第一数据组重新产生第一组层面图象和从第二组回波信号得到的第二数据组重新产生第二组层面图象这样一个步骤来取代步骤(j)，以及用将相应于每一层面的两个层面图象相加的步骤来取代步骤(k)，所述层面图象分别包括在所述第一组层面图象和所述第二组层面图象中。
4.一种采用NMR现象的MR成象装置，其特征在于，它包含：
(a)在一成象空间内产生一均匀静磁场的主磁铁；
(b)附装在所述主磁铁上的第一、第二和第三梯度场线圈，用来产生三种类型的梯度场脉冲，即层面选择梯度场脉冲、读取梯度场脉冲和相位编码梯度场脉冲，且其磁场强度沿所述成象空间中三个正交方向变化；
(c)向位于所述成象空间中的受试者发送RF脉冲，并检测所述受试者产生的回波信号的RF线圈；
(d)用来通过所述RF线圈依次发送第一组RF脉冲和第二组RF脉冲的RF发送装置，所述第一组RF脉冲包括第一反转RF脉冲和第一激励RF脉冲，所述第一反转RF脉冲具有将多个层面中包含的质子自旋反转的频带，所述第一激励RF脉冲是在所述第一反转RF脉冲以后的预定时刻发送的，用以按预定顺序激励多个层面；所述第二组RF脉冲包括第二反转RF脉冲和第二激励RF脉冲，所述第二反转RF脉冲具有与所述第一反转RF脉冲大体相同的频带，所述第二激励RF脉冲是在所述第二反转RF脉冲以后的预定时刻发送的，用以按与所述预定顺序相反的顺序激励所述多个层面；
(e)与所述第一、第二和第三梯度场线圈相连的梯度场控制装置，所述装置能够根据从所述RF线圈发送的所述第一组RF脉冲和所述第二组RF脉冲中所述RF脉冲的发送时序，向所述RF脉冲产生的回波信号，通过所述第一梯度场线圈施加层面选择梯度场脉冲、通过所述第二梯度场线圈施加相位编码梯度场脉冲和通过所述第三梯度场线圈施加读取梯度场脉冲，由此形成脉冲序列，所述脉冲序列重复预定次数，同时改变所述相位编码梯度场脉冲；
(f)相加装置，用来通过所述RF线圈，依次读取由所述第一组RF脉冲和所述第二组RF脉冲分别产生的第一组回波信号和第二组回波信号，并将与每一层面相应的数据相加，所述数据分别包括在从所述第一组回波信号得到的第一数据组中和从所述第二组回波信号得到的第二数据组中，从而形成新的数据组；以及
(g)数据处理装置，用来根据所述新的数据组重新产生多个层面图象。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述梯度场控制装置根据从所述RF线圈发送的所述第一组RF脉冲中所述RF脉冲的发送时序，向所述RF脉冲产生的回波信号，通过所述第一梯度场线圈施加层面选择梯度场脉冲，通过所述第二梯度场线圈施加相位编码梯度场脉冲和通过所述第三梯度场线圈施加读取梯度场脉冲，从而形成第一脉冲序列，所述脉冲序列重复预定次数，同时改变所述相位编码梯度场脉冲；所述装置还能够根据从所述RF线圈发送的所述第二组RF脉冲中所述RF脉冲的时序，向所述RF脉冲产生的回波信号，通过所述第一梯度场线圈施加层面选择梯度场脉冲，通过所述第二梯度场线圈施加相位编码梯度场脉冲和通过所述第三梯度场线圈施加读取梯度场线圈，从而形成第二脉冲序列，所述第二脉冲序列重复预定次数，同时改变所述相位编码梯度场脉冲。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述数据处理装置可以通过所述RF线圈，依次收集分别由所述第一组RF脉冲和所述第二组RF脉冲产生的所述第一组回波信号和所述第二组回波信号；根据从所述第一组回波信号得到的第一数据组重新产生第一组层面图象，以及根据从所述第二组回波信号得到的第二数据组重新产生第二组层面图象，并且所述相加装置可以将与每一层面对应的层面图象相加，所述层面图象分别包括在所述第一组层面图象和所述第二组层面图象中。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述RF发送装置可以用来发送所述第一组RF脉冲和所述第二组RF脉冲，每一组包括一个反转RF脉冲每一对具有一个再聚焦RF脉冲的脉冲对。
8.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述RF发送装置可以用来使所述第一激励RF脉冲的发送时序与所述第二激励RF脉冲的发送时序相等。
9.如权利要求4所述的装置，所述RF发送装置可以用来使所述第一激励RF脉冲的发送时序和所述第二激励RF脉冲的发送时序有差异。
10.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述RF发送装置可以用来发送所述第一反转RF脉冲和所述第二反转RF脉冲，每一脉冲具有将仅包含在每一组层面中的质子自旋反转的频带，所述每一组层面是将所述多个层面被一预定的数除得到的，对每一所述层面组都执行所述脉冲序列。
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