CN1238935A - 磁共振成像方法和装置 - Google Patents

Abstract

当依据快速自旋回波技术在脉冲序列中应用流动补偿脉冲时，为防止图像质量下降，在由fcrdep和fcrrep组成的流动补偿脉冲加入到一脉冲序列中的读出梯度之前立即应用一种反向脉冲之前将一种由gzfcf和gzmfcf构成的双极性脉冲加入到限幅梯度中，由此给予一等于由fcrdep和fcrrep组成的流动补偿脉冲引起的非线性相移的相移。

Description

磁共振成像方法和装置

本发明涉及一种磁共振(MR)成像的方法和装置，当使用流动补偿脉冲(flow compensating pulse)时该方法和装置能够防止图像质量下降。

常规的快速自旋回波技术(fast spin echo technique)包括在读出梯度(readgradient)中加入由fcrdep和fcrrep组成的流动补偿脉冲的脉冲序列。通过在读出梯度中加入由fcrdep和fcrrep组成的流动补偿脉冲，可以避免由流动自旋(flowing spins)引起的图像质量下降(流动补偿)。

加入由fcrdep和fcrrep组成的流动补偿脉冲可能引起虚像。在使用1.5T量级的强磁场或0.5T量级的介质磁场的系统中，虚像引起的图像质量的下降可以可忽视而不会引起严重的问题。

然而，在使用0.2T量级的弱磁场的系统中，虚像很讨厌因为它使图像的质量严重地下降。

本发明的一个目的为提供一种磁共振成像的方法和装置，当使用流动补偿脉冲时该方法和装置能够防止图像质量下降。

依据第一方面，本发明提供一种磁共振成像的方法，其中：根据快速自旋回波技术将一种流动补偿脉冲加入到脉冲序列的读出梯度中；并且在流动补偿脉冲之前立即应用一种反向脉冲之前就将一种双极性脉冲加入到限幅梯度(silce gradient)中，以便给予一个等于由流动补偿脉冲引起的非线性相移的相移。

加入流动补偿脉冲产生虚像的原因是由于在编码轴线上出现的非线性的空间相位变换。

具体地说，当一个主磁场表示为B₀时，在X、Y和Z方向的线性梯度磁场分别表示为G_x、G_y和G_z，点(x，y，z)在某一时(t)的磁场B_z(x，y，z，t)能够理论地由下述方程式给出：

B_z(x，y，z，t)＝B₀＋G_x(t)·x＋G_y(t)·y＋G_z(t)·z               (1)

事实上，该磁场还包含一如下的附加项B_M(x，y，z，t)，以满足麦克斯伟方程式：

B_z(x，y，z，t)＝B₀＋G_x(t)·x＋G_y(t)·y＋G_z(t)·z＋B_M(x，y，z，t)(2)

该附加项B_M(x，y，z，t)被称为“麦克斯伟项”并由下式给出：

B_M(x，y，z，t)＝(1/2B₀)[(G_x ²＋G_y ²)z²＋G_z ²{(x²＋y²)/4}

                         －G_xG_yxz－G_xG_yyz]，    (3)

其中主磁场方向是Z方向。

从上述方程式中可以看出，出现非线性相移是因为麦克斯伟项B_M(x，y，z，t)包含了x、y和z的二次项以及交叉项xz和yz。

在弱磁场系统中，麦克斯伟项相对于主磁场B₀有较大的权重，因此其作用增大。

此外，在快速自旋回波技术中使由fcrdep和fcrrep组成的流动补偿脉冲的时间宽度尽可能地短和幅值尽可能地较大以便减少回波间隔(反相脉冲之间的时间间隔)。因为麦克斯伟项包含一与梯度脉冲的幅值的平方成比例的项，那么由fcrdep和fcrrep组成的流动补偿脉冲使麦克斯伟项产生的作用就变得更大。

因此，在弱磁场系统中根据快速自旋回波技术加入流动补偿脉冲由非线性相移引起的图像质量下降在传输磁共振成像中由于太严重而不能忽略。

为消除由于麦克斯伟项引起的相移，可以有意地产生并应用一种与麦克斯伟项相同幅值并反向相位的相移。然而，这又会导致下述困难：

(1)当应用读出梯度有意地产生具有与麦克斯伟项相同幅值并反向相位

   的相移时，难以不给自旋流一个不必要的相位；和

(2)因为在麦克斯伟项中的二次项引起的相移总是为正值，必需应用一

   个反相脉冲来反向以使它具有一个反相相位。

为此，在上面描述的作为第一方面的磁共振成像方法中应用双极性脉冲在限幅梯度中而不是读出梯度中。这就能够防止在读出方向的自旋流具有一个不必要的相位。此外，在流动补偿脉冲之前立即应用一种反向脉冲之前就加入一种双极性脉冲。通过这种方法，可以由双极性脉冲引入具有与由流动补偿脉冲引起的相移相反相位的相移。更进一步，使双极性脉冲给予一种等于由流动补偿脉冲引起的非线性相移的相移。这整个过程中就消除了由流动补偿脉冲引起的非线性相移，由此防止了当使用流动补偿脉冲时图像质量下降。

依据第二方面，本发明提供一种磁共振成像装置，包括：脉冲序列产生装置，用以产生脉冲序列，该脉冲序列根据快速自旋回波技术在脉冲序列的读出梯度中加入一种流动补偿脉冲，并且在流动补偿脉冲之前立即应用一种反向脉冲之前将一种双极性脉冲加入到限幅梯度中，以便给予一等于由流动补偿脉冲引起的非线性相移的相移；数据采集装置，用以执行所产生的脉冲序列以采集数据；和图像生成装置，用以从所采集的数据中重建图像。

如上描述的作为第二方面的磁共振成像装置适宜应用作为第一方面的磁共振成像方法，并且根据快速自旋回波技术加入流动补偿脉冲的磁共振成像能够在弱的磁场中传导而不降低图像质量。

依据本发明的磁共振成像方法和装置能够防止由流动补偿脉冲引起的非线性相移造成的图像质量下降。

本发明的更进一步目的和优点可以从下面对本发明的优选实施例(如附图中所示)的描述中明显看到。

图1所示为依据本发明的一个实施例的磁共振成像装置的方块图。

图2所示为在图1中所示的磁共振成像装置中的麦克斯伟项校正脉冲序列产生过程的流程图。

图3图示了表示流动补偿脉冲的幅值和时间宽度的符号的含义。

图4所示为一种校正脉冲的波形。

图5所示为依据本发明的一种脉冲序列的一个例子。

图6所示为用于观测校正脉冲的效果的一种脉冲序列的一个例子。

现在参考在附图中所示的优选实施例对本发明作更详细的描述。

图1所示为依据本发明的一个实施例的磁共振成像装置的方块图。

在磁共振成像装置100中，磁组件1有一空隙(孔)，有一物体插入在该空隙中。围绕该空隙放置了：一永久磁体1p，用以施加一恒定的主磁场到该物体上；一梯度磁场线圈1g，用以产生梯度磁场作为限幅、读出和编码梯度；一发射线圈1t，用以应用RF脉冲在物体的原子核内，以激发或反转自旋；一接收线圈1r，用以检测从该物体来的一NMR信号。梯度磁场线圈1g、发射线圈1t和接收线圈1r分别与梯度磁场驱动电路3、RF功率放大器4和前置放大器5相连。

根据所存储的、来自计算机7的脉冲序列，序列存储电路8操作梯度磁场驱动电路3在磁组件1中从梯度磁场线圈1g产生梯度磁场。序列存储电路8还操作一门调制电路9，以将一来自RF振荡电路10的载波输出信号调制成具有一预定时限和包络线形状的类脉冲信号。将类脉冲信号输送到RF功率放大器4作为RF脉冲并在RF功率放大器4中进行功率放大。然后将功率放大信号加到在磁组件中的发射线圈1t，以有选择地激励一成像区域。

前置放大器5放大从在磁组件1中的接收线圈1r中的物体上检测到的NMR信号并将该信号提供给相位检测器12。通过应用来自RF振荡电路10的载波输出信号作为参考信号，相位检测器12对由前置放大器5提供的NMR信号进行相位检测，并将NMR信号输出到A/D(模拟-数字)转换器11。A/D转换器11将所检测到的相位模拟信号转换成数字信号并输出到计算机7。

计算机7从A/D转换器11读出数据并进行图像重建操作，以生成成像区域的图像。图像显示在显示器装置6上。计算机7还进行总的控制，包括：接收从操作员控制台13输入的信息，此外计算机7还根据操作员输入的指令产生一脉冲序列并将该脉冲序列输出到序列存储电路8。因此，计算机7同脉冲序列产生装置相适应，整个系统同序列执行装置相适应，计算机7还同图像生成装置相适应。

图2所示为在计算机7中执行的非线性相移校正脉冲序列产生过程的流程图。依据在读出方向加入流动补偿脉冲的快速自旋回波技术在脉冲序列产生后执行该过程。

在步骤S1中，由fcrdep和fcrrep组成的流动补偿脉冲引起的非线性相移量φ_e-FCf可依据下式计算： ${\mathrm{\φ}}_{e\_\mathrm{FCf}}\left(z\right)=(1/{2B}_0){\∫}_0^w\mathrm{\γ}{G}_x{\left(t\right)}^2\mathrm{dt}\·z^2$ ＝(1/2B₀){maf(a_gxl，pw_gxl，pw_gxla，pw_gxld)＋maf(a_gxw，pw_gxw，pw_gxwa，pw_gxwd)＋maf(a_gxr，pw_gxr，pw_gxra，pw_gxrd)}·z²，    (4)其中，

maf(g，mid，r_a，r_d)＝(1/3)g²r_a＋g²mid＋(1/3)g²r_d，其中限幅梯度是在Y方向，读出梯度是在X方向，编码梯度是在Z方向，表示读出梯度的脉冲宽度和脉冲幅值的符号在图3中定义。

在步骤S2中，计算由gzfcf和gzmfcf组成的校正脉冲，该脉冲满足下面的等式。换句话说，计算在图4中所示的校正脉冲gzfcf的脉冲宽度和脉冲幅值以使之满足下述等式。因此，由gzfcf和gzmfcf组成的校正脉冲形成一种双极性脉冲。 ${\mathrm{\φ}}_c\left(z\right)=(1/2B_0){\∫}_0^w(\mathrm{gzfc}{f}_i{\left(t\right)}^2+\mathrm{gzmfcf}{\left(t\right)}^2)\·\mathrm{dt}\·z^2-----\left(5\right)$ φ_{e_FCf}(z)＝φ_c(z)

在步骤S3中，产生脉冲序列，并依据快速自旋回波技术在读出梯度中加入由fcrdep和fcrrep组成的流动补偿脉冲，该脉冲序列将由gzfcf和gzmfcf组成的校正脉冲加入到上述脉冲序列。然后该过程结束。

图5示例性地给出产生脉冲序列。

必须注意的是所示的脉冲序列加入了校正脉冲gzmfcf，作为限幅选择性脉冲sselect的前部分的整个部分。

依据磁共振成像装置100，由gzfcf和gzmfcf组成的校正脉冲引起的非线性相移被其后的每个180度脉冲rf21、rf22、rf23…反相，并被反相地加入到由fcrdep和fcrrep构成的流动补偿脉冲引起的非线性相移中，由此消除非线性相移，提高图像质量。

图6所示为用于观测由gzfcf和gzmfcf组成的校正脉冲效果的脉冲序列。

通过应用脉冲序列观测表明，当加入由gzfcf和gzmfcf组成的校正脉冲时，z的二次项在相位改变中没有出现。另一方面，当不加入由gzfcf和gzmfcf组成的校正脉冲时，如在方程式(4)中的z的二次项出现在相位改变中。

在不脱离本发明的精神和范畴情况下，可以构造出许多极不相同的实施例。必需理解的是，除在权利要求中所定义的之外，本发明并不限定于说明书中的特定的实施例。

Claims (2)

1.一种磁共振成像的方法，其中：根据快速自旋回波技术将一种流动补偿脉冲加入到脉冲序列的读出梯度中；在流动补偿脉冲之前立即应用一种反向脉冲之前将一种双极性脉冲加入到限幅梯度中，以便给予一等于由流动补偿脉冲引起的非线性相移的相移。

2.一种磁共振成像装置，包括：

脉冲序列产生装置，用以产生脉冲序列，该脉冲序列根据快速自旋回波技术在脉冲序列的读出梯度中加入一种流动补偿脉冲，并且在流动补偿脉冲之前立即应用一种反向脉冲之前将一种双极性脉冲加入到限幅梯度中，以便给予一等于由流动补偿脉冲引起的非线性相移的相移；

数据采集装置，用以执行所产生的脉冲序列以采集数据；和

图像生成装置，用以从所采集的数据中重建图像。

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