CN1286960A - 梯度磁场施加方法和设备以及磁共振成像设备 - Google Patents

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Abstract

为了提供一种用于防止由在观察视场(FOV)外部的磁场引起的人工假像的梯度磁场施加方法和设备,以及使用这种梯度磁场施加设备的磁共振成像设备,在存在梯度磁场的情况下并且在要成像的研究目标内实现原子核自旋的多次射频激发,并且根据由自旋产生的磁共振信号产生一个图像,在第一次射频激发(G90)中至少产生梯度磁场的极性,在下一次射频激发(G180)中梯度磁场的极性和第一次彼此相反。

Description

梯度磁场施加方法和设备以及磁共振成像设备
本发明涉及梯度磁场施加方法和设备以及磁共振成像设备，更加具体地说，本发明涉及在原子核的激发自旋中施加梯度磁场的方法和设备以及使用这种梯度磁场施加设备的磁共振成像设备。
在磁共振成像过程中，在一个要成像的空间中产生磁场梯度，以便可以通过由原子核(如质子)的自旋产生的磁共振信号的频率识别体元的3维位置。磁场梯度的产生包括：产生一个静磁场a，这个静磁场在一个观察视场(FOV)中有一个均匀的磁场强度Bo，如在图1的磁场强度示意图中示例性表示的；施加一个对称的梯度磁场b，一个梯度磁场的方向在FOV的中心的一侧，另一个磁场梯度的方向在与其相对的另一侧；和，通过组合磁场a和b获得一个具有梯度的组合磁场c。为了产生静磁场a，使用超导电磁铁、常温导通电磁铁、永久磁铁、或类似物。为了产生梯度磁场b，使用具有适当的回路形状的一个梯度线圈。
当产生这样一种梯度磁场时，在图1的左部FOV的外部，即在静磁场a和梯度磁场b有相同方向的一侧，形成一个周边区d，在这里组合磁场c具有和FOV内的磁场相同的强度，这是因为由磁铁产生的静磁场a的强度和由梯度线圈产生的梯度磁场b的强度这两者在FOV两侧都减小的缘故。因此，在周边区d产生的磁共振信号的频率和在FOV中产生的磁共振信号的频率相同，由于来自于FOV外部的卷绕导致所得图像中的人工假像(artifacts)。
使用自旋回波技术的磁共振成像企图减小这种人工假像，方法是使梯度磁场G90的强度在90°激发中施加，并且使梯度磁场G180的强度在不同的180°激发中施加，如图2中示例性所示的。梯度磁场G90的周边区d90和梯度磁场G180的周边区d180是彼此不同的，在这些周边区重叠的一个减小的区域dat中产生了将引起人工假像的自旋回波。
然而，虽然通过上述技术，减小了产生引发人工假像自旋回波的区域，但它不能完全消除。因此，减小人工假像的效果仍旧不够好。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于防止由在观察视场(FOV)外部的磁场引起的人工假像的梯度磁场施加方法和设备，以及使用这种梯度磁场施加设备的磁共振成像设备。
按照本发明的第一方面，提供一种梯度磁场施加方法，用于在实现原子核自旋的多次射频激发中施加梯度磁场，该方法包括如下步骤：在第一次射频激发中至少产生梯度磁场的极性，在下一次射频激发中梯度磁场的极性和第一次彼此相反。
按照本发明的第二方面，提供一种梯度磁场施加设备，用于在实施原子核自旋的多次射频激发中施加梯度磁场，该设备在第一次射频激发中至少产生梯度磁场的极性，在下一次射频激发中梯度磁场的极性和第一次彼此相反。
按照本发明的第三方面，提供一种磁共振成像设备，用于在存在梯度磁场的情况下在要成像的研究目标内实现原子核自旋的多次激发，并且根据由自旋产生的磁共振信号产生一个图像，该设备包括梯度磁场施加装置，用于在第一次射频激发中至少产生梯度磁场的极性，在下一次射频激发中梯度磁场的极性和第一次彼此相反。
按照本发明的第四方面，提供一种磁共振成像方法，用于在存在梯度磁场的情况下在要成像的研究目标内实现原子核自旋的多次射频激发，并且根据由自旋产生的磁共振信号产生一个图像，该方法包括如下步骤：在第一次射频激发中至少产生梯度磁场的极性，在下一次射频激发中梯度磁场的极性和第一次彼此相反。
按照本发明，通过在第一次射频激发中至少产生梯度磁场的极性，在下一次射频激发中梯度磁场的极性和第一次彼此相反，消除了在FOV外部产生自旋回波的区域。
因此，本发明可以提供一种用于防止由在观察视场外部的磁场引起的人工假像的梯度磁场施加方法和设备，以及使用这种梯度磁场施加设备的磁共振成像设备。
从下面结合附图说明的本发明的优选实施例的描述，本发明的其它目的和优点都将变得显而易见。
图1表示在磁共振成像设备中的磁场强度的分布图形。
图2表示在常规情况下的磁场强度的分布图形。
图3是按照本发明的一个实施例的设备的方块图。
图4是按照本发明的另一个实施例的设备的方块图。
图5表示由图3或4所示的设备执行的一个示例性的脉冲序列。
图6表示由图3或4所示的设备执行的另一个示例性的脉冲序列。
图7表示图3或4所示的设备中磁场强度的分布图形。
现在参照附图更加详细地描述本发明的几个实施例。图3是一个磁共振成像设备的方块图，它是本发明的一个实施例。这个设备的结构代表按照本发明的设备的一个实施例，该设备的操作代表按照本发明的方法的一个实施例。
如图3所示，本发明的设备有一个磁系统100。磁系统100有一个主磁场线圈部分102，一个梯度线圈部分106，和一个RF(射频)线圈部分108。这些线圈部分有一个大体上圆柱形的外形并且同心地设置。一个要成像的研究对象300静放在一个活动床500上，通过一个运输送装置(未示出)可以将其携带进出磁系统100的内部空间。
主磁场线圈部分102在磁系统100的内部空间产生一个静磁场。静磁场的方向大体上平行于要成像的研究对象300的主体轴方向，即，产生一个所谓的水平磁场。主磁场线圈部分102例如包括一个超导线圈。容易看出，主磁场线圈部分102不限于包括超导线圈，还可以包括普通的线圈或类似物。
梯度线圈部分106产生梯度磁场，使静磁场强度具有梯度。要产生的梯度磁场包括3种类型的磁场：限幅梯度磁场、读出梯度磁场、和相位编码梯度磁场。梯度线圈部分106对应于这3个梯度磁场有3个梯度线圈(未示出)。
RF线圈部分108在静磁场空间内产生高频磁场以激发要成像的研究对象300内的自旋。下面，将要称高频磁场的产生为RF激发信号的发射。RF线圈部分108还接收由激发的自旋产生的电磁波，即磁共振信号。RF线圈部分108有一个发射线圈和一个接收线圈(未示出)。发射线圈和接收线圈可以是同一个线圈，还可以是分开的专用线圈。
梯度线圈部分106与一个梯度驱动部分130相连。由梯度线圈部分106和梯度驱动部分130组成的一个部分是本发明的梯度磁场施加设备的一个实施例。设备的结构代表按照本发明的设备的一个实施例，设备的操作代表按照本发明的方法的一个实施例。由梯度线圈部分106和梯度驱动部分130组成的一个部分是本发明的梯度磁场施加装置的一个实施例。梯度驱动部分130向梯度线圈部分提供驱动信号用于产生梯度磁场。梯度驱动部分130有3个驱动电路(未示出)，对应于梯度线圈部分106中的3个梯度线圈。
RF线圈部分108与RF驱动部分140相连，用于向RF线圈部分108提供驱动信号，以发送RF激发信号，借此激发要成像的研究对象300内自旋。RF线圈部分108还与一个数据获取部分150相连，以收集由RF线圈部分108接收的信号，并且获取这个信号使之成为数字数据。
梯度驱动部分130、RF驱动部分140、和数据获取部分150都与一个控制部分160相连，以控制这些部分130-160。
数据获取部分150的输出连接到一个数据处理部分170。数据处理部分170在一个存储器(未示出)内存储从数据获取部分150收集的数据。在这个存储器中形成一个数据空间，这个数据空间构成一个两维的傅里叶空间。数据处理部分170对于这个两维的傅里叶空间中的数据进行两维的傅里叶逆变换，以便重构要成像的研究对象300的图像。
数据处理部分170连接到控制部分160。数据处理部分170优先于控制部分160并且支配管理这个部分160。数据处理部分170与显示部分180相连，显示部分180显示重构的图像和数据处理部分170的几个信息输出，数据处理部分170还与操作人员操作的一个操作部分190相连，操作部分190还向数据处理部分170输入几个命令、信息、等。
图4是另一个磁共振成像设备的方块图，它是本发明的一个实施例。这个设备的结构代表按照本发明的设备的一个实施例，该设备的操作代表按照本发明的方法的一个实施例。
图4所示的设备有一个和图3所示的设备不同的磁系统100’。除了磁系统100′以外的部件配置方式都和图3所示的设备类似，相似的部分由相似的标号代表，并且省去了对它们的说明。
磁系统100′有一个主磁场线圈部分102′，一个梯度线圈部分106’，和一个RF线圈部分108’。主磁场线圈部分102′，一个梯度线圈部分106’，和一个RF线圈部分108’每个都包括一对具有插入空间的相互面对的对应的线圈。这些线圈部分有一个大体上圆盘形的外形并且共中心轴地设置。一个要成像的研究对象300静放在一个活动床500上，通过一个运输送装置(未示出)可以将其携带进出磁系统100′的内部空间。
主磁场线圈部分102’在磁系统100’的内部空间产生一个静磁场。静磁场的方向大体上垂直于要成像的研究对象300的主体轴方向，即，产生一个所谓的垂直磁场。主磁场线圈部分102’例如包括一个永久磁铁。容易看出，主磁场线圈部分102′不限于包括永久磁铁，还可以包括超导电磁铁或普通的电磁铁或类似物。
梯度线圈部分106′产生梯度磁场，使静磁场强度具有梯度。要产生的梯度磁场包括3种类型的磁场：限幅梯度磁场、读出梯度磁场、和相位编码梯度磁场。梯度线圈部分106’对应于这3个梯度磁场有3个梯度线圈(未示出)。
RF线圈部分108′向静磁场空间发射RF激发信号以激发要成像的研究对象300内的自旋。RF线圈部分108’还接收由激发的自旋产生的磁共振信号。RF线圈部分108’有一个发射线圈和一个接收线圈(未示出)。发射线圈和接收线圈可以是同一个线圈，还可以是分开的专用线圈。
图5表示用于磁共振成像的一个示例性的脉冲序列。所示的脉冲序列是用于自旋回波(SE)技术的脉冲序列。
具体来说，(1)用于SE技术的RF激发的90°和180°的脉冲序列，(2)、(3)、(4)、(5)分别是SE技术的限幅梯度Gs、读出梯度Gr、相位编码梯度Gp、自旋回波MR的脉冲序列。应该注意的是，90°和180°的脉冲是由它们的相应的中心信号表示的。这个脉冲序列沿时间轴t从左向右前进。
如图所示，90°脉冲导致自旋的90°激发。同时，施加一个限幅梯度Gs，以实现某种限幅的选择激发。从这个90°激发开始的一个预定时间后，通过180°的脉冲实现180°激发，或者自旋反向。同时，再一次地施加一个限幅梯度Gs，以实现相同限幅的选择反向。
在限幅梯度Gs中，90°激发的极性和180°激发的极性彼此相反，这和SE技术的常规脉冲序列是不同的。应该注意的是，90°激发的极性可以是正的，并且180°激发的极性可以是负的，如图6所示；这和图5所示的90°激发的负极性并且180°激发的正极性刚好相反。
在90°激发和180°激发之间的时间周期期间，施加读出梯度Gr和相位编码梯度Gp。读出梯度Gr使自旋退相，相位编码梯度Gp给自旋相位编码。
在180°激发后，自旋通过读出梯度Gr重相，从而产生自旋回波MR。自旋回波MR是相对于回波中心有对称波形的一个RF信号。从90°激发开始经TE(回波时间)后发生中心回波。
通过数据获取部分150收集自旋回波MR，以此作为观察数据。在一个TR(重复时间)循环中重复这个脉冲序列128-256次。对于每次重复，相位编码梯度Gp都是变化的，从而每次都能提供不同的相位编码。因而，可以获得128-256次观察的观察数据。
通过施加如图5或6所示的限幅梯度Gs，在相对于FOV的相对的两侧形成周边区d90和周边区d180，周边区d90是通过在90°激发中施加的梯度磁场G90产生的，周边区d180是通过在180°激发中施加的梯度磁场G180产生的。因此，这个区不重叠，在FOV外部的由90°脉冲激发的周边区d90不是由180°脉冲激发的。这就可能防止产生在FOV外部的引起卷绕人工假像的自旋回波。
将通过图5或6的脉冲序列获得的观察数据收集在数据处理部分170的存储器中。容易看出，这个脉冲序列不限于SE技术，可以用于任何其它适合的技术，如快速自旋回波(FSE)技术。
数据处理部分170对于观察数据进行两维的傅里叶逆变换，以重构研究对象300的层析X射线照相的图像。由于在FOV外部不产生自旋回波，所以重构的图像不包含人工假像。于是，通过显示部分180显示出质量好的重构图像，使之成为一个可见的图像。
虽然针对由90°激发和180°激发的组合实现RF激发的情况进行了上述的描述，但容易看出，RF激发不限于此，它可以由任选的两个角度α°和β°的激发的组合或者多个角度α°激发的组合来实现。
在不偏离本发明的构思和范围的条件下可以构成本发明的许多相差很大的实施例。应该理解，本发明不限于在说明书中描述的特定的实施例，本发明只由所附的权利要求书限定。

Claims (12)

1、一种梯度磁场施加方法，用于在实现原子核自旋的多次射频激发中施加梯度磁场，该方法包括如下步骤：
至少使在第一次射频激发中的梯度磁场的极性和在下一次射频激发中梯度磁场的极性彼此相反。
2、权利要求1的梯度磁场施加方法，其特征在于：所说的多次射频激发包括在按照自旋回波技术的一个脉冲序列中。
3、权利要求1的梯度磁场施加方法，其特征在于：所说第一次射频激发是90°激发，所说下一次射频激发是180°激发。
4、一种磁共振成像方法，用于在存在梯度磁场的情况下在要成像的研究目标内实现原子核自旋的多次射频激发，并且根据由所说自旋产生的磁共振信号产生一个图像，所说方法包括如下步骤：
使至少在第一次射频激发中的梯度磁场的极性和在下一次射频激发中梯度磁场的极性彼此相反。
5、权利要求4的磁共振成像方法，其特征在于：所说的多次射频激发包括在按照自旋回波技术的一个脉冲序列中。
6、权利要求4的磁共振成像方法，其特征在于：所说第一次射频激发是90°激发，所说下一次射频激发是180°激发。
7、用于在实施原子核自旋的多次射频激发中施加梯度磁场的梯度磁场施加设备，该设备使至少第一次射频激发中梯度磁场的极性和在下一次射频激发中梯度磁场的极性彼此相反。
8、权利要求7的梯度磁场施加设备，其特征在于：所说的多次射频激发包括在按照自旋回波技术的一个脉冲序列中。
9、权利要求7的梯度磁场施加设备，其特征在于：所说第一次射频激发是90°激发，所说下一次射频激发是180°激发。
10、一种磁共振成像设备，用于在存在梯度磁场的情况下在要成像的研究目标内实现原子核自旋的多次激发，并且根据由自旋产生的磁共振信号产生一个图像，所说设备包括：
梯度磁场施加装置，用于在第一次射频激发中至少产生梯度磁场的极性，在下一次射频激发中梯度磁场的极性和第一次彼此相反。
11、权利要求10的磁共振成像设备，其特征在于：所说的多次射频激发包括在按照自旋回波技术的一个脉冲序列中。
12、权利要求10的磁共振成像设备，其特征在于：所说第一次射频激发是90°激发，所说下一次射频激发是180°激发。
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