CN1421179A - 双回波序列以及用于实现该双回波序列的磁共振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有一个梯度回波和一个自旋回波的双回波序列，其中，对该梯度回波至少在一个方向上实施液体补偿。

Description

双回波序列以及用于实现 该双回波序列的磁共振装置
技术领域
本发明涉及一种双回波序列以及用于实现这种双回波序列的磁共振装置。
背景技术
磁共振技术是一种获取检查对象体内图像的公知技术。其中，在磁共振装置中由基本磁场磁铁系统产生的稳定的基本磁场与快速关断的梯度磁场相迭加。此外，磁共振装置还包括一个高频系统，它为了激发磁共振信号将高频信号射入检查对象，并接收所激发的磁共振信号，在此基础上产生磁共振图像。
磁共振装置的图像拍摄操作是由在磁共振装置的中央控制系统中运行的序列进行控制的，因此可以用定义的场强将梯度磁场适时关断、使高频信号适时且以所定义的形式被发送并适时接收磁共振信号。
在磁共振技术中公知的有多种不同的序列，其中，可以利用不同的序列产生具有不同图像特性的磁共振图像。其中，常用于矫形外科(例如用于产生患者膝部图像)的有包括一个梯度回波和一个自旋回波的双回波序列，并用缩写DESS(Double Echo Steady State，双回波稳态)表示。关于双回波序列的详细描述例如在EP 0288 861 A1和H.Bruder等的文章“ANew Steady-State Imaging Sequence for Simultaneous Acquisition of Two MRImages with Clearly Different Contrasts”，Magnetic Resonance in Medicine 7(1988)，Seiten 35-42(“用于同时获取两个对比度完全不同的磁共振图像的新稳态图像序列”，医学中的磁共振7(1988)，第35-42页)中有所描述。
双回波序列是一个再聚焦梯度回波序列(用缩写FISP(Fast Imagingwith Steady State Precision，稳态精度快速成像)表示)和一个自旋回波序列(基于每个高频信号再聚焦的部分作用使用自旋回波并用缩写PSIF表示的序列，其中，PSIF是将FISP的字母顺序倒置得到的，因为PSIF序列的高频信号图和梯度图约是反向实施的FISP序列)的组合。在梯度序列中FISP序列相比之下具有强磁共振信号的优点，因为在平衡状态下将纵向磁化和横向磁化都用于成像。利用FISP序列可以产生主要为T1/T2对比度的磁共振图像。此外，利用PSIF序列产生的磁共振图像具有强T2加权。在此，该双回波序列产生两个例如三维数组，其中，每个数组分别属于梯度回波或自旋回波。两个数组的组合产生一个相应的数组，并由此产生一个双回波序列的磁共振图像。
在E.M.Haacke等人的“A Comprehensive Technical Review of Short TR，Fast，Magnetic Resonance Imaging”，Reviews of Magnetic Resonance inMedicine，Vol.3，No.2，1991，Seiten 53-170(“对短TR、快速磁共振成像的全面技术回顾”，医学中的磁共振观察，卷3，第二期，1991，第53～170页)文章中，对PSIF序列(在该文章中用缩写CE-ROASS(Contrast EnhancedResonant Offset Averaging in the Steady State，稳态下对比度增强的共振补偿平均)表示)进行了描述，至少一个在拍摄图像时待成像区域的流动的子区域(例如流动缓慢的血)可以经历这样的强相移，该子区域对于磁共振图像不提供信号。
此外，公知的是，对于一个出现液体(例如动脉血流)的待成像区域，在其所属的磁共振图像中可能出现一系列的虚像。其中，两个最突出的效应是，由于图像元素内各自旋相位不连贯的相加而造成的磁共振信号的衰减，以及由于在心脏跳动周期内脉动的血流所产生的一系列重复影像。由于这两种效应与使用梯度场的第一时间上的磁矩(Moment)相关，因此可以通过液体补偿(Flusskompensation)来降低上述虚像，其中，将该第一磁矩置为0。其中，在层选择编码方向和频率编码方向上例如用三重梯度脉冲来代替双极梯度脉冲。为此，在相位编码方向上例如通过一个双极梯度脉冲设置一个单极梯度脉冲。在层选择编码梯度和频率编码梯度之间对液体补偿的不同的原因一方面是由于相位编码梯度，另一方面是由于相位编码的实施最终造成一个零磁矩，而频率编码和层选择却相反不是这样实现的，且因此双极梯度脉冲不具备液体补偿功能。上述液体补偿在文献中也被称为梯度-磁矩-再相位化(Gradienten-Moment-Rephasierung)、梯度-移动-再聚焦(Gradienten-Moment-Refokussierung)  或梯度-磁矩-抵消(Gradienten-Moment-Aufhebung)。上述对液体补偿的描述例如在L.R.Frank等人的文章“Elimination of Oblique Flow Artifacts in MagneticResonance Imaging”，Magnetic Resonance in Medicine 25(1992)，Seiten299-307(“消除磁共振图像中的倾斜流虚像”，医学中的磁共振25(1992)，第299～307页)中有详细的论述。此外，对于液体补偿的题目还可从G A.Laub等人的文章“MR Angiography with Gradient Motion Refocusing”，JournalofComputer Assisted Tomography 12(3)，1988，Seiten 377-382(“利用梯度移动再聚焦的磁共振血管造影”，计算机辅助断层造影期刊12(3)，1988，第377～382页)中得到启示。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种改进的、具有一个梯度回波和一个自旋回波的双回波序列以及一种用于实现这种双回波序列的磁共振装置，以便以尽可能低的序列复杂度产生对液体现象的高不敏感性。
上述技术问题按照本发明是通过一种具有一个梯度回波和一个自旋回波的双回波序列来解决的，其中，对该梯度回波至少在一个方向上进行液体补偿。
按照本发明的一种扩展设计，所述液体补偿在一个读出方向上进行。
按照本发明的另一种扩展设计，所述液体补偿在层选择方向上进行。
按照本发明的又一种扩展设计，所述液体补偿包括一个从脉冲到脉冲符号反向的三重梯度脉冲。
按照本发明的再一种扩展设计，所述液体补偿在相位编码方向上进行。
按照本发明的进一步设计，所述液体补偿包括一个双极梯度脉冲。
上述技术问题按照本发明还通过一种具有能实现上述双回波序列的部件的磁共振装置来解决。这种磁共振装置设计成用于矫形外科。
在有目的地利用E.M.Haacke等人所描述的作用的情况下，即在有强脉动液体的位置上磁化几乎将自旋回波完全破坏，因此在这些位置上对自旋回波没有虚像成分产生并最终被传送给双回波序列的磁共振图像，如果只对梯度回波实现对运动进行补偿的梯度电路，则可以具有优点的方式在梯度图不清的情况下实现相对于液体的出现的高不敏感性。相反，对自旋回波的液体补偿在敏感或较敏感的情况下会造成明显复杂的梯度图，而这由于测量时间较长和能量转换较高会在梯度系统中产生负面作用。
附图说明
通过下面结合附图对实施方式的描述，本发明的其他优点、特征和细节将更加清楚。附图为：
图1为一个磁共振装置的示意图；
图2为用于在读出方向上进行液体补偿时产生三维数组的双回波序列的高频信号图和梯度图；
图3为用于在所有三个方向上进行液体补偿时产生三维数组的双回波序列的高频信号图和梯度图；以及
图4为用于在选择层的方向上和读出方向上进行液体补偿时产生二维数组的双回波序列的高频信号图和梯度图。
具体实施方式
图1示出了一个磁共振装置的示意图。其中，该磁共振装置包括一个用于产生基本磁场的基本磁场磁铁系统11，和用于产生梯度磁场的梯度线圈系统12。此外，该磁共振装置还包括一个天线系统14，用于向检查对象发射高频信号以激发磁共振信号，并接收被激发的磁共振信号。此外，该磁共振装置还包括一个可移动的躺卧装置15，检查对象、例如待检查的患者19可以躺在上面。
为了基于一个序列控制梯度线圈系统12中的电流，将该梯度线圈系统12与一个中央控制系统16相连接。为了按照该序列控制射出的高频信号以及对天线系统14接收的磁共振信号进行进一步处理和存储，该天线系统14同样与该中央控制系统16相连接。为了控制躺卧装置15的移动，例如将患者19的膝盖作为待成像部位定位在磁共振装置的成像空间18中，则该躺卧装置15也相应地与中央控制系统16相连接。该中央控制系统16与一个显示和操作装置17相连接，通过操作人员的输入，将例如所期望的序列类型和序列参数输入到该中央控制系统16。此外，在该显示和操作装置17上还显示所产生的磁共振图像。
图2作为本发明的实施方式示出了只在读出方向R上进行液体补偿时产生三维数组的双回波序列的高频信号图和梯度图。为了说明该双回波序列将借助于图1所示的磁共振装置举例说明。
对于双回波序列的高频信号图和梯度图，将同时用在第一相位编码方向S上接通的梯度脉冲GV1由天线系统14向检查对象内发射第一高频信号α+。该梯度脉冲GV1的任务是，以相应的体积或厚度为高频信号α+的激励作用选择其它位置待分辨的层，例如患者19膝盖的一个区域。
然后在读出方向R上接通一个包括梯度脉冲GR1、GR2和GR3的三重梯度脉冲。在梯度脉冲GR3期间，天线系统14在用粗线标出的持续时间内对一个梯度回波信号S+进行采集，并将其记录进存储在中央控制系统16中的第一数组。其中，该三重梯度脉冲发挥着构成梯度回波信号S+的作用和对在读出方向R上出现的液体现象进行液体补偿的作用，以便避免在该数组所属的图像中出现虚像。
在梯度脉冲GR1和GR2持续时间内，为进行相位编码，在第一相位编码方向S上接通一个梯度脉冲GS1，以及在第二相位编码方向P上接通一个梯度脉冲GP1，以实现对待成像区域的相应的三维位置分辨。
在梯度脉冲GR3之后，为了采集一个自旋回波信号S-，接通另一个梯度脉冲GR5。其中，该自旋回波信号S-由一个图中未示出的、在该高频信号α+前发出的高频激励产生，该高频激励所激励的磁共振信号通过该高频信号α+被相应地再聚焦。在梯度脉冲GR5期间该自旋回波信号S-在也用粗线标出的持续时间内由天线系统14进行采集，并被记录进同样存储在中央控制系统16中的第二数组。在实际中，为简单起见，通过引入梯度时间平面GR4作为一个梯度脉冲来接通梯度脉冲GR3和GR5。
在对自旋回波信号S-的采集结束后，为了进行完整的再聚焦在第一相位编码方向S上接通梯度脉冲GS2，在读出方向R上接通梯度脉冲GR6，并在第二相位编码方向P上接通梯度脉冲GP2。
上述在重复时间TR中运行的图形然后将不断重复，直至为所有选出的三维位置分辨率都采集了测量数据，其中，从一次重复到另一次重复，梯度脉冲GS1和GP1与属于其的、将再聚焦的梯度脉冲GS2和GP2将关于其梯度强度加1或减1。此外，从一次重复到另一次重复，高频信号将改变符号，由此使图2中所示的高频信号α-相对于时间上在其前面的高频信号α+有180°的相移。在此，在发送该高频信号α-期间接通的梯度脉冲GV2相当于发送该高频信号α+期间接通的梯度脉冲GV1。
依据其第一数组由梯度回波信号S+的测量数据产生，第二数组由自旋回波信号S-的测量数据产生的完全充满数据的三维数组，属于双回波序列的数组进行组合，以便最终能将所属的磁共振图像显示在显示和操作装置17上。
图3作为本发明的另一种实施方式示出了用于在所有三个方向上进行液体补偿时产生三维数组的双回波序列的高频信号图和梯度图。相对于图2所示的高频信号图和梯度图，为了进行完全的液体补偿还在两个相位编码方向S和P上附加地使用了梯度脉冲GS0和GP0。由此而产生的包含梯度脉冲GS0和GP0的双极梯度脉冲在第一相位编码方向S上梯度回波信号S+达到最大值的时刻实现一次液体补偿。在第二相位编码方向P上也同样如此。其它方面则相应于图2所描述的情形。
图4作为本发明另一种实施方式的示图示出了用于在选择层的方向Z上和读出方向R上进行液体补偿时产生二维数组的双回波序列的高频信号图和梯度图。相对于图2所示的高频信号图和梯度图在图4中在第一相位编码方向S的位置上是层选择方向Z，在第二相位编码方向P的位置上是唯一的相位编码方向X。其中，在图2中对第二相位编码方向P以及其梯度脉冲GP1和GP2的描述也适用于图4中的相位编码方向X以及其梯度脉冲GX1和GX2。图2中对其它部分的描述也适用于图4中的相应部分。
在图4所示的高频信号图和梯度图中，在层选择方向Z上同时用一个层选择梯度脉冲GZ1发送一个第一高频信号α+’以激励一个相应的层。紧接在该梯度脉冲GZ1后接通的是梯度脉冲GZ2和GZ3。其中，梯度脉冲GZ1、GZ2和GZ3构成了一个三重梯度脉冲，其在层选择方向Z上进行相应的液体补偿。在信号采集结束之后，在层选择方向Z上为再聚焦接通一个梯度脉冲GZ4。
在重复以重复时间TR运行的图形时，为了采集相应于图2所示的层的所有数据，从一次重复到另一次重复，高频信号将改变符号，由此使图4中所示的高频信号α-’相对于时间上在其前面的高频信号α+’有180°的相移。在此，在发送该高频信号α-’期间接通的梯度脉冲GZ1’相当于发送该高频信号α+’期间接通的梯度脉冲GZ1。
图4所示的图形还可为其它层、例如与上述层相邻的层重复。相对于图2中对产生三维数组的描述，在此可以根本不记录属于该三维数组的边缘区域且例如未被用于诊断中的层记录，以缩短测量时间。此外，相应于图4所示的按层记录相对于相应于图2所示的产生三维数组具有较少的由相位编码造成的虚像。
在另一种实施方式中，图4所示的图形也类似于图3的图形是在相位编码方向X上进行液体补偿。
在又一种实施方式中，代替图4所示的、在相位编码方向X上将梯度脉冲GX1和GX2从最小值到最大值或相反的级方式接通的线性相位编码的是，使用中心相位编码。在中心相位编码中，按照一个或多个制备高频信号，由于一个第一高频信号(例如高频信号α+’)以及一个在相位编码方向X上、具有相应于相位编码级高的梯度脉冲，对磁共振信号进行采集，利用该磁共振信号来填充属于该数组的k空间矩阵的中心行。在随后的重复中，以相应于符号反向级高、相应于双重级高、相应于双重符号反向级高、三重级高等高度的梯度脉冲填充其它行。这样做是具有优点的，因为由此可以记录尽可能大的横向磁化以及首先记录k空间矩阵中心行的较大信号强度，这些是确定图像对比度常用的。在若干次重复之后，纵向磁化起振到一个动态平衡值上，在此期间其它行被填充。

Claims (8)

1.一种具有一个梯度回波和一个自旋回波的双回波序列，其特征在于：对该梯度回波至少在一个方向上实施液体补偿。
2.根据权利要求1所述的双回波序列，其中，所述液体补偿在一个读出方向上进行。
3.根据权利要求1或2所述的双回波序列，其中，所述液体补偿在层选择方向上进行。
4.根据权利要求2或3所述的双回波序列，其中，所述液体补偿包括一个从一个脉冲到另一个脉冲交替转换符号的三重梯度脉冲。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的双回波序列，其中，所述液体补偿在相位编码方向上进行。
6.根据权利要求5所述的双回波序列，其中，所述液体补偿包括一个双极梯度脉冲。
7.一种磁共振装置，其具有实现上述权利要求1至6中任一项所述的双回波序列的部件。
8.根据权利要求7所述的双回波序列，其中，所述磁共振装置设计成用于矫形外科。
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