CN1573351A - 用于运行磁共振设备的稳态脉冲序列以及磁共振设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行磁共振设备的稳态脉冲序列以及磁共振设备。为了减少在检查对象(1)中、感兴趣的断层(33)以外的磁化，在一个磁共振设备(M)的稳态脉冲序列中，交替地向检查对象(1)辐射一个起到对感兴趣的断层(33)进行选择作用的HF脉冲(S_α－)和一个不起到对感兴趣的断层(33)进行选择作用的HF脉冲(N_α+)。

Description

用于运行磁共振设备的稳态脉冲序列以及磁共振设备

技术领域

本发明涉及一种用于运行磁共振设备的稳态脉冲序列。此外，本发明涉及一种磁共振设备，其具有HF脉冲序列单元、断层选择梯度和读出梯度。

背景技术

快速成像方法通过极大地减少在相互跟随的拍摄周期之间的重复时间，使得在大大缩短的时间间隔中进行磁共振检查。这些方法是基于借助于稳态脉冲序列(例如应用梯度回波)对检查对象(纵向和横向)磁化的动态平衡。在此，在每个HF脉冲之后磁化又取得同一个值，也就是说，在一个确定的起振持续时间之后产生一种所谓的稳态信号(平衡信号)。该平衡建立的机制例如在“Bildgebende Systeme fuer medizinische Diagnostik”，H.Momeburg，(1995)Publicis MCD出版社出版的第6.1.8章中进行了解释。

磁化的平衡在一个HF脉冲序列之后利用重复时间TR的一个脉冲间隔实现，该HF脉冲序列使自旋系统的磁化从其沿基本磁铁磁场(Z方向)的取齐偏转一个角度α。在此，重复时间TR不允许磁化的完全驰豫。不过，这种小的偏转角已经引起相当大的、导致对应高信号强度的横向磁化。

不同的成像方法是借助于不同的稳态脉冲序列实现的，例如，快速低角度入射(FLASH)，稳态进动的快速成像(FISP)和这些序列的变形PSIF，True-FISP。这些脉冲序列的区别例如在于处于平衡的磁化的空间成分的数目。例如，在True-FISP脉冲序列中借助于一相位编码梯度、一读出梯度和一断层选择梯度将横向磁化M_XY重聚焦并引入到平衡状态。此外，不同的HF脉冲序列的区别例如在于进入动态平衡状态的瞬态特性。对于在动态平衡磁化基础上的不同HF脉冲序列的概述由W.Nitz在“Imaging Sequences inMagnetic Resonance Tomography and their Clinical Application”，electromedica64(1996)no.1，page 23-29(part 1)，electromedica 64(1996)no.2，page 48-51(part 2)，electromedica 65(1997)no.1，page 8-14(part 3)给出。True-FISP脉冲序列在US 4769603中详细地进行了描述。

快速成像方法一般具有可能的图像伪影的缺点，这些伪影例如由于静态磁场不均匀或者由于出现的化学偏移所形成。另一个缺点是在待测量的断层周围产生的磁化的量。它们可以例如通过所谓的流入效果(Inflow-Effekte)加入到待测量的断层，其中，在感兴趣的断层外部产生的磁化在成像期间流入到感兴趣的断层中。

下面描述的方法基于简单的M_z准备脉冲，该脉冲使血液看起来较暗。

J.F.Glockner等在“Cardiac Imaging with Single Shot Black Blood FIESTA：A Comparison with Double Inversion Fast Spin Echo Imaging”ISMRM 2002(Hawaii)中将一个FIESTA序列与一种双倒置快速旋转回波序列进行了比较。其中，该黑色血液FIESTA序列采用一个不是选择性的RF倒置脉冲，在其上实现了倒置脉冲的断层选择。

K.S.Nayak等在“Real Time Black Blood MRI Using SpatialPresaturation”JMRI 13，p.807(2001)中描述了一种借助于空间饱和脉冲进行黑色血液显示的实时方法。

M.Stuber等在“High Resolution 3D Fast Spin-Echo Black Blood CoronaryMRA”ISMRM 2001(Glasgow)，p.170中指出，所谓“黑色血液冠状”成像对3D拍摄技术的的扩展可以起到进一步改善信噪比的作用。这将改善空间分辨率。为此，介绍了一种“3D快速自旋回波方法”与双倒置前置脉冲的结合。

R.M.Botnar等在“Initial Experiences with Coronary Vessel Wall Imagingon a 3T Whole Body System”ISMRM 2002(Hawaii)中表明，冠状的“管壁”显示由于其很小的尺寸而以高空间分辨率为前提。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于运行磁共振设备的稳态脉冲序列以及一种磁共振设备，该序列和设备借助于HF脉冲序列减少在检查对象中、感兴趣的断层以外的磁化。

上述第一个技术问题通过一种用于运行磁共振设备的稳态脉冲序列解决，其中，交替地向检查对象辐射一个起到对感兴趣的断层进行选择作用的HF脉冲和一个不起到对感兴趣的断层进行选择作用的HF脉冲。在此，例如可以以在导言中描述的稳态脉冲序列为基础。

按照本发明的稳态脉冲序列具有这样的优点，即，一方面强烈地减少了在感兴趣的断层(在磁共振断层造影中即为成像的断层)外部的磁化，同时，另一方面在感兴趣的断层内部取得了磁化平衡。

首先起作用的是，通过不对断层进行选择的HF脉冲在外部空间中出现用于磁化的T1和T2驰豫的交变方向。这里，T1和T2表示纵向以及横向驰豫时间。这由于一种不取齐的磁化引起强烈的信号减弱。结果，不对断层进行选择和进行选择的HF脉冲起相反作用而在感兴趣的断层中产生磁化的平衡状态。

在正常的True-FISP序列中，例如流入到断层中的血液引起图像伪影，因为血液的高度磁化没有经历例如α/2准备脉冲。因此，在断层中一同测量了引起图像干扰的磁化振荡。不仅流入的血液，而且从断层流出的血液也可以产生伪影，因为该磁化对于一定时间也可以无需HF激励就能产生信号。

反之，稳态脉冲序列优选地压制了由于流入效果而产生的强信号成分。这点的基础在于，在感兴趣的断层外部不形成磁化，这种磁化在流入到感兴趣的断层之后可能对成像起作用。由此，例如在利用一个按照本发明修改的True-FISP序列进行的动态心脏检查中，将流入到断层的血液显示为暗。通过暗色血液的混合清楚地显示例如心室充盈病患、心瓣病患等。在此，暗色显示不是借助于M_z准备实现的，而是通过稳态脉冲序列消除流入血液的磁化。

同样可以利用提高的对比度表示造影剂注入后的所谓“后加强”区域。在MR成像中作为“后加强”表示了这样的现象，即，在造影剂注入几分钟后心肌局部缺血的对比度提高。利用通常用于MR心脏病学的True-FISP序列，由于很小的T1/T2比例(约1200ms/200ms)心脏内部空间(心室)的血液以高信号显示。因为局部缺血的区域通常由心肌的内壁产生，所以可以利用新序列的很少True-FISP信号更好地界定该区域。

在稳态脉冲序列的一个特别优选的实施方式中，HF脉冲分别使一个磁化矢量偏转一个角度+α或者-α，其中0°＜|α|≤180°。这点具有这样的优点，即该方法的HF脉冲对应于一个True-FISP序列，其中对断层进行选择的梯度脉冲仅仅在每个第二脉冲时接通。

这种实施方式恰好按专门的吸收率(SAR)的观点是具有优势的，因为这在3T基本磁场磁铁中表现了True-FISP序列的一个大问题。由此必须例如将触发角度从1.5T时的约80°减小为3T时的约45°。不过这也降低了在心肌和心脏内部空间(明亮的血液)之间的对比度。在所提出的实施方式中通过交替非选择和选择的脉冲实现了将SAR减少约33％。

在稳态脉冲序列的一个特别优选的实施方式中，为了进行断层选择，将一个断层选择梯度与一个HF脉冲同时接通，从而使其有选择性地影响感兴趣的断层。这具有这样的优点，即可以将通常适应的断层选择梯度应用到本方法中。

在稳态脉冲序列的一个特别优选的实施方式中，为了加速获得磁化的平衡状态，在所述HF脉冲序列的开始时辐射一个不选择感兴趣断层的α/2HF脉冲，该α/2 HF脉冲使磁化矢量偏转一个大小为|α/2|的角度。这点具有这样的优点，即更快地建立平衡状态，因为在序列的开始时α/2 HF脉冲减少了磁化振荡。

在稳态脉冲序列的一个特别优选的实施方式中，为了进行磁化准备，在所述HF脉冲序列的开始时辐射一个不选择感兴趣断层的βHF脉冲，该βHF脉冲使磁化矢量偏转一个角度β。其中，β例如通过平衡磁化M_GG、输出磁化M₀和角度α由下式给出：

$\mathrm{\β}=\arccos \left(\frac{M_{\mathrm{GG}}}{M_0\cos (\mathrm{\α}/2)}\right).$

这点具有这样的优点，即减少了起振时间，因为磁化特别是以与α/2HF脉冲的组合而与平衡状态匹配。其中，优选地借助于所述断层选择梯度辐射一个扰流器梯度场，以便紧接在βHF脉冲之后使横向磁化离开相位。

上述第二个技术问题通过一种磁共振设备解决，该设备具有一个用于实施上述稳态脉冲序列的HF脉冲产生单元，并具有一断层选择梯度和一读出梯度。

附图说明

下面结合附图1至6对本发明的多个实施方式作说明。其中，

图1表示用于实施稳态脉冲序列的磁共振设备的示意图，

图2表示一个HF脉冲示意序列的和在稳态脉冲序列中采用的梯度场的示意图，

图3表示一种用于说明图2中的稳态脉冲序列对磁化的作用的图解，

图4表示在对应于图2的稳态脉冲序列中在具有|α|＝90°的HF脉冲的条件下在感兴趣的断层中和其外部横向磁化量的变化，

图5表示附加有非断层选择的βHF脉冲和非断层选择的α/2 HF脉冲的、对应于图2的稳态脉冲序列，

图6表示在对应于图5的稳态脉冲序列的条件下在感兴趣的断层中和其外部横向磁化量的变化。

具体实施方式

图1示意地表示用于实施本发明方法的磁共振设备M。检查对象1被定位在一磁铁3中。在该磁铁3中设置了梯度线圈5和高频发送和接收天线7。梯度线圈5由梯度放大器9操作，该梯度线圈具有用于三个空间方向的三组。HF脉冲由HF脉冲序列单元11控制，用来激励检查对象1的核自旋，即磁化偏转。高频接收单元13接收通过磁化驰豫产生的核共振信号，并进行相位敏感的解调以及对位置空间的扫描。由高频发送和接收天线7、HF脉冲序列单元11和高频接收单元13构成的高频发送和接收单元15，以及梯度放大器9与控制单元17连接，该控制单元17对应于预定的HF脉冲序列(例如按照本发明的稳态脉冲序列)控制梯度放大器9和HF脉冲序列单元11。所接收的核共振信号被传递至成像单元(没有示出)以产生磁共振照片。

该磁共振设备M使得既可以在磁共振断层造影情况下，又可以在磁共振分光术的情况下实施按照本发明的方法。

图2说明一个示意的稳态脉冲序列，用于按照本发明交替进行断层选择和非断层选择的HF激励。在时间轴T上一方面绘制了一个HF脉冲S_α-和N_α+的序列，其交替地或者起到对感兴趣的区域进行断层选择的作用(HF脉冲S_α-)，或者起到不对感兴趣的区域断层进行选择的作用(非断层选择的HF脉冲N_α+)。后者基本上对整个待检查对象起作用并通过一个矩形的条示意地表示。前者则通过一个示意化的HF脉冲表示。

除了HF脉冲S_α-，N_α+之外在图1中还标出了断层选择梯度5_S和读出梯度5_R的接通时刻。断层选择梯度5_S分别在辐射HF脉冲S_α-期间激活。读出梯度5_R在每个HF脉冲S_α-，N_α+之后接通。此外，为了说明读出梯度5_R分别在其激活期间示出一个示意的磁共振信号21。HF脉冲S_α-，N_α+按重复时间TR辐射。

尽管将相位编码梯度脉冲用于磁共振信号21的位置编码，为了表示清楚起见在图2中没有标出相位编码梯度。

图3说明图2中的稳态脉冲序列对磁化的作用，磁化通过磁化矢量31表示。由于进行断层选择的脉冲S_α-和非断层选择的脉冲N_α+的作用，磁化的偏转角α具有例如|90°|的大小。为了避免磁共振振动，在时刻T＝0向检查对象辐射一个非断层选择的HF脉冲N_α+/2，该脉冲在时刻T＝0导致磁化矢量31₀偏转一个+45°的角度。

为了说明HF脉冲对感兴趣的断层内部和外部磁化的不同影响，在图3中将检查对象分成感兴趣的断层33和位于该感兴趣的断层33两侧的体积35。

在距离HF脉冲N_α+/2一半重复时间TR时，辐射第一断层选择的HF脉冲S_α-。该脉冲只按断层厚度△Z影响到断层33。在断层33中磁化矢量31₀偏转一个角度-90°。而在体积35中磁化则不受影响。得到磁化矢量31_1，V以及31_1，S。

在重复时间TR之后向检查对象辐射第一非断层选择的HF脉冲N_α+。对应地在体积35中的磁化矢量和在断层33中的磁化矢量偏转一个+90°的角度。得到磁化矢量31_2，V以及31_2，S。

在重复时间TR之后辐射另一个断层选择的HF脉冲S_α-，而在另一个重复时间TR之后辐射下一个非断层选择的HF脉冲N_α+，等等。可以明显看出，在断层33中磁化矢量具有其动态平衡状态，因为它总是偏转基本磁铁磁场方向一个角度±α/2。而在体积35中由于非断层选择的HF脉冲N_α+的作用使得磁化矢量在其取向上转动。这导致在磁化上交替T1和T2驰豫的方向，并因此在体积35中造成强烈的信号减弱。

图4表示在HF脉冲S_α-，N_α+具有90°的偏转角α的条件下在体积35以及断层33中横向磁化M_XY，V和M_XY，S量的时间关系。在此，纵向驰豫时间T1取1200ms，横向驰豫时间T2取200ms以及重复时间TR取5ms。横向磁化M_XY，V和M_XY，S在时间T内按5ms的单位重复时间标出。

在时刻T＝0ms横向磁化M_XY，V和M_XY，S在体积35中和在断层33中一样具有最大的输出磁化M₀。在断层中的横向磁化M_XY，S首先减少并接近平衡磁化M_GG。在体积35中的横向磁化M_XY，V强烈下降。在大约300个重复时间TR之后，其具有一个极小量ε。横向磁化M_XY，S在大约190个重复时间TR之后具有输出磁化M₀的大约四分之一。而相位编码典型地在起振之后开始。可以明显看出，在起振之后几乎从体积35中接收不到信号成分。如果在起振期间已经进行了测量，则可能对应地附加伪影。

因此，利用接收天线测量的磁共振信号具有不同的信号成分，这些信号成分的强度可以随时间变化。其总是包含一个来自于感兴趣的断层的信号成分。

在起振期间，额外地在非层析断层选择的激励之后从与断层相邻的体积中接收一个信号成分。该成分快速下降，使得在磁化的平衡状态下来自该体积的信号成分降低为多数情况下可以忽略的大小ε。这意味着，只要HF脉冲在感兴趣的断层中产生一个稳态信号，则在检查对象中、感兴趣的断层之外的磁化就会显著降低。

在图5中将图2的示例性稳态脉冲序列扩展出非选择性的α/2HF脉冲N_α+/2和非选择性的βHF脉冲N_β。该α/2 HF脉冲N_α+/2发生在第一HF脉冲S_α-之前时间上距离TR/2，并且由于在起振时间中减少了磁化振动而起到快速起振的作用。

βHF脉冲N_β发生在α/2 HF脉冲N_α+/2之前时间上距离δ，并与随后产生的断层选择梯度5_S的扰流器梯度场一起减小了纵向磁化，由此减小了磁化起振时间。

为了表示清楚起见在图5中也没有标出相位编码梯度。

图6表示对应于图4的模拟参数在按照图5的稳态脉冲序列开始时，采用一个角度β＝80°的磁化准备脉冲的条件下横向磁化M_XY，S，β和M_XY，V，β的特性。

可以再次明显看出在体积35中横向磁化M_XY，V，β强烈下降到可以忽略的大小。而横向磁化M_XY，S，β的特性则出现差别。其在时刻T＝0由于具有角度β的磁化准备而下降到低于平衡磁化M_GG，并随后上升到平衡磁化M_GG的值。在190个重复时间TR之后其几乎达到平衡磁化M_GG。可以明显看出，通过一个利用非断层选择的HF脉冲N_β的磁化准备，迫使外部体积35的稳态信号快速接近于零而断层33的信号快速接近平衡。

在SSFP序列(Steady State Free Prosessing，稳态自由序列)中交替的非选择性的和选择性的HF激励在获得平衡之前不容易描述其信号特性。因此仅仅示意地表示了在序列中出现的信号。在建立后的平衡状态中又出现公知的稳态描述。

通过与本发明匹配的SSFP序列，在动态的心脏检查中，例如利用图2匹配的True-FISP序列将流入到断层的血液表示为暗色。通过暗色血液的混合清楚地显示出心室充盈病患、心瓣病患等。如上所述，在心脏应用中优选地例如通过本发明匹配的True-FISP序列来使用暗色血液显示，并且能以加强的对比度显示造影剂注入后的所谓“后加强”区域。

在对血管沉积的显示(管壁和动脉粥样斑的显示)中，与沉积相比本方法同样可以改善血管内腔的对比度。

借助于本方法使得可以实现系列的多断层的2D以及3D测量。例如，如通常一样通过在断层方向上的附加相位编码实现了将2DTrue-FISP序列扩展到3D的形式。其中，信号的观察对应于所介绍的激励。

Claims (8)

1.一种用于运行磁共振设备(M)的稳态脉冲序列，其中，交替地向检查对象(1)辐射一个起到对感兴趣的断层(33)进行选择作用的HF脉冲(S_α-)和一个不起到对感兴趣的断层(33)进行选择作用的HF脉冲(N_α+)。

2.根据权利要求1所述的稳态脉冲序列，其特征在于，所述HF脉冲(S_α-，N_α+)分别使一个磁化矢量(31)偏转一个角度+α或者-α。

3.根据权利要求1或2所述的稳态脉冲序列，其特征在于，为了进行断层选择，与所述起到对感兴趣的断层(33)进行选择作用的HF脉冲(S_α-)同时地接通一个断层选择梯度(5_s)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的稳态脉冲序列，其特征在于，为了读出所述稳态信号在每个HF脉冲(S_α-，N_α+)之后接通一个读出梯度(5_R)。

5.根据利要求1至4中任一项所述的稳态脉冲序列，其特征在于，为了加速获得磁化(M_GG)的平衡状态，在所述HF脉冲序列的开始时辐射一个不起到选择作用的α/2 HF脉冲(N_α+/2)，该α/2HF脉冲使所述磁化矢量(31)偏转一个大小为|α/2|的角度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的稳态脉冲序列，其特征在于，为了进行磁化准备，在所述HF脉冲序列的开始时辐射一个不起到选择作用的βHF脉冲(N_β)，该βHF脉冲使所述磁化矢量(31)偏转一个角度β。

7.根据利要求6所述的稳态脉冲序列，其特征在于，紧接着所述βHF脉冲(N_β)之后，借助于所述断层选择梯度(5_s)辐射一个扰流器梯度场。

8.一种磁共振设备(M)，其具有一个用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的稳态脉冲序列的HF脉冲序列单元(11)，并具有一断层选择梯度(5_s)和一读出梯度(5_R)。

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