CN1816754A

CN1816754A - 监测磁共振成像设备的磁场漂移的方法

Info

Publication number: CN1816754A
Application number: CN200480019312.1A
Authority: CN
Inventors: P·R·哈维
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2006-08-09
Also published as: WO2005003802A1; EP1646886A1; US20060164083A1; JP2007526787A; US7224164B2

Abstract

本发明使得能够根据磁共振信号监测磁共振成像设备的磁场漂移，在磁共振图像数据采集期间例如通过单次激发EPI或梯度回波序列获得所述磁共振信号。在相应的RF激励后经过回波时间，获取至少两个磁共振信号的相位。这对应于具有频率编码但没有相位编码的中央k空间线。在某个时间间隔获得的两个连续的相位测量的差值提供共振频率的漂移。这使得能够监测共振频率的漂移和补偿磁场漂移。

Description

监测磁共振成像设备的磁场漂移的方法

技术领域

本发明涉及磁共振成像(MRI)领域，更具体地说涉及但不限于磁场漂移补偿。

背景技术

现有技术的磁共振成像设备产生均匀的磁场，该磁场也被称为主磁场或极化磁场B₀。该磁场的作用在于使待显示的组织中单个的自旋磁矩试图对准这个极化磁场，而且在特征拉莫尔(Larmor)频率以随机顺序在其周围旋进，该特征拉莫尔频率由自旋的旋磁常数和极化磁场B₀确定。

然而，在磁共振装置运转时，因为各种原因磁场可能随时间变化。例如，当磁共振装置处于大功率时，产生磁场的线圈的无源铁垫片发热，导致磁场波动。

美国专利No.6,294,913b1公开了一种在磁共振成像期间补偿极化磁场的变化的方法。在MRI系统进行扫描期间以隔行扫描方式采集监测信号。使用监测信号确定由极化磁场B₀的变化导致的频率改变，将这些测得的频率变化用于补偿扫描时采集的图像数据。通过改变RF发射器和接收器的频率实现这种补偿，以抵消B₀改变的影响。这种补偿方法的缺点在于需要特殊的监测信号用于补偿。

因此，本发明的目的在于提供一种监测和补偿磁场漂移的改进方法。

发明内容

本发明提供一种监测磁共振成像设备的磁场漂移的方法，该方法不需要特别的监测信号或监测器传感器。本发明的方法能够基于在磁共振图像数据采集期间采集的磁共振信号执行，例如通过单次激发(single shot)EPI或梯度回波序列进行所述数据采集。

实质上，在相应的RF激励后经过回波时间，采集至少两个磁共振信号的相位。这对应于具有频率编码但没有相位编码的中央k空间线。该中心k空间通常表示为k_y＝0。在某个时间间隔采集的两个连续相位测量的差值提供共振频率的漂移。这使得能够监测共振频率的漂移和补偿磁场漂移。

根据本发明的另一优选实施方式，将单次激发EPI方法用于磁共振数据采集。单次激发EPI的优点在于每个数据采集都包含k_y＝0线，使得对于每次数据采集都能够获得所需要的相位信息。

根据本发明的另一优选实施方式，将梯度回波序列用于磁共振图像数据采集。在该梯度回波序列期间，沿着通常同样包含k空间线k_y＝0任意轨道扫描k空间。例如，完整的梯度回波序列具有256个数据采集，其中之一代表k_y＝0。对k_y＝0的数据采集使得能够对于每个完整的梯度回波序列获得一次所需要的相位信息。

根据本发明的另一优选实施例，在梯度回波序列期间沿k_y＝0执行另外的扫描，以便在完整的序列期间获得多个相位。这使得能够监测在单个梯度回波序列期间发生的磁场漂移。

附图说明

将参考附图更具体地描述本发明的下述优选实施例，其中：

图1显示了具有磁场漂移补偿的磁共振装置的框图，

图2说明了单次激发EPI的相位确定，

图3说明了单次激发EPI情况下监测和补偿磁场漂移的流程图，以及

图4说明了使用梯度回波序列时磁场监测和补偿的流程图。

具体实施方式

图1显示了磁共振设备1，该设备包括用于产生稳定磁场的第一磁体系统2，也包括几个用于产生在X、Y、Z方向具有梯度的附加磁场的梯度线圈3。所示的坐标系的Z方向按照惯例对应磁体系统2中的稳定磁场方向。可以独立于图3所示的X、Y、Z系统选择将使用的测量坐标系x、y、z。梯度线圈由供电单元4供电。RF发射线圈5用于产生RF磁激励脉冲，并连接到RF发射器和调制器6。

接收线圈用于接收由待检查的对象7(例如人体或动物体)中的RF场产生的磁共振信号。这种线圈可以是和RF发射线圈5相同的线圈。此外，磁体系统2围起检查空间，该检查空间足够容纳待检查的身体7的一部分。在这个检查空间中，RF线圈5围绕待检查的身体7的部分或在其之上设置。RF发射线圈5通过发射/接收电路9连接到信号放大器和解调单元10。

控制单元11控制RF发射器和调制器6及供电单元4，以产生包含RF脉冲和梯度的特定脉冲序列。从解调单元10获得的相位和振幅应用于处理单元12。处理单元12处理出现的信号值(也被称为k空间)以通过变换形成图像。这个图像例如可以通过监视器13显示。

处理单元12根据从解调单元获得的相位信息确定共振频率的漂移Δf，并将Δf提供给控制单元11以补偿该漂移。

下面参考附图2更具体阐释了所需相位信息的采集。首先由发射线圈(对照图1中的发射线圈5)产生RF磁激励脉冲200。进一步施加切片选择梯度G_z脉冲202、双极切换梯度204和相位编码梯度206。将这些梯度202、204和206用于单次激发EPI磁共振数据采集同样是从现有技术已知的。

单次激发EPI提供测量信号208。测量信号208的峰迟于RF磁激励脉冲200回波时间TE。为了监测磁场的漂移和相应的共振频率的漂移，确定相对于RF磁激励脉冲200在时间TE测量信号208的相位。为了确定共振频率漂移，若有的话，在随后的单次激发EPI再次确定测量信号208的相位。单次激发EPI之间的相位差使得可以计算出共振频率的漂移。这将参考附图3更具体地描述。

可以在时域或频域中从测量信号208获得时间TE时的相位信息，这需要对测量信号208进行傅立叶(Fouier)变换。所需相位信息对应于通常称为k_y＝0的k空间中线，也就是具有频率编码但没有相位编码的扫描。没有相位编码的事实使得能够使用从测量信号208获得的相位信息的漂移确定共振频率的漂移。

图3显示了在单次激发EPI情况下监测和补偿磁场漂移的流程图。在步骤300将指数d置零。在步骤300也将共振频率的漂移Δf置零。

在步骤302执行第一单次激发EPI并如关于附图2所阐释的那样进行相位φ_a(d)的测量。

在步骤302执行第一单次激发EPI之后经过TE的时间间隔，在步骤304执行第二单次激发EPI。再次测量相位φ_a。

在步骤306中，通过计算已经在步骤302和304中获得的相位φ_a之间的差值并且用2π倍的连续单次激发EPI之间的时间间隔除该差值算出共振频率的偏移Δf。在这种情况下该时间间隔是回波时间TE。

在步骤308将偏移Δf的绝对值与阀值比较。如果超过阀值，那么在步骤310执行漂移补偿。优选地，这种漂移补偿通过将RF磁激励脉冲的频率调节为偏移后的共振频率来实现。

如果偏移Δf没有超过阀值，则不需要进行漂移补偿。在步骤312指数d增大，控制返回到步骤304以继续监测漂移Δf。

附图4显示了一个可选实施例，其使用梯度回波序列而不是单次激发EPI。步骤400相当于图3的步骤300。在步骤402通过开始沿给定的轨道扫描k空间开始磁共振数据采集。该轨道可以覆盖或不覆盖k_y＝0的k空间中心线。

在步骤404沿轨道的k空间扫描被中断，以便利用频率编码但没有相位编码，对中央k空间线(即k_y＝0)执行数据采集。由此得到相位信息φ_a。

在步骤406继续沿k空间轨道进行扫描。在某个时间间隔后，再次中断沿k空间轨道的扫描，以便对k_y＝0执行另一次数据采集以获得另一相位信息φ_a。

在步骤410通过计算在步骤404和408确定的相位之间的差值并用2πTE除该差值算出共振频率的偏移。

在步骤412将频率偏移Δf的绝对值和阀值比较。如果超过阀值，则在步骤414执行漂移补偿。在步骤416指数d增大，控制返回步骤406以便继续沿k空间轨道进行扫描。如果需要，在整个梯度回波序列期间进行这个过程以连续监测共振频率的漂移和补偿磁场的漂移。

这种被修改的梯度回波MRI序列的RF脉冲仅在单频率下(对单切片)应用；如果NMR共振频率(由于B0)不等于激励频率，在回波(没有对梯度编码)处测量的相位仅反映RF脉冲和TE之间累计的相位差(除磁化率和化学位移效应外)。当磁体B0使得NMR共振频率等于RF脉冲的激励频率时，那么从TR到TR，在RF脉冲和TE之间累计的相位误差将为0或者为常数。

当B0使得它对应于不同于RF脉冲正在激励时的共振频率时，那么在RF脉冲和TE之间累计的相位误差将为有限数值(与该差值和TE成比例)。在每个RF脉冲的峰值，所有的磁化是同相的，而与B0无关。仅在这个时间后，B0对磁化有影响。

因此，每个RF脉冲表现得如同相位重置一样(就f0测量过程来说)。当B0从RF激励频率进一步移动时，TE时的相对相位误差(在RF脉冲峰值相对于0)增大。其它机制(化学位移、磁化率)可以对TE测量的相位误差有贡献。假设从TR到TR这些其它的相位误差的促成因素不变，可以通过计算从两个不同TR采集的数据之间的相位误差的差值确定B0的变化。

附图标记列表

1 磁共振设备

2 磁体系统

3 梯度线圈

4 供电单元

5 发射线圈

6 调制器

7 对象

9 发射/接收电路

10 解调单元

11 控制单元

12 处理单元

13 监视器

200 RF磁激励脉冲

202 切片选择梯度G_z脉冲

204 双极切换梯度

206 相位编码梯度

208 测量信号

Claims

1.一种监测磁共振成像设备的磁场漂移的方法，该方法包括如下步骤：

-利用由第一激励引起的第一磁共振信号执行第一数据采集，

-在第一激励之后经过回波时间，确定第一磁共振信号的第一相位，

-在第一数据采集后经过一时间间隔，利用第二磁共振信号执行第二数据采集，该第二磁共振信号由第二激励引起，

-在第二激励后经过回波时间，确定第二磁共振信号的第二相位，

-根据第一和第二相位的差值确定共振频率的漂移。

2.根据权利要求1的方法，其中使用单次激发EPI方法执行第一和第二数据采集。

3.根据权利要求1的方法，其中借助梯度回波序列方法执行第一和第二数据采集。

4.根据权利要求3的方法，其中为了连续监测共振频率的漂移，间歇地扫描k空间和执行第二数据采集以确定第二相位。

5.根据权利要求4的方法，其中在固定的时间间隔后执行第二数据采集。

6.根据前述权利要求1-5中任一项的方法，还包括根据共振频率的漂移通过改变激励的频率来补偿磁场漂移。

7.根据前述权利要求1-6中任一项的方法，还包括通过调节磁场来补偿磁场漂移。

8.根据前述权利要求1-7中任一项的方法，还包括将共振频率的漂移与阀值比较，并且如果超过阀值则补偿磁场漂移。

9.根据前述权利要求1-8中任一项的方法，其中在时域中确定第一和第二相位。

10.根据前述权利要求1-8中任一项的方法，还包括对第一和第二磁共振信号执行傅立叶变换和在频域中确定第一和第二相位。

11.一种计算机程序产品，特别是数字存储介质，用于监测磁共振成像设备的磁场漂移，该计算机程序产品包括适合执行如下步骤的程序工具：

-在第二激励之后经过回波时间，确定第二磁共振信号的第二相位，其中在第一磁共振信号之后经过一时间间隔，采集第二磁共振信号，

-根据第一和第二相位的差值计算共振频率的漂移。

12.根据权利要求11的计算机程序产品，该程序工具适合连续监测共振频率的漂移。

13.根据权利要求11或12的计算机程序产品，该程序工具适合根据共振频率的漂移控制激励合成器。

14.根据权利要求11、12或13的计算机程序产品，该程序工具适合根据共振频率的漂移控制磁场。

15.一种磁共振成像设备，包括处理装置(12)，其用于：在第一激励后经过回波时间(TE)，确定第一磁共振信号的第一相位；在第二激励后经过回波时间，确定第二磁共振信号的第二相位，第二磁共振信号是在第一磁共振信号后经过一时间间隔后采集的；并根据第一和第二相位的差值和该时间间隔计算共振频率的漂移。

16.根据权利要求15的磁共振成像设备，其具有用于显示共振频率的漂移的显示装置(13)。

17.根据权利要求15或16的磁共振成像设备，还包括用于根据共振频率的漂移控制激励的产生的控制装置(11)。

18.根据权利要求15、16或17的磁共振成像设备，还包括用于根据共振频率的漂移控制磁场的控制装置。