專利名稱：磁場非單調變化時在自旋回波圖像中避免外圍干擾的方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及在醫(yī)療中用于檢查患者的核自旋斷層造影(同義詞磁共振斷層造影，MRT)。在此，本發(fā)明尤其涉及一種用于在自旋回波圖像中避免外圍干擾信號、如雙重偽影的方法。
背景技術：
MRT基于核自旋共振的物理現(xiàn)象，作為成像方法成功地應用在醫(yī)療和生物物理領域中已有超過15年的歷史。在這種檢查方法中，將對象置于一個強的穩(wěn)定磁場中。由此使對象體內先前無規(guī)則旋轉的原子核的自旋定向。高頻波可以將這些“定向”的核自旋激勵為特定的振蕩。該振蕩在MRT中產生實際的測量信號，并借助合適的接收線圈接收。采用由梯度線圈產生的非均勻磁場，可以在所有3個方向對各感興趣區(qū)(也稱為視場FOV)中的測量對象進行空間編碼，這一般稱為“位置編碼”。
在MRT中數據的記錄是在所謂的k域(同義詞頻域)中進行的。所謂圖像域中的MRT圖像借助付立葉變換與k域的MRT數據關聯(lián)。在k域中展開的對象的位置編碼借助所有3個方向的梯度進行。在此，要區(qū)分層選擇(確定對象中要拍攝的層，通常為Z軸)、頻率編碼(確定該層的方向，通常為x軸)和相位編碼(確定在該層內的第二維，通常為y軸)。
因此，首先通過層選擇梯度Gs或Gz選擇性地在例如z方向激勵一個斷層。借助兩個業(yè)已提到的正交梯度場GR或GP，通過組合相位和頻率編碼來對該層中的位置信息進行編碼，所述正交梯度場對于在z方向上激勵的斷層的例子來說，是通過同樣已經提到的在x和y方向上的梯度線圈產生的。
在圖2a和2b中示出在MRT實驗中記錄數據的可能形式。所采用的序列是自旋回波序列。在這種序列中，通過90°激勵脈沖(具有確定的振幅和帶寬)將自旋的磁化翻轉到x-y平面上。隨著時間的變化，出現(xiàn)構成x-y平面Mxy上的橫向磁化的磁化分量的相位差。在一定時間(例如1/2TE，TE是回波時間)之后在x-y平面上這樣入射一個180°脈沖(同樣具有確定的振幅和帶寬)，使得有相位差的磁化分量被反射，而不改變各磁化分量的精確方向和精確速度。在另一個持續(xù)時間1/2TE之后，所述磁化分量又指向相同的方向，即重新產生橫向磁化，稱為“再相位化”，該橫向磁化可以相應地通過讀出來采集。橫向磁化的完全再生稱為自旋回波。
為了測量待檢查對象的整個斷層，針對相位編碼梯度GP和GY的不同值將成像序列重復N次，其中，在每個序列以等距離的時距Δt通過以Δt為時鐘的ADC(模擬數字轉換器)N次時，將核共振信號(自旋回波信號)的頻率在具有讀出梯度GR和Gx的情況下進行掃描、數字化和存儲。通過這種方式，根據圖2b獲得逐行產生的數據矩陣(k域中的矩陣或k矩陣)，該數據矩陣具有N×N個數據點(具有N×N個點的對稱矩陣只是一個示例，也可以產生非對稱矩陣)?？梢酝ㄟ^付立葉變換，從該數據組中以N×N個點的分辨率直接再現(xiàn)有關斷層的MR圖像。
對于自旋回波序列，為了具有可用于診斷的圖像質量，對k矩陣(在拍攝多個斷層時為多個k矩陣)的掃描需要若干分鐘的測量時間，而這對于很多臨床應用是個問題。例如患者無法在所需的時間段內保持不動。在檢查胸腔和骨盆部位時，骨骼的運動一般是無法避免的(心臟和呼吸運動，蠕動)。一種用于加速自旋回波序列的途徑在1986年作為Turbo自旋回波序列(TES序列)或以縮寫詞RARE(馳豫增強的快速采集)公開(J.Hennig等人，Magn.Reson.Med.3，823-833，1986)。在這種成像方法中(與上述傳統(tǒng)自旋回波方法相比更為快速)，在一個90°激勵脈沖之后產生多個多重回波，其中對這些回波中的每一個都單獨進行相位編碼。在圖3a中示出在分別產生7個回波的情況下的相應序列圖。在每個回波之前和之后，必須根據待選擇的付立葉行接通相位編碼梯度。通過這種方式，在唯一的HF激勵脈沖(90°)之后，對k矩陣進行逐行掃描，如圖3b所示。在該例中，所需的總測量時間縮短了七分之一。在圖3a中示出了信號的理想變化。實際上，后面的回波通過橫向磁化的T2衰減而具有逐漸減小的振幅。
一個更快的成像序列表示RARE和半付立葉技術的組合，其在1994年作為所謂的HASTE序列(半付立葉采集的單點快速自旋回波)公開(B.Kiefer等人，J.Magn.Reson.Imaging，4(P)，86，1994)。HASTE采用與RARE相同的基本技術，但只掃描k矩陣的一半。k矩陣的另一半借助半付立葉算法，以計算方式重建。在此，利用了k矩陣的數據點關于k矩陣的中點鏡像對稱這個事實。因此，只要測量一半k矩陣的數據點、并通過在中點上的反射(和復數共軛)以計算方式補充原始矩陣就足夠了。通過這種方式，可以將測量時間縮短一半。但是拍攝時間的減少是與信噪比(S/R)惡化了 倍緊密相連的。
在自旋回波序列(SE序列)中一般存在這樣的問題，在通過高頻脈沖進行高頻激勵期間，共振條件不僅在FOV(視場，以基本磁場的均勻性和梯度場的線性為特征)，還在FOV的非均勻邊界區(qū)域中給出。由于在MRT設備的邊界區(qū)域中基本磁場實際的非均勻性和梯度場的非線性，損害了每個空間點與一個確定磁場強度的唯一可反轉對應的原則。這意味著，按照偽影的方式給實際測量場的圖像疊加了一幅來自非均勻區(qū)域的、一般具有干擾的圖像。該不期望的偽影稱為“雙重偽影”，并尤其是在自旋回波序列中由于自旋重聚焦而以顯現(xiàn)出的方式出現(xiàn)?；敬艌鲈趜方向上的延伸越短，“雙重偽影”的可能性就越大。因此，在將來趨向于更短磁鐵的MRT系統(tǒng)中，這個問題會加劇，并且不能再用當前用于抑制偽影的措施解決。
目前用于減少偽影類型的策略一方面在于硬件措施，另一方面在于脈沖序列的修改。
在HF系統(tǒng)中的硬件措施在于，在給定磁鐵和梯度設計時，用有用空間之外的雙重場來確定空間位置。然后，將HF線圈的實現(xiàn)置于這樣一個限制下，即在該臨界空間位置上使其靈敏度足夠最小化，使得無法形成明顯的偽影。但是HF場分布不是可任意形成的。由此，作為不期望的負效應，還在有用空間內出現(xiàn)損害圖像質量的HF場非均勻性。
設計未來MR設備的重點是更短的磁鐵、更大的空間和盡可能大的患者進入時間(例如由于介入)。在一個這樣的磁場幾何中，損害了必需的、空間與場的可反轉的唯一對應關系，并加劇了由此產生的偽影問題，使得目前的硬件措施無用。因此，對于具有大直徑的短磁鐵，無法預見有用的HF線圈設計。
脈沖序列修改(建立序列的新途徑)通常是唯一的實用解決辦法，如果直接避免觸及原理或技術限制邊界的弊病(這里是非單調磁場變化)或所需要的很大花費從而使該產品的經濟性受到質疑的弊病的話。
一個根據US 6486668的脈沖序列修改的可能形式是，通過施加或入射附加的所謂準備脈沖來起到抑制偽影的作用。這種措施的缺點在于，明顯減小了時間效率，同時通過準備脈沖而按照寄生自旋回波信號分量的形式產生了另外的圖像質量問題。
脈沖序列修改的另一種形式在US 2002/0101237中實現(xiàn)，其中通過HF激勵脈沖和HF重聚焦脈沖的選擇梯度的極性變換來抑制偽影。與傳統(tǒng)的用SE序列激勵斷層的方法不同，在層激勵期間通過(90°)HF脈沖接通的層選擇梯度與(180°)重聚焦脈沖期間接通的層選擇梯度相比，前者的符號或極性是相反的。這使得在位置空間中，在不同的非重疊區(qū)域內出現(xiàn)(90°)HF脈沖以及(180°)重聚焦脈沖的錯誤選擇(Fehlselektion)。通過這種方式無法形成干擾回波信號。但是這種方法的缺點在于，它提高了HF脈沖和梯度脈沖要在時間上精確同步的技術要求，以及對系統(tǒng)補償(Shimmung)的要求。此外，只有在信號損失明顯時才能同時顯示不同的化學成分(例如脂肪和水)。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明要解決的技術問題在于，提供一種新的成像方法或在自旋回波序列的框架內進行脈沖序列修改，使得外圍干擾信號(例如雙重偽影)被抑制，同時具有最廣泛的應用和出現(xiàn)最少的缺陷性的并因此不期望的負效應。
根據本發(fā)明的用于在采用自旋回波序列的磁共振斷層造影中避免外圍噪聲信號的方法，該自旋回波序列具有高頻激勵脈沖、高頻重聚焦脈沖、層選擇梯度脈沖、相位編碼梯度脈沖和讀出梯度脈沖，其中，這樣區(qū)分高頻激勵脈沖的平均頻率和帶寬與高頻重聚焦脈沖的平均頻率和帶寬，以及在高頻激勵脈沖期間接通的層選擇梯度的振幅與高頻重聚焦脈沖期間接通的層選擇梯度的振幅，即將HF激勵脈沖的激勵斷層和HF重聚焦脈沖的重聚焦層在MRT磁場的均勻區(qū)域(FOV)內重疊，而使HF激勵脈沖的激勵斷層和HF重聚焦脈沖的重聚焦斷層在MRT磁場的非均勻區(qū)域內空間上分離，并由此避免在非均勻區(qū)域內出現(xiàn)回波信號。
在本發(fā)明方法的第一實施方式中，提高HF激勵脈沖的平均頻率、帶寬和振幅以及在HF激勵脈沖期間接通的層選擇梯度的振幅，同時與HF重聚焦脈沖期間接通的層選擇梯度的持續(xù)時間相比，相應減少在HF激勵脈沖期間接通的層選擇梯度的持續(xù)時間。
在本發(fā)明方法的第二實施方式中，保持HF脈沖以及層選擇梯度脈沖的總持續(xù)時間，并與在HF重聚焦脈沖期間接通的層選擇梯度的振幅相比，提高HF激勵脈沖的平均頻率、帶寬和振幅以及在HF激勵脈沖期間接通的層選擇梯度的振幅。
優(yōu)選的，將HF激勵脈沖的不變總持續(xù)時間用于改善被激勵層的層特性，其中，補充其它的HF激勵脈沖的旁瓣最大值。
在橫向斷層選擇(GS＝Gz)以及徑向或冠狀斷層選擇(GS≠Gz)的情況下，按照差異因子的形式計算層選擇梯度振幅的最小差異。
在HF激勵脈沖期間接通的層選擇梯度的振幅g1與在HF重聚焦脈沖期間接通的層選擇梯度的振幅g2相比較的差別可以根據算式g2＝(1+ε)g1來公式化。在橫向層選擇的情況下，根據以下不等式計算差異因子εϵ>1(R-r)/d-1/2]]>其中R表示FOV的半徑，r表示在FOV中受激勵的層的層位置，d表示在FOV中受激勵橫向層的層厚。
在徑向或冠狀層選擇的情況下，根據以下不等式計算差異因子εϵ>1-r/d-1/2]]>其中r表示在FOV中受激勵層的層位置，d表示在FOV中受激勵的徑向或冠狀層的層厚。
此外還提供了一種磁共振斷層造影設備，包括具有附屬梯度線圈的梯度放大器、輸入-顯示終端、序列控制器和設備計算機以及模擬數字轉換器(ADC)，該磁共振斷層造影設備適用于實施按照上述方法特征的方法。


下面借助基于附圖所示的實施例詳細解釋本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和特性。
圖1示意性示出核自旋斷層造影設備，圖2a示意性示出公知的自旋回波序列的梯度脈沖流函數的時間變化過程，圖2b示意性示出通過根據圖2a的自旋回波序列對k矩陣的時間掃描，圖3a示意性示出公知快速自旋回波序列(TSE或RARE序列)的梯度脈沖流函數的時間變化過程，其中產生7個自旋回波，圖3b示意性示出在按照圖3a的TSE或RARE序列中對k矩陣的時間掃描，圖4a示意性示出HF脈沖的時間變化過程以及本發(fā)明第一修改SE序列的梯度脈沖流函數的時間變化過程，圖4b示意性示出HF脈沖的時間變化過程以及本發(fā)明第二修改SE序列的梯度脈沖流函數的時間變化過程，圖5a示意性示出在具有相同選擇梯度強度(左側)以及較少但足夠的不同選擇梯度強度(右側)的橫向層選擇時在z方向上的磁場情況，圖5b示意性示出在按照圖5a的出現(xiàn)雙重偽影的情況(左側圖)和按照圖5a的按照本發(fā)明抑制雙重偽影的情況(右側圖)進行橫向層定向時的多層測量的疊加的總和圖像，圖6a示意性示出在具有相同選擇梯度強度(左側)以及較少但足夠的不同選擇梯度強度(右側)下的徑向或冠狀層選擇時在z方向上的磁場情況，圖6b示意性示出在按照圖6a的出現(xiàn)雙重偽影的情況(左側圖)和按照圖6a的按照本發(fā)明抑制雙重偽影的情況(右側圖)進行徑向或冠狀層定向時的多層測量的疊加的總和圖像，圖7a示意性示出在兩個根據本發(fā)明的較少但足夠的不同層選擇梯度(左側是分離的磁場和梯度場，右側是所有的場)時的橫向層選擇的簡化場模型，圖7b示意性示出在橫向層選擇中，對于不同的層厚取決于到FOV中心的距離的參數ε的曲線簇，圖8a示意性示出在徑向或冠狀層選擇(左側)時以及在根據本發(fā)明的考慮較少但足夠的不同層選擇梯度(右側)下的FOV外寄生層選擇的基本磁場磁鐵的簡化場模型，圖8b示意性示出在徑向或冠狀層選擇中，對于不同的層厚取決于到FOV中心的距離的參數ε的曲線簇。
具體實施例方式
圖1示出用于產生根據本發(fā)明的梯度脈沖的核自旋斷層造影設備的示意圖。在此，核自旋斷層造影設備的結構對應于傳統(tǒng)斷層造影設備的結構?；敬艌龃盆F1產生時間上穩(wěn)定的強磁場，用于極化或定向對象檢查區(qū)域內的核自旋，該對象例如是人體的待檢查部分。在圓形測量空間域M中定義核自旋共振測量所需的基本磁場的高均勻性，人體的待檢查部分被送入該測量區(qū)域。為了支持均勻性要求，特別是為了消除不隨時間變化的影響，在合適的位置上設置由鐵磁材料制成的所謂填隙片。隨時間變化的影響可以通過由補償電源15控制的補償線圈2消除。
在基本磁場磁鐵1中采用圓柱形的梯度線圈系統(tǒng)3，其由3個部分繞組構成。每個部分繞組都由一個放大器14提供電流，從而在笛卡爾坐標系的3個方向上分別產生一個線性梯度場。梯度場系統(tǒng)3的第一部分繞組產生x方向上的梯度Gx，第二繞組產生y方向上的梯度Gy，第三繞組產生z方向上的梯度Gz。每個放大器14包括數字模擬轉換器，其由序列控制器18控制，以及時產生梯度脈沖。
在梯度場系統(tǒng)3內設置了高頻天線4，該高頻天線4將高頻功率放大器30輸出的高頻脈沖轉換為交變磁場，以激勵待檢查對象或對象的待檢查區(qū)域中的原子核以及使核自旋定向。高頻天線4還將由確定的核自旋發(fā)出的交變場、即一般由一個或多個高頻脈沖和一個或多個梯度脈沖組成的脈沖序列引起的核自旋回波信號，轉換為電壓，該電壓通過放大器7輸入高頻系統(tǒng)22的高頻接收信道8。高頻系統(tǒng)22還包括一個發(fā)送信道9，其中產生用于激勵磁核共振的高頻脈沖。在此，根據設備計算機20預先給定的脈沖序列，在序列控制器18中將各高頻脈沖數字化地表示為復數序列。該數列作為實部和虛部，分別通過輸入端12輸入到高頻系統(tǒng)22中的數字模擬轉換器，并由該數字模擬轉換器輸入到發(fā)送信道9。在發(fā)送信道9中，將該脈沖序列調制為高頻載波信號，其基本頻率對應于測量空間內的核自旋的共振頻率。
通過發(fā)送-接收轉接器6將發(fā)送運行切換到接收運行。高頻天線4將用于激勵核自旋的高頻脈沖入射到測量空間M中，并對產生的回波信號進行掃描。在高頻系統(tǒng)22的接收信道8中對相應獲得的核共振信號進行相敏解調，并通過模擬數字轉換器分別轉換為測量信號的實部和虛部。通過圖像計算機17，從獲得的測量數據中再現(xiàn)圖像。測量數據、圖像數據和控制程序的管理都通過設備計算機20進行。根據預先給定的控制程序，序列控制器18檢查各期望的脈沖序列的產生以及相應的k域掃描。特別的，序列控制器18在此控制梯度的及時接通、具有限定相位和振幅的高頻脈沖的發(fā)送以及核共振信號的接收。高頻系統(tǒng)22和序列控制器18的時間基準由合成器19提供。通過終端21選擇用于產生核自旋圖像的相應控制程序，并顯示所產生的核自旋圖像，該終端21包括鍵盤以及一個或多個顯示屏。
本發(fā)明在于在自旋回波序列下產生新的HF激勵機制。在此存在隨著距離增大的處理要求，因為所有成像過程的大多數都建立在該序列類型的基礎上，同時雙重偽影由于自旋重聚焦而以顯現(xiàn)的方式出現(xiàn)。本發(fā)明涉及這樣的措施，其在只進行邊緣的序列修改時保證最大有效地抑制偽影。在序列控制器18或設備計算機20中產生根據本發(fā)明的序列變化。同樣在設備計算機20中進行圖像再現(xiàn)。
本發(fā)明的思想基本上如下所述為了產生自旋回波需要至少兩個層選擇過程。與通常的實踐相反，這些層選擇過程是不相同的，而是考慮選擇梯度強度和HF脈沖帶寬而不同地進行，其預先給定的條件是空間分離FOV(也稱為“有用立體區(qū)域”)外的錯誤選擇的立體區(qū)域。通過適當選擇平均頻率ω1、ω2以及HF激勵脈沖和HF重聚焦脈沖在同一地點(同一層)的帶寬Δω1、Δω2來實現(xiàn)在FOV內的選擇，該選擇產生或使得從該斷層中獲得期望的回波信號成為可能，如目前已知的。通過空間分離FOV外的錯誤選擇的立體區(qū)域(寄生激勵)(根據ω1、ω2、Δω1、Δω2、以及HF激勵脈沖期間的層選擇梯度GS1和HF重聚焦脈沖期間的層選擇梯度GS2的不同振幅g1和g2進行選擇，圖5a和6a)，無法在非均勻區(qū)域內形成回波信號，并抑制了圖像中的雙重偽影。優(yōu)選的，在序列開始時(90度脈沖)這樣改變HF自旋激勵，使得較少地(20％至30％)提高選擇梯度強度和HF脈沖帶寬。
在此，盡可能少地選擇差異，以保證廣泛的應用和最小化不期望的負面效應。這種要考慮的負面效應主要是化學移動和SAR(特殊吸收率)方面由于3.4ppm的化學脂肪-水移動，對于脂肪和水來說層位置始終不同。對于兩個化學成分中的每一個，激勵特性和所有重聚焦特性只有當選擇梯度強度不變時才是配合的。嚴格地說，這在下面介紹的序列設計中不再適用，即由于較少相對移動的信號特性而將不同化學成分的信號損失限制為很小的比例并由此使得該信號損失是無關緊要的。
在層厚或投影厚度增加時，完全分離有用立體區(qū)域外的錯誤選擇的立體區(qū)域要求相應增加選擇梯度強度和HF脈沖帶寬的差別。通過一方面(上限)可用的HF功率和SAR方面，另一方面(下限)通過降低序列在例如回波時間和重復時間上的時間性能而限制HF帶寬的有用范圍。在更實用的例如100％的差別下，可以利用根據本發(fā)明的序列修改將層厚或投影厚度調整到最大約100mm而不會出現(xiàn)明顯的偽影。
下面借助兩個可能的實施例(圖4a和4b)解釋本發(fā)明兩幅圖4a和4b的序列圖的上半部示出傳統(tǒng)的SE序列。在最上一行示出發(fā)送模式TX下的平均頻率為ω、帶寬為Δω的初始α激勵脈沖(HF激勵脈沖，α一般為90°)，同時正層選擇梯度GS1接通。在HF激勵脈沖之后，將層選擇梯度反向。在此期間一方面接通讀出梯度GR，另一方面通過相位編碼梯度GP進行相位編碼。接著，通過180°重聚焦脈沖，同時與通過層選擇梯度GS2進行的第二次層激勵一起進行重聚焦。對于傳統(tǒng)的SE序列，兩個層選擇梯度GS1和GS2具有相同的振幅。為了能在后面的MRT系統(tǒng)的接收模式RX中，在回波時間TE之后通過接通讀出梯度GR獲得MR回波信號，需要將180度重聚焦脈沖的平均頻率和帶寬選擇為分別等于HF激勵脈沖的平均頻率ω和帶寬Δω。后面還將借助其它附圖詳細解釋這種情況。
根據本發(fā)明的序列是修改的自旋回波序列(SE序列)。該修改在于這樣改變HF激勵脈沖(α脈沖)、HF重聚焦脈沖(180度脈沖)和層選擇梯度(GS)的參數，使得在FOV內與以往一樣激勵一個斷層，并由該層獲得自旋回波，但在FOV外從空間上分離兩個HF脈沖的寄生激勵，并由此不產生自旋回波信號。
在本發(fā)明的第一可能實施方式(圖4a)中，參數的改變例如是這樣進行的，即改變兩個HF脈沖的振幅、平均頻率以及帶寬。同時相應地改變層選擇梯度GS1和GS2的持續(xù)時間和振幅。根據圖4a將α脈沖在時間上進行可見的壓縮，加大其振幅。該α脈沖具有平均頻率ω1和帶寬Δω1。180度脈沖具有平均頻率ω2和帶寬Δω2?？s短第一層選擇梯度GS1，其振幅g1相對于第二層選擇梯度GS2的振幅g2增大。
在本發(fā)明的第二可能實施方式(圖4b)中，參數的改變例如是這樣進行的，即保持α脈沖和第一層選擇梯度GS1的總持續(xù)時間不變。脈沖振幅g1相對于GS2的振幅g2增大。壓縮α脈沖，但是最初的脈沖持續(xù)時間保持不變，其中給激勵脈沖的類似正弦函數又補充了幾個旁瓣最大值(Nebenmaxima，英語Side-Lobes)，并具有改善的層特性的積極旁效應。這對SAR值只有很小的影響，因為在此未經改變的重聚焦脈沖占據主導地位。相應地改變平均頻率ω1和ω2以及帶寬Δω1和Δω2，并相應地相互調諧。
圖5a和6a(分別是左側的圖像)顯示了對于傳統(tǒng)自旋回波序列在FOV內或FOV外的期望的或寄生的層激勵。由于人的體形和通常患者躺下的位置，場雙重效應主要出現(xiàn)在身體的長軸上(Z方向)。這產生了情況差異，即是利用Z梯度(橫向斷層)還是不用Z梯度(徑向和冠狀斷層)進行斷層選擇的差異。圖5a示出橫向層選擇(GS＝Gz)，圖6a示出徑向或冠狀層選擇(GS≠Gz)。
在橫向層激勵(圖5a)中，層選擇梯度GS(＝GZ)在FOV區(qū)域內首先線性變化。接著的劇烈的場下降既是由于基本磁場的非均勻性，又是由于梯度場的非線性，并引起寄生激勵。
在徑向或冠狀層激勵(圖6a)中，在z方向上不存在層選擇梯度。但是，由于基本磁場在FOV外的劇烈下降，也產生了寄生激勵。
總之，這產生了這種現(xiàn)象，即在利用傳統(tǒng)2D自旋回波進行測量時，對于橫向層定向和徑向或冠狀層定向都會在圖像中的不同位置出現(xiàn)雙重偽影。該事實在圖5b和6b中示出，其中利用傳統(tǒng)2D自旋回波進行的多層測量的總和圖像重疊顯示。圖5b(左側)示出橫向層定向時的雙重偽影，圖6b(左側)示出徑向或冠狀層定向時的雙重偽影。如果在信號產生和信號指示過程中還考慮不同的場情況，則可以看到，根據各自的層位置而在圖像中出現(xiàn)不同的偽影。后者影響圖像中偽影的位置，并且不應在后續(xù)變化中加深，因為本發(fā)明只考慮層選擇過程。
如上所述(圖4a和4b的描述)，利用不同的選擇梯度強度進行層選擇，也就是至少利用第一梯度強度g1和第二梯度強度g2g2＝(1+ε)g2(1)通常的自旋回波序列采用ε＝0。ε＝-2的情況對應于上面提到的并在現(xiàn)有技術中已經采用的序列修改(選擇梯度的極性轉換)。在本發(fā)明中，優(yōu)選的序列特性在選擇ε＞0時表現(xiàn)出來。
在激勵和重聚焦特定斷層時HF脈沖的平均頻率ω和帶寬Δω當然必須對同一位置區(qū)域起作用，該位置區(qū)域通過期望的層位置r和層厚d預先給出，即ω1＝γg1r (2a)ω2＝γg2r＝(1+ε)ω1(2b)Δω1＝γg1d (3a)Δω2＝γg2d＝(1+ε)Δω1(3b)圖5a就激勵和重聚焦(右側圖像)將傳統(tǒng)橫向斷層激勵(左側圖像)的情況與不同選擇梯度強度時的橫向斷層選擇的情況進行了比較。右側的圖像示出在沒有形成雙重偽影下較少但足夠的不同選擇梯度強度(g2＝(1+ε)g2)。
圖5b基于圖5a中2D自旋回波測量例子的配置而示出這種序列修改的效果。在中度不同的層選擇(ε＝0.2至0.3)中，已經非常有效地抑制了這種情況下的偽影(圖5b右側)。
圖6a關于激勵和重聚焦(α脈沖或重聚焦脈沖；右側圖像)將傳統(tǒng)徑向或冠狀層激勵(左側圖像)的情況與不同HF脈沖時的徑向或冠狀層選擇的情況進行比較。右側圖像示出在沒有形成雙重偽影下較少但足夠的不同HF脈沖(ω2＝(1+ε)ω1)。
圖6b基于圖6a中2D自旋回波測量例子的配置而示出這種序列修改的效果。在稍微不同的層選擇(ε＝0.2至0.3)中，已經有效地抑制了這種情況下的偽影(圖6b右側)。
下面，借助空間場分布的簡單數學模型進一步解釋按照目標對具有決定意義的參數ε的選擇。
圖7a示出橫向斷層選擇的場模型。在圖7a左側圖像的情況下(實際情況的理想化)，Z梯度的場與Z坐標成正比地一直上升到FOV的邊界，然后保持不變，而基本磁場首先為恒定的，并在FOV外(＞R)以不變的場梯度-G下降。圖7a中的右側圖像示出在選擇梯度強度g1和g2不同時根據本發(fā)明的總和場的變化。在兩種情況下都選擇期望的層(位置r、厚度d)，但有用立體區(qū)域外的寄生區(qū)域是不同的(具有厚度D1和D2的位置ρ1和ρ2)。
圖7a中的理想化模型這樣簡化了實際情況，即在半徑為R的FOV內假定場分布是理想的(均勻基本磁場和線性梯度場)。在＞R的外部區(qū)域，梯度場不會繼續(xù)上升，磁場下降應當以恒定的場梯度-G進行。
對于利用梯度強度g1和g2進行的兩個選擇過程(圖7a，右側圖像)，下式成立ω1＝γg1r＝γg1R-γGρ1(4a)ω2＝γg2r＝γg2R-γGρ2(4b)Δω1＝γg1d＝γGD1(5a)Δω2＝γg2d＝γGD2(5b)在位置ρ1和ρ2上進行的寄生選擇的相對位移為ρ2-ρ1＝(R-r)(g2-g1)/G (6)目標是完全抑制雙重偽影，也就是將具有厚度D1和D2的錯誤選擇的立體區(qū)域完全分離ρ2-ρ1＞(D1+D2)/2 (7)從中，通過將方程(1)到(6)代入不等式(7)得出參數ε的條件ϵ>1(R-r)/d-1/2---(8)]]>其中r的值滿足r＜R-d/2 (9)可以觀察到，公式(8)僅取決于層和FOV的邊界之間以層厚d為單位測量的距離(R-r)。該距離越大，對ε的要求越小，這可以借助圖7b中的雙曲線函數族示出。圖7b示出在橫向層選擇時的ε值變化如果參數ε超過所顯示的最小值，則對應于圖7a的場模型完全抑制雙重偽影。利用通常層厚的2D自旋回波方法滿足ε＝0.2到0.3時的該條件。
FOV邊界的極點對應于雙重性在該點的消失(理想斷層和錯誤選擇在此相互轉變(uebergehen))。
對g1、g2和G的不依賴性也是值得注意的，即在外部區(qū)域中的梯度強度和HF脈沖帶寬的絕對大小以及磁場下降是不起作用的，可以任意構造。
為完整起見還針對徑向或冠狀斷層定向示出了具有上述斷言的該模型。圖8a示出涉及該層定向的場模型。在圖8a的左側圖中，基本磁場首先是恒定的，并在FOV外(＞R)以不變的場梯度-G下降。在圖8a的右側圖中，在FOV外選擇不同的寄生區(qū)域(具有厚度D1和D2的位置ρ1和ρ2)，象在期望的層外示出的那樣(該層由于X或Y相關而未在此示出)。
由于所指出的措施只涉及層選擇過程，并且在此Z梯度沒有參與，因此不用考慮有關的假設。又假定磁場的變化在有用立體區(qū)域內恒定，而在＞R的外部區(qū)域內以恒定的場梯度-G描述。
對于具有梯度強度g1和g2的兩個選擇過程下式成立ω1＝γg1r＝-γGρ1(10a)ω2＝γg2r＝-γGρ2(10b)Δω1＝γg1d＝γGD1(11a)Δω2＝γg2d＝γGD2(11b)在位置ρ1和ρ2上進行的寄生選擇的相對位移為ρ2-ρ1＝-r(g2-g1)/G(12)目標還是完全抑制雙重偽影，也就是將具有厚度D1和D2的錯誤選擇的立體區(qū)域完全分離ρ2-ρ1＞(D1+D2)/2 (13)從中，通過將方程(10a)到(12)代入不等式(13)得出參數ε的條件ϵ>1-r/d-1/2---(14)]]>其中r的值滿足r＜-d/2 (15)在這種情況下，參數ε取決于斷層和磁場中心之間以層厚d為單元測量的距離r。該距離越大，對ε的要求越小。在圖8b中示出徑向或冠狀層選擇時的雙曲線函數如果參數ε超過所示出的最小值，則完全抑制對應于圖8a的場模型的雙重偽影。利用通常層厚的2D自旋回波方法滿足ε＝0.2到0.3時的條件。磁場中心的極點對應于雙重性在該點的消失(理想斷層和錯誤選擇在此相互轉變)。
下面指出該序列方法抑制偽影的邊界在ε圖(圖7b和8b)中的極點不只是這種簡單數學模型的現(xiàn)象。如已經示出的，這些極點描述了一種實際現(xiàn)象，即從雙重偽影到幾何符號的轉變。該轉變是在期望層和寄生選擇的立體區(qū)域直接與磁場換向點相互緊密相鄰時產生的。在重疊或完全一致時當然不可能實現(xiàn)分離，這就在形成數學模型時產生了極點。
因此，在該邊界情況下不能完全避免偽影，為此這種現(xiàn)象的圖像與典型的雙重偽影有很大的偏差，并更近似于一種圖像失真。該偽影結構與實際對象的對應是可以識別的，本身并不包含錯誤解釋的風險。
由于簡化了所采用的場模型而未能示出的另一方面在于FOV外的實際空間場分布。在橫向斷層選擇時假定的、Z梯度在＞R的外部區(qū)域中的恒定場變化至少對于＞＞R的大距離來說是不會遇到的。更合理的是，該梯度場自身又單獨(即不涉及磁場)下降，并具有場雙重效應。
但是這種情況并沒有負面影響。同時假定的在＞R的外部區(qū)域中的磁場下降也必須排除。
因此，僅在磁鐵同時根本不具有場偏差的地方才有出現(xiàn)偽影的風險。取代目前的一維場變化，在此必須觀察和考慮磁場的整個空間場分布。只有這種巧合與在該點具有足夠高的HF靈敏度的發(fā)送和接收線圈一起，才會包含不能用所介紹的序列修改完全抑制雙重偽影的風險。
如果需要，在設計HF線圈時必須考慮該方面，與傳統(tǒng)自旋回波序列時的限制相反，該方面表示很少且可以滿足的附加條件。
權利要求
1.一種用于在采用自旋回波序列的磁共振斷層造影中避免外圍噪聲信號的方法，該自旋回波序列具有高頻激勵脈沖、高頻重聚焦脈沖、層選擇梯度脈沖、相位編碼梯度脈沖和讀出梯度脈沖，其特征在于，這樣區(qū)分高頻激勵脈沖的平均頻率(ω1)和帶寬(Δω1)與高頻重聚焦脈沖的平均頻率(ω2)和帶寬(Δω2)，以及區(qū)分在高頻激勵脈沖期間接通的層選擇梯度的振幅(g1)與在高頻重聚焦脈沖期間接通的層選擇梯度的振幅(g2)，即將HF激勵脈沖的激勵層和HF重聚焦脈沖的重聚焦層在MRT磁場的均勻區(qū)域(FOV)內重疊，而使HF激勵脈沖的激勵層和HF重聚焦脈沖的重聚焦層在MRT磁場的非均勻區(qū)域內空間上分離，并由此避免在非均勻區(qū)域內出現(xiàn)回波信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，提高所述HF激勵脈沖的平均頻率(ω1)、帶寬(Δω1)和振幅以及在HF激勵脈沖期間接通的層選擇梯度(GS1)的振幅(g1)，同時與在HF重聚焦脈沖期間接通的層選擇梯度的持續(xù)時間相比，相應減少在HF激勵脈沖期間接通的層選擇梯度的持續(xù)時間。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，保持所述HF脈沖以及層選擇梯度脈沖的總持續(xù)時間，并相對于在HF重聚焦脈沖期間接通的層選擇梯度(GS2)的振幅(g2)，提高HF激勵脈沖的平均頻率(ω1)、帶寬(Δω1)和振幅以及在HF激勵脈沖期間接通的層選擇梯度(GS1)的振幅(g1)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，引入其它的HF激勵脈沖的旁瓣最大值。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，在HF激勵脈沖期間接通的層選擇梯度(GS1)的振幅(g1)與在HF重聚焦脈沖期間接通的層選擇梯度(GS2)的振幅(g2)相比較的差別可以根據關系式g2＝(1+ε)g1來公式化，并且在橫向層選擇的情況下，根據以下不等式計算差異因子εϵ>1(R-r)/d-1/2]]>其中R表示FOV的半徑，r表示在FOV中受到激勵的層的層位置，d表示在FOV中受到激勵的橫向斷層的層厚。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，在HF激勵脈沖期間接通的層選擇梯度(GS1)的振幅(g1)與在HF重聚焦脈沖期間接通的層選擇梯度(GS2)的振幅(g2)相比較的差別可以根據關系式g2＝(1+ε)g1來公式化，并且在徑向或冠狀斷層選擇的情況下，根據以下不等式計算差異因子εϵ>1-r/d-1/2]]>其中r表示在FOV中受到激勵的層的層位置，d表示在FOV中受到激勵的徑向或冠狀層的層厚。
7.一種磁共振斷層造影設備，包括具有附屬梯度線圈(3)的梯度放大器、輸入-顯示終端(21)、序列控制器(18)和設備計算機(20)以及模擬數字轉換器(ADC)，該磁共振斷層造影設備適用于實施按照權利要求1至6中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在采用自旋回波序列的磁共振斷層造影中避免外圍噪聲信號的方法，該自旋回波序列具有高頻激勵脈沖、高頻重聚焦脈沖、層選擇梯度脈沖、相位編碼梯度脈沖和讀出梯度脈沖，其中，這樣區(qū)分高頻激勵脈沖的平均頻率(ω1)和帶寬(Δωl)與高頻重聚焦脈沖的平均頻率(ω2)和帶寬(Δω2)，和在高頻激勵脈沖期間接通的層選擇梯度的振幅(g1)與高頻重聚焦脈沖期間接通的層選擇梯度的振幅(g2)將HF激勵脈沖的激勵層和HF重聚焦脈沖的重聚焦層在MRT磁場的均勻區(qū)域(FOV)內重疊，而使HF激勵脈沖的激勵層和HF重聚焦脈沖的重聚焦層在MRT磁場的非均勻區(qū)域內空間上分離，由此避免在非均勻區(qū)域內出現(xiàn)回波信號。
文檔編號G01R33/54GK1576875SQ200410054959
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權日2003年7月24日
發(fā)明者彼得·休貝絲 申請人:西門子公司