专利名称：有选择性的激励方法和装置以及磁共振成像方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有选择性的激励方法和装置以及磁共振成像方法和装置，更具体地说，本发明提供一种有选择地激发原子核自旋的方法和装置，以及提供一种应用这种有选择性的激励装置的磁共振成像方法和装置。
在磁共振成像中，在要成像的空间中产生梯度磁场以使通过原子核(比如质子)的自旋频率能够识别体素的三维位置。在视场(FOV)中产生梯度磁场包括产生一种具有均匀的磁场强度B0的静态磁场a，如在附
图1中示出了一种示例性的磁场强度分布，应用一种对称的梯度磁场b，相对于静态磁场的中心O该磁场b在一侧的方向与在另一侧的方向彼此相反，结合磁场a和b得到一种具有梯度的复合磁场c。为产生静态磁场a，应用超导电磁体、普通导电电磁体、永磁体或类似的磁体。为产生梯度磁场b，应用具有合适的环形形状的梯度线圈。
由于复合磁场c具有梯度，自旋频率随着在视场中距离Z线性变化，因此可以通过适当地选择RF(射频)激励信号来有选择性地激发所需的片段，基于来自该片段所产生的磁共振信号产生(即，重构)层析成象的图象。
在如上所产生的梯度磁场中，随着距FOV中心O的距离越来越大梯度线性趋于变坏。虽然可以通过精确设计梯度线圈环的形状来改善梯度的线性，在线性和其它条件(比如抑制涡流)之间存在折衷方案，但是线性总是不理想。因此，当在距中心O的某一位置(即，偏离中心的位置)选择片段时，通过应用一种RF激励频率(偏移频率)激励与理想位置不同的片段位置，通过与该理想的片段位置相对应的公称梯度磁场确定该RF激励频率。
因此本发明的一个目的是提供一种有选择性的激励方法和装置，其不受梯度磁场的非线性的影响，以及一种应用这种有选择性的激励装置的磁共振成像方法和装置。
依据本发明的第一方面，提供一种有选择性的激励方法，该方法通过RF信号有选择性地激励在要成像的目标内部的原子核的自旋，在相对于具有梯度的磁场空间的中心的预定距离处确定的片段位置上实施有选择性的激励，该方法包括如下步骤应用具有这样一种频率的RF信号作为RF信号，即该频率对应于不同于依据在梯度中的非线性误差确定的片段位置所再次确定的片段位置。
依据本发明的第二方面，提供一种有选择性的激励方法，该方法通过RF信号有选择性地激励在要成像的目标内部的原子核的自旋，在相对于具有梯度的磁场空间的中心的预定距离处确定的片段位置上实施有选择性的激励，该方法包括如下步骤调整梯度以使在所确定的片段位置处的自旋频率等于RF信号的频率。
依据本发明的第三方面，提供一种有选择性的激励装置，该装置通过RF信号有选择性地激励在要成像的目标内部的原子核的自旋，在相对于具有梯度的磁场空间的中心的预定距离处确定的片段位置上实施有选择性的激励，该装置包括RF激励装置，该RF激励装置应用具有这样一种频率的RF信号作为RF信号，即该频率对应于不同于依据在梯度中的非线性误差确定的片段位置所再次确定的片段位置。
依据本发明的第四方面，提供一种有选择性的激励装置，该装置通过RF信号有选择性地激励在要成像的目标内部的原子核的自旋，在相对于具有梯度的磁场空间的中心的预定距离处确定的片段位置上实施有选择性的激励，该装置包括梯度调整装置，该梯度调整装置调整梯度以使在所确定的片段位置的自旋频率等于RF信号的频率。
(效果)依据本发明，应用具有这样一种频率的RF信号作为RF信号进行激励自旋，即该频率对应于与依据在梯度磁场中的非线性误差预先确定的片段位置不同地再次确定的片段位置。可替换的是，可以调整磁场梯度，以使在预先确定的片段位置的自旋频率等于RF激励信号的频率。
因此，本发明能够提供一种有选择性的激励方法和装置，其不受磁场梯度的非线性的影响，以及提供一种应用这种有选择性的激励装置的磁共振成像方法和装置。
通过下文对如附图所示的优选实施例的详细描述本发明的进一步目的和优点将会清楚。
附图1所示为在磁共振成像装置中的磁场强度的分布。
附图2所示为依据本发明的一个实施例的装置的方块图。
附图3所示为依据本发明的另一个实施例的装置的方块图。
附图4所示为在附图2或3所示的装置中的梯度驱动段的方块图。
附图5所示为在附图2或3所示的装置中的RF驱动段的方块图。
附图6所示为附图2或3所示的装置所实施的脉冲序列实例。
附图7所示为附图2或3所示的装置所实施的脉冲序列实例。
附图8和9所示为在附图2或3中所示的装置中的偏移频率曲线。
参考附图下文将更详细地描述几个实施例。附图2所示为本发明的一个实施例的磁共振成像装置的方块图。该装置的结构代表依据本发明的装置一种实施例，并且该装置的操作代表依据本发明的方法的一种实施例。
如在附图2中所示，本发明装置具有磁体系统100。磁体系统100具有主磁场线圈段102、梯度线圈段106和RF(射频)线圈段108。这些线圈段一般为圆柱形外形，并且同心设置。要成像的对象300躺在托架500上，并通过输送装置(未示)可以将成像对象送入磁体系统100的内部空间或送出该空间。
主磁场线圈段102在磁体系统100的内部空间产生静态磁场。静态磁场的方向通常与要成像的对象300的躯体轴线的方向平行，即所谓产生水平磁场。主磁场线圈段102包括例如超导线圈。人们容易认识到主磁场线圈段102并不限于包括超导线圈，也可以包括常规导电线圈或类似的线圈。
梯度线圈段106产生梯度磁场以将梯度施加到静态磁场强度中。所产生的梯度磁场包括三种类型的磁场片段梯度磁场、读出梯度磁场和相位编码梯度磁场，而梯度线圈段106具有与这三种梯度磁场相对应的三种梯度线圈(未示)。
射频线圈段108在静态磁场空间中产生高频磁场以激励在要成像的对象300内部的自旋。在下文中将产生高频磁场称为发射RF激励信号。RF线圈段108也接收由所激励的自旋产生的电磁波，即磁共振信号。射频线圈段108具有发射线圈和接收线圈(未示)。发射线圈和接收线圈可以是相同的线圈或不同的专用线圈。
将梯度线圈段106与梯度驱动段130相连接，以给梯度线圈段106输送驱动信号来产生梯度磁场。梯度驱动段130具有与在梯度线圈段106中的三个梯度线圈相对应的三种驱动电路。驱动段将在下文更详细地描述。
射频线圈段108与射频驱动段140相连接，以给射频线圈段108输送驱动信号来发射射频激励信号，由此激励在要成像的对象300内部的自旋。射频驱动段140将在下文更详细地描述。
由梯度线圈段106、梯度驱动段130、射频线圈段108和射频驱动段140组成的部分构成本发明的有选择性的激励装置的实施例。该装置的结构代表依据本发明的装置的一种实施例，而该装置的操作代表依据本发明的方法的一种实施例。
射频线圈段108还与数据采集段150相连接以聚集由射频线圈段108所接收的信号并采集该信号作为数字信号。
梯度驱动段130、射频驱动段140和数据采集段150都与控制段160相连接以控制这些段130-150。
将数据采集段150的输出连接到数据处理段170。数据处理段170将从数据采集段150聚集的数据存储在存储器(未示)中。因此，在存储器中形成数据空间，其构成了二维傅立叶空间。数据处理段170对在二维傅立叶空间中的数据进行反向的二维傅立叶变换以重构对象300的图象。
将数据处理段170连接到控制段160。数据处理段170优于控制段160并对段160进行控制。数据处理段170与显示段180和操作段190相连接，该显示段180显示重构的图象和从数据处理段170输出的信息，该操作段190由人工操作员操作并输入一些指令、信息等到数据处理段170。
附图3所示为另一个磁共振成像装置的方块图，其为本发明的一个实施例。该装置的结构代表依据本发明的装置的一种实施例，而该装置的操作代表依据本发明的方法的一种实施例。
在附图3中所示的装置具有与在附图2中所示的装置不同的磁体系统100′。除了磁体系统100′外其它部件都与在附图2中所示的装置中的部件类似，并且通过参考类似的参考标号可以设计类似的部件，因此下文省略对这些的解释。
磁体系统100′具有主磁场磁体段102′、梯度线圈段106′和射频线圈段108′。主磁场磁体段102′和线圈段106′和108′每个都包括一对彼此正对着的单个部件，并在它们之间插有间隔。这些段的外形一般为盘形，并且设置有公共的中心轴线。要成像的对象300躺在托架500上，并且通过输送装置(未示)可以将成像对象送入磁体系统100′的内部空间或送出该空间。
主磁场线磁体102′在磁体系统100′的内部空间产生静态磁场。静态磁场的方向通常与要成像的对象300的躯体轴线的方向垂直，即所谓产生垂直磁场。例如主磁场磁体段102′包括永磁体。人们容易认识到主磁场磁体段102′并不限于包括永磁体，也可以包括超导磁体或常规导电电磁体等。
梯度线圈段106′产生梯度磁场以将梯度施加到静态磁场强度中。要产生的梯度磁场包括三种类型的磁场片段梯度磁场、读出梯度磁场和相位编码梯度磁场，并且梯度线圈段106′具有与这三种梯度磁场相对应的三种梯度线圈(未示)。
射频线圈段108′发射射频激励信号到静态磁场空间中以激励在要成像的对象300内部的自旋。RF线圈段108′也接收由所激励的自旋产生的磁共振信号。射频线圈段108′具有发射线圈和接收线圈(未示)。发射线圈和接收线圈可以是相同的线圈或不同的专用线圈。
附图4所示为在梯度驱动段130中的一个驱动电路的方块图，比如片段梯度线圈的驱动电路。如图所示，驱动电路具有信号产生电路312，该信号产生电路312产生具有预定波形的梯度线圈驱动信号。控制段160控制梯度线圈驱动信号的产生。
通过幅值调整电路314调整梯度线圈驱动信号的幅值。控制段160控制幅值调整电路314要调整的幅值量。由幅值调整电路314和控制段160组成的部分是本发明的梯度调整装置的实施例。通过功率放大器316对经调整幅值的梯度线圈驱动信号进行功率放大，并输送到在梯度线圈段106中的片段梯度线圈。
附图5所示为射频驱动段140的方块图。如图所示，驱动段具有射频信号产生电路412。在该射频信号产生电路412中，通过控制段160控制信号产生时序和射频信号频率。在幅值调制电路414中调制所产生的射频信号幅值，通过功率放大器416进行功率放大，并输送到射频线圈段108中。
由射频信号产生电路412、幅值调制电路414、功率放大器416、射频线圈段108和控制段160组成的部分是本发明的射频激励装置的现在描述本装置的操作。在附图2中所示的装置的操作和在附图3中所示的装置操作没有本质的区别。该装置的操作受控制段160的控制。附图6示出了用在磁共振成像中的示例性的脉冲序列。所示的一种脉冲序列是一种用于自旋回波(SE)技术中的脉冲。
具体地说，(1)是一种用于SE技术的射频激励的90°和180°脉冲序列，而(2)、(3)、(4)和(5)分别是SE技术的片段梯度Gs、读出梯度Gr、相位编码梯度Gp和自旋回波MR的序列。需指出的是，90°和180°脉冲都是通过它们各自中心信号表示的。脉冲序列沿着时间轴t自左至右行进。
如图所示，90°脉冲产生90°的自旋激励。同时，施加片段梯度Gs以在某一片段位置实现有选择性的激励。在自90°激励的预定时间后，通过180°脉冲执行180°激励或自旋反向。同时再次施加片段梯度Gs以对相同的片段位置实现有选择性的反向。
在90°激励和自旋反向之间的周期中，施加读出梯度Gr和相位编码梯度Gp。读出梯度Gr使自旋失相(dephase)，而相位编码梯度Gp对该自旋进行相位编码。
在自旋反向后，通过读出梯度使自旋恢复相位(rephase)以产生自旋回波MR。自旋回波MR是一种RF信号，其波形相对于回波中心对称。在从90°激励的TE(回波时间)后产生中心回波。通过数据采集段150采集自旋回波MR作为可视数据。在一个TR(重复时间)周期中重复这种脉冲序列128-256次。在每个重复时间中都改变相位编码梯度Gp以每次提供都不同的相位编码。因此得到可显示128-256种视图的可视数据。
在附图7中所示为用于磁共振成像中的脉冲序列的另一实例。这种脉冲序列是一种用于产生梯度回波(GRE)技术的脉冲序列。
具体地说，(1)是一种用于GRE技术的射频激励的α°脉冲序列，而(2)、(3)、(4)和(5)分别是GRE技术的片段梯度Gs、读出梯度Gr、相位编码梯度Gp和梯度自旋回波MR的序列。需指出的是，α°脉冲都是通过它的中心信号表示。脉冲序列沿着时间轴t自左至右行进。
如图所示，α°脉冲产生α°的自旋激励，其中α不大于90。同时，施加片段梯度Gs以在某一片段位置实现有选择性的激励。
在自α°激励后，通过相位编码梯度Gp对自旋进行相位编码。接着，首先使自旋失相，随后在通过读出梯度Gr使其恢复相位以产生梯度回波MR。梯度回波MR是一种RF信号，其波形相对于回波中心对称。在从α°激励的TE后产生中心回波。
通过数据采集段150采集梯度回波MR作为可视数据。在一个TR周期中重复这种脉冲序列128-256次。在每个重复时间中都改变相位编码梯度Gp以每次都提供不同的相位编码。因此，可以得到可显示128-256种视图的可视数据。
将通过附图6或7所示的脉冲序列所得到的可视数据采集到在数据处理段170的存储器中。容易理解的是该脉冲序列并不限于SE或GRE技术，而可以是任何适当的技术，比如快速自旋回波(FSE)技术。数据处理段170对可视数据进行反向二维傅立叶变换以重构对象300的层析图象。通过显示段180显示所重构的图象作为可视图象。
在附图8中示例性地示出了当在上述装置中片段梯度Gs包含有非线性误差时在与片段平面正交的方向上的偏移频率。具体地说，随着距磁场中心O的距离的加大梯度G(Z)的误差从正确的线性梯度g·Z(公称梯度)不断增加，偏移频率F具有相同的非线性。
如果人工操作员例如在偏移距离Za处确定一片段位置，则在上述条件下控制段160控制射频产生信号412以将射频激励信号的频率改变为在公称梯度g·Z下的与偏移位置Zc相对应的频率f′。通过下式计算距离ZcZc=G(Za)g------(1)]]>其中G(Za)在距离Za处的梯度磁场强度，和g公称磁场梯度。基于片段梯度Gs的已知非线性计算G(Za)。g的值已知。因此，可以将偏移频率f′表示为 其中γ为旋磁比。由此将射频激励频率调整到偏移距离Za的频率，因此在偏移距离Za处可以精确地激励片段。
可替换的是，可以调整梯度磁场以使自旋频率等于射频激励信号的频率，而不是调整射频激励信号的频率。具体地说，如附图9所示，在公称片段梯度g下激励偏移距离Za的频率为f=γ·g·Za。然后，控制段160经过幅值调整电路314调整梯度驱动信号的幅值，以将公称梯度改变为值g′，该值g′通过下式计算g′=ZaZc------(3)]]>依据公式(3)公称梯度g′的值是使在偏移距离Zc处的磁场强度g′·Zc(公称)等于在公称梯度g下在偏移距离Za处的磁场强度g′·Za(公称)。梯度的改变产生了G′(Z)的实际梯度。G(Z)、G′(Z)和g′之间的关系如下式G′(Za)=g′gG(Za)------(4)]]>在这种情况下，频率f为f=γ·g′·Zc------(5)]]>将Zc以关系式(1)代入得到f=γ·g′·G(Za)g------(6)]]>将关系式(4)代入得到f=γ·G′(Za)------(7)]]>这就是说，在改变之后在实际梯度G′(Z)之下在偏移距离Za处的自旋频率等于射频激励信号的频率f。这就在偏移距离Za处允许进行精确的片段激励。
上文描述了当在片段平面中梯度的非线性误差均匀时对射频激励频率或梯度磁场的调整方法。然而，如果在片段平面中非线性误差为非均匀的，则可以基于在片段平面中的感兴趣区(ROI)内部的非线性进行类似的调整。
在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以构造出本发明的许多不同的实施例。可以理解的是本发明的并不限于在上述中所描述这些特定的实施例中，而是由附加的权利要求确定。
权利要求
1．一种有选择性的激励方法，该方法通过RF信号有选择性地激励在要成像的目标内部的原子核的自旋，在相对于具有梯度的磁场空间的中心的预定距离确定的片段位置处实施所说的有选择性的激励，所说的方法包括如下步骤应用具有这样一种频率的RF信号作为所说的RF信号，即该频率所对应的片段位置依据在所说的梯度中的非线性误差而和所说的确定的片段位置不同地再次确定。
2．一种有选择性的激励方法，该方法通过RF信号有选择性地激励在要成像的目标内部的原子核的自旋，在相对于具有梯度的磁场空间的中心的预定距离确定的片段位置处实施所说的有选择性的激励，所说的方法包括如下步骤调整所说的梯度以使在所说的所确定的片段位置的自旋频率等于所说的RF信号的频率。
3．一种有选择性的激励装置，该装置通过RF信号有选择性地激励在要成像的目标内部的原子核的自旋，在相对于具有梯度的磁场空间的中心的预定距离确定的片段位置处实施所说的有选择性的激励，所说的装置包括RF激励装置，该RF激励装置应用具有这样一种频率的RF信号作为所说的RF信号，即该频率所对应的片段位置依据在所说的梯度中的非线性误差而和所说的确定的片段位置不同地再次确定。
4．一种有选择性的激励装置，该装置通过RF信号有选择性地激励在要成像的目标内部的原子核的自旋，在相对于具有梯度的磁场空间的中心的预定距离确定的片段位置处实施所说的有选择性的激励，所说的装置包括梯度调整装置，该梯度调整装置调整所说的梯度以使在所说的确定的片段位置的自旋频率等于所说的RF信号的频率。
5．一种磁共振成像装置，该装置通过RF信号有选择性地激励在要成像的目标内部的原子核的自旋，在相对于具有梯度的磁场空间的中心的预定距离确定的片段位置处实施所说的有选择性的激励，并基于由所激发的自旋产生的磁共振信号产生图象，其中应用如在权利要求3或4中所定义的有选择性的激励装置作为进行所说的有选择性的激励的装置。
6．一种磁共振成像方法，该方法通过RF信号有选择性地激励在要成像的目标内部的原子核的自旋，在相对于具有梯度的磁场空间的中心的预定距离确定的片段位置处实施所说的有选择性的激励，并基于由所激发的自旋产生的磁共振信号产生图象，其中在所说的有选择性的激励方法中应用如在权利要求1或2中所定义的有选择性的激励方法。
全文摘要
为提供一种不受磁场梯度的非线性影响的有选择性的激励方法和装置以及一种应用这种有选择性的激励装置的磁共振成像方法和装置,将与依据在梯度磁场Gz中的非线性误差指定的片段位置Z
文档编号G01R33/48GK1286961SQ0011876
公开日2001年3月14日 申请日期2000年6月26日 优先权日1999年6月24日
发明者宫本昭荣, 小杉进 申请人:通用电器横河医疗系统株式会社