为了探测cest效应以两个共振频率进行hf激励的方法

为了探测cest效应以两个共振频率进行hf 激励的方法
【专利摘要】本发明涉及一种为了探测CEST效应而借助磁共振设备(5)以两个共振频率(f1，f2)进行HF激励(25)的方法。在此利用磁共振设备(5)的第一HF天线(4)和第二HF天线(4′)实现所述HF激励(25)，其中，利用第一HF天线(4)进行HF激励(25)的具有所述两个共振频率中的第一共振频率(f1)的第一部分，并且利用第二HF天线(4′)进行HF激励(25)的具有所述两个共振频率中的第二共振频率(f2)的第二部分。
【专利说明】为了探测CEST效应以两个共振频率进行HF激励的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种方法，用于借助磁共振设备以两个共振频率进行HF激励，以便由 此探测或量化CEST效应。

【背景技术】
[0002] 在 MR(磁共振）成像中利用 CEST 效应（Chemical Exchange Saturation Transfer，化学交换饱和转移），以便几乎间接探测特定的物质（例如肌氨酸、肝糖、谷氨酸 盐）。由此例如可以比通过用于MR成像的其他方法能够实现的更好地鉴定和评估人类检查 对象的软骨的质量。
[0003] 在CEST中利用通过化学交换引起的磁化的转移。束缚于待探测的物质的分子中 的不稳定的质子的共振信号被饱和，以便探测然后束缚到水分子的这些质子，其是通过化 学交换而被传输到所述水分子的。
[0004] 然而除了 CEST之外还存在常规的磁化转移（MT(Magnetization Transfer))，其 中自旋的两个不同的集合交换其磁化（更确切是交换其磁极化）。在MR成像领域中将MT 理解为磁化转移，其中自旋的两个集合中的一个是水（更确切是水质子），这在人体中以大 的度量存在于组织和器官中。自旋的另一个集合是束缚于待探测的物质的分子中的质子。
[0005] 因为CEST和MT在人的组织和器官中同时出现，所以困难的是，定性地或更好地定 量地测量仅CEST效应的作用（即没有MT的影响）。


【发明内容】

[0006] 由此，本发明的要解决的技术问题是，定性地并且主要也定量地测量仅CEST效应 的作用或者提供一种工具，以实现这一点。
[0007] 上述技术问题通过根据本发明的为了探测CEST效应借助磁共振设备以两个共振 频率进行HF激励的方法、通过根据本发明的用于采集MR数据的方法、通过根据本发明的 磁共振设备、通过根据本发明的计算机程序产品和通过根据本发明的电子可读数据载体解 决。从属权利要求限定了本发明的优选的和有利的实施方式。
[0008] 在本发明的范围内提供了一种为了探测CEST效应借助磁共振设备以两个共振频 率进行HF激励的方法。在此利用至少两个HF天线或通道进行HF激励，以将如下的不稳定 的质子的共振信号饱和，所述质子束缚到待探测的物质或者说待探测的物质的分子。利用 (至少两个HF天线的）第一 HF天线进行HF激励的具有（所述两个共振频率中的）第一共 振频率的第一部分，并且利用（至少两个HF天线的）第二HF天线进行HF激励的具有（所 述两个共振频率中的）第二共振频率的第二部分。
[0009] 通过由（至少）两个HF天线分别入射或者说发送具有不同共振频率的和特别是 恒定的振幅的一个HF脉冲（也就是总共两个HF脉冲），有利地不再需要，根据两个共振频 率的频率间隔来执行复杂的振幅调制，如对于当必须仅利用一个HF天线进行HF激励的入 射时所必需的那样。通过采用两个HF天线入射用于饱和的HF激励，与仅存在一个HF天线 相比，既不会很容易产生截断伪影（Truncation Artefacts)或谱中的尖峰，也不会对发送 HF放大器具有高的要求或限制通过序列框架实现脉冲轮廓。总之通过按照本发明采用至少 两个HF天线或者说通道，与仅一个HF天线相比，按照硬件更容易实现按照本发明的用于以 两个共振频率进行HF激励的方法，以便由此通过双频率入射将CEST效应与MT效应分离。 [0010] 用于饱和的HF激励的入射在此特别地同时进行，从而具有第一共振频率的第一 HF天线与具有第二共振频率的第二HF天线同时工作。
[0011] 换言之通过两个HF天线同时入射两个HF激励，其中第一 HF激励或者说第一 HF 脉冲具有第一共振频率并且第二HF激励或者说第二HF脉冲具有第二共振频率。
[0012] 第一 HF脉冲以及第二HF脉冲在此都具有以下形状：
[0013] ?矩形（即，HF脉冲的曲线相应于矩形），
[0014] ?高斯形状（即，HF脉冲的曲线相应于高斯钟形曲线），
[0015] · sine形（即，HF脉冲的曲线相应于sine函数（sine (X)))。
[0016] 因为按照本发明每个HF天线仅必须产生一个共振频率，所以有利地不存在对于 振幅调制的特别大数量的节点（Stiitzstellen)的必要性，而这在采用仅一个HF天线用于 产生具有两个共振频率的HF激励的情况下是必需的。由此两个HF脉冲可以取前面描述的 形状之一，其例如对于选择性地饱和自旋共振来说是非常合适的。
[0017] 按照一种优选的按照本发明的实施方式，除了第一和第二HF天线之外附加地利 用磁共振设备的第三和第四HF天线（通道）进行HF激励。在此按照周期性重复的方式首 先在周期的第一时间间隔期间借助第一 HF天线入射HF激励的具有第一共振频率的第一部 分并且借助第二HF天线入射HF激励的具有第二共振频率的第二部分。紧接着在周期的第 二时间间隔期间利用第三HF天线进行HF激励的具有第一共振频率的第一部分并且利用第 四HF天线入射HF激励的具有第二共振频率的第二部分。
[0018] 在此第一和第二HF天线在每个周期的第二时间间隔期间特别地不发送，而第三 和第四HF天线特别地在每个周期的第一时间间隔期间不发送。
[0019] 通过周期性地以交替的方式或者是第一和第二HF天线或者是第三和第四HF天线 工作，可以实现任意长时间的HF激励（例如在1至3s的数量级），即使磁共振设备利用同 一个HF天线或者说利用同一个通道仅能够连续地仅发送持续时间为100ms或500ms的HF 脉冲。利用该实施方式尽管单个放大器在时间上负担50%但是还是能够施加任意的持续时 间的几乎连续的HF功率，从而具有两个共振频率的HF激励有利地可以被一直入射，直到出 现饱和均衡，其中由于HF激励引起的饱和和由于化学交换引起的饱和损失得到均衡。
[0020] 当然按照本发明还可以采用多于四个HF天线来进行HF激励。通过这些HF天线 或通道的分别两个工作，其中工作的HF天线中的一个以第一共振频率并且工作的HF天线 中的另一个以第二共振频率发射，而其余的HF天线休息，各自的HF天线的（或各自的放大 器的）时间负担进一步被降低，尽管几乎连续地关于任意的持续时间施加 HF功率或者说HF 激励。
[0021 ] 通过按照本发明采用四个或更多个HF天线或通道并且实现具有两个频率的HF激 励的几乎连续的入射，可以非常精确地量化CEST效应。在一些情况下该按照本发明的采用 使得首先可以量化在3特斯拉的磁场中的CEST效应，例如用于量化在肝脏中的肝糖。
[0022] 在本发明中用于饱和的HF激励以之工作的两个共振频率根据应当借助CEST效应 探测或定位的材料或者说物质来选择。
[0023] 在此第一共振频率有利地在束缚到待探测的物质的分子上并且其共振信号应当 被饱和的质子的共振频率附近被确定。第二共振频率f 2然后根据第一共振频率按照以 下等式（1)来确定。
[0024] f2 = 2*f〇 - fi (1)
[0025] 在此，&相应于水的共振频率或者更确切相应于束缚于水分子中的质子的共振频 率。
[0026] 束缚到待探测的物质的分子上的质子的共振频率附近在此理解为，束缚到待探测 的物质的分子上的质子的该共振频率和第一共振频率之间的差的绝对值低于lppm或者更 好地低于〇· 5ppm。
[0027] 在本发明的范围内还提供一种用于借助磁共振设备采集在检查对象的体积段内 部的MR数据的方法。在此借助所采集的MR数据采集体积段中基于CEST效应的信息。例 如可以根据MR数据建立MR图像，在所述MR图像上通过CEST效应的量化使得特定的物质 可见。按照本发明的方法包括以下步骤：
[0028] ?入射具有两个不同的共振频率的HF激励，以便由此将束缚到利用CEST效应待探 测的物质的分子上的质子的共振信号饱和。
[0029] ?对于分别不同的频率读取同一个K空间片段，以采集K空间片段的谱信息。借助 该谱信息，尤其探测或量化通过化学交换从待探测的物质的分子转移到水分子的质子。
[0030] 在此，以两个不同的共振频率的HF激励按照前面描述的按照本发明的、用于为了 探测CEST效应以两个共振频率进行HF激励的方法来进行。
[0031] 利用按照本发明的用于以两个共振频率进行HF激励以探测或量化CEST效应的第 一方法描述了一种方法，即，如何为了探测或为了量化CEST效应进行HF激励，而利用按照 本发明的用于采集MR数据的第二方法描述了，如何在采集MR数据时采用按照本发明的第 一方法。
[0032] 在本发明的范围内还提供了一种用于为了探测CEST效应以两个共振频率进行HF 激励的磁共振设备。磁共振设备包括基本场磁体、梯度场系统、至少两个HF天线或通道、控 制装置，该控制装置用于控制梯度场系统和所述至少两个HF天线、接收利用所述至少两个 HF天线记录的测量信号、评估所述测量信号以及从中建立MR数据。在此至少两个HF天线 包括用于发送HF脉冲的第一 HF天线和第二HF天线。按照本发明的磁共振设备在此构造 为，利用第一 HF天线进行HF激励的具有所述两个共振频率中的第一共振频率的第一部分 并且利用第二HF天线进行HF激励的具有所述两个共振频率中的第二共振频率的第二部 分。
[0033] 按照本发明的磁共振设备的优点相应于按照本发明的用于为了探测CEST效应以 两个共振频率进行HF激励的方法的优点，其在前面详细描述过，从而在此不用重复。
[0034] 特别地，按照本发明的磁共振设备包括具有第一和第二放大器的多通道发送系 统。在此多通道发送系统构造为，使得第一放大器控制第一 HF天线并且第二放大器控制第 二HF天线。
[0035] 通过使用具有至少两个通道或HF天线的多通道发送系统（parallel Transmit, pTX，并行发送），有利地可以利用两个放大器同时发送具有两个不同的共振频率的HF激 励。
[0036] 有利地，按照本发明的磁共振设备除了第一和第二HF天线之外还包括第三和第 四HF天线。
[0037] 在四（或更多）发送通道中（对于四个HF天线的每个）通过同时使用分别总是 两个HF放大器也可以进行具有准-CW-入射（Continuous Wave (连续波）（CW))的所谓的 双频率-CEST-实验。在此可以保证，总是四个放大器中的两个休息，而另外两个发送，由此 可以实现放大器的为50%的最大时间满载。
[0038] 在按照本发明的优选实施方式中多通道发送系统还包括第三和第四放大器。在此 多通道发送系统这样构造，使得（除第一放大器之外）第三放大器控制第一 HF天线并且 (除了第二放大器之外）第四放大器控制第二HF天线。
[0039] 通过第一（第二）HF天线分别与两个放大器耦合，第一（第二）HF天线既可以由 第一（第二）也可以由第三（第四）放大器馈送。由此可以保证，总是两个与各自的HF天 线耦合的放大器中的一个向各自的HF天线提供功率，而两个中的另一个可以休息，由此有 利地可以实现放大器的为50%的最大时间满载。换言之，在该实施方式中第一（第二）HF 天线持续地由至少一个放大器（由第一（第二）或第三（第四）放大器）提供功率，从而 利用按照本发明的该实施方式也可以进行具有准-CW-入射（Continuous Wave (CW))的所 谓的双频率-CEST-实验，尽管采用仅两个HF天线。
[0040] 在按照本发明的另一个实施方式中多通道发送系统也包括第一、第二、第三和第 四放大器。在此第一放大器向第一 HF天线馈入，第二放大器向第二HF天线馈入，第三放大 器向第三HF天线馈入并且第四放大器向第四HF天线馈入。
[0041] 在该实施方式中磁共振设备这样构造，即，在第一时间间隔期间第一放大器以第 一共振频率控制第一 HF天线并且同时第二放大器以第二共振频率控制第二HF天线，而第 三和第四放大器休息。紧接着第一时间间隔，在第二时间间隔期间第三放大器以第一共振 频率控制第三HF天线并且同时第四放大器以第二共振频率控制第四HF天线，而第一和第 二放大器休息。通过周期性地重复第一和第二时间间隔，可以没有暂停地经过任意长的持 续时间进行具有两个共振频率的HF激励，即使对于HF脉冲的连续发送的最大持续时间在 单个放大器情况下在时间上受限。
[0042] 根据按照本发明的另一个实施方式，多通道发送系统包括第一放大器和第二放大 器以及第一频移器和第二频移器。在此多通道发送系统这样构造，即，第一放大器直接控制 第一 HF天线以及经过第一频移器控制第二HF天线，而第二放大器直接控制第三HF天线以 及经过第二频移器控制第四HF天线。
[0043] 通过采用第一频移器，第一和第二HF天线可以由同一个（第一）放大器控制，从 而尽管如此第一 HF天线发射第一共振频率并且同时第二HF天线发射第二共振频率。以类 似的方式可以通过采用第二频移器，第三和第四HF天线由同一个（第二）放大器控制，从 而尽管如此第三HF天线发射第一共振频率并且同时第四HF天线发射第二共振频率。
[0044] 至少四个HF天线或者说通道（其中两个HF天线交替地分别发射一个具有单独的 共振频率的HF脉冲（也就是具有两个共振频率的总共两个HF脉冲））的采用，与在采用仅 两个HF天线的情况下脉冲式饱和相比有利地引起更低的尖峰脉冲振幅，由此在对于检查 对象的检查期间又产生更低的SAR(特定吸收率）负担。此外实现CEST效应的可靠量化和 足够高的信噪比。
[0045] 然而按照本发明也可以的是，当在此采用频移器时，仅利用两个HF天线和两个放 大器实现具有准-CW-入射的双频率-CEST-试验。在该实施方式中两个放大器一方面直接 与第一 HF天线耦合，而两个放大器另一方面间接经过频移器与第二HF天线耦合。
[0046] 当两个放大器中的第一（第二）放大器工作时，其相应地向第一 HF天线提供第一 共振频率并且基于频移器而向第二HF天线提供第二共振频率。因为为了向两个HF天线供 应分别仅需要两个放大器中的一个，所以另一个放大器分别休息，从而尽管采用仅两个放 大器和两个HF天线，也可以以各自的放大器的仅50%的时间满载实现准-CW-入射。
[0047] 按照本发明的磁共振设备可以构造为用于执行按照本发明的方法。由此按照本发 明的磁共振设备能够，一方面执行为了探测CEST效应以两个共振频率进行HF激励的方法， 另一方面执行用于采集MR数据的方法。
[0048] 此外本发明描述了一种计算机程序产品，特别是程序或软件，其可以加载到磁共 振设备的可编程控制装置或计算单元的存储器中。利用该计算机程序产品可以在所述计 算机程序产品在控制装置中运行时执行按照本发明的方法的全部或不同的上述实施方式。 在此计算机程序产品可能需要程序资源，例如，库和辅助函数，以便实现方法的相应实施方 式。换言之，针对计算机程序产品的权利要求特别地要求保护软件或程序，利用其可以执行 按照本发明的方法的上述实施方式之一或者说其可以执行该实施方式。在此软件可以是还 需被编译和连接或仅需解释的源代码（例如C++)，或者是为了运行仅还需被加载到相应的 计算单元或者说控制装置中的可执行软件代码。
[0049] 最后本发明公开了一种电子可读数据载体，例如DVD、磁带或USB棒，在其上存储 了电子可读的控制信息，特别是软件（参见以上）。当所述控制信息（软件）由数据载体读 取并且存储到磁共振设备的控制装置或计算单元中时，可以执行上面描述的方法的所有的 按照本发明的实施方式。
[0050] 本发明特别地适合于建立MR图像，以便在该MR图像内部根据CEST效应显示物 质。当然本发明不限于该优选的应用范围，因为借助本发明也可以借助CEST效应采集关于 物质的其他信息（例如谱信息）。

【专利附图】

【附图说明】
[0051] 以下参考附图结合按照本发明的实施方式详细描述本发明。其中：
[0052] 图1示出了按照本发明的磁共振设备。
[0053] 图2示出了按照本发明的序列图。
[0054] 图3在左边示出了所谓的Z谱并且在右边示出了所属的不对称分析。
[0055] 图4示意性示出了具有两个放大器、两个频移器和四个HF天线的磁共振设备。
[0056] 图5示意性示出了具有四个放大器和两个HF天线的磁共振设备。
[0057] 图6示意性示出了具有两个放大器、一个频移器和两个HF天线的磁共振设备。
[0058] 图7示出了用于采集MR数据的按照本发明的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0059] 图1示出了磁共振设备5(磁共振成像或核自旋断层成像装置）的示意图。在此， 基本场磁体1产生时间上恒定的强磁场用于极化或对齐对象0的，例如卧于检查台23上在 磁共振设备5中被检查的人体的待检查部分的体积片段中的核自旋。对于核自旋共振所需 的基本磁场的高的均匀性在典型地为球形的测量体积Μ中定义，人体的待检查的部位布置 在该测量体积中。为了支持均匀性要求和特别是为了消除时间上不可变的影响，在合适的 位置上安装铁磁材料的所谓匀场片。时间上可变的影响通过匀场线圈2消除。
[0060] 在基本场磁体1中采用由三个子绕组组成的圆柱形的梯度线圈系统3。由放大器 给每个子绕组提供用于在笛卡尔坐标系的各个方向上产生线性（也是时间上可变的）梯度 场的电流。在此，梯度场系统3的第一子线圈产生X方向上的梯度G x，第二子线圈产生y方 向上的梯度Gy，并且第三子线圈产生z方向上的梯度Gz。放大器包括数模转换器，该数模转 换器由序列控制装置18控制用于时间正确地产生梯度脉冲。
[0061] 多个高频天线4、f位于梯度线圈系统3内，所述高频天线4将高频功率放大器给 出的高频脉冲转换为用于待检查的对象〇或者对象〇的待检查区域的核的激励以及核自旋 的对齐的交变磁场。每个高频天线4、4'由组件线圈的以环形的、优选线性或矩阵形布置的 形式的一个或多个HF发送线圈和一个或多个HF接收线圈组成。各自的高频天线4、4'的 HF接收线圈也将从进动的核自旋出发的交变场、即通常由一个或多个高频脉冲和一个或多 个梯度脉冲组成的脉冲序列引起的核自旋回波信号，转换为电压（测量信号），该电压经过 放大器7被传输到高频系统22的高频接收通道8。高频系统22还包括发送通道9,在该发 送通道9中产生用于激励核磁共振的高频脉冲。在此，将各个高频脉冲根据由设备计算机 20预先给出的脉冲序列在序列控制装置18中数字地表示为复数的序列。该数列作为实部 和虚部分别经过输入端12被传输到高频系统22中的数模转换器并且从该数模转换器被传 输到发送通道9。在发送通道9中将脉冲序列调制到高频载波信号上，其基频相应于中心频 率。
[0062] 通过发送-接收转接器6进行发送运行和接收运行的切换。高频天线4的HF发 送线圈将用于激励核自旋的和用于产生B1磁场的（共振的或非共振的）高频脉冲入射到 测量空间M，并且通过HF接收线圈采样所得到的回波信号。相应获得的核共振信号在高频 系统22的接收通道8'(第一解调器）中被相位敏感地解调到中间频率，并且在模拟-数 字-转换器（ADC)中被数字化。该信号还被解调到频率0。到频率0的解调和到实部和虚 部的分离在第二解调器8中在数字域中数字化之后进行。通过图像计算机17可以从这样 获得的测量数据重建MR图像或三维图像数据组。通过设备计算机20进行测量数据、图像 数据和控制程序的管理。序列控制装置18根据利用控制程序的预定值来控制各个期望的 脉冲序列的产生和k空间的相应采样。在此，序列控制装置18特别地控制梯度的时间正确 的接通、具有定义的相位振幅的高频脉冲的发送以及核共振信号的接收。由合成器19提供 用于高频系统22和序列控制装置18的时间基准。通过包括键盘15、鼠标16和显示屏14 的终端13选择用于将预先给出的K空间行与回波串对应和产生例如存储在DVD21上的MR 图像的相应控制程序，以及显示所产生的MR图像。
[0063] 图2示出了按照本发明的序列图。在序列的开始进行HF激励25,以便将束缚到人 们想要探测并且也量化其存在的分子上的质子的共振信号饱和。因为该探测或该量化借助 CEST效应进行，所以HF激励25通常在1至3s的持续时间上进行，直到已经达到了饱和均 衡。出于该原因，分别在时间周期的第一个一半期间借助第一 HF天线入射具有第一共振频 率的HF脉冲并且同时借助第二HF天线入射具有第二共振频率的HF脉冲。紧接着分别在 时间周期的第二个一半期间借助第三HF天线入射具有第一共振频率的HF脉冲并且同时借 助第四HF天线入射具有第二共振频率的HF脉冲。分别在每个时间周期的第一和第二个一 半的结束时施加利用附图标记29表示的扰相梯度，其特别地当在相继的饱和脉冲之间存 在时间间隔（即没有遵照准-CW-方案）时被需要。此外扰相29在最后的饱和脉冲之后在 读取ADC之前被接通。换言之可以将扰相29在描述的情形中取消，除了时间上最后一个。
[0064] 通过相应频繁地重复所述时间周期，可以实现对于用于探测CEST效应的HF激励 25而所需的1至3s的持续时间。
[0065] 在HF激励或饱和25之后采集MR数据。为此入射具有特定频率的HF脉冲27,而 同时接通选层梯度24,以便仅激励一层内部的自旋。然后通过接通G y梯度28进行空间编 码，其中同时接通Gz梯度30,其在三维采集的情况下为了在z方向上的相位编码而被需要 并且在二维采集的情况下被取消。然后在施加 Gx梯度26期间读出K空间行。从HF激励 25出发，在执行用于饱和的另一个HF激励25之前，可以通过前面描述的过程读出多个K空 间行。
[0066] 在图2中利用附图标记TE表示回波时间，所述回波时间说明了从HF脉冲27的中 间至读出时间段ADC的中间的时间段，并且利用附图标记TR表示重复时间，所述重复时间 说明了从HF脉冲27的中间至随后的HF脉冲27的中间的时间段。
[0067] 如结合图3详细解释的，每个K空间行对于不同的频率被多次读出，以便对于每个 K空间点采集在水的共振频率附近的谱信息。
[0068] 图3的左边对于特定的体素示出了所谓的Z谱。在Z谱中将MR测量信号的强度 31根据在水的共振频率4附近的范围中的频率F来测量。当在HF激励25时第一共振频 率在水的共振频率fo之上6000Hz并且第二共振频率f 2在水的共振频率&之下6000Hz 时得到在图3中示出的Z谱。
[0069] 在Z谱处看出，上面的频率带或者说饱和带（其反映了对于在水的共振频率4之 上的频率的Z谱的部分）与下面的频率带或者说饱和带（其反映了对于在水的共振频率& 之下的频率的Z谱的部分）类似，但是与之不相等。正是从这两个饱和带的区别然后可以 导出，在相应的体素中是否出现CEST效应以及当出现时，CEST效应有多强。为了确定两个 饱和带的区别而进行不对称分析，其中形成在上面的饱和带和下面的饱和带之间的差，如 通过等式（2)说明的。
[0070] P' (f) = P (-f) - P (f) (2)
[0071] 在此，P(f)相应于在相应的频率f的情况下测量值的强度31并且P' (f)相应于 对于相应的频率f的测量值差32。视作频率f的在此分别是与共振频率&的差频率。
[0072] 当如图3右边所示的不对称分析基于CEST效应而形成时，P' (f)对于在提到的 双频率间隔之上的频率具有正的值并且在低于双频率间隔的范围中具有负值。双频率间隔 在此理解为第一共振频率或第二共振频率f 2与水的共振频率&的间隔的绝对值。在图 3所示的例子中双频率间隔具有6000Hz。
[0073] 在图3中右边的不对称分析中看出，(f)对于在6000Hz之上的频率是正 的并且对于在6000Hz之下的频率是负的，这意味着，在相应的体素中可以探测CEST效 应。根据在第一共振频率情况下不对称分析曲线的斜率和P' (f)在第一共振频率 (z.B. fl+/-2000Hz)的范围中的极值可以确定CEST效应的强度。在此成立，斜率越大和/ 或极值的绝对值越大，则强度越大。
[0074] 从前面描述得到，按照本发明为了探测CEST效应和为了确定CEST效应的强度或 者说量化CEST效应，足够的是，在第一共振频率附近和在第二共振频率f2附近采集谱信 息。例如足够的是，采集从- Λ f至?\+ Λ f的第一谱范围和从f2 - Λ f至f2+ Λ f的第二 谱范围，其中这两个谱范围按照例如200Hz的频率步幅被采样。
[0075] 当选择Δ f = 2000Hz时，相应地在图3所示的例子中足够的是，对于第一 谱范围采集对于4000Ηζ，4200Ηζ，. . .，8000Hz的测量值并且对于第二谱范围采集对 于-8000Hz，-7800Hz，...，-4000Hz的测量值。如多次提到的，说明的频率分别是与水的共 振频率的差，所述共振频率又取决于磁场强度。
[0076] 在示出的例子中可以看出，对于在-4000Hz和4000Hz之间的频率的测量值不必被 采集。这有利地节省了测量时间，由此例如可以相应地更快地采集用于MR图像的MR数据。 此外例如可以缩小频率步幅的间隔，以便采集更多的测量值，以便由此例如减小信噪比。
[0077] 对于CEST效应的探测和量化，双频率间隔的选择是关键性的。按照本发明这样选 择双频率间隔，即，MT效应在两个饱和带上尽可能类型相同地出现并且CEST效应仅在一个 饱和间隔上出现。通过不对称分析然后可以探测CEST效应或测量CEST效应的强度。对于 共振频率（或两个共振频率之一）的好的选择在此是束缚到待探测的物质的分子上的质子 的共振频率。第二（或另一个）共振频率然后可以通过前面说明的等式（1)确定。
[0078] 在图4中示意性示出了磁共振设备5,其包括两个放大器7, 7'、两个频移器35、 36和四个HF发送天线4, 4'，34, 34'。在此，第一放大器7直接与第一 HF发送天线4并 且经过第一频移器35与第二HF发送天线4'相连。以类似的方式，第二放大器7'直接与 第三HF发送天线34并且经过第二频移器36与第四HF发送天线34'连接。两个放大器 7, 7'通过磁共振设备5的控制器10控制。
[0079] 为了此时关于从1至3s (或更长）的时间段执行具有两个共振频率的HF激励，由 控制器10交替地控制第一放大器7和第二放大器7'。分别控制的放大器产生具有两个 共振频率之一的HF脉冲，其然后经过直接与放大器相连的HF发送天线4、34被发射。通过 各自的放大器与频移器35、36的连接，共振频率被移动到分别另一个共振频率，从而第二 或第四HF发送天线4'、34'相同地发射具有该分别另一个共振频率的HF脉冲。换言之， 要么是两个HF发送天线4、4'同时发送具有第一共振频率的HF脉冲和具有第二共振频率 的HF脉冲、要么是两个HF发送天线34、34'同时发送具有第一共振频率的HF脉冲和具有 第二共振频率的HF脉冲。通过由控制器交替地控制第一放大器7或第二放大器7'，在分 别另一个放大器进行HF激励期间，两个放大器之一分别可以休息。由此保证，持续地在预 定的时间段期间要么第一和第二HF发送天线4、4'，要么第三和第四HF发送天线34、34' 入射具有两个共振频率的HF激励，即使单个放大器7, 7'只能连续工作预定时间段的一部 分。
[0080] 在图5中，作为按照本发明的变形示意性地示出了磁共振设备5,其包括四个放大 器7、7'、37、37'和两个HF发送天线4、4'。在此第一放大器7直接与第一 HF发送天线 4、并且第二放大器7'直接与第二HF发送天线4'相连。附加地，第三放大器37直接与第 一 HF发送天线4并且第四放大器37'直接与第二HF发送天线4'相连。四个放大器7、 7'、37、37'通过磁共振设备5的控制器10控制。
[0081] 为了在3s的时间段期间实现具有两个共振频率的HF激励，由控制器10 -方面交 替地控制第一放大器7和第三放大器37以及另一方面交替地控制第二放大器7'和第四放 大器37'。在此第一放大器7和第三放大器37分别产生具有第一共振频率的HF脉冲并且 第二放大器7'和第四放大器37'分别产生具有第二共振频率的HF脉冲。如果保证，总是 第一放大器7或第三放大器37工作，则第一 HF发送天线4在任意的时间段上产生具有第 一共振频率的HF激励。如果类似地保证，总是第二放大器7'或第四放大器37'工作，第 二HF发送天线4'也在任意的时间段上产生具有第二共振频率的HF激励。
[0082] 两个与同一个HF发送天线相连的放大器之一工作期间，分别另一个放大器可以 暂停，从而尽管对于各自的放大器的HF脉冲的连续发送的最大持续时间是有限的，但是还 能够保证准-CW-入射。
[0083] 在图6中，作为按照本发明的另一个变形示意性示出了磁共振设备5,其包括两个 放大器7,7'、一个频移器35和两个HF发送天线4、4'。在图6中示出的实施方式几乎综 合了以图4和图5示出的实施方式的优点。在此第一放大器7以及第二放大器7'都直接 与第一 HF发送天线4相连。此外第一放大器7以及第二放大器7'都经过频移器35与第 二HF发送天线4'相连。两个放大器7, 7'由磁共振设备5的控制器10控制。
[0084] 为了此时关于任意长的时间段（例如3s或更长）进行具有两个共振频率的HF激 励，由控制器10交替地控制第一放大器7或第二放大器7'，其分别产生具有第一共振频率 的HF脉冲。因为各自的放大器7,7'的输出端与同一个频移器35相连，所以通过频移器 35将第一共振频率移动到第二共振频率，从而第二HF发送天线4'在输入侧被馈入具有第 二共振频率的HF脉冲。通过由控制器10交替地控制第一放大器7或第二放大器7'，分别 没有被控制的放大器可以暂停，而分别被控制的放大器供应两个HF发送天线4、4'。以这 种方式可以保证准-CW-入射，即使两个放大器中的每一个具有用于连续发送HF脉冲的较 小的最大持续时间。
[0085] 图7示出了用于执行本发明的重要步骤的流程图。
[0086] 在第一步骤S1中进行束缚到待探测的物质的分子上的那些质子的共振信号的饱 和。该步骤例如持续3s，由此在饱和的质子和水分子的质子之间存在用于化学交换的足够 的时间并且得到饱和均衡。为了饱和，利用HF天线入射具有第一共振频率的HF脉冲并且 同时利用第二HF天线入射具有第二共振频率的HF脉冲。
[0087] 在接下来的第二步骤S2中读出多个K空间行，其中采集特定的频率的测量信号。 当在接下来的查询S3中K空间（或K空间的相应的层）对于特定的频率已经被完全采集 时，方法分支到查询S4。否则，重复在步骤S1中的饱和，以便在步骤S2中采集对于另外的 K空间行的特定频率的另外的测量信号。
[0088] 利用查询S4检查，K空间的待采集的区域（例如层）对于所有待采集的频率是否 已经被读出。如果是，则为了量化CEST效应而所需的谱信息对于所有待采集的K空间点已 经被采集。如果否，则重复步骤S1和S2,以便对于另一个频率读出另外的K空间行。如果 查询S4的结果是肯定的，则在步骤S5中从完整采集的MR数据中重建MR图像，其中MR图 像的像素根据与所述像素对应的体素中的CEST效应的量化被示出。换言之，可以从MR图 像中获悉要利用CEST效应探测的物质的浓度。
【权利要求】
1. 一种为了探测CEST效应而借助磁共振设备（5)以两个共振频率（f\，f2)进行HF激 励（25)的方法， 其中，利用磁共振设备（5)的第一 HF天线（4)和第二HF天线（4')实施所述HF激 励（25)，其中，利用第一 HF天线（4)进行HF激励（25)的具有所述两个共振频率中的第一 共振频率（f\)的第一部分，并且利用第二HF天线（4')进行HF激励（25)的具有所述两 个共振频率中的第二共振频率（f 2)的第二部分。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用第一 HF天线（4)和第二HF天线 (4')同时入射所述HF激励（25)。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述HF激励（25)借助第一 HF天线 (4)和第二HF天线（4')以如下形状来进行： ?矩形脉冲 ?高斯形脉冲，或 ? sine形脉冲。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述HF激励（25)借助第一 HF天线（4)、第二HF天线（4')、磁共振设备（5)的第三HF天线和磁共振设备（5)的第四 HF天线实现，其中，周期性重复地，首先在一个周期的第一间隔期间利用第一HF天线（4)进 行HF激励（25)的具有第一共振频率（f\)的第一部分并且利用第二HF天线（4')进行HF 激励（25)的具有第二共振频率（f2)的第二部分，然后在该周期的第二间隔期间利用第三 HF天线（34)进行HF激励（25)的具有第一共振频率（f\)的第一部分并且利用第四HF天 线（34')进行HF激励（25)的具有第二共振频率（f 2)的第二部分。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，第一 HF天线（4)和第二HF天线（4') 在每个周期的第二间隔期间不发送，和/或第三HF天线（34)和第四HF天线（34')在每 个周期的第一间隔期间不发送。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述两个共振频率（f\，f2)根 据待利用CEST效应来探测的物质来选择。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一共振频率（f\)在束缚到待探测 的物质的分子上的质子的共振频率附近被选择，并且所述第二共振频率（f 2)按照以下等式 来确定 f2 = 2*f〇 - f! (1) 其中，&相应于水的共振频率。
8. -种用于借助磁共振设备（5)采集在检查对象（0)的体积段内部的磁共振数据的方 法，用于借助所述磁共振数据采集体积段中基于CEST效应的信息，其中所述方法包括以下 步骤： 入射具有两个不同的共振频率（f\，f2)的HF激励（25)，以便将束缚到待探测的物质的 分子上的质子的共振信号饱和， 对于不同的频率多次读取同一个K空间片段，以采集K空间片段的谱信息，用于由此探 测通过化学交换而从待探测的物质的分子转移到水分子的质子， 其中，所述HF激励（25)按照根据权利要求1-7中任一项所述的方法来进行。
9. 一种用于为了探测CEST效应以两个共振频率（f\，f2)进行HF激励（25)的磁共振 设备，其中，所述磁共振设备（5)包括基本场磁体（1)、梯度场系统（3)、至少两个HF天线 (4, 4')、控制装置（10)，该控制装置用于控制所述梯度场系统（3)和所述至少两个HF天 线（4, 4')、接收利用所述至少两个HF天线（4, 4')记录的测量信号、评估所述测量信号 以及建立MR数据， 其中，所述至少两个HF天线包括第一 HF天线（4)和第二HF天线（4')， 其中，所述磁共振设备（5)被构造为，利用第一 HF天线（4)进行HF激励（25)的具有 所述两个共振频率中的第一共振频率（f\)的第一部分，并且利用第二HF天线（4')进行 HF激励（25)的具有所述两个共振频率中的第二共振频率（f2)的第二部分。
10. 根据权利要求9所述的磁共振设备，其特征在于， 所述磁共振设备（5)包括具有第一放大器（7)和第二放大器（7')的多通道发送系 统， 所述多通道发送系统这样构造，使得第一放大器（7)控制第一 HF天线（4)并且第二放 大器（7')控制第二HF天线（4')。
11. 根据权利要求10所述的磁共振设备，其特征在于， 所述多通道发送系统包括第三放大器（37)和第四放大器（37')， 所述多通道发送系统这样构造，使得第三放大器（37)控制第一 HF天线（4)并且第四 放大器（37')控制第二HF天线（4')。
12. 根据权利要求9所述的磁共振设备，其特征在于， 所述至少两个HF天线包括第三HF天线（34)和第四HF天线（34')。
13. 根据权利要求12所述的磁共振设备，其特征在于， 所述磁共振设备（5)包括具有第一放大器、第二放大器、第三放大器和第四放大器的 多通道发送系统， 所述多通道发送系统这样构造，即，第一放大器控制第一 HF天线，第二放大器控制第 二HF天线，第三放大器控制第三HF天线并且第四放大器控制第四HF天线。
14. 根据权利要求12所述的磁共振设备，其特征在于， 所述磁共振设备（5)包括具有第一放大器（7)、第二放大器（7')、第一频移器（35)和 第二频移器（36)的多通道发送系统， 所述多通道发送系统这样构造，即，第一放大器（7)直接控制第一 HF天线（4)以及经 过第一频移器（35)控制第二HF天线（4')，而第二放大器（7')直接控制第三HF天线 (34)以及经过第二频移器（36)控制第四HF天线（34')。
15. 根据权利要求9所述的磁共振设备，其特征在于， 所述磁共振设备（5)包括具有第一放大器（7)、第二放大器（7')、频移器（35)的多通 道发送系统， 所述多通道发送系统这样构造，即，第一放大器（7)和第二放大器（7')直接控制第一 HF天线（4)以及经过所述频移器（35)控制第二HF天线（4')。
16. 根据权利要求9至15中任一项所述的磁共振设备，其特征在于， 所述磁共振设备（5)构造为用于执行按照权利要求1-8中任一项所述的方法。
17. -种计算机程序产品，其包括程序并且能够被直接加载到磁共振设备（5)的可编 程的控制装置（10)的存储器中，具有程序资源，以便当该程序在所述磁共振设备（5)的控 制装置（10)中运行时，执行按照权利要求1至8中任一项所述的方法的所有步骤。
18. -种具有在其上存储了电子可读的控制信息的电子可读的数据载体，这样构造这 些控制信息，使得在磁共振设备（5)的控制装置（10)中使用所述数据载体（21)时，这些控 制信息执行按照权利要求1至8中任一项所述的方法。
【文档编号】G01R33/36GK104142484SQ201410177259
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2013年5月8日
【发明者】D.保罗, B.施米特 申请人:西门子公司