使用绝热射频脉冲测量射频B1场分布的磁共振成像方法技术

本发明专利技术公开了使用绝热射频脉冲测量射频B1场分布的磁共振成像方法，包括以下步骤，设计绝热脉冲，设置频率偏置以及绝热脉冲时间；计算绝热脉冲的K值；不施加绝热脉冲采样获得初始磁化矢量大小；分别施加频率偏置为△ω

MR imaging method for measuring the field distribution of RF B1 using adiabatic RF pulse

【技术实现步骤摘要】
使用绝热射频脉冲测量射频B1场分布的磁共振成像方法
本专利技术属于核磁共振成像
，尤其是涉及一种使用绝热射频脉冲测量射频B1场分布的磁共振成像方法。该专利技术适用于测量磁共振成像中表面线圈、体线圈或相位阵列线圈发射时射频B1场在不同组织或样品中的分布，用于图像重建以及B1场校正等。
技术介绍
磁共振成像是诊断与评估疾病进展的重要临床方法，具有无电离辐射、非侵入性、高空间分辨率、任意层面成像、组织对比度高等优点，在肿瘤、脏器以及软组织病变等诊断方面具有不可替代的作用。B1场表示磁共振线圈发射时射频脉冲的强度。磁共振成像中，因为组织不规则结构以及线圈的发射场不均匀，导致射频B1场在空间中呈现不均匀分布。随着目前磁共振谱仪的磁场强度越来越高，射频B1场不均匀问题越发严重。在目前磁共振中常用的并行成像以及化学交换饱和转移(ChemicalExchangeSaturationTransfer,CEST)成像等方法中，也需要射频B1场分布进行图像重建和校正。发展测量射频B1场分布的磁共振方法，可以解决以上难题。B0场表示磁共振成像时空间中某一点感应到的磁场大小，与核自旋频率紧密相关。用B0场偏移频率来表示射频激发时射频频率与核自旋频率的差值。B0场偏移会对B1场分布的测量产生影响，主要体现在B0场偏移较大时，偏共振效应下磁共振信号与B0和B1均有关。因此，测量B1场分布时不能忽略B0场偏移的影响。现有的测量B1场分布的磁共振方法，主要是基于信号幅度的双翻转角方法，例如，InskoEK等人[Mappingoftheradiofrequencyfield.J.Magn.Reson.A.1993.45:p.82-85.]提出的基于不同翻转角的B1场测量方法，以及基于该方法的改进，例如，CunninghamCH等人[Sturateddouble-anglemethodforrapidB1+mapping.Magn.Reson.Med.2006.55:p.1326-1333.]中提出的速度更快的基于不同翻转角B1场测量方法。然而，翻转角不同时脉冲的激发波形不是线性的，而且该方法对B0场偏移比较敏感。YarnykhVL等人[Actualflip-angleimaginginthepulsedsteadystate:amethodforrapidthree-dimensionalmappingofthetransmittedradiofrequencyfield.Magn.Reson.Med.2007.57:p.192-200.]提出的AFI(Actualflip-angleimaging)方法，利用相同激发角下，两个不同恢复时间TR1和TR2的信号强度的比值来计算B1场分布，该方法速度快，但是，对B0场偏移以及运动比较敏感。基于信号相位的方法，主要有SacolickLI等人[B1mappingbyBloch-Siegertshift.Magn.Reson.Med.2010.63:p.1315-1322.]提出的测量方法，Bloch-Siegertshift的相位变化与B1场平方成正比。相位方法中相位重建比较复杂，而且，可能伴随相位卷折的问题(相位超过360°)。此外，其他方法包括PatrickSchuenke等人[SimultaneousMappingofWaterShiftandB1(WASABI)–ApplicationtoField-InhomogeneityCorrectionofCESTMRIData.Magn.Reson.Med.2017.77:p.571-580.]提出的利用偏共振效应同时拟合B0和B1场分布的方法。该方法应用于化学交换饱和转移成像中，需要采集10幅或更多图像进行曲线拟合。本专利技术提出一种使用绝热射频脉冲测量射频B1场分布的磁共振成像方法，是一种对B0场偏移不敏感、可广泛应用于不同脉冲序列中的B1测量方法，为射频B1场的测量以及图像重建校正等提供技术支持。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种使用绝热射频脉冲测量射频B1场分布的磁共振成像方法，本专利技术基于以下思路：在旋转坐标系下，可以认为磁化矢量沿着有效B1场即Beff场进动。其中，Beff＝[(γB1)2+(△ω)2]1/2，γ代表原子核的旋磁比，△ω表示B0场偏移的大小，Beff表征Beff场的强度，B1表征B1场的强度。进动频率ω＝γBeff。Beff场与Z轴(即主磁场方向)的夹角θ＝arctan(γB1/|△ω|)。绝热脉冲是一种特殊条件下的射频脉冲。在绝热条件下，与初始Beff场平行的磁化矢量将被绝热脉冲自旋锁定，并始终与Beff场保持在同一直线上。绝热脉冲需要满足绝热条件，定义则要求K>>1来保证绝热性，即绕Beff场进动频率要远大于Beff场与Z轴夹角的变化。为了满足绝热条件，为射频脉冲设置一个大的频率偏置，定义为△ωrf,保证△ωrf>△ω。偏置值的加入既增加了Beff值，又减小了θ随B1场的变化，保证了射频脉冲的绝热性。选择一个初始强度为0，结束时强度达到最大的射频脉冲，设该射频脉冲的最大强度为B1max，在绝热条件下，即设置射频脉冲的频率偏置为△ωrf,保证△ωrf>△ω，射频脉冲开始时磁化矢量与Z轴的夹角为0，射频脉冲结束时磁化矢量与Z轴的夹角为θ1＝arctan[γB1max/|(△ω+△ωrf)|]。设初始磁化矢量为M0，绝热脉冲结束后，磁化矢量与Z轴方向的夹角为θ1＝arctan[γB1max/|(△ω+△ωrf)|]，施加损毁梯度场损毁掉横向磁化矢量，只保留初始磁化矢量M0在Z轴方向上的投影Mz1，则Mz1＝M0cos(θ1)。同理，改变频率偏置为-△ωrf，则磁化矢量与Z轴夹角θ2＝arctan[γB1max/|(△ω-△ωrf)|]，Mz2＝M0cos(θ2)。设B1,obs为计算的B1场的值，其计算公示如下：公式2中，△ω2/(△ωrf2-△ω2)项为观测的B1,obs与实际B1max之间的偏差。在选定△ωrf为4000Hz的情况下，△ω在-400到400Hz范围内偏差小于等于1.01％。为保证脉冲的绝热性，以及测量结果对△ω不敏感，△ωrf的选值越大越好，2000Hz或以上能满足实验条件。使用绝热射频脉冲测量射频B1场分布的磁共振成像方法，包括以下步骤：步骤1，设计绝热脉冲，绝热脉冲的起始强度为零，绝热脉冲逐渐增加到最大强度B1max。设置频率偏置△ωrf以及绝热脉冲时间；步骤2，计算绝热脉冲的K值，保证K值满足绝热条件。K值的计算由公式给出，K>100情况下满足绝热条件。最大强度B1max越大，K值越小；△ωrf越大，K值越大；在满足K值的情况下脉冲时间尽量短，以减少驰豫带来的影响，其中，Beff表征Beff场的强度，γ为原子核的旋磁比，θ为Beff场与Z轴(即主磁场方向)的夹角，θ＝arctan(γB1/|△ω|)，B1表征B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.使用绝热射频脉冲测量射频B1场分布的磁共振成像方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，设计绝热脉冲，绝热脉冲的起始强度为零，绝热脉冲逐渐增加到最大强度B

【技术特征摘要】
1.使用绝热射频脉冲测量射频B1场分布的磁共振成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，设计绝热脉冲，绝热脉冲的起始强度为零，绝热脉冲逐渐增加到最大强度B1max，设置频率偏置△ωrf以及绝热脉冲时间；
步骤2，计算绝热脉冲的K值，K＝γ|Beff|/|dθ/dt|，Beff表征Beff场的强度，γ为原子核的旋磁比，θ为Beff场与主磁场方向的夹角；
步骤3，不施加绝热脉冲或将绝热脉冲的最大强度B1max设为零，采样获得初始磁化矢量大小M0；
步骤4，施加频率偏置为△...

【专利技术属性】
技术研发人员：周欣，袁亚平，郭茜旎，孙献平，叶朝辉，
申请(专利权)人：中国科学院武汉物理与数学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42