减少快速自旋回波磁共振图象中麦克斯韦项假象的方法技术

调整自旋回波脉冲序列以减少，或消除由于线性成象梯度产生的麦克斯韦项所引起的图象假象。调整选片波形、相位编码波形和读出梯度波形的形状、幅值或位置以消除或减少由于空间混合的麦克斯韦项引起的相位误差。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核磁共振成象方法和装置。更具体地说，本专利技术涉及对于由磁共振成象系统成象梯度产生的“麦克斯韦项”所引起的图象假象的校正。当一种物质例如人体组织处于一个均匀磁场(极化场B0)中时，该组织中的各个自旋磁矩倾向于沿该极化场的方向排列。它们还以其特征拉莫频率围绕该磁场方向进动。如果这种物质，或组织受到位于x-y平面中并且其频率接近所说的拉莫频率的一个磁场(激励场B1)的作用，则净排列磁矩，Mz，会旋转，或“倾倒”在x-y平面中，产生一个净横向磁矩Mt。该受激自旋产生一个信号，在该激励场B1取消后，可以接收并处理这个信号以形成一帧图象。在利用这些信号构成图象时，应用了磁场梯度(Gx，Gy和Gz)。通常按照一个测量周期序列对成象区域进行扫描，在每个测量周期中这些梯度根据所采用的具体的定位方法变化。将所接收的一组NMR信号值数字化并进行处理，以便利用任何一种众所周知的重构技术重构该图象。一种迅速构成图象的方法是快速采集增强迟豫(RARE)序列，该方法在J.Hennig等人所著“医学磁共振”第3823-3833页题为“RARE成象一种临床磁共振快速成象方法”的一章中给予了介绍。这种RARE扫描方法，以及它的一种被称为“快速自旋回波(“FSE”)序列的变异方法，利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill射频脉冲序列，从一个激励信号产生多个自旋回波信号，其中所接收的每个回波信号都是单独进行相位编码的。所以，每个脉冲序列，或者说每次“拍摄”都得到一组视图。在原来的RARE扫描方法中，视图数目可以多达128。因此，一次拍摄可以获得足够的图象重构数据。但是，在大多数临床应用中，通常需要进行多次拍摄以获取一组完整的数据，如R.V.Mulkern等人在《磁共振成象》(8卷，第557-566页，1990)中所述。众所周知线性磁场梯度(Gx，Gy和Gz)的非理想性会在重构的图象中产生假象。这是一个人们熟知的问题，例如，由梯度脉冲产生的涡流会使磁场紊乱，并且产生图象假象。补偿这种涡流误差的方法也是众所周知的，例如在美国专利US-4698591，4950994，和5226418中公开了这样的方法。在整个成象体元内梯度并不是完全均匀的，它会导致图象失真，这也是众所周知的。人们也熟知补偿这种非均匀性的方法，例如，在美国专利US-4591789中所公开的方法。除了未经补偿的涡流误差，以及未经修正的梯度非均匀误差，可以假定磁场梯度(Gx，Gy和Gz)按照程序准确地产生线性磁场，因此可以精确地对NMR数据进行空间编码。利用这些梯度，在位置(x，y，z)处的总磁场通常表示为B0+Gxx+Gyy+Gzz，磁场的方向通常取作沿z轴方向。但是，这种描述不是完全正确的。只要施加一个线性磁场梯度，整个磁场就会章动偏离z轴，而且其量值具有高阶空间相关性(x2，y2，z2，z3，……)。这些现象是麦克斯韦方程要求整个磁场满足以下两个条件 的直接后果。较高阶磁场，称之为“麦克斯韦项”(或麦克斯韦场)，是一种基本的物理效应，它与涡流或者硬件设计及制造的不完善无关。尽管已经知道麦克斯韦项至少十年，但是由于在通常的成象条件下它们的作用非常微弱，所以人们完全忽略了它们对于成象的影响。本专利技术通过改变梯度波形抑制在FSE方法中由于麦克斯韦项作用产生的图象假象。在选片方向使梯度波形相对于要求对称的再聚焦脉冲对称，而对于不要求这种对称性的第一再聚焦脉冲，调整其中一个挤压梯度脉冲的大小以消除由于麦克斯韦自平方项(即x2，y2或z2)作用产生的假象。通过将相位编码梯度脉冲的幅值在允许施加的时间内减少到可能的最小值而使由于这些脉冲形成的自平方项产生的假象影响最小。通过调整读出梯度的相前波瓣的量值消除由于读出梯度形成的麦克斯韦自平方项所产生的假象。由于交叉平方项(即xz和yz项)产生的假象通常较弱，一般可以利用常规的FSE相位校正技术消除，如美国专利US-5378985(1995年1月)所述。在这种交叉平方项变得较强，而无法利用现有的相位校正技术消除的情况下，可以调整梯度波形的位置，使得它们在脉冲序列中发生重叠(或者重叠最小)。附图说明图1为应用本专利技术的一个MRI系统的方块图2为构成图1所示MRI系统的一部分的发射接收装置的电路方块图；图3表示一个常规的FSE脉冲序列(实线)，和根据图1所示MRI系统所应用的本专利技术的一个实施例的改进的FSE脉冲序列(虚线)；图4表示一个梯形梯度脉冲；图5表示根据本专利技术的优选实施例沿选片方向的改进的梯度脉冲，这种脉冲应用于图3所示的FSE序列；图6表示根据本专利技术的优选实施例沿读出方向的改进的梯度脉冲，这种脉冲应用于图3所示的FSE序列；以及图7表示通过添加一个具有零面积的额外速度补偿脉冲，即一个(1，-2，1)脉冲来调整选片梯度以消除麦克斯韦项的另一种方法。麦克斯韦项主要是由所施加的线性磁场梯度(x，y和z梯度)产生的高阶空间梯度(二阶、三阶等)。从麦克斯韦方程可以直接得出这些项。根据麦克斯韦方程，磁场 必须满足以下两个条件 其中 为微分算子(▿→≡i^∂/∂x+j^∂/∂y+k^∂/∂z)]]> 表示电场， 表示电流密度，μ0和ε0分别为真空中的磁导率和电导率。如果没有电流密度，而且电场为静电场，则方程1b简化为▿→×B→=O→.....(1c)]]>根据方程1a至1c，我们得到∂Bx∂x+∂By∂y+∂Bz∂z=0,......(2)]]>∂Bx∂y=∂By∂x=0,....(3a)]]>∂By∂z=∂Bz∂y,.....(3b)]]>∂Bz∂x=∂Bx∂z......(3c)]]>上述四个方程2和3a-c中包含总共9个偏微分量，其中只有5个是独立的。我们下一步的任务就是选择这5个独立变量。认识到∂Bz∂x≡Gx,∂Bz∂y≡Gy,∂Bz∂z≡Gz]]>(Gx，Gy和Gz为线性梯度)，我们就很容易选择Gx，Gy和Gz作为前三个独立变量。对于柱坐标系中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＮＭＲ系统，该系统包括： 用于产生一个极化磁场的装置； 用于产生一个ＲＦ磁场的激励装置，所说ＲＦ磁场对受到所说极化磁场作用的自旋产生横向磁场作用； 用于探测由所说横向磁场作用产生的ＮＭＲ信号和生成所说ＮＭＲ信号的数字化采样值的接收器； 用于产生一个第一磁场梯度以对所说ＮＭＲ信号进行相位编码的第一梯度装置； 用于产生一个第二磁场梯度以对所说ＮＭＲ信号进行频率编码的第二梯度装置； 用于产生一个第三磁场梯度以选择一个采集ＮＭＲ信号的区域的第三梯度装置；和 脉冲控制装置，该装置与所说激励装置、第一梯度装置、第二梯度装置、第三梯度装置和接收装置相连，所说脉冲控制装置可控制地进行扫描，在扫描过程中施加一个脉冲序列，以采集能够重构一幅图象的ＮＭＲ信号数字化采样值，其中所说脉冲控制装置在扫描过程中工作以施加一个快速自旋回波脉冲序列，在该脉冲序列中，由所说的激励装置产生一个ＲＦ再聚焦脉冲串以产生相应的ＮＭＲ自旋回波信号串，所说的第三梯度装置在每个ＲＦ再聚焦脉冲周围产生一对挤压梯度脉冲，并由所说的第三梯度装置在与所说的ＲＦ再聚焦脉冲串的第一个ＲＦ再聚焦脉冲相邻的间隔中产生一个补偿梯度以减少由麦克斯韦项产生的图象假象。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓洪，MA伯恩斯坦，谭国陞，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]