專利名稱：Mri系統(tǒng)中剩余磁化強度的修正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明領(lǐng)域涉及核磁共振成象方法和系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及對于MRI系統(tǒng)中由磁場產(chǎn)生的剩余磁化強度的修正。
當一種物質(zhì)例如人體組織受到均勻磁場(極化場B0)作用時，所說組織中各個自旋磁矩趨向于沿極化場方向排列，但是以它們的特征拉莫爾頻率圍繞該極化場進動。如果所說物質(zhì)，或組織受到位于x-y平面內(nèi)并且具有接近拉莫爾頻率的一個磁場作用時，則沿磁場方向的凈磁矩，Mz，可以旋轉(zhuǎn)，或“翻轉(zhuǎn)”到x-y平面中以產(chǎn)生一個橫向凈磁矩Mt。被激發(fā)的自旋發(fā)射一個信號，在這個激發(fā)信號B1結(jié)束之后，可以接收和處理這個信號以構(gòu)成一個圖象。
磁共振應(yīng)用于成象和許多定域光譜技術(shù)依賴于使用線性磁場梯度以有選擇地激發(fā)特定區(qū)域和在NMR信號中編碼空間信息。在NMR實驗中，使用了具有專門選擇的時間變化的磁場梯度波形。所以可以預(yù)料到，應(yīng)用任何非理想的磁場梯度都會引起圖象畸變、強度損失、重影、和其它失真。例如，如果在180°脈沖之前和之后的選片磁場梯度不是均衡的，則會使核自旋再定相不完全，并伴隨著信號的損失。這種影響使得多回波(Carr-Purcell-Mieboom-Gill)序列中后面的自旋回波更加復雜。此外，如果當磁場梯度應(yīng)當為零時卻不為零(由于在梯度脈沖結(jié)束之后剩余磁化的作用)，則無法預(yù)料的相位離散會導致化學位移成象(CSI)序列的頻譜失真，以及無法準確地確定多回波序列的自旋-自旋弛豫時間(T2)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員特別注重隨時間變化的磁場梯度的產(chǎn)生精確度。
如果梯度場與極化磁體內(nèi)的導電結(jié)構(gòu)，如低溫保持器(如果該磁體是超導體結(jié)構(gòu)的)、或調(diào)整線圈系統(tǒng)、或用于隔離梯度線圈與RF線圈的RF屏蔽板耦合，則在產(chǎn)生磁場梯度時就會出現(xiàn)一個畸變源。在周圍結(jié)構(gòu)中感生的電流被稱為渦流。由于渦流的作用，在向梯度線圈施加梯形脈沖過程中和在脈沖結(jié)束之后，磁場梯度通常分別呈現(xiàn)指數(shù)上升和衰減。
在發(fā)明名稱為“A Method for Magnetic Field Gradient EddyCurrent Compensation”的美國專利US-4698591中公開了一種方法，該方法在梯度脈沖電源中使用了一個模擬預(yù)修正濾波器以對施加到梯度線圈中的電流進行整形，從而消除渦流感生的梯度場失真。這種濾波器包括多個指數(shù)衰減元件和可調(diào)電位計，在系統(tǒng)標定時必須將上述器件進行設(shè)置。在系統(tǒng)標定之前使用一種測量技術(shù)，測量不正確的磁場梯度的脈沖響應(yīng)，然后計算預(yù)修正濾波器的電位計設(shè)置。在美國專利US4950994；4698591；4591789中記載有這種技術(shù)。
在鐵芯永磁體或鐵芯增強超導體磁體中，存在另一種類型的梯度感生的磁場擾動。這種被稱為磁滯的擾動還沒有得到很深入的研究，因而也沒有完全開發(fā)出一種通用的修正方法。為了理解這種磁滯現(xiàn)象，考慮圖2所示的雙極性梯度波形，并假定鐵磁化狀態(tài)處于圖3所示的初始狀態(tài)8。所說初始磁化狀態(tài)定義為未磁化狀態(tài)，但是在這種情況下，可以是在磁場強度已經(jīng)上升之后，但是在尚未施加任何梯度之前的狀態(tài)。在第一次上升階段，梯度線圈中的電流，以及鐵芯所經(jīng)受的磁場強度H是逐漸增大的。結(jié)果，磁感應(yīng)強度B隨H增大而增大，如圖3中曲線11所示。但是，當梯度在曲線段12處下降到零時，磁感應(yīng)強度B并沒有回復到零。相反，它與磁場的相關(guān)性由另一條曲線14表征。這種現(xiàn)象被稱為磁滯，剩余磁感應(yīng)強度(ΔB)被稱為剩磁，或剩余磁化強度。如果梯度在曲線段16處繼續(xù)降低為一個負值，則磁感應(yīng)強度B按照曲線18變化。在其后的梯度上升段20，H與B的相關(guān)曲線22結(jié)束于一個負的剩余磁化強度(-ΔB)。后面的梯度脈沖驅(qū)動磁化強度以被稱為磁滯回線的形式變化。可以理解，磁滯回線的具體形狀取決于MRI系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它通常是由曲線構(gòu)成的。
以上分析表明，如果使用與時間相關(guān)的磁場梯度脈沖進行成象，就會在鐵磁材料中產(chǎn)生擾動磁場ΔB。如果不抵消這種磁滯效應(yīng)，就可能產(chǎn)生圖象失真。例如，由快速自旋回波(FSE)中的相位編碼梯度脈沖感生的剩余磁化可能在k-空間數(shù)據(jù)中產(chǎn)生不一致的相位誤差，導致圖象模糊和圖象重影。
美國專利US-5729139中涉及到這個問題。在這篇現(xiàn)有技術(shù)中提出的解決方案是校正由剩余磁化強度產(chǎn)生的相位誤差。其中提出了十種實現(xiàn)這個目的的具體方法，所有方法都需要改變特別規(guī)定的脈沖序列中的梯度脈沖波形。
本發(fā)明涉及減小MRI系統(tǒng)中剩余磁化強度從而使得圖象失真減小的一種方法和裝置。更具體地說，本發(fā)明包括用于標定一個MRI系統(tǒng)的一種方法，按照這種方法，測量由用于所說MRI系統(tǒng)的候選成象梯度波形產(chǎn)生的剩余磁化強度，并確定對于候選成象梯度波形的修正變化。當其后所說MRI系統(tǒng)使用候選成象梯度獲取圖象數(shù)據(jù)時，施加所說修正變化，所構(gòu)成的梯度不產(chǎn)生剩余磁化強度。修正變化包括在候選成象梯度波形上附加一個修正梯度半波，并改變所說候選成象梯度波形的寬度。
剩余磁化強度可以分成兩個獨立的分量，這兩個分量都可能在MR圖象中產(chǎn)生失真。第一個分量是固定磁滯分量，第二個分量是瞬變磁滯分量。所說標定方法測量這兩種磁滯分量，并確定能夠同時減小兩種分量影響的候選成象梯度波形的修正變化。
本發(fā)明的另一個方面涉及修正成象梯度波形的一種有效方法。這種標定方法可以生成適合各種形狀的成象梯度波形的修正變化的一個查閱表。可以在將要使用一個成象梯度獲取圖象之前直接從所說查閱表中得到適合于所說成象梯度的修正變化，或者可以通過在保存于所說查閱表中的數(shù)值之間進行插值計算出所說修正變化。或者，可以在標定過程中確定一個多項式，該多項式將所說修正變化定義為成象梯度波形形狀的函數(shù)。當將要獲取一個圖象時，使用這個多項式計算出所說成象梯度的修正變化。


圖1為應(yīng)用本發(fā)明的一個MRI系統(tǒng)的方框示意圖；圖2為圖1所示MRI系統(tǒng)產(chǎn)生的示例性成象梯度波形的示意圖；圖3為圖2所示成象梯度波形產(chǎn)生的磁滯曲線的示意圖；圖4為另一個示例性成象梯度波形的示意圖；圖5為圖4所示成象梯度產(chǎn)生的磁滯曲線的示意圖；圖6為又一個示例性成象梯度波形的示意圖；圖7為圖6所示成象梯度產(chǎn)生的磁滯曲線的示意圖；圖8為圖1所示MRI系統(tǒng)用于確定使剩余磁化強度變?yōu)榱阒档膹驮荻鹊拿}沖序列的示意圖；圖9為圖8所示脈沖序列產(chǎn)生的磁滯曲線的示意圖；圖10為圖1所示MRI系統(tǒng)用于產(chǎn)生成象梯度波形的固定磁滯修正梯度半波的脈沖序列的示意圖；圖11為圖1所示MRI系統(tǒng)用于調(diào)整成象梯度波形的寬度以修正瞬變磁滯的脈沖序列；圖12為圖1所示MRI系統(tǒng)用于修正成象梯度波形的標定程序的流程圖；和圖13為構(gòu)成圖1所示MRI系統(tǒng)一部分的一個梯度修正系統(tǒng)的電氣方框示意圖。
如果一個MRI系統(tǒng)產(chǎn)生如圖4所示的梯度波形24，則所說MRI系統(tǒng)中的鐵磁結(jié)構(gòu)會沿著圖5中磁滯曲線25和26受到激勵。當所說梯度波形24結(jié)束時，仍然殘留剩余磁化強度ΔB1。同樣，如果產(chǎn)生如圖6所示的相同幅值的一個負梯度波形27，則沿圖7所示磁滯曲線28和29激勵磁化，其中假定初始磁化狀態(tài)不在原點。當波形27結(jié)束時，仍然殘留剩余磁化強度-ΔB2。剩余磁化強度ΔB1或-ΔB2將產(chǎn)生與拉莫爾頻率的偏差Δf1＝ΔB1γΔf2＝ΔB2γ (1)其中γ為自旋旋磁比。可以通過利用在所說梯度波形24或27之后施加的RF激勵脈沖產(chǎn)生自旋的橫向磁化和采樣所形成的FID NMR信號來測量這些頻率偏差。所獲取的FID的富立葉變換將產(chǎn)生處于偏差頻率Δf1或Δf2的峰值。
如果磁滯曲線是完全對稱的，則Δf1＝-Δf2。但是，通常不是這種情況，可取的是從所測得的兩個偏差頻率計算出零磁化的偏差頻率Δf0＝(Δf1-Δf2)/2 (2)在下述標定程序中使用這個零磁化偏差頻率產(chǎn)生使剩余磁化強度回復到零的一個梯度“復原”脈沖。
所說復原梯度脈沖通過在MRI系統(tǒng)中使用圖8所示脈沖序列來確定。所說梯度波形包括奇數(shù)個具有最大幅值的半波30-32，它們的極性交替改變。如圖9所示，這些梯度激勵所說鐵磁元件的磁化強度從點33所示的任意剩余磁化強度開始，圍繞具有最大可能尺度的磁滯曲線變化，結(jié)束于具有正值最大剩余磁化的點34。然后施加具有使所說剩余磁化強度如虛線36所示變?yōu)榱愕姆档囊粋€負值復原梯度半波35。
使剩余磁化復原到零所需的負值半波35的幅值是使用圖8所示脈沖序列按照一種迭代方法確定的。所說梯度波形與一個選定的復原半波35一起產(chǎn)生，然后施加一個非候選RF激勵脈沖37以產(chǎn)生橫向磁化。在其后的一個采集窗口39獲取所形成的FID信號38，并確定其頻率。對于不同幅值的復原半波35重復所說脈沖序列，直到所測得的FID38的頻率等于所說零磁化偏差頻率Δf0。在下述的標定測量中利用這個復原梯度使剩余磁化強度變?yōu)榱恪?br> 可以將由剩余磁化強度引起的磁場擾動分成兩個分量一個固定磁滯分量；和一個瞬變磁滯分量。剩余磁化強度的固定分量在所說梯度波形結(jié)束之后較長時間內(nèi)基本不隨時間作明顯變化。下述的第一種校正方法通過在所說梯度波形上附加一個修正梯度半波以使所說固定分量變?yōu)榱銇硖幚磉@個剩余磁化分量。瞬變磁滯分量則與梯度波形的施加同時出現(xiàn)，并改變其有效面積，下述的第二種校正方法通過改變梯度波形的面積抵消這種效應(yīng)來處理這個瞬變磁滯分量。
固定磁滯分量-上述用于確定復原梯度的測量還用于確定具有任意給定幅值的梯度脈沖的修正梯度半波的量值。特別參見圖10，所修正的梯度波形由波形45表示，它可以是例如一個相位編碼梯度波形。這個“候選”波形之前是一個復原梯度波形46，其后跟隨著一個負的修正梯度半波47，以使初始剩余磁化狀態(tài)變?yōu)榱恪Ｋf復原梯度波形是一個最大幅值的正梯度半波，其后為具有上述復原梯度幅值的一個負梯度半波，或者相反。
所說修正梯度半波47的幅值設(shè)定為可使由候選梯度波形45產(chǎn)生的正剩余磁化變?yōu)榱?。這個幅值是按照與上述類似的迭代方法確定的，按照這種方法，施加一個RF激勵脈沖48，并確定所形成的FID信號49的頻率。當所說FID49的頻率與以前所測得的零磁化偏差頻率Δf0相等時，所候選梯度波形45的固定磁滯得到正確的修正。
很顯然，如果所候選梯度波形為負的梯度，則所說修正梯度半波的幅值為正的。如果所候選梯度波形具有正梯度半波和負梯度半波(例如選片梯度)，則適合的修正梯度半波可以是正的或負的。這要求迭代程序在必須包含最佳幅值的一個適合范圍內(nèi)測試各個幅值。
雖然能夠測量在所有成象脈沖序列中使用的每一個成象梯度波形的修正梯度半波，但是也可以預(yù)先測量多種梯度半波幅值和寬度所需的修正梯度，并將它們保存在一個表中。這個程序可以作為MRI系統(tǒng)標定的一部分來執(zhí)行。當以后規(guī)定一個特定的脈沖序列時，在保存的表中查閱適合的修正梯度幅值，并附加到所說成象梯度波形上。另一種方法是用一個多項式擬合所測得的修正半波幅值，該多項式表示候選梯度半波幅值和寬度與最佳修正梯度半波幅值之間的關(guān)系。所以，在運轉(zhuǎn)時間，使用這個多項式函數(shù)計算最佳修正梯度半波幅值。
瞬變磁滯分量-這種瞬變磁滯使得在產(chǎn)生所說候選梯度波形過程中和之后很短時間里在橫向平面的自旋磁化產(chǎn)生相位誤差。在如上所述已經(jīng)修正所說固定剩余磁化之后，利用圖11所示的脈沖序列測量所說瞬變磁滯分量。
特別參見圖11，通過施加上述的復原梯度波形52可以使剩余磁化變?yōu)榱?。然后利用一個非候選90°RF激勵脈沖53產(chǎn)生橫向磁化，接著，施加所說候選梯度波形54。如上所述，利用梯度半波55已經(jīng)對于候選梯度波形54的固定磁滯進行了修正。然后在激勵脈沖53之后TE/2時刻施加一個非候選180°RF回波脈沖56，并在讀出梯度58存在條件下獲取NMR回波信號57。所說讀出梯度是經(jīng)過選擇的，以使其面積等于半波54和55的整個面積。所說讀出梯度保持在最小值以使其自身的磁滯效應(yīng)最小化。
理想的是，所說回波信號57與在所說RF激勵脈沖53之后TE時刻出現(xiàn)的其峰值精確對齊。但是，當施加所說候選梯度波形54和55時，所說瞬變磁滯效應(yīng)將引起回波信號的時間偏移，如60或61所示。通過改變?nèi)?3所示候選脈沖的寬度校正這種相位偏移。在迭代過程中重復圖11所示的脈沖序列，并改變候選波形54的寬度，直到回波信號57的中心精確對齊在理想的回波時刻TE。
可以利用這種方法調(diào)節(jié)MRI掃描儀上使用的每一個梯度波形的寬度，或者如上所述，可以在系統(tǒng)標定過程中產(chǎn)生一個表或一個多項式，在運行時使用它調(diào)節(jié)具有給定幅值和脈沖寬度的每個梯度波形。還應(yīng)當指出，這種標定方法還可以修正具有短時恒定值的剩余渦流。
首先參見圖1，圖中表示應(yīng)用本發(fā)明的一種優(yōu)選MRI系統(tǒng)的主要部分。該系統(tǒng)的操作由一個操作者控制臺100控制，所說控制臺包括一個鍵盤和控制板102以及一個顯示器104。所說控制臺100通過一條鏈路116與一個分開的計算機系統(tǒng)107連接，這樣使得操作者能夠控制在顯示屏104上產(chǎn)生和顯示圖象。所說計算機系統(tǒng)107包括通過一個底板彼此連接的多個模塊。這些模塊包括一個圖象處理模塊106、一個CPU模塊108和一個存儲器模塊113，所說存儲器模塊在本領(lǐng)域中被稱為幀緩存器，用于保存圖象數(shù)據(jù)陣列。所說計算機系統(tǒng)107與用于存儲圖象數(shù)據(jù)和程序的一個磁盤存儲器111和一個磁帶驅(qū)動器112相連，并通過一條高速串行鏈路115與一個分開的系統(tǒng)控制器122連接。
所說系統(tǒng)控制器122包括通過一個底板118連接在一起的一組模塊。這些模塊包括一個CPU模塊119和一個脈沖發(fā)生器模塊121，所說脈沖發(fā)生器模塊通過一條串行鏈路125與所說操作者控制臺100相連。系統(tǒng)控制器122也正是通過這條鏈路125接收操作者發(fā)出的指示將要施加的掃描序列的指令。所說脈沖發(fā)生器模塊121控制各個系統(tǒng)部分實現(xiàn)所需的掃描序列。它產(chǎn)生指示將要產(chǎn)生的RF脈沖的時間、強度和形狀，以及數(shù)據(jù)采集窗口的時間和長度的數(shù)據(jù)。所說脈沖發(fā)生器模塊121通過一個梯度修正系統(tǒng)129與一組梯度放大器127相連，以指示在掃描過程中將要產(chǎn)生的梯度脈沖的時間和形狀。所說脈沖發(fā)生器模塊121還與一個掃描室接口電路133相連，所說接口電路133從各種傳感器接收與病人和磁共振系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)的信號。一個病人定位系統(tǒng)134也通過所說掃描室接口電路133接收指令以將病人移動到掃描所需位置。
利用下文中更加詳細介紹的系統(tǒng)129修正由所說脈沖發(fā)生器模塊121產(chǎn)生的梯度波形，并將所說梯度波形施加到由Gx、Gy和Gz放大器構(gòu)成的梯度放大器系統(tǒng)127。每個梯度放大器激勵一個相應(yīng)的梯度線圈(未示出)，所說梯度線圈構(gòu)成磁體組件141的一部分。如本領(lǐng)域所熟知的，所說梯度線圈產(chǎn)生用于對所獲取的信號進行位置編碼的線性磁場梯度。所說磁體組件141還包括一個極化磁體(未示出)和一個整體RF線圈(未示出)。在該優(yōu)選實施例中，利用一個永磁體產(chǎn)生所說極化場，并使用相應(yīng)的鐵芯對所說極化場進行整形和引導，如發(fā)明名稱為“Magnet Assembly For MRI Apparatus”的美國專利US-5652517所述。正是這些部分被所說梯度場磁化，并產(chǎn)生本發(fā)明致力解決的剩余磁化強度問題。
所說系統(tǒng)控制器122中的一個收發(fā)器模塊150產(chǎn)生RF脈沖，這些脈沖由一個RF放大器151放大，并通過一個發(fā)送/接收開關(guān)154傳送到所說磁體組件141中的RF線圈。由病人體內(nèi)受激核輻射產(chǎn)生的信號可以利用同樣的RF線圈檢測，并通過所說發(fā)送/接收開關(guān)154輸出到一個前置放大器153。經(jīng)過放大的NMR信號在所說收發(fā)器150的接收器部分中進行解調(diào)制、濾波和數(shù)字化處理。所說發(fā)送/接收開關(guān)154受到從所說脈沖發(fā)生器模塊121輸出的信號控制，在發(fā)送模式下使所說RF放大器151與所說RF線圈電連接，在接收模式下使所說前置放大器151與所說RF線圈電連接。所說發(fā)送/接收開關(guān)154還使得能夠在發(fā)送模式或接收模式下使用一個獨立的RF標定線圈，如下文中所詳述。
利用所說收發(fā)器模塊150將由所說RF線圈拾取的NMR信號進行數(shù)字化處理，并傳輸?shù)较到y(tǒng)控制器122中的一個存儲器模塊160。當掃描結(jié)束，并且已經(jīng)在所說存儲器模塊160中采集了一個完整的數(shù)據(jù)陣列時，一個陣列處理器161開始工作，將所說數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個圖象數(shù)據(jù)陣列。這些圖象數(shù)據(jù)通過串行鏈路115傳送到所說計算機系統(tǒng)107，保存在計算機的磁盤存儲器111中。響應(yīng)從操作者控制臺100發(fā)出的指令，可以將所說圖象數(shù)據(jù)歸檔保存在外部驅(qū)動器112中，或者可以由所說圖象處理器106繼續(xù)進行處理，并傳送到所說操作者控制臺100，和在顯示器104上顯示。
關(guān)于收發(fā)器150的更加詳細的描述，可以參見美國專利US-4952877和4992736，這兩篇專利以引用方式結(jié)合在本申請中。
利用圖12所示的程序定期對MRI系統(tǒng)進行標定。為了獲得該程序所需的測量值，在所說MRI系統(tǒng)中設(shè)置一個標定仿真體。該仿真體支撐著沿所說梯度軸之一并與系統(tǒng)等角點有一定間隔的一種MR活性物質(zhì)的樣品。例如，所說樣品為盛放在一英寸直徑丙烯酸管摻有0.5MCuSO4的0.44毫升水。所說樣品在測量用于標定所說MRI系統(tǒng)的脈沖序列過程中用作一個NMR信號源。在執(zhí)行本發(fā)明的標定程序之前，應(yīng)當使用熟知的方法之一對所說MRI系統(tǒng)進行修正以抵消渦流的影響。
特別參見圖12，所說剩余磁化強度標定程序的第一步驟是測量零磁化偏差頻率，如程序塊200所示。這個步驟在上文中相關(guān)于公式1-3進行了介紹，它給出當在所說MRI系統(tǒng)中沒有剩余磁化強度時NMR信號的頻率。然后如程序塊202所示確定復原梯度波形的幅值。如上所述，這個步驟應(yīng)用圖8所示脈沖序列確定所說能夠使所說MRI系統(tǒng)中的剩余磁化強度變?yōu)榱愕膹驮荻炔ㄐ蔚男螤睢?br> 然后進入一個循環(huán)程序，在這個循環(huán)程序中對于每個候選成象梯度波形的固定磁滯效應(yīng)和瞬變磁滯效應(yīng)進行修正。仍然參見圖12，在程序塊204從存儲有一個梯度波形列表，包括幅值和脈沖寬度的一個表中選擇一個候選梯度波形。然后，如程序塊206所示，施加如圖10所示的脈沖序列以測量由所說候選梯度波形引起的頻率偏差。如果所測得的頻率偏差在程序塊208確定的零磁化偏差的預(yù)定范圍內(nèi)，則程序進入下一個步驟。否則，如程序塊210所示調(diào)節(jié)所說修正梯度半波47(圖10)，并重復進行頻率偏差測量。重復這個步驟，直到找出所說候選梯度波形的最佳修正梯度半波。如程序塊212所示，將這個最佳修正梯度半波幅值保存在一個查閱表中。在這個標定程序中，通過調(diào)整所說候選梯度波形的寬度保持梯度總的凈面積不變。
如程序塊214所示的下一個步驟是使用圖11所示的脈沖序列測量回波信號時間偏移。如上文中所解釋的，檢測回波信號57中峰值的位置，并通過計算一維富里葉變換和測量線性相位斜率確定所說峰值位置與回波時間TE的偏差。如果在如程序塊216判定所說偏差在所確定回波時間TE的預(yù)定限值范圍內(nèi)，則完成修正。否則，在程序塊218調(diào)整候選梯度波形的寬度，并在程序塊214重復測量偏差時間。如程序塊220所示，將通過這種迭代程序最終獲得的最佳調(diào)整值保存在一個查閱表中。
對于所有將在MRI系統(tǒng)中使用的梯度波形重復上述程序。而且對每個梯度軸x、y和z重復上述程序。當如判定框222所示對于所有候選梯度波形都已經(jīng)完成修正時，所說標定程序結(jié)束。
顯然，在上述標定程序中還可以有許多變化。除了處理在MRI系統(tǒng)中使用的每一個候選梯度波形以外，可以對具有選定幅值和寬度的樣本梯度波形進行處理。之后，當在成象脈沖序列中使用所說樣本梯度波形時，可以直接使用保存在所說查閱表中的修正值對其進行修正。此外，可以使用通過在保存于所說查閱表中的調(diào)整值之間插值產(chǎn)生的值對其它梯度波形進行修正。
再一種方法是處理樣本梯度波形以產(chǎn)生代表最佳修正值的一組修正值，所說修正值為候選梯度波形幅值和寬度的函數(shù)。然后用這些樣本修正值擬合一個多項式函數(shù)，該函數(shù)將修正值表示為梯度波形和寬度的函數(shù)。
當利用經(jīng)過標定的MRI系統(tǒng)獲取圖象時，操作者向MRI系統(tǒng)中輸入規(guī)定的掃描參數(shù)。這種規(guī)定限定了掃描參數(shù)，所說掃描參數(shù)包括用于成象脈沖序列的特定梯度波形。但是，在使用之前，需要利用在標定程序中計算出的修正值對梯度波形的剩余磁化強度進行修正。這種修正可以以多種形式實現(xiàn)。
在所說優(yōu)選實施例中，在掃描開始之前對某些成象梯度波形進行修正。這些梯度波形包括選片梯度波形和讀出梯度波形，它們在掃描過程中保持不變。從所說查閱表中讀出這些梯度波形的修正值，并用于改變它們的形狀。這包括在所說成象梯度波形中加入一個修正梯度半波，并調(diào)整所說成象梯度波形的形狀。然后將經(jīng)過修正的梯度波形保存在所說脈沖發(fā)生器模塊121中，以在掃描過程中使用它們產(chǎn)生所說成象梯度。
某些成象梯度在所說脈沖發(fā)生器模塊121產(chǎn)生它們時進行修正。成象脈沖序列中的相位編碼梯度在掃描過程中在多個值(例如128或256)之間步進，在優(yōu)選實施例中，是當它們產(chǎn)生時由所說梯度修正系統(tǒng)129(圖1)對其進行修正。
特別參見圖13，所說梯度修正系統(tǒng)129包括一個波形存儲器250，所說存儲器以數(shù)字形式保存在標定過程中計算出的查閱表?？刂破?52利用所說保存的查閱表計算修正波形，當所說控制器202通過控制總線204從所說脈沖發(fā)生器模塊121接收到指令時，將所說修正波形附加在成象梯度波形上。這個修正波形的數(shù)字值通過一條數(shù)據(jù)總線260施加到一個或多個A/D轉(zhuǎn)換器256-258中。所說控制器252啟動適合的D/A轉(zhuǎn)換器256-258，并將所說數(shù)字化修正波形寫入其中，以在所說一個或多個A/D轉(zhuǎn)換器256-258的輸出端產(chǎn)生修正波形的模擬信號。這些輸出信號分別驅(qū)動對應(yīng)的x-軸、y-軸和z-軸梯度放大器127。
當圖1所示MRI系統(tǒng)執(zhí)行一個成象脈沖序列時，所說脈沖發(fā)生器模塊121在數(shù)據(jù)總線260上產(chǎn)生所說成象梯度波形，并將它們傳輸?shù)竭m合的D/A轉(zhuǎn)換器256-258中。然后所說控制器252通過控制總線254發(fā)出信號以附加一個修正波形。所說控制器252產(chǎn)生所說適合的修正波形，并將其傳輸?shù)竭m合的A/D轉(zhuǎn)換器256-258。
完整的梯度標定程序包括以下步驟1、修正渦流；2、使固定剩余磁化分量變?yōu)榱?，同時保持候選梯度波形的凈梯度面積不變；和3、調(diào)整所說候選梯度波形的寬度，以使瞬變磁滯效應(yīng)和瞬間渦流為零。
權(quán)利要求
1.用于標定一個MRI系統(tǒng)以減小剩余磁化強度對于所獲取圖象影響的一種方法，該方法包括以下步驟a)選擇需要進行修正的一個候選梯度波形；b)利用所說MRI系統(tǒng)測量由所選擇候選梯度波形產(chǎn)生的剩余磁化影響；c)確定對于所選擇候選梯度波形能夠基本消除所說剩余磁化的修正調(diào)整數(shù)據(jù)；d)對于所說MRI系統(tǒng)使用的多個不同的候選梯度波形重復步驟a)、b)和c)；和e)保存所說修正調(diào)整數(shù)據(jù)，以便當所說MRI系統(tǒng)獲取MR圖象時使用。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說修正調(diào)整數(shù)據(jù)以修正調(diào)整值形式保存在一個查閱表中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所說修正調(diào)整數(shù)據(jù)以一個多項式函數(shù)形式保存，所說多項式函數(shù)將修正調(diào)整值表示為梯度波形形狀的函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟b)包括利用MRI系統(tǒng)使用所選擇的候選梯度波形執(zhí)行一個脈沖序列，以測量由所說候選梯度波形產(chǎn)生的NMR信號的頻移。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所說脈沖序列包括i)施加一個復原梯度脈沖波形以使所說MRI系統(tǒng)中的剩余磁化基本變?yōu)榱?；ii)施加所選擇的候選梯度波形；iii)施加一個RF激勵脈沖以產(chǎn)生一個NMR信號；和iv)獲取所說NMR信號。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于步驟c)包括i)將一個修正梯度半波附加到所說候選梯度波形；和ii)調(diào)整所說修正梯度半波的幅值，并重復步驟b)直到所測得的頻移低于一個預(yù)定限值為止；其中所得的修正梯度半波幅值為所選擇候選梯度波形的修正調(diào)整數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于步驟b)還包括利用MRI系統(tǒng)使用所選擇的候選梯度波形執(zhí)行一個第二脈沖序列，以測量由所說候選梯度波形產(chǎn)生的NMR回波信號的回波時間(TE)的偏移。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所說第二脈沖序列包括i)施加一個復原梯度脈沖波形以使所說MRI系統(tǒng)中的剩余磁化強度基本變?yōu)榱?；ii)施加一個RF激勵脈沖以產(chǎn)生橫向磁化；iii)施加所選擇的候選梯度波形；iv)施加一個RF脈沖以使所說橫向磁化反轉(zhuǎn)和產(chǎn)生所說NMR回波信號；和v)獲取所說NMR回波信號。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于步驟c)包括調(diào)整所選擇候選梯度波形的寬度和重復步驟b)，直到所測得的回波時間(TE)的偏移低于一個預(yù)定限值為止；其中所得寬度調(diào)整值為所選擇候選梯度波形的修正調(diào)整數(shù)據(jù)。
10.在具有響應(yīng)由一個脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的成象梯度脈沖在掃描過程中產(chǎn)生成象磁場梯度的一個梯度系統(tǒng)的一種MRI系統(tǒng)中，其改進包括與所說梯度系統(tǒng)相連并且可以將一個修正梯度半波附加到所說成象梯度波形上的一個梯度修正系統(tǒng)，其在產(chǎn)生所說成象磁場梯度之后，可以將所說MRI系統(tǒng)中的剩余磁化基本變?yōu)榱恪?br> 11.如權(quán)利要求10所述的改進，其特征在于所說梯度修正系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生復原梯度的裝置，所說復原梯度是在掃描過程中產(chǎn)生的，用于使所說MRI系統(tǒng)中的剩余磁化基本變?yōu)榱恪?br> 12.用于產(chǎn)生MRI系統(tǒng)的復原梯度的一種方法，它包括以下步驟a)利用所說MRI系統(tǒng)執(zhí)行一個脈沖序列，它包括i)產(chǎn)生具有一個第一半波和一個第二半波的一個復原梯度波形；ii)產(chǎn)生一個RF激勵脈沖以產(chǎn)生橫向磁化；和iii)獲取NMR信號；b)確定所說NMR信號的頻率；c)改變所說第二復原梯度半波的幅值；和d)重復步驟a)至c)，直到所說NMR信號的頻率基本等于一個零磁化頻率(Δf0)為止。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所說零磁化頻率(Δf0)通過以下步驟確定利用所說MRI系統(tǒng)執(zhí)行一個脈沖序列，以測量在施加一種極性的一個梯度脈沖之后獲取的NMR信號的頻率Δf1；利用所說MRI系統(tǒng)執(zhí)行另一個脈沖序列，以測量在施加相反極性的一個梯度脈沖之后獲取的NMR信號的頻率Δf2；和根據(jù)下式計算零磁化頻率Δf0-(Δf1-Δf2)/2。
全文摘要
一種MRI系統(tǒng)包括一個梯度修正系統(tǒng),該系統(tǒng)對由剩余磁化強度引起的成象梯度波形的擾動進行修正。執(zhí)行測量固定分量和瞬變分量的一個標定程序以產(chǎn)生和保存修正數(shù)據(jù)?？梢詫⑿拚龜?shù)據(jù)保存在一個查閱表中,或者用一個多項式擬合修正數(shù)據(jù),以便MRI系統(tǒng)在以后使用。
文檔編號A61B5/055GK1258001SQ9912581
公開日2000年6月28日 申請日期1999年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月23日
發(fā)明者馬竟飛, 周曉洪, G·C·麥金農(nóng), G·S·索伯林 申請人:通用電氣公司