专利名称：磁场非单调变化时在自旋回波图像中避免外围干扰的方法
技术领域：
本发明总的涉及在医疗中用于检查患者的核自旋断层造影(同义词磁共振断层造影，MRT)。在此，本发明尤其涉及一种用于在自旋回波图像中避免外围干扰信号、如双重伪影的方法。
背景技术：
MRT基于核自旋共振的物理现象，作为成像方法成功地应用在医疗和生物物理领域中已有超过15年的历史。在这种检查方法中，将对象置于一个强的稳定磁场中。由此使对象体内先前无规则旋转的原子核的自旋定向。高频波可以将这些“定向”的核自旋激励为特定的振荡。该振荡在MRT中产生实际的测量信号，并借助合适的接收线圈接收。采用由梯度线圈产生的非均匀磁场，可以在所有3个方向对各感兴趣区(也称为视场FOV)中的测量对象进行空间编码，这一般称为“位置编码”。
在MRT中数据的记录是在所谓的k域(同义词频域)中进行的。所谓图像域中的MRT图像借助付立叶变换与k域的MRT数据关联。在k域中展开的对象的位置编码借助所有3个方向的梯度进行。在此，要区分层选择(确定对象中要拍摄的层，通常为Z轴)、频率编码(确定该层的方向，通常为x轴)和相位编码(确定在该层内的第二维，通常为y轴)。
因此，首先通过层选择梯度Gs或Gz选择性地在例如z方向激励一个断层。借助两个业已提到的正交梯度场GR或GP，通过组合相位和频率编码来对该层中的位置信息进行编码，所述正交梯度场对于在z方向上激励的断层的例子来说，是通过同样已经提到的在x和y方向上的梯度线圈产生的。
在图2a和2b中示出在MRT实验中记录数据的可能形式。所采用的序列是自旋回波序列。在这种序列中，通过90°激励脉冲(具有确定的振幅和带宽)将自旋的磁化翻转到x-y平面上。随着时间的变化，出现构成x-y平面Mxy上的横向磁化的磁化分量的相位差。在一定时间(例如1/2TE，TE是回波时间)之后在x-y平面上这样入射一个180°脉冲(同样具有确定的振幅和带宽)，使得有相位差的磁化分量被反射，而不改变各磁化分量的精确方向和精确速度。在另一个持续时间1/2TE之后，所述磁化分量又指向相同的方向，即重新产生横向磁化，称为“再相位化”，该横向磁化可以相应地通过读出来采集。横向磁化的完全再生称为自旋回波。
为了测量待检查对象的整个断层，针对相位编码梯度GP和GY的不同值将成像序列重复N次，其中，在每个序列以等距离的时距Δt通过以Δt为时钟的ADC(模拟数字转换器)N次时，将核共振信号(自旋回波信号)的频率在具有读出梯度GR和Gx的情况下进行扫描、数字化和存储。通过这种方式，根据图2b获得逐行产生的数据矩阵(k域中的矩阵或k矩阵)，该数据矩阵具有N×N个数据点(具有N×N个点的对称矩阵只是一个示例，也可以产生非对称矩阵)。可以通过付立叶变换，从该数据组中以N×N个点的分辨率直接再现有关断层的MR图像。
对于自旋回波序列，为了具有可用于诊断的图像质量，对k矩阵(在拍摄多个断层时为多个k矩阵)的扫描需要若干分钟的测量时间，而这对于很多临床应用是个问题。例如患者无法在所需的时间段内保持不动。在检查胸腔和骨盆部位时，骨骼的运动一般是无法避免的(心脏和呼吸运动，蠕动)。一种用于加速自旋回波序列的途径在1986年作为Turbo自旋回波序列(TES序列)或以缩写词RARE(驰豫增强的快速采集)公开(J.Hennig等人，Magn.Reson.Med.3，823-833，1986)。在这种成像方法中(与上述传统自旋回波方法相比更为快速)，在一个90°激励脉冲之后产生多个多重回波，其中对这些回波中的每一个都单独进行相位编码。在图3a中示出在分别产生7个回波的情况下的相应序列图。在每个回波之前和之后，必须根据待选择的付立叶行接通相位编码梯度。通过这种方式，在唯一的HF激励脉冲(90°)之后，对k矩阵进行逐行扫描，如图3b所示。在该例中，所需的总测量时间缩短了七分之一。在图3a中示出了信号的理想变化。实际上，后面的回波通过横向磁化的T2衰减而具有逐渐减小的振幅。
一个更快的成像序列表示RARE和半付立叶技术的组合，其在1994年作为所谓的HASTE序列(半付立叶采集的单点快速自旋回波)公开(B.Kiefer等人，J.Magn.Reson.Imaging，4(P)，86，1994)。HASTE采用与RARE相同的基本技术，但只扫描k矩阵的一半。k矩阵的另一半借助半付立叶算法，以计算方式重建。在此，利用了k矩阵的数据点关于k矩阵的中点镜像对称这个事实。因此，只要测量一半k矩阵的数据点、并通过在中点上的反射(和复数共轭)以计算方式补充原始矩阵就足够了。通过这种方式，可以将测量时间缩短一半。但是拍摄时间的减少是与信噪比(S/R)恶化了 倍紧密相连的。
在自旋回波序列(SE序列)中一般存在这样的问题，在通过高频脉冲进行高频激励期间，共振条件不仅在FOV(视场，以基本磁场的均匀性和梯度场的线性为特征)，还在FOV的非均匀边界区域中给出。由于在MRT设备的边界区域中基本磁场实际的非均匀性和梯度场的非线性，损害了每个空间点与一个确定磁场强度的唯一可反转对应的原则。这意味着，按照伪影的方式给实际测量场的图像叠加了一幅来自非均匀区域的、一般具有干扰的图像。该不期望的伪影称为“双重伪影”，并尤其是在自旋回波序列中由于自旋重聚焦而以显现出的方式出现。基本磁场在z方向上的延伸越短，“双重伪影”的可能性就越大。因此，在将来趋向于更短磁铁的MRT系统中，这个问题会加剧，并且不能再用当前用于抑制伪影的措施解决。
目前用于减少伪影类型的策略一方面在于硬件措施，另一方面在于脉冲序列的修改。
在HF系统中的硬件措施在于，在给定磁铁和梯度设计时，用有用空间之外的双重场来确定空间位置。然后，将HF线圈的实现置于这样一个限制下，即在该临界空间位置上使其灵敏度足够最小化，使得无法形成明显的伪影。但是HF场分布不是可任意形成的。由此，作为不期望的负效应，还在有用空间内出现损害图像质量的HF场非均匀性。
设计未来MR设备的重点是更短的磁铁、更大的空间和尽可能大的患者进入时间(例如由于介入)。在一个这样的磁场几何中，损害了必需的、空间与场的可反转的唯一对应关系，并加剧了由此产生的伪影问题，使得目前的硬件措施无用。因此，对于具有大直径的短磁铁，无法预见有用的HF线圈设计。
脉冲序列修改(建立序列的新途径)通常是唯一的实用解决办法，如果直接避免触及原理或技术限制边界的弊病(这里是非单调磁场变化)或所需要的很大花费从而使该产品的经济性受到质疑的弊病的话。
一个根据US 6486668的脉冲序列修改的可能形式是，通过施加或入射附加的所谓准备脉冲来起到抑制伪影的作用。这种措施的缺点在于，明显减小了时间效率，同时通过准备脉冲而按照寄生自旋回波信号分量的形式产生了另外的图像质量问题。
脉冲序列修改的另一种形式在US 2002/0101237中实现，其中通过HF激励脉冲和HF重聚焦脉冲的选择梯度的极性变换来抑制伪影。与传统的用SE序列激励断层的方法不同，在层激励期间通过(90°)HF脉冲接通的层选择梯度与(180°)重聚焦脉冲期间接通的层选择梯度相比，前者的符号或极性是相反的。这使得在位置空间中，在不同的非重叠区域内出现(90°)HF脉冲以及(180°)重聚焦脉冲的错误选择(Fehlselektion)。通过这种方式无法形成干扰回波信号。但是这种方法的缺点在于，它提高了HF脉冲和梯度脉冲要在时间上精确同步的技术要求，以及对系统补偿(Shimmung)的要求。此外，只有在信号损失明显时才能同时显示不同的化学成分(例如脂肪和水)。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题在于，提供一种新的成像方法或在自旋回波序列的框架内进行脉冲序列修改，使得外围干扰信号(例如双重伪影)被抑制，同时具有最广泛的应用和出现最少的缺陷性的并因此不期望的负效应。
根据本发明的用于在采用自旋回波序列的磁共振断层造影中避免外围噪声信号的方法，该自旋回波序列具有高频激励脉冲、高频重聚焦脉冲、层选择梯度脉冲、相位编码梯度脉冲和读出梯度脉冲，其中，这样区分高频激励脉冲的平均频率和带宽与高频重聚焦脉冲的平均频率和带宽，以及在高频激励脉冲期间接通的层选择梯度的振幅与高频重聚焦脉冲期间接通的层选择梯度的振幅，即将HF激励脉冲的激励断层和HF重聚焦脉冲的重聚焦层在MRT磁场的均匀区域(FOV)内重叠，而使HF激励脉冲的激励断层和HF重聚焦脉冲的重聚焦断层在MRT磁场的非均匀区域内空间上分离，并由此避免在非均匀区域内出现回波信号。
在本发明方法的第一实施方式中，提高HF激励脉冲的平均频率、带宽和振幅以及在HF激励脉冲期间接通的层选择梯度的振幅，同时与HF重聚焦脉冲期间接通的层选择梯度的持续时间相比，相应减少在HF激励脉冲期间接通的层选择梯度的持续时间。
在本发明方法的第二实施方式中，保持HF脉冲以及层选择梯度脉冲的总持续时间，并与在HF重聚焦脉冲期间接通的层选择梯度的振幅相比，提高HF激励脉冲的平均频率、带宽和振幅以及在HF激励脉冲期间接通的层选择梯度的振幅。
优选的，将HF激励脉冲的不变总持续时间用于改善被激励层的层特性，其中，补充其它的HF激励脉冲的旁瓣最大值。
在横向断层选择(GS＝Gz)以及径向或冠状断层选择(GS≠Gz)的情况下，按照差异因子的形式计算层选择梯度振幅的最小差异。
在HF激励脉冲期间接通的层选择梯度的振幅g1与在HF重聚焦脉冲期间接通的层选择梯度的振幅g2相比较的差别可以根据算式g2＝(1+ε)g1来公式化。在横向层选择的情况下，根据以下不等式计算差异因子εϵ>1(R-r)/d-1/2]]>其中R表示FOV的半径，r表示在FOV中受激励的层的层位置，d表示在FOV中受激励横向层的层厚。
在径向或冠状层选择的情况下，根据以下不等式计算差异因子εϵ>1-r/d-1/2]]>其中r表示在FOV中受激励层的层位置，d表示在FOV中受激励的径向或冠状层的层厚。
此外还提供了一种磁共振断层造影设备，包括具有附属梯度线圈的梯度放大器、输入-显示终端、序列控制器和设备计算机以及模拟数字转换器(ADC)，该磁共振断层造影设备适用于实施按照上述方法特征的方法。
下面借助基于附图所示的实施例详细解释本发明的其它优点、特征和特性。
图1示意性示出核自旋断层造影设备，图2a示意性示出公知的自旋回波序列的梯度脉冲流函数的时间变化过程，图2b示意性示出通过根据图2a的自旋回波序列对k矩阵的时间扫描，图3a示意性示出公知快速自旋回波序列(TSE或RARE序列)的梯度脉冲流函数的时间变化过程，其中产生7个自旋回波，图3b示意性示出在按照图3a的TSE或RARE序列中对k矩阵的时间扫描，图4a示意性示出HF脉冲的时间变化过程以及本发明第一修改SE序列的梯度脉冲流函数的时间变化过程，图4b示意性示出HF脉冲的时间变化过程以及本发明第二修改SE序列的梯度脉冲流函数的时间变化过程，图5a示意性示出在具有相同选择梯度强度(左侧)以及较少但足够的不同选择梯度强度(右侧)的横向层选择时在z方向上的磁场情况，图5b示意性示出在按照图5a的出现双重伪影的情况(左侧图)和按照图5a的按照本发明抑制双重伪影的情况(右侧图)进行横向层定向时的多层测量的叠加的总和图像，图6a示意性示出在具有相同选择梯度强度(左侧)以及较少但足够的不同选择梯度强度(右侧)下的径向或冠状层选择时在z方向上的磁场情况，图6b示意性示出在按照图6a的出现双重伪影的情况(左侧图)和按照图6a的按照本发明抑制双重伪影的情况(右侧图)进行径向或冠状层定向时的多层测量的叠加的总和图像，图7a示意性示出在两个根据本发明的较少但足够的不同层选择梯度(左侧是分离的磁场和梯度场，右侧是所有的场)时的横向层选择的简化场模型，图7b示意性示出在横向层选择中，对于不同的层厚取决于到FOV中心的距离的参数ε的曲线簇，图8a示意性示出在径向或冠状层选择(左侧)时以及在根据本发明的考虑较少但足够的不同层选择梯度(右侧)下的FOV外寄生层选择的基本磁场磁铁的简化场模型，图8b示意性示出在径向或冠状层选择中，对于不同的层厚取决于到FOV中心的距离的参数ε的曲线簇。
具体实施例方式
图1示出用于产生根据本发明的梯度脉冲的核自旋断层造影设备的示意图。在此，核自旋断层造影设备的结构对应于传统断层造影设备的结构。基本磁场磁铁1产生时间上稳定的强磁场，用于极化或定向对象检查区域内的核自旋，该对象例如是人体的待检查部分。在圆形测量空间域M中定义核自旋共振测量所需的基本磁场的高均匀性，人体的待检查部分被送入该测量区域。为了支持均匀性要求，特别是为了消除不随时间变化的影响，在合适的位置上设置由铁磁材料制成的所谓填隙片。随时间变化的影响可以通过由补偿电源15控制的补偿线圈2消除。
在基本磁场磁铁1中采用圆柱形的梯度线圈系统3，其由3个部分绕组构成。每个部分绕组都由一个放大器14提供电流，从而在笛卡尔坐标系的3个方向上分别产生一个线性梯度场。梯度场系统3的第一部分绕组产生x方向上的梯度Gx，第二绕组产生y方向上的梯度Gy，第三绕组产生z方向上的梯度Gz。每个放大器14包括数字模拟转换器，其由序列控制器18控制，以及时产生梯度脉冲。
在梯度场系统3内设置了高频天线4，该高频天线4将高频功率放大器30输出的高频脉冲转换为交变磁场，以激励待检查对象或对象的待检查区域中的原子核以及使核自旋定向。高频天线4还将由确定的核自旋发出的交变场、即一般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，该电压通过放大器7输入高频系统22的高频接收信道8。高频系统22还包括一个发送信道9，其中产生用于激励磁核共振的高频脉冲。在此，根据设备计算机20预先给定的脉冲序列，在序列控制器18中将各高频脉冲数字化地表示为复数序列。该数列作为实部和虚部，分别通过输入端12输入到高频系统22中的数字模拟转换器，并由该数字模拟转换器输入到发送信道9。在发送信道9中，将该脉冲序列调制为高频载波信号，其基本频率对应于测量空间内的核自旋的共振频率。
通过发送-接收转接器6将发送运行切换到接收运行。高频天线4将用于激励核自旋的高频脉冲入射到测量空间M中，并对产生的回波信号进行扫描。在高频系统22的接收信道8中对相应获得的核共振信号进行相敏解调，并通过模拟数字转换器分别转换为测量信号的实部和虚部。通过图像计算机17，从获得的测量数据中再现图像。测量数据、图像数据和控制程序的管理都通过设备计算机20进行。根据预先给定的控制程序，序列控制器18检查各期望的脉冲序列的产生以及相应的k域扫描。特别的，序列控制器18在此控制梯度的及时接通、具有限定相位和振幅的高频脉冲的发送以及核共振信号的接收。高频系统22和序列控制器18的时间基准由合成器19提供。通过终端21选择用于产生核自旋图像的相应控制程序，并显示所产生的核自旋图像，该终端21包括键盘以及一个或多个显示屏。
本发明在于在自旋回波序列下产生新的HF激励机制。在此存在随着距离增大的处理要求，因为所有成像过程的大多数都建立在该序列类型的基础上，同时双重伪影由于自旋重聚焦而以显现的方式出现。本发明涉及这样的措施，其在只进行边缘的序列修改时保证最大有效地抑制伪影。在序列控制器18或设备计算机20中产生根据本发明的序列变化。同样在设备计算机20中进行图像再现。
本发明的思想基本上如下所述为了产生自旋回波需要至少两个层选择过程。与通常的实践相反，这些层选择过程是不相同的，而是考虑选择梯度强度和HF脉冲带宽而不同地进行，其预先给定的条件是空间分离FOV(也称为“有用立体区域”)外的错误选择的立体区域。通过适当选择平均频率ω1、ω2以及HF激励脉冲和HF重聚焦脉冲在同一地点(同一层)的带宽Δω1、Δω2来实现在FOV内的选择，该选择产生或使得从该断层中获得期望的回波信号成为可能，如目前已知的。通过空间分离FOV外的错误选择的立体区域(寄生激励)(根据ω1、ω2、Δω1、Δω2、以及HF激励脉冲期间的层选择梯度GS1和HF重聚焦脉冲期间的层选择梯度GS2的不同振幅g1和g2进行选择，图5a和6a)，无法在非均匀区域内形成回波信号，并抑制了图像中的双重伪影。优选的，在序列开始时(90度脉冲)这样改变HF自旋激励，使得较少地(20％至30％)提高选择梯度强度和HF脉冲带宽。
在此，尽可能少地选择差异，以保证广泛的应用和最小化不期望的负面效应。这种要考虑的负面效应主要是化学移动和SAR(特殊吸收率)方面由于3.4ppm的化学脂肪-水移动，对于脂肪和水来说层位置始终不同。对于两个化学成分中的每一个，激励特性和所有重聚焦特性只有当选择梯度强度不变时才是配合的。严格地说，这在下面介绍的序列设计中不再适用，即由于较少相对移动的信号特性而将不同化学成分的信号损失限制为很小的比例并由此使得该信号损失是无关紧要的。
在层厚或投影厚度增加时，完全分离有用立体区域外的错误选择的立体区域要求相应增加选择梯度强度和HF脉冲带宽的差别。通过一方面(上限)可用的HF功率和SAR方面，另一方面(下限)通过降低序列在例如回波时间和重复时间上的时间性能而限制HF带宽的有用范围。在更实用的例如100％的差别下，可以利用根据本发明的序列修改将层厚或投影厚度调整到最大约100mm而不会出现明显的伪影。
下面借助两个可能的实施例(图4a和4b)解释本发明两幅图4a和4b的序列图的上半部示出传统的SE序列。在最上一行示出发送模式TX下的平均频率为ω、带宽为Δω的初始α激励脉冲(HF激励脉冲，α一般为90°)，同时正层选择梯度GS1接通。在HF激励脉冲之后，将层选择梯度反向。在此期间一方面接通读出梯度GR，另一方面通过相位编码梯度GP进行相位编码。接着，通过180°重聚焦脉冲，同时与通过层选择梯度GS2进行的第二次层激励一起进行重聚焦。对于传统的SE序列，两个层选择梯度GS1和GS2具有相同的振幅。为了能在后面的MRT系统的接收模式RX中，在回波时间TE之后通过接通读出梯度GR获得MR回波信号，需要将180度重聚焦脉冲的平均频率和带宽选择为分别等于HF激励脉冲的平均频率ω和带宽Δω。后面还将借助其它附图详细解释这种情况。
根据本发明的序列是修改的自旋回波序列(SE序列)。该修改在于这样改变HF激励脉冲(α脉冲)、HF重聚焦脉冲(180度脉冲)和层选择梯度(GS)的参数，使得在FOV内与以往一样激励一个断层，并由该层获得自旋回波，但在FOV外从空间上分离两个HF脉冲的寄生激励，并由此不产生自旋回波信号。
在本发明的第一可能实施方式(图4a)中，参数的改变例如是这样进行的，即改变两个HF脉冲的振幅、平均频率以及带宽。同时相应地改变层选择梯度GS1和GS2的持续时间和振幅。根据图4a将α脉冲在时间上进行可见的压缩，加大其振幅。该α脉冲具有平均频率ω1和带宽Δω1。180度脉冲具有平均频率ω2和带宽Δω2。缩短第一层选择梯度GS1，其振幅g1相对于第二层选择梯度GS2的振幅g2增大。
在本发明的第二可能实施方式(图4b)中，参数的改变例如是这样进行的，即保持α脉冲和第一层选择梯度GS1的总持续时间不变。脉冲振幅g1相对于GS2的振幅g2增大。压缩α脉冲，但是最初的脉冲持续时间保持不变，其中给激励脉冲的类似正弦函数又补充了几个旁瓣最大值(Nebenmaxima，英语Side-Lobes)，并具有改善的层特性的积极旁效应。这对SAR值只有很小的影响，因为在此未经改变的重聚焦脉冲占据主导地位。相应地改变平均频率ω1和ω2以及带宽Δω1和Δω2，并相应地相互调谐。
图5a和6a(分别是左侧的图像)显示了对于传统自旋回波序列在FOV内或FOV外的期望的或寄生的层激励。由于人的体形和通常患者躺下的位置，场双重效应主要出现在身体的长轴上(Z方向)。这产生了情况差异，即是利用Z梯度(横向断层)还是不用Z梯度(径向和冠状断层)进行断层选择的差异。图5a示出横向层选择(GS＝Gz)，图6a示出径向或冠状层选择(GS≠Gz)。
在横向层激励(图5a)中，层选择梯度GS(＝GZ)在FOV区域内首先线性变化。接着的剧烈的场下降既是由于基本磁场的非均匀性，又是由于梯度场的非线性，并引起寄生激励。
在径向或冠状层激励(图6a)中，在z方向上不存在层选择梯度。但是，由于基本磁场在FOV外的剧烈下降，也产生了寄生激励。
总之，这产生了这种现象，即在利用传统2D自旋回波进行测量时，对于横向层定向和径向或冠状层定向都会在图像中的不同位置出现双重伪影。该事实在图5b和6b中示出，其中利用传统2D自旋回波进行的多层测量的总和图像重叠显示。图5b(左侧)示出横向层定向时的双重伪影，图6b(左侧)示出径向或冠状层定向时的双重伪影。如果在信号产生和信号指示过程中还考虑不同的场情况，则可以看到，根据各自的层位置而在图像中出现不同的伪影。后者影响图像中伪影的位置，并且不应在后续变化中加深，因为本发明只考虑层选择过程。
如上所述(图4a和4b的描述)，利用不同的选择梯度强度进行层选择，也就是至少利用第一梯度强度g1和第二梯度强度g2g2＝(1+ε)g2(1)通常的自旋回波序列采用ε＝0。ε＝-2的情况对应于上面提到的并在现有技术中已经采用的序列修改(选择梯度的极性转换)。在本发明中，优选的序列特性在选择ε＞0时表现出来。
在激励和重聚焦特定断层时HF脉冲的平均频率ω和带宽Δω当然必须对同一位置区域起作用，该位置区域通过期望的层位置r和层厚d预先给出，即ω1＝γg1r (2a)ω2＝γg2r＝(1+ε)ω1(2b)Δω1＝γg1d (3a)Δω2＝γg2d＝(1+ε)Δω1(3b)图5a就激励和重聚焦(右侧图像)将传统横向断层激励(左侧图像)的情况与不同选择梯度强度时的横向断层选择的情况进行了比较。右侧的图像示出在没有形成双重伪影下较少但足够的不同选择梯度强度(g2＝(1+ε)g2)。
图5b基于图5a中2D自旋回波测量例子的配置而示出这种序列修改的效果。在中度不同的层选择(ε＝0.2至0.3)中，已经非常有效地抑制了这种情况下的伪影(图5b右侧)。
图6a关于激励和重聚焦(α脉冲或重聚焦脉冲；右侧图像)将传统径向或冠状层激励(左侧图像)的情况与不同HF脉冲时的径向或冠状层选择的情况进行比较。右侧图像示出在没有形成双重伪影下较少但足够的不同HF脉冲(ω2＝(1+ε)ω1)。
图6b基于图6a中2D自旋回波测量例子的配置而示出这种序列修改的效果。在稍微不同的层选择(ε＝0.2至0.3)中，已经有效地抑制了这种情况下的伪影(图6b右侧)。
下面，借助空间场分布的简单数学模型进一步解释按照目标对具有决定意义的参数ε的选择。
图7a示出横向断层选择的场模型。在图7a左侧图像的情况下(实际情况的理想化)，Z梯度的场与Z坐标成正比地一直上升到FOV的边界，然后保持不变，而基本磁场首先为恒定的，并在FOV外(＞R)以不变的场梯度-G下降。图7a中的右侧图像示出在选择梯度强度g1和g2不同时根据本发明的总和场的变化。在两种情况下都选择期望的层(位置r、厚度d)，但有用立体区域外的寄生区域是不同的(具有厚度D1和D2的位置ρ1和ρ2)。
图7a中的理想化模型这样简化了实际情况，即在半径为R的FOV内假定场分布是理想的(均匀基本磁场和线性梯度场)。在＞R的外部区域，梯度场不会继续上升，磁场下降应当以恒定的场梯度-G进行。
对于利用梯度强度g1和g2进行的两个选择过程(图7a，右侧图像)，下式成立ω1＝γg1r＝γg1R-γGρ1(4a)ω2＝γg2r＝γg2R-γGρ2(4b)Δω1＝γg1d＝γGD1(5a)Δω2＝γg2d＝γGD2(5b)在位置ρ1和ρ2上进行的寄生选择的相对位移为ρ2-ρ1＝(R-r)(g2-g1)/G (6)目标是完全抑制双重伪影，也就是将具有厚度D1和D2的错误选择的立体区域完全分离ρ2-ρ1＞(D1+D2)/2 (7)从中，通过将方程(1)到(6)代入不等式(7)得出参数ε的条件ϵ>1(R-r)/d-1/2---(8)]]>其中r的值满足r＜R-d/2 (9)可以观察到，公式(8)仅取决于层和FOV的边界之间以层厚d为单位测量的距离(R-r)。该距离越大，对ε的要求越小，这可以借助图7b中的双曲线函数族示出。图7b示出在横向层选择时的ε值变化如果参数ε超过所显示的最小值，则对应于图7a的场模型完全抑制双重伪影。利用通常层厚的2D自旋回波方法满足ε＝0.2到0.3时的该条件。
FOV边界的极点对应于双重性在该点的消失(理想断层和错误选择在此相互转变(uebergehen))。
对g1、g2和G的不依赖性也是值得注意的，即在外部区域中的梯度强度和HF脉冲带宽的绝对大小以及磁场下降是不起作用的，可以任意构造。
为完整起见还针对径向或冠状断层定向示出了具有上述断言的该模型。图8a示出涉及该层定向的场模型。在图8a的左侧图中，基本磁场首先是恒定的，并在FOV外(＞R)以不变的场梯度-G下降。在图8a的右侧图中，在FOV外选择不同的寄生区域(具有厚度D1和D2的位置ρ1和ρ2)，象在期望的层外示出的那样(该层由于X或Y相关而未在此示出)。
由于所指出的措施只涉及层选择过程，并且在此Z梯度没有参与，因此不用考虑有关的假设。又假定磁场的变化在有用立体区域内恒定，而在＞R的外部区域内以恒定的场梯度-G描述。
对于具有梯度强度g1和g2的两个选择过程下式成立ω1＝γg1r＝-γGρ1(10a)ω2＝γg2r＝-γGρ2(10b)Δω1＝γg1d＝γGD1(11a)Δω2＝γg2d＝γGD2(11b)在位置ρ1和ρ2上进行的寄生选择的相对位移为ρ2-ρ1＝-r(g2-g1)/G(12)目标还是完全抑制双重伪影，也就是将具有厚度D1和D2的错误选择的立体区域完全分离ρ2-ρ1＞(D1+D2)/2 (13)从中，通过将方程(10a)到(12)代入不等式(13)得出参数ε的条件ϵ>1-r/d-1/2---(14)]]>其中r的值满足r＜-d/2 (15)在这种情况下，参数ε取决于断层和磁场中心之间以层厚d为单元测量的距离r。该距离越大，对ε的要求越小。在图8b中示出径向或冠状层选择时的双曲线函数如果参数ε超过所示出的最小值，则完全抑制对应于图8a的场模型的双重伪影。利用通常层厚的2D自旋回波方法满足ε＝0.2到0.3时的条件。磁场中心的极点对应于双重性在该点的消失(理想断层和错误选择在此相互转变)。
下面指出该序列方法抑制伪影的边界在ε图(图7b和8b)中的极点不只是这种简单数学模型的现象。如已经示出的，这些极点描述了一种实际现象，即从双重伪影到几何符号的转变。该转变是在期望层和寄生选择的立体区域直接与磁场换向点相互紧密相邻时产生的。在重叠或完全一致时当然不可能实现分离，这就在形成数学模型时产生了极点。
因此，在该边界情况下不能完全避免伪影，为此这种现象的图像与典型的双重伪影有很大的偏差，并更近似于一种图像失真。该伪影结构与实际对象的对应是可以识别的，本身并不包含错误解释的风险。
由于简化了所采用的场模型而未能示出的另一方面在于FOV外的实际空间场分布。在横向断层选择时假定的、Z梯度在＞R的外部区域中的恒定场变化至少对于＞＞R的大距离来说是不会遇到的。更合理的是，该梯度场自身又单独(即不涉及磁场)下降，并具有场双重效应。
但是这种情况并没有负面影响。同时假定的在＞R的外部区域中的磁场下降也必须排除。
因此，仅在磁铁同时根本不具有场偏差的地方才有出现伪影的风险。取代目前的一维场变化，在此必须观察和考虑磁场的整个空间场分布。只有这种巧合与在该点具有足够高的HF灵敏度的发送和接收线圈一起，才会包含不能用所介绍的序列修改完全抑制双重伪影的风险。
如果需要，在设计HF线圈时必须考虑该方面，与传统自旋回波序列时的限制相反，该方面表示很少且可以满足的附加条件。
权利要求
1.一种用于在采用自旋回波序列的磁共振断层造影中避免外围噪声信号的方法，该自旋回波序列具有高频激励脉冲、高频重聚焦脉冲、层选择梯度脉冲、相位编码梯度脉冲和读出梯度脉冲，其特征在于，这样区分高频激励脉冲的平均频率(ω1)和带宽(Δω1)与高频重聚焦脉冲的平均频率(ω2)和带宽(Δω2)，以及区分在高频激励脉冲期间接通的层选择梯度的振幅(g1)与在高频重聚焦脉冲期间接通的层选择梯度的振幅(g2)，即将HF激励脉冲的激励层和HF重聚焦脉冲的重聚焦层在MRT磁场的均匀区域(FOV)内重叠，而使HF激励脉冲的激励层和HF重聚焦脉冲的重聚焦层在MRT磁场的非均匀区域内空间上分离，并由此避免在非均匀区域内出现回波信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提高所述HF激励脉冲的平均频率(ω1)、带宽(Δω1)和振幅以及在HF激励脉冲期间接通的层选择梯度(GS1)的振幅(g1)，同时与在HF重聚焦脉冲期间接通的层选择梯度的持续时间相比，相应减少在HF激励脉冲期间接通的层选择梯度的持续时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，保持所述HF脉冲以及层选择梯度脉冲的总持续时间，并相对于在HF重聚焦脉冲期间接通的层选择梯度(GS2)的振幅(g2)，提高HF激励脉冲的平均频率(ω1)、带宽(Δω1)和振幅以及在HF激励脉冲期间接通的层选择梯度(GS1)的振幅(g1)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，引入其它的HF激励脉冲的旁瓣最大值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在HF激励脉冲期间接通的层选择梯度(GS1)的振幅(g1)与在HF重聚焦脉冲期间接通的层选择梯度(GS2)的振幅(g2)相比较的差别可以根据关系式g2＝(1+ε)g1来公式化，并且在横向层选择的情况下，根据以下不等式计算差异因子εϵ>1(R-r)/d-1/2]]>其中R表示FOV的半径，r表示在FOV中受到激励的层的层位置，d表示在FOV中受到激励的横向断层的层厚。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在HF激励脉冲期间接通的层选择梯度(GS1)的振幅(g1)与在HF重聚焦脉冲期间接通的层选择梯度(GS2)的振幅(g2)相比较的差别可以根据关系式g2＝(1+ε)g1来公式化，并且在径向或冠状断层选择的情况下，根据以下不等式计算差异因子εϵ>1-r/d-1/2]]>其中r表示在FOV中受到激励的层的层位置，d表示在FOV中受到激励的径向或冠状层的层厚。
7.一种磁共振断层造影设备，包括具有附属梯度线圈(3)的梯度放大器、输入-显示终端(21)、序列控制器(18)和设备计算机(20)以及模拟数字转换器(ADC)，该磁共振断层造影设备适用于实施按照权利要求1至6中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于在采用自旋回波序列的磁共振断层造影中避免外围噪声信号的方法，该自旋回波序列具有高频激励脉冲、高频重聚焦脉冲、层选择梯度脉冲、相位编码梯度脉冲和读出梯度脉冲，其中，这样区分高频激励脉冲的平均频率(ω1)和带宽(Δωl)与高频重聚焦脉冲的平均频率(ω2)和带宽(Δω2)，和在高频激励脉冲期间接通的层选择梯度的振幅(g1)与高频重聚焦脉冲期间接通的层选择梯度的振幅(g2)将HF激励脉冲的激励层和HF重聚焦脉冲的重聚焦层在MRT磁场的均匀区域(FOV)内重叠，而使HF激励脉冲的激励层和HF重聚焦脉冲的重聚焦层在MRT磁场的非均匀区域内空间上分离，由此避免在非均匀区域内出现回波信号。
文档编号G01R33/54GK1576875SQ200410054959
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月26日 优先权日2003年7月24日
发明者彼得·休贝丝 申请人:西门子公司