专利名称：用于多核频谱学的低功率解耦合的制作方法
用于多核频谱学的低功率解耦合 本发明涉及磁共振领域。本发明尤其适用于观察键合至^核子的13C或者15N核子的多核磁共振频谱学，并且涉及采用由这种频谱学所 收集的数据来进行的成像或者其他数据分析，并且将通过对其具体参 考来进行描述。然而，更一般地，本发明应用于实质上观察任何键合 至其他异性核素的核素的多核磁共振频谱学，并且涉及采用由这种频 语学收集的数据来进行的化学位移成像或者其他数据分析。通过观察由化学环境导致的化学位移，磁共振频谱学可提供关于 所成像的核素的化学键的信息。例如，当观察13C核素(nuclear species)时，化学位移信息可分辩出C、 CH、 CH2和CH3的化学配置。 可将这种化学信息用于各种应用，诸如跟踪所注入的示踪剂的新陈代 谢。由于在核子之间的标量耦合(也称作J-耦合)，产生了复杂的 情况(complication)。例如，J-耦合导致来自CH2的或者其他化学键合配置的共振线在频率空间中分裂以形成多重谱线。因此，自旋耦 合的存在降低了信噪比，并且来自不同化学位移共振的多重谱线的重叠使频谱变得模糊。在读出所观察磁共振期间，以耦合的第二核素的磁共振频率应用 第二射频辐射，来移除核子之间的标量耦合(J-耦合)效应，以便 简化频谱并且提高信噪比。将该处理简称为"解耦合"。例如，"C核 子通常与W键合并且显示出具有J ~ 100 - 200 Hz的强耦合。当观察13C 时，可通过在磁共振光谱序列的读出阶段期间应用处于^磁共振频率 处的第二射频辐射来抑制与氢的J-耦合，以便对于每个化学键合的配置，仅观察到单条线。在执行13C、 15N和其他感兴趣核素的磁共振频谱学中使用解耦合 已经导致其广泛应用，并且已经出现了许多方法，这些方法对于用于 在质子频谱整个宽度上解除耦合的带宽、效率和功率进行了优化。然 而，现有技术具有某些缺点。受抑制的J-耦合信息将固有地丢失， 并且所应用的第二射频辐射实质上增加了磁共振频谱学序列的比吸收率(SAR )。在受观察对象是人类患者的情况下，增加的SAR在医疗应用中是 极为不利的。在高场磁共振扫描仪(诸如，3T扫描仪以及更为新近开 发的7T扫描仪)中，增加的SAR也是特别关注的问题，在这里，增发。用于解耦合的第二射频辐射应该是足够的宽带，以便跨越所耦合 核素的化学位移频谱的频率范围。例如，为了在6.5 ppm化学位移范 围上解耦合质子，第二射频辐射在3T (128 MHz W磁共振频率)处应 该包含830 Hz的解耦合带宽，并且在7T ( 298 MHzH磁共振频率) 处应该包含1936 Hz的解耦合带宽。因此，要求相对宽带的第二射频 辐射，其在整个读出阶段中应用以便抑制J-耦合效应。相对宽带特 征以及应用第二射频辐射的时间扩展导致实质上提高的SAR。本发明旨在于克服上述限制及其他的改进设备和方法。根据一个方面，公开了一种磁共振频谱学方法。激发第一核素磁 共振，所述激发包含对象的整个体积，或者通过选择性射频脉冲和磁 场梯度的应用来限定的感兴趣的较小体积。生成来自第一核素磁共振 的自旋回波信号，并且直接地读出所述自旋回波信号、或者由附加磁 场梯度脉冲对所述自旋回波信号进行空间编码。在生成自旋回波期 间，使用在第二射频信道上应用的脉冲来解耦合第一核素和第二耦合 的异性核素。在信号读出期间，不应用解耦合来抑制异核J-耦合。 对于多个不同自旋演进时间(△),至少重复自旋回波生成、读出和 在第二射频信道上应用射频脉冲，以便利用由于异核J-耦合所导致 的调制来对数据进行频谱编码。根据另一方面，公开了一种磁共振设备，包括磁共振扫描仪，以 及控制器，控制磁共振扫描仪以执行在上述段落中阐述的磁共振频谱 学方法。根据另一方面，公开了一种磁共振设备。提供用于获取异核J-调制的数据的装置。处理器处理所获取的异核J-调制的数据以提取 (i)耦合信息、(ii)化学位移信息、或者(iii)当利用磁场梯度 分离地编码时的空间信息中的至少一个。根据另一方面，公开了一种磁共振频谱学方法。激发第一核素磁 共振，所述激发包含对象的整个体积、或者通过选择性射频脉冲和磁 场梯度的应用来限制的感兴趣的较小体积。生成来自第一核素磁共振 的自旋回波信号，并且直接读出所述自旋回波信号，或者由附加磁场 梯度脉冲对所述自旋回波信号进行空间编码。在自旋回波生成期间， 通过在自旋演进间隔(△)上对第二核素应用宽带解耦合、来对第一 核素与第二耦合的异性核素的J-耦合进行频谱编码。在信号读出期间，不应用抑制异核J-耦合的解耦合。使用多个不同的解耦合时间 间隔(△)来对利用频谱编码的信号获取进行重复，以生成包含化学 位移和J-耦合信息两者的异核J-调制的数据。处理异核J-调制的 数据以提取化学位移信息、J -耦合信息或者当利用磁场梯度分离地 对其编码时的空间信息中的至少 一个。一个优点在于，在具有受抑制J-耦合的多核磁共振频谱学中降低了 SAR。另一优点在于，获取包括分离的化学位移和J-耦合信息在内的 多核磁共振频谱。另一个优点在于，对J-耦合的抑制伴随着保持在由多核磁共振 频谱学获取的一维化学位移光i普(spectra)中的高信噪比。对于本领域普通技术人员来说，通过阅读下面对优选实施方式的 详细描述，各种附加的优点和益处将变得明显。本发明可以采取各种部件以及部件布置、以及各种处理操作和处 理操作的布置的形式。附图仅用于说明优选实施方式的目的，并且并 不认为是对本发明的限制。
图1示意性地示出了用于执行多核磁共振频谱学的磁共振系统， 其包括获取分离的化学位移和J-耦合信息的性能，以及执行基于频 镨学的成像或者其他数据分析的性能。图2示意性地示出了适用于由图1的系统执行的多核磁共振光谱 学获取方法，其包括可选的空间定位和/或空间编码。图3示意性地示出了适用于由图1的系统中的数据/成像处理器执 行的数据处理和可选的图像重构方法。图4A示出了在被执行以恢复化学位移信息的快速傅立叶变换之后的示例二维数据矩阵。图4B分别示出了在图4A中所示的沿着水平和 垂直线的水平和垂直迹线。图5A示出了由被执行以恢复J耦合信息的第二频谱快速傅立叶变 换所获取的、具有对应于化学位移和J-耦合分量的倾斜轴的示例倾 斜的二维J-频i普用。图5B示出了图5A的倾斜二维J-频谱的水平 和垂直最大强度投影(MIP)。图6A示出了通过将图5A的倾斜二维J-频谱旋转45°而获取的、 具有分别对应于化学位移和J-耦合的水平和垂直轴的示例非倾斜二 维J-频谙。图6B示出了图6A的二维J-频谱的水平最大强度投影 (MIP)以及沿图6A中所指示的垂直线的垂直迹线。图7示意性地示出了用于观察"C核素的示例多核磁共振光谱学 脉冲序列，其中包括对由键合的屮核子导致的13C的化学位移和J耦 合两者的确定。图7的多核磁共振光谱学脉冲序列包括为提供空间定 位和空间编码而应用的磁场梯度。通过以^共振频率应用的射频脉沖 的使用来引入异核J调制。图8示意性地示出了用于观察"C核素的另一示例多核磁共振光 谱学脉冲序列，其包括对由键合^核子导致的13C的化学位移和J耦 合两者的确定。图8的多核磁共振频谱学脉冲包括为提供空间定位和 空间编码而应用的磁场梯度。通过以W共振频率应用的选通宽带解耦 合的使用来引入异核J调制。参考图1，磁共振扫描仪10包括扫描仪壳体l2，患者16或者其 他被观察对象至少部分地布置在所述扫描仪壳体12中。扫描仪壳体12 的保护绝缘孔腔衬垫18可选地排齐被观察对象16布置在其中的扫描 仪壳体12的圆柱形孔腔或者开口。由主磁体控制器22控制布置在扫 描仪壳体12之中的主磁体20，以便至少在被观察对象l6的被观察区 域中生成主(B。)磁场。典型地，主磁体20是由低温晶体管 (cryoshrouding) 24环绕的永久性超导磁体。在某些实施方式中， 主磁体20生成大约3特斯拉或者更高的主磁场。在某些实施方式中， 主磁体20生成大约7特斯拉或者更高的主磁场。磁场梯度线圏28布置在壳体12中或者壳体12之上，以便至少在 被观察对象16的被观察区域中、在主磁场上叠加所选择的磁场梯度。典型地，磁场梯度线團包括用于生成三个正交磁场梯度(诸如，x-梯度、y-梯度和z-梯度)的线圏。在扫描仪10的孔腔中布置了至 少两个射频线圏30、 32(或者作为选择，能够调谐到至少两个不同射频的单个线圈)。射频线圈中的一个或者多个(即，图1中的本地线圏30)用于以 被观察核素的磁共振频率来注入射频激发脉冲，并且用于测量所激发 的磁共振信号。可选地，使用不同线團用于激发和读取；例如，在扫 描仪10中安装的整体射频线圈34可用于以被观察核素的磁共振频率 进行的磁共振激发，而本地线圏30可用于读取所激发的磁共振。另外，射频线圏中的一个或者多个(即，图1中的本地线圏32) 用于以J-耦合到所观察核素的第二异性核素的共振频率来应用第二 射频辐射。所应用的第二射频辐射用于在读出第一核素的激发的磁共 振之前，在一个或者多个选定时间间隔处选择性地反转第二核素的自 旋状态或者将其与第一核素宽带解耦合。在此详细描述中，将13C的示例用作被观察核素，并且将4的示 例用作化学键合的第二核素。然而应该理解，被观察的第一核素和化 学键合的第二核素中的任一个或者两者都可以是其他核素。例如，被 观察的第一核素可以是"N，并且键合的第二核素可以是111。对于异核 频谱学，第一核素和第二核素典型地具有不同的原子数(Z)值。例 如，碳具有Z-6，而氢具有Z-1。在磁共振频谱学数据获取期间，以被观察第一核素(例如，13C) 的磁共振频率进行操作的射频功率源38通过射频开关电路40耦合至 本地线圏30，来以被观察第一核素的磁共振频率将射频激发脉沖注入 至被观察对象16的被观察区域中，以便在笫一核素(例如，"C)的 自旋中激发磁共振。可选地，磁场梯度控制器"操作磁场梯度线圈28 以将磁共振激发空间地定位到板层(slab)或者其他经定位的区域。 射频功率源38进一步对本地线圏30进行操作以生成一个或者多个自 旋回波，这例如通过应用处于磁共振频率处的一个或者多个反相脉沖 来反转第一核素的激发磁共振、从而生成一个或者多个自旋回波来进 行。可选地，磁场梯度控制器44对磁场梯度线圏28进行操作以应用 一个或者多个空间编码磁场梯度脉冲。在脉冲序列的磁共振读出阶段 期间，开关电路4 0将射频发射机38从本地线圈30断开，并且将射频接收机46连接至本地线圏30以从被观察对象16的被观察区域获 取磁共振数据。所获取的磁共振数据存储在数据緩冲器48中。在自旋回波生成期间、而不是在自旋回波的读出期间，第二解耦 合射频发射机50以第二核素(例如，'H)的磁共振频率来操作本地线 圏32，从而解耦合第一和第二核素以生成异核J-调制。在扫描仪控 制器54的控制下，以第二核素(例如，的磁共振频率来应用低功 率绝热射频脉冲，以便同时利用处于第一核素(例如，"C)的磁共振 频率处的自旋重新聚焦(refocus)脉沖来反转解耦合核子的自旋状 态，来生成自旋回波，并且使用可变时间延迟(△)来在异核J-耦 合的影响下编码自旋演进。通过这样的量来增量可变时间延迟，所述 量足以对比预期会遇到的最宽多重谱线更大的、J -耦合维度中的频 谱带宽进行采样。对于"C观察核子和4耦合核子的示例，CH3基团将 生成具有3JHz宽度的四重谱线(quartet);因而，小于或者等于1/6 J的增量倍数是适合的。收集足够数目的瞬态(transient)(让这些瞬态的分布遍及整个 (化学位移和J-耦合)数据获取)，以便在最终的一维化学位移频 傳中获得期望的信噪比。例如，如果l28个瞬态对应于期望的"C信 噪比，则收集具有8个平均的16倍增量、或者每个具有4个平均的32 倍增量是适合的。从数据矩阵获得的最终解耦合的一维频谱的信噪比 与用于获取该数据矩阵的瞬态的总数的平方根呈比例，因此可以相当 灵活地指定瞬态和编码的分布。频谱位移和J-耦合数据/图像处理器60执行数据和可选的图像 处理，诸如为每条编码的数据线，利用一系列复杂一维频谱的快速 傅立叶变换操作来处理所收集的磁共振数据，以便恢复化学位移和J -耦合数据；使用 一个或者多个空间快速傅立叶变换操作来执行可选 的图像重构；对数据进行相位校正以去除零阶和一阶相位误差两者； 对每条数据线，利用复杂ID FFT操作来转置数据队列并且重构核磁 共振(NMR)数据集的J-频谱域；将数据矩阵旋转所选择的角度，以 便将每个耦合的多重谦线中的元素横向对准化学位移轴；将解耦合的 频i普投影至化学位移轴上；缩放解耦合的频谱以校正化学位移比例， 同时允许用以进行投影的旋转角度；将频谱的峰值检测应用到解耦合 的频谱来分类共振；从旋转的数据矩阵中提取迹线或者投影区域来揭示平行于J-频谱轴的耦合模式；沿J-频谱轴进行峰值检测以确定 耦合模式的多样性；将解耦合的频谱线分配给适合的化学配置，诸如， C、 - CH、 - CH2、 - 013或者-N、 - NH2、-匪3基团等。结果产生的 处理数据或者图像适合于存储在数据/图像存储器62中，在用户界面 64上显示、打印、通过因特网或者局域网来传送、在非易失性存储介 质上存储、或者相反使用。在图1示出的实施方式中，用户界面64 还可以与放射线学者或者其他操作者进行接口 ，以便利用扫描仪控制 器54来控制磁共振扫描仪10。在其他实施方式中，可以提供分离的 扫描仪控制接口。图2示意性地示出了适用于由扫描仪控制器54执行的示例多核磁 共振光谱学获取序列100。在操作102中，可选地，使用例如由本地 线圈32以及解耦合射频发射机50生成的低功率半通路绝热脉冲来执 行第二核素(例如，H)的质子自旋的预饱和。可选的预饱和操作102 提供了被观察第一核素(例如，13C)的顺序激发的磁共振的核 Overhauser (质子进动)增强。可选预饱和102之后继之以激发操作104，在激发操作104期间， 激发被观察第一核素(例如，"C)的自旋以产生磁共振。激发可使用 处于第一核素的磁共振频率处的90°或者其他翻转角度的射频脉冲。自旋回波生成操作110生成第一核素的所激发磁共振的一个或者 多个自旋回波。例如，可通过应用处于第一核素的磁共振频率处的一 个或者多个180°的反转脉沖来生成自旋回波。在生成自旋回波中的 选定部分期间执行解耦合操作112。解耦合操作ll2以第二核素(例 如，'H)的共振频率应用一个或者多个射频脉冲(可选地是绝热脉冲)， 以便对选定的时间间隔(在这里表示为自旋演进时间间隔A)扰乱第 一和第二核素之间的J-耦合。在读出操作ll6中，由射频接收机46 读出所生成的自旋回波，并且将读出的数据存储在数据緩冲器48中。 为了限制SAR，解耦合操作113不延伸到读出116中。可选地，在激发104、自旋回波生成IIO、读出116的一个或者多 个期间、或者在它们之间的间隔期间，执行一个或者多个空间定位和 /或编码操作120。例如，可在自旋回波生成和读出之间应用空间编码 磁场梯度以提供空间相位编码。对于一些瞬态，重复操作124至少重复自旋回波生成110、解耦合112和读出116。取决于磁共振的衰退率，重复124还可以重复激 发104以及可选地还重复预饱和102。瞬态可包括具有相同自旋演进 时间间隔A的瞬态的平均重复，以便增加化学位移频谱的信噪比。瞬 态还包括具有不同自旋演进时间间隔A的瞬态，以便在J-耦合维度 中提供调制数据。由重复124获得的多个瞬态定义了收集的异核(heteronuclear ) J-调制的数据130。参考图3，通过图1的数据/图像处理器60将适合的数据处理和 可选图像处理方法150应用到所收集的异核J-调制数据130。如果 图2的获取方法100包括空间编码120，则应用适合的空间解码操作 132以恢复空间信息。例如，如果空间编码120采用了笛卡儿(Cartesian)相位编码，则空间解码操作132适应地包括沿相位编 码方向的空间FFT。应该理解，取决于对多少空间方向进行了编码， 本方法的两个、三个、四个和五个维度变体是可能的。继续参考图3并且进一步参考图4A,应用频谙快速傅立叶变换(即，"频谱FFT，， ) 134以恢复化学位移频谱。图4A示出了在其中 13C是被观察第一核素并且^是耦合的第二核素的情况下，由被执行 以恢复化学位移信息的频谱FFT 134产生的示例二维数据矩阵。图化 分别示出了沿如图4A指示的水平和垂直线方向的水平和垂直迹线。 垂直数据线代表CH (二重谱线)、CH2 (三重谱线)以及CH3 (四重谱 线)官能团或者化学配置中的J-调制的13C频谱。水平线表示用于J-调制的干扰图(interferrogram)。返回参考图3，因为解耦合操作ll2没有延伸到读出116中，收 集的瞬态对相位-扭曲的线形进行编码。可选地，应用自动的相位校 正136以对在所收集的瞬态中编码的相位-扭曲的线形进行校正。在 一个适合的方法中，使用利用自旋演进时间延迟间隔A =0而收集的 数据线来计算相位校正。△=()的瞬态经历一维快速傅立叶变换以创 建复杂的频谱数据。在某些实施方式中，应用零阶(频率无关的)相 位校正和一阶(频率相关的)相位校正二者以将复杂频谱数据分离成 为吸收模式和散射(dispersion)模式光谱。将吸收模式数据和散射 模式数据分别进行快速傅立叶变换以将J-调制分解成为J-频谱。 可以组合吸收模式数据的实部和散射模式数据的虚部以形成在化学位 移和J-耦合方向二者中都具有纯吸收线形的J-频谱。可在此阶段丢弃吸收模式数据的虚部和散射模式数据的实部，或者将两者组合以 形成具有纯散射模式线形的J-频谱。这个处理消除了在当使用简单的快速FFT来重构J-频谱时发生的、由吸收模式和散射模式线形的 混合而引入的相位-扭曲线形假象和不希望的线加宽。自动相位校正136的一个适合实施方式采用了利用△ = 0而收集 的数据线。计算在A = O处的复杂数据线的绝对值以产生频谱A (v)， 这是对相位正确的频谱的绝对值部分IS (v) l的适合近似。即，A(v) ^IS (v) I。根据绝对值频谱IS (v) I，使用希尔伯特(Hilbert)变 换来计算对相位正确的频i普的散射部分的近似值。绝对值频谱IS (v) l和其希尔伯特变换H ( v) —起形成了对相位正确的频谱的近似Sa ( v) =|S(v)|+iH(v)。将差值函数Sa ( v) - exp ( - i (Z + Fv) ) S(v)最小化以便获得对第零阶和第一阶相位校正参数两者的估计值。 用于最小化的函数例如可以是最小平方准则、最小第一幂、Chebyshev(切比雪夫)或者其他类似的准则。自动相位校正过程的变体在于接受对相位正确频谱的希尔伯特近 似和实际频谱之间的相位差，并且使用这个相位差来校正数据矩阵的 其他瞬态。在将矩阵转置之后，将对每条数据线采用复杂一维FFT操作的第 二频语FFT 140应用到分离的吸收模式数据和散射模式数据。然后， 组合两个数据集的实部和虚部，以便以纯吸收模式来重构二维磁共振 数据集(J-频谱)。然而，所恢复的J-频谱域数据倾斜了 45° ， 这是因为在读出116期间没有应用解耦合。图5A示出了在"C是被观察第一核素以及耦合的4是第二核素的情况下，由频谱FFT 140产生的示例倾斜二维J-频谱。倾斜二维J-频傳具有与化学位移和J-耦合分量相对应的倾斜轴。现在，矩阵 保持全部异核二维J -频谱。用于CH (双重谱线)、CH2 (三重谱线)以及CH3 (四重谱线)化学配置的耦合模式在两个方向进行的投影中 均可见。图5B示出了图5A的倾斜二维J-频谱的水平和垂直最大强 度投影(MIP)。垂直投影表示耦合的13C频谱。水平投影示出了所有 化学配置的耦合模式的重叠。如前所述，由第二频谱FFT 140恢复的J-频谱倾斜了 45° ，这 是因为在读出116期间没有应用解耦合。因此，旋转操作1"将J-频语旋转45°以恢复未倾斜的J-频谱，所述未倾斜的J-频谱具有 分别与化学位移和J-耦合相对应的水平和垂直轴。在用于在投影和分析之前、正确地对准化学位移和J-耦合轴的 过程的变体中，可将仿射变换应用于J-频谱以使数据矩阵歪斜，从 而两个轴变得正交。此方法具有如下优点，还可以对在频率分辨率方 面在化学位移和J-耦合轴之间具有固有差别的数据矩阵进行变换以 用于向前的处理。图6A示出了在"C为被观察第一核素和耦合的W为第二核素的情 况下、具有分别与J-耦合和化学位移相对应的水平和垂直轴的示例 未倾斜二维J-频谱。通过对图5A中的倾斜二维J-频谱应用45°旋 转操作144来获得图6A中的未倾斜二维J-频谱。现在，13C多重谱 线以正确的角度与水平化学位移轴对齐。图6B示出了图6A的二维J -频谱的水平最大强度投影(MIP)，以及沿图6A所示的垂直线的垂 直迹线。水平投影产生了具有三个化学配置共振(CH、 CH2、 CH》的"C 频谱的解耦合版本。在过程的变体中，通过求未倾斜J-频谱的数据线的总和来获得 解耦合频谱的投影。这个修改的优点在于，保持了所获取数据的全部 信噪比。继续参考图6A和图6B,并且返回参考图3，在处理操作150中适 当地处理未倾斜的二维J-频谱，以便提取化学位移和/或耦合信息。 例如，通过矩阵获取的垂直迹线，诸如图6B中示出的示例垂直迹线， 示出了用于每个化学配置的耦合模式，所述每个化学配置引起频谱中 的共振，以允许通过模式识别来将它们指定为二重谱线、三重谱线以 及四重谱线的多重谱线。在某些实施方式中，处理150包括自动多重谙线类型识别，其采 用了对图6A的未倾斜二维J-频镨的模式识别。首先通过在水平投影上执行受约束的峰值拟和来标识包含多重谱线模式的线，其中在水平 投影中，每个化学配置由单条线来代表。由于要从J-频谱提取异核 耦合，使用结果生成的线位置信息允许迹线包含多重谱线模式。对于 13C，存在四种多重谱线类型单重谱线、二重语线、三重谱线、以及 四重谱线，其在模式中分别具有一条、两条、三条和四条频谱线。该 模式中的J-耦合分量线具有1; 1: 1， 1: 2: 1以及1: 3: 3: 1的相对强度。13C的异核耦合常数(即，J值)存在于大约125 - 200 Hz 的较狭窄范围内。因此，多重谱线的特征可在于使用全振幅参数、耦 合常数(J)参数以及中央频率偏移的受约束峰值拟合(peak fit)。 可通过在所提取的迹线上执行逆FFT来估算多重谱线信号功率和迹线 噪声功率，以便获取伪-回波信号。可通过对包含回波峰(S )的数 据集的中心(central half)上开方的信号值计算总和来估算伪 - 回 波中的信号功率。可通过对在数据集(N)的第一和最后四分之一上 开方的信号值计算总和来估算伪-回波中的噪声功率。可根据以下公 式来估算多重谱线的信噪比(SNR):还可使用Parseval定理，根据伪-回波的信号功率来估算在频谱 域中的不同多重谱线模式可能性的振幅，其中所述Parseval定理表 明总信号功率(噪声和信号)在两个域中是相同的。可使用适于迹线 上的每种多重谱线类型的受约束频谱线来估算位移和J耦合参数。可 以基于最小方根残差中的所有功率来从四重谱线和二重谱线中区别出 三重语线，这是因为三重谱线模式通常不太适于真正的二重谱线或者 真正的四重谱线。可基于在多重谱线中心获取的最小方根残差的第二 矩(moment)来区别二重谱线和四重谱线。当与适于内部两条线的二 重谱线模板相比时，真正四重谱线的外部线对此度量的贡献强烈。当将模式识别有利地应用于未倾斜J-频谱(诸如，图6A的示例 未倾斜J-频谱)时，还考虑在重构的较早期阶段执行模式识别。例 如，可对倾斜的J-频谱(诸如，图5A的示例倾斜的J-频谱)应用 模式识別。继续参考图3,如果采用空间编码l20，则成像或者映射操作I54 可构造二维或者三维耦合图像或者映射图。例如，可在二维板层选择 模式中执行数据收集，以及利用附加可变梯度脉冲进行相位编码来在 板层内创建子体素。空间解码132采用二维空间FFT。成像或者映射 操作154可为所采样的板层的子体素提供特定化学配置(C、 CH、 CH2、 CH3)的强度的灰度图像或者映射图。附加地或者可选地，可使用颜色 编码来在单个图像或者映射图中区分各种多重谱线。数据采集还可在 三维容积选择模式中执行，并且由两个附加的独立可变梯度脉冲进行相位编码以在容积内创建子体素。在此情况下的空间编码132采用了 三个空间FFT。
图7示意性地示出了用于执行图2的数据获取方法100的一个适 合的脉沖序列，其包括如果供应了可选的可变空间编码梯度的话，则 提供体素定位频谱以及化学位移成像。在图7中，在标记为"13C，，的 水平轴上绘制了在被观察第一磁共振频率处的射频脉冲，并且在标记 为'"H"的水平轴上绘制了在解耦合第二磁共振频率处的射频脉沖。 由翻转角度、以及由指示该射频脉沖是空间选择性的(下标"S") 还是非空间选择性的(下标"NS")的下标来标记每个射频脉沖。应 该认识到，每个脉沖可以是单个脉沖、或者集体地提供所指示的翻转 角度的脉冲分组。空间选择性的90°脉冲，与沿"G1"方向由第一梯 度脉冲提供的空间定位相结合，提供了空间板层的激发104。围绕处 于"C共振频率的第三非空间选择性180°脉冲的、处于13C共振频率 处的两个空间选择性180°反相脉冲向自旋回波提供了由沿"G2"和
"G3"方向的梯度脉冲提供的空间定位。方向"G1" 、 "G2"和"G3" 通常彼此互相垂直。处于4共振频率处的非选择性180°脉冲与处于 13C共振频率处的中间非选择性180。脉冲同时应用，以便在标记为A 的自旋演进时间间隔上提供异核J-调制。沿"G1"方向的第二梯度 脉沖是抑制不想要的相干性的扰流器脉冲。沿"G1" 、 "G2"和"G3" 的可变振幅梯度脉沖在至多三个空间维度中提供可选的空间编码。
图8图示性地示出了用于执行图2的数据获取方法100的另一适 合的脉沖序列，包括提供用于体素定位的频谱。在图8中，在标记为
""C"的水平轴上绘制处于被观察第一磁共振频率处的射频脉冲，并 且在标记为'"H解耦合器，，的水平轴上绘制处于第二磁共振频率的解 耦合活动的周期。通过翻转角度并且通过指示该射频脉沖是空间选择 性的(下标"S")还是非空间非选择性(下标"NS")的下标来标 记每个射频脉冲。应该意识到，每个脉冲可以是单个脉冲，或者是集 体地提供所指示的翻转角度的脉沖分组。空间选择性的90°脉冲，与 沿"G1"方向的第一梯度脉冲所提供的空间定位相结合，提供了空间 板层的激发104。围绕处于13C共振频率处的第三非空间选择性180° 脉冲的、处于13C共振频率的两个空间编码的180°反相脉沖向自旋回 波提供了由沿"G2"和"G3"方向的梯度脉冲所提供的空间定位。方向"Gl" 、 "G2"和"G3"通常彼此互相垂直。通过在应用于被观察 核子的自旋回波脉沖列中不对称地移除J耦合效应的活动，被选通持 续达时间周期A的解耦合活动用于提供异核J-调制。可以在第一或 者第二A演进周期的任意一个中选通解耦合发射机，但是不能在两者 中同时打开。可选地，解耦合活动的特征可以是单一频率相干脉冲、 宽带频率或者相位调制的传输、或者不断反转第二耦合核素的自旋状 态的重新聚焦脉冲列。
应该理解，图7和图8的脉沖序列是示意性的示例。本领域普通 技术人员可容易地构造出其他脉沖序列，用于执行根据在此描述的方 法的数据收集。例如，在某些其他适合的脉冲序列中，与选通解耦合 自旋回波一起4吏用Hadamard (阿达玛)编码。在Hadamard (阿达玛) 编码中，在用于创建自旋回波的90°脉沖之前应用片选择性反相脉 沖。这更像在逆恢复自旋回波成像中使用的反相脉沖。反相脉冲通过 沿Z轴反转磁性来编码空间。通过添加和减去利用反相脉冲的不同配 置而获取的数据来重构来自特定体素的信号(通过将RF反相脉冲导 通和断开来执行空间编码)。4吏用了 Hadamard变换来重构Hadamard 编码的数据。对于具有长Tl值和短T2值的核子的空间编码多核光谱 获取，采用Hadamard编码的序列是有利的。Hadamard选择序列适合 于在选通的解耦合自旋回波之前应用。
在执行解耦合中，绝热射频脉沖或者脉冲分组具有向解耦合提供 低功率并由此提供低SAR的优点。例如，如果要在6. 5卯m (在3T时 跨越830 Hz的解耦合范围，或者在"/T时跨越l"6 Hz的解耦合范围) 的化学位移范围上解耦合质子，则传统的脉冲解耦合要求与化学位移 范围同量级的射频场强度。另一方面，低功率绝热脉冲可利用仅大约 400 - 500 Hz的射频场强度来反转相同的质子范围。在此公开的第一 实施方式的方法中采用的J-调制仅在时间间隔2A期间使用解耦合 的核子自旋状态的反转以及横向相干性的演进，或者在第二实施方式 的方法中，在第一时间间隔A期间使用宽带解耦合，继之以在第二时 间间隔△期间用于横向相干性的演进周期。与在磁共振序列的读出阶 段上进行解耦合相比，这些过程引入明显较小的SAR。
已经参考优选实施方式描述了本发明。显然，在阅读和理解前述 详细说明的基础上，其他人员可以进行修改和替换。本发明想要构造为包括在所附权利要求书或者其等效体的范围之内的所有这样的修改 和替换。
权利要求
1.一种磁共振频谱学方法，包括激发第一核素磁共振；生成所述第一核素磁共振的自旋回波；读出所述自旋回波；在生成所述自旋回波期间但并不是在所述读取期间解耦合所述第一和第二耦合的异性核素；以及为多个不同的自旋演进时间(Δ)至少重复所述生成、所述读取、以及所述解耦合，以便生成异核J-调制的数据。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一核素是"C，并且 所述第二核素是111。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一核素和所述第二核 素具有不同的原子数(Z)值。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述自旋回波的生成包括应用处于第一核素共振频率处的射频 重新聚焦脉冲，来反转所述第一核素磁共振的自旋；以及所述解耦合包括与所述第一核素重新聚焦脉冲同时应用处于第 二核素共振频率处的射频脉冲。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述解耦合包括 在所述生成的至少一部分期间，应用处于所述第二核素的磁共振频率处的饱和射频功率；以及在所述读取期间不应用所述饱和射频功率。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中应用处于所述第二核素的磁 共振频率处的饱和射频功率包括应用处于所述第二核素的磁共振频率处的饱和射频功率，其具有 包含与所述第一和第二核素之间的化学键合关系相对应的化学位移范 围的带宽。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述解耦合包括 应用处于所述第二核素的磁共振频率处的绝热射频脉冲或者脉沖分组，其至少包含与所述第一和第二核素之间的化学键合关系相对应 的化学位移的频率范围。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述解耦合包括 在生成所述自旋回波期间，应用单个射频脉沖分组。
9. 根据权利要求1所述的方法，还包括处理所述异核J-调制的数据以提取(i)耦合信息以及(ii)化 学位移信息中的至少一个。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中处理包括 应用第一频谱快速傅立叶变换；执行自动相位校正以分离所述频谱的吸收模式和散射模式； 对所分离的部分应用第二频谱快速傅立叶变换；以及 组合所述变换的部分以生成不具有相位扭曲线形的纯吸收模式J -频谱。
11. 根据权利要求1所述的方法，还包括处理所述异核J -调制的数据以提取耦合和化学位移信息二者。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述处理包括 对所述异核J-调制的数据应用多个变换以生成具有与化学位移和J -耦合分量相对应的倾斜轴的倾斜的二维J -频谱。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述处理还包括 将所述倾斜的二维J-频谦旋转45。以生成具有与化学位移和J-耦合分量相对应的未倾斜轴的未倾斜二维J -频谱。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中所述处理还包括 对所述倾斜的二维J-频谱应用仿射变换以生成具有与化学位移和J-耦合分量相对应的未倾斜轴的未倾斜二维J-频谱。
15. 根据权利要求1所述的方法，还包括 处理所述异核J-调制的数据以提取二维J-频谱；以及 基于将所述二维-J频谱与所选择的化学配置的先前已知J-光谱进行匹配，来在所述二维J-频谱中识别所述第一和第二核素之间的 化学配置。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述第一核素是碳核子， 所述第二核素是氢核素，以及所述二维J-频谱与至少用于-C、 - CH、 -012和-CH3化学配置的先前已知J -光谱相匹配。
17. 根据权利要求1所述的方法，还包括应用磁场梯度以产生所生成的异核J-调制数据的(i)空间编码以及(ii)空间定位中的至少一个；处理所述异核J-调制的数据以提取(i)耦合信息以及(ii)化 学位移信息的至少一个；以及根据所生成的异核J -调制的数据来重构图像。
18. 根据权利要求1所述的方法，还包括在所述第一核素磁共振的激发之前，预饱和所述第二核素的自旋 以获得由所述读取获得的自旋回波的信噪比的质子进动增强。
19. 一种磁共振设备，包括 磁共振扫描仪(10);以及控制器(54),用于控制所述磁共振扫描仪来执行根据权利要求 1所述的磁共振光谱学方法。
20. —种磁共振设备，包括用于获取异核J-调制的数据的装置(10、 54);以及 处理器(60)，用于处理所获取的异核J-调制的数据以提取(i) 耦合信息以及(ii)化学位移信息中的至少一个。
21. —种磁共振频谦学方法，包括 获取第一核素磁共振；在所述获取期间，通过在所述获取期间的解耦合时间间隔(△) 上解耦合所述第二核素来对所述第一核素和第二核素的J -耦合进行 频谱编码；使用多个不同解耦合时间间隔(△)来重复具有频谱编码的获取， 以便生成包含化学位移和J-耦合信息二者的异核J-调制的数据； 以及处理所述异核J -调制的数据来提取所述化学位移信息和所述J -耦合信息中的至少一个。
22. 根据权利要求21所述的磁共振频谱学方法，其中所述处理包括重构具有化学位移轴和正交J -耦合轴的J -频谱。
23. 根据权利要求21所述的磁共振频谱学方法，其中每个重复的 解耦合时间间隔(△)实质上小于所述重复的获取中的读出时间。
全文摘要
在磁共振频谱学方法中，激发第一核素磁共振。生成第一核素磁共振的自旋回波，并且读出该自旋回波。在生成自旋回波期间而不是在读出自旋回波期间，将第一和第二核素解耦合。对于多个不同解耦合时间来至少重复生成、读取以及解耦合，以便生成异核J-调制的数据。
文档编号G01R33/46GK101228455SQ200680021519
公开日2008年7月23日 申请日期2006年6月13日 优先权日2005年6月16日
发明者D·L·福克萨尔, J·B·默多克, L·卡素博斯基 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司