CN1282443C - 磁共振成像装置 - Google Patents

Abstract

为了采集不受任何高磁场扰动影响的磁共振信号，对多个视图顺序采集磁共振信号(802)；磁场扰动被监测(806)；对发生磁场扰动的视图重复磁共振数据采集(808)；并且在作用该重复之后，根据磁共振信号产生图像(804)。

Description

磁共振成像装置

发明领域

本发明涉及磁共振信号采集装置和磁共振成像装置，更具体而言，涉及用于顺序采集多个视图的磁共振信号的装置，和用于根据这样采集到的磁共振信号产生图像的装置。

背景技术

在磁共振成像(MRI)装置中，待成像的对象被置于磁系统的内部空间中，即，一个成像空间，在该空间中，生成一个静态磁场，作用一个梯度磁场和高频磁场，以便在所述对象内部激励自旋，从而生成磁共振信号，根据接收到的磁共振信号重构图像。

如果磁系统的安装位置靠近电气化铁路等，电气列车的通过将会引起磁场扰动。由于当磁共振信号受磁场扰动影响时，重构图像的质量会降低，所以要采取措施来减小磁场扰动的影响。

这样的措施之一是使用一个磁场发生装置来消除磁场扰动。该装置包括一个磁场传感器和一个磁场发生线圈，并配置为由磁场发生线圈根据由磁场传感器检测到的磁场扰动生成一个磁场，来消除所述磁场扰动。

所使用的磁场发生线圈是亥姆霍兹(Helmholtz)线圈。应用三个各自具有相互正交的线圈轴的亥姆霍兹线圈，以便生成在三个互相正交的方向上的磁场。该三个亥姆霍兹线圈中的六个线圈回路分别布置在一个扫描室的六个表面上，即，顶面、底面和四个侧面上。每个线圈回路沿每个表面的外围有一条电气路径。

另一种措施涉及算术计算磁场扰动对磁共振信号的影响，并相应地矫正磁共振信号。用于计算磁场扰动的影响的磁共振信号与用于图像重构的磁共振信号是分开收集的。信号收集的重复次数设置为使得扰动能以期望的时间分辨率被检测到。

当应用消除磁场扰动的磁场发生装置时，需要专门的构造工作来在扫描室中安装所述装置。当从磁共振信号算术计算磁场扰动的影响时，用于计算的磁共振信号必须与用于图像重构的磁共振信号分开收集规定的次数，而不管是否出现磁场扰动。此外，不管采用什么技术，能够消除或矫正的磁场扰动的大小都是有限的。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于采集没有受到任何高磁场扰动影响的磁共振信号的装置，和一种用于根据这样采集的磁共振信号进行磁共振成像的装置。

(1)根据其用于解决上述问题的一方面，本发明是一个磁共振信号采集装置，其特征在于包括：信号采集装置，用于顺序采集多个视图的磁共振信号；监测装置，用于监测磁场扰动；和控制装置，用于使所述信号采集装置对发生磁场扰动的视图重复进行磁共振信号采集。

(2)根据其用于解决上述问题的另一方面，本发明可以是磁共振信号采集方法，其特征在于包括以下步骤：顺序采集多个视图的磁共振信号；监测磁场扰动；和对发生磁场扰动的视图重复进行磁共振信号采集。

在(1)和(2)中描述的方面的发明中，对多个视图顺序采集磁共振信号，监测磁场扰动，并且对发生磁场扰动的视图重复进行磁共振信号采集；因此可以获得不受任何高磁场扰动影响的磁共振信号。

(3)根据其用于解决上述问题的另一方面，本发明是磁共振成像装置，其特征在于包括：信号采集装置，用于顺序采集多个视图的磁共振信号；监测装置，用于监测磁场扰动；控制装置，用于使所述信号采集装置对发生磁场扰动的视图重复进行磁共振信号采集；和图像生成装置，用于在作用所述重复之后，根据磁共振信号产生图像。

(4)根据其用于解决上述问题的另一方面，本发明可以是磁共振成像方法，其特征在于包括步骤：顺序采集多个视图的磁共振信号；监测磁场扰动；对发生磁场扰动的视图重复进行磁共振信号采集；和在作用所述重复之后，根据磁共振信号产生图像。

在(3)和(4)中描述的方面的发明中，对多个视图顺序采集磁共振信号，监测磁场扰动，对发生磁场扰动的视图重复进行磁共振信号采集，并且在作用所述重复之后，根据磁共振信号产生图像；因此可以获得不受任何高磁场扰动影响的磁共振信号，并且根据该磁共振信号获得高质量的图像。

最好当所述磁场的变化超过预定阈值时应用所述重复，使得重复的次数得以优化。

上述阈值最好随所述磁共振信号上的相位编码量而改变，从而利用相位编码量的影响的不同使得所述重复的次数得以优化。

最好相位编码量越大，阈值越大，使得重复次数减少。

上述阈值最好随所述磁场的变化频率而改变，从而利用频率影响的不同使得所述重复次数得以优化。

最好所述频率与所述磁共振信号的回波时间TE的倒数之间的差值越大，阈值越大，使得重复次数减少。

因此，本发明可以提供一种用于采集不受任何高磁场扰动影响的磁共振信号的装置，和一种用于根据这样采集的磁共振信号进行磁共振成像的装置。

本发明的其它目的和优点将从下面对附图中所示优选实施例的说明中清楚理解。

附图简述

图1是根据本发明一个实施例的装置的框图；

图2是根据本发明一个实施例的装置的框图；

图3是根据本发明一个实施例的装置执行的典型脉冲序列示图；

图4是根据本发明一个实施例的装置执行的典型脉冲序列示图；

图5是k-空间的概念图；

图6是根据本发明一个实施例的装置的操作流程图；

图7是根据本发明一个实施例的装置的操作流程图；

图8是图6是根据本发明一个实施例的装置的功能块图；

图9是阈值设定的概念图；

图10是阈值设定的概念图；

图11是本发明一个实施例的装置的功能块图；

图12是本发明一个实施例的装置的功能块图；

图13是本发明一个实施例的装置的功能块图；

发明详述

下面参考附图详细描述本发明的实施例。图1示出本发明一个实施例的磁共振成像装置的框图。该装置的配置代表根据本发明的装置的一个实施例。该装置的操作代表根据本发明的方法的一个实施例。

如图1所示，该装置具有磁系统100，安装在扫描室中。磁系统100具有主磁场线圈部件102、梯度线圈部件106、和射频(RF)线圈部件108。这些线圈部件具有大体上呈圆柱形的形状，并且同心布置。待成像的对象1被搁在托架500上，通过未示出的传输装置送入和送出磁系统100的大体上呈圆柱形的内部空间(腔)。

主磁场线圈部件102在磁系统100的内部空间产生静态磁场。该静态磁场的方向基本上平行于对象1的体轴。即产生通常称为水平磁场的磁场。主磁场线圈部件102采用例如超导线圈制成。很容易理解，主磁场线圈部件102不限于超导线圈，也可以用普通导体线圈等制成。

梯度线圈106产生三个梯度磁场，用于在三个互相正交的方向上对静态磁场强度施加梯度，即，切片轴、相位轴、和频率轴。

当静态磁场空间中相互正交的坐标轴用x、y、和z表示时，其中任意一个都可以作为切片轴。在该情况下，其余两个轴之一是相位轴，另一个是频率轴。此外，切片、相位、和频率轴可以相对于x、y、和z轴倾斜任意角度，同时保持它们相互正交。在该装置中，对象1的体轴的方向被定义为z轴方向。

切片轴方向上的梯度磁场有时称为切片梯度磁场。相位轴方向上的梯度磁场有时称为相位编码梯度磁场。频率轴方向上的梯度磁场有时称为读出梯度磁场。为了能够产生这样的梯度磁场，梯度线圈部件106具有三个梯度线圈，图中未示出。下面有时将梯度磁场简称为梯度。

RF线圈部件108产生高频磁场，用于在静态磁场空间中的对象1内激励自旋。下面有时将高频磁场的产生称为发射RF激励信号。此外，RF激励信号有时将称为RF脉冲。RF线圈部件108还接收由激励的自旋产生的电磁波，即磁共振信号。

RF线圈部件108具有发射和接收线圈，图中未示出。对于发射和接收线圈，可以使用同一个线圈或单独的专用线圈。

梯度线圈部件106与梯度驱动部件130连接。梯度驱动部件130向梯度线圈部件106提供驱动信号，以产生梯度磁场。梯度驱动部件130具有对应于梯度线圈部件106中的三个梯度线圈的三个驱动电路，图中未示出。

RF线圈部件108与RF驱动部件140连接。RF驱动部件140向RF线圈部件106提供驱动信号，以发射RF脉冲，从而在对象1内部激励自旋。

RF线圈部件108还与数据采集部件150连接。数据采集部件150将由RF线圈部件108接收到的接收信号收集，并将该信号作为数字数据采集。

梯度驱动部件130、RF驱动部件140、和数据采集部件150与控制部件160连接。控制部件160控制梯度驱动部件130、RF驱动部件140、和数据采集部件150，以执行磁共振信号的采集。由磁系统100、梯度驱动部件130、RF驱动部件140、数据采集部件150、和控制部件160组成的一个部件是本发明信号采集装置的一个实施例。

控制部件160由例如计算机组成。控制部件160有一个存储器，图中未示出。该存储器存储控制部件160的程序和几种数据。控制部件160的功能由执行存储器中存储的程序的计算机实现。

数据采集部件150的输出连接到数据处理部件170。数据采集部件采集的数据输入数据处理部件170。还为数据处理部件170提供由磁场传感器120输出的信号，即，磁场检测信号。磁场传感器120安装在扫描室中适当的位置。选择磁场传感器120的安装位置使得磁场扰动能够被有效检测到。

数据处理部件170由例如计算机组成。数据处理部件170有一个存储器，图中未示出。该存储器存储数据处理部件170的程序和几种数据。

数据处理部件170连接控制部件160。数据处理部件170在控制部件160之上并控制它。该装置的功能由执行存储器中存储的程序的数据处理部件170实现。

数据处理部件170将数据采集部件150采集的数据存储在存储器中。在该存储器中建立一个数据空间。该数据空间组成一个二维傅立叶空间。下面有时将该二维傅立叶空间称为k-空间。数据处理部件170对k-空间中的数据执行二维傅立叶反变换，以便重构对象1的图像。数据处理部件170是本发明的图像生成装置的一个实施例。

来自磁场传感器120的磁场检测信号也存储在存储器中。数据处理部件170利用存储器中存储的磁场检测信号检测磁场扰动。由磁场传感器120和数据处理部件170组成的部件是本发明监测装置的一个

实施例。

数据处理部件170与显示部件180和操作部件190连接。操作部件180包括图形显示器等。操作部件190包括键盘等，备有指点设备。

显示部件160显示重构的图像和由数据处理部件170输出的几种信息。操作部件190由用户操作，操作部件190向数据处理部件170输入几种命令、信息等。用户通过显示部件180和操作部件190互动操作本装置。

图2示出另一种磁共振成像装置的框图，这是本发明的一个实施例。该装置的配置代表根据本发明的装置的一个实施例。该装置的操作代表根据本发明的方法的一个实施例。

该装置具有与图1所示装置不同类型的磁系统100’。磁系统100’安装在扫描室中。由于除了磁系统100’之外，该装置的配置类似于图1所示装置，所以用相同的标号表示相同的部件，并省略其解释。

磁系统100’具有主磁场磁体部件102’、梯度线圈部件106’、和RF线圈部件108’。主磁场磁体部件102’和线圈部件各自由一对跨过空间彼此相对的部件构成。这些部件的形状大体上为盘形，并且布置为具有共同的中心轴。对象1被搁在托架500上，并通过未示出的传输装置送入和送出磁系统100’的内部空间(腔)。

主磁场磁体部件102’在磁系统100’的内部空间中产生静态磁场。该静态磁场的方向基本上与对象1的体轴方向垂直。即，产生通常称为垂直磁场的磁场。主磁场磁体部件102’利用如永磁铁制成。很容易理解，主磁场磁体部件102’不限于永磁铁，而是可以用超导或普通导体电磁体等制成。

梯度线圈部件106’产生三个梯度磁场，用于在三个相互正交的方向上对静态磁场强度施加梯度，即，切片轴、相位轴、和频率轴。

当静态磁场空间中相互正交的坐标轴用x、y、和z表示时，其中任意一个都可以作为切片轴。在该情况下，其余两个轴之一是相位轴，另一个是频率轴。此外，切片、相位、和频率轴可以相对于x、y、和z轴倾斜任意角度，同时保持它们相互正交。在该装置中，对象1的体轴的方向仍被定义为z轴方向。

切片轴方向上的梯度磁场有时称为切片梯度磁场。相位轴方向上的梯度磁场有时称为相位编码梯度磁场。频率轴方向上的梯度磁场有时称为读出梯度磁场。为了能够产生这样的梯度磁场，梯度线圈部件106’具有三个梯度线圈，图中未示出。

RF线圈部件108’f发射RF脉冲，用于在静态磁场空间中的对象1内激励自旋。RF线圈部件108’还接收由激励的自旋产生的电磁波磁共振信号。

RF线圈部件108’具有发射和接收线圈，图中未示出。对于发射和接收线圈，可以使用同一个线圈或单独的专用线圈。由磁系统100、梯度驱动部件130、RF驱动部件140、数据采集部件150、和控制部件160组成的一个部件是本发明信号采集装置的一个实施例。

图3示出磁共振成像中使用的一个典型的脉冲序列。该脉冲序列是根据自旋回波(SE)技术的脉冲序列。

具体地，(1)是用于SE技术的RF激励的90°和180°脉冲的序列；(2)、(3)、(4)、和(5)分别是SE技术的切片梯度Gs、读出梯度Gr、相位编码梯度Gp、和自旋回波MR。该90°和180°脉冲由对应的中心信号表示。该脉冲序列沿时间轴t从左到右前进。

如图所示，90°脉冲实现90°的自旋激励。此时，作用切片梯度Gs以执行对特定切片的有选择的激励。在自该90°激励预定时间之后，180°脉冲实现180°激励，即，自旋翻转。同样在此时，作用切片梯度Gs以执行对同一切片的有选择的激励。

在从90°激励和自旋翻转期间，作用读出梯度Gr和相位梯度Gp。读出梯度对自旋去相(dephase)。相位编码梯度Gp对自旋进行相位编码。

自旋翻转之后，自旋被读出梯度Gr复相(rephase)，以产生自旋回波MR。自旋回波MR是本发明的磁共振信号的一个实施例。自旋回波MR是RF信号，具有关于回波中心对称的波形。中心回波发生在自90°激励TE(回波时间)之后。TE有时候称为回波时间。自旋回波MR被数据采集部件150采集，作为视图数据。

这样的脉冲序列在周期TR(重复时间)内重复64″512次。相位编码梯度Gp在每次重复中改变，以便提供每次不同的相位编码。这样，就获得具有不同相位编码量的64″512视图的视图数据。

用于磁共振成像的脉冲序列的另一个例子示于图4。该脉冲序列是根据梯度回波技术(GRE)的脉冲序列。

具体地，(1)是用于GRE技术的RF激励的α°脉冲序列；(2)、(3)、(4)、和(5)分别是GRE技术的切片梯度Gs、读出梯度Gr、相位编码梯度Gp、和自旋回波MR序列。应当注意，α°脉冲由其中心信号表示。该脉冲序列沿时间轴t从左到右前进。

如图所示，α°脉冲实现α°自旋激励，其中α°不大于90°。同时，作用切片梯度Gs以实现对特定切片的有选择激励。

α°激励之后，相位编码梯度Gp对自旋进行相位编码。然后，自旋首先被读出梯度Gr去相，随后又被复相，以产生梯度回波MR。梯度回波MR是本发明的磁共振信号的一个实施例。梯度回波MR是RF信号，具有关于回波中心对称的波形。中心回波发生在自α°激励TE之后。梯度回波MR被数据采集部件150采集，作为视图数据。

这样的脉冲序列在周期TR内重复64″512次。相位编码梯度Gp在每次重复中改变，以提供每次不同的相位编码。这样，就获得具有不同相位编码量的64″512视图的视图数据。

通过图3或4的脉冲序列获得的视图数据被采集到数据处理部件170中的存储器中。很容易理解，脉冲序列不限于SE或GRE技术的脉冲序列，而是可以是任何其它适当技术，如快速自旋回波(FSE)技术或回波平面成像(EPI)技术。

图5示出k-空间的概念图，其中水平轴kx表示频率轴，垂直轴ky表示相位轴。图5中，多个水平延长的矩形表示相应的视图数据。该视图数据在下面有时称为MR数据。买个矩形中标出的数字表示相位编码量。相位编码量用π/N进行归一化。N是64″512。相位编码量在相位轴ky的中心为0。相位编码量从中心向两端逐渐增加。增加的极性相反。数据处理部件170对这样的视图数据执行二维傅立叶反变换，以重构对象1的截面图。重构的图像存储在存储器中。

图6示出该装置的操作的流程图。如图所示，成像条件的设定在步骤602进行。成像条件的设定由用户通过操作部件190执行。这样，就建立了包括扫描参数在内的期望成像条件。

在步骤604，接着执行扫描。该扫描是在控制部件160的控制下通过执行上述脉冲序列而实现的，从而获得每个视图的MR数据。

在步骤604的扫描中的典型步骤详细示于图7。如图所示，当在步骤642对一个视图执行数据采集时，在下一步644判断在MR数据采集过程中是否出现了磁场扰动。判断磁场扰动的出现是由数据处理部件170根据存储器中存储的磁场检测信号进行的。即，如果磁场检测信号的变化超出预定的阈值，就判断出现了磁场扰动。该阈值是例如在0.5″1mG(毫高斯)数量级的一个适当的值。

当判断出出现磁场扰动时，在步骤646进行该视图的MR数据采集的重复。应当注意，就像例如快速自旋回波技术和回波平面成像技术的情况一样，当在1TR中采集到多个视图的MR数据时，重复对该多个视图的MR数据采集。同样的原理适用于下面的说明。

MR数据采集的重复在控制部件160的控制下由数据处理部件170根据指令执行。由数据处理部件170和控制部件160组成的部分是本发明的控制装置的一个实施例。

然后，在不受644，判断在该重复中是否在MR数据采集过程中出现了磁场扰动。如果判断出出现了磁场扰动，则在步骤646再次重复对该视图的MR数据采集。因此，当磁场扰动持续出现时，会重复对同一视图的MR数据再采集。

当再步骤644判断出没有出现磁场扰动时，在步骤648判断是否完成了对所有视图的MR数据采集，如果没有，返回到步骤642，对下一个视图进行MR数据采集。

此后，如上所述对每个视图顺序进行MR数据采集。通过这样的扫描，所有视图的MR数据就不会被任何高磁场扰动影响。

对所有视图进行MR数据采集后，数据处理部件170在步骤606进行图像重构。由于所有视图的MR数据都没有被任何高磁场扰动影响，重构的图像质量好。该图像在步骤608显示在显示部件180上，并存储在存储器中。

图8示出集中在上述功能上的功能块图。如图所示，该装置具有信号采集部件802、图像产生部件804、磁场扰动监测部件806、和重复控制部件808。这些部件分别是本发明的信号采集装置、图像产生装置、监测装置、和控制装置的实施例。

信号采集部件802根据上述脉冲序列执行MR数据采集。此时，重复控制部件808使得信号采集部件802根据从磁场扰动监测部件806输入的信号执行上述的MR数据采集的重复，以采集不受磁场扰动影响的MR数据。该MR数据提供给图像产生部件804。图像产生部件804根据该MR数据进行图像重构。

由于磁场扰动所造成的MR数据的破坏对重构的图像的影响随相位编码量的增大而减小。相反，相位编码量越大，对此磁场扰动的公差就越大。按照这一特征，用于判断出现磁场扰动的阈值对不同的相位编码量可以设置为不同的值。

图9概念性地示出该阈值设置。如图所示，相位编码量为0时，设置最小的阈值，而对较大的相位编码量设置较大的阈值。对于0相位编码量的阈值为例如0.5″1mG。最大相位编码量的阈值可以设为例如0相位编码量的阈值的100″100倍。

根据该阈值设置，当出现例如1mG的磁场扰动时，只有在此时采集的MR数据一致地具有0相位编码量的情况下，才需要MR数据采集的重复。由于即使出现同样的磁场扰动，对其它相位编码量也不需要重复，从而减小了需要重复MR数据采集的概率。因此，阈值为常数，而与相位编码量无关的情况相比，重复的数量显著减小。从而使由于重复造成的扫描效率的降低达到最小。

当采用采集自旋回波的脉冲序列时，阈值可以设置为随扰动引起的磁场变化的频率而变化。当磁场变化的频率等于回波时间TE的倒数，即，1/TE时，磁场扰动对自旋回波的影响最大，并随着频率偏离该频率而减小。

因此，可以这样设置阈值，使其当所述频率等于1/TE时具有最小值，而随着该频率偏离1/TE而逐渐增加。这样，当采集自旋回波时，和当出现例如1mG的磁场扰动时，只有在此时磁场变化的频率碰巧为1/TE的情况下才需要MR数据采集的重复。由于即使出现同样的磁场扰动，对其它频率也不需要重复，从而减小了要求MR数据采集重复的概率。

因此，因此，与阈值为常数而不考虑相位编码量的情况相比，重复的数量显著减小。从而使由于重复造成的扫描效率的降低达到最小。如果该阈值设置与图9所示的阈值设置结合使用，则可以获得这些阈值设置综合效果，以进一步减小扫描效率的下降。

这样的MR数据采集可以在安装磁场发生装置的扫描室中进行，以消除先前在常规技术中描述的磁场扰动。在该情况下的整个装置的功能块图示于图11。如图所示，该装置具有图8框图所示的配置，此外还配备有消除磁场发生部件810。

消除磁场发生部件810根据磁场扰动监测装置806的输出信号消除扰动磁场。该消除效果减小了明显的磁场扰动，从而使MR数据采集的的重复次数减小。

另一方面，上述MR数据采集可以与包括算术计算磁场扰动影响的方法结合进行，并矫正与之对应的磁共振信号，如先前在常规技术中所述。在该情况下的整个装置的功能块图示于图12。如图所示，该装置具有图8框图所示的配置，此外还配备有磁场扰动计算部件812和信号矫正部件814。

磁场扰动计算部件812根据信号采集部件802采集的MR数据计算磁场扰动。信号矫正部件814根据计算的磁场扰动值矫正由信号采集部件采集的MR数据。在该情况下，只有当磁场扰动大到信号矫正部件814无法矫正时，才需要MR数据采集的重复，因此，重复次数减小。

该技术可以在安装磁场发生装置的扫描室中实施，以消除磁场扰动。图13示出该情况下的功能块图。通过结合三种技术的效果，该配置可以进一步减小重复次数。

尽管以上参考优选实施例对本发明进行了描述，但是，与本发明相关的领域内的普通技术人员可以对这些实施例做各种改变，而不会偏离本发明的技术范围。因此，本发明的技术范围不仅包含上述实施例，还包括所有落入所附权利要求范围内的实施例。

在不偏离本发明的主旨和范围的情况下，可以构成本发明的许多显著不同的实施例。应当理解，本发明不限于本说明书中描述的具体实施例，除非如所附权利要求所定义。

Claims (2)

1.一种磁共振成像装置，其特征在于，包括：

信号采集设备，用于顺序采集多个视图的磁共振信号；

监测设备，用于监测磁场扰动；

控制设备，用于使所述信号采集设备对发生磁场扰动时的视图重复进行磁共振信号的采集；以及

图像生成设备，用于根据进行了所述重复后的磁共振信号来生成图像，

当由所述扰动引起的磁场变化超过设定成随所述磁共振信号的相位编码量越大而越大的阈值时，所述控制设备进行所述重复。

2.一种磁共振成像装置，其特征在于，包括：

信号采集设备，用于顺序采集多个视图的自旋回波信号；

监测设备，用于监测磁场扰动；

控制设备，用于使所述信号采集设备对发生磁场扰动时的视图重复进行自旋回波信号的采集；以及

图像生成设备，用于根据进行了所述重复后的自旋回波信号来生成图像，

当由所述扰动引起的磁场变化超过阈值时所述控制设备进行所述重复，所述阈值设定成：当是与所述自旋回波信号的回波时间TE的倒数一致的频率时为最小，且随着远离该频率而变大。

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