專利名稱：用于運行磁共振設(shè)備的穩(wěn)態(tài)脈沖序列以及磁共振設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運行磁共振設(shè)備的穩(wěn)態(tài)脈沖序列。此外，本發(fā)明涉及一種磁共振設(shè)備，其具有HF脈沖序列單元、斷層選擇梯度和讀出梯度。
背景技術(shù)：
快速成像方法通過極大地減少在相互跟隨的拍攝周期之間的重復(fù)時間，使得在大大縮短的時間間隔中進(jìn)行磁共振檢查。這些方法是基于借助于穩(wěn)態(tài)脈沖序列(例如應(yīng)用梯度回波)對檢查對象(縱向和橫向)磁化的動態(tài)平衡。在此，在每個HF脈沖之后磁化又取得同一個值，也就是說，在一個確定的起振持續(xù)時間之后產(chǎn)生一種所謂的穩(wěn)態(tài)信號(平衡信號)。該平衡建立的機制例如在“Bildgebende Systeme fuer medizinische Diagnostik”，H.Momeburg，(1995)Publicis MCD出版社出版的第6.1.8章中進(jìn)行了解釋。
磁化的平衡在一個HF脈沖序列之后利用重復(fù)時間TR的一個脈沖間隔實現(xiàn)，該HF脈沖序列使自旋系統(tǒng)的磁化從其沿基本磁鐵磁場(Z方向)的取齊偏轉(zhuǎn)一個角度α。在此，重復(fù)時間TR不允許磁化的完全馳豫。不過，這種小的偏轉(zhuǎn)角已經(jīng)引起相當(dāng)大的、導(dǎo)致對應(yīng)高信號強度的橫向磁化。
不同的成像方法是借助于不同的穩(wěn)態(tài)脈沖序列實現(xiàn)的，例如，快速低角度入射(FLASH)，穩(wěn)態(tài)進(jìn)動的快速成像(FISP)和這些序列的變形PSIF，True-FISP。這些脈沖序列的區(qū)別例如在于處于平衡的磁化的空間成分的數(shù)目。例如，在True-FISP脈沖序列中借助于一相位編碼梯度、一讀出梯度和一斷層選擇梯度將橫向磁化MXY重聚焦并引入到平衡狀態(tài)。此外，不同的HF脈沖序列的區(qū)別例如在于進(jìn)入動態(tài)平衡狀態(tài)的瞬態(tài)特性。對于在動態(tài)平衡磁化基礎(chǔ)上的不同HF脈沖序列的概述由W.Nitz在“Imaging Sequences inMagnetic Resonance Tomography and their Clinical Application”，electromedica64(1996)no.1，page 23-29(part 1)，electromedica 64(1996)no.2，page 48-51(part 2)，electromedica 65(1997)no.1，page 8-14(part 3)給出。True-FISP脈沖序列在US 4769603中詳細(xì)地進(jìn)行了描述。
快速成像方法一般具有可能的圖像偽影的缺點，這些偽影例如由于靜態(tài)磁場不均勻或者由于出現(xiàn)的化學(xué)偏移所形成。另一個缺點是在待測量的斷層周圍產(chǎn)生的磁化的量。它們可以例如通過所謂的流入效果(Inflow-Effekte)加入到待測量的斷層，其中，在感興趣的斷層外部產(chǎn)生的磁化在成像期間流入到感興趣的斷層中。
下面描述的方法基于簡單的Mz準(zhǔn)備脈沖，該脈沖使血液看起來較暗。
J.F.Glockner等在“Cardiac Imaging with Single Shot Black Blood FIESTAA Comparison with Double Inversion Fast Spin Echo Imaging”ISMRM 2002(Hawaii)中將一個FIESTA序列與一種雙倒置快速旋轉(zhuǎn)回波序列進(jìn)行了比較。其中，該黑色血液FIESTA序列采用一個不是選擇性的RF倒置脈沖，在其上實現(xiàn)了倒置脈沖的斷層選擇。
K.S.Nayak等在“Real Time Black Blood MRI Using SpatialPresaturation”JMRI 13，p.807(2001)中描述了一種借助于空間飽和脈沖進(jìn)行黑色血液顯示的實時方法。
M.Stuber等在“High Resolution 3D Fast Spin-Echo Black Blood CoronaryMRA”ISMRM 2001(Glasgow)，p.170中指出，所謂“黑色血液冠狀”成像對3D拍攝技術(shù)的的擴展可以起到進(jìn)一步改善信噪比的作用。這將改善空間分辨率。為此，介紹了一種“3D快速自旋回波方法”與雙倒置前置脈沖的結(jié)合。
R.M.Botnar等在“Initial Experiences with Coronary Vessel Wall Imagingon a 3T Whole Body System”ISMRM 2002(Hawaii)中表明，冠狀的“管壁”顯示由于其很小的尺寸而以高空間分辨率為前提。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于運行磁共振設(shè)備的穩(wěn)態(tài)脈沖序列以及一種磁共振設(shè)備，該序列和設(shè)備借助于HF脈沖序列減少在檢查對象中、感興趣的斷層以外的磁化。
上述第一個技術(shù)問題通過一種用于運行磁共振設(shè)備的穩(wěn)態(tài)脈沖序列解決，其中，交替地向檢查對象輻射一個起到對感興趣的斷層進(jìn)行選擇作用的HF脈沖和一個不起到對感興趣的斷層進(jìn)行選擇作用的HF脈沖。在此，例如可以以在導(dǎo)言中描述的穩(wěn)態(tài)脈沖序列為基礎(chǔ)。
按照本發(fā)明的穩(wěn)態(tài)脈沖序列具有這樣的優(yōu)點，即，一方面強烈地減少了在感興趣的斷層(在磁共振斷層造影中即為成像的斷層)外部的磁化，同時，另一方面在感興趣的斷層內(nèi)部取得了磁化平衡。
首先起作用的是，通過不對斷層進(jìn)行選擇的HF脈沖在外部空間中出現(xiàn)用于磁化的T1和T2馳豫的交變方向。這里，T1和T2表示縱向以及橫向馳豫時間。這由于一種不取齊的磁化引起強烈的信號減弱。結(jié)果，不對斷層進(jìn)行選擇和進(jìn)行選擇的HF脈沖起相反作用而在感興趣的斷層中產(chǎn)生磁化的平衡狀態(tài)。
在正常的True-FISP序列中，例如流入到斷層中的血液引起圖像偽影，因為血液的高度磁化沒有經(jīng)歷例如α/2準(zhǔn)備脈沖。因此，在斷層中一同測量了引起圖像干擾的磁化振蕩。不僅流入的血液，而且從斷層流出的血液也可以產(chǎn)生偽影，因為該磁化對于一定時間也可以無需HF激勵就能產(chǎn)生信號。
反之，穩(wěn)態(tài)脈沖序列優(yōu)選地壓制了由于流入效果而產(chǎn)生的強信號成分。這點的基礎(chǔ)在于，在感興趣的斷層外部不形成磁化，這種磁化在流入到感興趣的斷層之后可能對成像起作用。由此，例如在利用一個按照本發(fā)明修改的True-FISP序列進(jìn)行的動態(tài)心臟檢查中，將流入到斷層的血液顯示為暗。通過暗色血液的混合清楚地顯示例如心室充盈病患、心瓣病患等。在此，暗色顯示不是借助于Mz準(zhǔn)備實現(xiàn)的，而是通過穩(wěn)態(tài)脈沖序列消除流入血液的磁化。
同樣可以利用提高的對比度表示造影劑注入后的所謂“后加強”區(qū)域。在MR成像中作為“后加強”表示了這樣的現(xiàn)象，即，在造影劑注入幾分鐘后心肌局部缺血的對比度提高。利用通常用于MR心臟病學(xué)的True-FISP序列，由于很小的T1/T2比例(約1200ms/200ms)心臟內(nèi)部空間(心室)的血液以高信號顯示。因為局部缺血的區(qū)域通常由心肌的內(nèi)壁產(chǎn)生，所以可以利用新序列的很少True-FISP信號更好地界定該區(qū)域。
在穩(wěn)態(tài)脈沖序列的一個特別優(yōu)選的實施方式中，HF脈沖分別使一個磁化矢量偏轉(zhuǎn)一個角度+α或者-α，其中0°＜|α|≤180°。這點具有這樣的優(yōu)點，即該方法的HF脈沖對應(yīng)于一個True-FISP序列，其中對斷層進(jìn)行選擇的梯度脈沖僅僅在每個第二脈沖時接通。
這種實施方式恰好按專門的吸收率(SAR)的觀點是具有優(yōu)勢的，因為這在3T基本磁場磁鐵中表現(xiàn)了True-FISP序列的一個大問題。由此必須例如將觸發(fā)角度從1.5T時的約80°減小為3T時的約45°。不過這也降低了在心肌和心臟內(nèi)部空間(明亮的血液)之間的對比度。在所提出的實施方式中通過交替非選擇和選擇的脈沖實現(xiàn)了將SAR減少約33％。
在穩(wěn)態(tài)脈沖序列的一個特別優(yōu)選的實施方式中，為了進(jìn)行斷層選擇，將一個斷層選擇梯度與一個HF脈沖同時接通，從而使其有選擇性地影響感興趣的斷層。這具有這樣的優(yōu)點，即可以將通常適應(yīng)的斷層選擇梯度應(yīng)用到本方法中。
在穩(wěn)態(tài)脈沖序列的一個特別優(yōu)選的實施方式中，為了加速獲得磁化的平衡狀態(tài)，在所述HF脈沖序列的開始時輻射一個不選擇感興趣斷層的α/2HF脈沖，該α/2 HF脈沖使磁化矢量偏轉(zhuǎn)一個大小為|α/2|的角度。這點具有這樣的優(yōu)點，即更快地建立平衡狀態(tài)，因為在序列的開始時α/2 HF脈沖減少了磁化振蕩。
在穩(wěn)態(tài)脈沖序列的一個特別優(yōu)選的實施方式中，為了進(jìn)行磁化準(zhǔn)備，在所述HF脈沖序列的開始時輻射一個不選擇感興趣斷層的βHF脈沖，該βHF脈沖使磁化矢量偏轉(zhuǎn)一個角度β。其中，β例如通過平衡磁化MGG、輸出磁化M0和角度α由下式給出β=arccos(MGGM0cos(α/2)).]]>這點具有這樣的優(yōu)點，即減少了起振時間，因為磁化特別是以與α/2HF脈沖的組合而與平衡狀態(tài)匹配。其中，優(yōu)選地借助于所述斷層選擇梯度輻射一個擾流器梯度場，以便緊接在βHF脈沖之后使橫向磁化離開相位。
上述第二個技術(shù)問題通過一種磁共振設(shè)備解決，該設(shè)備具有一個用于實施上述穩(wěn)態(tài)脈沖序列的HF脈沖產(chǎn)生單元，并具有一斷層選擇梯度和一讀出梯度。


下面結(jié)合附圖1至6對本發(fā)明的多個實施方式作說明。其中，圖1表示用于實施穩(wěn)態(tài)脈沖序列的磁共振設(shè)備的示意圖，圖2表示一個HF脈沖示意序列的和在穩(wěn)態(tài)脈沖序列中采用的梯度場的示意圖，
圖3表示一種用于說明圖2中的穩(wěn)態(tài)脈沖序列對磁化的作用的圖解，圖4表示在對應(yīng)于圖2的穩(wěn)態(tài)脈沖序列中在具有|α|＝90°的HF脈沖的條件下在感興趣的斷層中和其外部橫向磁化量的變化，圖5表示附加有非斷層選擇的βHF脈沖和非斷層選擇的α/2 HF脈沖的、對應(yīng)于圖2的穩(wěn)態(tài)脈沖序列，圖6表示在對應(yīng)于圖5的穩(wěn)態(tài)脈沖序列的條件下在感興趣的斷層中和其外部橫向磁化量的變化。
具體實施例方式
圖1示意地表示用于實施本發(fā)明方法的磁共振設(shè)備M。檢查對象1被定位在一磁鐵3中。在該磁鐵3中設(shè)置了梯度線圈5和高頻發(fā)送和接收天線7。梯度線圈5由梯度放大器9操作，該梯度線圈具有用于三個空間方向的三組。HF脈沖由HF脈沖序列單元11控制，用來激勵檢查對象1的核自旋，即磁化偏轉(zhuǎn)。高頻接收單元13接收通過磁化馳豫產(chǎn)生的核共振信號，并進(jìn)行相位敏感的解調(diào)以及對位置空間的掃描。由高頻發(fā)送和接收天線7、HF脈沖序列單元11和高頻接收單元13構(gòu)成的高頻發(fā)送和接收單元15，以及梯度放大器9與控制單元17連接，該控制單元17對應(yīng)于預(yù)定的HF脈沖序列(例如按照本發(fā)明的穩(wěn)態(tài)脈沖序列)控制梯度放大器9和HF脈沖序列單元11。所接收的核共振信號被傳遞至成像單元(沒有示出)以產(chǎn)生磁共振照片。
該磁共振設(shè)備M使得既可以在磁共振斷層造影情況下，又可以在磁共振分光術(shù)的情況下實施按照本發(fā)明的方法。
圖2說明一個示意的穩(wěn)態(tài)脈沖序列，用于按照本發(fā)明交替進(jìn)行斷層選擇和非斷層選擇的HF激勵。在時間軸T上一方面繪制了一個HF脈沖Sα-和Nα+的序列，其交替地或者起到對感興趣的區(qū)域進(jìn)行斷層選擇的作用(HF脈沖Sα-)，或者起到不對感興趣的區(qū)域斷層進(jìn)行選擇的作用(非斷層選擇的HF脈沖Nα+)。后者基本上對整個待檢查對象起作用并通過一個矩形的條示意地表示。前者則通過一個示意化的HF脈沖表示。
除了HF脈沖Sα-，Nα+之外在圖1中還標(biāo)出了斷層選擇梯度5S和讀出梯度5R的接通時刻。斷層選擇梯度5S分別在輻射HF脈沖Sα-期間激活。讀出梯度5R在每個HF脈沖Sα-，Nα+之后接通。此外，為了說明讀出梯度5R分別在其激活期間示出一個示意的磁共振信號21。HF脈沖Sα-，Nα+按重復(fù)時間TR輻射。
盡管將相位編碼梯度脈沖用于磁共振信號21的位置編碼，為了表示清楚起見在圖2中沒有標(biāo)出相位編碼梯度。
圖3說明圖2中的穩(wěn)態(tài)脈沖序列對磁化的作用，磁化通過磁化矢量31表示。由于進(jìn)行斷層選擇的脈沖Sα-和非斷層選擇的脈沖Nα+的作用，磁化的偏轉(zhuǎn)角α具有例如|90°|的大小。為了避免磁共振振動，在時刻T＝0向檢查對象輻射一個非斷層選擇的HF脈沖Nα+/2，該脈沖在時刻T＝0導(dǎo)致磁化矢量310偏轉(zhuǎn)一個+45°的角度。
為了說明HF脈沖對感興趣的斷層內(nèi)部和外部磁化的不同影響，在圖3中將檢查對象分成感興趣的斷層33和位于該感興趣的斷層33兩側(cè)的體積35。
在距離HF脈沖Nα+/2一半重復(fù)時間TR時，輻射第一斷層選擇的HF脈沖Sα-。該脈沖只按斷層厚度△Z影響到斷層33。在斷層33中磁化矢量310偏轉(zhuǎn)一個角度-90°。而在體積35中磁化則不受影響。得到磁化矢量311，V以及311，S。
在重復(fù)時間TR之后向檢查對象輻射第一非斷層選擇的HF脈沖Nα+。對應(yīng)地在體積35中的磁化矢量和在斷層33中的磁化矢量偏轉(zhuǎn)一個+90°的角度。得到磁化矢量312，V以及312，S。
在重復(fù)時間TR之后輻射另一個斷層選擇的HF脈沖Sα-，而在另一個重復(fù)時間TR之后輻射下一個非斷層選擇的HF脈沖Nα+，等等?？梢悦黠@看出，在斷層33中磁化矢量具有其動態(tài)平衡狀態(tài)，因為它總是偏轉(zhuǎn)基本磁鐵磁場方向一個角度±α/2。而在體積35中由于非斷層選擇的HF脈沖Nα+的作用使得磁化矢量在其取向上轉(zhuǎn)動。這導(dǎo)致在磁化上交替T1和T2馳豫的方向，并因此在體積35中造成強烈的信號減弱。
圖4表示在HF脈沖Sα-，Nα+具有90°的偏轉(zhuǎn)角α的條件下在體積35以及斷層33中橫向磁化MXY，V和MXY，S量的時間關(guān)系。在此，縱向馳豫時間T1取1200ms，橫向馳豫時間T2取200ms以及重復(fù)時間TR取5ms。橫向磁化MXY，V和MXY，S在時間T內(nèi)按5ms的單位重復(fù)時間標(biāo)出。
在時刻T＝0ms橫向磁化MXY，V和MXY，S在體積35中和在斷層33中一樣具有最大的輸出磁化M0。在斷層中的橫向磁化MXY，S首先減少并接近平衡磁化MGG。在體積35中的橫向磁化MXY，V強烈下降。在大約300個重復(fù)時間TR之后，其具有一個極小量ε。橫向磁化MXY，S在大約190個重復(fù)時間TR之后具有輸出磁化M0的大約四分之一。而相位編碼典型地在起振之后開始?？梢悦黠@看出，在起振之后幾乎從體積35中接收不到信號成分。如果在起振期間已經(jīng)進(jìn)行了測量，則可能對應(yīng)地附加偽影。
因此，利用接收天線測量的磁共振信號具有不同的信號成分，這些信號成分的強度可以隨時間變化。其總是包含一個來自于感興趣的斷層的信號成分。
在起振期間，額外地在非層析斷層選擇的激勵之后從與斷層相鄰的體積中接收一個信號成分。該成分快速下降，使得在磁化的平衡狀態(tài)下來自該體積的信號成分降低為多數(shù)情況下可以忽略的大小ε。這意味著，只要HF脈沖在感興趣的斷層中產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)信號，則在檢查對象中、感興趣的斷層之外的磁化就會顯著降低。
在圖5中將圖2的示例性穩(wěn)態(tài)脈沖序列擴展出非選擇性的α/2HF脈沖Nα+/2和非選擇性的βHF脈沖Nβ。該α/2 HF脈沖Nα+/2發(fā)生在第一HF脈沖Sα-之前時間上距離TR/2，并且由于在起振時間中減少了磁化振動而起到快速起振的作用。
βHF脈沖Nβ發(fā)生在α/2 HF脈沖Nα+/2之前時間上距離δ，并與隨后產(chǎn)生的斷層選擇梯度5S的擾流器梯度場一起減小了縱向磁化，由此減小了磁化起振時間。
為了表示清楚起見在圖5中也沒有標(biāo)出相位編碼梯度。
圖6表示對應(yīng)于圖4的模擬參數(shù)在按照圖5的穩(wěn)態(tài)脈沖序列開始時，采用一個角度β＝80°的磁化準(zhǔn)備脈沖的條件下橫向磁化MXY，S，β和MXY，V，β的特性。
可以再次明顯看出在體積35中橫向磁化MXY，V，β強烈下降到可以忽略的大小。而橫向磁化MXY，S，β的特性則出現(xiàn)差別。其在時刻T＝0由于具有角度β的磁化準(zhǔn)備而下降到低于平衡磁化MGG，并隨后上升到平衡磁化MGG的值。在190個重復(fù)時間TR之后其幾乎達(dá)到平衡磁化MGG。可以明顯看出，通過一個利用非斷層選擇的HF脈沖Nβ的磁化準(zhǔn)備，迫使外部體積35的穩(wěn)態(tài)信號快速接近于零而斷層33的信號快速接近平衡。
在SSFP序列(Steady State Free Prosessing，穩(wěn)態(tài)自由序列)中交替的非選擇性的和選擇性的HF激勵在獲得平衡之前不容易描述其信號特性。因此僅僅示意地表示了在序列中出現(xiàn)的信號。在建立后的平衡狀態(tài)中又出現(xiàn)公知的穩(wěn)態(tài)描述。
通過與本發(fā)明匹配的SSFP序列，在動態(tài)的心臟檢查中，例如利用圖2匹配的True-FISP序列將流入到斷層的血液表示為暗色。通過暗色血液的混合清楚地顯示出心室充盈病患、心瓣病患等。如上所述，在心臟應(yīng)用中優(yōu)選地例如通過本發(fā)明匹配的True-FISP序列來使用暗色血液顯示，并且能以加強的對比度顯示造影劑注入后的所謂“后加強”區(qū)域。
在對血管沉積的顯示(管壁和動脈粥樣斑的顯示)中，與沉積相比本方法同樣可以改善血管內(nèi)腔的對比度。
借助于本方法使得可以實現(xiàn)系列的多斷層的2D以及3D測量。例如，如通常一樣通過在斷層方向上的附加相位編碼實現(xiàn)了將2DTrue-FISP序列擴展到3D的形式。其中，信號的觀察對應(yīng)于所介紹的激勵。
權(quán)利要求
1.一種用于運行磁共振設(shè)備(M)的穩(wěn)態(tài)脈沖序列，其中，交替地向檢查對象(1)輻射一個起到對感興趣的斷層(33)進(jìn)行選擇作用的HF脈沖(Sα-)和一個不起到對感興趣的斷層(33)進(jìn)行選擇作用的HF脈沖(Nα+)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)態(tài)脈沖序列，其特征在于，所述HF脈沖(Sα-，Nα+)分別使一個磁化矢量(31)偏轉(zhuǎn)一個角度+α或者-α。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的穩(wěn)態(tài)脈沖序列，其特征在于，為了進(jìn)行斷層選擇，與所述起到對感興趣的斷層(33)進(jìn)行選擇作用的HF脈沖(Sα-)同時地接通一個斷層選擇梯度(5s)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的穩(wěn)態(tài)脈沖序列，其特征在于，為了讀出所述穩(wěn)態(tài)信號在每個HF脈沖(Sα-，Nα+)之后接通一個讀出梯度(5R)。
5.根據(jù)利要求1至4中任一項所述的穩(wěn)態(tài)脈沖序列，其特征在于，為了加速獲得磁化(MGG)的平衡狀態(tài)，在所述HF脈沖序列的開始時輻射一個不起到選擇作用的α/2 HF脈沖(Nα+/2)，該α/2HF脈沖使所述磁化矢量(31)偏轉(zhuǎn)一個大小為|α/2|的角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的穩(wěn)態(tài)脈沖序列，其特征在于，為了進(jìn)行磁化準(zhǔn)備，在所述HF脈沖序列的開始時輻射一個不起到選擇作用的βHF脈沖(Nβ)，該βHF脈沖使所述磁化矢量(31)偏轉(zhuǎn)一個角度β。
7.根據(jù)利要求6所述的穩(wěn)態(tài)脈沖序列，其特征在于，緊接著所述βHF脈沖(Nβ)之后，借助于所述斷層選擇梯度(5s)輻射一個擾流器梯度場。
8.一種磁共振設(shè)備(M)，其具有一個用于實施根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的穩(wěn)態(tài)脈沖序列的HF脈沖序列單元(11)，并具有一斷層選擇梯度(5s)和一讀出梯度(5R)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運行磁共振設(shè)備的穩(wěn)態(tài)脈沖序列以及磁共振設(shè)備。為了減少在檢查對象(1)中、感興趣的斷層(33)以外的磁化，在一個磁共振設(shè)備(M)的穩(wěn)態(tài)脈沖序列中，交替地向檢查對象(1)輻射一個起到對感興趣的斷層(33)進(jìn)行選擇作用的HF脈沖(S
文檔編號G01R33/561GK1573351SQ20041004926
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月5日
發(fā)明者邁克爾·戴姆林 申請人:西門子公司