專利名稱：用于磁共振系統(tǒng)的激發(fā)脈沖序列生成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于磁共振系統(tǒng)的激發(fā)脈沖序列生成器。
背景技術(shù)：
當(dāng)人體組織等物質(zhì)置于均勻靜磁場(Btl場，即主磁場)下時，組織內(nèi)的質(zhì)子磁矩方向?qū)A向于與該Btl場一致，且沿著該方向以拉莫頻率進動，令此時的磁化矢量方向為ζ軸正向，幅值為Mtl，稱組織內(nèi)的質(zhì)子處于平衡態(tài)。如果此時施加方向與Btl場垂直(即xy平面內(nèi))、且接近拉莫頻率的射頻場(B1場)，組織內(nèi)部的磁化矢量將向xy平面旋轉(zhuǎn)，其軌跡處于與B1場垂直的平面內(nèi)，其旋轉(zhuǎn)的角度稱為受激翻轉(zhuǎn)角，此時的B1場稱為激發(fā)場。撤去激發(fā)場后，組織內(nèi)部的磁化矢量的xy分量將逐漸減弱、ζ分量將逐漸增強，并逐漸恢復(fù)為原平衡態(tài)磁化矢量Mtl，該過程稱為弛豫。在弛豫過程中，之前受激發(fā)的質(zhì)子將釋放出以拉莫頻率為載波頻率的信號，從而被磁共振系統(tǒng)采集并處理成像。由此可見，人們賴以分析組織結(jié)構(gòu)、功能狀態(tài)的信息來自于這個受激區(qū)域內(nèi)質(zhì)子的弛豫信號。只有當(dāng)受激區(qū)域內(nèi)的所有質(zhì)子從同樣的狀態(tài)(即同樣的翻轉(zhuǎn)角)開始弛豫， 該區(qū)域內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)才能在磁共振成像中得以準(zhǔn)確的體現(xiàn)。此為受激翻轉(zhuǎn)角的均勻性要求。影響翻轉(zhuǎn)角激發(fā)均勻性的主要因素為激發(fā)射頻場的均勻性。隨著人們對磁共振成像高分辨率的追求，主磁場場強由ο. 35T逐漸提高到3T甚至11T，相應(yīng)的射頻場頻率隨之由15MHz提高至128MHz乃至470MHz，射頻場的波長逐漸與人體尺寸相近，場的干涉和衰減效應(yīng)顯著，射頻線圈的設(shè)計與改進已經(jīng)不足以改善加載負(fù)載(即人體)后的射頻場均勻性。 因此激發(fā)脈沖序列的設(shè)計成為必需。裁剪脈沖法是利用小翻轉(zhuǎn)角前提下、目標(biāo)場分布與射頻場之間的傅里葉變換關(guān)系，來計算對應(yīng)的激發(fā)脈沖序列的方法。它可以補償射頻場不均勻的影響，并且均勻激發(fā)任意形狀的目標(biāo)區(qū)域。但是該方法用在多維、尤其是三維上的脈沖序列的設(shè)計時，所得到的脈沖序列常常占用過長的激發(fā)時間，使得該激發(fā)過程極易受到偏共振效應(yīng)的影響，而無法被實際應(yīng)用。近期發(fā)展的并行激發(fā)技術(shù)(parallel transmission或parallel excitation)，采用多個射頻線圈或同一個射頻線圈上的多個發(fā)射信道發(fā)射射頻脈沖，該技術(shù)利用各射頻線圈或各發(fā)射信道的射頻場分布的變化性所帶來的K空間內(nèi)的點擴散作用，來實現(xiàn)對K空間的欠采樣，從而加速對目標(biāo)場的激發(fā)，減小脈沖序列時長。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，基于并行激發(fā)技術(shù)的三維裁剪脈沖法主要應(yīng)用于選層激發(fā)。它使用立體回波(echo-volumar)軌跡(或稱spoke或fast-kz軌跡)。在這里，設(shè)定對應(yīng)于層選方向的K空間方向為“kz”，垂直于kz方向的的K空間平面為kx_ky平面；立體回波軌跡在 kx-ky平面上對應(yīng)有多個相位編碼點(或稱spoke點)，每個spoke點確定一條等長的沿kz 方向穿越該點的spoke線。K空間走線方式為從原點出發(fā)，以最短距離經(jīng)過所有的spoke線， 最終返回原點。spoke線的長度通常由激發(fā)目標(biāo)的分辨率決定。傳統(tǒng)的設(shè)計方法的主要目的在于尋找1^_1^平面上的spoke點的最小集合，在確保激發(fā)準(zhǔn)確度的同時縮短激發(fā)時間。 傳統(tǒng)方法有四種，分別是傅里葉方法(Fourier-based method)、逆方法(inversion-based method)、強制稀疏方法(sparsity-enforced method)禾口聯(lián)合設(shè)計方法(joint design method) 0傅里葉方法直接對層內(nèi)(xy平面上)的目標(biāo)場分布進行傅里葉變換，并把spoke 點安置于傅里葉變換結(jié)果的最大幅值區(qū)域；該方法操作簡便直接，但是無法計入射頻場不均勻性的影響(或稱空間敏感度，spatial sensitivity)。逆方法基于激發(fā)K空間內(nèi)的射頻場能量分布與質(zhì)子受激情況之間存在的傅里葉關(guān)系，導(dǎo)出以尋找令激發(fā)結(jié)果最接近目標(biāo)場的spoke點分布為目標(biāo)的優(yōu)化問題，在該優(yōu)化問題的結(jié)果集中，尋找其中權(quán)重相對較高的點作為最終的spoke點集合；該方法彌補了傅里葉方法的不足，能夠在優(yōu)化問題中加入空間敏感度因素的考量，但是其結(jié)果通常是一個密集分布的高權(quán)值集合，而遍歷所有這些高權(quán)值的spoke點，將導(dǎo)致過長的激發(fā)時間。強制稀疏法與逆方法計算原理類似，但是在計算過程中加以改進、促使計算結(jié)果的稀疏化，從而找到一個數(shù)量適中的高權(quán)值點集合。聯(lián)合設(shè)計法不同于前述的三種方法之處在于，其在計算過程中同時考慮spoke點集選取的優(yōu)化和射頻脈沖設(shè)計的優(yōu)化。強制稀疏法和聯(lián)合設(shè)計法能夠得到最優(yōu)的spoke點集，從而最大程度的優(yōu)化激發(fā)K空間軌跡。但是，上述所有方法都無法直接擴展到除了選層激發(fā)外的其他三維體選擇性激勵的應(yīng)用上。目前尚沒有針對泛三維體選擇性激勵的基于并行激發(fā)技術(shù)的K空間軌跡設(shè)計策略及其序列設(shè)計方法，以及可實現(xiàn)泛三維體選擇性激勵的激發(fā)脈沖序列生成裝置。此外，上述所有方法都局限于立體回波類型的K空間軌跡。但是，高場下針對泛三維體的選擇性激勵將是非常有意義的應(yīng)用。首先在于，小范圍視場(或稱小范圍FOV，F(xiàn)OV即field of view)成像中，由于成像K空間的欠采樣，雖然縮短了成像時間，但是也帶來了包含其他部位信息的偽影；通過三維體選擇性激勵，選擇性的激發(fā)該小范圍FOV內(nèi)的質(zhì)子，則成像結(jié)果中將不再存在來自其他部位受激質(zhì)子干擾的偽影了。同樣的，在磁共振血管造影術(shù)中，通過選擇性的激發(fā)或者反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)那些流入待考察的血管之前的那部分血液內(nèi)的氫質(zhì)子的自旋標(biāo)記，則可以在不加造影劑的前提下得到關(guān)于這個待考察的血管的很好對比度的成像結(jié)果，從而避免因使用造影劑而造成對人體的傷害。此外，在腦功能成像中應(yīng)用的單平板成像(single slab imaging)，是以厚平板內(nèi)的單次均勻性激發(fā)為前提，利用三維傅里葉成像法進行磁共振成像，該方法能夠在提高成像分辨率的同時保證分辨率的各項同性，大大提高了成像信噪比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種用于磁共振系統(tǒng)的激發(fā)脈沖序列生成器，它可生成實現(xiàn)磁共振系統(tǒng)的泛三維體選擇性激勵的序列。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)手段是該用于磁共振系統(tǒng)的激發(fā)脈沖序列生成器包括輸入裝置，所述輸入裝置用于接收來自所述磁共振系統(tǒng)的計算機的關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的成像空間內(nèi)的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)、關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的激發(fā)脈沖序列配置方式的指令、關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的梯度驅(qū)動單元的梯度脈沖的最大幅值和最大切換率、 以及關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的射頻驅(qū)動單元的射頻脈沖的載波頻率，并接收來自所述磁共振系統(tǒng)的B1+映射處理器的關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的射頻線圈的各發(fā)射信道的三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)，接收來自所述磁共振系統(tǒng)的掃描室接口單元的關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的被測試對象的定位信息數(shù)據(jù)，以及接收來自所述磁共振系統(tǒng)的脈沖序列時序控制器的關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的脈沖序列時序指令；第一處理器，所述第一處理器用于根據(jù)所述被測試對象的定位信息數(shù)據(jù)對所述期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)進行修正，得到修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述激發(fā)脈沖序列配置方式的指令，將所述修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給第二處理器或默認(rèn)序列配置器；第二處理器，所述第二處理器用于根據(jù)所述三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)和所述修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的三維激發(fā)K空間軌跡容器的范圍；第三處理器，所述第三處理器用于根據(jù)所述修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)和所述三維激發(fā)K空間軌跡容器的范圍的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的三維激發(fā)K空間軌跡；第四處理器，所述第四處理器用于根據(jù)所述三維激發(fā)K空間軌跡的數(shù)據(jù)和所述梯度脈沖的最大幅值和最大切換率，得到所述梯度驅(qū)動單元的第一梯度脈沖波形；第五處理器，所述第五處理器用于根據(jù)所述三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)、所述修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)和所述梯度脈沖波形的數(shù)據(jù)，得到所述射頻驅(qū)動單元的關(guān)于所述各發(fā)射信道的射頻脈沖的第一包絡(luò)波形；默認(rèn)序列配置器，所述默認(rèn)序列配置器用于根據(jù)所述三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)、 所述修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)，通過已知的序列配置方式得到所述梯度驅(qū)動單元的第二梯度脈沖波形和所述射頻驅(qū)動單元的關(guān)于各發(fā)射信道的射頻脈沖的第二包絡(luò)波形；輸出裝置，所述輸出裝置用于根據(jù)所述激發(fā)脈沖序列配置方式的指令和所述脈沖序列時序指令，將所述第一梯度脈沖波形或所述第二梯度脈沖波形發(fā)送給所述磁共振系統(tǒng)的梯度驅(qū)動單元、將所述射頻脈沖的第一包絡(luò)波形或所述射頻脈沖的第二包絡(luò)波形發(fā)送給所述磁共振系統(tǒng)的射頻驅(qū)動單元，以及將所述射頻脈沖的載波頻率發(fā)送給所述磁共振系統(tǒng)的射頻驅(qū)動單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明通過對傳統(tǒng)的激發(fā)脈沖序列生成器進行改進，實現(xiàn)了基于并行激發(fā)技術(shù)的泛三維體選擇性激發(fā)的序列的生成。(2)第二處理器可用于確定K空間軌跡容器的范圍，該范圍能夠直觀地限定K空間軌跡的分布，有助于實現(xiàn)泛三維體選擇性激發(fā)的序列的生成；不僅如此，對K空間軌跡的分布的限定可提高K 空間軌跡的采樣效率，從而減少激發(fā)序列的時長、減小射頻脈沖幅值。( 第三處理器根據(jù)第二處理器得到的K空間軌跡容器的范圍，能夠采用任意的K空間軌跡類型，從而得到K空間軌跡；第三處理器優(yōu)先采用堆棧螺旋型軌跡來設(shè)計序列，能夠大大減小激發(fā)所需要的射頻脈沖包絡(luò)波形的最大幅值。(4)第五處理器采用變速選擇性激發(fā)方法或可變轉(zhuǎn)換率螺旋型軌跡設(shè)計方法對梯度脈沖波形和計算出來的射頻脈沖包絡(luò)波形所組成的序列進行優(yōu)化， 將進一步減小激發(fā)所需要的射頻脈沖包絡(luò)波形的最大幅值。減小激發(fā)所需要的射頻脈沖包絡(luò)波形的最大幅值，即減小射頻能量，不僅能夠降低SAR值，提高磁共振掃描的安全性，還有助于在射頻能量強烈衰減的低信號區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)接近期望的激發(fā)目標(biāo)。以上都是現(xiàn)有技術(shù)所不具備的特征。


圖1是磁共振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是磁共振系統(tǒng)中的脈沖序列生成器的工作連接關(guān)系示意圖；圖3是激發(fā)脈沖序列生成器的工作連接關(guān)系示意圖；圖4是激發(fā)脈沖序列生成器的工作流程圖；圖5 (a)為傳統(tǒng)的三維K空間軌跡中的回波立體型軌跡；圖5(b)為本發(fā)明的K空間軌跡容器；圖5 (c)為利用圖5 (b)的K空間軌跡容器對圖5 (a)的回波立體型軌跡進行優(yōu)化后得到的軌跡；圖6是圖5 (c)的A-A平面映射圖；圖7是圖5 (c)的B-B平面映射圖；圖8 (a)為傳統(tǒng)的三維K空間軌跡中的堆棧螺旋型軌跡，圖8 (b)為本發(fā)明的K空間軌跡容器，圖8 (c)為利用圖8 (b)的K空間軌跡容器對圖8 (a)的堆棧螺旋型軌跡進行優(yōu)化后得到的軌跡；圖9是圖8 (c)的A-A平面映射圖；圖10是圖8(c)的B-B平面映射圖。
具體實施例方式本發(fā)明的激發(fā)脈沖序列生成器適用于包含有多發(fā)射信道射頻線圈(如陣列線圈) 的磁共振系統(tǒng)。參見圖1，本發(fā)明所用的磁共振系統(tǒng)一般包括計算機100、磁共振掃描系統(tǒng)102、可調(diào)整被測試對象位置的掃描床112、Bl+映射處理器114、脈沖序列生成器116、數(shù)據(jù)采集單元118、數(shù)據(jù)處理單元120、梯度驅(qū)動單元122、射頻驅(qū)動單元124、生理信息采集控制器126、 掃描室接口單元128、被測試對象定位系統(tǒng)130以及外置顯示器132。磁共振掃描系統(tǒng)102主要包括用以產(chǎn)生主磁場的主磁體104、用以產(chǎn)生梯度磁場的梯度線圈106和用以產(chǎn)生射頻場的射頻線圈(例如體線圈108或陣列線圈110)、以及可調(diào)整被測試對象位置的掃描床112。計算機100則包含正當(dāng)商業(yè)途徑可購買到的處理器和存儲器，以及一個正當(dāng)商業(yè)途徑可購買到的操作系統(tǒng)。該計算機100擁有與磁共振系統(tǒng)中其他各模塊或設(shè)備相連的接口，使得計算機100的指令得以在該磁共振系統(tǒng)中傳送并得以執(zhí)行。計算機經(jīng)由該接口與磁共振系統(tǒng)中的四個模塊單元進行實時的數(shù)據(jù)交換，該四個模塊單元分別是=B1+映射處理器114、脈沖序列生成器116、數(shù)據(jù)采集單元118和數(shù)據(jù)處理單元 120。脈沖序列生成器116獲取計算機100的指令并依據(jù)指令來控制梯度驅(qū)動單元122 和射頻驅(qū)動單元124。脈沖序列生成器116依據(jù)指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)預(yù)期掃描的梯度脈沖波形和射頻脈沖波形的具體的數(shù)字指令，并將它傳送給梯度驅(qū)動單元122和射頻驅(qū)動單元 124。梯度驅(qū)動單元122依據(jù)指令產(chǎn)生梯度脈沖并施加在梯度線圈106上，以生成實現(xiàn)空間編碼的梯度磁場(^、 和&。在一個激發(fā)過程中，射頻驅(qū)動單元IM依據(jù)指令產(chǎn)生射頻激發(fā)脈沖并施加在射頻線圈(例如體線圈108或陣列線圈110)上、以生成期望中的射頻磁場； 射頻場與梯度磁場共同作用來完成對既定空間位置、既定空間范圍內(nèi)的既定翻轉(zhuǎn)角幅度的激發(fā)。用以生成該特定射頻場與梯度場的射頻脈沖和梯度脈沖構(gòu)成一個激發(fā)脈沖序列。在一個成像過程中，射頻驅(qū)動單元1 依據(jù)指令通過射頻線圈(體線圈108或陣列線圈110) 接收磁共振信號，并將數(shù)字化后的信號數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)采集單元118 ；梯度場同時作用來完成對該磁共振信號的空間編碼。用以生成該特定梯度場的梯度脈沖構(gòu)成一個成像脈沖序列。一個激發(fā)過程和一個成像過程構(gòu)成一個完整的單次掃描過程。而一個激發(fā)脈沖序列和一個成像脈沖序列構(gòu)成一個完整的單次磁共振成像脈沖序列。參見圖2，脈沖序列生成器116 —般主要包括激發(fā)脈沖序列生成器200、脈沖序列時序控制器202和成像脈沖序列生成器204。激發(fā)脈沖序列生成器200生成用以實現(xiàn)一個激發(fā)過程的脈沖序列，成像脈沖序列生成器204生成用以實現(xiàn)一個成像過程的脈沖序列， 脈沖序列時序控制器202通過發(fā)送指令給激發(fā)脈沖序列生成器200和成像脈沖序列生成器 204，來控制激發(fā)脈沖序列與成像脈沖序列的執(zhí)行時間和順序。激發(fā)脈沖序列生成器200與B1+映射處理器114相連。B1+映射處理器114用于計算射頻線圈(體線圈108或陣列線圈110)各發(fā)射信道對應(yīng)的多維空間敏感度分布情況。 激發(fā)脈沖序列生成器200將根據(jù)該多維空間敏感度分布情況的數(shù)據(jù)、以及來自計算機100 的關(guān)于磁共振系統(tǒng)的成像空間內(nèi)的多維空間激發(fā)目標(biāo)的數(shù)據(jù)，計算出能夠?qū)崿F(xiàn)該激發(fā)目標(biāo)的梯度脈沖波形和射頻線圈各發(fā)射信道對應(yīng)的射頻脈沖波形，并將波形數(shù)據(jù)分別發(fā)送給梯度驅(qū)動單元122和射頻驅(qū)動單元124。射頻驅(qū)動單元IM包括一個或多個射頻脈沖發(fā)射器。在激發(fā)過程中，射頻脈沖發(fā)射器依據(jù)來自于激發(fā)脈沖序列生成器200的數(shù)據(jù)和指令產(chǎn)生既定載波頻率、既定包絡(luò)波形的射頻脈沖，并驅(qū)動射頻線圈(如體線圈108或陣列線圈110)產(chǎn)生射頻場；同時梯度驅(qū)動單元依據(jù)來自于激發(fā)脈沖序列生成器200的數(shù)據(jù)和指令產(chǎn)生既定的梯度波形，并驅(qū)動梯度線圈106產(chǎn)生梯度場，對該射頻場進行空間編碼；經(jīng)過既定的執(zhí)行時間，實現(xiàn)一個激發(fā)過程。射頻驅(qū)動單元124同時包含一個或多個射頻信號接收通道，每個接收通道包含一個能夠放大經(jīng)由射頻線圈108或110接收到的磁共振信號的射頻信號放大器。在成像過程中，被測試對象(如圖1中的人體)中的質(zhì)子受到激勵后衰減產(chǎn)生磁共振信號。同時梯度驅(qū)動單元依據(jù)來自于成像脈沖序列生成器204的數(shù)據(jù)和指令產(chǎn)生既定的梯度波形，并驅(qū)動梯度線圈106產(chǎn)生梯度場，對該磁共振信號進行空間編碼。射頻線圈(如體線圈108或陣列線圈110)接收該信號，并傳遞給射頻驅(qū)動單元124，射頻驅(qū)動單元IM依據(jù)來自于成像脈沖序列生成器204的數(shù)據(jù)和指令該對信號進行放大、解調(diào)、濾波及數(shù)字化處理。此外，在磁共振掃描過程中，脈沖序列時序控制器202同時通過生理信息采集控制器1 來實時的接收和分析被測試對象的相關(guān)生理信息。生理信息采集控制器1 通過一系列的傳感器實時采集被測試對象心電信號、呼吸信號等生理信息。而脈沖序列時序控制器202通過分析這些信號，能夠通過發(fā)送指令給激發(fā)脈沖序列生成器200和成像脈沖序列生成器204，實時的調(diào)整激發(fā)脈沖序列和成像脈沖序列，從而實現(xiàn)磁共振掃描與被測試對象的心跳和呼吸等生理運動的同步化，將掃描過程中伴隨心跳和呼吸等生理運動的空間位移對磁共振成像結(jié)果的影響減至最小。激發(fā)脈沖序列生成器200還實時接收來自掃描室接口單元128的信息。掃描室接口單元1 與掃描室內(nèi)用以探測被測試對象位置和磁體系統(tǒng)狀況的傳感器相連，并提供可操作平臺，顯示被測試對象位置和磁體系統(tǒng)運行狀況。與掃描室接口單元1 相連的被測試對象定位系統(tǒng)130接收來自掃描室接口單元128的操作平臺的數(shù)據(jù)，并依此控制掃描床 112的移動，將被測試對象平移到指定位置。掃描室接口單元1 將定位后的被測試對象的位置信息傳送給激發(fā)脈沖序列生成器200。在成像后續(xù)過程中，經(jīng)由射頻驅(qū)動單元IM數(shù)字化后的磁共振信號被傳遞到數(shù)據(jù)采集單元118。數(shù)據(jù)采集單元118在計算機100的指令下配合成像脈沖序列生成器204傳遞的時序信息實時的接收磁共振數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集單元118提供足夠的緩存來存儲至少一個掃描周期內(nèi)的數(shù)據(jù)。此后，數(shù)據(jù)采集單元118將磁共振數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)處理單元120用以進一步的處理和分析。數(shù)據(jù)處理單元120接收來自數(shù)據(jù)采集單元118的磁共振數(shù)據(jù)，并按照計算機100 的指令進行處理。該處理包括對原始K空間數(shù)據(jù)的傅里葉變換，對重建所得圖像的濾波操作，用于功能磁共振成像的重計算，以及用于運動目標(biāo)或流體成像的重計算等等。經(jīng)由數(shù)據(jù)處理單元120得到的重建圖像被傳遞給計算機100并存儲其中。成像結(jié)果同時被傳送到操作臺顯示器102或外置顯示器132。計算機100也可以通過網(wǎng)絡(luò)將圖像傳送到網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備。更具體地，在激發(fā)過程中，激發(fā)脈沖序列生成器200依據(jù)計算機100的指令發(fā)送脈沖數(shù)據(jù)給梯度驅(qū)動單元122和射頻驅(qū)動單元124，梯度驅(qū)動單元122據(jù)此生成梯度脈沖，并驅(qū)動梯度線圈106產(chǎn)生既定的梯度場。與此同時，射頻驅(qū)動單元IM據(jù)此生成具有既定載波頻率和包絡(luò)的射頻脈沖，并驅(qū)動體線圈108或陣列線圈110產(chǎn)生既定的射頻場。通常該射頻脈沖具有特定的載波頻率和包絡(luò)波形，從而配合梯度脈沖來實現(xiàn)對既定空間位置、既定空間范圍內(nèi)的質(zhì)子的既定翻轉(zhuǎn)角幅度的激發(fā)。在基于多發(fā)射信道射頻線圈(如陣列線圈 110)的并行激發(fā)過程中，射頻線圈各發(fā)射信道發(fā)送的射頻脈沖具有同樣的或相近的載波頻率和時長，但是可以有不同的包絡(luò)波形，結(jié)合各信道所對應(yīng)的不同的射頻場分布，最終產(chǎn)生期望中的激發(fā)結(jié)果。此結(jié)果包括被掃描體內(nèi)受激發(fā)質(zhì)子的空間范圍、受激翻轉(zhuǎn)角大小及其均勻性等等。因此，并行激發(fā)技術(shù)的實現(xiàn)，需首先獲得射頻線圈(如陣列線圈110)各發(fā)射信道所對應(yīng)的射頻場分布(或稱各發(fā)射信道的空間敏感度)，并據(jù)此分布情況以及激發(fā)目標(biāo)做脈沖序列設(shè)計。在本發(fā)明所采用的磁共振系統(tǒng)中，射頻線圈(如陣列線圈110)各發(fā)射信道的空間敏感度的計算主要由B1+映射處理器114完成。進入B1+映射運行模式時，將首先通過多個特定的激發(fā)脈沖序列，得到多個與各發(fā)射信道空間敏感度相關(guān)的成像結(jié)果。更具體的，計算機100指令激發(fā)脈沖序列生成器200生成特定的激發(fā)脈沖序列波形，通過射頻驅(qū)動單元IM和梯度驅(qū)動單元122驅(qū)動射頻線圈(如陣列線圈110)的某一發(fā)射信道和梯度線圈106實現(xiàn)特定的激發(fā)；指令成像脈沖序列生成器204生成成像脈沖序列，并通過梯度驅(qū)動單元122驅(qū)動梯度線圈106進行空間編碼、通過射頻驅(qū)動單元IM控制具有均勻空間敏感度的接收通道的射頻線圈(如體線圈108)接收經(jīng)過空間編碼的磁共振信號；指令數(shù)據(jù)采集單元118和數(shù)據(jù)處理單元120接收和處理數(shù)據(jù)從而得到成像結(jié)果，傳遞回計算機100并存儲于計算機100 ；經(jīng)過如上所述的多個特定的掃描過程，將該多個特定的激發(fā)脈沖序列激發(fā)得到的多個成像結(jié)果依次存儲于計算機100中，并由計算機100傳送給B1+映射處理器 114。B1+映射處理器114對這些成像結(jié)果做進一步的處理并計算出射頻線圈各發(fā)射信道的空間敏感度情況。B1+映射處理器114計算完成后，將發(fā)送結(jié)束標(biāo)記給計算機100，計算機 100據(jù)此退出B1+映射運行模式，并指令B1+映射處理器114將射頻線圈所有發(fā)射信道的空間敏感度數(shù)據(jù)傳送到激發(fā)脈沖序列生成器200。激發(fā)脈沖序列生成器200根據(jù)來自計算機 100的關(guān)于成像空間范圍內(nèi)的激發(fā)目標(biāo)、關(guān)于梯度驅(qū)動單元122可生成的梯度脈沖的最大幅值和最大切換率、及關(guān)于射頻驅(qū)動單元1 將生成的射頻脈沖的載波頻率，來自B1+映射處理器114的射頻線圈各發(fā)射信道的空間敏感度數(shù)據(jù)，以及來自于掃描室接口單元128的關(guān)于被測試對象的定位信息數(shù)據(jù)，計算出梯度脈沖波形和射頻線圈各發(fā)射信道對應(yīng)的射頻脈沖包絡(luò)波形，并依據(jù)來自脈沖序列時序控制器202的脈沖序列時序指令，將計算結(jié)果及射頻脈沖的既定載波頻率等脈沖序列數(shù)據(jù)傳送給梯度驅(qū)動單元122和射頻驅(qū)動單元124 ； 由梯度驅(qū)動單元122和射頻驅(qū)動單元IM分別生成梯度脈沖與射頻脈沖，驅(qū)動梯度線圈106 和射頻線圈(如陣列線圈110)來完成一個基于并行激發(fā)技術(shù)的激發(fā)過程。本發(fā)明改進了傳統(tǒng)的激發(fā)脈沖序列生成器，能夠?qū)崿F(xiàn)基于并行激發(fā)技術(shù)的泛三維體選擇性激發(fā)的序列的生成。在本發(fā)明中，如圖3所示，激發(fā)脈沖序列生成器包括有輸入裝置300，第一處理器302、第二處理器304、第三處理器306、第四處理器308、第五處理器 310、默認(rèn)序列配置器314和輸出裝置312。輸入裝置300用以接收來自于計算機100的關(guān)于成像空間內(nèi)的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)、關(guān)于激發(fā)脈沖序列配置方式的指令、關(guān)于梯度驅(qū)動單元122可生成的梯度脈沖的最大幅值和最大切換率、關(guān)于射頻驅(qū)動單元1 將生成的射頻脈沖的載波頻率，并接收來自于B1+映射處理器的關(guān)于射頻線圈各發(fā)射信道的三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)，接收來自于掃描室接口單元128的關(guān)于被測試對象的定位信息數(shù)據(jù)，以及接收來自于脈沖序列時序控制器202的脈沖序列時序指令。第一處理器302用以根據(jù)來自于輸入裝置300的被測試對象的定位信息數(shù)據(jù)對期望三維激發(fā)目標(biāo)進行重定位，即根據(jù)被測試對象的定位點坐標(biāo)，獲得相對于期望三維激發(fā)目標(biāo)的定位點坐標(biāo)的三維偏移值，并將此偏移值計入期望三維激發(fā)目標(biāo)，從而得到修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)；然后根據(jù)來自于輸入裝置300的激發(fā)脈沖序列配置方式的指令，將修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給第二處理器304或默認(rèn)序列配置器314 當(dāng)激發(fā)脈沖序列配置方式的指令為非默認(rèn)序列配置方式指令時，第一處理器302將修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給第二處理器304，當(dāng)激發(fā)脈沖序列配置方式的指令為默認(rèn)序列配置方式指令時，第一處理器302將修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給默認(rèn)序列配置器 314。第二處理器304用以根據(jù)來自于輸入裝置300的關(guān)于射頻線圈各發(fā)射信道三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)和來自于第一處理器302的修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)，得到出相應(yīng)的三維激發(fā)K空間軌跡容器的范圍。第三處理器306用以根據(jù)來自于第一處理器302的期望三維激發(fā)目標(biāo)和來自于第二處理器304的三維激發(fā)K空間軌跡容器的范圍的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的三維激發(fā)K空間軌跡。第四處理器308用以根據(jù)來自于第三處理器306的三維激發(fā)K空間軌跡的數(shù)據(jù)和來自輸入裝置300的梯度脈沖的最大幅值和最大切換率，得到梯度驅(qū)動單元122可生成的第一梯度脈沖波形。第五處理器310用以根據(jù)來自輸入裝置300的三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)、來自于第一處理器302的修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)和來自第四處理器308的梯度脈沖波形，得到對應(yīng)于射頻驅(qū)動單元124的關(guān)于射頻線圈各發(fā)射信道的射頻脈沖的第一包絡(luò)波形。默認(rèn)序列配置器314用于根據(jù)來自于輸入裝置300的關(guān)于射頻線圈各發(fā)射信道的三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)、來自于第一處理器302的修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)，通過已知的序列配置方式確定出梯度驅(qū)動單元122的第二梯度脈沖波形和射頻驅(qū)動單元IM 的關(guān)于射頻線圈各發(fā)射信道的射頻脈沖的第二包絡(luò)波形。輸出裝置312用以根據(jù)來自于輸入裝置300的激發(fā)脈沖序列配置方式的指令和脈沖序列時序指令，將來自于第四處理器308的第一梯度脈沖波形數(shù)據(jù)或默認(rèn)序列配置器 314的第二梯度脈沖波形數(shù)據(jù)發(fā)送給梯度驅(qū)動單元122、將來自于第五處理器310的射頻脈沖的第一包絡(luò)波形數(shù)據(jù)或默認(rèn)序列配置器314的射頻脈沖的第二包絡(luò)波形數(shù)據(jù)和來自輸入裝置300的關(guān)于射頻脈沖的載波頻率數(shù)據(jù)發(fā)送給射頻驅(qū)動單元124。當(dāng)激發(fā)脈沖序列配置方式的指令為非默認(rèn)序列配置方式指令時，輸出裝置312將來自于第四處理器308的第一梯度脈沖波形數(shù)據(jù)發(fā)送給梯度驅(qū)動單元122、將來自于第五處理器310的射頻脈沖的第一包絡(luò)波形數(shù)據(jù)和來自輸入裝置300的關(guān)于射頻脈沖的載波頻率數(shù)據(jù)發(fā)送給射頻驅(qū)動單元124 ；當(dāng)激發(fā)脈沖序列配置方式的指令為默認(rèn)序列配置方式指令時，輸出裝置312將來自于默認(rèn)序列配置器314的第二梯度脈沖波形數(shù)據(jù)發(fā)送給梯度驅(qū)動單元122、將來自于默認(rèn)序列配置器314的射頻脈沖的第二包絡(luò)波形數(shù)據(jù)和來自輸入裝置300的關(guān)于射頻脈沖的載波頻率數(shù)據(jù)發(fā)送給射頻驅(qū)動單元124。本發(fā)明激發(fā)脈沖序列生成器在非默認(rèn)序列配置方式下的工作過程如下所述首先確定磁共振系統(tǒng)的成像空間內(nèi)的期望三維激發(fā)目標(biāo)，其參數(shù)包括激發(fā)目標(biāo)在三維空間內(nèi)的位置、形狀、翻轉(zhuǎn)角大小和分辨率要求，其中激發(fā)目標(biāo)在三維空間內(nèi)的位置將根據(jù)被測試對象的定位信息進行重定位；通過映射方法得到磁共振系統(tǒng)的射頻線圈的各發(fā)射信道所對應(yīng)的三維空間敏感度分布情況；根據(jù)期望三維激發(fā)目標(biāo)、射頻線圈各發(fā)射信道的三維空間敏感度分布情況，得到相應(yīng)的三維激發(fā)K空間內(nèi)的射頻能量權(quán)重分布，并在此基礎(chǔ)上，確定三維激發(fā)K空間軌跡容器的范圍；將該K空間軌跡容器的范圍作為限定K 空間軌跡分布的范圍，并根據(jù)期望三維激發(fā)目標(biāo)，選擇K空間軌跡的類型、確定徑向和縱向采樣間隔，從而確定相應(yīng)的三維激發(fā)K空間軌跡；根據(jù)三維激發(fā)K空間軌跡、以及梯度驅(qū)動單元122所能生成的梯度脈沖的最大幅值和最大切換率約束，得到出第一梯度脈沖波形； 根據(jù)期望三維激發(fā)目標(biāo)、射頻線圈各發(fā)射信道的三維空間敏感度分布情況、以及第一梯度脈沖波形，計算出射頻線圈各發(fā)射信道所對應(yīng)的射頻脈沖的第一包絡(luò)波形；由第一梯度脈沖波形、射頻脈沖的第一包絡(luò)波形和載波頻率構(gòu)成了實施三維空間選擇性激勵的非默認(rèn)配置序列。梯度驅(qū)動單元122和射頻驅(qū)動單元IM根據(jù)非默認(rèn)配置序列數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的梯度脈沖和射頻脈沖，并驅(qū)動梯度線圈和射頻線圈將其同時施加于掃描空間內(nèi)，從而實現(xiàn)期望的三維空間內(nèi)選擇性激發(fā)的目標(biāo)。此外，本發(fā)明激發(fā)脈沖序列生成器在非默認(rèn)序列配置方式下的工作過程還可包括對非默認(rèn)配置序列采用變速選擇性激發(fā)方法或可變轉(zhuǎn)換率螺旋型軌跡設(shè)計方法進行優(yōu)化，以進一步減小實現(xiàn)激發(fā)所需要的射頻脈沖的第一包絡(luò)波形的最大幅值。本發(fā)明激發(fā)脈沖序列生成器在非默認(rèn)序列配置方式下的工作過程將在下文中詳細(xì)描述。首先進行如下定義磁旋比Y，三維空間坐標(biāo)向量r = [rx, ry, rJT,沿x、y、z各方向的梯度脈沖波形組合G(t) = [Gx (t), Gy (t), Gz(t) ]τ0三維K 空間軌跡 k (t) = [kx (t)，ky (t)，kz (t) ]τ。梯度脈沖波形與K空間軌跡的關(guān)系為眾⑴=-γ fj G(t)出，這里T為脈沖時長。各發(fā)射信道的三維空間敏感度分布情況，1 = 1，2，. . .，L，L為信道總個數(shù)。各發(fā)射信道對應(yīng)的射頻脈沖包絡(luò)波形B1,Jt) ,1 = 1,2,...,L0各發(fā)射信道對應(yīng)的三維激發(fā)K空間的射頻能量分布W1GOd = 1,2,...,L0橫向磁化矢量Mxy = Mx+iMy,這里Mx為χ方向磁化矢量、My為y方向磁化矢量。縱向磁化矢量Mz，令質(zhì)子受激發(fā)前或穩(wěn)態(tài)時其值為M。。參見圖4，在本發(fā)明激發(fā)脈沖序列生成器在非默認(rèn)序列配置方式下的工作過程中，首先需要確定期望實現(xiàn)的三維激發(fā)目標(biāo)、以及通過映射，得到關(guān)于射頻線圈各發(fā)射信道的三維空間敏感度分布情況。這里的三維激發(fā)目標(biāo)具體包括，該激發(fā)目標(biāo)在三維空間內(nèi)的位置、形狀、分布范圍，該激發(fā)目標(biāo)內(nèi)部的翻轉(zhuǎn)角大小、均勻性，以及該激發(fā)目標(biāo)的分辨率要求；其中激發(fā)目標(biāo)在三維空間內(nèi)的位置將根據(jù)被測試對象的定位信息進行重定位，即根據(jù)被測試對象的定位點坐標(biāo)，獲得相對于理想的期望三維激發(fā)目標(biāo)的定位點坐標(biāo)的三維偏移值，并將此偏移值計入理想的期望三維激發(fā)目標(biāo)的坐標(biāo)系統(tǒng)，從而得到修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)的三維空間位置信息。這里的映射采用的是實翻轉(zhuǎn)角成像法 (Actual Flip-Angle Imaging)來實現(xiàn)B1+的三維映射。實翻轉(zhuǎn)角成像法在V. Yarnykh發(fā)表的論文中有具體描述(〃 Actual flip-angle imaging in the pulsed steady state A method for rapid three-dimensional mapping of the transmitted radiofrequency field, " Magnetic Resonance in Medicine, vol. 57, pp.192-200,2007)。接著將根據(jù)所述的期望實現(xiàn)的三維激發(fā)目標(biāo)和射頻線圈各發(fā)射信道的三維空間敏感度分布情況，得到相應(yīng)的三維激發(fā)K空間內(nèi)的射頻能量權(quán)重分布，將其中的高權(quán)重分布范圍的主要連通部分作為用以“裝載”和“約束”之后設(shè)計的K空間軌跡的容器范圍、即三維激發(fā)K空間軌跡容器的范圍。具體的方法是，首先在多發(fā)射信道并行激發(fā)條件下，根據(jù)小翻轉(zhuǎn)角前提下的選擇性射頻脈沖設(shè)計理論，可有Mxy (r) = IYM0 Σ LSX (r) f W1 (k) eir ·kdk根據(jù)空間分辨率ΔΓ與K空間最大值kmax之間的對應(yīng)關(guān)系kmax= l/2/Δι·，以及視場FOV與K空間分辨率Δ k之間的對應(yīng)關(guān)系A(chǔ)k= 1/2/F0V,將空間和K空間離散化為rm， m = 1，· · ·，Nk 和 kn，η = 1，· · ·，Νκ，，可有M = Σ LS1 · A · W1其中M是表征空間范圍FOX內(nèi)的激發(fā)目標(biāo)的Mxy(r)分布的隊元向量。&是表征第1個激勵源產(chǎn)生的射頻場空間敏感度的Nk元向量對角化后的NkXNk矩陣，A表達實際空間與K空間之間關(guān)系WNkXNk的矩陣且滿足=。將上式重新組織如下
權(quán)利要求
1. 一種用于磁共振系統(tǒng)的激發(fā)脈沖序列生成器，其特征是，包括 輸入裝置，所述輸入裝置用于接收來自所述磁共振系統(tǒng)的計算機的關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的成像空間內(nèi)的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)、關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的激發(fā)脈沖序列配置方式的指令、關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的梯度驅(qū)動單元的梯度脈沖的最大幅值和最大切換率、以及關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的射頻驅(qū)動單元的射頻脈沖的載波頻率，并接收來自所述磁共振系統(tǒng)的B1+映射處理器的關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的射頻線圈的各發(fā)射信道的三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)，接收來自所述磁共振系統(tǒng)的掃描室接口單元的關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的被測試對象的定位信息數(shù)據(jù)，以及接收來自所述磁共振系統(tǒng)的脈沖序列時序控制器的關(guān)于所述磁共振系統(tǒng)的脈沖序列時序指令；第一處理器，所述第一處理器用于根據(jù)所述被測試對象的定位信息數(shù)據(jù)對所述期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)進行修正，得到修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述激發(fā)脈沖序列配置方式的指令，將所述修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給第二處理器或默認(rèn)序列配置器；第二處理器，所述第二處理器用于根據(jù)所述三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)和所述修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的三維激發(fā)K空間軌跡容器的范圍；第三處理器，所述第三處理器用于根據(jù)所述修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)和所述三維激發(fā)K空間軌跡容器的范圍的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的三維激發(fā)K空間軌跡；第四處理器，所述第四處理器用于根據(jù)所述三維激發(fā)K空間軌跡的數(shù)據(jù)和所述梯度脈沖的最大幅值和最大切換率，得到所述梯度驅(qū)動單元的第一梯度脈沖波形；第五處理器，所述第五處理器用于根據(jù)所述三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)、所述修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)和所述梯度脈沖波形的數(shù)據(jù)，得到所述射頻驅(qū)動單元的關(guān)于所述各發(fā)射信道的射頻脈沖的第一包絡(luò)波形；默認(rèn)序列配置器，所述默認(rèn)序列配置器用于根據(jù)所述三維空間敏感度分布數(shù)據(jù)、所述修正后的期望三維激發(fā)目標(biāo)數(shù)據(jù)，通過已知的序列配置方式得到所述梯度驅(qū)動單元的第二梯度脈沖波形和所述射頻驅(qū)動單元的關(guān)于各發(fā)射信道的射頻脈沖的第二包絡(luò)波形；輸出裝置，所述輸出裝置用于根據(jù)所述激發(fā)脈沖序列配置方式的指令和所述脈沖序列時序指令，將所述第一梯度脈沖波形或所述第二梯度脈沖波形發(fā)送給所述磁共振系統(tǒng)的梯度驅(qū)動單元、將所述射頻脈沖的第一包絡(luò)波形或所述射頻脈沖的第二包絡(luò)波形發(fā)送給所述磁共振系統(tǒng)的射頻驅(qū)動單元，以及將所述射頻脈沖的載波頻率發(fā)送給所述磁共振系統(tǒng)的射頻驅(qū)動單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于磁共振系統(tǒng)的激發(fā)脈沖序列生成器，其生成的激發(fā)脈沖序列應(yīng)用于磁共振系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化的基于并行激發(fā)技術(shù)的三維空間選擇性激勵。本發(fā)明的激發(fā)脈沖序列生成器能夠根據(jù)激發(fā)目標(biāo)和射頻線圈多個發(fā)射信道的空間敏感度情況優(yōu)化的確定合適的激發(fā)K空間軌跡，從而確定梯度脈沖波形和各發(fā)射信道所對應(yīng)的射頻脈沖包絡(luò)波形。磁共振系統(tǒng)的梯度驅(qū)動單元和射頻驅(qū)動單元據(jù)此生成梯度脈沖和射頻脈沖，并驅(qū)動梯度線圈和射頻線圈將其同時施加于掃描空間內(nèi)，從而實現(xiàn)期望的三維空間內(nèi)選擇性激發(fā)的目標(biāo)。
文檔編號G01R33/36GK102288929SQ201110121258
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者劉鋒, 夏靈, 邵汀汀 申請人:浙江大學(xué)