[发明专利]用于磁共振分光术的具有插入的停顿的宽带去耦脉冲串

说明书

本申请涉及磁共振光谱学领域。其结合射频放大器在用于采用宽带去耦方案的医学成像的核磁共振光谱学中具有特别应用。

核磁共振光谱学(MRS)成像容许基于对各个人体器官中的代谢物的分析来对化学组分进行体内测量，代谢物诸如是代谢活动速率。类似于MRI，MRS使用静态磁场和特定共振频率的射频(RF)脉冲来观测(observe)特定核的响应。最通常地被观测的体内核是¹H、¹³C、¹⁵N、¹⁷O、¹⁹F、²³Na、以及³¹P，并且大多数研究涉及¹H、¹³C和³¹P。

MRS系统包括永磁体、电磁体、或产生静态磁场B₀的超导磁体。对于设置在B₀场内的对象，具有净自旋(net spin)的核，即具有奇原子系数的核，彼此相互作用并且与它们的围绕物相互作用，达到规则的平衡态，其中，核自旋优选地与静态磁场对齐。然后由横向方向上的第二场B₁破坏该平衡，该第二场以被观测的核的拉莫尔(Larmor)频率振荡。此扰动使得被观测的核的对齐的自旋旋转离开B₀平面朝向横向B₁平面。拉莫尔频率发生于射频波段，脉冲B₁由设置在感兴趣的对象上或周围的射频线圈或天线传输。射频线圈或天线连接至发送器，发送器典型地包括放大器和产生RF频率的数字包络(envelope)的频率综合器。在B₁场终止后，在读出阶段，被观测的核开始在B₀场附近产生进动并发射磁共振，该磁共振包括接收线圈或天线中的电流。然后对电流进行放大、过滤、数字化、并存储以用于进一步处理。

拉莫尔频率在被观测的核中不恒定。归因于诸如结合配对、键长、以及键角的局部化学结构中的差异，被观测的核素的不同被观测的核在它们的拉莫尔频率中经历稍微变化或移动。发生移动是因为电子将核从B₀场有效地屏蔽，使得核经历不同的静态磁场。频率移动和基本共振频率与磁场强度直接成比例，因此，两个值的比率导致称做化学移动的场不相关的无量纲的值。化学移动是通过使用各种傅立叶(Fourier)变换将基于时间的自由感应衰减(Free Induction Decay，FID)信号转换到频域，而形成的频域频谱。该频谱具有频率轴和幅度轴，频率轴对应于化学移动，幅度轴对应于浓度。沿着频率轴，特定的核引起独特定位的单个峰或多个峰。峰下面的区域直接与特定核的浓度相关。

对峰下面的区域进行量化是个困难的任务。归因于交叠或分裂共振、源自自旋-自旋耦合的畸变和信号损失、以及感兴趣的区域或体积外的核素的干扰，难以解释光谱。由于增加的化学移动色散(dispersion)和减小的高次耦合，交叠或分裂共振在较高场强是能够被解决。高场强时的分光术还对灵敏度有益。通过宽带去耦方案解决了耦合问题，宽带去耦方案通过使多重态结构崩溃来改善分辨率和灵敏度，使多重态结构崩溃归因于化学地键合的质子的耦合。通过抑制感兴趣的区域或体积外的信号，诸如单体素分光术(例如STEAM和PRESS)和多体素分光术(例如CSI)的局域化方案能够减小干扰。

通过由以耦合的核素的共振频率为中心的射频脉冲激发感兴趣的区域，来执行去耦。最简单的去耦方案是在单去耦频率处的连续波(CW)；然而，期望在频谱的较宽范围上提供去耦，这称作宽带去耦。如上所述，为了提高频谱分辨率，即化学移动色散，静态场强增大了，但是损害了增加的拉莫尔频率和去耦带宽。在较高场强使用现存的去耦方案仍然能够实现宽带去耦，然而，其能够导致组织加热、升高的特定吸收率(SAR)、和归因于放大器装入时间的伪影。高场中的RF放大器、MRI系统设计为施加高幅度的短脉冲，高场例如为7特斯拉或更大。高场RF放大器具有短的但是有限的装入时间，该装入时间在数十微秒的量级。在宽带去耦技术中，诸如WALTZ-16、Garp等，一串复合反转脉冲周期性地以短间隔频繁地改变特性，特性例如是相位。短的但是有限的装入时间在应用的宽带RF领域引起误差。

本申请提供克服了上述问题和其它问题的新的和改善的磁共振分光术设备和方法。