[发明专利]一种快速自旋回波脉冲序列的梯度系统延时校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振成像(MRI)方法，具体而言，涉及磁共振快速自旋回波(FSE)成像技术中，为减小梯度系统延时导致的图像伪影而采取的脉冲序列校正方法。

背景技术

磁共振成像(MRI)技术已经成为医学诊断中非常有用的手段。通常，在磁共振成像系统中，当被测样品（病人）放入静磁场B₀（B₀方向定义为物理坐标系的z轴方向）中达到平衡时，样品中的原子核（核自旋）因被B₀极化而产生一个宏观的磁化矢量M₀。M₀在射频脉冲的激发下被旋转到水平面（xy平面）里，然后绕z轴作进动。在被测样品周围放置一个接收线圈，它就会感应出磁化矢量进动信号。接收线圈得到的磁共振信号经过放大以及模数转换（ADC）后，进入计算机进行图像重建。一般而言，为了进行磁共振成像，系统还需产生三路正交的梯度磁场，以便对磁共振信号进行空间编码。

采用常规磁共振成像序列进行扫描，单次扫描时间可达几分钟。如此长的扫描时间不仅会给病人带来不适，而且由于呼吸、心搏、胃肠蠕动以及某些自主运动所造成的伪影，使图像质量大大退化。采用快速成像序列可以将单次扫描时间缩短至几秒钟，从而减少图像的运动伪影和病人在扫描过程中的不适。快速自旋回波(FSE)序列是快速成像序列中的一种，已在多数MRI系统中得到应用。与标准自旋回波序列相比，FSE序列的扫描时间大大地缩短。然而，FSE序列成像技术对系统性能的要求较高。

梯度系统的性能对FSE序列图像质量的影响是非常显著的。MRI的梯度系统主要包括梯度波形发生器、梯度功率放大器和梯度线圈。梯度波形发生器产生脉冲序列所需的梯度波形，梯度功率放大器根据脉冲序列参数将梯度波形信号放大，并输出给梯度线圈产生梯度磁场。为了提高图像质量，采用FSE序列扫描之前除了要进行预扫描，一般还需要采用梯度波形预加重（简称预加重）技术对梯度涡流（简称涡流）和梯度系统延时进行补偿和校正。梯度涡流是指梯度磁场快速变换时，在周围金属材料上产生的涡电流。梯度系统延时是指梯度系统中的滤波器及电感等所引起的延时，包括梯度波形发生器、梯度功率放大器和梯度线圈引起的延时。采用预加重技术对梯度系统延时进行校正存在以下问题：

问题1：磁共振系统中，在xyz三个梯度方向上，每一个方向的预加重通道数为3～5。这些通道的时间常数需要根据涡流的特点来设置，由于通道数较少，难以在补偿涡流的同时准确地校正梯度系统延时。

问题2：梯度系统延时是由梯度系统决定的。而涡流除了受到梯度系统影响外，还受到匀场等其他系统的影响。当MRI系统的匀场状态发生改变，涡流会随之改变，需要改变预加重参数来补偿涡流。而梯度系统延时没有改变，此时不能灵活、准确地校正梯度系统延时。

问题3：根据涡流的特点，预加重各个通道输出的信号幅度随时间变化满足e指数衰减规律。预加重输出的e指数波形被叠加在常规的梯度波形上，在短时间内（相对于梯度波形持续时间而言）实现过冲，用于补偿涡流、梯度系统延时产生的影响。为了在短时间内实现过冲，需要配备更大功率的梯度功率放大器。然而，在大部分时间里（梯度波形持续时间），并不需要如此大功率的梯度功率放大器。可见，采用预加重技术校正梯度系统延时，会造成仪器成本提高。

另一种校正梯度系统延时的方法是提前启动梯度波形发生器发出波形。该方法可以解决上述问题，但存在下列问题：

问题4：在磁共振系统中，有物理坐标系x-y-z和成像坐标系s-p-r（即选层方向s、相位编码方向p、读方向r）。选择矢状面、冠状面或者横断面进行成像时，s轴、p轴、r轴分别与x轴、y轴、z轴中的一个轴对应。此时，s、p、r方向的延时可以分别设置为与之对应的x、y、z的延时。当选择斜切面进行成像时，s轴、p轴、r轴均与x轴、y轴、z轴中的两个或者三个轴对应。由于x、y、z方向的梯度系统延时通常是不相等的，而延时校正不足或者过大都会在FSE图像中引起伪影。此时，采用该方法无法兼顾x、y、z的延时。

发明内容

本发明的目的：旨在提供一种快速自旋回波脉冲序列的梯度系统延时校正方法。该方法在克服梯度系统延时对快速自旋回波脉冲序列的影响的同时，不增加磁共振成像系统的硬件成本和系统复杂性。即使x、y、z三个方向的梯度系统延时不相等，梯度功率放大器的功率不足以提供梯度波形中幅度较大的过冲，采用本发明所述方法仍然可以对梯度系统延时进行校正，提高快速自旋回波成像中矢状面、冠状面、横断面以及各种斜切面的图像质量。

本发明包括以下具体步骤：