[发明专利]使用复合RF脉冲校正切片-选择性MRI中B1-不均匀性的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于校正切片-选择性核磁共振成像中的射频（或“B₁”）空间不均匀性的方法。本发明还涉及一种用于执行这种方法的装置或“扫描器”。本发明尤其是但并不完全地应用在医学成像领域。

背景技术

磁共振成像（MRI）为在研究和诊断中非常强大的工具。它包括：将身体置入静磁场B₀中以定向其核自旋；使身体暴露在被称为“拉莫尔频率”的共振频率下的横向射频（RF）场B₁（激发序列）中，以使所述核自旋翻转预定的角度；以及检测翻转的核自旋所发出的信号，从该信号可重建身体的图像。

目前的趋势为朝向越来越高强度的静磁场发展以改善MRI的空间分辨率。例如，当前在临床实践中使用的是1.5T（特斯拉）的磁场，在商用装置中使用的最高磁场为3T，且研究系统可在大于7T下运行。然而，随着静磁场的强度增大，射频场的波长减小且该射频场的振幅在待成像的身体内的分布变得不那么均匀。

在3T下，射频场的不均匀性已经带来明显的伪像。在7T下，质子的拉莫尔频率为约300MHz，其对应于人脑中约14cm的波长，即与人的头部的尺寸相当的尺寸。在这些情况下，射频场B₁是如此不均匀以致于图像（诸如利用标准技术获得的人脑的图像）会变得非常难以解读。

射频（或“B₁”）的不均匀性问题如此重要以致于其会阻碍高分辨率MRI的进一步发展。此外，静磁场B₀也显示出一定的空间不均匀性，这又引起伪像。当前磁场强度增强的趋势还使这种影响恶化。已经开发出许多技术以处理这些不均匀性问题。

-复合脉冲，即以相位和翻转角（FA）为参数的基本脉冲的级联。其思想是利用对称性以抵消在越来越高阶数下的误差，同时以预定的方式增加脉冲数量和改变脉冲的FA和相位。问题是它们通常需要大的翻转角，从而需要大的能量且因此给患者安全带来潜在的问题。例如，参见参考文献R1。

-绝热脉冲：振幅和相位持续且足够慢地变化使得自旋演变的同时保持与有效磁场同向（或反向）的脉冲。该结果是根据量子力学中的绝热定理得出的。通过足够慢地改变RF场的振幅和相位，自旋以相同的速度跟随有效场的方向。由于通常重要的是场的变化速率且非其值本身，因此可以稳健的方式实现自旋的旋转。然后进一步形成的这些脉冲有效抵抗B₀不均匀性。发生与复合脉冲相同的问题：该绝热脉冲需要长的持续时间和大的功率。因此，在体内应用中和在高场下绝热脉冲的使用是受限的。例如，参见参考文献R2。

-并行传输：该技术包括通过使用N个理想地独立的线圈，来辐射感兴趣的区域。每个线圈在接收和发射上具有其自身的不均匀性轮廓。如果这些轮廓的振幅和相位是已知的，通常通过先前的测量而获得，则N个线圈的每一线圈上的RF分辨率可被设计成获得在感兴趣区域上的均匀RF场或均匀的激发图案。第一选择为经受考验的RF-均场：例如，参见参考文献R3。第二选择被称为“Transmit SENSE”：例如，参见参考文献R4。这两种技术具有巨大的潜力。两个重要的缺陷为必要设备的高成本以及处理RF安全方面的难度。

-强调制脉冲：该强调制脉冲为一系列基本脉冲或“子脉冲”，每一基本脉冲或“子脉冲”具有恒定的频率和振幅以及连续的线性相位。最初形成这些脉冲是为了向用于核磁共振量子信息处理的多个耦合自旋的系统提供良好的相干控制。参见：参考文献R5和参考文献R6。在MRI中也使用强调制脉冲以抵消射频场的不均匀性，尤其在高场应用中：参见参考文献R7，以及国际专利申请WO2009/053770。

在MRI中，强调制脉冲的一个重要缺点为其不具有空间选择性。除了由于组织中的不同磁化率或一些不完善的B₀均场引起的一些相对较小的共振频率偏差外，由于没有施加磁场梯度，因此拉莫尔频率没有发生空间变化。即使施加这样的梯度，由于基本脉冲的方形形状，从而由于强调制脉冲频谱呈现出强的旁瓣，因而其仍将不适合空间选择性的MRI。同时，使用方形基本脉冲允许发现用于核自旋的（薛定谔）方程的解析解，从而避免了会使强调制脉冲应用不可行的冗长的数值计算。

缺乏空间选择性意味着需要3D读取技术来获得无伪像的图像和避免混叠或折叠效果，混叠或折叠效果将使最终图像变得无用。相反，由于空间选择性技术允许相当快速地获取数据，从而可在对于患者而言非常合理的时间内获得高分辨率图像，因此空间选择性技术是有利的。

发明内容