[发明专利]一种磁共振成像系统磁场梯度延时的快速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振成像系统中的磁场梯度技术，具体涉及磁场梯度延时的测量方法。

背景技术

磁共振成像技术已经成为医学诊断中非常有用的手段。磁共振成像硬件系统主要包括以下几个部分：磁体子系统、磁场梯度（以下简称梯度）子系统、射频子系统、谱仪子系统、主计算机。其中，梯度子系统主要包括：梯度电流放大器、梯度线圈；射频子系统主要包括发射线圈和接收线圈；而谱仪子系统主要包括以下单元部件：脉冲序列发生器、梯度波形发生器、发射机和接收机等。

成像过程中，在脉冲序列发生器的控制下，发射机输出射频脉冲信号至射频发射线圈产生用以激发样品中氢原子核的射频场。在射频脉冲激发之后，样品中氢原子核将发出核磁共振信号，而这个核磁共振信号被置于样品附近的接收线圈所接收，并在接收机内被采集。在核磁共振信号数据采集过程中，梯度波形发生器产生成像所需的梯度波形信号，该信号经过梯度电流放大器放大之后，输出到梯度线圈，在成像空间区域内产生线性梯度磁场，从而实现核磁共振信号的空间编码。谱仪子系统中的梯度波形发生器、梯度子系统中的梯度电流放大器以及梯度线圈组成一个完整的梯度通道。一般而言，为了在成像过程中进行空间定位，需要三个相互独立和正交的梯度通道（x、y、z）。

为了提高电气性能，梯度波形发生器、梯度电流放大器的设计中一般都采用了滤波器。滤波器的使用不可避免地导致梯度通道的波形信号产生延时。也就是说实际梯度波形与理想梯度波形之间存在延时。因为梯度波形数据的触发是由脉冲序列发生器产生的，所以梯度波形的延时是相对其触发信号而言的。此外，梯度线圈的电感也将导致延时的产生；每个梯度通道的总延时称为该梯度通道的梯度延时。由于三个梯度线圈（x、y、z）的结构不同，因此通常情况下三个梯度通道的梯度延时不相等。另外，即使是相同型号，每台成像设备的梯度延时也存在一定差异。

对于非网格点扫描成像而言，梯度延时对图像质量的负面影响是非常显著的。因此要解决这一问题，准确测量梯度延时是非常关键的。

梯度延时可以用一个“捡拾线圈”来测量 [Inductive measurement of magnetic field gradients for magnetic resonance Imaging, V. Senaj, G. Guillot and L. Darrasse，Rev. Sci. Instrum., 1998, 69:2400-2405]。该方法采用一对线圈来捡拾成像区域的磁通量变化，再通过模拟积分电路得到梯度随时间变化的曲线。尽管这个方法的测量精度高、速度快，然而它需要附加一套特殊装置。

此外，梯度延时也可以利用核磁共振信号来测量，这样就不需要添加任何附加装置了。一种比较简单的方法是利用磁共振成像回波信号与采用窗的相对位置来计算梯度延时。但是，受到磁共振成像接收机的带宽（采样速率）等条件的限制，该方法仍不能满足梯度延时测量精度的要求。为了解决这个问题，可以将采集得到的K空间数据通过傅立叶变换至物体空间域（物体空间坐标可用r表示），再得到信号的相位F(r)。然后将梯度延时与信号相位F关联起来 [Centering the Projection Reconstruction Trajectory: Reducing Gradient Delay Errors, Dana C. Peters, J. Andrew Derbyshire, and Elliot R. McVeigh, Magnetic Resonance in Medicine, 2003, 50:1-6]，通过拟合得到梯度延时。为了消除该方法获得的梯度延时受偏共振和磁场非均匀性的影响，需要将梯度极性反向并进行第二次测量[Characterization and Correction of System Delays and Eddy Currents for MR Imaging with Ultrashort Echo-Time and Time-Varying Gradients, Ian C. Atkinson, Aiming Lu, and Keith R. Thulborn, Magnetic Resonance in Medicine, 2009, 62:532–537]。显然，这将导致测量时间的增加。另外，两次测量之间不可避免地存在时间间隔，因此仪器的不稳定性对该方法的测量精度会产生较大影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种磁共振成像系统磁场梯度延时的快速测量方法。