[发明专利]一种基于扩散效应的磁共振系统梯度场测量方法

说明书

本发明公开一种基于扩散效应的磁共振系统梯度场测量方法，由非均匀场磁体，核磁共振谱仪，射频功放、射频线圈和已知ADC系数、T2驰豫时间常数的标准定量水模等组成。通过具有不同扩散敏感梯度持续时间或者是具有不同回波间隔的磁共振序列采集多组信号，从多组信号中拟合出梯度场大小。该方法不需要额外的专用磁场检测设备，测量时间短，便于集成到磁共振系统中，使得在装机现场完成梯度场测量非常便捷，提升装机和服务效率。

技术领域

本发明涉及核磁共振技术领域，尤其涉及一种基于扩散效应的磁共振系统梯度场测量方法。

背景技术

核磁共振技术是利用氢质子的核磁共振现象进行成像或者检测物质成分和结构的一种技术。人体内包含单数质子的原子核，例如氢原子核，其质子具有自旋运动。带电原子核的自旋运动，在物理上类似于单独的小磁体，在没有外部条件影响下这些小磁体的方向性分布是随机的。当人体置于外部磁场中时，这些小磁体将按照外部磁场的磁力线重新排列。这时，用特定频率的射频脉冲激发原子核，使这些原子核的自旋(小磁铁)发生偏转，产生共振，这就是核磁共振现象。停止发射射频脉冲后，被激发的原子核(共振的小磁体)会逐渐恢复到激发前的状态，在恢复的过程中会释放电磁波信号，通过专用设备接收并处理核磁共振信号后即获得磁共振图形或者物质的成分和结构信息。

磁体是核磁共振系统中最核心的部件之一。传统的核磁共振系统磁体都要求高度均匀的磁场，因此磁体的设计、生产、维护以及成本都非常高。近年来，出现了非均匀场核磁共振系统，其磁体的均匀度很低，例如采用单边永磁体。这种核磁共振系统的磁体非常小巧，设计和生产简便，成本很低。这类核磁共振系统可以用于油品检测、食品检测、地质勘探甚至医学检测中，具有广泛的应用前景。

图1所示为一种用于核磁共振系统的单边磁体磁场分布示意图。如图所示，在磁体的下侧，B0场变换较为缓慢，离磁体较近的一个区域为预期的ROI区域。在ROI区域内，磁场较为均匀。在ROI以外以及磁体的上侧，B0场快速衰减。

在核磁共振应用中，梯度场的精确数值是非常重要的一个必须参数，因此需要预先测量梯度场。而在单边磁体核磁共振系统中，精确的测量激发区域的梯度场是一个很困难的工作。这是因为单边磁体核磁共振系统具有如下特点：1.梯度场非常大；2.几乎各个位置的梯度场都不相同；3.实际激发区域为非规则的复杂几何形状，与理想ROI区域差距较大。图2为单边磁体构成的核磁共振系统的激发区域示意图。

现有技术主要通过磁场测量设备(如高斯计)，测量出磁场在空间的分布图，然后计算出梯度场分布，最后根据整个ROI区域内的测量值计算出一个大致的梯度场等效值。现有技术测量非常耗时，需几个小时以上，而且极不准确。

物质中的分子都存在一定程度的扩散运动，其方向是随机的，称为分子的热运动或布朗运动。磁共振信号被激发后，水分子在梯度磁场方向上的扩散运动将造成磁共振信号的衰减，如果水分子在梯度磁场方向上扩散越自由，则在梯度磁场施加期间扩散距离越大，经历的磁场变化也越大，组织信号衰减越明显。因此，可以通过核磁共振技术测量物体中水分子的扩散运动程度，测量出的物理量叫做表观扩散系数(Apparent DiffusionCoefficient，ADC)。表观扩散系数是物质的一个固有属性，反应了物质在特定温度下的扩散运动程度。

在特定温度下，磁共振信号的强度与ADC系数、扩散梯度场强度和扩散梯度场作用时间有关。具体的说，磁共振信号的对数与ADC系数成正比，与梯度场平方成正比，与扩散敏感梯度持续时间的平方成正比，如公式(1)所示，其中D为ADC系数，G为梯度场，T为扩散敏感梯度持续时间。

lnS∝DG²T² (1)

因此，如果已知被测物质的ADC系数，通过一组具有不同扩散敏感梯度持续时间的磁共振序列采集信号，则可以反推出梯度场的大小。

发明内容