[发明专利]减小快速自旋回波MR图像中麦克斯韦项后生物的方法

说明书

本申请是于1997年4月10日申请的题为“Method For ReducingMaxwell Term Artifacts in fast Spin Echo MR Images”、编号为08/831,684的美国专利申请文件的继续申请。

本发明的领域是核磁共振成像方法和系统。更具体地说，本发明涉及校正由MRI系统中成像梯度所产生的“麦克斯韦项”引起的图像后生物。

当一种物质例如人体组织受到一均匀磁场(极化磁场B₀)的作用时，该组织中的各个自旋磁矩试图与该极化磁场的方向保持一致。它们还以其特征拉莫尔频率绕该磁场进动。若该物质或组织受到x-y平面中接近该拉莫尔频率的磁场(激励磁场B₁)的作用，则净定向磁矩M₂可能旋进或“插入”到x-y平面中，而产生一净横向磁矩M_e。由受激自旋产生一信号，在激励磁场B₁停止作用之后，可接收和处理该信号以形成一幅图像。

当利用这些信号产生图像时，应用了磁场梯度(G_x、G_y、G_z)。通常，以一测量周期序列扫描待成像区，在这些测量周期中这些梯度按照所采用的特定定位法变化。对由此得到的一组收到的NMR信号进行数字化和处理，以便利用许多公知重建法中的一种重建图像。

用来快速产生图像的一种方法是快速采集弛豫增强(RARE)序列，该方法由J.Hennig等人在Magnetic Resonance in Medicine 3，823-833(1986)中题为“RARE Imaging：A Fast Imaging Method for ClinicalMR.”的文章中进行了描述。该RARE序列及其称作快速自旋回波(“FSE”)序列的变形序列采用了一种Carr-Purcell-Meiboom-Gill RF脉冲序列，从而从单一激励信号产生出多个自旋回波信号，其中对每个获得的回波信号各自进行相位编码。因此每个脉冲序列或“每次发射”导致捕获多个视图。在原始RARE序列中，视图数可达128之多。这样，可以单脉冲得到图像重建的充足数据。但是，如R.V.Mulkern等人于MagneticResonance Imaging Vol.8，PP.557-566，1990中所述，在大多数临床应用中，通常用多个脉冲获取一完整的数据组。

众所周知，线性磁场梯度(G_x、G_y和G_z)中的缺陷在重建图像中产生后生物。例如，一个众所周知的问题是，由梯度脉冲所产生的涡流会使磁场发生畸变并产生图像后生物。补偿这种涡流误差的方法也已为公共所知，例如公开于美国专利US-4698591；4950994和5226418中。

另外众所周知的是，在整个成像体积内，梯度可能并不完全一致，这可引起图像失真。补偿这种非一致性的方法众所周知，例如在美国专利US-4591789中有述。

除了未补偿的涡流误差和未被校正的梯度非一致性误差之外，可假定磁场梯度(G_x、G_y和G_z)产生正如所设计那样的线性磁场，由此对NMR数据进行准确的空间编码。利用这些梯度，按照惯例将位置(x，y，z)处的整个磁场定为B₀+G_xx+G_yy+G_zz，通常将该磁场的方向取作沿Z轴方向。但是，这样描述并不完全正确。只要施加一线性磁场梯度，整个磁场就偏离Z轴，且其幅值表现为高阶空间依赖性(x²，y²，z²，x²z，…)。这些现象是麦克斯韦方程的直接后果，麦克斯韦方程要求整个磁场满足以下两个条件：和。称作“麦克斯韦项”(或麦克斯韦场)的高阶磁场表示一基本的物理效应，而与涡流或硬件设计和制造中的机械误差无关。尽管麦克斯韦项为人所知已达至少十年，可是由于它们在传统成像条件下的微小后果，所以很大程度上早已忽略了它们对成像的影响。