CN85109320A - 确定物体某一部位核磁共振分布的方法及仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提出的获取核磁共振图象的方法和装置使用了附加的测量和计算，用以大大减小由于人体的运动所产生的赝象。该附加测量包括对非调理共振信号或自旋回波信号进行取样。这种取样能够在每个测量周期之内完成，而不会消费大量的测量时间。非调理信号取样值用来导出一个量度物体尺寸的参考频谱。把该参考频谱与各个测量周期的频谱进行比较，使频谱标准化，以便使图象信号产生一个清晰的图象，即使这些图象信号是从许多测量周期内提取的，而这些测量周期又是在不同的运动状态下完成的。

Description

本发明是关于确定物体内部区域核磁共振分布的方法。该方法的基本步骤是：在有稳定均匀磁场存在的情况下;在许多连续测量周期内，利用高频电磁脉冲产生核自旋共振信号，这种共振信号在准备测量期间受到调理，而在随后的测量期间被取样，以便提供一组信号取样值，在经过变换之后，用以确定核磁共振分布的图象。

本发明也涉及用来确定物体内部核磁共振分布的装置，该装置包括：

a，产生稳定的均匀磁场的部件，

b，产生高频电磁辐射的部件，

c，产生有梯度的磁场的部件，

d，取样部件。该部件用以获取由a，和b，两段中详述的部件所产生的共振信号的信号取样值。

e，处理部件。该部件用以处理信号取样值，以便计算核磁共振的分布。

f，控制部件。该部件至少能用来控制在b，到e，各段中详述的部位，以产生、调理若干共振信号和对它们进行取样，并处理这些信号取样值。

这种方法与装置可以从德国专利申请DE-OS24.11.497.中查到。按照那里描述的方法，在每一个测量周期内，用一些信号取样值去填充一个两维（或三维）图象频率矩阵的一行。在整个矩阵被填满之后，一个核磁化强度的图象就能够用两维（或三维）富里叶变换提供出来。如果想要得到有一定分辨率的图象（例如：128×128象素），需要的测量时间长达好几分钟。当被测物体自己运动或被移动时，将会使图象产生缺陷或非锐聚焦。如果测量是在人类驱干上进行的，由于呼吸（或心脏）运动，图象的非锐聚焦是不可避免的。

在荷兰专利申请82.03519中给出了一种方法和装置，它虽然能够使总的测量时间减少到原来的二分之一或更短，但是，利用这种手段仍然不能避免前面提到的缺陷。

本发明的目的是提供一种装置和方法，它至少能够减小由于被测物体的运动而带来的缺陷。

为了做到这一点，本发明提出的方法具有如下特征：至少在若干个测量周期内，在相同梯度的磁场存在的情况下，产生一个非制约的核自旋共振信号，并对它进行取样，以得到若干参考信号样本。磁场梯度的方向与物体运动的方向一致。然后，在对取得的各信号样本进行变换期间，利用这些参考信号样本来减小物体运动带来的影响。

本发明提出的装置具有如下特征：它的处理部件包括：信号变换部件-它用来确定各参考信号取样值的频率谱;存储部件-用来存储上述诸频率谱中至少一个频率谱;比较部件-用来比较被确定的频率谱与存储在存储部件中的频率谱。上述比较部件能提供一些校正因子，以便对从各信号取样（它们与上述各频率谱相关）导出的值进行校正。

本发明的实施例将在下面用参考附图加以详细说明，在那里：

图1表示本发明所述方法的一个测量周期。

图2表示被测物体的两种运动状态。

图3a和图3b表示在两种运动状态下物体的频率谱。

图4表示物体两种运动状态的图象之间的坐标关系。

图5表示本发明所述装置中处理部件的实施方案。

图1给出了本发明所述方法的一个测量周期。利用一个90°高频脉冲P1，使物体中核自旋的磁矩在稳定的均匀磁场中围绕该磁场的方向进运，从而产生一个共振信号F1（FID信号）。在脉冲P1之后的准备时间tv内，利用180°高频脉冲P2产生的核自旋回波信号F2，用一个有梯度的磁场G1来调理（在X、Y或Z方向上），该磁场的强度在每个测量周期内是不同的。利用这种方法产生的回波信号F2在测量时间tm内被取样。测量时间tm紧跟在准备时间tv之后。在测量时间tm内加上一个恒定梯度为Gx的磁场G2。在tm期间取得的各信号取样被存储在存储部件当中。该存储部件是本发明所提出的装置的一部分，这个装置还要做进一步描述。在测量时间tm终止以后，第二个核自旋回波信号F2′由第二个180°高频脉冲P₂′产生。这第二个自旋回波信号，在180°脉冲P₂′之后，依靠加上一个有梯度的磁场G₂′而被带入非调理状态。梯度磁场G₂′的作用与对第一个180°脉冲P₂所施加的调理梯度磁场G1的作用相反。在附加测量时间t_m′内，在恒梯度磁场GR（在本例中，正如下面将要解释的那样，它是一个G_X梯度场）存在的情况下，从非调理回波信号F₂′提取一些参考信号取样值。

很明显，除了已描述的获取非调理信号取样值的方法之外，在梯度磁场G1被加上之前，信号F1也能够在准备时间tv内被取样。在一些连续测量周期内，使用不同的准备时间tv的值，也能达到调理的目的。

图2表示放在台子1上的物体3，它与已知装置中习惯上的放置方法是一样的（例如，在DE-OS 24.11.497和NL-A 82.03519专利中所描述的那样）。举例来说，当测量是在人类驱干上进行时，物体3将要运动，例如，由于呼吸而引起运动，基数3表示人体在呼气之后的运动状态，而基数3′表示人体在吸气之后的状态（用虚线表示）。众所周知，运动主要是在X方向发生的，如果各测量取样值是在一些连续测量周期内（在测量时间tm内）取得的，而且被简单地处理成图象，那么这样的图象就会由于上面谈到的运动而有缺陷或产生非锐聚焦现象。如果在Gx梯度磁场存在的情况下，对作调理核自旋回波信号进行取样，例如，在呼气运动状态下这样做，那么做一个变换（通常是做富里叶变换）就能产生图3a所示的频率谱。由于核自旋回波信号已经在Gx梯度场存在的情况下进行了测量，那么在对已经取得的参考信号取样做一维富里叶变换后就能得到一个一维的频率谱，上述谱率谱的带宽就是物体在X方向尺寸的量度。假定Gx梯度场的强度沿正X的方向增加，那么，频率谱的最低频率f₀将与人体3放置在台子1上的位置X＝X₀相关（参阅图2和图3a）。频率谱中的最高频率与人体3远离台子的那一面有关。显而易见，在人体3′的吸气状态中（图2），正如在图3a中表示的那样，频带将是比较宽的。为了在图3a和图3b中所示频带的高频端取合适的界限，把物体5，例如，一个装着水的容器，放在该人体3和3′上。物体5给出一个很强的共振信号。比较频带宽度，就可以揭示人体3运动着的外表面位移的范围。在外表面和与台子接触的表面之间各层的位移量可以由比较两个谱中（图3a和图3b）某些（能够辨认的）重要峰来确定，如图3a和图3b之间的箭头所指的峰。根据上述比较，在人体3′中（呼气状态）不同层的位置X′之间可以建立起一种相互关系（例如，用外推法）。图4表示了这种相互关系的一个例子。为了进行对照，图4也用虚线示出了直线X＝X′。频率谱内含有与人体3的运动相关的数据，该数据可以被应用到很多方面。根据某种方法，在每个测量周期内取得一些参考信号取样值，把这些取样值转换成频率谱。从这些频率谱可以推断：在该测量周期内得到的信号取样值是否与吸气状态或呼气运动状态相关（或者与第三个状态，即“中间状态”相关）。用已确定的这些频率谱为基础，可以把信号取样分成很多子群数，利用一种熟知的方法，可以从这些信号取样组得到一些子图象。把这些子图象之一指定为“标准”子图象，利用从与各小组相关的那些频率谱以及与“标准”子群数相关的那个频率谱导出的校正因子，把其他子图象拉长（从X到X′）或压缩（从X′到X）。拉长或压缩取决于是把吸气状态还是把呼气状态选为“标准”。这种拉长或压缩可以用很多方法来实现。例如：线性地穿过整个图象或者让图象的一半（在X方向）不动而使操作线性地穿过图象的另一半。或利用一条被确定的曲线（如图4所示）通过非线性畸变进行拉长或压缩。很明显，当由（机械）探测器探测的一个给定的运动状态（呼气或吸气）达到时，在仅仅几个测量周期内就能够交替地取得那些参考信号取样值。这是因为，在上述（两个）运动状态达到之后，状态能够在一定时间内保持稳定，因此，在这期间取得的所有信号取样值都与一个给定的，能够用校正因子校正的子群数相关。而这些校正因子只要测定一次就可以了。

图5表示本发明所述装置的处理部件。一个被解调的核自旋回波信号加到模-数转换器11上，该转换器把数字化的信号取样值加到输入门13上。模-数转换器11和输入门13都通过控制母线16接收从中心控制单元15发来的控制信号。在中心控制单元15（通过控制总线16）的控制之下，数字信号取样值从输入门13传送到存储器17。很明显，参考信号取样值也是经过同样路线的。存储在存储器17中的各参考信号取样值由中心控制单元15取出，以便加到计算单元21上。在该计算单元中，同一个测量周期内的各参考信号取样值都被进行一维富里叶变换。生成的频率谱被存储在存储器17的17′部分。这样确定的频率谱被比较和计算单元23所用，以便把存储在存储器17中的信号取样值分成一些子群数。这些子群数组成都与同样的运动相位有关。计算单元21对这些子群数进行两次（或三次）一维富里叶变换，以便对每个子群数都得到一个二维（或三维）子图象。至少把形成的第一个子图象放到存储器17中以作为最后整个图象的基础。由于子图象是按行形成或按列形成的，其他的图象的最后一维富里叶变换最好是在“X方向”形成，形成之后，比较和计算单元23利用储存在存储器17′部分的频率谱对所取值的行进行X坐标校正。这些值对X坐标有依赖关系。校正之后，被校正的行数值与被确定的第一个“标准”子图象相对应行的数值相加，该“标准”子图象相应行的数值是从存储器17取出的。这样得到的新值再一次被存储到存储器17的同样的存储单元中。一个图象完成之后，也就是说，在把第一个子图象和标准化后的一个子图象（一些子图象）结合起来之后，这个图象可以在显示装置25上显示出来。

需要注意，虽然在1图中表示的实施方案中使用了90°高频脉冲和180°高频脉冲，但是，也可以使用其他的脉冲（例如：小于90°高频脉冲）。同样可以清楚地看到，虽然在图1中表示了所谓自旋回波技术，但是，本发明提出的方法并不局限于自旋回波技术，它可以应用于核磁共振成象领域中众所周知的各种不同的测量方法。

Claims (10)

1、一种确定物体内部区域核磁共振分布的方法。该方法的基本做法是：在有稳定的均匀磁场存在的情况下，在许多连续测量周期内，利用高频电磁脉冲产生核自旋共振信号，该共振信号在准备期间被调理而在随后的测量期间被取样，以便提供一子群数信号取样值，经过变换之后，可从这子群数信号取样确定核磁共振分布的图象。该方法的特征在于：至少在若干个测量周期内，在有相同梯度的磁场存在的情况下，产生一个非调理的核自旋共振信号，并对它进行取样，以便得到若干参考信号取样。磁场梯度的方向与物体运动的方向一致。然后，在对取得的各信号取样进行变换期间，利用这些参考信号取样值减小物体运动带来的影响。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于在每个测量周期内部产生一个非调理的核自旋共振信号并对它进行取样。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于在一个测量周期内取得的一些参考信号取样被用来使相同测量周期的各信号取样值标准化，在标准化之后，一个核磁共振分布的图象就由从信号取样导出的被标准化的值确定。

4、根据权利要求1到3中任何一条权利要求的方法，其特征在于在提取信号取样时，加上一个测量梯度磁场，该磁场梯度的方向与提取参考信号取样时所加梯度磁场的梯度方向相同。

5、根据权利要求1到3中任何一条权利要求的方法，其特征在于在提取信号取样值时，加上一个测量梯度磁场，该磁场梯度的方向垂直地扩展到提取参考信号样本时所加梯度磁场的梯度方向。

6、根据权利要求2所描述的方法，其特征在于参考信号取样用来把所有测量周期的信号取样值分成至少两个测量周期的子群数，每个子群数都与给出的各个物体运动状态有关。然后，用每一个信号取样的子群数形成一个子图象，每个子图象都利用与该子图象相关的测量周期的参考信号取样值进行标准化。然后，把所有标准化后的这些子图象结合在一起，形成信号图象。

7、根据权利要求1到6中任何一个权利要求的方法，其特征在于在共振信号准备时期内，在激励之后和调理之前，提取参考信号取样  。

8、根据权利要求1到6中任何一个权利要求的方法，其特征在于：在对准备时间进行的调理进行补偿之后，从核自旋回波信号中提取参考信号取样值。该核自旋回波信号是由一个180°高频脉冲形成的。

9、根据权利要求1的方法，其特征在于当至少两个预先确定的、可以探测的物体运动状态中的一个达到时，在一个测量周期内提取一些参考信号取样值，然后，把各测量周期的信号取样值分成至少两个和预先确定的、可以探测的运动状态相关的子群数。这些信号取样值子群数被用来形成一些子图象，这些子图象利用参考信号取样值进行标准化，这些参考信号取样值是在与相应的运动状态相关的测量周期内取得的。然后，把这些子图象结合起来以形成信号图象。

10、确定物体内部区域核磁共振分布的装置，该装置包括：

a）产生稳定的均匀磁场的部件。

b）产生高频电磁辐射的部件。

c）产生有梯度的磁场的部件。

d）取样部件。该部件用以获取由a）和b）两段中详述的部件所产生的共振信号的信号取样值。

e）处理部件。该部件用以处理信号取样值，以便计算核磁共振的分布。

f）控制部件。该部件至少能用来控制在b）到e）各段中详述的部件，以产生、调理若干共振信号，对它们进行取样，并处理信号取样值。

该装置的特征在于处理部件包含：用来从参考信号取样值确定频率谱的信号交换部件，用来存储频率谱中至少一个频率谱的存储部件，以及用来比较这样形成的频率谱与存储在存储部件中的那个频率谱的比较部件。上述比较部件提供出校正因子，以校正从与上述频率谱相关的信号取样导出的值。

Images