图象膺象减少的体积光谱法

摘要

在等于或大于切片选择尺寸的额定分解力下应用相位编码,由此减少切片选择性体积磁共振光谱法中的磁化率膺象。在这种方法的一个最佳实施例中,相位编码是沿第一和最后射频切片选择轴线应用的。有关体积完全包含在二维相编码确定的单象素内。有关体积未抑制的水基准信号受这些膺象的影响不大,因而无需相位编码即可以收集。

说明书

本发明总的说来涉及磁共振光谱法，更具体地说，本发明涉及一次扫描即可得出体积定域光谱的体积光谱法。

体积定域磁共振光谱法已成为特别是用以探测会导致人脑中扩散性化学变化的异常现象有用的常规临床工具。大家知道，有好几种方法可以直接激励有关体积中的自旋和进行三维选择，这包括应用受激回波和应用卡尔-柏赛尔(Carr-Purell)回波。这些方法都能在一次扫描中得出局部光谱。举例说，逐点分辨光谱法[point resovled spectroscory(PRESS)，参看美国专利4,480,228]采用了三个脉冲串，各脉冲的频率可加以选择。

这些方法仍然存在的最艰巨的一个难题是大磁化率梯度必然出现在脑的许多部位且能出现在集中于某些病理学上所关心的部位的有害作用，这些梯度会使自动化失灵，或会产生膺象，从而使数据报废。这些膺象既出现在PRESS也出现在受激回波数据采集中。举例说，在PRESS中，沿第一切片选择轴线(P1)或第三切片选择轴线(P3)的磁化率梯度产生膺象的可能性比沿第二切片选择脉冲轴线(P2)的同一个磁化率梯度的大，因此梯度的次序可用来解决沿单一轴线上的磁化率梯度的问题。遗憾的是，磁化率梯度总不会将自身限定在一个轴线上，因而需有一种更通用的解决这个问题的方法。

本发明利用等于或大于单体素分解力的相位编码分解磁化率膺象，从而消除这些单体素光谱的任何磁化率膺象。

本发明的最佳实施例采用沿P1和P3切片选择轴线进行相位编码的方法达到减少膺象的目的。简单说来，将待成象的物体放入静磁场中，再在切片选择梯度沿各三主轴线的情况下令三射频脉冲组成的脉冲串通过该物体，各射频脉冲激励垂直于所使用梯度轴线的平面。三个射频脉冲共同激励来自有关体积与各受激平面相交的回波。重要的一点是，加上相位编码梯度为的是分解和消除来自有关体积外的任何磁化率膺象。通常，P2切片选择轴线是没有膺象的，因而不需要进行相位编码来使产生的光谱正常。此外，还加上一系列起破坏作用的梯度使各信号在有关体积外相移，并使整个受激体积的水分子自旋相移。接着，从与各受激平面相交的体积检测出定域光谱信号。

此外，通过选取与体积有关的光谱图象的分解力，可以使光谱法图象格栅自动移动，将规定的单体素完全收集到单个象素中。这样做解决了光谱效应作用问题和随之而来的对定域的影响，这是一般光谱法成象在分解力小于受激体积时周知的限制作用的特点。不然也可以使格栅的小移动在数据后处理的过程中起消除某些部分体积效应和化学移动膺象的作用。

参看附图阅读下面的详细说明和所附权利要求书可以更清楚了解本发明及其目的和特点。

图1A～1D示出了一般MRI(磁共振成象)设备的系统布置图和其中产生的磁场。

图2是MRI和光谱分析设备的功能方框图。

图3是示出了采用本发明的体积光谱法时的射频脉冲、梯度和回波信号。

图4示出了有正常光谱和膺象的梯度切片选择次序。

图5和图6示出了本发明磁化率膺象的分解过程。

现在参看附图，图1A是MRI系统中线圈装置的部分剖视透视图，图1B～1D示出了图1A的装置能产生的磁场梯度。这种装置在Hinshaw和Lent 1983年3月第71卷第3期的《电气与电子工程师协会会刊》第338～350页上发表的题为“核磁共振成象入门：从布洛赫方程到成象方程“的文章中有介绍。简单说来，由线圈对10组成的磁体产生均匀的静磁场B₀。由可绕制在圆筒12上的复式梯度线圈组产生梯度场G(X)。由射频线圈14产生射频场B1。待研究的样品沿射频线圈14内的Z轴线配置。

图1B中，可以看到X梯度场垂直于静磁场B₀，且随沿X轴线的距离线性变化，但不随沿Y或Z轴线的距离变化。图1C和1D分别与Y梯度和Z梯度的示意图类似。

图2是NMR(核磁共振)设备的功能方框图。计算机20按一定的程序控制MRI设备的操作和从该设备检测出的流程FID信号。梯度场由梯度放大器22激励，产生拉莫尔频率B1场的射频线圈则由发信机24和射频线圈26控制。激励所选取的核子之后，用射频线圈26检测传送给收信机28再通过数字化装置30传送给处理计算机20的FID信号。

图3是采用单步操作选择体积的射频脉冲、梯度和回波信号的大致示意图。射频脉冲P1、P2、P3的频率可加以选择，三个脉冲加到有关体积上，在P1与P2之间延迟τ1，在P2与P3之间延迟τ2。三个射频脉冲与切片选择梯度同时加上去。梯度(G1，G2，G3和G4)计算得使其破坏各射频脉冲的自由感应衰减响应(F1，F2，F3)，破坏与SE-L1，2、SE-L2，2、SE-L1，3其中两个切片选择平面相交而产生的回波，最后破坏STE-Vol或SE-Vol其中一个体积回波。相反，梯度积分则计算得以便完全使体积回波再恢复其相位(例如，SE-Vol)。

上面说过，体积完域磁共振光谱法已成为特别是用以探测会导致人脑中扩散性化学变化的异常现象有用的常规临床工具。PRESS和受激回波数据采集是两种目前周知的用图1和图2的设备实施体积定域磁共振光谱法的技术。但无论是PRESS或是受激励回波数据采集都会出现光谱膺象。两种方法中所要求的信号都是在所有三个正交射频/选择平面的汇合点产生的“体积”回波。三个射频脉冲(P1，P2和P3)用以产生三个体积回波。三对射频脉冲(即P1-P2，P2-P3，和P1-P3)也分别产生回波，分别用SE-L1，2、SE-L2，3和SE-L1，3标出。通常，得出的自旋的三个正交行(或列)中信号的无用部分是用大的压扁梯度串加以破坏的。遗憾的是，强磁化率梯度的出现(或甚至均匀性在有关体积外迅速下降)会产生大得不能只通过破坏加以消除的无用膺象信号。

最坏的情况是当其中一个自旋列中的水信号在水抑制阻带外移入所要求的化学移动通带时。这个无用的信号在大小方面可能比有关信号大三级，因而很难完全加以破坏。然而，梯度次序可以解决问题，因为众所周知，SE-L1，3比SE-L1，2可以更有效地加以破坏，而且也比SE-L2，3可以更有效地加以破坏。因此，若强磁化率或均匀性梯度举例说沿Y轴线出现，则最好采用XYZ或ZYX的梯度次序。这个切片选择梯度迫使沿有问题的Y轴线(通过选取X和Z切片产生)的自旋列成为可最大有效加以压扁的SE-L1，3回波。然而，磁化率梯度并不总是将自己限定在单一轴线上的。

图4A～4F表示出了体积光谱因在检查沿Y轴线的磁化率梯度而出现膺象的情况。沿第一切片选择轴线(P1)或第三切片选择轴线(P3)的磁化率梯度会产生如图4C～4F所示的膺象。但沿第二切片选择轴线(P2)的同一个磁化率梯度应该没有这些膺象，因而产生正常的光谱，如图4A和图4B所示。因此梯度次序可用以解决沿单轴线有磁化率梯度的问题，但梯度沿两个或多个轴线时解决不了问题。

按照本发明，在P1和P3切片轴线上分解单体素采用相应位编码可以分解和消除单体素光谱引起的磁化率膺象。单体素光谱一维相位编码数据采集的这种分解过程如图5所示，与二维相位编码单体素光谱相应的分解过程如图6所示。现有技术的正常单体素数据采集有残余的膺象，而采用相位编码的数据采集能减少或消除残余膺象。相位编码作为空间定域的主要方法是本技术领域所周知的。参看例如Diehl等人写的《核磁共振的基本原理和进展》一书<Springer出版社1992年版>，特别是Decorps和Bourgeis写的关于相位编码技术的部分。在一般的成象和光谱法中，相位编码是用来分解体积或进一步分解自旋的切片(或厚切片)的。在本发明中，切片选择用以确定有关体积。相位编码只用来从体积中消除磁化率膺象。

本发明完全可以用在Webb等人写的“自动单体素质子MRS：技术进殿及其在多种场合的验证”(《医学上的磁共振》31：365-377(1994)，第365～373页)，一书中所述的PROBE(质子脑部检查)。此外，在使用自动PROBE技术时，SI栅格能自动移动获取规定的单体素。水基准数据可加以收集，并按Webb等人的上述应用。未经抑制的水信号比任何从体积产生的磁化率膺象大，因而无需用相位编码收集。

实践证明，确定有关体积时有选择地将自位编码与射频脉冲配合使用的体积磁共振光谱法可以有效地减少图象数据中的磁化率膺象。上面已就一些具体的实施例说明本发明，但上述说明仅仅是对本发明的举例说明而已。不应视为对本发明的限制。在不脱离本发明在所附权利要求书中所述的精神实质和范围的前提下，本技术领域的行家们是可以对上述实施例进行种种修改和加以应用的。