專利名稱：校正圖像偽影的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在用脈沖序列運行的磁共振系統(tǒng)中避免圖像偽影的方法，該磁共振系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生場梯度的梯度線圈和用于產(chǎn)生激勵信號的高頻發(fā)送器，所述偽影由橫向于梯度場地取向且伴隨該梯度場產(chǎn)生的干擾場形成。
背景技術(shù)：
麥克斯韋方程確定，在產(chǎn)生梯度場時可以強制性地直接從這些麥克斯韋方程中導出橫向于該梯度場出現(xiàn)的干擾場，該干擾場通常也稱為麥克斯韋項。因此在產(chǎn)生成像x梯度時，在磁場的x分量中總是還出現(xiàn)橫向的z梯度。這些干擾場常常會產(chǎn)生圖像畸變和圖像偽影。
為了抑制麥克斯韋項的影響已提出了很多方法。例如應(yīng)在圖像中數(shù)學地消除通過干擾場額外產(chǎn)生的相位。但當自旋相位(Spinphase)本身為重要的測量值時，尤其是在k空間軌道的干擾下，該方法無法應(yīng)用。相敏序列的例子是快速自旋回波(TSE)序列和EPI(回波平面成像)序列。
在DE 19931210 A1中公開了另一種方法。其中提出借助激勵頻率的頻移和/或在相應(yīng)梯度線圈上的梯度偏移來補償由橫向磁干擾場引起的相位誤差。其中提出進行連續(xù)校正以使相位誤差保持為零。但在此要從一個特定的固定測量位置出發(fā)，從而使該方法不適用于多層測量，因為最后須用適當?shù)闹兄祵Ω髌屏窟M行計算，而這使得不可能有最佳校正。此外通過持續(xù)存在的梯度偏移會產(chǎn)生高電流消耗并使梯度線圈的最大效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，給出一種方法，使得可以對各層進行單獨的校正，并且可以有效地利用梯度線圈。
本發(fā)明的技術(shù)問題通過一種本文開始所述類型的方法解決，其具有以下方法步驟
-確定在激勵時刻和測量時刻之間的時間間隔內(nèi)在測量位置上產(chǎn)生的線性位置相關(guān)且空間恒定的干擾場的至少一部分；-從該線性位置相關(guān)且空間恒定的干擾場的時間變化中確定出在該時間間隔內(nèi)由該干擾場產(chǎn)生的第一和第二相位誤差；-對每個梯度線圈確定一個唯一的產(chǎn)生基本上相應(yīng)于第一相位誤差的負值的相位校正的校正場脈沖；-確定用于對第二相位誤差相位校正的恒定相移和/或頻移；-在該時間間隔內(nèi)的特定時刻由梯度線圈產(chǎn)生該校正場脈沖；-在激勵階段和測量階段都將該相移和/或頻移施加到該高頻發(fā)送器上。
本發(fā)明的方法基于這樣的認知，即干擾場在坐標系原點附近最小并且在坐標系原點完全消失。可以數(shù)學地通過坐標變換將待測量層中的一點，例如層的中點變換成坐標系的原點。但由于該點一般與梯度場基于其產(chǎn)生的磁共振系統(tǒng)的坐標系原點相對應(yīng)(同心)，通過磁場向新的坐標原點的變換會產(chǎn)生可從麥克斯韋方程導出的干擾場項。為了防止出現(xiàn)偽影，必須對該干擾場項進行補償，其中，由就位置相關(guān)性來說為常數(shù)或線性位置相關(guān)的項、即與基本磁場和梯度場處于同一階的項提供了干擾場絕對值的主要部分。
包括對高頻發(fā)送器和梯度線圈的控制的脈沖序列嚴格地按照流程圖運行。通過該流程圖可以了解在測量周期運行期間出現(xiàn)的場效應(yīng)，從而可以容易地確定在測量位置的干擾場，對于多層測量還可以與該時間段時間相關(guān)地為多個位置確定。干擾場還使被激勵的自旋的相位發(fā)生偏移，出現(xiàn)相位誤差。該相位誤差由在測量時刻之前的整個時間段上的對干擾場絕對值的時間積分來確定，并由兩個絕對值，即第一和第二相位誤差組成。為了校正該兩個由空間恒定的干擾場造成的相位誤差，僅需匹配高頻發(fā)送器在重要活動(發(fā)送、接收)期間使用的序列和相位。但由于梯度線圈可以產(chǎn)生線性位置相關(guān)場，因此只能通過這些線性位置相關(guān)場來補償由線性位置相關(guān)的干擾場項造成的第一相位誤差。在此本發(fā)明采取了與現(xiàn)有技術(shù)中不同的路線，其中補償逐點地進行，即連續(xù)進行。在本發(fā)明的方法中，實際上是對出現(xiàn)的相位誤差“記流水賬”，從而可以在測量階段前的一個任意時刻通過一個或多個校正場脈沖一次性地對這些相位誤差進行補償。由于在脈沖序列范圍內(nèi)產(chǎn)生的相位誤差總是正的，這基本上意味著，在該特定時刻的相位要通過校正場脈沖向回退一個值，即減小一個值，該值與在該時間間隔內(nèi)出現(xiàn)的第一相位誤差的總的絕對值相對應(yīng)。換言之，就是在該時間間隔內(nèi)的某一時刻對該相位進行過補償，使得對于其后將要出現(xiàn)的第一相位誤差最終根據(jù)總的第一相位誤差對相位的偏移進行補償。第二相位誤差則通過在激勵階段和測量階段將相移和/或頻移施加到高頻發(fā)送器上來校正。
由此一方面不再需要恒定的梯度偏移，另一方面該校正方法的優(yōu)點在于更加準確，因為在相應(yīng)測量位置以及相應(yīng)測量時刻上的補償是相協(xié)調(diào)一致的。
尤其具有優(yōu)點的是，可以使校正場脈沖與梯度線圈的脈沖序列相疊加，這意味著僅需匹配梯度線圈的脈沖序列。這例如可以通過降低或升高脈沖序列的梯度脈沖的振幅來實現(xiàn)。在一種特別優(yōu)選的實施方式中，用于自動修改脈沖序列、包括相移或頻移在內(nèi)的方法根據(jù)操作人員對脈沖序列的編程實現(xiàn)。一旦由此為磁共振系統(tǒng)提供了關(guān)于測量的所有數(shù)據(jù)，則不需操作人員的其它操作來確定高頻發(fā)送器上的移動以及梯度線圈上的校正場脈沖，并相應(yīng)地修改脈沖序列。然后將利用修改的脈沖序列來控制磁共振系統(tǒng)，從而防止由于干擾場而產(chǎn)生的偽影。
尤其優(yōu)選的是在多層測量中使用該方法。在此可以在多層測量中對每一層執(zhí)行該方法的方法步驟。這意味著對每一層都要確定測量的位置和時刻，并且對每一層計算在測量時刻的相位誤差。在此要注意的是，還應(yīng)考慮補償措施對其它層的影響。因此例如存在這樣的脈沖序列，其中首先激勵第一層，然后激勵第二層，測量第一層，然后測量第二層。在這種情況下，校正場脈沖和相移或頻移還對第二層產(chǎn)生影響，從而在第二層產(chǎn)生進一步的相位誤差。對于該相位誤差也可以確定它的兩個分量，并且為確定關(guān)于第二層的、在第二時刻的校正脈沖和相移或頻移而加以考慮。因此優(yōu)選直至測量時刻對每層確定其它在瞬時圖像拍攝周期內(nèi)產(chǎn)生的磁場、尤其是通過校正脈沖和相移或頻移關(guān)于其它層所產(chǎn)生的磁場，并從中確定出恒定的相移或頻移以及校正場脈沖。在此按照各層的測量時刻的順序來對各個層進行處理，從而可以在后續(xù)的測量中對先前的校正場一同加以關(guān)注。因此，通過本發(fā)明的“相位誤差登記”不必再采用中值來對相位誤差進行補償，而是可以具有優(yōu)點地對每層就其相位來說單獨進行校正。在本發(fā)明范圍內(nèi)甚至還可以考慮一同關(guān)注先前的測量周期在各層上的效應(yīng)。
可以數(shù)學地通過將坐標系的原點移動到層的中心位置來確定干擾場。為了確定重要的項，即空間恒定的干擾場和在空間上線性相關(guān)的干擾場，可以采用直至一定的階的泰勒展開。
所述特定的時刻例如可以是緊接在測量階段開始之前的時刻。


通過下面借助附圖對本發(fā)明實施例的描述將進一步給出本發(fā)明的其它優(yōu)點和細節(jié)。其中具體示出圖1示出了可應(yīng)用本發(fā)明方法的磁共振系統(tǒng)；圖2舉例示出在本發(fā)明的方法中測量序列的運行。
具體實施例方式
為了對本發(fā)明有更詳細的理解，首先應(yīng)對有助于理解本發(fā)明方法的物理背景進行簡述。本發(fā)明的方法的目的在于避免由于橫向于梯度場地取向且伴隨著該梯度場產(chǎn)生的干擾場而出現(xiàn)的圖像偽影。伴隨著在一個方向上產(chǎn)生梯度場還會在垂直于該方向的方向上產(chǎn)生梯度場的效應(yīng)是用于磁場的麥克斯韋方程的直接結(jié)果。因此在沒有運動負載的情況下下式成立rotB→=0⇒∂Bz∂x-∂Bx∂z=0---(1)]]>其中Bx為磁共振設(shè)備中磁場的x分量、Bz為磁場的z分量。因此，在產(chǎn)生x方向上的Bz梯度時總是還會產(chǎn)生z方向上的Bx梯度。由于該橫向干擾場是基于基本物理事實產(chǎn)生的，因此這些干擾場無法避免。磁場的絕對值|B→|=B]]>，從其關(guān)于時間的積分中給出被激勵的核自旋的相位，該絕對值由各方向分量Bx、By、Bz的平方根確定。磁場強度的泰勒展開為B=B0+x→·G→+x→T·H·x→+O(|x→|3)]]>=B0+xGx+yGy+zGz+x2Hxx+y2Hyy+z2Hzz+xzHxz+yzHyz+...---(2)]]>在該方程中，在位置坐標中的二階的項由矩陣H來描述，它們是造成上述橫向干擾場的原因。它們的變化是拋物線形的，這意味著接近坐標原點的干擾場非常小，但隨著距離的增加而快速增長，并且比實際梯度場(一階項)的變化更大。
如果現(xiàn)在觀察一個通過坐標x0，y0，z0描述的遠離坐標原點的位置，那么可以將坐標系原點數(shù)學地移動到該位置，從而使該在遠離位置的二階項可忽略地小。但通過這種移動出現(xiàn)了描述干擾場的、其它恒定或線性位置相關(guān)的項。現(xiàn)在對于這些項以圓柱形梯度線圈為例詳細描述。在此矩陣H的項為
Hxx=Gz28B0]]>Hyx=0]]>Hzx=0]]>Hxy=0]]>Hyy=Gz28B0]]>Hzy=0---(3)]]>Hxz=-GxGz2B0]]>Hyz=-GyGz2B0]]>Hzz=Gx2+Gy22B0]]>現(xiàn)在比較在原點(其在絕大多數(shù)情況下為磁鐵的等角點)和在測量位置x0，y0，z0的泰勒展開的差，從而對于干擾場的絕對值得到ΔB=-x0Gx-y0Gy-z0Gz+x02Hxx+y02Hyy+z02Hzz+x0z0Hxz+y0z0Hyz-x(2x0Hxx+z0Hxz)-y(2y0Hyy+z0Hyz)-z(2z0Hzz+x0Hxz+y0Hyz)+...---(4)]]>其中，如已所述，在此只需觀察直至第一階的項。由此得到一個常數(shù)項ΔB0=-x0Gx-y0Gy-z0Gz+x02Hxx+y02Hyy+z02Hzz+x0z0Hxz+y0z0Hyz---(5)]]>并且對于每個位置方向分別歸納為一個線性梯度場類型的項ΔG＝-x(2x0Hxx+z0Hxz)-y(2y0Hyy+z0Hyz)-z(2z0Hzz+x0Hxz+y0Hyz)。
(6)這些項反映了其效應(yīng)應(yīng)該通過本發(fā)明的方法進行補償?shù)母蓴_場?，F(xiàn)在從干擾場的絕對值來確定相位誤差，即第一相位誤差(涉及線性位置相關(guān)項)和第二相位誤差(涉及空間恒定項)。作為關(guān)于磁場絕對值的時間積分的相位誤差由下式給出1＝∫ΔGdt(7)和2＝∫ΔB0dt。 (8)圖1示出用于實施本發(fā)明的磁共振系統(tǒng)1的基本結(jié)構(gòu)以及其中組件的相互作用?；敬艌龃盆F2構(gòu)成為具有活躍的散射場屏蔽3的軸向超導空氣線圈磁鐵，產(chǎn)生時間上恒定且均勻的磁場B0，用于極化檢查對象(在此為患者4)中的原子核?；敬艌鯞0軸向?qū)蚀盆F并定義直角坐標系5的z坐標方向。
在磁鐵孔中設(shè)置有圓柱形梯度線圈系統(tǒng)6。該梯度線圈系統(tǒng)6包括三個梯度線圈，它們分別與輸入電流成正比地產(chǎn)生在空間上相互垂直的梯度場。這些梯度場分別用于某種用途(層選擇、編碼、讀出)。高頻天線7位于梯度線圈系統(tǒng)6中。高頻天線7的任務(wù)是在激勵階段將由高頻發(fā)送器8發(fā)出的高頻脈沖轉(zhuǎn)換成磁交變場以激勵原子核，然后在測量階段接收由進動的核矩發(fā)出的交變場并將其輸入處理裝置9。附圖標記10表示患者臥榻。對磁共振系統(tǒng)1的控制和操作通過與計算單元13連接的鍵盤11和顯示器12實現(xiàn)。在此可以輸入如開始拍攝的具體操作命令，還可以確定脈沖序列。這些命令將被傳送給脈沖序列控制器14。脈沖序列控制器14就對相位誤差的補償來修改脈沖序列。通過脈沖序列控制器14除其它外對用于高頻發(fā)送器8的高頻發(fā)生器15和梯度脈沖形狀發(fā)生器16進行控制。由梯度脈沖形狀發(fā)生器16可以通過梯度放大器17來控制梯度線圈6。
本發(fā)明的方法在磁共振系統(tǒng)1中如下實施。首先通過計算單元13的操作元件11和12對脈沖序列進行編程或選擇一個脈沖序列。將該脈沖序列傳遞給脈沖序列控制器14。脈沖序列控制器14由此確切地知道在哪一時刻施加哪一梯度，這意味著公式(5)和(6)的場絕對值以及其時間相關(guān)性是已知的。脈沖序列控制器14由此根據(jù)公式(7)和(8)確定出第一和第二相位誤差1和2。為了補償由于空間恒定的干擾場分量產(chǎn)生的第二相位誤差2，確定頻移Δω。在激勵階段和測量階段期間利用移動Δω的頻率值來控制高頻發(fā)生器15。由此對第二相位誤差進行補償。為了對第二相位誤差2進行補償，脈沖序列控制器14最多對每個梯度線圈確定一個唯一的校正場脈沖。在特殊情況下當然還可以要求對僅僅一個唯一的梯度線圈確定一個唯一的校正場脈沖。然后將該一個或多個附加的脈沖分別與用于梯度線圈6的相應(yīng)脈沖序列相疊加，并將修改后的脈沖序列傳遞給梯度脈沖形狀發(fā)生器16，梯度脈沖形狀發(fā)生器16相應(yīng)地控制梯度線圈6。
圖2中詳細示出了對用于梯度線圈的脈沖序列的修改以及相位誤差的效應(yīng)。時間軸t分別向右延伸。最上方的圖示出在激勵階段19由高頻天線發(fā)出的激勵脈沖18。其在激勵時刻20達到其最大振幅。在測量階段21對測量信號22進行測量。測量時刻23位于測量階段21中。在激勵時刻20和測量時刻23之間的時間間隔24內(nèi)，在脈沖序列的范圍內(nèi)在梯度線圈上給出不同的梯度脈沖Gx、Gy、Gz。圖2中的斜線陰影部分示出了由脈沖序列的編程者規(guī)定的梯度脈沖。這些梯度脈沖產(chǎn)生造成相位誤差的干擾場。由于線性位置相關(guān)的干擾場而產(chǎn)生的第一相位誤差1的時間變化被示于圖2的最下部。最初在激勵時刻20沒有相位誤差。通過激活的層選擇梯度Gx就已經(jīng)在測量階段19內(nèi)產(chǎn)生了相位誤差(參見階段25)。然后相位編碼梯度Gy也被激活，從而相位誤差急劇增長(參見階段26)。在其中沒有梯度線圈被激活地接通的時間內(nèi)，例如在階段27中，相位誤差也不增長。在階段28，相位誤差又出現(xiàn)更強的增長，因為除了層選擇梯度Gx外，還激活了讀出梯度Gz。這兩個梯度在測量階段21中仍然保持活躍，從而相位誤差1在階段29繼續(xù)增長，并在測量時刻23達到特定值1，max。在此應(yīng)注意，相位誤差1只能增長，因為矩陣H的對角線元素大于0。
現(xiàn)在，脈沖序列控制器為每個梯度線圈確定一個校正場脈沖，其產(chǎn)生恰好相當于第一相位誤差1，max的負值的相位校正。圖2用點狀陰影示出了這些校正場脈沖。這些校正場脈沖將與斜線所示的編程的脈沖序列相疊加。對此將以層選擇梯度Gx為例詳細描述。圖Gx(P)示出x梯度線圈的活動，如其在脈沖序列中被編程的那樣?，F(xiàn)在脈沖序列控制器確定在該圖中被示為ΔGx的校正場脈沖。該校正場脈沖在時間間隔24中的特定時刻30與編程的序列Gx(P)相疊加，從而作為最終序列Gx產(chǎn)生如圖所示的修改的脈沖序列。由于對于相位編碼梯度Gy在特定時刻30沒有脈沖，因此在此校正場脈沖只是簡單地被引入。在此對于讀出梯度Gz也設(shè)置了與編程的脈沖相疊加的校正場脈沖。因此在時刻30如箭頭31示意性示出的，最終相位1被降低了1，max。在此如點32清楚示出的，朝負方向過補償。但該過補償是需要的，以利用該過補償根據(jù)后續(xù)脈沖在測量時刻23進行補償。
當然，對脈沖序列修改的實現(xiàn)除了對頻率和/或相位的修改外，是在激勵階段19和測量階段21中通過特定的相移和/或頻移實現(xiàn)的。
盡管在此僅對該方法就對單層的測量進行了圖解，但其尤其優(yōu)選用于多層測量。但在此要注意的是，有可能在對其它層的較早的測量中采用的相位補償措施還會對其它各層產(chǎn)生影響。但由于這種影響也是由脈沖序列控制器本身產(chǎn)生的，因此這種影響是確切已知的，并且會在確定校正場脈沖和相移或頻移時加以考慮。換言之，這意味著，對于每個位置，即對于每個層，對相位誤差的補償是在考慮先前已為其它層確定和實施的校正場脈沖以及相移或頻移的情況下進行的。
權(quán)利要求
1.一種用于在用脈沖序列運行的磁共振系統(tǒng)中校正圖像偽影的方法，該系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生場梯度的梯度線圈和用于產(chǎn)生激勵信號的高頻發(fā)送器，所述偽影由橫向于梯度場地取向且伴隨該梯度場產(chǎn)生的干擾場形成，其特征在于，-確定在激勵時刻和測量時刻之間的時間間隔內(nèi)在測量位置上產(chǎn)生的線性位置相關(guān)且空間恒定的干擾場的至少一部分；-從該線性位置相關(guān)且空間恒定的干擾場的時間變化中確定出在該時間間隔內(nèi)通過該干擾場產(chǎn)生的第一和第二相位誤差；-對每個梯度脈沖確定一個唯一的、產(chǎn)生基本上相應(yīng)于第一相位誤差的負值的相位校正的校正場脈沖；-確定用于對第二相位誤差進行相位校正的恒定相移和/或頻移；-在該時間間隔內(nèi)的特定時刻由梯度線圈產(chǎn)生該校正場脈沖；-在激勵階段和測量階段將該相移和/或頻移施加到該高頻發(fā)送器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述校正場脈沖與梯度線圈的脈沖序列相疊加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在多層測量范圍內(nèi)對每層實施該方法的方法步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，直至測量時刻對每層確定其它在瞬時圖像拍攝周期內(nèi)產(chǎn)生的磁場、尤其是通過校正脈沖和相移或頻移關(guān)于其它層所產(chǎn)生的磁場，并從中確定出恒定的相移或頻移以及校正場脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，通過將坐標系的原點移動到層中心位置來確定所述干擾場。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過泰勒展開來確定所述干擾場。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述特定時刻是緊接在測量階段開始之前的時刻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在用脈沖序列運行的磁共振系統(tǒng)中校正圖像偽影的方法。其中，確定在激勵時刻和測量時刻之間的時間間隔內(nèi)在測量位置上產(chǎn)生的線性位置相關(guān)且空間恒定的干擾場的至少一部分；從該線性位置相關(guān)且空間恒定的干擾場的時間變化中確定出在該時間間隔內(nèi)由該干擾場產(chǎn)生的第一和第二相位誤差；對每個梯度線圈最多確定一個唯一的產(chǎn)生恰好相應(yīng)于第一相位誤差的負值的相位校正的校正場脈沖；確定用于對第二相位誤差進行相位校正的恒定相移和/或頻移；在該時間間隔內(nèi)的特定時刻由梯度線圈產(chǎn)生該校正場脈沖；在激勵階段和測量階段都將該相移和/或頻移施加到該高頻發(fā)送器上。
文檔編號G01R33/565GK101017197SQ200710005228
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者奧利弗·海德 申請人:西門子公司