[发明专利]磁体一阶匀场方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于核磁共振测量(NMR)和磁共振成像(MRI)系 统中主磁体的一阶有源匀场的新技术。

背景技术

磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)是在主磁场 对样品的极化、射频场对样品的激发和梯度场对成像位置精确定位的 基础上实现的。磁共振成像过程中测量的信号来自特定频率的频脉冲 和自旋核磁矩之间的共振，由于主磁场的不均匀性对自由衰减信号 (FID：Free Induction Decay)的共振峰宽度影响极大，而共振峰的 宽度又非常影响成像的质量，因此，所有MRI系统以及核磁共振频谱 当中都涉及主磁场的匀场问题。

匀场技术分为有源匀场(也称为主动匀场)和无源匀场(也称为 被动匀场)方法。无源匀场技术用顺磁性材料(例如钕铁硼材料等) 或者铁磁性材料等贴附在主磁体的一定部位，改善最初设计主磁体存 在的不均匀性，这种方法解决主磁场不均匀性的幅度最大，结果相对 稳定，但是不易经常调整和改变；而有源匀场用直流线圈产生的磁场 来弥补主磁场的不均匀性，通常在空间坐标互相正交的轴方向上，根 据电磁场理论设计线圈并确定其通过的电流大小，在磁场测量和成像 的空间(Field of View：FOV)内，对主磁场的不均匀性进行补偿，这 些线圈的电流都可以用逆向优化的方法自动设定。因此，有源匀场可 以方便地在系统中所用的脉冲序列运行前后或者同时进行，可以比较 方便地用于MRI系统或者核磁共振(NMR)系统。

以MRI为例，梯度功率源和梯度线圈是一套现成的、功率强大的 直流电流功率源和直流线圈。通常用梯度线圈内的直流电流部分(称 为直流偏置)实现匀场，这是有源匀场中最方便和最省钱的办法，只 有当梯度功率源和梯度线圈无法满足工作需要时，才设计独立的有源 线圈并设定每个线圈的电流值，完成主磁场的非均匀性的进一步补 偿。对其它NMR装置来说，因为对主磁场的均匀性要求更高，因此必 须独立设计一套线圈，每个线圈都提供单独的直流稳流源电流的情况 下，可以满足主动有源匀场的要求，形成更高均匀性的主磁场要求。 因此，有源的主动匀场，常常在测量或成像运行特定的脉冲序列之前， 对均匀性要求特别高的情况下，在特定的FOV范围内实施的匀场技 术。例如谱测量、谱成像以及各种需要主磁场非常均匀的各种应用场 合。

以匀场为目的，需要在由主磁体、射频发射脉冲线圈、匀场线圈 和/梯度线圈、射频接收线圈等构成的硬件系统中，在FOV范围内放 置供匀场扫描的匀场样品。这该系统中，主磁体产生主磁场，实现对 样品的极化，射频发射脉冲线圈产生的射频脉冲对样品进行激发，梯 度线圈产生包含散相和聚相梯度脉冲形成的梯度场，射频接收线圈接 收退激时形成的回波信号。特定频率的发射射频脉冲、一定幅值和脉 宽的梯度脉冲在时序上的排列构成上述匀场需要的脉冲序列，梯度线 圈和/匀场线圈中均可通入匀场直流电流用于匀场。

提供可以用于匀场的正交线圈和能够独立调节它们各自的电流 值的环境之后，快速地设定每个匀场线圈的直流电流值是匀场技术的 关键。常见的优化方法有最大信号法(signal maximization method)、 相位图法(phase mapping method)和化学位移法(chemical shift  imaging method)等，目前使用较多的是最大信号法和相位图法。

有源匀场中的最大信号法的优点是直观，容易实现，缺点是需要 优化迭代多次才能得到最佳匀场效果，耗时长，最终结果还往往不理 想。其它方法，例如相位图法、化学位移法等，耗时更长，往往不适 合永磁MRI系统。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种用于核磁共振测量(NMR) 和磁共振成像(MRI)系统中主磁体的一阶有源匀场的新方法，该方法 迭代次数少，因此计算速度快，而且适用于各种类型的主磁场的匀场， 因而具有普遍意义和价值。

本发明所采用的技术方案是：