[发明专利]减少快速自旋回波磁共振图象中麦克斯韦项假象的方法

说明书

本发明涉及核磁共振成象方法和装置。更具体地说，本发明涉及对于由磁共振成象系统成象梯度产生的“麦克斯韦项”所引起的图象假象的校正。

当一种物质例如人体组织处于一个均匀磁场(极化场B₀)中时，该组织中的各个自旋磁矩倾向于沿该极化场的方向排列。它们还以其特征拉莫频率围绕该磁场方向进动。如果这种物质，或组织受到位于x-y平面中并且其频率接近所说的拉莫频率的一个磁场(激励场B₁)的作用，则净排列磁矩，M_z，会旋转，或“倾倒”在x-y平面中，产生一个净横向磁矩M_t。该受激自旋产生一个信号，在该激励场B₁取消后，可以接收并处理这个信号以形成一帧图象。

在利用这些信号构成图象时，应用了磁场梯度(G_x，G_y和G_z)。通常按照一个测量周期序列对成象区域进行扫描，在每个测量周期中这些梯度根据所采用的具体的定位方法变化。将所接收的一组NMR信号值数字化并进行处理，以便利用任何一种众所周知的重构技术重构该图象。

一种迅速构成图象的方法是快速采集增强迟豫(RARE)序列，该方法在J.Hennig等人所著“医学磁共振”第3823-3833页题为“RARE成象：一种临床磁共振快速成象方法”的一章中给予了介绍。这种RARE扫描方法，以及它的一种被称为“快速自旋回波(“FSE”)序列的变异方法，利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill射频脉冲序列，从一个激励信号产生多个自旋回波信号，其中所接收的每个回波信号都是单独进行相位编码的。所以，每个脉冲序列，或者说每次“拍摄”都得到一组视图。在原来的RARE扫描方法中，视图数目可以多达128。因此，一次拍摄可以获得足够的图象重构数据。但是，在大多数临床应用中，通常需要进行多次拍摄以获取一组完整的数据，如R.V.Mulkern等人在《磁共振成象》(8卷，第557-566页，1990)中所述。

众所周知线性磁场梯度(G_x，G_y和G_z)的非理想性会在重构的图象中产生假象。这是一个人们熟知的问题，例如，由梯度脉冲产生的涡流会使磁场紊乱，并且产生图象假象。补偿这种涡流误差的方法也是众所周知的，例如在美国专利US-4698591，4950994，和5226418中公开了这样的方法。

在整个成象体元内梯度并不是完全均匀的，它会导致图象失真，这也是众所周知的。人们也熟知补偿这种非均匀性的方法，例如，在美国专利US-4591789中所公开的方法。

除了未经补偿的涡流误差，以及未经修正的梯度非均匀误差，可以假定磁场梯度(G_x，G_y和G_z)按照程序准确地产生线性磁场，因此可以精确地对NMR数据进行空间编码。利用这些梯度，在位置(x，y，z)处的总磁场通常表示为B₀+G_xx+G_yy+G_zz，磁场的方向通常取作沿z轴方向。但是，这种描述不是完全正确的。只要施加一个线性磁场梯度，整个磁场就会章动偏离z轴，而且其量值具有高阶空间相关性(x²，y²，z²，z³，……)。这些现象是麦克斯韦方程要求整个磁场满足以下两个条件：的直接后果。较高阶磁场，称之为“麦克斯韦项”(或麦克斯韦场)，是一种基本的物理效应，它与涡流或者硬件设计及制造的不完善无关。尽管已经知道麦克斯韦项至少十年，但是由于在通常的成象条件下它们的作用非常微弱，所以人们完全忽略了它们对于成象的影响。

本发明通过改变梯度波形抑制在FSE方法中由于麦克斯韦项作用产生的图象假象。在选片方向使梯度波形相对于要求对称的再聚焦脉冲对称，而对于不要求这种对称性的第一再聚焦脉冲，调整其中一个挤压梯度脉冲的大小以消除由于麦克斯韦自平方项(即x²，y²或z²)作用产生的假象。通过将相位编码梯度脉冲的幅值在允许施加的时间内减少到可能的最小值而使由于这些脉冲形成的自平方项产生的假象影响最小。通过调整读出梯度的相前波瓣的量值消除由于读出梯度形成的麦克斯韦自平方项所产生的假象。