磁共振設備中三維梯度回波序列的噪聲發展的優化的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于優化磁共振設備中三維梯度回波序列的噪聲發展的方法，包括：優化來自于包含了激勵脈沖(激勵脈沖的持續時間)、k空間中待掃描的k空間行的順序和k空間中待掃描的k空間行的讀出方向的組中的、梯度回波序列的至少一個參數，從而使得待接通的梯度具有盡可能最小的轉換速率、振幅和/或極化變化。通過本發明可以實現10-20dB(A)的噪聲降低。
【專利說明】磁共振設備中三維梯度回波序列的噪聲發展的優化
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種磁共振設備中三維梯度回波序列的噪聲發展的優化。
【背景技術】
[0002]磁共振技術(以下的縮寫MR代表磁共振)是可以用來產生檢查對象內部的圖像的公知技術。簡言之，為此將檢查對象定位在磁共振設備中在相對強的具有0.2特斯拉至7特斯拉或更強的場強的靜態均勻基本磁場中，也稱為Btl場，使得其核自旋沿著基本磁場取向。為了觸發核自旋共振，將高頻激勵脈沖(RF脈沖)入射到檢查對象中，被觸發的核自旋共振作為所謂的k空間數據被測量并且在此基礎上重建MR圖像或確定光譜數據。為了測量數據的位置編碼，在基本磁場上疊加快速接通的磁梯度場。記錄的測量數據被數字化并且作為復數值存儲在k空間矩陣中。從存有值的k空間矩陣例如借助多維傅里葉變換可以重建所屬的MR圖像。
[0003]用于激勵和記錄核自旋共振的流行的脈沖序列是所謂的梯度回波序列，特別是用于錄取三維(3D)數據組。然而這樣的基于梯度回波的MR檢查通常非常吵并且由此對于待檢查的患者來說是令人不快的。對于高噪聲發展的主要原因是時間上快速變化的梯度配置和與此相關的聞的轉換速率(梯度振幅的時間變化dG/dt)。
[0004]此外，在序列的協議中通常需要參數，所述參數要求梯度的特別快的接通，例如短的回波時間或梯度擾相(Gradientenspoiling)。
[0005]盡管如此，特別是非選擇性的3D梯度回波測量通常在臨床成像中，但是主要對于所謂的預處理測量被使用。對于這樣的預處理測量的最重要的例子是線圈靈敏度測量，當根據采用的情況而采樣具有不同靈敏度曲線的接收線圈時，在實際的患者檢查的開始之前在每個患者處執行至少一次所述線圈靈敏度測量。在線圈靈敏度測量期間錄取兩個3D測量數據組，其中一個測量數據組利用在磁共振設備中集成的所謂“身體線圈”錄取，并且另一個測量數據組利用待使用的局部線圈錄取。基于這兩個測量數據組，其特別地包括由各自的測量數據組重建的兩個圖像的區分，可以計算局部線圈的靈敏度曲線和由此計算局部線圈圖像的強度分布，并且校正通過待檢查的測量對象與局部線圈的線圈元件的相對距離引起的不均勻性。
[0006]為了降低這樣的測量的噪聲強度，可以降低向序列提供的最大梯度性能，直到測量明顯變得更安靜。然而由此最小回波時間增加，最大帶寬可能降低并且序列的重復時間TR和測量時間增加，使得測量的結果可能不是最優的。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是，以簡單的方式實現磁共振設備中特別是非選擇性的3D梯度回波序列的噪聲發展的優化。
[0008]該技術問題通過按照本發明的用于優化磁共振設備中3D梯度回波序列的噪聲發展的方法、按照本發明的磁共振設備、按照本發明的計算機程序以及按照本發明的電子可讀數據載體解決。
[0009]按照本發明的用于優化磁共振設備中3D梯度回波序列的噪聲發展的方法包括:對來自于包含了激勵脈沖(激勵脈沖的持續時間)、k空間中待掃描的k空間線的順序和k空間中待掃描的k空間線的讀出方向的組中的、梯度回波序列的至少一個參數的優化，從而使得待接通的梯度具有盡可能最小的轉換速率、振幅和/或極化變化。
[0010]通過梯度回波序列的按照本發明的優化，可以明顯降低在執行梯度回波序列時向磁共振設備的梯度系統提出的要求。例如利用按照本發明的方法可以將最大所需的轉換速率降低5至10倍。由此利用按照本發明的方法，更舊的或更簡單的(“low-end”，低檔的)磁共振設備也可以執行按照本發明優化的梯度回波序列，使得在這些磁共振設備上也可以執行現代的MR測量。此外梯度線圈在執行這樣的優化的梯度回波序列時與通常的梯度回波序列相比較少發熱并且也較少振動。總體上利用該方法可以實現直至15至20dB(A)的噪聲降低。特別地對于上面描述的對于每個患者必須至少執行一次的、局部線圈的靈敏度曲線的測量，這是對于患者的舒適度的巨大提高。利用按照本發明的方法可以明顯降低梯度回波序列的執行時的噪聲發展，而不必改變諸如回波時間、帶寬、重復時間或測量時間的設置。
[0011]按照本發明的磁共振設備包括構造為用于執行按照本發明的方法的控制裝置。
[0012]按照本發明的計算機程序當其在控制裝置上運行時在控制裝置上實現按照本發明的方法。
[0013]按照本發明的電子可讀數據載體包括在其上存儲的電子可讀控制信息，所述控制信息至少包括按照本發明的計算機程序并且這樣構造，使得當數據載體在磁共振設備的控制裝置中被使用的情況下其執行按照本發明的方法。
[0014]關于方法給出的優點和解釋也類似適用于磁共振設備、計算機程序產品和電子可讀數據載體。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]本發明的其他優點和細節從以下描述的實施例以及結合附圖得出。所舉的例子不是對本發明的限制。其中:
[0016]圖1示出通常的3D梯度回波序列的示意性序列圖，
[0017]圖2示出示例性按照本發明優化的3D梯度回波序列的示意性序列圖，
[0018]圖3示出了另一個示例性按照本發明優化的3D梯度回波序列的示意性序列圖，
[0019]圖4示出了再一個示例性按照本發明優化的3D梯度回波序列的示意性序列圖，
[0020]圖5示出了按照本發明的方法的示意性流程圖，
[0021]圖6示出了按照本發明的磁共振設備的原理圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1示意性示出了通常的3D梯度回波序列的片段。在最上面的行(TX/RX)中示出了高頻脈沖，特別是激勵脈沖A和讀出過程(ADC)。在激勵脈沖A之間的時間間隔相當于重復時間TR，在所述重復時間中執行梯度回波序列的重復。在第二行(GP1，2)中簡化地綜合地示出了在兩個相位編碼方向Pl和P2上的梯度，特別是相位編碼梯度Gl和擾相梯度或重聚相位梯度G4。以下簡短地僅描述擾相梯度G4。在最下面的行(Gk)中最后示出了在讀出方向上的梯度，特別是預散相梯度G2和讀出梯度G3。
[0023]特別地，當期望短的回波時間(在激勵脈沖A和其后跟隨的讀出過程ADC之間的時間)時，在讀出方向GR上對于預散相梯度G2和在相位編碼方向P1，2上對于相位編碼梯度Gl使用非常高的轉換速率，這對于磁共振設備的梯度系統提出高要求并且導致提高的噪聲發展。
[0024]圖2現在示出了按照本發明優化的梯度回波序列的第一形式。在示出的例子中，與圖1的通常的梯度回波序列相比，激勵脈沖A被選擇得盡可能短并且激勵脈沖A的持續時間由此被優化。為了更好的比較性而保持圖1的附圖標記。
[0025]在圖2中激勵脈沖A是矩形脈沖，因為這樣的激勵脈沖的發送要求特別少的時間。激勵脈沖A的縮短在此可以根據期望的翻轉角和磁共振設備中可能的最大BI場來確定。
[0026]因為在非選擇性的3D梯度回波序列中通常使用短的重復時間TR和小的翻轉角，所以激勵脈沖A可以明顯縮短。一般地，激勵脈沖例如在直至5°或甚至直至8°的翻轉角的情況下可以從例如大約I毫秒的持續時間縮短到大約15微秒。
[0027]由此在回波時間保持相同的情況下在激勵脈沖A和讀出過程ADC之間保持更多時間，以放置并且啟動待接通的梯度G1、G2、G3和G4，這特別地允許更低的轉換速率和/或梯度振幅。
[0028]這樣的縮短的激勵脈沖A具有高的激勵帶寬。由此在讀出過程ADC之前待接通的預散相梯度G2和/或相位編碼梯度Gl可以已經在激勵脈沖A之前被接通，使得其已經在入射激勵脈沖A之前就達到了其完全的強度，如同樣在圖2中示出的。以這種方式自旋的編碼已經從激勵脈沖A的中間起就開始，并且其可以重新降低轉換速率、梯度振幅和由此降低噪聲強度。
[0029]圖3示出了按照本發明優化的梯度回波序列的另一個示意性序列圖。在此處示出的例子中與圖2的序列圖相比，還這樣選擇在k空間中待掃描的k空間線的順序，使得在激勵脈沖A之前待接通的擾相梯度G4的振幅和極性和在激勵脈沖期間待接通的相位編碼梯度Gl的振幅和極性是盡可能相同的或相差至少不大于預定的閾值。例如可以將閾值設置為直至20%，由此在激勵脈沖A之前待接通的擾相梯度G4的振幅和在激勵脈沖A期間待接通的相位編碼梯度的振幅分別相差不大于20%。為了更好的結果，閾值也可以被設置為直至10%。在此也可以對于極性允許交換，只要振幅還僅在閾值之內改變。由此不是得到分開的擾相梯度G4和相位編碼梯度G1，而是分別得到所謂的綜合的“擾相-相位編碼梯度”G1，4，因為在擾相梯度G4和其后跟隨的相位編碼梯度Gl之間不必進行或僅需進行盡可能小的梯度電路改變。
[0030]在此例如不是按照順序-N, -N+1,...N-1, N先后掃描k空間線，而是按照-N，N-1, -N+2, N-3,...-N+1, N選擇k空間線的掃描順序。通過k空間中待掃描的k空間線的順序的這樣的選擇可以將相位編碼方向Pl和P2中的梯度活動減半。此外以這種方式可以進一步降低轉換速率。
[0031]圖4示出了另一個示例性按照本發明優化的3D梯度回波序列的另一個示意性序列圖。在此處示出的例子中與圖3的序列圖相比還這樣掃描在k空間中待掃描的k空間線，即，對于梯度回波序列的每個重復分別翻轉讀出方向。如可以看出的，這可以通過待接通的讀出梯度G3的極性對于每個重復交換來實現。在此特別地可以有利地將待接通的讀出梯度G3的極性和振幅選擇為與后面跟隨的預散相梯度G2的極性和振幅盡可能相同。由此不是得到分開的讀出梯度G3和預散相梯度G2，而是分別得到所謂的綜合的“讀出-預散相梯度” G2，3，因為在讀出梯度G3和其后跟隨的預散相梯度G2之間不必進行梯度電路的改變。類似于關于圖3描述的“擾相-相位編碼梯度”G1，4，在此也不是進行振幅和極性的識別而是進行振幅的偏差到最大預定的閾值的至少一個限制。
[0032]通過該措施，可以重新降低梯度活動。這樣記錄的、從中應當重建圖像的測量數據組，包含具有相反的讀出方向的混合記錄的k空間線。讀出方向的這樣的改變可能導致磁場不均勻性的周圍中的偽影。然而該偽影可以類似于在已知的EPI序列情況下公知的那樣又被均衡。
[0033]利用以該方式關于讀出方向優化的梯度回波序列可以特別地這樣交錯地記錄第一測量數據組和第二測量數據，使得第一測量數據組的在k空間中待掃描的k空間線總是在一個方向上被讀出，并且第二測量數據組的在k空間中待掃描的k空間線總是在另一個方向上被讀出。以這種方式可以巧妙避免可能形成偽影的上述問題，因為每個測量數據分別在一個方向上被記錄。
[0034]這樣的過程特別地對于靈敏度曲線的測量是值得推薦的，其中第一測量數據組借助第一接收線圈(通常是在磁共振設備中集成的身體線圈)記錄，并且第二測量數據組借助局部線圈記錄，對于所述局部線圈應當根據第一和第二測量數據組確定靈敏度曲線。作為對于靈敏度曲線的測量的另一個優點，在此得到第一和第二測量數據組的記錄的減小的運動敏感性，因為這交錯地進行。因為線圈靈敏度曲線的測量中帶寬非常高，所以在從兩個利用這樣的按照圖4的例子優化的梯度回波序列記錄的第一和第二測量數據組確定靈敏度曲線時預計沒有通過優化帶來的負面影響。
[0035]各個優化措施在此逐步地根據圖1至4示出。然而在圖2至4中示出的措施原則上互相獨立并且由此可以任意組合或單獨應用，以便按照本發明優化梯度回波序列。
[0036]在實現描述的措施時還可以注意，在激勵脈沖A和跟隨的讀出過程ADC之間的矩分別相對于初始的、沒有優化的梯度回波序列的相應的重復保持不變。于是確保，利用優化的梯度回波序列與利用非優化的梯度回波序列恰好記錄了相同的測量數據。矩的保持通過合適的邊界條件在進行的計算機支持的優化的情況下得到確保。
[0037]描述的方法在仿真中被測試。在此所需的轉換速率可以從初始的超過120mT/m/ms被降低到大約10-20mT/m/ms。按照經驗從轉換速率的這樣的降低中得出10_20dB(A)噪聲降低。此外梯度僅一半頻繁地改變其極性，由此產生的聲學頻率減半，這一般地對于患者來說是感覺非常舒適的。
[0038]圖5示出了按照本發明的方法的示意性流程圖。
[0039]在此首先考慮例如在即將進行的測量中應當被應用的通常的梯度回波序列GS，特別是加載到控制單元中(塊101)。
[0040]在控制單元中，梯度回波序列GS如上所述被優化(塊103)并且獲得關于通過梯度回波序列GS*引起的噪聲發展優化的梯度回波序列GS*，并且由此可以明顯更安靜地執行測量。
[0041]利用優化的梯度回波序列現在可以進行待檢查的測量對象的至少一個測量(塊105)。必要時，如上所述，例如在對于每個重復改變讀出方向并由此在磁場不均勻性的周圍形成偽影的情況下，類似于在公知的EPI序列中那樣校正以該方式獲得的測量數據(塊107)。利用測量105可以記錄一個測量數據組MDSl或例如也可以記錄兩個測量數據組MDSl和MDS2，其中有利地如關于圖4描述的那樣進行。記錄的測量數據組可以例如在磁共振設備的控制裝置中被進一步處理，其中例如圖像數據BDS可以從測量數據組或多個測量數據組獲得。如果利用磁共振設備的不同的接收線圈，例如利用身體線圈和局部線圈，記錄兩個測量數據組MDSl和MDS2，則還可以以通常的方式確定局部線圈的靈敏度曲線SP。
[0042]圖6最后示意性示出了按照本發明的磁共振設備23的原理圖。其如原則上公知地包括主磁體單元24,該主磁體單元定義了患者容納處25,所述患者容納處可以被包圍地設置高頻線圈裝置，特別是身體線圈22，和梯度線圈裝置。在患者容納處25可以特別地在患者臥榻L上將患者P或另一個待檢查的檢查對象帶入到磁共振設備23中。此外磁共振設備23可以包括至少一個可移動的、在患者容納處可變地引入的其他高頻線圈裝置，即局部線圈27。局部線圈27例如可以包括至少兩個單線圈，分別具有一個接收通道。磁共振設備23的運行通過控制裝置26控制，其構造為用于執行按照本發明的方法，特別地也就是用于如描述的那樣優化梯度回波序列。為此控制裝置包括用于計算機支持的優化的部件，例如通常的優化算法，其可以根據描述的方法被編程。
[0043]按照本發明的方法例如通過在磁共振設備23的控制裝置26上的按照本發明的計算機程序實現，當其在控制裝置26上被運行時。控制裝置26由此構造為可以執行按照本發明的方法。為此例如電子可讀數據載體21可以具有其上存儲的電子可讀的控制信息，所述控制信息包括至少一個這樣的計算機程序并且這樣構造，即，其當數據載體21在磁共振設備23的控制裝置26中被使用時如描述的那樣執行按照本發明的用于確定局部線圈的靈敏度曲線的方法。
[0044]盡管詳細通過優選實施例詳細示出和描述了本發明，但是本發明不受公開的例子限制并且專業人員可以從中導出其他變化，而不脫離本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種用于優化磁共振設備(23)中三維梯度回波序列的噪聲發展的方法，通過優化來自于包括了激勵脈沖(A)、k空間中待掃描的k空間行的順序和k空間中待掃描的k空間行的讀出方向(Gk)的組中的、梯度回波序列的至少一個參數，從而使得待接通的梯度具有盡可能最小的轉換速率、振幅和/或極化變化。
2.根據權利要求1所述的方法， 其中，根據期望的翻轉角和在磁共振設備(23)中可能的最大BI場盡可能短地選擇所述激勵脈沖⑷。
3.根據權利要求2所述的方法， 其中，所述激勵脈沖(A)是矩形脈沖。
4.根據權利要求2或3所述的方法， 其中，在優化的梯度回波序列(GS*)的讀出過程(ADC)之前待接通的預散相梯度(G2)和/或相位編碼梯度(Gl)被如下地接通:即，其已經在激勵脈沖(A)的入射之前就達到其全部強度。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，如下地選擇在k空間中待掃描的k空間線的順序:使得在激勵脈沖㈧之前待接通的擾相梯度(G4)的振幅和極性和在激勵脈沖(A)期間待接通的相位編碼梯度(Gl)的振幅和極性盡可能相同，或各自的振幅相差至少不大于預定的閾值。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法， 其中，如下地掃描在k空間中待掃描的k空間線:使得對于梯度回波序列(GS*)的每個重復翻轉讀出方向(Gk)。
7.根據權利要求6所述的方法， 其中，在讀出過程期間(ADC)待接通的讀出梯度(G3)的振幅和極性等于對于在讀出過程(ADC)之后跟隨的激勵脈沖待㈧待接通的預散相梯度(G2)的振幅和極性，或各自的振幅互相相差至少不大于預定的閾值。
8.根據權利要求6或7所述的方法， 其中，利用所述梯度回波序列(GS*)如下交錯地記錄第一測量數據組(MDSl)和第二測量數據組(MDS2):使得第一測量數據組(MDSl)的在k空間中待掃描的k空間線總是在一個方向上被讀出，并且第二測量數據組(MDS2)的在k空間中待掃描的k空間線總是在另一個方向上被讀出。
9.根據權利要求8所述的方法， 其中，利用磁共振設備(23)的局部線圈(27)記錄所述第一測量數據組(MDS1)，并且利用磁共振設備(23)的身體線圈(22)記錄所述第二測量數據組(MDS2)，并且基于所述第一和第二測量數據組(MDS1和MDS2)，確定局部線圈(27)的靈敏度曲線(SP)。
10.根據上述權利要求中任一項所述的方法， 其中，在激勵脈沖(A)和跟隨的讀出過程(ADC)之間的梯度矩分別相對于初始的、沒有優化的三維梯度回波序列(GS)的相應的重復在優化的梯度回波序列(GS*)的情況下保持不變。
11.一種磁共振設備(23)，包括用于執行按照上述權利要求中任一項所述的方法的控制裝置(26)。
12.—種計算機程序，當其在控制裝置(26)上運行時，在控制裝置(26)上實現按照權利要求I至10中任一項所述的方法。
13.一種電子可讀數據載體(21)，包括在其上存儲的電子可讀控制信息，所述控制信息至少包括按照權利要求12所述的計算機程序并且這樣構造，使得當所述數據載體(21)在磁共振設備(23)的控制裝置(26)中被使用的情況下其執行按照權利要求1至10中任一項所述的方法。
【文檔編號】G01R33/20GK104515960SQ201410474736
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】D.格羅茲基, V.杰魯斯 申請人:西門子公司