專利名稱：磁共振成像的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁共振成像(MRI)的方法和裝置，使用本發明進行渦流補償時，能提高圖像質量。
通常，為補償渦流的影響，梯度控制器上加上一個過沖，從而使梯度場變得較為理想。根據不同的掃描序列和不同的掃描參數，梯度脈沖的大小在每一次掃描時都可以是不同的，渦流補償的一個關鍵是在整個梯度電流變化的范圍內都能夠實現精確地補償，從而得到完美的梯度磁場波形。通常，梯度控制器上所加的過沖大小與梯度電流的大小成比例，因而在理想情況下，它能夠較好地補償渦流的影響。
對于永久磁體和電阻磁體，由于制造極板的高導磁材料的磁化特性具有非線性(圖4)，在各點的磁導率均不同，因而產生這樣的問題渦流與激勵磁場的強度、極板工作點的磁導率和極板材料的電阻率都有關系，激勵磁場的強度由梯度脈沖的大小決定，不同大小的梯度脈沖電流將產生不同大小的渦流。由于極板的磁導率在各個點都不相同，因此，梯度脈沖電流的變化與所產生的渦流也不呈線性關系。但是，因為過沖與梯度電流的大小成線性關系，因此，在這種情況下，在整個梯度電流變化范圍內不能夠有效地補償渦流的影響。

發明內容
本發明提供一種磁共振成像的方法，它在進行渦流補償時，能夠根據不同的梯度脈沖的大小，生成相應的補償量進行渦流的補償，從而動態地調整渦流的補償量，使得渦流補償在任意大小的梯度脈沖時都較為理想。本發明的另一目的是提供實現本發明方法的磁共振成像的裝置。
本發明磁共振成像的方法，是在進行渦流補償時，根據梯度脈沖電流的大小，自動調整相應的梯度電流的補償量，在整個梯度電流變化范圍內較準確地進行渦流補償，從而減小渦流的非線性效應對成像的影響，提高圖像質量。
在用使得梯度脈沖產生“過沖”來補償渦流時，補償量能夠根據系統的渦流隨梯度電流的非線性變化自動調整，減小渦流的非線性效應對成像的影響，提高圖像質量。
本發明方法的原理簡述如下。磁共振成像裝置在掃描時，通常是在一個主磁場B0上疊加上X、Y、Z三個方向的線性梯度磁場Gx、Gy、Gz。點(x，y，z)在某一時刻(t)的磁場為Bz(x，y，z，t)＝B0+GX(t)·X+GY(t)·Y+GZ(t)·Z (1)由于梯度線圈在極板上感應產生渦流，渦流在點(x，y，z)處產生一個附加磁場Gxe(t)、Gye(t)、Gze(t)，因而該點的磁場變為Bz(x，y，z，t)＝B0+[GX(t)-GXe(T)]·X+[GY(t)-GYe(T)]·Y+[GZ(t)-GZe(t)]·Z (2)為校正該點的磁場，人為地改變梯度電流的形狀，在三個方向的梯度場上再附加一個磁場Gxe’(t)、Gye’(t)、Gze’(t)，使其在任意時刻同相應的渦流磁場的大小相同，方向相反，從而抵消掉渦流磁場。
ΔGX＝GXe(t)-GXe(t)＝0ΔGY＝GYe(t)-GYe(t)＝0 (3)ΔGZ＝GZe(t)-GZe(t)＝0
由于渦流的大小與梯度電流有關，根據法拉第電磁感應定律，若梯度電流在極板內所產生的磁通為φ，梯度上升時間為Δt，則渦流I的大小為其中μ為極板材料的相對磁導率，R為阻抗，H為磁場強度。
若其他參數固定不變，僅改變梯度電流，即改變磁場強度H，則梯度附加磁場和渦流附加磁場均同電流成比例，(3)式依然滿足。
但是，極板材料為高導磁材料，由于材料的相對磁導率μ隨磁場強度H的變化而變化，因而當磁場強度H變化時，相對磁導率μ不再是常數，這樣(3)式不再滿足，也就是說，渦流的大小與梯度電流的變化呈非線性關系。
本發明就是要校正渦流與梯度電流間這種非線性變化對渦流補償的影響。由于材料的相對磁導率μ隨磁場強度H的變化而變化，可以人為地產生一條曲線，如圖4所示，V1是工作點實際的曲線，V2為所產生的曲線，V1和V2兩者疊加成一條直線L1，這樣，(4)式的相對磁導率μ可用直線L1的斜率K替換，從而保證在磁場強度H變化時，(4)式中其他參數不變，使得(3)式成立，這樣就能夠保證渦流補償較為準確。
進一步講，一般在一個磁共振成像裝置調試過程中，都能夠測試確定渦流的作用情況與梯度電流變化間的規律。比如用圖3所示的八個自由感應衰減(FID)信號301至308來觀察渦流的大小和衰減情況，能夠得到所需的數據，從而產生所要的曲線。進而建立這樣的方法，使得梯度電流所加的補償量按照所得的這條曲線變化，這樣，在任意梯度電流的情況下，補償脈沖所產生的磁場與渦流所產生的磁場能夠基本抵消，從而減小了渦流對成像質量的影響。
本發明提供一種實現上述方法的磁共振成像裝置，包括磁體、梯度部件、射頻部件、譜儀部件、控制計算機，還特別設計了一個在控制計算機的控制下產生特定的渦流補償脈沖和增益控制信號的渦流補償控制器，一個根據渦流補償控制器輸出的信號產生正確的渦流補償梯度脈沖I=-Rμddt∫sH·dS---(4)]]>信號的渦流補償脈沖發生器。
本發明磁共振成像裝置中的渦流補償控制器在控制計算機的控制下，產生特定的渦流補償脈沖和增益控制信號。它包括數據存儲器、數據輸出接口、計算機接口等單元。渦流補償控制器將控制計算機產生的渦流補償參數通過計算機接口接收，存儲在數據存儲器中，并在控制計算機的控制下，通過數據輸出接口，將渦流補償參數和增益控制參數轉變為誤差模擬信號和增益控制信號，傳遞給渦流補償脈沖發生器。
本發明裝置中的渦流補償脈沖發生器根據渦流補償控制器輸出的信號，產生正確的渦流補償梯度脈沖信號。它包括可變增益放大器、增益控制器、信號疊加器、輸入接口和輸出接口等。渦流補償脈沖發生器將譜儀輸出的梯度脈沖信號通過輸入輸出接口連接到信號疊加器，同時，渦流補償控制器輸出的誤差模擬信號經過可變增益放大器，增益控制信號經過增益控制器，產生所需的校正脈沖；梯度脈沖信號與校正脈沖信號在信號疊加器中疊加，最終生成校正后的渦流補償梯度脈沖信號。
依據本發明的磁共振成像的方法和裝置能夠減少渦流的非線性效應對成像的影響，從而提高圖像質量。
圖2為補償渦流的梯度脈沖的波形。
圖3為八個自由感應衰減(FID)信號。
圖4為導磁材料的磁化特性曲線和校正曲線。
圖5為本發明渦流補償控制器和渦流補償脈沖發生器的電路原理圖。
圖6為本發明方法實施例的程序流程圖。
圖7為采用現有技術的渦流補償效果波形圖。
圖8為采用本發明方法的渦流補償效果波形圖。
前置放大器30將信號放大后輸送到A/D轉換器29，經過數字解調和數字濾波器27后，進入控制計算機25進行圖像重建。控制計算機25通過程序控制譜儀26產生梯度脈沖；同時，控制計算機25將渦流補償參數傳遞給渦流補償控制器28。渦流補償控制器28在控制計算機25的控制下，將渦流補償參數存儲在渦流補償控制器28中的數據存儲器702中(圖5)，并在譜儀26輸出梯度脈沖時，將渦流補償參數轉換為誤差模擬信號和增益控制信號，傳遞給渦流補償發生器23。操作臺24用于監視和控制操作。
渦流補償發生器23將譜儀26輸出的梯度脈沖信號711連接到信號疊加器706，同時，渦流補償控制器28輸出的誤差脈沖信號712經過可變增益放大器707，增益控制信號714經過增益控制電路708，產生所需的校正脈沖716；梯度脈沖信號711與校正脈沖信號716在信號疊加器706中疊加，最終生成校正后的渦流補償梯度脈沖信號717。
渦流補償脈沖發生器23輸出的梯度脈沖信號，經過梯度放大器21輸出到脈沖電流驅動梯度線圈13、14。
參見圖3，梯度脈沖波形通過計算機程序產生，觀察渦流作用的結果和渦流補償的效果后，再通過圖3序列進行調整。脈沖309為梯度電流波形，脈沖300為射頻脈沖波形，301、302、303、304、305、306、307、308為八個自由感應衰減(FID)信號，當改變渦流補償時，八個自由感應衰減信號波形將發生變化，當它們的形狀一致時，渦流補償達到最好。
再請參見

圖1和圖2。掃描時，梯度線圈13、14通上脈沖電流后，靠近梯度線圈13、14的上極板11和下極板12將感應出渦流。渦流產生的磁場阻礙梯度磁場的上升，使得梯度磁場波形如曲線210(圖2)。
渦流的大小與磁感應強度和該點的磁導率成正比。假設圖7中911為某一電流時的梯度磁場波形(不加渦流補償)，912為電流減小的梯度磁場波形(不加渦流補償)，913和914分別為各電流時的補償梯度電流波形。915是913補償后的梯度磁場波形。隨著梯度電流的減小，渦流磁場非線性地減小，若補償脈沖914按線性減小，則梯度磁場916將發生畸變。
在本發明方法實施例中，為動態地調整補償量，設計了根據不同的脈沖電流大小產生相應的補償參數的程序。圖8就是該程序的流程，主要步驟如下(1)啟動掃描程序(601)；(2)讀圖形定位參數(602)即讀預先設定的圖形定位參數；(3)初始化梯度定位(603)將三個方向的梯度判據X、Y、Z設為1；(4)設定掃描體位方向(604)根據掃描體位方向變量GUI-DIR修改梯度判據，又分為以下三種情況①若GUI-DIR為軸位(axial)，則Z＝0，②若GUI-DIR為矢狀位(sagittal)，則X＝0，③若GUI-DIR為冠狀位(coronal)，則Y＝0；(5)設定相位編碼梯度方向(605)根據相位編碼梯度方向變量PHASE-DIR設定X、Y、Z，又分為以下三種情況①設定相位編碼梯度方向PHASE-DIR＝x，則Z＝0，②設定相位編碼梯度方向PHASE-DIR＝y，則X＝0，③設定相位編碼梯度方向PHASE-DIR＝z，則Y＝0；(6)調用梯度計算接口函數(606)調用梯度計算接口函數Set_Gradient(x，y，z，Gz，Gy，Gz)計算出一系列的梯度電流值；(7)初始化插值點(607)即令number-x＝0，number-y＝0，number-z＝0(8)設定插值點(608)根據每一個脈沖的大小設定一系列的插值點X(number-x)、Y(number-Y)、Z(number-z)，得到各點的梯度值Px，Py，Pz；(9)比較插值點梯度值與預設梯度值(609)；將插值點梯度值值與預設的梯度Gx、Gy、Gz比較，產生鏈表指針；(10)判斷(610)判斷掃描判據scan值，當scan為1時，轉入步驟(611)，當scan為0時，轉入步驟(612)；(11)讀數據鏈表(611)將鏈表指向的渦流補償系數鏈表中的補償系數傳遞給渦流補償控制器28；(12)判斷(612)若變量number大于等于4，則則轉入步驟(614)，否則，則返回步驟(608)；(13)退出掃描(614)。
本實施例將鏈表分成4段，變量Number增長到4時可將所有鏈表數據讀出，結束此流程。
圖8為本實施例的波形示意圖，1021和1023分別為某一電流時的梯度磁場波形(無渦流補償)和梯度電流波形，1022和1024為電流減小后的梯度磁場波形(無渦流補償)和渦流補償發生器23產生的梯度電流波形，由于1023和1024是根據渦流補償控制器26生成的補償系數校正后的波形，由此可見在兩種電流下均產生較好的梯度磁場波形，如1025和1026。
權利要求
1.一種磁共振成像的方法，其特征在于，在進行渦流補償時，根據梯度脈沖電流的大小，自動調整相應的梯度電流的補償量，在整個梯度電流變化范圍內較準確地進行渦流補償，從而減小渦流的非線性效應對成像的影響，提高圖像質量。
2.根據權利要求1所述的磁共振成像的方法，其特征在于在用使得梯度脈沖產生“過沖”來補償渦流時，補償量能夠根據系統的渦流隨梯度電流的非線性變化自動調整，減小渦流的非線性效應對成像的影響，提高圖像質量。
3.根據權利要求1或2所述的磁共振成像的方法，其渦流補償程序流程按以下步驟進行(1)啟動掃描程序(601)；(2)讀圖形定位參數(602)即讀預先設定的圖形定位參數；(3)初始化梯度定位(603)將三個方向的梯度判據X、Y、Z設為1；(4)設定掃描體位方向(604)根據掃描體位方向變量GUI-DIR修改梯度判據，又分為以下三種情況①若GUI-DIR為軸位(axial)，則Z＝0，②若GUI-DIR為矢狀位(sagittal)，則X＝0，③若GUI-DIR為冠狀位(coronal)，則Y＝0；(5)設定相位編碼梯度方向(605)根據相位編碼梯度方向變量PHASE-DIR設定X、Y、Z，又分為以下三種情況①設定相位編碼梯度方向PHASE-DIR＝x，則Z＝0，②設定相位編碼梯度方向PHASE-DIR＝y，則X＝0，③設定相位編碼梯度方向PHASE-DIR＝z，則Y＝0；(6)調用梯度計算接口函數(606)調用梯度計算接口函數Set_Gradient(x，y，z，Gz，Gy，Gz)計算出一系列的梯度電流值；(7)初始化插值點(607)即令number-x＝0，number-y＝0，number-z＝0；(8)設定插值點(608)根據每一個脈沖的大小設定一系列的插值點X(number-x)、Y(number-Y)、Z(number-z)，得到各點的梯度值Px，Py，Pz；(9)比較插值點梯度值與預設梯度值(609)將插值點梯度值值與預設的梯度Gx、Gy、Gz比較，產生鏈表指針；(10)判斷(610)判斷掃描判據scan值，當scan為1時，轉入步驟(611)，當scan為0時，轉入步驟(612)；(11)讀數據鏈表(611)將鏈表指向的渦流補償系數鏈表中的補償系數傳遞給渦流補償控制器28；(12)判斷(612)若變量number大于等于4，則轉入步驟(614)，否則，則返回步驟(608)；(13)退出掃描(614)。
4.一種磁共振成像的裝置，包括磁體、梯度部件、射頻部件、譜儀部件、控制計算機，其特征在于裝置中有一個在控制計算機的控制下產生特定的渦流補償脈沖和增益控制信號的渦流補償控制器，還有一個根據渦流補償控制器輸出的信號產生正確的渦流補償梯度脈沖信號的渦流補償脈沖發生器。
5.根據權利要求4所述的磁共振成像的裝置，其特征在于其中的渦流補償控制器包括數據存儲器、數據輸出接口、計算機接口等單元，渦流補償控制器將控制計算機產生的渦流補償參數通過計算機接口接收，存儲在數據存儲器中，并在控制計算機的控制下，通過數據輸出接口，將渦流補償參數和增益控制參數轉變為誤差模擬信號和增益控制信號，傳遞給渦流補償脈沖發生器。
6.根據權利要求4所述的磁共振成像的裝置，其特征在于其中的渦流補償脈沖發生器包括可變增益放大器、增益控制器、信號疊加器、輸入輸出接口等，渦流補償脈沖發生器將譜儀輸出的梯度脈沖信號通過輸入輸出接口連接到信號疊加器，同時，渦流補償控制器輸出的誤差模擬信號經過可變增益放大器，增益控制信號經過增益控制器，產生所需的校正脈沖；梯度脈沖信號與校正脈沖信號在信號疊加器中疊加，最終生成校正后的渦流補償梯度脈沖信號。
全文摘要
本發明屬于醫學診斷設備，涉及磁共振成像的方法和裝置。磁共振成像裝置運行時，梯度線圈中變化的梯度電流使極板中產生渦流以至影響圖像質量。本發明提出校正渦流與梯度電流非線性變化對渦流補償影響的方法，根據梯度脈沖電流的大小自動調整相應的梯度電流的補償量，在整個梯度電流變化的范圍內較準確地進行渦流補償，從而減小渦流的非線性效應對成像的影響，提高圖像質量。本發明裝置中增加了在控制計算機的控制下產生特定的渦流補償脈沖和增益控制信號的渦流補償控制器，和根據渦流補償控制器輸出的信號產生正確的渦流補償梯度脈沖信號的渦流補償脈沖發生器。
文檔編號G01R33/38GK1427267SQ01144910
公開日2003年7月2日 申請日期2001年12月21日 優先權日2001年12月21日
發明者楊文暉 申請人:中國科學院電工研究所