磁共振设备中三维梯度回波序列的噪声发展的优化

摘要

本发明涉及一种用于优化磁共振设备中三维梯度回波序列的噪声发展的方法，包括：优化来自于包含了激励脉冲(激励脉冲的持续时间)、k空间中待扫描的k空间行的顺序和k空间中待扫描的k空间行的读出方向的组中的、梯度回波序列的至少一个参数，从而使得待接通的梯度具有尽可能最小的转换速率、振幅和/或极化变化。通过本发明可以实现10-20dB(A)的噪声降低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁共振设备中三维梯度回波序列的噪声发展的优化。

背景技术

磁共振技术(以下的缩写MR代表磁共振)是可以用来产生检查对象内部 的图像的公知技术。简言之，为此将检查对象定位在磁共振设备中在相对强的 具有0.2特斯拉至7特斯拉或更强的场强的静态均匀基本磁场中，也称为B₀场， 使得其核自旋沿着基本磁场取向。为了触发核自旋共振，将高频激励脉冲(RF 脉冲)入射到检查对象中，被触发的核自旋共振作为所谓的k空间数据被测量 并且在此基础上重建MR图像或确定光谱数据。为了测量数据的位置编码，在 基本磁场上叠加快速接通的磁梯度场。记录的测量数据被数字化并且作为复数 值存储在k空间矩阵中。从存有值的k空间矩阵例如借助多维傅里叶变换可以 重建所属的MR图像。

用于激励和记录核自旋共振的流行的脉冲序列是所谓的梯度回波序列，特 别是用于录取三维(3D)数据组。然而这样的基于梯度回波的MR检查通常非常 吵并且由此对于待检查的患者来说是令人不快的。对于高噪声发展的主要原因 是时间上快速变化的梯度配置和与此相关的高的转换速率(梯度振幅的时间变 化dG/dt)。

此外，在序列的协议中通常需要参数，所述参数要求梯度的特别快的接通， 例如短的回波时间或梯度扰相(Gradientenspoiling)。

尽管如此，特别是非选择性的3D梯度回波测量通常在临床成像中，但是主 要对于所谓的预处理测量被使用。对于这样的预处理测量的最重要的例子是线 圈灵敏度测量，当根据采用的情况而采样具有不同灵敏度曲线的接收线圈时， 在实际的患者检查的开始之前在每个患者处执行至少一次所述线圈灵敏度测 量。在线圈灵敏度测量期间录取两个3D测量数据组，其中一个测量数据组利用 在磁共振设备中集成的所谓“身体线圈”录取，并且另一个测量数据组利用待 使用的局部线圈录取。基于这两个测量数据组，其特别地包括由各自的测量数 据组重建的两个图像的区分，可以计算局部线圈的灵敏度曲线和由此计算局部 线圈图像的强度分布，并且校正通过待检查的测量对象与局部线圈的线圈元件 的相对距离引起的不均匀性。

为了降低这样的测量的噪声强度，可以降低向序列提供的最大梯度性能， 直到测量明显变得更安静。然而由此最小回波时间增加，最大带宽可能降低并 且序列的重复时间TR和测量时间增加，使得测量的结果可能不是最优的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，以简单的方式实现磁共振设备中特别是非选 择性的3D梯度回波序列的噪声发展的优化。

该技术问题通过按照本发明的用于优化磁共振设备中3D梯度回波序列的 噪声发展的方法、按照本发明的磁共振设备、按照本发明的计算机程序以及按 照本发明的电子可读数据载体解决。

按照本发明的用于优化磁共振设备中3D梯度回波序列的噪声发展的方法 包括：对来自于包含了激励脉冲(激励脉冲的持续时间)、k空间中待扫描的k 空间线的顺序和k空间中待扫描的k空间线的读出方向的组中的、梯度回波序 列的至少一个参数的优化，从而使得待接通的梯度具有尽可能最小的转换速率、 振幅和/或极化变化。

通过梯度回波序列的按照本发明的优化，可以明显降低在执行梯度回波序 列时向磁共振设备的梯度系统提出的要求。例如利用按照本发明的方法可以将 最大所需的转换速率降低5至10倍。由此利用按照本发明的方法，更旧的或更 简单的(“low-end”，低档的)磁共振设备也可以执行按照本发明优化的梯度回 波序列，使得在这些磁共振设备上也可以执行现代的MR测量。此外梯度线圈 在执行这样的优化的梯度回波序列时与通常的梯度回波序列相比较少发热并且 也较少振动。总体上利用该方法可以实现直至15至20dB(A)的噪声降低。特 别地对于上面描述的对于每个患者必须至少执行一次的、局部线圈的灵敏度曲 线的测量，这是对于患者的舒适度的巨大提高。利用按照本发明的方法可以明 显降低梯度回波序列的执行时的噪声发展，而不必改变诸如回波时间、带宽、 重复时间或测量时间的设置。

按照本发明的磁共振设备包括构造为用于执行按照本发明的方法的控制装 置。

按照本发明的计算机程序当其在控制装置上运行时在控制装置上实现按照 本发明的方法。

按照本发明的电子可读数据载体包括在其上存储的电子可读控制信息，所 述控制信息至少包括按照本发明的计算机程序并且这样构造，使得当数据载体 在磁共振设备的控制装置中被使用的情况下其执行按照本发明的方法。

关于方法给出的优点和解释也类似适用于磁共振设备、计算机程序产品和 电子可读数据载体。

附图说明

本发明的其他优点和细节从以下描述的实施例以及结合附图得出。所举的 例子不是对本发明的限制。其中：

图1示出通常的3D梯度回波序列的示意性序列图，

图2示出示例性按照本发明优化的3D梯度回波序列的示意性序列图，

图3示出了另一个示例性按照本发明优化的3D梯度回波序列的示意性序列 图，

图4示出了再一个示例性按照本发明优化的3D梯度回波序列的示意性序列 图，

图5示出了按照本发明的方法的示意性流程图，

图6示出了按照本发明的磁共振设备的原理图。

具体实施方式

图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) 中示出了高频脉冲，特别是激励脉冲A和读出过程(ADC)。在激励脉冲A之 间的时间间隔相当于重复时间TR，在所述重复时间中执行梯度回波序列的重 复。在第二行(G_P1,2)中简化地综合地示出了在两个相位编码方向P1和P2上 的梯度，特别是相位编码梯度G1和扰相梯度或重聚相位梯度G4。以下简短地 仅描述扰相梯度G4。在最下面的行(G_R)中最后示出了在读出方向上的梯度， 特别是预散相梯度G2和读出梯度G3。

特别地，当期望短的回波时间(在激励脉冲A和其后跟随的读出过程ADC 之间的时间)时，在读出方向GR上对于预散相梯度G2和在相位编码方向P1,2 上对于相位编码梯度G1使用非常高的转换速率，这对于磁共振设备的梯度系统 提出高要求并且导致提高的噪声发展。

图2现在示出了按照本发明优化的梯度回波序列的第一形式。在示出的例 子中，与图1的通常的梯度回波序列相比，激励脉冲A被选择得尽可能短并且 激励脉冲A的持续时间由此被优化。为了更好的比较性而保持图1的附图标记。

在图2中激励脉冲A是矩形脉冲，因为这样的激励脉冲的发送要求特别少 的时间。激励脉冲A的缩短在此可以根据期望的翻转角和磁共振设备中可能的 最大B1场来确定。

因为在非选择性的3D梯度回波序列中通常使用短的重复时间TR和小的翻 转角，所以激励脉冲A可以明显缩短。一般地，激励脉冲例如在直至5°或甚至 直至8°的翻转角的情况下可以从例如大约1毫秒的持续时间缩短到大约15微 秒。

由此在回波时间保持相同的情况下在激励脉冲A和读出过程ADC之间保 持更多时间，以放置并且启动待接通的梯度G1、G2、G3和G4，这特别地允许 更低的转换速率和/或梯度振幅。

这样的缩短的激励脉冲A具有高的激励带宽。由此在读出过程ADC之前 待接通的预散相梯度G2和/或相位编码梯度G1可以已经在激励脉冲A之前被 接通，使得其已经在入射激励脉冲A之前就达到了其完全的强度，如同样在图 2中示出的。以这种方式自旋的编码已经从激励脉冲A的中间起就开始，并且 其可以重新降低转换速率、梯度振幅和由此降低噪声强度。

图3示出了按照本发明优化的梯度回波序列的另一个示意性序列图。在此 处示出的例子中与图2的序列图相比，还这样选择在k空间中待扫描的k空间 线的顺序，使得在激励脉冲A之前待接通的扰相梯度G4的振幅和极性和在激 励脉冲期间待接通的相位编码梯度G1的振幅和极性是尽可能相同的或相差至 少不大于预定的阈值。例如可以将阈值设置为直至20％，由此在激励脉冲A之 前待接通的扰相梯度G4的振幅和在激励脉冲A期间待接通的相位编码梯度的 振幅分别相差不大于20％。为了更好的结果，阈值也可以被设置为直至10％。 在此也可以对于极性允许交换，只要振幅还仅在阈值之内改变。由此不是得到 分开的扰相梯度G4和相位编码梯度G1，而是分别得到所谓的综合的“扰相- 相位编码梯度”G1,4，因为在扰相梯度G4和其后跟随的相位编码梯度G1之间 不必进行或仅需进行尽可能小的梯度电路改变。

在此例如不是按照顺序-N,-N+1,...N-1,N先后扫描k空间线，而是按照-N, N-1,-N+2,N-3,...-N+1,N选择k空间线的扫描顺序。通过k空间中待扫描的k 空间线的顺序的这样的选择可以将相位编码方向P1和P2中的梯度活动减半。 此外以这种方式可以进一步降低转换速率。

图4示出了另一个示例性按照本发明优化的3D梯度回波序列的另一个示 意性序列图。在此处示出的例子中与图3的序列图相比还这样扫描在k空间中 待扫描的k空间线，即，对于梯度回波序列的每个重复分别翻转读出方向。如 可以看出的，这可以通过待接通的读出梯度G3的极性对于每个重复交换来实 现。在此特别地可以有利地将待接通的读出梯度G3的极性和振幅选择为与后面 跟随的预散相梯度G2的极性和振幅尽可能相同。由此不是得到分开的读出梯度 G3和预散相梯度G2，而是分别得到所谓的综合的“读出-预散相梯度”G2,3， 因为在读出梯度G3和其后跟随的预散相梯度G2之间不必进行梯度电路的改 变。类似于关于图3描述的“扰相-相位编码梯度”G1,4，在此也不是进行振幅 和极性的识别而是进行振幅的偏差到最大预定的阈值的至少一个限制。

通过该措施，可以重新降低梯度活动。这样记录的、从中应当重建图像的 测量数据组，包含具有相反的读出方向的混合记录的k空间线。读出方向的这 样的改变可能导致磁场不均匀性的周围中的伪影。然而该伪影可以类似于在已 知的EPI序列情况下公知的那样又被均衡。

利用以该方式关于读出方向优化的梯度回波序列可以特别地这样交错地记 录第一测量数据组和第二测量数据，使得第一测量数据组的在k空间中待扫描 的k空间线总是在一个方向上被读出，并且第二测量数据组的在k空间中待扫 描的k空间线总是在另一个方向上被读出。以这种方式可以巧妙避免可能形成 伪影的上述问题，因为每个测量数据分别在一个方向上被记录。

这样的过程特别地对于灵敏度曲线的测量是值得推荐的，其中第一测量数 据组借助第一接收线圈(通常是在磁共振设备中集成的身体线圈)记录，并且 第二测量数据组借助局部线圈记录，对于所述局部线圈应当根据第一和第二测 量数据组确定灵敏度曲线。作为对于灵敏度曲线的测量的另一个优点，在此得 到第一和第二测量数据组的记录的减小的运动敏感性，因为这交错地进行。因 为线圈灵敏度曲线的测量中带宽非常高，所以在从两个利用这样的按照图4的 例子优化的梯度回波序列记录的第一和第二测量数据组确定灵敏度曲线时预计 没有通过优化带来的负面影响。

各个优化措施在此逐步地根据图1至4示出。然而在图2至4中示出的措 施原则上互相独立并且由此可以任意组合或单独应用，以便按照本发明优化梯 度回波序列。

在实现描述的措施时还可以注意，在激励脉冲A和跟随的读出过程ADC 之间的矩分别相对于初始的、没有优化的梯度回波序列的相应的重复保持不变。 于是确保，利用优化的梯度回波序列与利用非优化的梯度回波序列恰好记录了 相同的测量数据。矩的保持通过合适的边界条件在进行的计算机支持的优化的 情况下得到确保。

描述的方法在仿真中被测试。在此所需的转换速率可以从初始的超过120 mT/m/ms被降低到大约10-20mT/m/ms。按照经验从转换速率的这样的降低中得 出10-20dB(A)噪声降低。此外梯度仅一半频繁地改变其极性，由此产生的声 学频率减半，这一般地对于患者来说是感觉非常舒适的。

图5示出了按照本发明的方法的示意性流程图。

在此首先考虑例如在即将进行的测量中应当被应用的通常的梯度回波序列 GS，特别是加载到控制单元中(块101)。

在控制单元中，梯度回波序列GS如上所述被优化(块103)并且获得关于 通过梯度回波序列GS*引起的噪声发展优化的梯度回波序列GS*，并且由此可 以明显更安静地执行测量。

利用优化的梯度回波序列现在可以进行待检查的测量对象的至少一个测量 (块105)。必要时，如上所述，例如在对于每个重复改变读出方向并由此在磁 场不均匀性的周围形成伪影的情况下，类似于在公知的EPI序列中那样校正以 该方式获得的测量数据(块107)。利用测量105可以记录一个测量数据组MDS1 或例如也可以记录两个测量数据组MDS1和MDS2，其中有利地如关于图4描 述的那样进行。记录的测量数据组可以例如在磁共振设备的控制装置中被进一 步处理，其中例如图像数据BDS可以从测量数据组或多个测量数据组获得。如 果利用磁共振设备的不同的接收线圈，例如利用身体线圈和局部线圈，记录两 个测量数据组MDS1和MDS2，则还可以以通常的方式确定局部线圈的灵敏度 曲线SP。

图6最后示意性示出了按照本发明的磁共振设备23的原理图。其如原则上 公知地包括主磁体单元24，该主磁体单元定义了患者容纳处25，所述患者容纳 处可以被包围地设置高频线圈装置，特别是身体线圈22，和梯度线圈装置。在 患者容纳处25可以特别地在患者卧榻L上将患者P或另一个待检查的检查对象 带入到磁共振设备23中。此外磁共振设备23可以包括至少一个可移动的、在 患者容纳处可变地引入的其他高频线圈装置，即局部线圈27。局部线圈27例如 可以包括至少两个单线圈，分别具有一个接收通道。磁共振设备23的运行通过 控制装置26控制，其构造为用于执行按照本发明的方法，特别地也就是用于如 描述的那样优化梯度回波序列。为此控制装置包括用于计算机支持的优化的部 件，例如通常的优化算法，其可以根据描述的方法被编程。

按照本发明的方法例如通过在磁共振设备23的控制装置26上的按照本发 明的计算机程序实现，当其在控制装置26上被运行时。控制装置26由此构造 为可以执行按照本发明的方法。为此例如电子可读数据载体21可以具有其上存 储的电子可读的控制信息，所述控制信息包括至少一个这样的计算机程序并且 这样构造，即，其当数据载体21在磁共振设备23的控制装置26中被使用时如 描述的那样执行按照本发明的用于确定局部线圈的灵敏度曲线的方法。

尽管详细通过优选实施例详细示出和描述了本发明，但是本发明不受公开 的例子限制并且专业人员可以从中导出其他变化，而不脱离本发明的保护范围。