專利名稱:測定人體區(qū)域內(nèi)核磁化分布的方法和裝置的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于一種測定人體區(qū)域內(nèi)核磁化分布的方法、人體區(qū)域是被放在一穩(wěn)定的、均勻的磁場內(nèi)，且a)產(chǎn)生一高頻電磁脈沖，為在人體內(nèi)形成原子核磁化的進動，因而就產(chǎn)生一共振信號。
b)之后，在一準(zhǔn)備周期之后，在測定周期內(nèi)周期性地從共振信號內(nèi)取出一系列信號采樣，測量周期是分成許多采樣間隔的。
c)之后，在每次等待周期之后，步驟a)和b)重復(fù)多次(n)，以便獲得一組(nxn)信號樣本，從這些樣本中就能測定感應(yīng)核磁化分布的圖象。
本發(fā)明也是關(guān)于測定人體區(qū)域內(nèi)核磁化分布的裝置的，它包括a)產(chǎn)生一穩(wěn)定、均勻磁場的裝置，b)產(chǎn)生一高頻電磁輻射的裝置，c)產(chǎn)生一梯度磁場的裝置，d)對由手段a)和b)所產(chǎn)生的共振信號進行采樣的采樣裝置，e)對由采樣裝置所探得的信號進行處理的處理裝置，以便作出核磁化分布，及f)至少對由手段b)和e所述的裝置進行控制的控制裝置，以產(chǎn)生、整形、采樣和處理很多的共振信號。
從美國專利號4，070，611中大家已知一種相似的方法(亦稱傅氏Zeugmatography)和裝置。根據(jù)這種方法，被測人體將受到一強的、穩(wěn)定的均勻磁場B所作用，其磁場方向例如同笛卡爾直角座標(biāo)(X，Y，Z)中的Z軸一致，穩(wěn)定磁場B0對人體中存在的原子核的自旋產(chǎn)生一輕微的偏振，并使核自旋的進動圍繞著磁場B0的方向出現(xiàn)。加上磁場B0后，即產(chǎn)生一最好是90°的高頻電磁輻射脈沖(其角頻率為ω＝γ·B0，這里γ為陀螺磁比，而B0為磁場的強度)，它使人體內(nèi)存的核磁化方向旋轉(zhuǎn)一角度(90°)。在90°脈沖結(jié)束以后，核自旋將開始實現(xiàn)圍繞磁場B0方向的進動，于是就產(chǎn)生了共振信號(FID信號。利用同磁場B0方向一致的梯度磁場Gx，Gy，Gz可得出總磁場B＝B0+Gx·X+Gy·Y+Gz·Z，其強度同位置相關(guān)，因為梯度磁場Gx，Gy，Gz的強度分別在X，Y，Z三個方向有梯度。
在90°脈沖之后，在tx時間內(nèi)加磁場Gx，再在ty時間內(nèi)加磁場Gy，故被激發(fā)的核自旋的進動所受的影響與位置相關(guān)。在此準(zhǔn)備周期之后(即在tx+ty之后)，加磁場Gz，則在測量周期tz內(nèi)，在Nz個測量時刻，F(xiàn)ID信號(實際上是全部核磁化的和)重復(fù)1次，每次在tx及/或ty內(nèi)用不同的值。因此，得(Nz×m×l)個信號采樣值，它們包括了有關(guān)人體區(qū)域中在X，Y，Z空間內(nèi)的磁化分布。Nz個采樣信號的l×m個測量值儲存在存儲器(大小為Nz×m×l)里，然后，對FID信號的采樣值作三維傅氏變換就可得核磁化分布的圖象。
那樣也可能，即采用有選擇地激發(fā)，使所產(chǎn)生的核自旋的FID信號只是在一層二維平面(其方向可任意選擇)內(nèi)，這將是很顯然的，所以，F(xiàn)ID信號只需要產(chǎn)生m次，以便用二維傅氏變換在所選擇的那層平面內(nèi)得到mxN點的磁化分布圖象。從前面的討論可明顯地看出，當(dāng)采用傅氏Zeugmatography方法時，生成磁化分布圖象所需的時間多到至少幾分鐘。這樣的測量周期對被檢查的病人來說實在太長了，因為在測量期間病人不得保持不動。
本發(fā)明的目的是提供一種方法和裝置，它主要是減少了生成核磁化分布圖象的時間，而所得分子率至少等于用現(xiàn)有的方法如傅氏Zeugmatography所得的分子率。
本發(fā)明的進一步的目的是提供一種方法和裝置，它能生成這樣的核磁化分布圖，其亮度分布對于用目前的技術(shù)由脈沖序列所生成的圖象來說是不同的。
關(guān)于這一點，合乎本發(fā)明的方法的特點是，在對共振信號采樣后，就產(chǎn)生一高頻180°的脈沖，以便產(chǎn)生一核自旋回波信號，且由梯度場對核磁化所產(chǎn)生的影響(相位移)可被消除，然后在核自旋回波信號期間又產(chǎn)生高頻激發(fā)脈沖。
由于使用了更高頻激發(fā)脈沖，測量周期可更快地一個接著一個，而不嚴重地影響每個測量循環(huán)所測得的核自旋共振信號的信號強度。將會有輕微的不重要的信號損失，但所產(chǎn)生的共振信號將包括別的信息，這將得到不同亮度分布的圖象。于是采用了更高頻激發(fā)脈沖不僅會縮短測量周期而且也會產(chǎn)生附加的圖象信息，這些信息將決定于二相繼脈沖之間的間隔時間的長短。
當(dāng)(穩(wěn)定統(tǒng)一的主磁場;B0場)磁場的不均勻性的影響(由于相位移)反被激活的梯度磁場或別的不均勻性所引入的影響都被去掉之后，采用更高頻激發(fā)脈沖給出了所需的顯著的結(jié)果。
本方法中，更高頻激發(fā)脈沖同下一測量周期開始之間的等待時間，其長度與高頻180°度脈沖同更高頻激發(fā)脈沖之間的間隔是同數(shù)量級的;這意思是為獲得一NMR圖象(沒有更多的信號損失)所需的采樣數(shù)目而所需要花費的總時間將比采用現(xiàn)有的方法要短2倍至9倍。
采用本發(fā)明的方法，在準(zhǔn)備期內(nèi)(適合目前的技術(shù)水平)對某一平面加選擇性的激發(fā)之后再加第一梯度場?；蛟跍y量期內(nèi)加一橫跨第一梯度場方向的不同的梯度場就可測定人體該平面的核自旋密度分布。采用本發(fā)明的方法，若與已知的測定核自旋密度分布的方法不同，在測量周期內(nèi)不(穩(wěn)定的)加梯度場，也有可能測定與位置相關(guān)的核自旋共振譜(與位置相關(guān)的核自旋譜)。例如，采用有選擇性的激發(fā)并加二個梯度場(在激發(fā)平面內(nèi)該兩梯度方向是橫跨的)，本發(fā)明可用來測定在該平面上每個象點的核自旋共振的頻譜(化學(xué)移位)。平面內(nèi)象點的數(shù)目可以按目前技術(shù)條件來選取。
如以上所述，核磁化M的進動頻率由ω＝γ·β來決定。因為只要核可以被認為是“自由”的話，則陀螺磁比γ僅決持于核的型式。通常，核不能認為是自由的，因為它們特別受圍繞核外的結(jié)合電子的影響。這表現(xiàn)為所謂的化學(xué)移位σ;結(jié)合的核并不在ω＝γ·β處共振，而是在ω′＝γ·β·(1-σ)。不僅失調(diào)△ω＝ω-ω′＝γ·β·σ而且角頻ω′都是正比于磁場β的，一般來說，σ很小(在10-6至10-4數(shù)量級之間)。當(dāng)磁場β的強度足夠的話，例如高于1T，因為σ的值不同，故在所產(chǎn)生的譜中能區(qū)分出不同的峰值，該峰值同相應(yīng)于有關(guān)的核，每個核的化學(xué)鍵不同。例如，在生物物質(zhì)的磷(31P)的譜中，同phosphorceatine，ATP及無機結(jié)合的磷相關(guān)的峰值是可區(qū)分的，(見例如“用NMR法對代謝作用進行局部測量”，R.L.Nunnally，Procedings of an International Symposium on N.M.R.Bowman-Gray-School of Medicine of Wake Forest University，Winston-Salcm，Novth Caroline，Octobev-3，1981，Pages181-184)。這些峰值大小間的互相關(guān)系包含了有關(guān)纖維組織的代謝條件的信息。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)把這些譜畫成被檢查的纖維組織中位置的函數(shù)或畫成被檢查的人體某部分中位置的函數(shù)是很有用的。為了達到此目的，若在測量周期(在共振信號采樣期內(nèi)也如此)內(nèi)無梯度場的作用，則在該美國專利4，070，611中所披露的方法和裝置是可以采用的。
以前所述將在把譜用兩個位置的座標(biāo)(例如x，y)的函數(shù)來表示的例子來說明。在第一步，厚度為△z(同z軸橫切)的一層用有選擇的激發(fā)方法加以激發(fā)。然后，在準(zhǔn)備周期內(nèi)，把x及/或y梯度場激活。在測量周期內(nèi)，對所產(chǎn)生的共振信號進行采樣。
于是，在測量周期內(nèi)無梯度場激活，故要測的共振信號是圖象頻率kx，ky及時間t的函數(shù)。圖象頻率kx，ky由準(zhǔn)備周期內(nèi)所加的梯度場Gx和Gy所決定的，后面還將解釋之。若在準(zhǔn)備周期內(nèi)每次所加的梯度場Gx，Gy為不同強度及/或不同持續(xù)時間，則當(dāng)測量周期重復(fù)很多次時，共振信號的一系列信號采樣值將作為時間的函數(shù)而取出，而每個時刻為不同的圖象頻率對(kx，ky)。因此，一三維短陣(kx，ky，t)內(nèi)充滿了信號采樣值。作三維傅氏變換(對t，kx，ky)以后，從三維數(shù)據(jù)短陣(kx，ky，t)可找出在二維(有選擇地激發(fā))的二維x-y平面中在點(x，y)處的頻譜。所介紹的方法能很容易地從二維平面推廣至容積;在對給定容積激發(fā)之后，則在準(zhǔn)備周期內(nèi)加三個梯度場，然后測量時間信號，在采樣時(不存在梯度場)它同三個頻率(kx，ky，kz)有關(guān)。當(dāng)重復(fù)測量很多次，每次在準(zhǔn)備周期內(nèi)所加的梯度場(Gx，Gy，Gz)(或在別的加梯度場的周期內(nèi))的強度不同時，一四維短陣(kx，ky，kz，t)中充滿了信號的采樣值。在進行了四維傅氏變換(對t，kx，ky，kz)之后，就可得該容積之中每點(x，y，z)處的頻譜。就象上述，在相續(xù)的等待、準(zhǔn)備、測量期間，被檢查的物體不可挪動位置或移動(或移位或移動)。依據(jù)為測定共振譜密度的本發(fā)明所述的方法，主要減少了用來取得局部核自旋共振譜圖象所需的時間，(所獲得的分子率至少同已知的傅氏Zeugmatography技術(shù)所獲得的分子率相等)這當(dāng)然是一個優(yōu)點。
依據(jù)本發(fā)明所述方法的最好實現(xiàn)的特點是在更高頻激發(fā)脈沖之后，在時間周期T之后才體現(xiàn)的，完成了與梯度場磁有關(guān)的高頻脈沖的相似的循環(huán)，至少完成了一個脈沖間隔梯度磁場，則在第一循環(huán)期間至少有一個脈沖間隔與第一循環(huán)期間內(nèi)相應(yīng)的間隔不同。當(dāng)信號按本法的最好具體做法來采樣時，我們發(fā)現(xiàn)主要的對比度的變化是在最后生成的圖象中實現(xiàn)的。Bloch方程式的平穩(wěn)解顯示了當(dāng)?shù)诙h(huán)時在共振信號中產(chǎn)生這種對比度的負信號的出現(xiàn)增加了。
按本發(fā)明來實現(xiàn)該方法的裝置的特點是在于控制裝置，它包括預(yù)編程的計算機，該計算機用來產(chǎn)生控制信號并把控制信號送至產(chǎn)生高頻電磁輻射的裝置，該控制信號能產(chǎn)生90°和180°激發(fā)脈沖的可調(diào)脈沖序列，上次產(chǎn)生的兩180°激發(fā)脈沖之間的間隔時間是上次180°激發(fā)脈沖和一隨后的另一90°激發(fā)脈沖之間的間隔時間的兩倍。因而所述的裝置能夠以一簡單的方法來實現(xiàn)本發(fā)明，且若有必要，是與被檢查物體的自然性質(zhì)相適應(yīng)的(例如，當(dāng)利用與NMR圖象形成對照的變化時)。
現(xiàn)在將結(jié)合例子介紹按本發(fā)明的具體實現(xiàn)，并參看各圖，這些圖為圖1為用圖表示實現(xiàn)本發(fā)明中方法的裝置中線圈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
圖2為實現(xiàn)本發(fā)明中方法的裝置的方塊圖。
圖3a和3b為按當(dāng)前技術(shù)水平的方法和簡單的具體實現(xiàn)圖，圖4表示本發(fā)明中的方法的模式，圖5表示本發(fā)明中的方法的最好的模式，及圖6表示實現(xiàn)本發(fā)明中方法的一種裝置的部份圖。
圖1為線圈系統(tǒng)10，它構(gòu)成裝置15(圖2)的一部分，用來測定人體20的某一區(qū)域中核磁化的分布。該區(qū)的厚度譬如說為△z，且位于圖中x-y-z座標(biāo)系統(tǒng)中x-y平面上。系統(tǒng)的y軸向上垂直延伸至所畫的平面上。線圈系統(tǒng)10產(chǎn)生一統(tǒng)一穩(wěn)定的磁場B0的主線圈1。主線圈1可安排在譬如說球2的表面上，該球的中心位于所畫的x-y-z座標(biāo)系統(tǒng)的原點，主線圈1的軸與z軸一致。
線圈系統(tǒng)10還包括四個線圈3a，3b它們產(chǎn)生梯度場Gz。為實現(xiàn)此目的，第一組3a由與第二組3b中的電流方向相反的電流來激勵;這在圖中用符號
及
表表示，
表示電流流入線圈3的斷面，而
表示電流離開線圈的斷面。
線圈系統(tǒng)10也包括四個矩形線圈5(圖中只畫出2個)或四個別的線圈如“Golay線圈”，以便產(chǎn)生梯度磁場Gy。為了產(chǎn)生梯度磁場Gx，用了四個線圈7，它同線圈5具有相同的外形，且相對于線圈5來說圍繞z軸旋轉(zhuǎn)了90°角。圖1亦表示了為生產(chǎn)和檢測一高頻電磁場用的線圈11。
圖2表示為實現(xiàn)本發(fā)明中方法的裝置15。裝置15包括線圈1，3，5，7及11，這些線圈已參考著圖1講過，還包括電流發(fā)生器17，19，21及23它們分別激勵線圈1，3，5及7，還包括一高頻信號發(fā)生器25，為激勵線圈11用。裝置15也包括一高頻信號檢測器27，一解調(diào)器28、一采樣電路29、如模數(shù)轉(zhuǎn)換器31那樣的處理裝置、一存儲器33及一為實現(xiàn)傅氏變換用的算術(shù)電路35，一控制采樣時刻的控制單元、還包括一顯示裝置43及中央控制裝置445，其動能和關(guān)系將在下面詳細敘述。
裝置15實現(xiàn)了測定人體20中某一區(qū)域中的核磁化分布的方法，并將在下面詳細介紹。該方法涉及某一測量循環(huán)的經(jīng)常重復(fù)，該循環(huán)本身可以分成幾步。當(dāng)測量循環(huán)時，存在于體內(nèi)的核自旋的一部分被共振地激發(fā)。核自旋共振激發(fā)是由中央控制單元45激發(fā)電流發(fā)生器17而獲得的，故線圈1得到勵磁，以便為所需的測量循環(huán)次數(shù)而仍然保持勵磁。因而產(chǎn)生了一穩(wěn)定且統(tǒng)一的磁場B0。而且，高頻發(fā)生器25短期工作了一會兒，以便使線圈11產(chǎn)生一高頻電磁場(射頻場)。人體20中的核自旋可由所加的磁場共振地激發(fā)，則該激發(fā)的核磁化包括了一給定的角度例如與統(tǒng)一磁場B0的方向夾90°(90°射頻脈沖)角。哪兒及哪些核自旋被激發(fā)尤其決定于磁場B0的強度，決定于所加的任一梯度磁場，以及決定于高頻電磁場的角頻率ω0，因為方程式ω0＝γ·β0(1)應(yīng)當(dāng)滿足，這里γ為陀螺磁比(對自由質(zhì)子來說，例如H2O質(zhì)子，r/2·π＝42.576MHg/T)。在一激勵周期之后，高頻發(fā)生器25由中央控制裝置45斷開。共振激發(fā)在每一測量循環(huán)的開始總是完成的。對某些操作方法來說，在測量周期內(nèi)射頻脈沖也被感應(yīng)入人體內(nèi)。然后，就周期性地發(fā)生例如一串由180°射頻脈沖所組成的這些射頻脈沖。180°射頻脈沖指“自旋回波”。自旋回波特別在I.L.Pykctt的文章“醫(yī)藥中的NMR”已有敘述，該文章發(fā)表于Scientific AmAmerican，May1982上。
在第二步內(nèi)，采樣信號被收集起來。為此目的，可采用梯度場，在中央控制裝置45的控制下梯度場分別由發(fā)生器19，21及23產(chǎn)生。共振信號(指FID信號)的檢測是把高頻檢測器27、解調(diào)器22、采樣電路29、模數(shù)轉(zhuǎn)換器31及控制單元接通而實現(xiàn)的。FID信號是以圍繞磁場B0的場向的合成的核磁化的進動結(jié)果而出現(xiàn)的，磁場B0是由射頻激發(fā)脈沖所引起的。這種核磁化在檢測物圈內(nèi)感應(yīng)出一感應(yīng)電壓，其幅度是合成的核磁化的量度。
對來自采樣電路29的被采樣的模擬量FID信號進行數(shù)字化(轉(zhuǎn)換器31)并儲存于存儲器33中。當(dāng)時刻te時取走最后一個采樣時，中央控制裝置45使發(fā)生器19，21及23、采樣線路29、控制單元37及模數(shù)轉(zhuǎn)換器31不工作。
采樣的FID信號仍儲存在存儲器33中。然后，實現(xiàn)下一個循環(huán)，在這個循環(huán)內(nèi)又產(chǎn)生一FID信號，并對之采樣并存儲在存儲器33中。當(dāng)測得了足能數(shù)目的FID信號后(要測的FID信號的數(shù)目決定于例如所需的分子率)，由二維傅氏變換生成圖象(這決定于梯度磁場的采用，在梯度磁場的影響下，產(chǎn)生FID信號并對其采樣)。
圖3表示按現(xiàn)今技術(shù)水平的一測量循環(huán)的例子，它亦參考了圖2中的裝置15來說明的。采用高頻線圈11，在主線圈1被激勵后就產(chǎn)生一穩(wěn)定的均勻的磁場B0，由線圈11產(chǎn)生一90°的脈沖P1。當(dāng)采用自旋回波技術(shù)時，所得的共振信號F1是允許衰減的，并在一時間tv1周期后，由高頻線圈11產(chǎn)生一個180°脈沖P2。在tv1期間的部分時間內(nèi)，產(chǎn)生了梯度場Gx及Gy，由于下面所要講的原因由曲線G1和G3來表示。在等于tv1的tv2時間之后，由180°脈沖P2所產(chǎn)生的回波共振信號F2達到峰值。采用了所謂的自旋回波技術(shù)(180°脈沖P2)防止了由自旋核產(chǎn)生的共振信號中出現(xiàn)相位誤差;這種相位誤差是由穩(wěn)定磁場B0中的不均勻性所引起的。在梯度磁場Gx存在時回波共振信號在每次采樣間隔tm以后都采樣一次，梯度磁場Gx由曲線G2來表示。
眾所周知，在梯度磁場Gx中點x處磁化的相角是由∫tγ ·GX· x d τ]]>來決定的。因此，圖象頻率kx可由下式定義kx= γ ·∫tGXd τ]]>。故在每個采樣周期tm以后，就決定了一信號的采樣值，這是在相應(yīng)的(不同的)圖象頻率kx上的值。相繼的圖象頻率呈顯了一圖象頻率差△ kx= γ ·∫tm· GX· d τ]]>。顯然，當(dāng)在采樣之前梯度場Gx加上的這段時間內(nèi)所述的測量循環(huán)重復(fù)時，就得到了信號的采樣值，它們是圖象頻率對(kx，ky)上的值，在梯度磁場Gy不存在的情況下，這樣所獲得的信號的采樣值是在圖象頻率(kx，o)處的?？梢哉f明，當(dāng)采集一組圖象頻率對(kx，ky)的矩陣處的信號采樣值，這些頻率對的范圍自-kxm至+kxm及自-kym至+kym，1kym1和｜kym｜為圖象頻率短陣中的最高頻率，用二維傅氏變換對這組信號采樣值進行變換就可以求得x-y平面內(nèi)的磁化分布。于是，為了決定核磁化分布，有必要取得在圖象頻率范圍-kxm至+kxm及-kym至+kym內(nèi)的信號的采樣值。圖象頻率ky由下式求得ky＝γtv1G3(τ)dτ，故當(dāng)在測量循環(huán)內(nèi)時，它為常數(shù)。圖象頻率kx則由梯度場G1及G2來決定。這些場的強度及持續(xù)時間互相是配合的，以便能在時刻t0處能取出圖象頻率對(o，ky)處的信號采樣值。上面所討論的意味著∫tV1γ·G1(τ)dτ=∫tV2γ·G2(τ)dτ,當(dāng)∫tv1γ·G1(τ)dτ調(diào)整到上述積分等于+kxm時，自時刻t＝ts時取得的第一個信號采樣值是在圖象頻率對(-kxm，ky)處的值。在由脈沖P1開始的測量循環(huán)的周期T之后，由一相似的測量脈沖P′2起動的下一個測量周期，以便得新的一串信號采樣值，它們是在圖象頻率對(kx，ky)處的值，kx是變的而ky是固定的，且在周期t′v1內(nèi)在脈沖P′1和P′2之間梯度場G′1和梯度場G′2(不同強度)加上的時候可預(yù)測出的。按目前的技術(shù)水平，兩測量循環(huán)起始的間隔時間T在0.5至1秒范圍之內(nèi)。再要減少此周期時間就將犧牲在下一測量循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的核自旋回波信號，因為相對于該較短的周期時間來說受激發(fā)的核自旋的主要部分將有相當(dāng)長的松弛時間，只有松弛回主磁場B0方向的核自旋部分才對下一個自旋回波信號有貢獻。
若當(dāng)測量周期內(nèi)沒有梯度場存在，如圖3b所示(在圖3a中所出的圖3b中的所有脈沖均用相應(yīng)的數(shù)字來表示)。信號采樣值取為kx，ky及周期t的函數(shù)。用圖3b中所示的測量循環(huán)，三維短陣(kx，ky，t)中的一行一行都被充滿，包括數(shù)據(jù)(x，y，f)在內(nèi)的三維短陣可在三維傅氏變換之后得出，一個與(x，y)位置相關(guān)的頻譜(f)。
如圖3a和3b所示的本方法所需的執(zhí)行時間周期實質(zhì)上可減少的程度可參閱圖4和圖5來加以說明。
圖4表示了本發(fā)明的方法中的一測量循環(huán)。該測量循環(huán)實際上可看成和圖3a和3b中所示的測量循環(huán)中的一個是同一的。為了說清楚起見，圖4未畫出梯度場，而只有有關(guān)的核自旋回波信號。但在本發(fā)明的方法中，在所產(chǎn)生的核自旋回波信號F2的回波的時刻之后，產(chǎn)生了高頻180°脈沖P2并持續(xù)時間t2。在核自旋回波信號F2產(chǎn)生期間，產(chǎn)生了一更高頻激發(fā)脈沖P4。高頻激發(fā)脈沖P4的重力中心(高斯脈沖型)最好與回波信號F2的回波時刻一致。脈沖P3和P4用作下述目的，180°脈沖P2放好了核磁化的分量，這些核磁化分量的方向在相位上(在回波時刻)指向主磁場B0的橫向方向。倘使由梯度場及由別的(故意加進的)場的不均勻性所引起的相差已補償了的話，于是，這些磁化分量的方向可由更高頻激發(fā)脈沖P4以一簡單方式而加以改變。與在回波時刻磁化的合成相位有關(guān)的高頻激發(fā)脈沖P4的相位決定了現(xiàn)在是同相的核磁化分量的方向的變化?？?可選擇的)電磁脈沖P1的相位假定為0°，且該脈沖定為x脈沖，則一高頻180°脈沖P2一般將是x脈沖或-x脈沖(與P1同相或反相)或是y脈沖或-y脈沖。但不同相位的脈沖也同樣可用。
若高頻180°脈沖P2是-x脈沖，最好用-x180°脈沖P3來產(chǎn)生第二個回波信號F3。高頻場的不均勻性及穩(wěn)定磁場B0的不均勻性的可能的影響是補償?shù)袅耍駝t要影響第一個核自旋回波信號F2的強度和相位。那末在該P1-P2-P3脈沖循環(huán)內(nèi)這兩個相繼的核自旋回波信號F2和F3分別具有例如-y相位或+y相位。在第二核自旋回波信號F3期間，產(chǎn)生了一更高頻90°(可選擇的)激發(fā)脈沖P4，該脈沖P4的相位決定了方向上的變化，對這樣一個變化，將受到核磁化的作用。若脈沖P4是-x脈沖，核磁化的任何橫向成分都將被旋轉(zhuǎn)，以便位于穩(wěn)定磁場B0的方向(正z軸的方向)。在+x脈沖的情況下，該橫向成分將旋轉(zhuǎn)至處于磁場B0的反方向(負z軸)。一般可以說，在回波時刻更高頻激發(fā)脈沖的相位，將落后于或?qū)坝诤舜呕铣上辔?0°。更高頻激發(fā)脈沖P4因而把橫向成分旋轉(zhuǎn)至平衡位置或同穩(wěn)定磁場B0方向?qū)χ奈恢?。?dāng)產(chǎn)生了多于一個核自旋回波信號及/或在測量循環(huán)的開始利用了不同相位的激發(fā)脈沖。為了把磁化的橫向成分旋轉(zhuǎn)到同磁場B0相同或相反的方向的更高頻激發(fā)信號所需的相位可由簡單的方法推出。最終的結(jié)果將決定于測量循環(huán)期間的脈沖序列及決定于被測定物體的松弛時間T1和T2。當(dāng)完成了圖4中的測量循環(huán)時，該測量循環(huán)的持續(xù)時間T1為200ms。在(可選擇的)激發(fā)脈沖P1(+x90°脈沖)加上后，則在tv1(＝25ms)后，再加一個+x180°脈沖P2，此后，出現(xiàn)一回波信號F2并對其采樣。脈沖P3為一個-x180°脈沖，它在P2后50ms跟著到來，故更高頻激發(fā)脈沖P4應(yīng)當(dāng)在25ms后跟上。該脈沖P4(+x，90°脈沖)后面跟著-100ms的等待周期，故測量循環(huán)的總的持續(xù)時間約200ms;這比目前的水平的測量循環(huán)的持續(xù)時間T自500ms至1s要短得多(圖3a和3b)。在產(chǎn)生了一矩形的完整的一系列核自旋回波信號之后，在回波時刻s1的信號強度就可算出(以動穩(wěn)態(tài)方式)，它等于
此處MM6是在熱平衡狀態(tài)下所感應(yīng)的核磁化，而k表示儀器參數(shù)。對ti＜＜T1，T2來說，也對ti＜＜T1，T2來說，i＝1，2，3或4時，s1＝k·M0exp(-2t1/T2)，這是滿松弛對熱平衡期所出現(xiàn)的信號強度。如果所用的不是更多的激發(fā)脈沖，這些只是在ti＞＞T1，T2才出現(xiàn)。顯然，當(dāng)加更多的激發(fā)脈沖時，所得圖象同在磁化完全松弛情況下的圖象將不嚴格地相同;但實際上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在相繼采樣值之間的等待周期可大大地減少而不引起顯著的信號損失，故所得圖象將富于核磁化分布的有關(guān)信息。
圖5表明本發(fā)明的方法的最好的模式。這個方法的測量循環(huán)實際上包括了二個循環(huán)。它們具有同一脈沖序列，但其中兩脈沖間的有些時間間隔則不同。在目前的例子中，在第一和第二循環(huán)中的高頻90°和180°脈沖相當(dāng)于圖4中的90°和180°脈沖。其時間間隔tv′1、tv′2、t′2、t′3亦分別相當(dāng)于tv1、tv2、t2和t3。時間間隔t4長于時間間隔t′4。從Block方程的平穩(wěn)解中可以推出在第二循環(huán)中形成的核自旋回波信號中會出現(xiàn)負信號，這就引起了要顯示的物體的重建NMR圖象中對比度(不同強度分布)的變化。此外，所述的測量時間的減少，周期T1和T″應(yīng)當(dāng)選擇得不管是否短于圖3a或3b中的測量周期T，而仍還可能重新產(chǎn)生NMR圖象中的別的信息;這些信息將決定于后繼的循環(huán)中所采用的時間間隔。
亦已注意到在所述的例子中采用了90°和180°激發(fā)脈沖。顯然，也可以在一個循環(huán)的開始時(P1，P′1)使用別的脈沖角度。也可在測量循環(huán)(可以有選擇或無選擇地激發(fā))的終了的更高頻脈沖(P4，P4)中使用別的脈沖角度。
對一給定脈沖序列的選擇/調(diào)整及測量循環(huán)的有關(guān)時間間隔的選擇/調(diào)整，最好能采用可編程的計算機裝置。在裝置15的一種具體結(jié)構(gòu)(圖2)中，中央控制裝置45包括一可編程計算機51，它帶有輸入/出工作站52，以便控制數(shù)據(jù)，還包括一脈沖程序發(fā)生器53(見圖6)。脈沖程序發(fā)生器53的輸出55通過總線50(見圖2)連到電流發(fā)生器19，21，23及25上，這些電流發(fā)生器受發(fā)生器53對線圈3a，b，5，7及11的控制。顯然，輸出55亦能直接連到該發(fā)生器上，按后面附錄中的程序來編制計算機(Philips P857型)的程序;以該程序為基礎(chǔ)，由程序及要通過工作站52輸入的控制數(shù)據(jù)來控制脈沖程序發(fā)生器53(Nicolet 293B型)。程序(在程序中的第三列中)中用的指令組是脈沖程序發(fā)生器53的指令組(但這條指令除外JSA它使程序跳到起始地址)。第四列中的每一項定義了一時間周期，在此期間發(fā)生器53的輸出端應(yīng)出現(xiàn)輸出信號。程序的第四列以十六進制碼(字母S除外)指出發(fā)生器53的輸出狀態(tài)。第五列說明地址或存儲單元的位置。第六列中的符號指出了存在中斷，它與要輸出至發(fā)生器輸出端55上的代碼的一部分一起可帶來另外的功能，例如a)使發(fā)生器25加有新的波形(對180°脈沖而不是對90°脈沖)，b)把激發(fā)脈沖倒相，或c)標(biāo)明一新的脈沖序列的起始位置。附錄中給出的程序?qū)?0°激發(fā)脈沖無例外地利用了+或-的y脈沖，而對180°脈沖無例外采用了+或-x脈沖。
盡管我們已參看了圖3b已敘述了在測量周期內(nèi)無穩(wěn)定梯度磁場的情況下核自旋共振譜的測定。這種測定方法是當(dāng)信號的采樣值是在測量周期內(nèi)梯度磁場存在的情況下獲取的。因而是易行的。若在不同相位的延時τx(例如準(zhǔn)備周期)激發(fā)之后也延遲了加上任何梯度場的時間，而在此后加上兩個梯度場，以便在第三梯度場存在的情況下取得信號的采樣值，則可得充滿了信號采樣值的一四維(kx，ky，kz，t)矩陣加不同相位的延時τx對每次測量循環(huán)是不同的。作四維傅氏變換之后，則所要的譜又以x，y，z的函數(shù)出現(xiàn)。
對已講述的例子來說，每次通過傅氏變換(傅氏zeugmatography)就測定了核磁化分布。要注意的是本發(fā)明中的方法也包括了根據(jù)所謂的投影重建法所建立起來的方法，如philips Technisch Tijdschrift，41，No 3，1983，page 73-89中所述的那樣。
勘誤表
勘誤表
勘誤表
勘誤表
勘誤表
權(quán)利要求
1.一種測定人體某區(qū)域中核磁化分布的方法，產(chǎn)生一種穩(wěn)定而均勻的磁場人體某區(qū)域就位于其中，及a)產(chǎn)生一高頻電磁脈沖，以便引起人體內(nèi)核磁化的進動，因而產(chǎn)生了一共振信號，b)以后，在一準(zhǔn)備周期之后，在劃分為很多采樣間隔的測量周期內(nèi)周期性地取出共振信號(FID信號)的采樣值，c)以后，每次在等待周期后，步驟a)和b)反復(fù)多次(n′)，以便獲得一套信號采樣值，從它可決定感應(yīng)的核磁化分布圖象，要說明的特點是，在取得采樣信號之后，產(chǎn)生一高頻180°脈沖，以便產(chǎn)生核自旋回波信號并消除由梯度場對核磁化所產(chǎn)生的影響(相位移)，然后當(dāng)核自旋回波信號來時產(chǎn)生一更高頻激發(fā)脈沖。
2.按照權(quán)利要求
1中所述的方法，要說明的特點是當(dāng)核自旋回波信號的最大值出現(xiàn)時產(chǎn)生一更高頻激發(fā)脈沖。
3.按照權(quán)利要求
2中所述的方法，要說明的特點是更高頻激發(fā)脈沖的相位導(dǎo)前90°于在回波時刻所得的核磁化的合成相位。
4.按照權(quán)利要求
2中所述的方法，要說明的特點是更高頻激發(fā)脈沖的相位泄后90°于在回波時刻所得的核磁化的合成相位。
5.按照權(quán)利要求
3或4中所述的方法，要說明的特點是更高頻激發(fā)脈沖是-90°的選擇性激發(fā)脈沖。
6.按照權(quán)利要求
1中所述的方法，要說明的特點是在更高頻激發(fā)脈沖后。在一時間T周期之后，完成了一高頻脈沖及有關(guān)的梯度磁場的同樣的循環(huán)，在第一循環(huán)內(nèi)至少有一個脈沖間隔不同于第二循環(huán)內(nèi)相應(yīng)的脈沖間隔。
7.按照權(quán)利要求
1至6中任一所述的方法，其中不管當(dāng)準(zhǔn)備周期時加第一梯度磁場或加第一及第二梯度磁場，其梯度方向是相互垂直的，當(dāng)測量周期時，再加一梯度場，其梯度方向垂直地延伸至當(dāng)準(zhǔn)備周期時就存在的梯度場的梯度方向、對步驟a)和b)重復(fù)進行時，就對在準(zhǔn)備周期內(nèi)每次具有不同值的至少一個梯度場的強度進行了積分，在對一組信號的采樣值進行了傅氏變換以后就可導(dǎo)出核自旋密度分布。
8.按照權(quán)利要求
1至6中任一所述的方法，其中當(dāng)準(zhǔn)備周期時，在準(zhǔn)備周期內(nèi)對強度的每次a和b重復(fù)時，在準(zhǔn)備周期內(nèi)對強度的每次積分具有不同的值，在對一組信號的采樣值作傅氏變換之后就可得與位置相關(guān)的核自旋共振譜。
9.按照權(quán)利要求
8中所述的方法，其中在產(chǎn)生了第一高頻電磁脈沖之后，在梯度磁場加上之前有一失相周期，當(dāng)步驟a)和b)重復(fù)進行時，每次失相周期的值不同。
10.按照權(quán)利要求
8中所述的方法，其中為產(chǎn)生一第一高頻電磁脈沖，所以加了一有選擇的梯度磁場(有選擇的激發(fā))，且當(dāng)準(zhǔn)備周期時，加了二個或三個梯度磁場，其梯度方向互相垂直，且用三維傅氏變換或四維傅氏變換就可得人體內(nèi)一層的或一個容積的與位置相關(guān)的核共振譜。
11.一測定人體內(nèi)某區(qū)域中核磁化分布的裝置，它包括a)產(chǎn)生一穩(wěn)定且均勻磁場的裝置，b)產(chǎn)生高頻電磁輻射的裝置，c)產(chǎn)生一梯度磁場的裝置，d)對用a)和b)中所述的裝置所產(chǎn)生共振信號進行采樣的裝置。e)對由采樣裝置所提供的信號進行處理的處理裝置，以便生成核磁分布，及f)對至少如b)至e)中所述的裝置如發(fā)生、整形、采樣及對一系列共振信號進行處理的裝置進行控制的控制裝置，要說明的特點是，控制裝置包括預(yù)編程的計算機裝置，以便對產(chǎn)生高頻電磁輻射的裝置產(chǎn)生及提供控制信號，該控制信號能產(chǎn)生一可調(diào)的90°及180°激發(fā)脈沖序列，上次產(chǎn)生的兩180°激發(fā)脈沖之間的間隔時間兩倍于上次的180°脈沖同接著的另一90°激發(fā)脈沖之間的間隔時間。
專利摘要
“測定人體區(qū)域中核磁化分布的方法和裝置”在測量周期內(nèi)在NMR裝置內(nèi)產(chǎn)生FID信號并對其采樣，-180°脈沖及隨之而來的90°激發(fā)脈沖加在脈沖序列之上。180°脈沖產(chǎn)生一附加的回波信號。在(最大的)回波信號存在期間產(chǎn)生-90°脈沖。在下一測量周期的起始點到來之前所發(fā)生的等待周期可大大地減少而不引起在該循環(huán)中要產(chǎn)生的回波信號中顯著的信號損失。除了減少測量時間以外，可獲得不同對比度(別的強度分布)的NMR圖象。
文檔編號G01N24/08GK85103793SQ85103793
公開日1986年12月31日 申請日期1985年5月13日
發(fā)明者范鳥詹, 丹博夫 申請人:菲利浦光燈制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan