CN104280704B - 用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计方法及装置。该方法包括步骤：设定运动探查梯度脉冲的b值和持续时间；以及根据设定的b值和持续时间确定运动探查梯度脉冲的波形，使得该波形对应的运动梯度探查脉冲在靠近与其对应的回聚脉冲的一半持续时间内的平均幅度小于在远离与其对应的回聚脉冲的另一半持续时间内的平均幅度。本发明的技术方案设计的MPG脉冲的b值与现有技术中的MPG脉冲相同，所需要的电流强度小于产生现有技术中的MPG脉冲所需的电流强度。

Description

用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计方法及装置

技术领域

本发明涉及医学设备技术领域，特别涉及磁共振的梯度脉冲技术领域。

背景技术

在磁共振的各种成像技术中，扩散加权成像(Diffusion Weighted Imaging，DWI)是新发展的一种，其利用组织间扩散系数不同产生的组织对比进行成像，是一种不同于常规磁共振成像的方法，其可以在分子水平对生物体的组织结构和功能状态进行无创性检查。

在进行扩散加权成像时，需要在片层选择梯度、相位编码梯度以及读出梯度中的至少一者上，施加扩散梯度(diffusion gradient)脉冲序列，也叫做运动探查梯度(MotionProbing Gradient，MPG)脉冲序列。

现有技术中一般用b值(b-factor)来反映MPG脉冲的影响大小，γ为常数，TE为回波时间，G(t)为表示该MPG脉冲的波形的函数。

b值越高，所得到的扩散加权成像的图像质量就越好。但是，要产生高b值的MPG脉冲，需要很大的输出功率。而现有的功率放大器能够产生的输出功率是有一个上限的，即：输出功率不能无限地提高。

现有的设计MPG脉冲波形的方法，都是尽量使得设计的MPG脉冲的波形接近矩形，并满足其他一些要求，比如：b值、脉冲持续时间、MPG脉冲与回聚脉冲之间的时间间隔等。

图1示意性地示出了现有方法设计的一种MPG脉冲波图。图1中的横轴表示时间，纵轴表示脉冲的幅度。施加MPG脉冲序列的时间在激发脉冲101之后。MPG脉冲序列仅仅被施加在相位编码梯度GP上。回聚脉冲103仅有一个。如果按照施加这些MPG脉冲的时间顺序来说，MPG脉冲序列中的第一个MPG脉冲102和第二个MPG脉冲104会被成对地施加在回聚脉冲103的两侧，即：第一个MPG脉冲102的施加时间在回聚脉冲103的施加时间之前，第二个MPG脉冲的施加时间在回聚脉冲103的施加时间之后。MPG脉冲102和104的波形可以关于回聚脉冲103对称。

图2示意性地示出了现有方法设计的另一种MPG脉冲波图。图2中的横轴表示时间，纵轴表示脉冲的幅度。施加MPG脉冲序列的时间在激发脉冲201之后。MPG脉冲序列被施加在片层选择梯度GS、相位编码梯度GP以及读出梯度GR上。回聚脉冲203和206共有两个。以施加在片层选择梯度GS上的MPG脉冲序列为例，MPG脉冲序列中的第一个MPG脉冲202和第二个MPG脉冲204会被成对地施加在第一个回聚脉冲203的两侧，即：第一个MPG脉冲202的施加时间在第一个回聚脉冲203的施加时间之前，第二个MPG脉冲204的施加时间在第一个回聚脉冲203的施加时间之后。同样，MPG脉冲序列中的第三个MPG脉冲205和第四个MPG脉冲207会被成对地施加在第二个回聚脉冲206的两侧，即：第三个MPG脉冲205的施加时间在第二个回聚脉冲206的施加时间之前，第四个MPG脉冲207的施加时间在第二个回聚脉冲206的施加时间之后。MPG脉冲202和207的波形可以关于其时间中点对称，而MPG脉冲204和205的波形也可以关于其时间中点对称。其他两个梯度上施加的MPG脉冲序列的位置与片层选择梯度GS上的MPG脉冲序列的位置相同。

由图1和图2可以看出，现有的设计MPG脉冲波的方法在设计MPG脉冲的波形时，都是选择非常接近矩形的、波形对称的脉冲，即：对于每一个MPG脉冲，都存在一个平行于纵轴的对称轴，使得该MPG脉冲关于该轴自对称。这样的脉冲的上升沿和下降沿的斜率值很大且相等，平顶区也只有一个。并且，现有技术中关于MPG脉冲设计的教导，都仅关注如何将MPG脉冲的波形设计成尽量接近矩形。

这样的MPG脉冲，虽然能够产生很大的b值，但是其所需要的功率很大。因此，如何在产生高的b值的同时，能够降低需要的功率，或者说，用相同的功率产生更高的b值，是本领域需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计方法及装置，以解决现有技术存在的上述问题，其中：

根据本发明的第一方面，提供了用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计方法，包括步骤：设定所述运动探查梯度脉冲的b值和持续时间；以及，根据设定的b值和持续时间确定运动探查梯度脉冲的波形，使得该波形对应的运动探查梯度脉冲在靠近与其对应的回聚脉冲的一半持续时间内的平均幅度小于在远离与其对应的回聚脉冲的另一半持续时间内的平均幅度。

根据本发明的第二方面，提供了用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计装置，包括：参数设定模块，用于设定所述运动探查梯度脉冲的b值和持续时间；波形确定模块，用于根据设定的b值和持续时间确定运动探查梯度脉冲的波形，使得该波形对应的运动探查梯度脉冲在靠近与其对应的回聚脉冲的一半持续时间内的平均幅度小于在远离与其对应的回聚脉冲的另一半持续时间内的平均幅度。

与现有技术相比，本发明的技术方案设计的MPG脉冲的b值与现有技术中的MPG脉冲相同，所需要的电流强度(即：功率)小于产生现有技术中的MPG脉冲所需的电流强度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性地示出了现有方法设计的一种MPG脉冲波图；

图2示意性地示出了现有方法设计的另一种MPG脉冲波图；

图3示意性地示出了本发明提出的用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计方法的流程图；

图4示意性地示出了根据本发明提出的方法设计的MPG脉冲的波形图；

图5示意性地示出了根据本发明提出的方法设计的MPG脉冲的波形图；

图6示意性地示出了根据本发明提出的方法设计的MPG脉冲的波形图；

图7示意性地示出了根据本发明提出的方法设计的MPG脉冲的波形图；

图8示意性地示出了根据本发明提出的方法设计的MPG脉冲的波形图；

图9示意性地示出了本发明提出的用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计装置的框图。

在这些附图中，使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

本发明提出了一种用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计方法。图3示意性地示出了本发明提出的用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计方法300的流程图。方法300包括如下步骤301至302。

在步骤301中，设定运动探查梯度脉冲的b值和持续时间。根据本发明的一个实施例，可以根据磁共振机对技术指标的总体要求来设定b值和持续时间。

在步骤302中，根据设定的b值和持续时间确定运动探查梯度脉冲的波形，使得该波形对应的运动探查梯度脉冲在靠近与其对应的回聚脉冲的一半持续时间内的平均幅度小于在远离与其对应的回聚脉冲的另一半持续时间内的平均幅度。

根据本发明的一个实施例，可以在所有b值和持续时间满足要求的MPG脉冲波形中，找出任意一个在靠近与该MPG脉冲对应的回聚脉冲的一半持续时间内的平均幅度小于在远离与该MPG脉冲对应的回聚脉冲的另一半持续时间内的平均幅度的一个MPG脉冲，将其波形确定为MPG脉冲的波形。

根据本发明的一个实施例，也可以将b值、持续时间与其他一些对脉冲的限制条件(比如：脉冲的上升沿、下降沿的斜率、平顶区的个数、子脉冲的个数等)结合起来，在满足这些条件要求的MPG脉冲的波形中，选择一个MPG脉冲波形，使得该MPG脉冲在靠近与其对应的回聚脉冲的一半持续时间内的平均幅度小于在远离与其对应的回聚脉冲的另一半持续时间内的平均幅度。根据本发明的一个实施例，在确定MPG脉冲的波形后，可以将MPG脉冲的施加时间确定在激发脉冲的施加时间之后。根据本发明的一个实施例，激发脉冲可以是非空间谱选择性脉冲。根据本发明的另一个实施例，回聚脉冲可以是空间谱选择性脉冲(Spatial Spectral Selective Pulse)。

图4示意性地示出了根据本发明提出的方法设计的MPG脉冲的波形图。如图4所示，横轴表示时间，纵轴表示脉中的幅度。MPG脉冲400的持续时间为t2-t1，回聚脉冲401是与MPG脉冲400对应的回聚脉冲。用虚线表示的平行于纵轴的轴线402位于时间点(t2-t1)/2处，即：MPG脉冲400的持续时间的中点处。图4中的矩形脉冲403的b值和MPG脉冲400的b值相等，矩形脉冲403的持续时间和MPG脉冲400的持续时间相等，矩形脉冲403与回聚脉冲401的间隔时间和MPG脉冲400与回聚脉冲401的间隔时间相等。

由图4可以看出，MPG脉冲400在靠近回聚脉冲401的一半持续时间内的平均幅度小于在远离回聚脉冲401的另一半持续时间内的平均幅度。也就是说，MPG脉冲400在从t1到(t2-t1)/2时间段内的平均幅度小于从(t2-t1)/2到t2时间段内的平均幅度。

采用图4所示波形的MPG脉冲400，可以产生出与现有的矩形或接近矩形的MPG脉冲400相同的b值，同时能够降低产生MPG脉冲所需的平均电流强度，也就减少了需要消耗的平均功率。

图5示意性地示出了根据本发明提出的方法设计的MPG脉冲的波形图。如图5所示，横轴表示时间，纵轴表示脉冲的幅度。MPG脉冲500的持续时间为t2-t1，回聚脉冲501是与MPG脉冲500对应的回聚脉冲。用虚线表示的平行于纵轴的轴线502位于时间点(t2-t1)/2处，即：MPG脉冲400的持续时间的中点处。图5中的矩形脉冲503的b值和MPG脉冲500的b值相等，矩形脉冲503的持续时间和MPG脉冲500的持续时间相等，矩形脉冲503与回聚脉冲501的间隔时间和MPG脉冲500与回聚脉冲501的间隔时间相等。

由图5可以看出，MPG脉冲500在靠近回聚脉冲501的一半持续时间内的平均幅度小于在远离回聚脉冲501的另一半持续时间内的平均幅度。也就是说，MPG脉冲500在从t1到(t2-t1)/2时间段内的平均幅度小于从(t2-t1)/2到t2时间段内的平均幅度。

图5所示的MPG脉冲500包含了两个子脉冲504和505。这两个子脉冲在施加的时间上可以相互邻接在一起，即：两个子脉冲之间可以没有时间间隔，也可以有时间间隔。图5示出的是子脉冲504和505相互邻接的情况。两个子脉冲的持续时间可以相等，也可以不等。

需要说明的是，图5只示出了MPG脉冲500包含了两个子脉冲504和505的情况，实际上，本发明的MPG脉冲可以包含更多的子脉冲。

采用图5所示波形的MPG脉冲500，可以产生出与现有的矩形或接近矩形的MPG脉冲500相同的b值，同时也能够降低产生MPG脉冲所需的平均电流强度，也就减少了需要消耗的平均功率。

图6示意性地示出了根据本发明提出的方法设计的MPG脉冲的波形图。图6所示的MPG脉冲600的上升沿和下降沿具有不同的斜率。

如图6所示，横轴表示时间，纵轴表示脉冲的幅度。MPG脉冲600的持续时间为t2-t1，回聚脉冲601是与MPG脉冲600对应的回聚脉冲。用虚线表示的平行于纵轴的轴线602位于时间点(t2-t1)/2处，即：MPG脉冲600的持续时间的中点处。图6中的矩形脉冲603的b值和MPG脉冲600的b值相等，矩形脉冲603的持续时间和MPG脉冲600的持续时间相等，矩形脉冲603与回聚脉冲601的间隔时间和MPG脉冲600与回聚脉冲601的间隔时间相等。

由图6可以看出，MPG脉冲600在靠近回聚脉冲601的一半持续时间内的平均幅度小于在远离回聚脉冲601的另一半持续时间内的平均幅度。也就是说，MPG脉冲600在从t1到(t2-t1)/2时间段内的平均幅度小于从(t2-t1)/2到t2时间段内的平均幅度。

采用图6所示波形的MPG脉冲600，也可以产生出与现有的矩形或接近矩形的MPG脉冲600相同的b值，同时能够降低产生MPG脉冲所需的平均电流强度，也就减少了需要消耗的平均功率。

图7示意性地示出了根据本发明提出的方法设计的MPG脉冲的波形图。图7所示的MPG脉冲700有两个平顶区704和705。所谓平顶区，指的是脉冲的幅度值稳定不变的区域。

如图7所示，横轴表示时间，纵轴表示脉冲的幅度。MPG脉冲700的持续时间为t2-t1，回聚脉冲701是与MPG脉冲700对应的回聚脉冲。用虚线表示的平行于纵轴的轴线702位于时间点(t2-t1)/2处，即：MPG脉冲700的持续时间的中点处。图7中的矩形脉冲703的b值和MPG脉冲700的b值相等，矩形脉冲703的持续时间和MPG脉冲700的持续时间相等，矩形脉冲703与回聚脉冲701的间隔时间和MPG脉冲700与回聚脉冲701的间隔时间相等。

由图7可以看出，MPG脉冲700在靠近回聚脉冲701的一半持续时间内的平均幅度小于在远离回聚脉冲701的另一半持续时间内的平均幅度。也就是说，MPG脉冲700在从(t2-t1)/2到t2时间段内的平均幅度小于在从t1到(t2-t1)/2时间段内的平均幅度。

采用图7所示波形的MPG脉冲700，也可以产生出与现有的矩形或接近矩形的MPG脉冲700相同的b值，同时能够降低产生MPG脉冲所需的均电流强度，也就减少了需要消耗的平均功率。

图8示意性地示出了根据本发明提出的方法设计的MPG脉冲的波形图。图8所示的MPG脉冲800的上升沿有两个不同的斜率K1和K2。

如图8所示，横轴表示时间，纵轴表示脉冲的幅度。MPG脉冲800的持续时间为t2-t1，回聚脉冲801是与MPG脉冲800对应的回聚脉冲。用虚线表示的平行于纵轴的轴线802位于时间点(t2-t1)/2处，即：MPG脉冲800的持续时间的中点处。图8中的矩形脉冲803的b值和MPG脉冲800的b值相等，矩形脉冲803的持续时间和MPG脉冲800的持续时间相等，矩形脉冲803与回聚脉冲801的间隔时间和MPG脉冲800与回聚脉冲801的间隔时间相等。

由图8可以看出，MPG脉冲800在靠近回聚脉冲801的一半持续时间内的平均幅度小于在远离回聚脉冲801的另一半持续时间内的平均幅度。也就是说，MPG脉冲800在从(t2-t1)/2到t2时间段内的平均幅度小于在从t1到(t2-t1)/2时间段内的平均幅度。

需要指出的是，图8只示出了MPG脉冲800的上升沿有两个不同的斜率的情况，实际上，MPG脉冲的上升沿可以有两个以上的不同斜率，同样，其下降沿也可以具有两个或两个以上的不同的斜率。此外，MPG脉冲的上升沿和下降沿可以同时具有两个或两个以上的斜率，也可以只有其中一个沿具有两个或两个以上的斜率。

采用图8所示波形的MPG脉冲800，也可以产生出与现有的矩形或接近矩形的MPG脉冲800相同的b值，同时能够降低产生MPG脉冲所需的平均电流强度，也就减少了需要消耗的平均功率。

从以上描述可以看出，本发明提出的MPG脉冲波设计方法，在确定脉冲的波形时，选择了现有技术没有在MPG脉冲中采用过的一些非对称的脉冲波形。这些非对称的波形对应的MPG脉冲，能够使得其产生的b值保持不变，同时降低产生MPG脉冲所需要的电流，也就降低了功耗。

本发明还提出了用于磁共振的运动探查梯度脉冲波形设计装置。图9示意性地示出了本发明提出的用于磁共振的运动探查梯度脉冲波形设计装置900的框图。装置900可以包括：参数设定模块901，用于设定运动探查梯度脉冲的b值和持续时间；以及波形确定模块902，用于根据设定的b值和持续时间确定运动探查梯度脉冲的波形，使得运动梯度探查脉冲在靠近与其对应的回聚脉冲的一半持续时间内的平均幅度小于在远离与其对应的回聚脉冲的另一半持续时间内的平均幅度。

根据本发明的一个实施例，回聚脉可以是空间谱选择性脉冲。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计方法，其特征是：包括步骤：设定所述运动探查梯度脉冲的b值和持续时间；以及

根据设定的b值和持续时间确定运动探查梯度脉冲的波形，使得该波形对应的运动探查梯度脉冲在靠近与其对应的回聚脉冲的一半持续时间内的平均幅度小于在远离与其对应的回聚脉冲的另一半持续时间内的平均幅度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述运动探查梯度脉冲包括至少两个子脉冲。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述运动探查梯度脉冲的上升沿的斜率和下降沿的斜率不同。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述运动探查梯度脉冲有至少两个平顶区。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述运动探查梯度脉冲的上升沿或下降沿有至少两个不同的斜率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：包括步骤：将所述运动探查梯度脉冲的施加时间确定在激发脉冲的施加时间之后。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是：所述激发脉冲为非空间谱选择性脉冲。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述回聚脉冲为空间谱选择性脉冲。

9.用于磁共振的运动探查梯度脉冲波设计装置，其特征是：包括：

参数设定模块，用于设定所述运动探查梯度脉冲的b值和持续时间；以及

波形确定模块，用于根据设定的b值和持续时间确定运动探查梯度脉冲的波形，使得该波形对应的运动探查梯度脉冲在靠近与其对应的回聚脉冲的一半持续时间内的平均幅度小于在远离与其对应的回聚脉冲的另一半持续时间内的平均幅度。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征是：所述回聚脉冲为空间谱选择性脉冲。