CN1120673A - 磁共振成像方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种磁共振成像方法，包括下述步骤：向对象发射一个激励射频脉冲和多个再聚焦射频脉冲以产生自旋回波信号；同时施加片选择梯度场脉冲以选取层面；在相邻两次再聚焦射频脉冲发射期间多次改变读数梯度场脉冲极性以产生梯度回波信号；在上述期间内，相位编码梯度场脉冲把不同的积分相位编码值加于回波信号上；以一定时序施加读数梯度场脉冲；重复上述脉冲序列，每次的积分相位编码值不同；从回波信号数据重建层面图像。

Description

磁共振成像方法和装置
本发明涉及利用核磁共振(NMR)现象实现磁共振(MR)成像的方法和装置，特别是涉及一种基于梯度和自旋回波(GRASE)技术的实现快速成像的方法和装置。
称为梯度和自旋回波(GRASE)技术，能够产生一个脉冲序列以快速成像的磁共振成像装置是公知的(美国No.5,270,654，以及K.Oshio和D.A.Feiberg″GRASE(梯度和自旋回波)成像：一种新的快速磁共振成像技术”第20卷，第344—349页，1991年)。基于梯度和自旋回波技术的脉冲序列是综合了回波平面成像技术(EPI)和弛豫增强快速采集(RARE))的脉冲序列，前者通过转换梯度磁场的极性产生梯度回波信号，后者通过采用一个激励射频(RF)脉冲(因使质子自旋相位旋转90°故又称为90°脉冲)和多个再聚焦射频脉冲(因使质子自旋相位旋转180°故也称为180°脉冲)产生自旋回波信号。
在上述方法中，由产生的多个回波信号中采集的一组数据被放入同一K空间(此空间也称作原始数据空间)，并且通过对该K空间作二维傅里叶变换重建图像。此方法可快速获取T2-增强图像，其实现途径是：在一个脉冲序列周期(此即重复时间)内产生一系列的回波信号(回波信号分为两类：梯度回波信号和自旋回波信号)，以减少在重复时间内的脉冲序列周期数。T2-增强图像中的“T2”是横向弛豫时间(又称作自旋-自旋弛豫时间)。T2-增强图像是突出受检者体内水份的图象。
上面论述的常规梯度和自旋回波技术虽然能实现快速成像，但是从多个回波信号(每个信号均包含不同的信息)中采集的一组数据被放入同一K空间内，所以由该K空间重建的T2-增强图像仅有一个对比度。
本发明的目的是在改进的梯度和自旋回波技术的基础上提供一种磁共振成像方法和装置，它具有如下功能：提供多个具有信号衰减程度(作为一个参数)的图像，信号衰减源于由磁化程度差异引起的磁场不均匀；快速提供水份/脂肪组织分离图像；同时提供多重对比度图象，诸如质子密度图像，T2-增强图像和重T2-增强图像。
按照本发明，利用一种基于核磁共振现象的磁共振成像方法可以达到上述目的，该方法包括以下步骤：
(a)向受检对象发射一个激励射频脉冲以及其后多个再聚焦射频脉冲以连续产生多个自旋回波信号；
(b)分别在发射激励射频脉冲和再聚焦射频脉冲的同时施加片选择梯度场脉冲来选取不同的层面；
(c)在相邻两次发射再聚焦射频脉冲之间的时间间隔内多次改变读数梯度场脉冲的极性以产生多个梯度回波信号，这些信号位于一自旋回波信号的二侧；
(d)在相邻两次发射再聚焦射频脉冲之间的时间间隔内施加提供不同积分相位编码值的相位编码梯度场脉冲于多个回波信号中的每一个(以下称为回波信号组)，它们产生于自旋回波信号出现后相等的时间间隔内；
(e)按照与产生回波信号相关的时序关系施加读数梯度场脉冲；
(f)重复上述步骤(a)～(e)，在施行步骤(d)时改变积分相位编码值；以及
(g)处理从同组回波信号中采集的数据，处理步骤为：按照加于每个回波信号的积分相位编码值，将数据置于不同的K空间的一个空间内，同时分别根据这些K空间重建多个层面图像。
向一个受检对象连续发射下列脉冲：一个激励射频脉冲及其随后的多个再聚焦射频脉冲(步骤(a))，与射频脉冲同时施加片选择梯度场脉冲来选取层面(步骤(b)。在相邻两次再聚焦射频脉冲之间的时间间隔内多次改变读数梯度场脉冲的极性，从而使多个梯度场回波信号分布于一个自旋回波信号的二侧(步骤(c)。由上可见，本方法与常规的梯度场和自旋回波技术一样，也能在一个重复时间内获取多个回波信号。
随后，对产生的多个回波信号作相位编码(步骤(d)。在相邻两次再聚焦射频脉冲之间的时间间隔内，提供将不同的积分相位编码的相位编码梯度场脉冲加至多个回波信号中的每一个(这里称为同一回波信号组)以实现相位编码，这些回波信号从自旋回波信号产生后经过相同的时间产生。即对于同一回波信号组内的每个信号，由相位编码提供的积分相位编码值是不同的。同样，对于其它组内的各个回波信号，由相位编码提供的积分相位编码值也是不同的。
举个例子，假定先发射一个激励射频脉冲，随后发射三个再聚焦射频脉冲，并且在每一个相邻两次发射再聚焦射频脉冲间隔内两次改变读数梯度场脉冲的极性。因此，在每一个相邻两次发射再聚焦射频脉冲间隔内产生一个自旋回波信号和两个梯度回波信号，其中一个先于自旋回波信号，另外一个后于自旋回波信号，这样总计产生九个回波信号(每个时间间隔产生三个回波信号)。这些回波信号可作如下划分：三个先于相应的自旋回波信号发生的梯度回波信号构成一个回波信号组、三个自旋回波信号构成一个回波信号组以及三个后于相应的自旋回波信号发生的梯度回波信号构成的一个回波信号组。相位编码对每组内的各个回波信号提供的积分相位编码值都是不相同的。
接下来，按照产生自旋回波信号的时间关系施加读数梯度场脉冲(步骤(e))。不断重复产生上述脉冲序列的过程，不同的是每一次都取用不同的积分相位编码。
重复上述脉冲序列后，从各回波信号组中采集数据并按加于每个回波信号的积分相位编码值将这些数据放入不同的K空间，然后在这些K空间上分别重建层面图像(步骤(g))。可见，通过一系列脉冲产生的多个回波信号分组的数目与在相邻两次再聚焦脉冲时间间隔内产生的回波信号个数一致。从每组回波信号得出的数据被放入不同的K空间。随后的数据处理步骤就是在有关的K空间上重建多个层面图像。
产生的回波信号分为两类：自旋回波信号和梯度回波信号。每一类回波信号均包含不同的信息。先于和后于自旋回波信号的梯度回波信号也包含有不同类型的信息。例如，就铁富集引起的肿瘤(如血肿)，铁的存在将对磁场有所影响从而引起磁化程度发生较大的变化。这种磁化程度的变化不会反映在自旋回波信号中，因为自旋回波信号不受磁场不均匀性的影响；但是它却会在梯度回波信号中明显反映出来。此外，梯度回波信号强度随磁化程度的变化很快减弱，待自旋回波信号条件建立(也就是通过发射激励射频脉冲和再聚焦脉冲产生自旋回波信号)后，经过一段时间延迟，梯度回波信号强度再逐渐增强。因此，先于和后于自旋回波信号产生的梯度回波信号包含了不同的信息。
用于重建多个图象的K空间包括：从自旋回波信号中采集的数据，从先于自旋回波信号发生的梯度回波信号中采集的数据，从后于自旋回波信号发生的梯度回波信号中采集的数据。重建图象中，有一张没有信号衰减，而至少有两张有信号衰减。即，按照本发明所述的方法可以同时提供以作为参量的不同对比度的多幅图像。
在本发明所述方法中，步骤(a)中第n个再聚焦射频脉冲的发射定时(n为正整数)取为
{2(n－1)＋1}τ
这里取激励射频脉冲发射时刻为时间原点，而τ是第一个再聚焦射频脉冲发射时刻。
这里再聚焦射频脉冲以上述定时关系发射，有关的自旋回波信号发生的时间间隔等于发生第一个自旋回波信号时间间隔整数倍。因此，由于再聚焦射频脉冲不完善而产生的伪回波信号与固有的自旋回波信号发生于同一时刻，而抑制了相移。这样，伪自旋回波信号也可作为受激自旋回波信号用于图像重建。
本发明的又一方面为利用核磁共振原理进行磁共振成像的装置，它包含如下部分：
一个在成像空间产生均匀静磁场的主磁铁；
第一、第二和第三梯度场线圈各一个，它们贴近主磁铁，发射三种梯度场脉冲(即片选择梯度场脉冲，读数梯度场脉冲和相位编码梯度场脉冲)，以在成像空间的三个正交方向上提供强度变化磁场；
一个用于向目标发射一个激励射频脉冲和多个再聚焦射频脉冲的射频线圈，该线圈放置于成像空间，并能检测来自于目标的回波信号；
一个用于能按预置时序通过射频线圈连续发射激励射频脉冲和再聚焦射频脉冲的射频发射器；
一个经第一梯度场线圈能产生片选择梯度场脉冲的片选择梯度场脉冲发生器，该脉冲被用于层面选择，与激励射频脉冲和再聚焦射频脉冲之间存在一定的时序关系；
一个读数梯度场脉冲发生器，它可在相邻两次发射再聚焦射频脉冲的时间间隔内多次改变脉冲极性以产生多个梯度回波信号并使这些信号发生于一个自旋回波信号产生的前后，它通过第二梯度场线圈的产生的读数梯度场脉冲与自旋回波信号和梯度回波信号之间存在一定的时序关系；
一个相位编码梯度场脉冲发生器，它用作：在相邻两次发射再聚焦射频脉冲期间内改变加在多个回波信号的每一个(以下称同组回波信号)上的相位编码梯度场脉冲强度，这里的回波信号是从自旋回波信号产生开始经过一段相同的时间间隔产生的，而积分相位编码值按照回波信号产生的次序作相应改变，从正(或负)值经零而至负(或正)值；也可用作：在回波信号发生前一瞬间通过第三梯度场线圈产生相位编码梯度场脉冲以构成脉冲序列；还用作：在改变积分相位编码值时重复脉冲序列列；以及
一个数据处理器，它把从同一回波信号组中采集的数据按照积分相位编码值放入不同的K空间中的一个空间，然后在K空间上分别重建层面图像。
主磁铁在成像空间内形成一个静磁场，而第一梯度场线圈则在成像空间施加一个片选择梯度场以选择一个层面。随后，射频发射器接连地发射一个激励射频脉冲和多个再聚焦射频脉冲。自旋回波信号产生于激励射频脉冲和第一个再聚焦射频脉冲之间的时间段内及偶数倍于这时间段的时间段内，它们不受相差或信号衰减的影响，引起相差或信号衰减的原因有主磁铁产生的静磁场不均匀，诸如血肿引起的铁富集及化学位移。此外，在相邻两次发射再聚焦射频脉冲的时间间隔内，读数梯度场脉冲经第二梯度场线圈数次改变极性，从而产生多个梯度回波信号并且这些回波信号产生于某一自旋回波信号产生前后。因此每相邻两次发射再聚焦射频脉冲的时间间隔内都有多个先于和晚于自旋回波信号产生的梯度回波信号。
连续产生的回波信号受到相位编码梯度场脉冲发生器通过第三梯度场线圈顾问生的相位编码，这些脉冲产生于有关回波信号产生前的一瞬间。相位编码过程如下：在每个相邻两次发射再聚焦射频脉冲的间隔内，施加于多个回波信号(下面称为同一回波信号组)中的每个信号的相位编码梯度场脉冲的强度是变化的，这些回波信号在自旋回波信号的产生时刻后每隔相同时刻产生，使积分相位编码值按回波信号产生的次序由某一个正值(或负值)经过零变化到某一个负值(或正值)。
按照这种方式，每一组中的自旋回波信号的积分相位编码值随信号产生的次序依次减小(或增大)。也就是说，采集于信号衰减度相同的回波信号(即属同一回波信号组)的数据受不同的相位编码。这些数据在同一K空间沿正向按产生次序先后排列(或逆序排列)。数据处理器将同一回波信号组中的数据放入不同的K空间内，然后在K空间上分别重建多个层面图像。因而可以同时得到以信号衰减度作为参数并具有不同对比度的图像。
在按照本发明的装置中，射频发射器最好可以控制第n个再聚焦射频脉冲在如下设定的时刻发射(此处n为正整数)：
{2(n－1)＋1}τ
这里以激励射频脉冲发射的时刻为时间原点，τ为第一次发射再聚焦射频脉冲的时刻。
在每一时间间隔内在最后一个回波信号产生后，相位编码梯度场脉冲发生器最好能够发射一个极性相反的反绕脉冲，其强度相应于前面的积分相位编码值。
反绕脉冲具有相同的积分相位编码值和相反的极性，能够消除对前一脉冲时间间隔相位编码的影响，因而保证下一时间间隔内所作的是一个新的相位编码。结果由于可以在K空间进行制止相移的连续相位编码，因而可抑制在重建图像时的引起模糊的假象。
读数梯度场脉冲发生器最好能够两次改变极性，从而在ΔT1和ΔT2时产生梯度回波信号，其中一个发生于自旋回波信号之前，另一个发生于之后。ΔT1和ΔT2由下式决定
ωc·ΔT1＝-π
ωc·ΔT2＝+π
这里ωc是水份和脂肪谐振频率之差，相邻再聚焦射频脉冲时间间隔内产生自旋回波信号的时刻算作时间原点。
数据处理器具有如下功能：
(a)通过对二个K空间的二维傅里叶变换获取两组重建图像数据，其中一个K空间由在ΔT1时刻产生的梯度回波信号采集的数据构成，另一个K空间由在ΔT2时刻产生的梯度回波信号采集的数据构成；
(b)将两组重建图像的数据相除获得一个比率；
(c)将比率代入两组重建图像数据从而获得两组经过相位误差校正的图像数据；
(d)通过由自旋回波信号采集的数据构成的K空间上的二傅里叶变换获得重建图像；
(e)将经过相位误差校正的两组图像数据与(d)中重建图像数据相加和相减得到两组新的重建图像数据。
把在相邻两次发射再聚焦射频脉冲的时间间隔内产生自旋回波的时刻作为时间原点，读数梯度场脉冲发生器两次改变极性，从而在时刻ΔT1和ΔT2产生梯度回波信号(ΔT1和ΔT2由上述方程决定)。结果，梯度回波信号一个产生于自旋回波信号之前，另一个产生于自旋回波信号之后。以此方式产生的梯度回波信号其在非均匀静磁场中的相应位置上包含相位误差。
数据处理器对下面两个K空间进行二维傅里叶变换获得两组重建图像数据，其中一个K空间的数据采集自在时刻ΔT1产生的一组梯度回波信号，另一个则采集自在时刻ΔT2产生的梯度回波信号，另一个则采集自在时刻ΔT2产生的梯度回波信号。然后将两组图像数据相除得到一个比率。该比率代表一个静场不均匀性每一位置的相位误差。将该比率代入上述两组图像数据获得到了两组经过相位校正的重建图像数据。接下来对采集自于自旋回波信号(无相位差)的数据构成的K空间作二维傅里叶变换就得到了另一组重建图象数据。对两组经过相位校正的图像数据和上面重建图像数据进行相加和相减运算又得到了两组新的图像数据。其中一组扣除了脂肪成分，反映了水份的图像，另外一张则扣除了水份，反映了脂肪的图像。
相位编码梯度场脉冲发生器最好能够在回波信号产生前的一瞬间通过第三梯度场线圈激发相位编码梯度场脉冲，以构成一个脉冲序列；并能够重复激发上述脉冲序列，每个脉冲序列的积分相位编码值不同，相位编码梯度场脉冲满足以下条件：
(a)可以改变相位编码脉冲的强度从而将不同的积分相位编码值加于同组回波信号的每个回波信号上；
(b)能够以下述方式产生相位编码梯度场脉冲：使得在同一组回波信号中，从发射激励射频脉冲算起，对于一个在较短时间(回波时间)产生的回波信号、一个在近似平均回波时间产生的回波信号和一个在较长回波时间产生的回波信号，积分相位编码值近似为零。
通过按上述方式调整加于有关回波信号的积分相位编码值，从时间间隔差别很大(相应于激励射频脉冲产生的时刻，它们分别具有较短、平均的和较长的回波时间)的回波信号采集的三类数据，多个大体上被安排在多个K空间的中部，每个K空间的中部区域属低频区，它对由二维傅里叶变换重建的图象的对比度影响较大。因此我们可从有关的K空间数据重建以下几张图像：一张是质子密度图象它相应于回波时间，一张T2增强图象和一张重T2增强图像。这些图像具有不同的对比度。
这些回波信号的回波时间最好分别为10～50ms，70～120ms，130～300ms。
为便于阐述本发明，由附图示出数种较佳的形式，但是，应理解，本发明并不局限于恰好如附图所示的安排和手段。
图1是本发明第一个实施例中的磁共振成像装置的框图；
图2A～2E是第一个实施例中一个脉冲序列的时序图；
图3A～3C是第一个实施例K空间的示意图；
图4A～4E是第二个实施例中一个脉冲序列的时序图；
图5A～5C是第二个实施例K空间的示意图。
本发明较佳实施将借助于附图详述如下：
第一个实施例：
本发明第一个实施例中磁共振成像装置构造如图1所示。该装置包括：主磁铁1，用于产生一个静磁场；三个梯度场线圈2(即2X，2Y和2Z)，用于在静磁场上叠加梯度磁场。三个梯度场线圈2X、2Y、2Z向主磁铁产生的静磁场叠加脉冲以产生梯度场GS、GP和Gr(即一个片选择梯度场脉冲，一个相位编码梯度场脉冲和一个读数梯度场脉冲)，每个脉冲在三个正交方向(X，Y，Z)上梯度场具有变化的磁场强度。受检查者(病人，图中未画出)处于静场和梯度场共同形成的区域内，而将射频线圈3贴于受检者。
梯度场电源4与梯度场线圈2相连，提供产生梯度场GX、GY和GZ的功率。该电源还接受波形发生器5产生的波形信号，以控制梯度场GX、GY和GZ脉冲的波形。射频功率放大器6输出的射频信号经由射频线圈3向受检查者照射。该信号为由射频信号发生7产生预先设定的载波频率的射频信号，并由调制器8按从波形发生器5接收到的波形进行调幅调制。
射频线圈3接收受检者产生的核磁共振信号并将其经由前置放大器9送入相位检波器10。相位检波器10利用射频信号发生器7产生的信号作参考频率，将被接收信号检测出来。把检测结果送往模数(A/D)转换器11。模数转换器11同时也接收采样脉冲发生器12产生的采样脉冲信号以供把检测结果转换为数字数据用。转换结果送往主计算机20。
主计算机20对数据进行处理来重建图像，并通过定序器23确定整个脉冲序列的定时。即，定序器23在主计算机20的控制下，向波形发生器5，射频信号发生器7和采样脉冲发生器12发送定时信号分别确定从波形发生器5的波形信号输出的定时、从射频信号发生器7的射频信号发生的定时和从采样脉冲发生器12的采样脉冲发生的定时。而且，主计算机20向波形发生器5发送波形信息以控制梯度场GX、GY和GZ的脉冲的形状、强度等，同时确定由射频线圈3向受检者发射的射频信号的包络。主计算机20还向射频信号发生器7发送信号，以控制射频信号的载波频率。因此，主计算机20基于梯度和自旋回波技术控制整个脉冲序列。
上述磁共振成象装置，在主计算机20和定序列器23的控制下，按图2A～2E所示执行脉冲序列。图2A～2E所示的脉冲序列基本上基于梯度和自旋回波技术，但作了部分的改进。
首先经射频线圈3加上一个90°脉冲(激励射频脉冲)100，与此同时通过梯度场线圈2X加上一个脉冲110，形成一个片选择梯度场Gs。然后自90°脉冲100加上起经τ时间加上180°脉冲(再聚焦射频脉冲)101，自180°脉冲101起经2τ时间加上180°脉冲(再聚焦射频脉冲)102。这样，在相继加上180°脉冲101、102和103的时候，同时加上梯度场脉冲111、112和113(见图2A和2B)。
在这种情况下，如图2E所示，在180°脉冲101发射之后的某一时刻附近将产生第一个自旋回波信号S2，其延迟时间相应于90°脉冲100和180°脉冲101之间的时间间隔τ。这里，将从90°脉冲100到自旋回波信号S2的回波中心之间时间间隔(回波时间2τ)作为时间t1。
假定从90°脉冲100到回波中心的回波延迟时间如上所述为t1，则第一个180°脉冲101发生于t＝(1/2)t1＝τ，这里把90°脉冲100发射时刻作为时间原点(t＝0)。因此，第n个180°脉冲(n为正整数)的发射时间为{2(n－1)＋1}τ。也就是说，通过在t＝τ，t＝(3/2)t1＝3τ和t＝(5/2)t1＝50时刻分别发射180°脉冲101、102和103，可以在时刻t1、t2和t3分别产生自旋回波信号S2、S5和S8。因此，从90°脉冲100至第二个和第三个自旋回波信号S5和S8的产生时间间隔t2和t3等于从90°脉冲100至第一个自旋回波信号S2产生的时间间隔t1乘以某个整数，即t2＝2t1，t3＝3t1。
通过上述方式控制180°脉冲发射时序，由于180°脉冲的不完善而产生的伪自旋回波信号，与固有回波信号在同一时刻产生，因而抑制了相移。在这种情况下，伪自旋回波信号也可作为受激自旋回波信号在图像重现中使用。
接下来，如图2C所示，在第一个180°脉冲101发射之前经梯度场线圈2Z加上一个失相梯度脉冲120(用作使质子自旋相位无序化)。随后，例如在180°脉冲101和102之间的时间间隔内，产生梯度场Gr的脉冲极性由正到负，再由负到正改变两次(121a到121b，121b到121c)，从而产生回波信号S1～S3。同样，在第二个180°脉冲102与第三个180°脉冲103间隔之内和第三个180°脉冲103之后，Gr脉冲的极性也发生改变，在每段时间间隔内产生三个回波信号，分别为S4-S6或S7-S9。在自旋回波信号S1-S9中间，回波信号S2，S5和S8不受由主磁铁1产生的磁场的不均匀性、血肿部位的铁富集或化学位移引起的相位误差的影响。而且，自旋回波信号S2，S5和S8衰减相对比较小。其它发生于自旋回波信号之前或之后的梯度回波信号，如S1、S3、S4、S6、S7、S9，则由于上面所说的相位误差的影响衰减程度较大。
如图2E所示，回波信号S1-S9其强度随产生次序先后而减小。表征衰减过程的时间常数是横向弛豫时间T2和T2 *。明确些说，自旋回波信号S2，S5和S8由于不受静磁场非均匀性的影响，将以横向弛豫时间T2衰减(T2也叫自旋-自旋弛豫时间，因为此时在自旋之间发生能量交换)，而梯度回波信号由于受静磁场不均匀性的影响，将以横向弛豫时间T2 *衰减，后者的衰减过程由于受静磁场非均匀性的影响，要比前者衰减得更快。
接着，相位编码梯度场脉冲GP经梯度场线圈2Y加上，以对有关回波信号S1-S9进行相位编码，如图2D所示。
GP脉冲201a在介于第一个180°脉冲101和自旋回波信号S1之间的时刻加上，极性为正，幅度最大。因此，自回波信号S1采集的数据沿K空间垂直方向(相位编码方向)放在最顶部的线上。在随后产生回波信号S2或S3之前不加上GP脉冲。因此，回波信号S2和S3所具有的积分相位编码值(i201b或i201c)与刚刚加在回波信号S1上的积分相位编码值(i201a)相等，如图2D中虚线所示。也就是说，对回波信号S2，S3如对回波信号S1之上那样作相位编码。因此自回波信号S2和S3采集的数据沿K空间垂直方向(相位编码方向)放在最顶部的线上，如自回波信号S1采集的数据那样。接着，在第二个180°脉冲加上前加上一个极性相反GP脉冲201d，该脉冲具有的幅度与在此以前所加的相位编码梯度场GP的积分值i201c相同。因此，在这时刻相位编码又初始化为零。GP脉冲201d称为反绕脉冲，它能消除先前所作的相位编码的影响，保证后面相位编码的准确度。反绕脉冲能够抑制相移，在K空间内提供连续的相位编码数据，因而避免了重建图像中出现的使图象模糊的假象。
GP脉冲202a发射时刻介于第二个180°脉冲102和回波信号S4之间，其幅度绝对值接近于零。因此自回波信号S4采集的数据沿第一个K空间垂直方向放在邻近中线的位置上。在随后产生回波信号S5和S6期间不加上GP脉冲。因此GP脉冲给回波信号S4、S5和S6都相同的积分相位编码值(i202a，i202b和i202c)。自回波信号S4、S5和S6的采集数据沿K空间垂直方向放入邻近中线的位置上。在产生回波信号S6之后，加上反绕脉冲202d。
GP脉冲203a发射时刻介于第三个180°脉冲103和回波信号S7之间，极性为负。因此，自回波信号S7采集的数据沿第一个K空间的垂直方向放入底部区域的某一根线上。在随后产生回波信号S8和S9期间不加上GP脉冲。因此回波信号S7、S8和S9都具有相同的积分相位编码值(i203a，i203b和i203c)。自回波信号S7、S8和S9采集的数据沿K空间垂直方向放入底部区域的线上。在产生回波信号S9之后，加上反绕脉冲203d。
这样，各回波信号具有如图2D所示的积分相位编码值。明确些说，回波信号S1、S2和S3的积分相位编码i201a、i201b和i201d相同，为正数。回波信号S4、S5和S6的积分相位编码值i202a、i202b和i202c也相同，且接近于零。回波信号S7、S8和S9的积分相位编码值i203a、i203b和i203c也相同，且为负数。
也就是说，在相邻两次再聚焦脉冲发射时间间隔内，多个回波信号将以同一时间间隔相继产生，这里时间原点分别相应于自旋回波信号S2、S5和S8产生的时刻(这些回波信号可作以下划分：S1、S4和S7为一组，S2、S5和S8为一组，S3、S6和S9为一组)。由于相位编码梯度场脉冲GP强度不同，因而积分相位编码值依产生回波信号次序改变，该值由正经过零变为负(变化方向在图2D中以双点一划线表示，并以“a”、“b”和“c”标出)。
在随后重复上述脉冲序列的过程中，相位编码梯度场GP脉冲201a、202a和203a强度稍作变化(明确些说，为减小)，以对各回波信号进行相位编码。因此，从随后的这个脉冲序列产生的回波信号S1、S2和S3中采集的数据被放在K空间上部区域的线上(明确些说，就是紧靠由前一序列的回波信号S1、S2和S3所采集的数据对应的线之下)。从S4、S5和S6中采集的数据位于紧邻中线的线上。从S7、S8和S9中采集的数据放在底部区域的线上。反绕脉冲201d、202d和203d的幅度也以与相位编码梯度场脉冲GP变化的幅度相应的关系变化。
以预先设定的次数重复上述脉冲序列，并从产生的回波信号S1-S9中采集数据。从回波信号S1-S3、S4-S6和S7-S9中采集的各组数据分别受到相同的相位编码。主计算机20按照积分相位编码值不同将由各组回波信号采集得的数据放入不同的K空间(这里S1、S4和S7为一组回波信号，S2、S5和S8为一组，S3、S6和S8为一组)。
明确些说，从回波信号S1、S4和S7中采集的数据组放入如图3A所示的K空间，并按积分相位编码值排在线L、L5和L9上。同样，从回波信号S2、S5和S8采集的数据组放入如图3B所示的K空间的线L1、L5和L9上。从回波信号S3、S6和S9采集的数据组放入如图3C所示的K空间的线L1、L5和L9上。以预先确定的次数重复此脉冲序列，采集的数据组按积分相位编码值不同相继放入各K空间的线L2、L6和L10等上面。
例如，这里上述脉冲序列重复了四次，因而每个K空间都有12条线来安排由此收集的数据，如图3A、3B和3C所示。在这种情况下，图3A所示的K空间放入的是从(梯度)回波信号S1、S4和S7采集的数据，S1、S4和S7以相同时间间隔分别产生于自旋回波信号S2、S5和S8之前。同样，图3B所示的K空间放入的是从(自旋)回波信号S2、S5和S8采集的数据。图3C所示的K空间放入的是从(梯度)回波信号S3、S6和S9采集的数据(S3、S6和S9产生于相应的自旋回波信号之后)。自旋回波信号S2、S5和S8不包含由静磁场不均匀性及其它类似因素引起的相位误差。先于自旋回波信号产生的梯度回波信号S1、S4和S7所含相位误差相同，而后于自旋回波信号产生的梯度回波信号S3、S6和S9所含的相位误差也相同(但该相位误差与S1、S4和S7所含的不同)。但是，由于在同一K空间内的基于回波信号的数据组具有相同的相位误差，所以在K空间有关信号的边界处不存在因静磁场非均匀性或化学位移引起的相位误差(此处边界即指类似于分别放入回波信号S1、S4和S7的区域I、II和III的交界处)。这样，在通过K空间上的二维傅里叶重建的三张图像中没有上述相位误差引起的图像模糊。
此外，三张重建图像反映了不同的衰减程度，因为一张基于自旋回波信号(其衰减时间常数为T2)，两张来源于梯度回波信号(其中一张的梯度回波信号先于自旋回波信号发生，另外一张晚于自旋回波信号发生，衰减时间举数都为T2 *)。如果受检者体内有铁富集引起的肿瘤(如血肿块)，其磁化程度将发生可观的改变，而梯度回波信号也作相应的变化。因此，除了自旋回波发生的时刻(图2E中的时刻t1、t2和t3)以外信号强度将锐减。由此可以获取多个以信号衰减作参数的图像，而这里的信号衰减是由磁化程度差异引起的非均匀磁场产生的，因而有助于对前面所述的肿瘤作出诊断。
而且，在图2A-2E所示的脉冲序列中，在每个相邻180°脉冲的时间间隔内，自旋回波信号S2、S5或S8与发生于其前面或后面的梯度回波信号S1、S4或S7及S3、S6或S9之间相隔ΔT1和ΔT2，见图2C和2E。ΔT1和ΔT2满足下列程：
ωc·ΔT1＝-π(对于回波信号S1、S4和S7)
ωc·ΔT2＝+π(对于回波信号S3、S6和S9)上述方程中，ωc是水份和脂肪的共振频率之差。也就是说，可以通过调节读数梯度场脉冲GP的发射定时来确定ΔT1和ΔT2，GP脉冲在此期间两次改变极性(从正到负，再由负到正)。
按照上述方式发射一系列脉冲序列，用以获得如图3A、3B和3C所示的三个K空间内的三列数据，由此就可以得到水份/脂肪分离图象(即扣除水份或脂肪成分)。明确些说，首先对图3A和3C的包含不同相位误差的K空间中的数据列基于先于和晚于自旋回波信号发生的梯度回波信号施行二维傅里叶变换得到两组重建图像数据。随后将两组重建图像数据相除得到一个比率(以复数表示)。这个比率表征了因磁场非均匀性引起的空间各点的相位误差。将该比率代入这两组图像数据就得到了两组经过相位校正的数据。把上述两组经过相位校正的图像数据的一组与一组由图3B的数据列作二维傅里叶变换得到重建图像数据的基于不包含相位误差的自旋回波信号相加，而另外一组与之相减，这样就得到两组新的重建图像数据。其中一组为只去除脂肪的水份图像，另外一组为只去除水份的脂肪图像。获得这两组图像的数据处理过程在文献中已有详细论述(见Y.S.金等人所著，“磁场不均匀性很大时的化学位移成象”刊于《医学中的磁共振》，1987年第4期，第452至460页)，此处不再作深入讨论。
在上述第一个实施例中，相位编码梯度场脉冲GP201a极性为正，而GP脉冲203a极性为负，它们的幅度逐渐减小。但是，GP脉冲201a极性也可为负，而GP脉冲203a为正，其幅度逐渐减小。如果这样的话，在K空间内，数据在垂直方向上的排列与图3A-3C的数据排列相反。
第二个实施例
以下叙述第二个实施例。此处磁共振成像装置与第一个实施例中的相同，因而不再描述。图4A-4C(示出90°脉冲和180°脉冲，片选择梯度场脉冲GS和读数梯度场脉冲Gr的定时与第一个实施例中的相应部分完全一样，此处也不再描述。
如图4D所示，在本实施例中，经梯度场线圈2Y施加相位编码梯度场脉冲GP将相位编码以对回波信号S1-S9进行相位编码。
GP脉冲301a在回波信号S1产生之前施加，其幅度接近于零。所以从回波信号S1采集的数据放在第一个K空间沿相位编码方向的中线附近。GP脉冲301b在随后的回波信号S2产生之前施加，其极性为正，幅度大于GP脉冲301a。它与早先施加的GP脉冲301a(此处即i301a，GP脉冲的前的i表示积分相位编码值)相加，对回波信号S2作的相位编码有一个较大的正积分相位编码值(i301b)。由回波信号S2采集的数据放在第二个K空间中沿相位编码方向的顶线上。GP脉冲301c在随后的回波信号S3产生之前施加，极性为负，其绝对值大于GP脉冲301b的绝对值。与紧靠其前的较大的正积分相位编码值(i301b)相加，对回波信号S3作的相位编码有一个较小的负的积分相位编码值(i301c)。自回波信号S3采集的数据放入第三个K空间中的下部区域的线上。然后，与第一个实施例相同，施加一个反绕脉冲301d，它具有相反的极性，而幅度相应于紧靠其前的较小的负的积分相位编码值(i301c)。
随后，在回波信号S4产生之前施加GP脉冲302a，其幅度与GP脉冲301a的相同而极性相反。自回波信号S4采集的数据放在第一个K空间中底部区域的线上。在回波信号S5产生前施加的GP脉冲302b(＝i302a)相加，对回波信号S5的相位编码有一个近似为零的积分相位编码值(i301b)。自回波信号S5采集的数据放在第二个K空间的中线附近。在回波信号S6之前施加GP脉冲302c，其幅度与紧靠其前后的GP脉冲302b相同。它与紧靠其前接近于零的积分相位编码值(i302b)相加，对回波信号S6上的积分编码有一个较大的正的积分相位编码值(i302c)。自回波信号S6采集的数据放在第三个K空间的顶线上。然后同样施加一个反绕脉冲302d。
随后，在回波信号S7产生之前施加GP脉冲303a，其极性为正，幅度最大。来自回波信号S7的数据放在第一个K空间中的顶线上。在回波信号S8产生之前施加一个GP脉冲303b，幅度与GP脉冲301c的相同。它与早先施加的GP脉冲303a(＝i303a)相加，对回波信号S8的相位编码有一个较小的负的积分相位编码值(i303b)。自回波信号S8采集的数据放在第二个K空间中底部区域的线上。GP脉冲303c在回波信号S9产生前施加，其幅度与GP脉冲302b的相同。与紧靠其前的较小的负的积分相位编码值(i303b)相加，将对回波信号S9的相位编码有一个接近于零的积分相位编码值(i303c)。自回波信号S9采集的数据放在第三个K空间中的中线附近。然后同样施加一个反绕脉冲303d。
在与示于图2A-2E的第一个实施例类似的上述脉冲序列中，把(梯度)回波信号S1、S4和S7填入一个K空间(S1、S4和7分别以相同的时间间隔先于自旋回波信号S2、S5和S8产生)，把(自旋)回波信号S2、S5和S8填入第二个K空间，把(梯度)回波信号S3、S6和S9填入第三个K空间(S3、S6和9分别以相同的时间间隔晚于S2、S5和S8产生)(见图5A、5B和5C)。本实施例与第一个实施例不同之处在于：相位编码的结果是把(梯度)回波信号S1的数据放在图5A所示的K空间的中部，把(自旋)回波信号S5的数据放在图5B所示的K空间的中部，而把(梯度)回波信号S9的数据放在图5C所示的K空间的中部。
由上可见，回波信号S1的数据被放在图5A所示的K空间的中部，回波信号S5的数据被放在图5B所示的K空间的中部，而回波信号S9的数据被放在图5C所示的K空间的中部。通过二维傅里叶变换重建图像时，重建图像的对比度由K空间中部区域(示意图中相应于区域II的低频区域)的数据决定。因此，从图5A所示K空间得到的图像的对比度由(梯度)回波信号S1决定。从图5B所示K空间得到的图像的对比度由(自旋)回波信号S5决定。从图5C所示K空间得到的图像的对比度由(梯度)回波信号S9决定。
并且，如图4E所示，放于一个K空间中部区域II内的(梯度)回波信号S1其回波时间tE1较短。放于另一个K空间中部区域II内的(梯度)回波信号S9具有很长的回波时间tE3。放于一个K空间中部区域II内的自旋回波信号S5其回波时间tE2介于tE1和tE3之间。例如，当一个脉冲序列的重复时间设定为3000ms左右或以上时，则相邻两个180°脉冲的时间间隔可设定为40ms(＝2τ)，ΔT1和ΔT2(如图4E所示，ΔT1是S1与S2，S4与S5，S7与S8之间的时间间隔，ΔT2是S2与S3，S5与S6，S8与S9之间时间间隔定为10ms。那么回波信号S1的回波时间tE1为30ms，回波信号S5的回波时间tE2为80ms，而回波信号S9的回波时间tE3为130ms。通过对如图5A-5C所示的K空间作二维傅里叶变换而得到的重建图像有：质子密度图像(不含T2弛豫信息)，T2增强图像(偏白，增强水份信息)和T2重增强图像(高度增强水份信息)。由此可见，我们可以从一个脉冲序列快速获得多幅不同对比度图像。
上面所述的回波时间tE1、tE2、tE3的范围分别是：10-50ms，70-120ms，130-300ms。在这些范围内可以得到上述多个对比度。
在上述第一个和第二个实施例所采用的脉冲序列中，包含一个激励射频脉冲和三个再聚焦射频脉冲，总共产生了九个回波信号。若再聚焦射频脉冲再增加一个或两个，则将产生总共十二个或总共十五个回波信号。并且，在相邻两次再聚焦射频脉冲期间，读数梯度场Gr脉冲的极性可以改变四次或六次。这样在相邻两次再聚焦射频脉冲期间将产生五个或七个回波信号(其中第三或第四个信号为自旋回波信号，其余的为梯度回波信号。
本发明还可以其它特殊的形式实施而不背离其精神和实质性内容，因此在指明本发明涉及的范围时，应根据所附的权利要求，而不是根据前面的技术说明。

Claims (8)

1.一种利用核磁共振现象的磁共振成像方法，其特征在于，包括如下的步骤：
(a)向一个受检对象发射一个激励射频脉冲及随后发射多个再聚焦射频脉冲，从而连续产生多个自旋回波信号；
(b)在发射所述激励射频脉冲和再聚焦射频脉冲的同时分别施加片选择梯度场脉冲来选择层面；
(c)在相邻两次发射所述再聚焦射频脉冲期间，多次改变读数梯度场脉冲的极性，从而产生多个分布于任意一个所述自旋回波信号之前或之后的梯度回波信号；
(d)在相邻两次发射上述再聚焦射频脉冲期间，对多个回波信号(下面称为同组回波信号)中的每一个施加一个提供不同积分相位编码值的相位编码场脉冲，这些回波信号产生于从每个所述自旋回波信号产生时刻算起的相等的时间间隔处；
(e)施加所述读数梯度场脉冲，该脉冲与所述回波信号存在一定的定时关系；
(f)重复步骤(a)-(e)的脉冲序列，在这个过程中改变上述步骤(d)的积分相位编码值；
(g)按照加到各回波信号上的积分相位编码值，由同组回波信号采集的数据加以处理以把所述数据放入相应的K空间内，并基于这些K空间分别重建多个层面图像。
2.如权利要求1的一种方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，第n个再聚焦射频脉冲发射时刻(n为正整数)为
{2(n－1)＋1}τ
这里取所述激励射频脉冲的发射时刻为时间原点，而τ是第一个所述再聚焦射频脉冲发射的时刻。
3.一种利用核共振现象的磁共振成像装置，其特征在于：包括：
一台主磁铁，用以在成像空间产生一个均匀的静磁场；
附加于主磁铁的第一、第二和第三梯度场线圈各一个，用以产生三种梯度场脉冲(即片选择梯度场脉冲，读数梯度场脉冲和相位编码梯度场脉冲)，这些脉冲将在所述成像空间的三个正交方向上产生强度变化的磁场；
一个射频线圈，用于向成像空间内的受检对象发射一个激励射频脉冲和多个再聚焦射频脉冲，并检取来自该受检对象的回波信号；
射频发射装置，用以按预先设定的时序经射频线圈连续发射所述的激励射频脉冲和再聚焦射频脉冲；
产生片选择梯度场脉冲的装置，用以经所述第一梯度场线圈以与激励射频脉冲和再聚焦射频脉冲一定的定时关系产生片选择梯度场脉冲用以选取层面；
产生读数梯度场脉冲的装置，用以在相邻两次发射再聚焦射频脉冲的时间间隔内，多次改变脉冲极性从而使梯度回波信号产生于一自旋回波信号之前或之后，能经第二级线圈，以与所述自旋回波信号和所述梯度回波信号一定的定时关系产生读数梯度场脉冲；
产生相位编码梯度场脉冲的装置，用以在相邻两次发射再聚焦射频脉冲期间，改变所述相位编码梯度场脉冲的强度，对多个回波信号(以下称回波信号组)的每个回波信号作相位编码，积分相位编码值按照同一组内回波信号产生的次序由正值(或负值)经过零位变为负值(或正值)，这些回波信号在每个所述自旋回波信号产生之前或之后的相等的时间间隔处产生，它又用以在所述回波信号产生前一瞬间经所述第三梯度场线圈产生所述相位编码梯度场脉冲，从而构成一个脉冲序列；重复上述脉冲序列，它还用以在改变所述积分相位编码值时重复产生所述脉冲序列；以及
数据处理，用以按加到每个所述回波信号上的积分相位编码值，由同组回波信号采集的数据放入不同的K空间中的一个空间，它又用以基于所述K空间分别重建多个层面图象。
4.如权利要求3所述的一种装置，其特征在于，所述射频发射装置能够控制第n个再聚焦射频脉冲(n为正整数)的发射定时为：
{2(n－1)＋1}τ
这里以所述激励射频脉冲发射时刻为时间原点，τ是所述第一个再聚焦射频脉冲发射的时刻。
5.如权利要求3的一种装置，其特征在于，所述相位编码梯度场脉冲产生装置能够在每个周期内，在最后一个回波信号产生之后发射一个与前一个脉冲极性相反而强度相同的反绕脉冲。
6.如权利要求3所述的一种装置，其特征在于，所述读数梯度场脉冲产生装置能够通过两次改变极性在ΔT1和ΔT2时刻产生所述梯度回波信号，ΔT1、ΔT2由下式决定：
ωc·ΔT1＝-π，而
ωc·ΔT1＝+π
这里ωc是水份和脂肪的共振频率之差，时间原点从相邻两次所述再聚焦脉冲发射期间内产生自旋回波的时刻算起，
由此可以产生先于和后于所述自旋回波信号的梯度回波信号各一个；以及
数据处理装置，它能够：
(a)通过在两个K空间上的二维傅里叶变换得到两组重建图像数据，其中一个K空间由在ΔT1时刻产生的一组梯度回波信号采集的数据构成，而另外一组由在ΔT2时刻产生的一组梯度回波信号采集的数据构成；
(b)通过对这两组重建图像数据相除得到一个比率；
(c)通过将所述比率代入所述两组重建图像的数据得到两组经过相位校正的图像数据；
(d)通过在K空间上的二维傅里叶变换得到一组重建图像数据，该K空间由一组自旋回旋回波信号采集的数据构成；
(e)通过由所述两组相位校正的图象数据与所述重建图象数据作相加和相减运算，得到两组新的重建图像数据。
7.如权利要求3所述的一种装置，其特征在于，相位编码梯度场脉冲产生装置能够在产生所述回波信号前的一瞬间经所述第三梯度场线圈产生所述相位编码梯度场脉冲，从而形成一脉冲系列，并且能够在改变所述积分相位编码值时重复上述脉冲序列，所述相位编码梯度场脉冲满足下列条件：
(a)相位编码梯度场脉冲的强度是变化的，以将不同的积分相位编码值提供给同组回波信号中的各个回波信号；
(b)所述相位编码梯度场脉冲以如下方式产生：将接近于零的积分相位编码值分别加载到具有使得对于在短回波时间产生的一回波信号、在长回波时间内产生的一回波信号和在平均回波时间内产生的一回波信号，积分相位编码值接近于零，回波时间的起算点为激励射频脉冲的发射时刻。
8.如权利要求7所述的一种装置，其特征在于，所述回波时间分别为10-50ms，70ms-120ms和130-300ms。
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