TWI540330B - 偵測動態磁場變化之方法與裝置 - Google Patents

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Description

偵測動態磁場變化之方法與裝置
本發明係關於一種校正核磁共振影像技術，特別是關於一種偵測動態磁場變化之方法與裝置。
核磁共振造影過程中，由於受動態磁場變化，因此量測過程將產生誤差。而這些動態磁場變化包含勻線圈(shim coil)加熱造成之主磁場(main field,B0)飄移、快速開關梯度線圈(gradient coil)所形成的渦電流(eddy current)造成之干擾磁場、或者受試者生理訊號造成的磁場飄移。這些磁場飄移可使用特別設計之脈衝序列(pulse sequence)來量測磁場變化大小，但這些方法無法及時動態量測隨時間的準確磁場變化。
已知量測磁場變化之方法係藉由磁場偵測器量測空間中局部磁場後，並基於所量測之局部磁場後，配合磁場偵測器的空間位置座標，以多項式方程式估計磁場分布。該等已知方法需使用與造影物體不同的磁共振訊號核種做為訊號源、或使用電磁屏蔽(shielding)的方式方可與造影物體之訊號作出區分，然而，使用不同的核種會降低訊噪比(SNR)，使用屏蔽方式則會令核磁共振影像裝置體積過大。
有鑑於上述習知技術之問題，本發明提供一種偵測動態磁場變化之方法，包含產生一射頻脈衝及接收一造影物體之磁共振訊號；產生一失相梯度磁場及一回相梯度磁場；接收一磁場偵測器之訊號源樣本之磁共振訊號；基於該訊號源樣本之磁共振訊號獲得一動態磁場變化；以及基於該動態磁場變化校正該造影物體之磁共振訊號；其中，該失相梯度磁場與該回相梯度磁場係產生於該射頻脈衝產生之後，於該失相梯度磁場產生後擷取該訊號源樣本之磁共振訊號，該回相梯度磁場係於擷取該訊號源樣本之磁共振訊號之後而於擷取造影物體之磁共振訊號之前所產生；以及其中，該失相梯度磁場之梯度磁場累積量與該回相梯度磁場之梯度磁場累積量相同。
本發明上述之方法，其中產生該失相梯度磁場及該回相梯度磁場之步驟包含以至少一方向之梯度線圈產生該失相梯度磁場及該回相梯度磁場。
本發明上述之方法，其中前述接收該磁場偵測器之訊號源樣本之磁共振訊號之步驟係以包含分布於一照影空間之複數個磁場偵測器，每一磁場偵測器包含包覆於該訊號源樣本外部之射頻線圈所接收。
本發明上述之方法，其中該訊號源樣本之成分包含氫。
本發明復提供一種偵測動態磁場變化之方法，包含產生一射頻脈衝及接收一造影物體之磁共振訊號；產生一失相梯 度磁場；接收一磁場偵測器之訊號源樣本之磁共振訊號；基於該訊號源樣本之磁共振訊號獲得一動態磁場變化；以及基於該動態磁場變化校正該造影物體之磁共振訊號；其中，該失相梯度磁場係產生於該射頻脈衝產生之後，於該失相梯度磁場產生後擷取該訊號源樣本之磁共振訊號，於擷取該訊號源樣本之磁共振訊號後擷取造影物體之磁共振訊號。
本發明復提供一種偵測動態磁場變化之裝置，包含：一射頻激發接收模組，係配置以產生一射頻脈衝及接收一造影物體之磁共振訊號；一梯度線圈模組，係配置以產生一失相梯度磁場及一回相梯度磁場；一磁場偵測器模組，係包含分布於一照影空間之複數個磁場偵測器，每一磁場偵測器包含包覆於該磁場偵測器之一訊號源樣本外部之射頻線圈，配置以接收該訊號源樣本之磁共振訊號；以及一運算單元模組，配置以基於該訊號源樣本之磁共振訊號獲得一動態磁場變化，並基於該動態磁場變化校正該造影物體之磁共振訊號；其中，該失相梯度磁場與該回相梯度磁場係產生於該射頻脈衝產生之後，於該失相梯度磁場產生後擷取該訊號源樣本之磁共振訊號，該回相梯度磁場係於擷取該訊號源樣本之磁共振訊號之後而於擷取造影物體之磁共振訊號之前所產生；以及其中，該失相梯度磁場之梯度磁場累積量與該回相梯度磁場之梯度磁場累積量相同。
本發明復提供一種偵測動態磁場變化之裝置，包含：一射頻激發接收模組，係配置以產生一射頻脈衝及接收一造 影物體之磁共振訊號；一梯度線圈模組，係配置以產生一失相梯度磁場；一磁場偵測器模組，係包含分布於一照影空間之複數個磁場偵測器，每一磁場偵測器包含包覆於該磁場偵測器之一訊號源樣本外部之射頻線圈，配置以接收該訊號源樣本之磁共振訊號；以及一運算單元模組，配置以基於該訊號源樣本之磁共振訊號獲得一動態磁場變化，並基於該動態磁場變化校正該造影物體之磁共振訊號；其中，該失相梯度磁場係產生於該射頻脈衝產生之後，於該失相梯度磁場產生後擷取該訊號源樣本之磁共振訊號，於擷取該訊號源樣本之磁共振訊號後擷取造影物體之磁共振訊號。
關於本發明其他附加的特徵與優點，此領域之熟習技術人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，根據本案進行之等效修改或變更，均包含於本發明之專利範圍中。
10‧‧‧偵測動態磁場變化之裝置
101‧‧‧磁體
102‧‧‧梯度線圈模組
103‧‧‧射頻激發接收模組
104‧‧‧磁場偵測器模組
1041‧‧‧磁場偵測器
1042‧‧‧磁場偵測器之訊號源樣本
105‧‧‧運算單元模組
106‧‧‧系統控制單元
107‧‧‧造影空間
第一圖係本發明一具體實施例的偵測動態磁場變化之裝置示意圖。
第二A圖係本發明適用於螺旋軌跡成像的脈衝序列設計與訊號擷取示意圖。
第二B圖係本發明適用於螺旋軌跡成像的K空間資料分布示意圖。
第三圖係本發明一具體實施例中，量測磁場空間係數隨時間之 對應圖。
第四圖係本發明一具體實施例中，隨時間之磁場變化頻譜圖。
第五A圖係本發明一具體實施例中，所量測之各時間點的空間磁場分布圖。
第五B圖係顯示本發明一具體實施例中，未校正之核磁共振影像與經校正之核磁共振影像。
第六A圖係本發明適用於面迴訊成像的脈衝序列設計與訊號擷取示意圖。
第六B圖係本發明適用於面迴訊成像的K空間資料分布示意圖。
下文係根據本發明的具體實施例並參照圖式描述之，於下文中更完整說明本文標的內容，這些圖式係形成本發明的一部分，且其係藉由描述方式來說明特定的例示具體實施例。然而，標的內容係可實施為各種不同的形式，因此，涵蓋的或主張的標的內容係應解釋為不限於本文所提出的任何例示具體實施例；例示具體實施例係僅提供作為說明之用。因此，熟習本技術的人士從本揭示內容中便會明白，該等具體實施例在下面的說明僅係為示例性之目的，而沒有限制隨附申請專利範圍及其等效範圍所定義之本發明的目的。
請參閱第一圖，第一圖係本發明一具體實施例的偵測動態磁場變化之裝置示意圖。本發明偵測動態磁場變化之裝置 10包含磁體101配置以產生主磁場、梯度線圈模組102配置以產生梯度磁場、射頻激發接收模組103配置以產生射頻脈衝及接收造影物體之磁共振訊號、磁場偵測器模組104配置以接收磁場偵測器104之訊號源樣本之磁共振訊號、運算單元模組105，以及系統控制單元106。磁場偵測器模組模組104包含10個磁場偵測器1041分布於用以容置造影物體(例如但不限於人體)之造影空間107。每一個磁場偵測器1041包含包覆於訊號源樣本1042外部之微小射頻線圈，其中該微小射頻線圈之線圈直徑小於10mm。該磁場偵測器104之訊號源樣本1042之成分包含氫，例如水。在本發明一較佳具體實施例中，該訊號源樣本1042與微小射頻線圈之周圍再以FC-40全氟化液包覆以達到磁化率均勻之目的。磁場偵測器模組104進一步包含令共振頻率偏移之PIN二極體、電路匹配與低雜訊放大器以接收訊號源樣本之磁共振訊號。在本發明其他具體實施例中，磁場偵測器之數量不限於10個。
同時參考第二A圖，第二A圖係本發明適用於螺旋軌跡成像的脈衝序列設計與訊號擷取示意圖。系統控制單元106控制射頻激發接收模組103與梯度線圈模組102產生脈衝之時間。在本發明一具體實施例中，射頻激發接收模組103首先產生一射頻脈衝，之後梯度線圈模組102產生第一方向失相梯度磁場與第二方向失相梯度磁場，並於該第一方向失相梯度磁場與第二方向失相梯度磁場產生後接收訊號源樣本的磁共振訊號。該第一方向失相梯度磁場與該第二方向失相梯度磁場的梯度磁場隨時間之累積量設 計為一預設強度使得造影物體之磁共振訊號處於失相(dephase)狀態。換言之，此時造影物體之磁共振訊號被削弱，磁場偵測器1041所接收之訊號源樣本的磁共振訊號不包含造影物體之磁共振訊號。當磁場偵測器1041隨時間接收訊號源樣本的磁共振訊號，即可獲得獨立於造影物體之磁共振訊號的動態磁場變化。進一步，於接收到訊號源樣本的磁共振訊號後，梯度線圈模組102產生與第一方向失相梯度磁場與該第二方向失相梯度磁場的梯度磁場隨時間之累積量相同但符號相反之第一方向回相梯度磁場與第二方向回相梯度磁場，使得造影物體之磁共振訊號不再處於失相狀態(即回到K空間的中心點位置)，之後射頻激發接收模組103即可接收到完整的造影物體之磁共振訊號。本發明上述之脈衝序列設計與訊號擷取設計，利用梯度線圈模組調控空間編碼組成的K空間，使造影物體之磁共振訊號頻率與訊號源樣本的磁共振訊號頻率在K空間上存有差異，如第二B圖所示，使造影物體之磁共振訊號處於失相狀態，進而獲得獨立於造影物體之磁共振訊號的動態磁場變化。
在本發明一較佳實施例中，脈衝序列設計為TR=100ms，α=30°，TE=30ms，resolution=2mm x 2mm x 5mm；110T/m/s slew rate。運算單元模組105擷取磁場偵測器1041所接收訊號源樣本的磁共振訊號之時間為9ms。第一方向失相梯度磁場、第一方向回相梯度磁場、第二方向失相梯度磁場以及第二方向回相梯度磁場的梯度磁場累積量皆為59mTms/m。在本發明其他具體實施 例中，梯度線圈模組102不限於產生兩個方向之梯度磁場，亦可僅產生一個方向梯度磁場或產生三個方向以上之梯度磁場，配合不同的梯度磁場累積量達到使造影物體之磁共振訊號處於失相狀態的目的。
再次參考第一圖，運算單元模組105擷取磁場偵測器1041所接收訊號源樣本的磁共振訊號。運算單元模組105將該訊號源樣本的磁共振訊號由類比訊號轉化成數位化可運算之形式，配合空間位置座標，以多項式方程式估計磁場分布。參第三圖，第三圖係量測磁場空間係數隨時間之對應圖，即動態量測X方向與Y方向之零階與一階磁場梯度的結果，進而可擬合出多項式方程式之係數。第四圖係本發明一具體實施例中，隨時間之磁場變化頻譜圖。進一步，隨著時間所接收之訊號源樣本的磁共振訊號，可進一步估計空間動態磁場變化，如第五A圖所示，第五A圖係顯示本發明一具體實施例中，量測約4分鐘之空間動態磁場變化，可清楚得知第18秒、第50秒、第170秒以及第220秒空間磁場分布圖。再次參考第一圖，運算單元模組105擷取射頻激發接收模組103所接收之造影物體之磁共振訊號，運算單元模組105基於該空間動態磁場變化校正該造影物體之磁共振訊號以重建核磁共振影像。參考第五B圖，第五B圖係顯示本發明一具體實施例中，未校正之核磁共振影像與經校正之核磁共振影像，經校正之核磁共振影像相較於未校正之核磁共振影像，時間訊雜比改善137%。
進一步參考第六A圖，第六A圖係本發明適用於面迴 訊成像的脈衝序列設計與訊號擷取示意圖。系統控制單元106控制射頻激發接收模組103與梯度線圈模組102產生脈衝之時間。在本發明一具體實施例中，射頻激發接收模組103首先產生一射頻脈衝，之後梯度線圈模組102產生第一方向失相梯度磁場與第二方向失相梯度磁場，並於該第一方向失相梯度磁場與第二方向失相梯度磁場產生後接收訊號源樣本的磁共振訊號。該第一方向失相梯度磁場與該第二方向失相梯度磁場的梯度磁場累積量設計為一預設強度使得造影物體之磁共振訊號處於失相狀態。換言之，此時造影物體之磁共振訊號被削弱，磁場偵測器1041所接收之訊號源樣本的磁共振訊號不包含造影物體之磁共振訊號。當磁場偵測器1041隨時間接收訊號源樣本的磁共振訊號，即可獲得獨立於造影物體之磁共振訊號的動態磁場變化。進一步，參考第六B圖，第六B圖係本發明適用於面迴訊成像的K空間資料分布示意圖。由於面迴訊成像係於K空間外圍開始蒐集資料，因此，與第二圖中適用於螺旋軌跡成像的脈衝序列設計與訊號擷取不同處在於，無須再藉由回相梯度磁場使得造影物體之磁共振訊號回到K空間的中心點位置即可於擷取該訊號源樣本之磁共振訊號後擷取造影物體之磁共振訊號。
經過本發明較佳實施例之描述後，熟悉該項技術人士可清楚的瞭解，在不脫離下述申請專利範圍與精神下可進行各種變化與改變，且本發明亦不受限於說明書中所舉實施例的實施方式。

Claims (14)

  1. 一種偵測動態磁場變化之方法，包含：產生一射頻脈衝及接收一造影物體之磁共振訊號；產生一失相梯度磁場及一回相梯度磁場；接收一磁場偵測器之訊號源樣本之磁共振訊號；基於該訊號源樣本之磁共振訊號獲得一動態磁場變化；以及基於該動態磁場變化校正該造影物體之磁共振訊號；其中，該失相梯度磁場與該回相梯度磁場係產生於該射頻脈衝產生之後，於該失相梯度磁場產生後擷取該訊號源樣本之磁共振訊號，該回相梯度磁場係於擷取該訊號源樣本之磁共振訊號之後而於擷取造影物體之磁共振訊號之前所產生；以及其中，該失相梯度磁場之梯度磁場累積量與該回相梯度磁場之梯度磁場累積量相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中產生該失相梯度磁場及該回相梯度磁場之步驟包含以至少一方向之梯度線圈產生該失相梯度磁場及該回相梯度磁場。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中前述接收該磁場偵測器之訊號源樣本之磁共振訊號之步驟係以包含分布於一照影空間之複數個磁場偵測器，每一磁場偵測器包含包覆於該訊號源樣本外部之射頻線圈所接收。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該訊號源樣本之成分包含氫。
  5. 一種偵測動態磁場變化之方法，包含： 產生一射頻脈衝及接收一造影物體之磁共振訊號；產生一失相梯度磁場；接收一磁場偵測器之訊號源樣本之磁共振訊號；基於該訊號源樣本之磁共振訊號獲得一動態磁場變化；以及基於該動態磁場變化校正該造影物體之磁共振訊號；其中，該失相梯度磁場係產生於該射頻脈衝產生之後，於該失相梯度磁場產生後擷取該訊號源樣本之磁共振訊號，於擷取該訊號源樣本之磁共振訊號後擷取造影物體之磁共振訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中產生該失相梯度磁場之步驟包含以至少一方向之梯度線圈產生該失相梯度磁場。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中前述接收該磁場偵測器之訊號源樣本之磁共振訊號之步驟係以包含分布於一照影空間之複數個磁場偵測器，每一磁場偵測器包含包覆於該訊號源樣本外部之射頻線圈所接收。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該訊號源樣本之成分包含氫。
  9. 一種偵測動態磁場變化之裝置，包含：一射頻激發接收模組，係配置以產生一射頻脈衝及接收一造影物體之磁共振訊號；一梯度線圈模組，係配置以產生一失相梯度磁場及一回相梯度磁場；一磁場偵測器模組，係包含分布於一照影空間之複數個磁場偵測器，每一磁場偵測器包含包覆於該磁場偵測器之一訊號 源樣本外部之射頻線圈，配置以接收該訊號源樣本之磁共振訊號；以及一運算單元模組，配置以基於該訊號源樣本之磁共振訊號獲得一動態磁場變化，並基於該動態磁場變化校正該造影物體之磁共振訊號；其中，該失相梯度磁場與該回相梯度磁場係產生於該射頻脈衝產生之後，於該失相梯度磁場產生後擷取該訊號源樣本之磁共振訊號，該回相梯度磁場係於擷取該訊號源樣本之磁共振訊號之後而於擷取造影物體之磁共振訊號之前所產生；以及其中，該失相梯度磁場之梯度磁場累積量與該回相梯度磁場之梯度磁場累積量相同。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該梯度線圈模組包含至少三個方向之梯度線圈，該梯度線圈模組係以至少一方向之梯度線圈產生該失相梯度磁場及該回相梯度磁場。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中該訊號源樣本之成分包含氫。
  12. 一種偵測動態磁場變化之裝置，包含：一射頻激發接收模組，係配置以產生一射頻脈衝及接收一造影物體之磁共振訊號；一梯度線圈模組，係配置以產生一失相梯度磁場；一磁場偵測器模組，係包含分布於一照影空間之複數個磁場偵測器，每一磁場偵測器包含包覆於該磁場偵測器之一訊號源樣本外部之射頻線圈，配置以接收該訊號源樣本之磁共振訊號；以及 一運算單元模組，配置以基於該訊號源樣本之磁共振訊號獲得一動態磁場變化，並基於該動態磁場變化校正該造影物體之磁共振訊號；其中，該失相梯度磁場係產生於該射頻脈衝產生之後，於該失相梯度磁場產生後擷取該訊號源樣本之磁共振訊號，於擷取該訊號源樣本之磁共振訊號後擷取造影物體之磁共振訊號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該梯度線圈模組包含至少三個方向之梯度線圈，該梯度線圈模組係以至少一方向之梯度線圈產生該失相梯度磁場。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中該訊號源樣本之成分包含氫。
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