專利名稱：測磁場的方法、產(chǎn)生梯度線圈方法、梯度線圈和磁共振成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用于測量磁場的方法、用于產(chǎn)生梯度線圈的方法、梯度線圈以及用于磁共振成像的設(shè)備，尤其涉及到在停止梯度磁場的施加后測量剩磁場的方法；一種其剩磁場的高階項較小的梯度線圈；用于生產(chǎn)該梯度線圈的方法；以及用于具有這種梯度線圈的磁共振成像的設(shè)備。
在一個磁共振成像(MRI)設(shè)備中，成像的受試者被放到磁鐵系統(tǒng)的孔心，即形成靜磁場的空間，通過施加梯度磁場和高頻磁場在受試者中生成一個磁共振信號，并在接收到磁共振信號的基礎(chǔ)上生成(重現(xiàn))局部圖像。
在使用永久磁鐵生成磁場的磁鐵系統(tǒng)中，用于在靜磁場空間中均勻分布磁通量的極片，被分別提供在彼此相對的每一對永久磁鐵的各個前端，并沿每個極片的相應(yīng)極面上配置有用于生成梯度磁場的梯度線圈。
在上面描述的磁鐵系統(tǒng)中，因為每個梯度線圈都靠近極片，所以該極片被梯度磁場磁化。由于殘余磁化形成的剩余梯度磁場自旋的相位受到的影響，好象這里有一個具有極端長的時間常數(shù)的渦流一樣。結(jié)果，干擾了要求諸如使用快速自旋回波(FSE)方法進(jìn)行精確的相位控制的圖像。
截至目前，由于缺乏測量由殘余磁化所產(chǎn)生的磁場的適當(dāng)?shù)姆椒?，還沒有可能產(chǎn)生消除它的影響。
因此，本發(fā)明的一個目的是實現(xiàn)在停止施加梯度磁場后測量剩磁場的方法，通過使由測量顯示出的剩磁場的特性反映在其內(nèi)的梯度線圈的制造方法，由該方法制造的梯度線圈，和用于具有此梯度線圈的磁共振成像的設(shè)備。
(1)為了解決上述問題，本發(fā)明的一個觀點是一種用于測量磁場的方法，其特征在于在測量空間的虛球表面的測點上放置一個磁共振樣品；在這個測量空間上施加一個梯度磁場；在停止施加該梯度磁場后執(zhí)行射頻(RF)激發(fā)，以測量由樣品生成的FID信號。在FID信號的相位微分差的基礎(chǔ)上計算磁場強(qiáng)度；娘將磁場強(qiáng)度擬合成表示測量空間中磁場強(qiáng)度分布的球面函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的這個觀點，代表剩磁場特性的球面函數(shù)，通過測量磁場以及將該測量擬合到球面函數(shù)中來識別，其中的磁場利用從放置在球面的測點的樣品的FID信號引起剩磁化。
(2)為了解決上述問題，本發(fā)明的另一個觀點是用于測量磁場的方法，其特征在于在測量空間的虛球表面的測點上，放置一個磁共振樣品；把另一個磁共振樣品被安放在球的中心；給測量空間施加一個梯度磁場；在停止施加該梯度磁場后執(zhí)行射頻(RF)激發(fā)，以測量由樣品生成的FID信號；在測點的樣品和在球中心的樣品生成的FID信號的相位微分之間的差的基礎(chǔ)上計算測點的磁場強(qiáng)度；然后將磁場強(qiáng)度擬合到代表分布在測量空間的磁場強(qiáng)度的球面函數(shù)中。
根據(jù)本發(fā)明的這個觀點，測量來自于安放在球中心的FID信號，并將它作為基準(zhǔn)。
(3)為了解決上述問題，本發(fā)明的另一個觀點是測量磁場的方法，其特征在于在測量空間的虛球表面的測點上，放置一個磁共振樣品；間歇性地施加梯度磁場而該梯度從一個極性的最大梯度到另一反極的最大梯度之間連續(xù)變化，然后梯度從這個相反極性的最大梯度到第一級性的最大梯度之間連續(xù)變化；在梯度磁場的間歇期執(zhí)行射頻(RF)激發(fā)，以測量由樣品生成的FID信號；計算FID信號的相位微分；在伴隨一個梯度回合的完整的相位微分的差磁滯基礎(chǔ)上計算磁點的磁場強(qiáng)度；然后將磁場強(qiáng)度擬合成表示測量空間磁場強(qiáng)度分布的球面函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的這個觀點，梯度磁場在一極性的最大梯度和相反極性的最大梯度之間往復(fù)變化。這就使得具有剩余磁化的磁滯的磁場強(qiáng)度測量保持不變成為可能。
(4)為了解決上述問題，本發(fā)明的另一個觀點是測量磁場的方法，其特征在于在測量空間的虛球表面的測點上，放置一個磁共振樣品；另一個磁共振樣品被安放在球的中心；間歇性地施加梯度磁場而該梯度從一個極性的最大梯度到另一相反極性的最大梯度之間連續(xù)變化，然后從這個反極性的最大梯度到第一級性的最大梯度之間連續(xù)變化；在梯度磁場的間歇期執(zhí)行射頻(RF)激發(fā)，以測量由樣品生成的FID信號；計算測點的樣品和在球中心的樣品生成的FID信號的相位微分之間的差；在伴隨一個梯度回合的完整的相位微分的差磁滯基礎(chǔ)上計算磁點的磁場強(qiáng)度；然后將磁場強(qiáng)度擬合成表示在測量空間的磁場強(qiáng)度分布的球面函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的這個觀點，測量來自于安放在球中心樣品的FID信號，并將它作為基準(zhǔn)。
(5)為了解決上述問題，本發(fā)明的另一個觀點是測量磁場的方法，根據(jù)(1)到(4)的任意一個，其特征在于測量是在多個測點上連續(xù)完成的。
根據(jù)本發(fā)明的這個觀點，由于測量是在多個測點連續(xù)完成的，因此相同的樣品可以重復(fù)使用。
(6)為了解決上述問題，本發(fā)明的另一個觀點是測量磁場的方法，其特征在于一種制作梯度線圈的方法包括，在制作梯度線圈中計算在空間的虛球表面的梯度線圈生成的磁場；將磁場擬合成球面函數(shù)；和判斷線圈的電流通道，從而保持較小的、去掉進(jìn)行過擬合的球面函數(shù)的高階項，去掉對應(yīng)于代表根據(jù)(1)到(5)的任意一種方法測量的磁場的球面函數(shù)中最高階項的高階項。
根據(jù)本發(fā)明的這個觀點，由于梯度線圈的電流通道被確定，從而保持對應(yīng)于由測量顯示的剩磁場的最高階項的高階項較小，可產(chǎn)生形成較小影響剩磁化的梯度線圈。
(7)為了解決上述問題，本發(fā)明另一個觀點是一種用于通過使電流流過電流通道而生成梯度磁場的梯度線圈，該梯度線圈的特征在于，通過下列程序判斷電流通道(a)計算將由梯度線圈在空間的虛球表面生成的磁場；(b)將磁場擬合成球面函數(shù)；和(c)確定線圈的電流通道從而保持較小的、去掉進(jìn)行過擬合的球面函數(shù)的高階項，去掉對應(yīng)于代表根據(jù)(1)到(5)的任意一種方法測量的磁場的球面函數(shù)中最高階項的高階項。
由于梯度線圈的電流通道被確定，從而保持對應(yīng)于由測量顯示的剩磁場的最高階項的高階項較小，本發(fā)明這個觀點導(dǎo)致可產(chǎn)生形成較小影響殘余磁化的梯度線圈。
(8)為了解決上述問題，本發(fā)明還有一個觀點是一種用于在通過使用靜磁場、梯度磁場和高頻磁場獲得的磁共振信號的基礎(chǔ)上構(gòu)建圖像的磁共振成像的設(shè)備，其特征在于它配置有用于生成梯度磁場的梯度線圈，具有由下列程序所確定的電流通道的線圈
(a)計算將由梯度線圈在空間的虛球表面生成的磁場；(b)將磁場擬合成球面函數(shù)；(c)確定線圈的電流通道從而保持較小的、去掉進(jìn)行過擬合的球面函數(shù)的高階項，去掉對應(yīng)于代表根據(jù)(1)到(5)的任意一種方法測量的磁場的球面函數(shù)中最高階項的高階項。
根據(jù)本發(fā)明的這個觀點，由于梯度線圈的電流通道被確定，從而保持對應(yīng)于由測量顯示的剩磁場的最高階項的高階項較小，本發(fā)明這個觀點導(dǎo)致可產(chǎn)生形成較小影響殘余磁化的梯度線圈。
因此，本發(fā)明有可能實現(xiàn)在停止施加梯度磁場后測量剩磁場的方法，通過反映由測量顯示出的剩磁場的特性的梯度線圈的制造方法，由該方法制造的梯度線圈，和用于具有此梯度線圈的磁共振成像的設(shè)備。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點從下述附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述中，將會變得更加明顯。


圖1是示出執(zhí)行本發(fā)明的的一個模式的設(shè)備的方框圖；圖2是示出用圖1的設(shè)備執(zhí)行的脈沖序列示例的簡圖；圖3是示出用圖1的設(shè)備執(zhí)行的脈沖序列示例的另一個簡圖；圖4是圖1所示的設(shè)備在靠近梯度線圈部分的磁鐵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的部分的框圖；圖5是顯示線圈電流通道圖案的簡圖；圖6是顯示測點P的三維坐標(biāo)圖；圖7是顯示在球面上安排測點P的經(jīng)度和緯度；圖8是顯示用于磁場測量的脈沖序列的框圖。圖9是梯度磁場和磁場之間的關(guān)系的框圖；圖10是顯示在測量時在每個測點上梯度磁場應(yīng)用序列的框圖；圖11是顯示測量磁滯的框圖；圖12是顯示磁場測量和函數(shù)擬合的程序的流程圖；和圖13是顯示梯度線圈設(shè)計程序的流程圖。
下面將參考附圖對執(zhí)行本發(fā)明的模型進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1是顯示用于磁共振成像的設(shè)備的方框圖。這個設(shè)備是執(zhí)行本發(fā)明的模式的一個示例。這個設(shè)備的配置呈現(xiàn)一個執(zhí)行關(guān)于該設(shè)備的本發(fā)明的模型的例子。這個設(shè)備的運行顯示執(zhí)行關(guān)于方法的本發(fā)明模式的示例。
如圖1所示，這個設(shè)備具有磁鐵系統(tǒng)100。該磁鐵系統(tǒng)100具有主磁場磁部分102、梯度線圈部分106和射頻(RF)線圈部分108。這個主磁場磁部分102和線圈部分是呈一對具有間隙的相對的單元。所有這些對基本上都是盤狀的、圍繞一個共同的中軸放置。躺在支架500上的受試者300由一個未顯示的、并伸出磁鐵系統(tǒng)100的孔之外的支撐裝置支撐。
這個主磁場磁部分102在磁鐵系統(tǒng)100的孔內(nèi)生成一個靜磁場。該靜磁場的方向基本上垂直于受試者300的身體的軸。由此形成所謂垂直磁場。每個主磁場磁部分102由例如永久磁鐵構(gòu)成。當(dāng)然，它也可以由超導(dǎo)電磁鐵、導(dǎo)電電磁鐵等代替永久磁鐵而構(gòu)成。
該梯度線圈部分106生成用于給靜磁場提供梯度的梯度磁場。生成三種梯度磁場，包括片狀梯度磁場、讀取梯度磁場和相位編碼梯度磁場。梯度線圈部分106有三條未顯示的梯度線圈以匹配這三種梯度磁場。
梯度線圈的三條線路生成用于在三個互相垂直的方向給靜磁場提供梯度的三個梯度磁場。三個方向之一是靜磁場的方向(垂直方向)，它通常被假定為z方向。另一個是水平方向，它通常被假定為y方向，剩余的一個是與z和y方向垂直的方向，它通常被假定為x方向。這個x方向垂直于垂直平面內(nèi)的Z方向，并垂直于水平面內(nèi)的y方向。下面將x、y和z方向簡稱為梯度軸。
x、y和z軸中的任意一個可被用作片狀梯度軸。在它們中的一個被用作片梯度軸后，剩余的兩個之一被用作相位編碼梯度軸，另一個被用作讀取梯度軸。后面將更進(jìn)一步描述梯度線圈的三條線路。
RF線圈部分108給靜磁場空間發(fā)射RF射頻激發(fā)信號，用于在受試者300體內(nèi)激發(fā)自旋。RF線圈部分108還接收由這個激發(fā)的自旋生成的磁共振信號。RF線圈部分108具有用于發(fā)送的線圈和用于接收的線圈，兩者都沒顯示。對于發(fā)送和接收，相同的線圈中的任意一個都可公用或每個分開的線圈用于每個目的。
梯度線圈部分106連接到梯度驅(qū)動部分130。這個梯度驅(qū)動部分130給梯度線圈部分106發(fā)出一個梯度驅(qū)動信號以生成梯度磁場。這個梯度驅(qū)動部分130具有三條驅(qū)動電路，分別對應(yīng)于梯度線圈部分106上的梯度線圈的三條線路。
RF線圈部分108連接到RF驅(qū)動部分140。RF驅(qū)動部分140給RF線圈部分108發(fā)出一個RF激發(fā)信號，由此在受試者300體內(nèi)激發(fā)自旋。
RF線圈部分108還連接到數(shù)據(jù)收集部分150。數(shù)據(jù)收集部分150接收由RF線圈部分108接收到的接收信號，并將它們作為視圖數(shù)據(jù)收集。
一個控制部分160連接到梯度驅(qū)動部分130、RF驅(qū)動部分140和數(shù)據(jù)收集部分150?？刂撇糠?60通過控制從梯度驅(qū)動部分130到數(shù)據(jù)收集部分150的部分完成成像。
數(shù)據(jù)收集部分150的輸出端連接到數(shù)據(jù)處理部分170。數(shù)據(jù)處理部分170由例如計算機(jī)構(gòu)成。數(shù)據(jù)處理部分170具有一個未顯示的存儲器。該存儲器存儲用于數(shù)據(jù)處理部分170的程序和各種數(shù)據(jù)。這個設(shè)備的功能通過執(zhí)行由數(shù)據(jù)處理部分170存儲在存儲器內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)。
數(shù)據(jù)處理部分170將從數(shù)據(jù)收集部分150收集來的數(shù)據(jù)存儲到存儲器內(nèi)。在存儲器內(nèi)形成一個數(shù)據(jù)空間。這個數(shù)據(jù)空間構(gòu)成一個二維傅里葉空間。數(shù)據(jù)處理部分170將二維傅里葉空間的數(shù)據(jù)經(jīng)逆二維傅里葉變形以生成(重現(xiàn))受試者300的圖像。這個二維傅里葉空間還被稱為k空間。
數(shù)據(jù)處理部分170連接到控制部分160。數(shù)據(jù)處理部分170位于控制部分160上方，并完全監(jiān)管控制部分160的運行。數(shù)據(jù)處理部分170還連接到顯示部分180和操作部分190。顯示部分180由圖形顯示等構(gòu)成。操作部分190由鍵盤等定位置裝置構(gòu)成。
顯示部分180顯示數(shù)據(jù)處理部分170輸出的重現(xiàn)的圖像和各種信息項。由操作員操作的操作部分190輸入各種指令和信息到數(shù)據(jù)處理部分170。操作員通過顯示部分180和操作部分190交互式地操作這個設(shè)備。
圖2顯示了用一組脈沖序列以這個設(shè)備成像的示例。這個脈沖序列是使用梯度回波(GRE)方法的脈沖序列。
因此，(1)是GRE處理中用于RF激發(fā)的α°脈沖序列，而(2)、(3)、(4)和(5)分別是片梯度Gs、讀取梯度Gr、相位編碼梯度Gp和梯度回波MR的序列。偶然情況下，α°脈沖由中心信號代表。脈沖序列沿時間軸t從左到右進(jìn)行。
如圖中所示，執(zhí)行用α°的自旋的α°激發(fā)。翻轉(zhuǎn)角α°不超過90°。此時，施加片梯度Gs以完成用于前述的片的選擇性激發(fā)。
在α°激發(fā)之后，用相位編碼梯度Gp對該自旋進(jìn)行相位編碼。下一步，首先用讀取梯度Gr使自旋相位偏移，然后再定相以生成梯度回波MR。在回波時間TE從α°激發(fā)處開始慢慢消失后，這個梯度回波MR的信號強(qiáng)度在此時間點上達(dá)到最大值。梯度回波MR從數(shù)據(jù)收集部分150作為視圖數(shù)據(jù)被收集。
在TR(重復(fù)時間)期間，這樣的脈沖序列重復(fù)64到512次。它們每重復(fù)一次，相位編碼梯度Gp就發(fā)生改變以用不同的方式進(jìn)行相位編碼。結(jié)果，獲得用于64到512視圖的視圖數(shù)據(jù)以填滿k空間。
圖3顯示了用于磁共振成像的脈沖序列的另一個例子。這個脈沖序列是使用自旋回波方法的脈沖序列。
因此，(1)是SE處理中用于RF激發(fā)的90°到180°的脈沖序列，而(2)、(3)、(4)和(5)分別是片梯度Gs、讀取梯度Gr、相位編碼梯度Gp和梯度回波MR的序列。偶然情況下，90°到180°脈沖由各個中心信號代表。脈沖序列沿時間軸t從左到右進(jìn)行。
如圖所示，執(zhí)行用90°脈沖的自旋的90°激發(fā)。此時，施加片梯度Gs以完成用于前述的片的選擇性激發(fā)。在90°激發(fā)之后的前述的一個時間長度內(nèi)，執(zhí)行用180°脈沖的180°激發(fā)，即自旋翻轉(zhuǎn)。再在此時，再次施加片梯度Gs以完成用于前述的同一片的選擇性翻轉(zhuǎn)。
在90°激發(fā)和自旋翻轉(zhuǎn)之間的時間段內(nèi)，施加讀取梯度Gr和相位編碼梯度Gp。用讀取梯度Gr使自旋再定相。用相位編碼梯度Gp完成自旋相位編碼。
在自旋翻轉(zhuǎn)之后，通過用讀取梯度Gr使自旋再定相而生成自旋回波MR。在90°激發(fā)之后TE時間的某一點處，這個自旋回波MR的信號強(qiáng)度達(dá)到最大值。自旋回波MR從數(shù)據(jù)收集部分150作為視圖數(shù)據(jù)被收集。在TR(重復(fù)時間)期間，這樣的脈沖序列重復(fù)64到512次。它們每重復(fù)一次，相位編碼梯度Gp就發(fā)生改變以用不同的方式進(jìn)行相位編碼。結(jié)果，獲得用于64到512視圖的視圖數(shù)據(jù)以填充k空間。
順便說一句，用于成像的脈沖序列不僅僅限于那些GRE方法和SE方法，還可以用那些其它的包括快速自旋回波(FSE)方法、快速回收自旋回波(FSE)方法和回波平面成像(EPI)方法替代。
數(shù)據(jù)處理部分170通過使在k空間內(nèi)的視圖數(shù)據(jù)經(jīng)過二維逆傅里葉變換重現(xiàn)受試者300的局部圖像。這個重現(xiàn)的圖像被存儲到存儲器內(nèi)，并顯示在顯示部分180。
圖4概略顯示了磁鐵系統(tǒng)100靠近梯度線圈部分106的結(jié)構(gòu)部分。在圖中，o代表磁場的中心，即磁心，x、y和z代表前面提到的三個方向。
圍繞磁心O的半徑R的球體(SV)是將要成像的區(qū)域，并且磁鐵系統(tǒng)100被構(gòu)建成在這個球體的靜磁場和梯度磁場具有前面描述的準(zhǔn)確水平。
一對主磁場磁部分102具有一對彼此相對的極片202。極片202由具有高導(dǎo)磁率諸如軟鐵等磁性材料構(gòu)成，用作使分布在靜磁場空間的磁通量均勻化。
每個具有大致是盤狀結(jié)構(gòu)的極片202的周緣在垂直于盤表面(z方向)的方向凸出；因此，極片202彼此相向凸起。凸出部分作為在極片202的周緣的磁通量密度下降的補償。
在每個極片202的由周緣的突出部分內(nèi)形成的凹陷部分中，配置有梯度線圈部分106。梯度線圈部分106具有X線圈204、Y線圈206和Z線圈208。
X線圈204、Y線圈206和Z線圈208的每一個都是執(zhí)行本發(fā)明的模式的梯度線圈的示例。大致形成盤狀的線圈用維顯示的適當(dāng)?shù)陌惭b裝置安裝在每個極片202的極面上，從而形成彼此相疊的層。
圖5簡單顯示了X線圈204、Y線圈206和Z線圈208的電流通道的圖案。如圖所示，X線圈204在靠近圈的中心的部分具有多個平行于Y方向的線性主通道。主通道的返回通道沿周邊形成。最外層的返回通道的半徑，即X線圈204的外徑是r00。
Y線圈206在靠近圈的中心的部分具有多個平行于x方向的線性主通道。這些通道關(guān)于x軸對稱。主通道的返回通道沿周邊形成。最外層的返回通道的半徑，即Y線圈206的外徑是r00。
Z線圈208具有多個構(gòu)成同心圓的電流通道。所有這些電流通道都是主通道。主通道的半徑，從內(nèi)向外的順序一次為r1、r2、…、rM；rM是Z線圈208的外徑。
下面將描述一種用于測量成像區(qū)域，即在磁鐵系統(tǒng)100中的球體SV的剩磁場的方法。首先，在球體SV的表面設(shè)置多個測點。如圖6所示，用三維極坐標(biāo)代表測點P，通過設(shè)置多個與常數(shù)的半徑r呈θ和φ角度的組合，來完成多個測點的設(shè)置?？梢赃@樣說，角度θ對應(yīng)于緯度，角度φ對應(yīng)于經(jīng)度。
如圖7(a)所示，角度θ，例如，以22.5度間隔設(shè)置。從那里設(shè)置七個縱向間隔。如圖7(b)所示，角度φ，例如，以30度間隔設(shè)置。從那里設(shè)置十二個徑向間隔。
徑向和縱向的交點用作一個測點P。因此，在該球面上的測點的數(shù)目是84個。除了這些測點外，在磁心O還設(shè)置測點P0。測點P0作為基準(zhǔn)。如果不需要基準(zhǔn)，可省去測點P0。
在每個測點，安裝有一個由樣品構(gòu)成的探針，用于生成安裝有RF線圈的磁共振，以用來信號檢測。當(dāng)使用樣品時，例如，硫酸銅水溶液(CuSO4)、氯化鎳(NiCl)等密封在小的容器中。樣品的體積將等于成像空間的一個(voxel)。
這種每個由適當(dāng)?shù)闹窝b置支撐的探針，相繼定位于測點以測定在球面的每個測點和磁心O的磁場。至少使用兩個探針以同時測定在球面的每個測點和磁心O的磁場。如果不需要基準(zhǔn)，只測定球面上的測點。
圖8顯示了用于測定磁場的脈沖序列。在圖中，(1)是梯度磁場的序列，(2)是RF激發(fā)的序列，(3)是磁共振信號，即FID(無感應(yīng)衰變)信號的序列。
如圖中所示，梯度磁場G施加到一個軸上，完成后，執(zhí)行RF激發(fā)。在RF激發(fā)的基礎(chǔ)上，探針中的樣品生成FID信號。這個FID信號由為探針提供的RF線圈接收，接收到的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)收集部分150收集。
如果梯度磁場G由例如圖9中實線所代表，則在梯度磁場的停止施加后，極片202的磁化將導(dǎo)致例如由點劃線代表的殘留磁場。如圖8中陰影部分所代表，這個狀態(tài)看似殘余的梯度磁場。
在這種剩磁場下測定的FID信號可用下列數(shù)學(xué)表達(dá)式代表S(t)≈ρ(r0)exp(-jγGrmr0t)(1)其中，ρ是自旋密度γ是磁場旋轉(zhuǎn)率Grm是磁場強(qiáng)度如表達(dá)式(1)中所示，磁場強(qiáng)度Grm影響FID信號的相位。
然后，從在復(fù)數(shù)中表達(dá)的FID信號，S(t)＝SR(t)＋jSI(t)(2)該相位可通過下式計算φ(t)=Arctan[SI(t)SR(t)]-----(3)]]>并且，使用時間微分，Grm=1rr0·dφ(t)dt-----(4)]]>計算磁場強(qiáng)度。因此獲得在測點P的磁場的測定。
實際上，因為靜磁場存在于測定空間，計算在磁心O測定的FID信號的相位φ0(t)的微分，以獲得磁場強(qiáng)度。Grm=1rr0[dφ(t)dt-dφ0(t)dt]-----(5)]]>因此，由于靜磁場的強(qiáng)度波動導(dǎo)致的任何測量誤差可以消除。前述計算由數(shù)據(jù)處理部分170執(zhí)行。
由于對梯度磁場施加處理的反射，在極片202中產(chǎn)生磁化遲滯。磁化遲滯劃出較小的遲滯回線。為了始終在同樣的遲滯條件下進(jìn)行測量，磁場測量以下述方式進(jìn)行。
圖10顯示了在測定時間內(nèi)，每一測點的梯度磁場測定的應(yīng)用序列。如圖所示，梯度磁場是間歇性地施加的而它的強(qiáng)度是連續(xù)改變。因此，在這個序列的第一半，例如，施加梯度磁場而強(qiáng)度從用這個設(shè)備可生成的最大負(fù)梯度-Gmax到最大正梯度+Gmax連續(xù)變化，在這個序列的第二半，施加梯度磁場而強(qiáng)度從最大正梯度+Gmax到最大負(fù)梯度-Gmax連續(xù)變化。通過以這種方式從一個滿圓(full round)中改變梯度強(qiáng)度，可以使在序列開始前后的極片202的磁化狀態(tài)相同。
在間歇性梯度施加中，用陰影代表的是殘留一個梯度磁場。在這個時期內(nèi)，每次都執(zhí)行前述的RF激發(fā)和FID測量，在每次的測量信號的基礎(chǔ)上，如上面描述的一樣給出每個磁場強(qiáng)度Grm。例如，給出每個測點15個磁場測量。
通過算出與施加的梯度相對應(yīng)的磁場測量，可獲得如圖11所示的遲滯回線。則在Grm軸方向上的遲滯回線的寬度，即在遲滯回線通過的Grm軸上的兩點之間的值的差異，被認(rèn)定為測點P的磁場強(qiáng)度Br(k)。
通過將在84個測點P上獲得的磁場測量以這種方式擬合到球面函數(shù)中，以計算剩磁場的空間成分。這個擬合由數(shù)據(jù)處理部分170完成。下面，磁場測量可被簡稱為測量。
用下列數(shù)學(xué)表達(dá)式給出球面函數(shù)的擴(kuò)展表達(dá)式。Bz=Σn=1∞Σm=0∞rnPnm(cosθ)(Anmcosmφ+Bnmsinmφ)-----(6)]]>其中，Pmn是Legendrs的相關(guān)函數(shù)。
Amn，Bmn是常數(shù)。例如，以下列方式完成擬合，1.當(dāng)m＝0；在這種情況下，數(shù)學(xué)表達(dá)式(6)將轉(zhuǎn)變成Bz=Σn=1∞CnrnPn(cosθ)]]>＝C1rP1(cosθ)＋C2r2P2(cosθ)＋C3r3P3(cosθ)＋…(7)與z坐標(biāo)的測點不同的測量是Br1，Br2，…，BrN下列等式將滿足 通過解這個等式獲得Cr1，Cr2，...，CrN分量。它們統(tǒng)稱被稱作Zr1，Zr2，...，ZrN分量。
2.當(dāng)m≠0例如，當(dāng)m＝1，數(shù)學(xué)表達(dá)式(6)將轉(zhuǎn)變成Bzm=1=Σn=1∞Pn1(cosθ)(An1cosφ+Bn1sinφ)-----(9)]]>如果在球面的某一xy平面的測量表示為Br1k在周邊的測點處的測量將是Br1，1，Br1，2，Br1，3，...，Br1，12這里Σk=1MBr1,kcosΔφ=Σn=1∞rnPn1(cosθ1)(An1cosΔφ+Bn1sinΔφ)cosΔφ]]>+Σn=1∞rnPn1(cosθ1)(An1cos2Δφ+Bn1sin2Δφ)cos2Δφ]]>…+Σn=1∞rnPn1(cosθ1)(An1cosMΔφ+Bn1sinMΔφ)cosMΔφ]]>＝ΔBrr1(10)Brr1=M2Σn=1∞rnPn1(cosθ)·An1-----(11)]]>如果，關(guān)于每個xy平面計算B1r1可滿足下列等式 通過解這個等式獲得A11，A21，…Al1它們通常被稱為ZX，Z2X，…3.當(dāng)m＝2在這種情況下，如果假設(shè)數(shù)學(xué)表達(dá)式(10)Σk=1MBr1,kcos2·kΔφ]]>同樣A2n因此，ZX2，Z2X2可以算出。
圖12顯示在如上所述的多個測點的磁場測量，以及在此基礎(chǔ)上擬合到球面函數(shù)的流程圖。
如圖中所示，在第702步，在球面上設(shè)置測點。測點的設(shè)置以上面描述的方式進(jìn)行。共有L個測點。
下一步704，設(shè)置探針，一個在中心或球上，即磁心O，和一個球面的測點上。
然后到706步，執(zhí)行如圖10所示的測量序列以測量兩個探針的FID信號，在它們的相位微分的差的基礎(chǔ)上計算磁場測量Grm。
下一步到708，在如圖11所示的Grm遲滯的基礎(chǔ)上計算剩磁場Br(k)。
然后到710步，判斷剩磁場Br(k)是否對每個測點計算過，如果沒有，在第712步改變測點以重復(fù)第706和708步的操作。
如果已經(jīng)計算過每個測點的剩磁場Br(k)，在第714步將Br(k)擬合成球面函數(shù)。結(jié)果，在716步，獲得剩磁場的空間成分Z，Z2，Z3，…XZ，XZ2，…YZ，YZ2，…XY，X2-Y2，因為該剩磁場的這些空間成分是代表球面體積SV的項，即在成像空間的剩磁場的特征，這個結(jié)果意味著磁鐵系統(tǒng)100的剩磁場的特征通過上述的測量和函數(shù)擬合已經(jīng)被成功地分析并測量。
然后，如果這種分析結(jié)果將導(dǎo)致反映在梯度線圈的設(shè)計中，磁鐵系統(tǒng)100的剩磁場的特征可被改善。
圖13是顯示梯度線圈設(shè)計程序的示例的流程圖，它反映梯度線圈剩磁場分析的結(jié)果。這里顯示用于z線圈的設(shè)計程序。
如圖表中所示，在第902步設(shè)置z線圈的電流通道的半徑r1、r2、…、rM的初始值。
下面進(jìn)行904步，其Z線圈具有上述初始值的磁場(磁場強(qiáng)度)在成像區(qū)域的球面生成G2(r)→]]>這里r→=(r1,r2,…,rM)]]>被計算。磁場的計算使用Biot-Savart定律。
然后在第906步，通過將上面提到的磁場擬合為球面函數(shù)，計算Z，Z3，Z5，…項。
下面到908步，這里上面描述的剩磁場的分析已經(jīng)顯出，特別是，ZN項較高，使得min(ZN(r)→)<δ]]>為真。
調(diào)整 這里δ是允許值。
然后，到910步，判斷由Z線圈生成的磁場是否滿足上述條件，并調(diào)整它們以滿足前面描述的線性度。
如果不滿足條件，在912步，通過非線性程序方法 是新設(shè)置的，從第904步向上重復(fù)。
如果它不滿足他們，則最終完成r1、r2、…、rM。產(chǎn)生具有這種半徑的電通道Z線圈。配置有這種Z線圈的磁鐵系統(tǒng)100將改善剩磁場的特性。因此，使用這種磁鐵系統(tǒng)的用于磁共振成像的設(shè)備可產(chǎn)生較少受剩磁場影響的高質(zhì)量圖像。
可以構(gòu)造很多不背離本發(fā)明的精神和領(lǐng)域的不同實施例。應(yīng)該明白，除了在所附的權(quán)利要求中限定的以外，本發(fā)明不僅僅限于說明書中所描述的特別實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于磁場測量的方法包括以下步驟在測量空間的虛球表面的測點上安放一個磁共振樣品；將一個梯度磁場施加到所述測量空間；在停止所述梯度磁場的施加后執(zhí)行RF激發(fā)，以計算由所述樣品生成的FID信號；在所述FID信號的相位微分基礎(chǔ)上計算所述測點處的磁場強(qiáng)度；和將所述磁場強(qiáng)度擬合成表示所述測量空間的磁場強(qiáng)度分布的球面函數(shù)。
2.一種用于磁場測量的方法包括以下步驟在測量空間的虛球表面的測點上安放一個磁共振樣品；在所述球體的中心放置另一個磁共振樣品；將一個梯度磁場施加到所述測量空間；在停止所述梯度磁場的施加后執(zhí)行RF激發(fā)，以計算由所述樣品生成的FID信號；在由所述測點的樣品和在所述球的中心的樣品生成的FID信號的相位微分的差的基礎(chǔ)上計算在所述測點處的磁場強(qiáng)度；和將所述磁場強(qiáng)度擬合為表示所述測量空間的磁場強(qiáng)度分布的球面函數(shù)。
3.一種用于磁場測量的方法包括以下步驟在測量空間的虛球表面的測點上安放一個磁共振樣品；間歇性施加梯度磁場而該梯度從一個極性的最大梯度到反極性的最大梯度之間連續(xù)變化，然后從所述反極性的最大梯度到所述第一級性的最大梯度之間連續(xù)變化；在所述梯度磁場的間歇期執(zhí)行射頻(RF)激發(fā)，以計算由樣品生成的FID信號；計算所述FID信號的相位微分；在所述完成伴隨一個梯度回合的相位微分的差的磁滯基礎(chǔ)上計算測點的磁場強(qiáng)度；和將所述磁場強(qiáng)度擬合為表示測量空間的磁場強(qiáng)度分布的球面函數(shù)。
4.一種用于磁場測量的方法包括以下步驟在測量空間的虛球表面的測點上安放一個磁共振樣品；在所述球體的中心放置另一個磁共振樣品；間歇性施加梯度磁場而該梯度從一個極性的最大梯度到反極性的最大梯度之間連續(xù)變化，然后從所述反極性的最大梯度到所述第一級性的最大梯度之間連續(xù)變化；在所述梯度磁場的間歇期執(zhí)行射頻(RF)激發(fā)，以計算由樣品生成的FID信號；計算由所述測點的樣品和所述球的中心的樣品生成的FID信號的相位微分的差；在所述的完成伴隨一個梯度回合的相位微分的差的磁滯基礎(chǔ)上計算測點的磁場強(qiáng)度；和將所述磁場強(qiáng)度擬合到表示測量空間的磁場強(qiáng)度的球面函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4的任意一種測量磁場的方法，其中所述測量是在多個測點上連續(xù)完成的。
6.一種制作梯度線圈的方法包括，在制作梯度線圈中計算在空間的虛球表面的所述梯度線圈生成的磁場；將所述磁場擬合為球面函數(shù)；和判斷線圈的電流通道，從而保持較小的、去掉進(jìn)行過所述擬合的球面函數(shù)的高階項，去掉對應(yīng)于代表根據(jù)權(quán)利要求1到4的任意一種方法測量的磁場的球面函數(shù)中最高階項的高階項。
7.一種用于使電流通過電流通道而生成梯度磁場的梯度線圈通過下列程序判斷所述電流通道(a)計算所述梯度線圈在空間的虛球表面生成的磁場；(b)所述磁場擬合為球面函數(shù)；(c)確定線圈的電流通道從而保持較小的、去掉進(jìn)行過所述擬合的球面函數(shù)的高階項，去掉對應(yīng)于代表根據(jù)權(quán)利要求1到4的任意一種方法測量的磁場的球面函數(shù)中最高階項的高階項。
8.一種用于在使用靜磁場、梯度磁場和高頻磁場獲得的磁共振信號的基礎(chǔ)上構(gòu)建圖像的磁共振成像的設(shè)備，它配置有用于生成所述梯度磁場的梯度線圈，具有由下列程序所確定的電流通道的梯度線圈(a)計算所述梯度線圈在空間的虛球表面生成的磁場；(b)所述磁場擬合為球面函數(shù)；(c)確定線圈的電流通道從而保持較小的、去掉進(jìn)行過所述擬合的球面函數(shù)的高階項，去掉對應(yīng)于代表根據(jù)權(quán)利要求1到4的任意一種方法測量的磁場的球面函數(shù)中最高階項的高階項。
全文摘要
為了實現(xiàn)在停止施加梯度磁場后測量剩磁場的方法,通過使由測量顯示的、剩磁場的特性反映在其內(nèi)的梯度磁場的制造方法的目的,在測量空間的虛球表面的測點上放置一個磁共振樣品;將一個梯度磁場施加到測量空間;在停止施加梯度磁場后進(jìn)行RF激發(fā),以測量由樣品生成的FID信號;在FID信號的相位微分的差的基礎(chǔ)上計算磁場強(qiáng)度;并將磁場強(qiáng)度擬合為球面函數(shù)。
文檔編號G01R33/565GK1336558SQ0111965
公開日2002年2月20日 申請日期2001年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月19日
發(fā)明者后藤隆男 申請人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司