[發明專利]一種自適應核磁共振梯度預加重波形產生裝置及方法

有效

• 申請號: 201710884240.6
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107677976B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 張志;陳方;劉朝陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: G01R33/54
• 分類號: G01R33/54
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

本發明公開了一種自適應核磁共振梯度預加重波形產生裝置，包括用戶計算機、采樣計算機、梯度控制模塊、梯度功率放大器模塊和梯度信號采集模塊；還公開了一種自適應核磁共振梯度預加重波形產生方法，本發明基于梯度電流預加重補償原理，首先在不進行預加重處理時，通過梯度功率放大器模塊的電流監控端口采集梯度線圈上失真的實際梯度磁場波形數據，上傳到用戶計算機后計算出預設梯度磁場波形數據與實際梯度磁場波形數據的偏差，根據此偏差獲得渦流曲線，然后通過最小二乘法擬合出一組幅度常數和時間常數，再通過擬合出來的幅度常數和時間常數對梯度預加重參數進行預加重處理，以此來抵消渦流對梯度磁場的影響。

技術領域

本發明涉及核磁共振儀器技術領域，具體涉及一種自適應核磁共振梯度預加重波形產生裝置，還涉及一種自適應核磁共振梯度預加重波形產生方法，用于減小核磁共振實驗中由于梯度渦流引起的梯度磁場畸變和失真。

背景技術

在核磁共振成像系統中，梯度系統負責產生線性變化的梯度磁場，用于對被測體進行空間編碼，梯度系統通過在梯度線圈上施加梯度電流來產生所需要的梯度磁場。由于梯度線圈處于磁體內部，而磁體內包含很多金屬部件，如磁屏蔽外殼、超導線圈、勻場線圈和射頻線圈等，那么根據電磁感應定律，在梯度電流進行快速開關的突變過程中，會在這些金屬部件內部感應出阻礙磁場變化的電流，這些感應出來的暫態電流稱之為渦流(EddyCurrent)。渦流的存在會嚴重影響梯度磁場的變化，使磁場產生畸變和失真，導致梯度編碼出現錯誤和偏差，如果不進行補償，則會在磁共振圖像中形成偽影，嚴重影響成像質量。因此，磁共振成像中必須尋找有效的方法來消除渦流對梯度磁場的影響。

為了消除梯度渦流的影響，目前采用的最普遍方法是對梯度電流進行預加重處理，即對梯度電流進行預補償來改善梯度電流質量，從而產生期望的梯度磁場輸出效果。這種方法主要是根據濾波器的瞬態響應進行設計，在梯度波形進入梯度功率放大器之前，由預加重濾波器給原始的梯度電流疊加上補償電流，使梯度波形預失真，然后將預失真的波形輸出到梯度功率放大器，最后在梯度線圈上得到滿足要求的梯度波形。

補償電流的大小滿足多組e指數函數的疊加形式，方向與渦流方向相反。其大小可以表示為：其中I_e(t)為疊加后的補償電流，N為補償濾波器的級數，A_i和τ_i分別為補償電流曲線的幅度常數和時間常數。因此，使用梯度預加重的方法進行渦流補償即變為尋找一組或多組合適的幅度常數A_i和時間常數τ_i，然后用這些參數產生補償電流疊加到原始梯度上，使得補償電流剛好與渦流的變化趨勢相反，抵消渦流對梯度磁場的影響，從而達到補償渦流的目的。

目前常用的尋找補償電流幅度常數A_i和時間常數τ_i的方法是基于核磁共振信號強度的梯度預加重調節方法，使用的脈沖序列示意圖如圖1所示。

該方法通常先對被測梯度線圈施加一段時間的驅動電流后關閉，此后的一段時間內信號都會受渦流磁場的影響。依次設置四組射頻激發(RF)和采樣(ACQ)得到四組自由感應衰減(FID)信號，其中最后一組激發采樣設置的延時比較長，確保其不受渦流的影響，作為補償調節的參照。根據梯度渦流的e指數衰減規律，啟動掃描后可以觀察到越靠近梯度脈沖的信號離散越快，信號幅度越小，后面采集的信號由于渦流影響逐漸減小，幅度逐漸增大。接著進行渦流補償調節，假設有三組不同時間常數和幅度常數的渦流存在系統中，先對時間最長的一組渦流進行補償，設置一組時間常數較長的補償電流參數，將第三個FID信號波形恢復到與第四個FID相同。然后再設置時間常數中等和較小的兩組補償電流參數，依次補償第二個FID和第一個FID，直到4個FID信號形狀與幅度都基本一致，最后得到的三組時間常數和幅度常數則作為該梯度的渦流補償參數。