[發明專利]一種基于擴散效應的磁共振系統梯度場測量方法

有效

• 申請號: 202010187921.9
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111537928B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 吳子岳;羅海;陳瀟;葉洋
• 申請（專利權）人: 無錫鳴石峻致醫療科技有限公司
• 主分類號: G01R33/24
• 分類號: G01R33/24
• 代理公司: 成都高遠知識產權代理事務所(普通合伙) 51222
• 代理人: 李安霞;李佳龍

本發明公開一種基于擴散效應的磁共振系統梯度場測量方法，由非均勻場磁體，核磁共振譜儀，射頻功放、射頻線圈和已知ADC系數、T2馳豫時間常數的標準定量水模等組成。通過具有不同擴散敏感梯度持續時間或者是具有不同回波間隔的磁共振序列采集多組信號，從多組信號中擬合出梯度場大小。該方法不需要額外的專用磁場檢測設備，測量時間短，便于集成到磁共振系統中，使得在裝機現場完成梯度場測量非常便捷，提升裝機和服務效率。

技術領域

本發明涉及核磁共振技術領域，尤其涉及一種基于擴散效應的磁共振系統梯度場測量方法。

背景技術

核磁共振技術是利用氫質子的核磁共振現象進行成像或者檢測物質成分和結構的一種技術。人體內包含單數質子的原子核，例如氫原子核，其質子具有自旋運動。帶電原子核的自旋運動，在物理上類似于單獨的小磁體，在沒有外部條件影響下這些小磁體的方向性分布是隨機的。當人體置于外部磁場中時，這些小磁體將按照外部磁場的磁力線重新排列。這時，用特定頻率的射頻脈沖激發原子核，使這些原子核的自旋(小磁鐵)發生偏轉，產生共振，這就是核磁共振現象。停止發射射頻脈沖后，被激發的原子核(共振的小磁體)會逐漸恢復到激發前的狀態，在恢復的過程中會釋放電磁波信號，通過專用設備接收并處理核磁共振信號后即獲得磁共振圖形或者物質的成分和結構信息。

磁體是核磁共振系統中最核心的部件之一。傳統的核磁共振系統磁體都要求高度均勻的磁場，因此磁體的設計、生產、維護以及成本都非常高。近年來，出現了非均勻場核磁共振系統，其磁體的均勻度很低，例如采用單邊永磁體。這種核磁共振系統的磁體非常小巧，設計和生產簡便，成本很低。這類核磁共振系統可以用于油品檢測、食品檢測、地質勘探甚至醫學檢測中，具有廣泛的應用前景。

圖1所示為一種用于核磁共振系統的單邊磁體磁場分布示意圖。如圖所示，在磁體的下側，B0場變換較為緩慢，離磁體較近的一個區域為預期的ROI區域。在ROI區域內，磁場較為均勻。在ROI以外以及磁體的上側，B0場快速衰減。

在核磁共振應用中，梯度場的精確數值是非常重要的一個必須參數，因此需要預先測量梯度場。而在單邊磁體核磁共振系統中，精確的測量激發區域的梯度場是一個很困難的工作。這是因為單邊磁體核磁共振系統具有如下特點：1.梯度場非常大；2.幾乎各個位置的梯度場都不相同；3.實際激發區域為非規則的復雜幾何形狀，與理想ROI區域差距較大。圖2為單邊磁體構成的核磁共振系統的激發區域示意圖。

現有技術主要通過磁場測量設備(如高斯計)，測量出磁場在空間的分布圖，然后計算出梯度場分布，最后根據整個ROI區域內的測量值計算出一個大致的梯度場等效值。現有技術測量非常耗時，需幾個小時以上，而且極不準確。

物質中的分子都存在一定程度的擴散運動，其方向是隨機的，稱為分子的熱運動或布朗運動。磁共振信號被激發后，水分子在梯度磁場方向上的擴散運動將造成磁共振信號的衰減，如果水分子在梯度磁場方向上擴散越自由，則在梯度磁場施加期間擴散距離越大，經歷的磁場變化也越大，組織信號衰減越明顯。因此，可以通過核磁共振技術測量物體中水分子的擴散運動程度，測量出的物理量叫做表觀擴散系數(Apparent DiffusionCoefficient，ADC)。表觀擴散系數是物質的一個固有屬性，反應了物質在特定溫度下的擴散運動程度。

在特定溫度下，磁共振信號的強度與ADC系數、擴散梯度場強度和擴散梯度場作用時間有關。具體的說，磁共振信號的對數與ADC系數成正比，與梯度場平方成正比，與擴散敏感梯度持續時間的平方成正比，如公式(1)所示，其中D為ADC系數，G為梯度場，T為擴散敏感梯度持續時間。

lnS∝DG²T² (1)

因此，如果已知被測物質的ADC系數，通過一組具有不同擴散敏感梯度持續時間的磁共振序列采集信號，則可以反推出梯度場的大小。

發明內容