[发明专利]具有可调数字预加重的磁共振梯度波形产生系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及核磁共振实现技术领域，具体地说是一种基于并行处理技术的具有可调数字预加重的磁共振梯度波形产生系统及方法。

背景技术

梯度波形产生器是核磁共振成像系统的重要组成部分。为了能够应用磁共振物理现象成像，在需要发送射频激发脉冲的同时，还需要梯度波形发生器产生层面选择梯度脉冲信号和层面内横纵两个方向的空间编码梯度脉冲信号。这三个维度的线性梯度信号经过梯度放大器放大之后，驱动三维梯度线圈产生三维梯度场，以用于被测体的每个体素的空间定位。

但在梯度脉冲波形切换过程中，梯度线圈会有较大的梯度场强度变化，因而会在其他线圈和周围金属中产生变化的磁通量，从而感应出感生电动势，引起空间涡流电场。涡流电场会在梯度线圈中产生涡流，这相当于增大了梯度线圈有效电感，使得梯度线圈的时间常数增大，最终会导致梯度脉冲波形出现上升时间变慢且波形下降沿出现拖尾的现象。要抑制这种现象，就需要采用梯度预加重技术，消除涡流产生的相位伪影，改善无自屏蔽梯度线圈的磁共振系统的成像质量。

为了能够控制梯度脉冲波形上升沿的压摆率(Slew Rate)，改变梯度上升电流的变化率，使得梯度强度的变化率不会超过患者生理承受极限，需要采用若干连续上升的平台改变梯度脉冲上升沿的陡度，故采用梯度斜坡技术。

在现有技术中，采用三种不同的方法实现梯度预加重，解决梯度涡流效应带来的磁共振相位伪影问题。方法1是申请号为CN02107813.0的中国发明专利提出的一种梯度预加强电路。实现这一方法的技术主题是利用数控电位器实现数字控制和模拟调整部分的跨接，数控电位器可以根据数字控制量调节其电阻阵列中心抽头的位置，从而改变梯度预加重波形的幅度和时间常数。

方法2是专利号为US 7,239,143 B2美国发明专利提出的一种包括一个延迟电路和一个多元数字滤波器的数字梯度预加重实现方法。现该方法的技术主题是延迟电路对数字磁场梯度控制信号延迟一个特定的时间延迟，以产生一个延迟的数字磁场梯度控制信号；多元数字滤波器的每个滤波器均有一个特定的时间常数和幅度参数，通过接收延迟后的数字磁场梯度控制信号，产生预加重波形信号。

方法3是美国俄亥俄州辛辛那提(Cincinnati Ohio)影像研究中心的Vincent J.Schmithorst和Bernard J.Dardzinski在《Automatic GradientPreemphasis Adjustment：A 15-Minute Journey to Improved Diffusion-WeightedEcho-Planar Imaging》中提出的一种方法，该方法的技术主题是先进行梯度涡流测量，再通过拟合、迭代程序快速找到最佳预加重参数的方法，以有效补偿梯度涡流对核磁共振图像所造成的影响。

针对方法1而言，虽说为数字控制和模拟控制相结合，但总体来讲属于模拟法控制范畴，其波形时间常数不变或选择有限，并且预加重参数较难与脉冲序列参数相关联；针对方法2而言，虽然属于数字控制范畴，但是需要预先将多元数字滤波器的预加重参数配置完成，并保存在一个参数存储器中，通过地址选择的方法得到梯度预加重波形的时间常数和幅值两个参数，在扫描进行时，再根据同一时钟节拍，形成梯度波形输出，因而预加重波形设定不灵活，波形选择的随意性较差，预加重控制的实时性不高；针对方法3而言，这种方法测得的数据可靠，可以实现梯度预加重的自动设置，但需要至少10分钟的时间才能达到较好的补偿效果，并且这种调整操作独立于序列扫描控制。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种基于并行处理技术的具有可调数字预加重的磁共振梯度波形产生系统及方法，该方法预加重参数可调，可以实现任意梯度波形的任意斜坡。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明具有可调数字预加重的磁共振梯度波形产生系统具有FPGA和三维数模转换器，其中，FPGA接收磁共振扫描序列编译器发送来的与梯度相关的消息队列，并对这些消息队列进行处理，形成能够满足线性变化的、斜坡步数可任意设置的、能够对梯度涡流效应进行有效补偿的三维梯度脉冲数字波形信号；上述三维梯度脉冲数字波形信号经过三维数模转换器生成三维梯度脉冲模拟波形信号，用于为被测体的每个体素提供空间定位的三维梯度场。

所述FPGA包括消息接收器、消息传递通道、梯度事件识别器、梯度事件并行处理器、梯度波形数据源选择器、数据传输通道、梯度波形合成器、I/O状态控制与梯度波形数据提取器以及状态信息缓存器，其中：