本发明涉及获取物体的一部分的核磁化分布图象的方法，即，在有稳定磁场存在的情况下激励该物体的核自旋以产生自旋共振信号，其后在磁场梯度叠加到稳定磁场的情况下取样共振信号，再将这样取到的共振信号通过信号变换转换为所述的分布图象。取样共振信号根据已述的方法可能是脉冲回波信号或场回波信号。本发明还涉及磁共振成象（MRT）设备，它包括产生稳定、均匀的磁场和产生磁场梯度的磁装置，它还包括用于产生和检测自旋共振信号的射频（RF）发射器和接收器，对产生的共振信号取样的取样装置，变换取样自旋共振信号的信号变换装置，显示变换后信号的显示装置，以及用于对磁装置、射频发射器和接收器、取样装置、信号变换装置和显示装置进行控制的控制装置。 从美国专利说明书第4，070，611号已知这种方法和设备，该方法和设备经常用来根据所观察目标的核磁化分布的密度和其它特性获取体内图象。此外，专利合作条约（PCT）申请WO85/02264描述了对物体或部分物体的这种图象的合成方法。其中假定图象中任一点信号强度由本地磁化矩（MO），本地纵向和横向张驰时间常数T1和T2，以及测量方法中所用的参数，例如测量周期地重复时间TR和从测量周期开始时的激活到自旋共振信号取样时刻之间的等待时间TE等来加以确定。通过在测量参数TR及测量参数TE变化的情况下确定图象数，可对每一象素计算磁化MO及纵向和横向张驰时间常数T1和T2。一旦知道这些数据，可对任何TR和TE重构合成图象，就好象这些图象是在由这些测量参数TR和TE所表征的测量过程得到的。这样，就可以合成其各部分之间的对比度得到优化的图象。为此，所述方法在重构合成图象前总需要许多完整图象，这对于所需要的测量时间（即，物体必须留在MRI装置中的时间）有直接影响。
本发明的目的是提供一种可迅速确定物体象素不同的自旋共振参数的磁共振成象（MRI）方法和装置，这些参数即，自旋密度（或平衡磁化矩（MO））和横向张驰时间常数T2，用于自旋密度分布只要一个回波矩阵。也就是，只需要一个图象频率矩阵。
为此目的，本发明所述方法其特征在于核磁化分布是横向张驰时间常数分布，由自旋回波信号的相对不对称性（这种不对称性是由产生回波信号的自旋横向张驰引起的）导出本地横向张驰时间常数的量度。
本发明所述方法利用了横向张驰对自旋回波信号的影响随时间而变化这一事实。该影响为一指数函数（exp-t/T2），其中，T2为横向张驰时间常数。值得注意的是时间常数T2（X，Y，Z）和位置有关，并且，所重构图象的一象素可能不同于另一象素。
本发明确定部分物体的自旋密度分布和横向张驰时间常数T2的分布所采用方法的一种形式是，在有稳定磁场存在的情况下激励物体核自旋以形成自旋共振信号，其后在有叠加到稳定磁场并有第一方向的磁场梯度存在的情况下取样自旋共振信号，再通过对这样取样的共振信号的信号变换确定所述的分布，其特征在于：自旋共振信号的取样信号经富里埃变换后，对变换信号的虚部进行积分，随后，确定变换信号的实部与虚部积分之商。最好保证所获取的信号具有这样的相位，以致于在没有横向张驰时（即，对于没有无穷大的横向张驰时间常数），信号样值的富里埃变换具有纯实数值。
按照另一种可行的方法，对自旋共振信号的相位进行校正，使得在富里埃变换后，信号可满足这样的条件，即在没有横向张驰情况下，经富里埃变换后它将变为纯实数，在这些校正相位信号取样的富里埃变换之后，对所变换信号的虚部进行积分，最后确定变换信号的实部与虚部积分之商。
作为对一种可行方法的补充，对那些确定所述商时其变换信号的虚部积分太小的那些象素，所述商的确定可被另一操作所取代，例如根据周围象素估算或把结果看作零。
另一种可行的方法中，富里埃变换后信号积分用一种从信号处理观点看与富里埃变换等效的操作代替，也就是，用一个等于或可从权函数（1/t）导出的滤波函数来滤波。
本发明利用自旋共振信号是受横向张驰时间常数T2影响的这一事实。首先，绝对信号值与exp（-TE/T2）成正比，其次，由于横向张驰时间常数T2，取样自旋共振信号具有一个给定的不对称性。依据上述不对称性，可从相同的MRI测量中抽取足够信息来确定自旋密度ρ（X，Y，Z）及时间常数T2（X，Y，Z）的图象。
在取样周期期间获取的自旋共振信号经富里埃变换之后，用其实部和虚部分量求出频率分布。假定用校正相位取样自旋共振信号，其频率分布的实部可用表达式（X，Y，Z）＊exp〔-TE/T2（X，Y，Z）〕给出。通常在计算模数图象时，忽略虚部或由于其中的解释忽略该项的效应。但是，这只有在横向张驰时间常数T2没有施加任何作用时才是完全正确的。这是由于这种变换信号的虚部可用表达式-d/dx｛C＊ρ（X，Y，Z）＊1/T2（X，Y，Z）＊exp〔-TE/T2（X，Y，Z）〕｝给出。即x的微商（x是对应于读梯度的方向的坐标）取决于读梯度强度的常数C与检测原子核的迥转磁比、自旋密度ρ（X，Y，Z），权因子表达式exp〔-TE/T2（X，Y，Z）〕，以及横向张驰时间T2（X，Y，Z）的倒数的乘积。当此虚部作为坐标X的函数进行积分时，产生信号ρ（X，Y，Z）＊1/T2（X，Y，Z）＊exp（-TE/T2（X，Y，Z）），并接着由此除以富里埃变换结果的实部，这个商便是横向张驰时间常数T2（X，Y，Z）的非常精确的测量。一旦知道该常数，用它和经富里埃变换的自旋共振信号的实部一起可确定非常准确的自旋密度ρ（X，Y，Z）。
本发明提供方法的一种可行方式其特征为，自旋共振信号的取样信号经富里埃变换之后，对变换信号的虚部进行积分，此后求得变换信号的实部与虚部积分之商，该方法还确保所获得的信号具有这样的相位，以致于在没有横向张驰时（即，对应于无限长的T2）所述信号的富里埃变换具有纯实数值。
本发明所述方法的另一可行方式，其特征在于：自旋共振信号相位的校正持续到富里埃变换信号满足在无横向张驰时经富里埃变换后，它变换为纯实数的需求，所述的相位校正信号样值经富里埃变换后，对变换信号虚部进行积分，除非经变换信号的虚部积分太小，最后确定经变换信号实部和虚部积分之商，对那些变换信号的虚部积分过小的象素，商的确定用另一操作取代，例如根据周围象素估算或把结果看作零。
按照本发明方法的另一可行方式其特征在于：富里埃变换后信号的积分被另一个从信号处理观点看与富里埃变换等效的操作所取代，也就是，用等于或可从权函数导出的滤波函数的滤波操作。
按照本发明方法的最好方式，其特征在于，在有其梯度为第一方向的磁场存在时对自旋共振信号取样，以确保对自旋共振信号进行取样或校正，这样，在无横向张驰时，富里埃变换会产生纯实数结果，为确定横向张驰时间常数T2的分布，要对这样获得的信号的富里埃变换的虚部在所述方向上进行积分，对每个象素来说，与相应象素有关的所述富里埃变换的实部被除以上述当前的积分。
使用这种方法确定的横向张驰时间常数T2的分布，和所述富里埃变换结合的图象可以被校正，使得对同样分辨来说，求出物体同一部分的纯自旋密度分布ρ，就确定了横向张驰时间常数T2的分布。
按照本发明的MRI设备，其特征在于：信号变换装置包括用于对所取样的自旋共振信号的信号变换的虚部积分和确定信号变换的实部与所述虚部积分之商的算术装置。
采用按本发明叙述的设备，只要测量一次就能确定自旋密度分布及横向张驰时间常数的分布，也就是，只要加上最小量的软件和/或硬件，通过单次获取到的图象频率矩阵就能加以确定。
在本发明的MRI设备的一个最佳实施例中，信号变换装置执行富里埃变换并包含用于存贮自旋共振信号富里埃变换的实部和虚部的存储装置，其特征在于：提供另外的存储装置，用于存储富里埃变换虚部的当前积分值和/或存放富里埃变换实部与此当前积分相关值的商。依据本发明的MRI设备最佳实施例只需要与一幅图象对应的附加存储装置，并对每个象素，原则上只要两次附加计算来确定横向张驰时间常数T2的分布。
参考附图中所示的各实施例，下文将对本发明进行详细描述。
图1展示本发明的一个设备;
图2展示对本发明测量周期的一种描述;
图3展示了说明图2所示测量周期内信号处理实例的流程图;
图1所示MRI设备1包含产生稳定的、均匀的磁场和磁场梯度的磁装置10，所述磁场产生于被检查物例如病人所在的检查空间11。磁装置10由发生器12和13驱动，发生器12产生稳定的磁场而发生器13产生可能有一任意方向的磁场梯度。为产生均匀的稳定磁场，磁装置10含有电阻线圈或由发生器12驱动的超导线圈。
MRI设备1还包含发送/接收器14，它用于驱动发送/接收器线圈15。发送器线圈15激活后，在置于检查空间11的物体中产生自旋共振信号，该信号被接收器线圈15的装置检测到并加到发送/接收器14中的接收器上。根据所采用的测量技术，可采用同一个线圈用作发送器线圈和接收器线圈，或采用分开的线圈用于发送和接收，对检测到的共振信号取样，数字化并加到中央单元16。由接收器14形成的自旋共振信号的检测和数字化将在下文详细叙述。单元16包括信号变换装置16a和控制和调整单元16b，后者用于控制发生器12和13以及发送器/接收器14，并使它们的操作同步化。信号变换装置16a处理所测得的共振信号，以获得物体受激励部分的图象。还提供一个显示装置如监视图，用于显示重构的图象。
图2说明被称为自旋回波方法的一种已知的测量方法。这种自旋回波方法构成本发明方法的一部分，将在下文叙述。在t＝0时刻之前，控制装置16b将激活发生器13以便产生磁场梯度GZ，以致在t＝0时控制装置16b激活发送器14以产生通常为90°脉冲的射频脉冲Pa，对置于检查空间11的物体选择部分任意取向地激活自旋。在射频脉冲P1结束之后，下一个射频脉冲P2之前，施加其梯度为Gy的第二磁场，梯度为Gx的第三磁场，磁场梯度Gy的时间积分对每个测量周期是不同的。已经知道梯度为Gy的磁场的时间积分用于选择图象频率Ky，而对Ky的每一个值，测量自旋共振信号为图象频率Kx的函数，其中Kx由梯度Gx的磁场的时间积分确定，在时刻t1产生所谓回波脉冲的射频脉冲P2，该脉冲通常为180°脉冲，使得在时刻t2附近产生回波信号E，时刻t＝0到t1的时间周期等于时刻t1到t2的时间周期，在有磁场梯度Gx存在的情况下对回波信号取样。信号E的幅度为自旋密度ρ和张驰时间常数T1和T2的函数。
显然，在取得回波信号E的信号样值的取样周期Tm之后，用取样后的下一个180°脉冲可产生一个新的回波信号。而且如前所述磁场梯度Gy临时被超前激活，其好处是减少了采取足够的信号取样数所需的时间周期，这种方法本质上也是已知的。实际上，已叙述的本发明可用于产生脉冲回波或场回波的所有测量方法中。用这种测量方法产生的回波信号可加权为随时间变化的函数exp（-t/T2）。图2说明该加权因素为函数W。
图3的流程图说明采用图2所示测量方法获取信号样值的处理过程。这些信号样值为由相应磁场梯度Gx和Gy的强度的时间积分确定的图象频率Kx和Ky的函数，所述的积分范围从激活脉冲延展到取到信号样值的瞬间。
根据流程图第一步100，校正信号样值S（Kx，Ky）的相位，必要时可表示为表达式exp（），这种表示本质上是已知的。
如流程图第二步200所指出，用这样得到的图象频率矩阵S2（Kx，Ky）的富里埃变换确定分布S（X，Y），如果横向张驰时间常数T2没有作用，由于S（Kx，Ky）和ρ（X，Y）形成一富里埃对，便可求出自旋密度ρ（X，Y）。实际上，时间常数T2总是有作用的，并且得到的图象频率矩阵S（Kx，Ky）为ρ（X，Y）的富里埃变换与权函数W＝exp〔-t/T2（X，Y）〕的乘积。
权函数W可重写为exp〔-（+TE）/T2〕，其中，TE为t＝0时刻的脉冲P1与回波信号E的中心（＝t2）（均示于图2）之间的时间宽度。在时刻t＝TE取得时间τ，它可假定为一正值或负值。这样可将权函数W作为τ的函数分解为对称部分SD和不对称部分AD：W＝SD+AD，其中SD＝exp（-TE/T2）＊COS（τ/T2）、AD＝exp（-TE/T2）＊Sin（τ/T2）。可对权函数对称部分SD、不对称部分AD的这些表达式加以简化，因为在τ＝0之外加权信号迅速变为0，从而得到SD＝exp（-TE/T2）和AD＝（-τ/T2）＊exp（-TE/T2）。
对于给定ρ的分布，步骤200中得到信号S（X，Y）的实部A仅由权函数W的对称部分SD确定，实部A等于ρ＊exp（-TE/T2）。信号S（X，Y）的虚部B当给定ρ的分布时仅由权函数W的非对称部分AD确定。从上面给出的AD表达式，可推导出其虚部B等于-d/dx｛c＊ρ/T2＊exp（-TE/T2）｝，其中c为取决于读梯度和检测原子核的迥转磁比的强度的常数，X为和读梯度方向对应的坐标。
按照流程图第三步300，信号S（X，Y）的虚部B对坐标X积分并被因子-C所除。信号B的当前积分值形成一个新的信号I（X，Y），可用表达式ρ/T2＊exp（-TE/T2）描述。
如流程图第四步400所示，确定每一象素的信号A（X，Y）与积分信号I（X，Y）之商。对所有象素都按这样做一遍，从给出的这些信号的表达式导出该商等于横向张驰时间常数T2。尽管I（X，Y）所用表达式并不是准确导出的，但这个商与T2的实际值的差异已相当小。
这样获取的时间常数T2的图象在下一步骤500期间可在显示设备17（见附图1）上显示。