CN100397093C - 磁共振设备的不规则被测体的匀场方法 - Google Patents

磁共振设备的不规则被测体的匀场方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，包括以下步骤：通过位于不规则被测体表面的测量点测量其磁场参数；依据磁场参数，当针对被动匀场时，计算出用于调整磁场均匀度的匀场片的位置和数量，当针对主动匀场时，计算出匀场线圈中电流的大小，针对主动匀场和被动匀场同时实施时，同时计算出所述匀场片的位置和数量以及匀场线圈中电流的大小；依据上述计算结果进行匀场；以及重复上述步骤直到获得所需要的磁场均匀度。由于所述的匀场区被设计成不规则形状，从而能更好地覆盖该不规则被测体，同时减少了对该不规则被测体外不必要的区域的匀场约束，避免了对该不必要的区域进行匀场。

Description

磁共振设备的不规则被测体的匀场方法
技术领域
本发明涉及一种磁共振设备的匀场(shimming)方法，特别是涉及一种磁共振设备的不规则被测体的匀场方法。
背景技术
在磁共振设备中，磁场均匀程度直接影响其成像的质量。在扫描区域内，匀场区(homogeneous region)越大，图像质量越好。但是，在现有技术中，为了获得更大的匀场区，磁共振设备的尺寸、复杂性和重量急剧增加，从而使得其成本也急剧增加。
同时，由于上述原因，磁共振设备的尺寸的增加也使得其开放度减小，从而限制其应用。
对于开放扁平磁体，如C型磁体，为了减少幽闭恐怖效应，开放间距应设计得尽可能大。在这样的磁共振设备中，病人躺在扫描病床上，为提高开放效果，病人距上磁极的距离远大于距下磁极的距离，即病人不在两个磁极的中间，而是更靠近下磁极。
尽管在设计中使磁体具有尽可能好的均匀性，但制造出来的磁体的磁场均匀性通常并不像预期的那样好，最终的磁场均匀度需通过匀场实现，例如在磁极上贴软磁或硬磁匀场片。为了修正磁场的空间不均匀性，匀场片尺寸应尽可能小。但是小匀场片在它的近区内将产生高阶空间不均匀场，这使得靠近磁极地方的匀场十分困难。
对于空心圆柱卧式磁体，为减少幽闭恐怖效应，病人通常躺在一个更靠近空心通道下侧的病床上，以增加病人距空心通道上侧的距离。制造出来的磁体的磁场均匀性并不像理论计算的那样均匀，因此，最终的均匀度需通过匀场实现，例如，在空心通道周边的预留槽内插入匀场块。
然而，对于扁平磁体，匀场区通常设计在关于上下磁极对称的位置上，而对于空心圆柱磁体，匀场区则设计在关于圆柱轴线对称的位置上。在现有技术中，以下方法常被使用以改进磁场的均匀性：
(1)对磁体进行更好的优化设计，例如优化磁场产生源和磁路以达到更好更大的匀场区，该方法旨在提高磁场的整体均匀性；
(2)在椭球体而不是圆球体上匀场，这使得对椭球短轴方向的匀场要求降低；
(3)通过设计不同的成像序列来降低对场均匀性的要求。
请参阅图1，在现有技术中，磁场的匀场区一般为圆球状匀场区300或者椭圆球状匀场区400。由于待扫描的病人的形状为不规则被测体200，而且如前所述其位置通常是距离下磁极近，而距离上磁极远，因此并不位于上下磁极间形成的匀场区域的中间位置。为了覆盖该不规则被测体200的下方，该圆球状匀场区300或者椭圆球状匀场区400的体积必须足够大，这意味着大大增加了不在扫描成像区内，对成像质量无贡献的匀场区。
因此，在上述方案中，通过对磁体的优化设计可以在一定程度上改善磁场的整体均匀性，但无法解决产生多余的对成像质量无贡献的匀场区的问题；通过在椭圆球状匀场区代替在圆球状匀场区上匀场虽然可以在一定程度上减少所述的无贡献的匀场区，但对于形状更复杂的不规则被测体的扫描却仍显不足；而通过设计不同的成像序列来降低对场均匀性的要求虽然可以降低设备成本，但同样无法解决所述的无贡献的匀场区的问题，且采用不同的成像序列的采集时间长，成像速度较慢。
发明内容
本发明的目的在于提出一种有效覆盖目标的磁共振设备的不规则被测体的匀场方法。
本发明的另一目的在于提出一种在增大有效成像区域的同时而不增加设备的尺寸、重量、复杂性和成本的磁共振设备的不规则被测体的匀场方法。
为达到上述目的，本发明提出一种磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)通过位于不规则被测体表面的测量点测量其磁场参数；
(2)当针对被动匀场时，计算出用于调整磁场均匀度的匀场片的位置和数量，当针对主动匀场时，计算出匀场线圈中电流的大小，针对主动匀场和被动匀场同时实施时，同时计算出所述匀场片的位置和数量以及匀场线圈中电流的大小；
(3)根据上述计算结果进行匀场；以及
(4)重复步骤(1)到(3)直到获得所需要的磁场均匀度。
其中，所述的匀场片为选自软磁匀场片和硬磁匀场片中的任意一种。覆盖该不规则被测体的匀场区的形状为选自圆球状、椭球状和其它不规则形状中的任意一种。所述的匀场区的上部和下部可分别设置成平顶和平底，其切面形状为选自圆形、椭圆形和其它不规则形状中的任意一种。所述的测量点可设置在所述的匀场区和该匀场区的平顶和平底的表面上。
所述的磁场参数包括场变化、椭球谐波系数、球谐波系数和磁场峰峰值，这些磁场参数可以单独、组合、作为目标函数或作为约束使用于所述的计算中，其中，所述的计算是指数学优化方法，如线性规划法。
通过使用本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法设计该匀场区，可以取得以下的优点：
(1)由于匀场区被设计成不规则形状，从而能更好地覆盖所述的不规则被测体，同时减少了对所述的不规则被测体外不必要的区域的匀场约束，避免了对该不必要的区域进行匀场，这有利于提高所述的不规则被测体范围内的磁场均匀度，从而提高成像质量；
(2)匀场区体积的减少使得磁共振设备中的磁体的尺寸、重量、和复杂性得到减少或降低，开放度因此得到改善，该磁共振设备的制造成本随之降低；
(3)因为成像区外对图像质量没贡献的匀场区已被排除，不规则匀场区内的磁场均匀度能更准确地反映场均匀性对图像质量的影响。
附图说明
图1是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的匀场区与现有技术的匀场区进行比较的示意图。
图2A-2C是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第一实施例的示意图。
图3A-3D是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第二实施例的示意图。
图4A-4C是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第三实施例的示意图。
图5A-5D是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第四实施例的示意图。
图6A-6C是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第五实施例的示意图。
图7A-7D是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第六实施例的示意图。
具体实施方式
请参阅图1，一待扫描的不规则被测体200，如扫描病人或者其某一部位，位于线圈(coil)100中，根据本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，匀场区的形状被设计成不规则区域300’、400’，以更有效地覆盖该不规则被测体200，并减少那些不在扫描成像区内，对成像质量无贡献的匀场区。
请参阅图2A-2C，图中示出了本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第一实施例，其中，图2A是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第一实施例的立体示意图；图2B是图2A中的2B方向的示意图；图2C是图2A的剖面示意图。
图2A中，一上磁极10和一下磁极20之间形成一匀场区30a，该匀场区30a包括若干层与上、下磁极10、20平行的切平面。为了测量不规则被测体表面的磁场，在该匀场区30a的切平面的表面间隔设置若干个测量点。请同时参阅图2B和2C，该匀场区30a大致呈圆球状，因考虑到不规则被测体(待扫描病人)的背部因位于一平台(病床)上而接近扁平，故该圆球状匀场区30a的下部设计成切面为圆形的平底，以更有效地覆盖所述的不规则被测体。如图2B所示，所述的圆球状匀场区30a的平底表面也设置有若干个测量点以测量其磁场参数。
请参阅图3A-3D，图中示出了本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第二实施例，其中，图3A是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第二实施例的立体示意图；图3B、3C分别是图3A中的3B、3C方向的示意图；图3D是图3A的剖面示意图。
本实施例和第一实施例相似，其不同之处在于：上、下磁极10、20间形成的圆球状匀场区30b的上、下部分别设置成切面为圆形的平顶和平底，以更有效地覆盖所述的不规则被测体，减少对成像质量无贡献的匀场区的体积；同时在该圆球状匀场区30b以及其平顶和平底表面设置若干测量点以测量其磁场参数。
请参阅图4A-4C，图中示出了本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第三实施例，其中，图4A是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第三实施例的立体示意图；图4B是图4A中的4B方向的示意图；图4C是图4A的剖面示意图。
本实施例和第一实施例相似，其不同之处在于：上、下磁极10、20间形成椭球状匀场区30c，而不是第一、二实施例中的圆球状，该椭球状匀场区30e可有效减少其短轴方向上对成像质量无贡献的匀场区的体积。该椭球状匀场区30c的下部设置成切面为圆形的平底，以更有效地覆盖所述的不规则被测体；同时在该椭球状匀场区30c以及其平底表面设置若干测量点以测量其磁场参数。
请参阅图5A-5D，图中示出了本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第四实施例，其中，图5A是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第四实施例的立体示意图；图5B、5C分别是图5A中的5B、5C方向的示意图；图5D是图5A的剖面示意图。
本实施例和第三实施例相似，其不同之处在于：上、下磁极10、20间形成椭球状匀场区30d，该椭球状匀场区30d可有效减少其短轴方向上对成像质量无贡献的匀场区的体积。该椭球状匀场区30d的上、下部分别设置成切面为圆形的平顶和平底，以更有效地覆盖所述的不规则被测体；同时在该椭球状匀场区30d以及其平顶和平底表面设置若干测量点以测量其磁场参数。
请参阅图6A-6C，图中示出了本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第五实施例，其中，图6A是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第五实施例的立体示意图；图6B是图6A中的6B方向的示意图；图6C是图6A的剖面示意图。
本实施例和第三实施例相似，其不同之处在于：上、下磁极10、20间形成椭球状匀场区30e，该椭球状匀场区30e的下部设置成切面为椭圆形的平底，以更有效地覆盖所述的不规则被测体，减少对成像质量无贡献的匀场区的体积；同时在该椭球状匀场区30e以及其平底表面设置若干测量点以测量其磁场参数。
请参阅图7A-7D，图中示出了本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第六实施例，其中，图7A是本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的第六实施例的立体示意图；图7B、7C飞别是图7A中的7B、7C方向的示意图；图7D是图7A的剖面示意图。
本实施例和第五实施例相似，其不同之处在于：上、下磁极10、20间形成椭球状匀场区30f，该椭球状匀场区30f的上、下部分别设置成切面为圆形的平顶和椭圆形的平底，以更有效地覆盖所述的不规则被测体，减少对成像质量无贡献的匀场区的体积；同时在该椭球状匀场区30f以及其平顶和平底表面设置若干测量点以测量其磁场参数。
可以理解地，本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法的上述各个实施例中，匀场区可以视情况需要调整为圆球状、椭圆球状、其它不规则形状或者它们的任意组合，而其平顶、平底也可以视情况需要调整为圆形、椭圆形、其它不规则形状或者它们的任意组合。
上述的匀场区可以通过下述方法实现：
(1)通过位于不规则被测体的切平面、平顶和平底上的测量点测量所述不规则被测体表面的磁场；
(2)通过由第(1)步的测量得到以下参数：
(a)场变化
(b)椭球谐波系数
(c)球谐波系数
(d)磁场峰峰值
用数学优化方法，如线性规化法对上述各参数进行优化，其中这些参数可以单独，组合，作为目标函数，或者作为约束使用；当针对被动匀场时，计算出用于调整磁场均匀度的软磁或硬磁匀场片的位置和数量，当针对主动匀场时，计算出匀场线圈中电流的大小，针对主动匀场和被动匀场同时实施时，同时计算出所述匀场片的位置和数量以及匀场线圈中电流的大小；
(3)根据上述计算结果进行匀场；
(4)重复步骤(1)到(3)直到获得所需要的磁场均匀度。
通过使用本发明磁共振设备的不规则被测体的匀场方法设计该匀场区，可以取得以下的优点：
(1)由于匀场区被设计成不规则形状，从而能更好地覆盖所述的不规则被测体，同时减少了对所述的不规则被测体外不必要的区域的匀场约束，避免了对该不必要的区域进行匀场，这有利于提高所述的不规则被测体范围内的磁场均匀度，从而提高成像质量；
(2)匀场区体积的减少使得磁共振设备中的磁体的尺寸、重量、和复杂性得到减少或降低，开放度因此得到改善，该磁共振设备的制造成本随之降低；
(3)因为成像区外对图像质量没贡献的匀场区已被排除，不规则匀场区内的磁场均匀度能更准确地反映场均匀性对图像质量的影响。

Claims (9)

1.一种磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，包括以下步骤：
(1)通过位于不规则被测体表面的测量点测量其磁场参数；
(2)依据磁场参数，当针对被动匀场时，计算出用于调整磁场均匀度的匀场片的位置和数量，当针对主动匀场时，计算出匀场线圈中电流的大小，针对主动匀场和被动匀场同时实施时，同时计算出所述匀场片的位置和数量以及匀场线圈中电流的大小；
(3)根据上述计算结果进行匀场；以及
(4)重复步骤(1)到(3)直到获得所需要的磁场均匀度；
其特征在于：
在步骤(3)中，将覆盖所述不规则被测体的匀场区的上部匀场成平顶，和/或将覆盖所述不规则被测体的匀场区的下部匀场成平底。
2.根据权利要求1的磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，其特征在于：所述的匀场片为选自软磁匀场片、硬磁匀场片和软、硬磁匀场片同时使用中的任意一种。
3.根据权利要求1的磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，其特征在于：所述的平底的切面形状为选自圆形、椭圆形和其它不规则形状中的任意一种。
4.根据权利要求1的磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，其特征在于：所述的平顶的切面形状为选自圆形、椭圆形和其它不规则形状中的任意一种。
5.根据权利要求1、3、4中任意一项的磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，其特征在于：所述的测量点设置在所述的平顶和/或平底的表面。
6.根据权利要求1的磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，其特征在于：所述的磁场参数包括场变化、椭球谐波系数、球谐波系数和磁场峰峰值。
7.根据权利要求6的磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，其特征在于：所述的磁场参数可以单独、组合、作为目标函数或作为约束使用于所述的计算中。
8.根据权利要求7的磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，其特征在于：所述的计算是指数学优化方法。
9.根据权利要求8的磁共振设备的不规则被测体的匀场方法，其特征在于：所述的数学优化方法可以为线性规划法。
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