CN101027569A - 磁共振设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对放置在静态且基本上均匀的主磁场中的身体(7)进行MR成像的设备，该设备具有向身体(7)辐射RF脉冲的RF发射天线(6)，该RF发射天线(6)具有不同的共振模式。为提高高场MR成像的图像均匀性，本发明建议设备(1)设置成确定身体(7)的尺寸和/或长宽比，并通过包括RF脉冲的成像序列采集身体(7)的MR图像，其中基于身体(7)的尺寸和/或长宽比控制在RF脉冲辐射期间激发的RF发射天线(6)不同共振模式的相位和幅度。

Description

磁共振设备和方法
本发明涉及一种用于对放置在静态且基本上均匀的主磁场中的身体进行磁共振(MR)成像的设备。
此外，本发明涉及MR成像方法以及MR成像设备的计算机程序。
在MR成像中，由射频(RF)脉冲和切换的磁场梯度组成的脉冲序列被施加到物体(患者)上以生成相位编码MR信号。已知的MR成像设备具有用于生成RF脉冲的合适发射天线，同时通过接收天线扫描MR信号以从物体获得信息并重建其图像。发射天线和接收天线通常在实体上为所使用MR设备的同一部分。
自从其初始研制以来，MR成像应用的临床相关领域数量已得到极大增长。MR成像可应用于几乎身体的每个部分，且其可用于获得关于许多人体重要功能的信息。在MR扫描期间施加的脉冲序列完全确定重建图像的特征，如物体的位置和取向、尺寸、分辨率、信噪比、对比度、运动灵敏度等。MRI设备的操作者不得不选择合适的序列并不得不对各种应用调整其参数并使这些参数最佳化。
随着目前MR成像在超过1.5特斯拉的静磁场中进行，所谓的介质共振变成主要关注的问题。共振频率(拉莫尔频率)随着磁场强度的增加而上升。从而，所施加RF脉冲在组织中的波长变得较小并变得与MR设备的RF天线尺寸和受检身体解剖学结构相当。此外，必须考虑人体是不对称的和非均匀结构并包含电损耗物质(主要是水)。因此，在RF天线和受检身体组织之间出现非常强的电磁相互作用。该相互作用，通常被称为介质共振，不仅影响身体内部RF辐射吸收的分布(所谓的SAR分布)，而且影响图像均一性，因为激发受检身体内部的核磁化的RF磁场(B1)的分布不再是均匀的。
由此易于意识到，需要一种改进的磁共振成像设备，该设备能够采集和重建具有以超过1.5特斯拉高场强下的均匀图像强度的高质量MR图像。
根据本发明，公开一种用于对放置在静态且基本上均匀的主磁场中的身体进行MR成像的设备。该设备的RF发射天线具有不同的共振模式，且该设备设置成确定身体的尺寸和/或长宽比，并通过包括RF脉冲的成像序列采集身体的MR图像，其中基于身体的尺寸和/或长宽比控制在RF脉冲辐射期间激发的RF发射天线不同共振模式的相位和幅度。
本发明主要基于洞察到，射频场的非均匀性程度主要取决于受检身体的绝对尺寸和长宽比。例如，在更“圆”的患者中可获得良好的图像均匀性，而在更“扁”的患者内部，图像强度较不均匀。已经发现，在受检身体内部区域内，其中B1场较低从而图像具有减少的强度，RF场不再表现为正交场。这是因为介质共振起到破坏正交RF场的两个正交模式结构干涉的作用，从而在全部感兴趣体积内不能获得实际所需要的均匀B1场。当MR设备的RF发射天线的不同(正交)模式以为受检身体的各个尺寸和/或长宽比定制的不同相位和幅度独立于彼此受到激发时，就可根据本发明改进图像均匀性。
本发明提供一种MR成像设备，该设备设置成根据事先确定的受检身体的尺寸和/或长宽比控制RF发射天线共振模式的相位和幅度。因此，本发明能够产生高质量MR图像，该MR图像在高磁场强度下具有显著改进的图像强度均匀性。
根据本发明，其有利地通过校准过程确定身体的尺寸和/或长宽比。该校准过程涉及采集三维或二维低分辨率图像或至少两个投影MR图像。这样，以每个患者为基础进行校准只需要最少的用于信号采集的额外时间，因为为校准目的的所采集图像质量只需满足于确定例如受检身体的宽度和高度。可从校准图像中简单计算出长宽比作为身体在两个正交方向上的不同尺寸的比。
所提出的MR设备可有利地包括连接至该设备的两个或更多分立发射通道的发射单元。每个这样的发射通道可与RF接收天线的共振模式中的一个共振模式相关联，其中提供至分立发射通道的RF信号的相位和幅度分别可由发射单元控制。根据本发明，这能够基于预先确定的受检身体的尺寸和/或长宽比控制RF发射天线不同共振模式的相位和幅度。
为进一步使根据本发明采集的图像的图像质量最佳化，MR设备可包括连接至两个或更多接收通道的接收单元，每个接收通道与RF发射天线的一个共振模式相关联。这样，RF发射天线还用于从受检身体采集信号的目的并使信号在天线的不同模式中独立采集。介质共振效应不仅当在发射模式中激发核磁化时要考虑，而且当在接收模式中从受检身体检测MR信号时也要考虑。分立通道上的独立接收允许对上述介质共振效应在MR设备的接收模式中的干扰影响进行补偿。从而，MR设备可容易地设置成根据患者的尺寸和/或长宽比控制独立采集信号的相位和幅度，例如通过在图像重建期间对所采集的信号进行简单数字后处理。
本发明的MR设备应当有利地包括带有程序控制的计算机装置，该程序控制设置成从使身体尺寸和/或长宽比与相应的相位和幅度值相关的函数(数学)关系或查找表选择不同共振模式的相位和幅度。在MR设备可根据本发明进行使用之前只需要为其确定一次查找表或函数关系。这可例如通过与对图像均匀性的不同长宽比的不同相位和幅度值相关联的计算机模拟来实现。由这些模拟，可选择发射天线不同模式的最合适相位和幅度值并将它们存储到多个不同尺寸间隔和/或长宽比的查找表中。类似地，可由在具有不同尺寸和/或长宽比的一系列志愿者上测量的测量值建立适当的数学函数或查找表。
本发明不仅涉及设备还涉及对放置在静态且基本上均匀主磁场内的身体至少一部分进行MR成像的方法，该方法包括以下步骤：
确定身体的尺寸和/或长宽比，和
通过包括RF脉冲的成像序列采集身体的MR图像，其中基于身体的尺寸和/或长宽比独立控制在RF脉冲生成期间激发的RF发射天线不同共振模式的相位和幅度。
一种适于实行本发明MR成像过程的计算机程序可在普通计算机硬件上实施，其在临床使用中用于控制适当的磁场共振扫描。该计算机程序可设置在适合的数据载体上，如CD-ROM或磁盘。可选择地，其还可从因特网服务器由用户下载。
可以推断出，本发明的要点在于通过对MR成像设备RF天线设置的合适控制，就可能相当大地提高从高场MR系统获得的MR图像的图像强度、对比度和均匀性，在高场MR系统中，介质共振和减少的RF穿透性会导致不需要的图像质量问题。
下例附图公开了本发明的优选实施例。然而，应当理解，附图仅设计为用于解释说明的目的，而不是作为对本发明的限制。
附图中
图1示出根据本发明的磁共振扫描器的实施例，
图2示出根据本发明的RF天线结构的实施例，
图3示出根据本发明的校准方案。
在图1中，以框图形式示出根据本发明的MR成像设备1。装置1包括一组用于产生静态且均匀主磁场的主磁线圈2和用于叠加具有可控强度并具有在选定方向上的梯度的附加磁场的三组梯度线圈3，4和5。通常，主磁场的方向标记为z方向，与其垂直的两个方向为x方向和y方向。梯度线圈3，4和5通过电源11激励。装置1还包括RF发射天线6，例如，常规正交身体线圈，用于向身体7发射RF脉冲。作为正交线圈，天线6具有两个共振模式，这两个共振模式通常由具有相同幅度且相位差为90°的RF信号激发。根据本发明，天线6连接至用于控制天线6的两个不同共振模式的相位和幅度的接收/发射单元8。接收/发射单元8进一步耦合至用于产生和调制RF脉冲的调制器9。如图1所示，RF发射天线和接收天线在实体上为同一天线6。因此，发射/接收单元9设置成从待发射的RF脉冲中分离出接收到的信号。所接收到的MR输入到解调器10。发射/接收单元8、调制器9和为梯度线圈3，4和5供电的电源11由控制系统12控制。控制系统12基于身体7的长宽比控制馈送到天线6的RF信号的相位和幅度。控制系统12通常是具有存储器和程序控制器的微计算机。在本发明的实际实施中，尤其考虑身体7的长宽比确定和天线6共振模式合适的相位和幅度值的选择，控制系统12包括具有如在此之前描述过程的程序。解调器10耦合至数据处理单元14，例如计算机，用于将所接收到的回波信号转换成例如在视频显示单元15上可视的图像。
图2示出根据本发明的线圈结构。正交身体线圈16通过相应的端子连接到未在图2中示出的MR装置的分立通道I和Q。每个通道I和Q与线圈16的两个正交共振模式中一个共振模式相关。线圈16用于激发检查体积内的MR信号并用于检测该信号。为每个通道I和Q的两个发送/接收开关17和18做好准备。通过这些开关，线圈16的端子或者连接到功率放大器19，20的输出端或者连接到感应RF前置放大器21，22，也就是说，取决于MR设备的操作模式。在发射模式中的RF脉冲辐射期间，通过发射单元23控制由各种通道供应至线圈16的RF信号TXI和TXQ的相位ΦI，ΦQ，和幅度AI，AQ。这允许调整对应于受检身体长宽比的各个发射通道的相位ΦI，ΦQ，和幅度AI，AQ，从而根据本发明实现受激核共磁化的最佳均匀性。幅度和相位的独立控制可或者通过如图2所示的分立功率放大器19，20来实现，其中这些放大器分别处于发射单元23的控制下，或者通过利用受发射单元23控制的延迟线和衰减器的单个功率放大器RF输出的受控分裂来实现。对于在通道I和Q上独立接收信号RXI和RXQ为连接至接收单元24的分立RF前置放大器21，22做好准备。接收单元24不需要能够控制信号RXI和RXQ的相位和幅度。所接收信号的相位和幅度对患者长宽比的适应可实现为在最终图像重建期间的单纯后处理步骤。
虽然图2中示出的是正交身体线圈，应当理解，本发明的方法可应用于任何采用多共振模式的RF线圈设计。
图3示出根据本发明的在预扫描校准过程期间采集和重建的MR切片图像25，26。校准过程用于确定受检身体的尺寸和或长宽比。MR图像25示出更“圆”的身体27，而在图像26中示出的身体28具有更“扁”的横截面。各长宽比可易于由身体27，28的宽度W和高度H的商计算出。而后基于由此确定的尺寸和/长宽比根据图像均匀性可使所采用的RF天线共振模式的相位和幅度最佳化。该适当的幅度和相位值可例如通过参考查找表获得。该查找表反映RF天线不同共振模式的图像均匀性、尺寸、长宽比和相位/幅度关系之间的已知关系。这能够在医学应用中基于每个患者达到MR图像均匀性的有效最佳化。

Claims (11)

1、用于对放置在静态且基本上均匀的主磁场中的身体(7)进行MR成像的设备，该设备具有向身体(7)辐射RF脉冲的RF发射天线(6)，该RF发射天线(6)具有不同的共振模式，该设备(1)设置成
确定身体(7)的尺寸和/或长宽比，和
通过包括RF脉冲的成像序列采集身体(7)的MR图像，其中基于身体(7)的尺寸和/或长宽比控制在RF脉冲辐射期间激发的RF发射天线(6)不同共振模式的相位和幅度。
2、根据权利要求1所述的设备，其中该设备还设置成通过校准过程确定身体(27，28)的尺寸和/或长宽比，其中校准过程涉及采集低分辨率MR图像(25，26)或者采集身体(27，28)的至少两个投影MR图像。
3、根据权利要求2所述的设备，其中从在校准过程期间采集的MR图像(25，26)中计算出长宽比作为身体(27，28)在两个正交空间方向上的不同尺寸(H，W)的比值。
4、根据权利要求1至3中任一个所述的设备，包括连接至该设备的两个或更多分立发射通道(TXI，TXQ)的发射单元(23)，每个发射通道(TXI，TXQ)与RF发射天线(16)的共振模式中的一个共振模式相关联，其中供应至分立发射通道(TXI，TXQ)的RF信号的相位(ΦI，ΦQ)和幅度(AI，AQ)可分别通过发射单元(23)控制。
5、根据权利要求1至4中任一个所述的设备，包括连接至该设备的两个或更多分立接收通道(RXI，RXQ)的接收单元(24)，每个接收通道(RXI，RXQ)与RF发射天线(16)的共振模式中的一个共振模式相关联。
6、根据权利要求1至5中任一个所述的设备，还包括带有程序控制器的计算机装置，该程序控制器设置成基于使身体尺寸和/或长宽比与相应的相位和幅度值相关联的函数关系或查找表选择不同共振模式的相位和幅度。
7、对放置在静态且基本上均匀的主磁场内的身体至少一部分进行MR成像的方法，该方法包括以下步骤：
确定身体的尺寸和/或长宽比，和
通过包括RF脉冲的成像序列采集身体的MR图像，其中基于身体的尺寸和/或长宽比独立控制在RF脉冲生成期间激发的RF发射天线不同共振模式的相位和幅度。
8、根据权利要求7所述的方法，其中通过校准过程确定身体的尺寸和/或长宽比，所述校准过程涉及采集低分辨率MR图像或者采集身体的至少两个投影MR图像。
9、根据权利要求7或8所述的方法，其中基于使身体尺寸和/或长宽比与相应的相位和幅度值相关联的函数关系或查找表选择不同共振模式的相位和幅度。
10、用于MR成像设备的计算机程序，该程序具有的指令用于
确定放置在MR成像设备的静态且基本上均匀的主磁场内的身体尺寸和/或长宽比，
通过包括RF脉冲的成像序列控制身体的MR图像数据的采集，
基于身体的尺寸和/或长宽比选择在RF脉冲生成期间激发的RF发射天线不同共振模式的相位和幅度。
11、根据权利要求10所述的计算机程序，还包括用于基于使身体尺寸和/或长宽比与相应的相位和幅度值相关联的函数关系或查找表选择不同共振模式的相位和幅度的指令。
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