CN101297212B

CN101297212B - Mri中发射器的主动去耦

Info

Publication number: CN101297212B
Application number: CN2006800397931A
Authority: CN
Inventors: P·韦尔尼科尔; I·格雷斯林
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2006-10-03
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2026-10-03
Also published as: US7642782B2; EP1943536A1; JP2009513217A; CN101297212A; US20080258728A1; WO2007049166A1

Abstract

一种磁共振成像系统包括耦合补偿处理器(70)，用于补偿在线圈布置(36)的n个各个线圈段(38)之间的感应磁耦合。已调节信号确定装置(74)确定所述线圈布置(36)的所述n个各个线圈段(38)中的每个的已调节输入信号(U _adj)。发射系统(54)根据所确定的已调节输入信号(U _adj)产生RF脉冲，并将所述RF脉冲发射到对应的线圈段(38)，从而使得所发射的RF脉冲在数字域中补偿在所述线圈段(38)之间的耦合。

Description

MRI中发射器的主动去耦

下面涉及磁共振领域。其在磁共振成像线圈和扫描器中有具体应用，并特别参考其进行描述。更加通常地，其在用于成像，波谱学等的磁共振系统中有应用。

磁共振成像(MRI)设备通常用于对患者进行检查。在MRI中，使用RF线圈在成像对象内生成B₁场以激励核自旋并从核自旋中探测信号。

在一些多通道发射/接收MRI系统中，多个发射单元中的每一个被分配给每个RF线圈或线圈段，并且被提供以便独立地调节要发射的RF波形的幅度和/或相位和/或形状；同时多个接收单元中的每一个被分配给每个RF线圈或线圈段，以便被独立地激活或去激活。更具体地，使用要发射的RF波形的独立幅度和/或相位和/或形状来补偿在检查对象内的介电共振或者使用其来激励和优化所期望的激励模式。

在非常接近的排列中建立几个RF发射器使得在元件之间产生互耦。在发射器内电流的相位和幅度变得相关的。能量在各个RF发射通道之间互相交换。

用于补偿互耦的一种方法是使用被动去耦网络。被动去耦方法对于有限数量的线圈是可行的有用方式，这是因为对于大数量的通道，电容和/或电感元件的确定变得相当困难。另外，只能对于不是必要地实际负载的预期标准负载确定和装配去耦和匹配网络。在较高的场处，小的负载变化就可以对元件的去耦产生显著的效果。在被动去耦网络中的另一个问题是存在连接器的寄生电容和/或电感，这可能造成不期望的共振。

在现有的主动去耦补偿方法中，可通过适当地调节在多通道发射器阵列端口处的输入信号来补偿互耦。在现有方法中，使用在模拟域中的闭环系统通过改变输入信号来调节发射器中的电流。然而，该闭环系统对于负载变动是敏感的。

下面提供克服前述限制和其它的改进的设备和方法。

根据一方面，公开了一种磁共振成像系统。补偿处理器用于补偿在线圈布置中的n个各个线圈段之间的感应磁耦合。已调节信号确定装置确定用于线圈布置的n个各个线圈段中的每个的已调节输入信号。发射系统根据确定的已调节输入信号产生RF脉冲，并将该RF脉冲发射到对应的线圈段，从而使得已发射的RF脉冲在数字域中补偿在线圈段之间的耦合。

根据另一方面，公开了一种磁共振成像方法。对于线圈布置中彼此电磁耦合的n个各个线圈段中的每个确定所期望电流。确定施加给每个段的已调节输入信号，以在数字域中补偿在线圈段之间的耦合，该施加导致每个段在耦合之后承载所期望电流。根据所确定的已调节输入信号产生RF脉冲。将该RF脉冲发射到对应的线圈段。

根据另一方面，公开了一种磁共振方法。将预定的RF信号单独施加给多个电磁耦合的线圈元件中的每个。测量在线圈元件中由预定信号感应的感应信号。生成系统矩阵，该矩阵描述了所施加的预定信号和所测量的感应信号之间的关系。

根据另一方面，公开了一种磁共振设备。主磁体生成通过检查区域的主场。RF线圈系统包括电磁耦合的平行线圈段阵列。RF接收器从检查区域接收共振信号。耦合补偿处理器在数字域内补偿在线圈段之间的耦合。

对本领域普通技术人员来说，若干其它的优点和好处将在阅读下面详细的说明书后变得显而易见。

本发明可以以各种部件和部件的排列，以及各种处理操作和处理操作的排列来构成。附图只是用于说明优选实施例并不构成对本发明的限制。

图1概略地示出磁共振成像系统；

图2概略地示出磁共振成像系统的详细部分；

图3概略地示出在磁共振系统部分中的能量路径。

参照图1，磁共振成像扫描器10包括限定检查区域14的外壳12，其中设置了患者或其它成像对象16。设置在外壳12内的主磁体20在检查区域14中生成主磁场。通常，主磁体20是由低温覆盖24围绕的超导磁体；然而，也可以使用电阻式主磁体或永久主磁体。将磁场梯度线圈30布置在外壳12内或上以在检查区域14内的主磁场上叠加所选磁场梯度。带有环绕屏蔽40的RF线圈系统或布置36围绕检查区域14设置。该线圈系统36包括多个每个尺寸和位置不同的射频线圈元件或段或线圈或梯级(rung)38。线圈系统36可以是TEM线圈，混合TEM鸟笼型线圈，鸟笼型谐振器，环谐振器布置等。在示范性实施例中，线圈系统36包括多个定位在预期检查体积周围或内部的谐振器38。例如，线圈系统36是圆柱形的，但是当然也可以具有其它几何形状，例如，椭圆形截面，半圆形截面，半椭圆形截面等。

继续参照图1，磁共振成像控制器50操作与梯度线圈30耦合的磁场梯度控制器52，以将所选磁场梯度叠加在检查区域14内的主磁场上，并且还操作每个与各个射频线圈段38耦合的射频发射器54，从而以大约磁共振频率将所选射频激励脉冲注入检查区域14用于成像。一个或多个射频发射器54是单独控制的并具有不同的相位和幅度。射频激励脉冲在成像对象16内激励磁共振信号，该磁共振信号被所选磁场梯度空间编码。进一步，成像控制器50操作一个或多个射频接收器56，从而对所生成的和空间编码的磁共振信号进行解调，每个射频接收器56是单独控制的并与线圈系统36的各个线圈段38连接。所接收的空间编码的磁共振数据存储在磁共振或MR数据存储器60中。

重建处理器62将所存储的磁共振数据重建为躺在检查区域14内的成像对象16或其所选部分的重建图像。重建处理器62使用与数据采集中所使用的空间编码相一致的傅立叶变换重建技术或其它合适的重建技术。重建图像存储在图像存储器64中，并在用户界面66上显示，通过局域网或因特网发送，由打印机打印，或以其它方式利用。在所示的实施例中，用户界面66还可以使放射线学者或其它用户与图像控制器50交互以选择，修改或执行成像序列。在其它实施例中，提供单独的用户界面来操作扫描器10并显示或否则操纵重建图像。

所述磁共振成像系统10是说明性的例子。通常，基本上任何磁共振成像扫描器都可以与所公开的射频线圈结合。例如，该扫描器可以是开放式磁体扫描器(open magnet scanner)，垂直腔扫描器(vertical bore scanner)，低场扫描器，高场扫描器等。在图1的实施例中，使用线圈系统36来发射和接收磁共振序列的相位；然而，在其它实施例中，提供单独的发射和接收线圈，它们中的一个或两个与射频线圈设计中的一个或多个结合，并在此公开设计方法。

继续参照图1，并进一步参照图2，耦合补偿处理器70确定已调节输入信号U _adj，其实际上施加给发射器54以实现期望的所得到谐振器电流I，该电流例如预先被确定并存储在期望的电流存储器72中。因为各个线圈段或谐振器38耦合，在成像期间施加给一个元件的信号对其余这些元件有作用。这样，由于互耦在元件中的电流不同于所期望的电流分布。已调节信号确定装置74确定每个段38的已调节输入信号U _adj(幅度和相位)，从而得到承载了所期望电流I的每个段。

更具体地，在测量期间，系统矩阵确定器件或算法或过程82确定或测量变换矩阵G和系统矩阵T，T是变换矩阵G的逆，并且限定给定频率的每个线圈元件的互相作用。变换矩阵G可以通过对每个谐振器38₁，38₂，…单独施加所选标称发射信号并例如通过测量在每个其它谐振器中的感应电流或信号幅度和相位来测量对其它每个谐振器的感应耦合来确定。

[I _M]＝[G][U]，其中等式(1)

I _M代表所测量的电流；

U代表输入信号，以及

G表示变换矩阵。

可以通过测量前向或反射能量来计算所得到的电流I_M。或者，可以使用选择磁场B₁的传感器或拾取线圈84₁，84₂，…来测量在每个对应线圈元件或谐振器中感应到的电流，以直接测量磁场B₁，每个对应线圈元件或谐振器提供了与现有磁场成比例的信号。

在软件方面，在准备阶段并在成像之前实现对系统矩阵T的确定。

已调节信号确定装置74通过使用对系统矩阵T和在发射侧的所期望信号的乘法来确定用于发射器54的已调节输入信号U _adj：

[U _ad]＝[T][I]，其中等式(2)

T表示系统矩阵；

U _adj是在发射侧得到的信号；

I是在每个发射器通道或线圈中所期望的电流。

所确定的已调节信号存储在已调节信号存储器86中。

在完全去耦的发射器阵列的理想情况下，系统矩阵T仅对角元素不等于0。实际上，在最大的情况下，变换矩阵G的对角元素以外的元素具有必需被补偿的非零值。因此，该矩阵必需被确定。

继续参照图2，示范性的两通道TEM谐振器包括第一和第二谐振器38₁，38₂。每个谐振器38₁，38₂与带有电容器94的RF屏蔽40连接，并包括对应的附着点或端口A，B。电压或信号发生处理器或装置或器件100使RF发射器54生成预定值的信号，其以顺序的方式施加到每个谐振器38₁，38₂的对应端口A，B。例如，首先，信号发生处理器100产生施加到第一谐振器38₁的端口A的信号。因为在第一和第二谐振器38₁，38₂之间的互耦，电流不仅在第一谐振器38₁中流动，还在第二谐振器38₂中流动。信号确定装置或处理器或器件102例如利用对应的拾取线圈(pick up coils)84₁，84₂确定在每个谐振器中流动的电流的量和/或相位。接下来，信号发生处理器100生成施加到第二谐振器38₂的输入端口B的信号。信号确定装置102例如利用对应的第一和第二捡拾线圈84₁，84₂确定在每个谐振器38₁，38₂中流动的电流的量和/或相位。使用该测量结果，确定变换矩阵G并存储。使用变换矩阵G的逆，可计算用于所期望电流[I]的适当的输入信号[U _adj]。虽然在上述例子中，所得到的变换矩阵G是对应于两个谐振器的2X2矩阵，但是也可以预想通常包括较大数量谐振器，例如8，16或32个谐振器的线圈系统36。

在另一个实施例中，调谐线圈布置在检查区域14周围，用于向拾取线圈发射预定射频信号。例如，调谐线圈的数量等于拾取线圈84的数量，拾取线圈用于接收预定的射频信号。

继续参照图2，并进一步参照图3，在强互耦的情况下，不能忽略的能量的量可在发射器54的放大器110，112之间交换。例如，从对应的放大器110，112向第一和第二线圈段或谐振器38₁，38₂供应前向能量114，116。耦合能量118在第一和第二线圈段38₁，38₂之间建立。结果，除反射能量124，126之外，耦合能量120，122从线圈38₁，38₂流回到对应的放大器110，112。放大器110，112通常包括当标称额定功率超出时，例如，对于过量电流，诸如当反射太大的能量时，或如果太大的能量从另一个通道耦合时将放大器110，112关闭的关闭开关。为了防止放大器110，112关闭，使用循环器130，132来克服关闭开关的断开。循环器130，132连接在对应的放大器110，112和线圈段38₁，38₂之间以将耦合能量120，122和反射能量124 126重新引导为对应的负载140，142。放大器110，112的向前能量114，116越过循环器130，132并且基本上不变地到达线圈元件38₁，38₂，同时反射能量120，122和耦合能量124 126被引导为负载140，142。在输出端口处的功率放大器的非线性输入阻抗的情况下，非线性输入阻抗通过互耦变换到谐振器，这是不希望的。循环器防止在非线性输入阻抗和谐振器之间的任何耦合。

以上述描述的方式，发射器阵列的耦合特性可通过测量来事先确定。调节在成像期间通过每个发射器通道施加的信号来取消或补充感应信号，其它放大器和谐振器使得在谐振器中所得到的电流是预期信号。该方法可以用于在窄带频率中操作并具有多通道RF发射能力和使用线圈阵列的相关应用的MR系统。该方法减轻了对于补偿介电共振作用的多通道RF发射和/或接收线圈阵列的紧迫设计需要。

当然，还可预计用类似的方式例如在重建过程中向接收信号施加校正。在一个实施例中，提供独立的发射和接收线圈，可计算接收侧的系统矩阵T’或通过阻抗变换从系统矩阵T中导出接收侧的系统矩阵T’，以便在校正接收信号中使用。

在一个实施例中，线圈布置36包括每个由两个不同频率表征的线圈元件38。以上述方式对于每个单独频率确定系统矩阵T。耦合补偿处理器70对于每个单独频率校正输入信号。

已经参考优选实施例对本发明进行了描述。显然，可以根据对之前的详细说明书的阅读和理解来进行修改和变更。意欲将本发明构建为包括所有这样的修改和变更，只要它们在所附权利要求书或其等同的范围内。

Claims

1.一种磁共振成像系统（10），包括：

耦合补偿处理器（70），用于补偿在线圈布置（36）的n个各个线圈段（38）之间的感应磁耦合，所述耦合补偿处理器包括：

已调节信号确定装置（74），用于确定所述线圈布置（36）的所述n个各个线圈段（38）中的每个的已调节输入信号（U _adj）；以及

发射系统（54），用于根据所确定的已调节输入信号（U _adj）产生RF脉冲，并将所述RF脉冲发射到对应的线圈段（38），从而使得所发射的RF脉冲在数字域中补偿在所述线圈段（38）之间的耦合。

2.如权利要求1所述的系统，还包括：

电压发生装置（100），用于控制所述发射系统（54）以产生具有预定信号值的RF脉冲，并将所述RF脉冲顺序地发射到每个所述线圈段（38）或调谐线圈，所述调谐线圈与所述线圈布置（36）中的所述各个线圈段（38）中的每个相对应；以及

信号确定装置（102），用于确定感应信号的幅度和相位，所述感应信号与在每个线圈段（38）或拾取线圈中响应于每个所发射的RF脉冲感应的电流对应，每个拾取线圈对应于每个线圈段。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述耦合补偿处理器（70）还包括：

系统矩阵确定算法（82），用于确定系统矩阵（T），该矩阵描述所述预定信号和所确定感应信号之间的关系。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述已调节信号确定装置（74）通过使所述系统矩阵（T）与线圈段需要电流（I）相乘来确定所述已调节信号（U _adj）：

[U _adj]=[T][I]，其中

T表示所确定的系统矩阵；

U _adj是所述已调节输入信号；以及

I是所述需要电流。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述线圈布置（36）包括多个谐振器（38），所述谐振器围绕检查区域（14）沿圆周设置。

6.如权利要求1所述的系统，其中，通过所述发射系统（54）的通道独立地驱动所述线圈布置（36）的每个线圈段（38），以选择性地向所述检查区域（14）施加RF脉冲。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述线圈布置（36）的每个线圈段（38）是独立的接收元件，其与接收器（56）的通道连接以解调所接收的MR信号。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述线圈布置（36）为TEM线圈，其包括平行于主磁场（B₀）延伸的多个谐振器。

9.一种磁共振成像方法，包括：

确定用于线圈布置（36）的n个各个线圈段（38）中的每个的所期望电流（I），所述线圈段彼此电磁耦合；

确定施加到每个线圈段的已调节输入信号（U _adj），从而在数字域中补偿在所述线圈段之间的耦合，所述施加导致每个线圈段在耦合之后承载所期望电流（I）；

根据所确定的已调节输入信号（U _adj）产生RF脉冲；以及

将所述RF脉冲发射到对应的线圈段。

10.如权利要求9所述的方法，其中，确定已调节输入信号的所述步骤包括：

在磁共振成像之前，生成预定值的信号；

根据所生成的预定信号产生RF脉冲；

将所述RF脉冲顺序地发射到所述n个线圈段中的每个，从而在其它各个线圈段中感应电流；以及

确定与在每个线圈段中的感应电流对应的信号。

11.如权利要求10所述的方法，其中，确定已调节输入信号（U _adj）的所述步骤还包括：

确定系统矩阵（T），该矩阵描述所述预定信号和所确定的感应信号之间的关系；以及

使所述系统矩阵与表示每个线圈段的所期望电流的矢量相乘。

12.一种磁共振方法，包括：

向多个电磁耦合线圈元件中的每个单独地施加预定的RF信号；

测量与在所述线圈元件中通过所述预定信号感应的电流对应的感应信号；以及

生成系统矩阵，该矩阵描述了所施加的预定信号和所测量的感应信号之间的关系。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

确定要施加给每个线圈元件以激励并操纵磁共振的所期望RF电流；

接收由所施加电流感应的共振信号；以及

根据所述系统矩阵调节所期望电流和所接收的共振信号中的一个，以在数字域中补偿在所述线圈元件之间的耦合。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述调节步骤包括：

使所接收的共振信号与所述系统矩阵的变换相乘。

15.如权利要求12所述的方法，其中，将所述预定RF信号施加给多个线圈元件中的每一个，并且使用与所述线圈元件分离的拾取线圈测量所述感应信号。

16.一种磁共振扫描器，包括

电压发生装置（100），用于向多个电磁耦合线圈元件中的每个单独地施加预定的RF信号；

信号确定装置（102），用于测量与在所述线圈元件中通过所述预定信号感应的电流对应的感应信号；以及

耦合补偿处理器（70），其包括系统矩阵算法（82），用于生成系统矩阵，该矩阵描述了所施加的预定信号和所测量的感应信号之间的关系。

17.一种磁共振设备，包括：

主磁体(20)，用于生成通过检查区域（14）的主场（B₀）；

RF线圈系统（36），其具有平行线圈段（38）阵列，这些线圈段电磁耦合；

RF接收器（56），用于从所述检查区域（14）接收共振信号；以及

耦合补偿处理器（70），用于在数字域中补偿在所述线圈段（38）之间的耦合，所述耦合补偿处理器（70）包括已调节信号确定装置（74），用于确定所述RF线圈系统（36）的所述平行线圈段（38）阵列中的每个的已调节输入信号（U _adj）以补偿在所述线圈段（38）之间的耦合。

18.如权利要求17所述的设备，还包括：

信号发生装置（100），用于使发射器（54）将预定RF电流脉冲单独地施加给每个线圈段（38）；

信号确定装置（102），用于确定在每个线圈段（38）中响应于每个所施加的预定电流脉冲感应的电流的函数；并且其中

所述耦合补偿处理器（70）包括系统矩阵计算器（82），其用于确定矩阵（G，T），所述矩阵描述了所施加的电流和感应电流之间的关系。

19.如权利要求18所述的设备，还包括：

MRI控制器（50），用于确定在磁共振过程期间要由所述RF发射器（54）施加的所期望电流脉冲（I），

其中，所述已调节信号确定装置（74）根据与所接收共振信号和所期望RF电流脉冲（I）中的一个相关的所述系统矩阵而操作，以生成所述已调节输入信号（U _adj）。