CN101675878A - 确定特异性吸收率的方法及为此的组合医学装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定作为对由射线产生元件给出的电磁场的吸收的度量的在组织中的特异性吸收率的空间分布的方法，其中，使用至少一个借助热声计算机断层造影装置获取的测量信息来确定特异性吸收率。

Description

确定特异性吸收率的方法及为此的组合医学装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定作为对由射线产生元件给出的电磁场的吸收的度量的在组织中的特异性吸收率的空间分布的方法。

背景技术

磁共振测量中的基本问题是信噪比，也称为SNR。为了提高磁共振测量的SNR，一种可能性是提高基本磁场的磁场强度B₀。但在较高的场强下也要求待入射的HF脉冲的更长的持续时间或更高的功率，以达到特定的磁化的翻转角(Flipwinkel)。这意味着在其它图像拍摄参数相同的情况下，在较高的场强下必须向检查对象射入更高的能量，以利用特定的测量序列来实施测量。该问题尤其是还取决于所采用的脉冲，因此基于自旋回波的序列由于再聚焦脉冲而引起特别的问题。

除了要入射的HF能量外，随着场强的增高问题会不断增大，即与HF能量接触的组织的介电特性不再是可忽略的。因此无法从通过高频线圈入射到组织中的HF能量导出整个组织的加热。更确切地说，组织中的个别位置会由于其介电特性以及传导性而比其它位置加热得多。

作为对生物组织中电磁场吸收的度量，定义了特异性吸收率。由于电磁场与组织的相互作用，组织根据其介电特性而被加热。因此对特异性吸收率(也简称为SAR)的准确了解使得能够对电磁场与组织间的相互作用进行计算并由此对检查对象的加热进行预测。为此例如IEC(国际电工委员会)将局部的以及全身的SAR用作调节参数。根据现有技术无法准确确定特异性吸收率，为此采用规避解法(Umgehungsloesungen)。

为了避免该问题公知还全局计算组织的特异性吸收率，但将其边界值设置得尽可能低，以使就是可能的加热峰值也不会在组织中造成损坏。对借助MR热成像的检查对象的加热的控制也是问题，因为一方面加热要到若干摄氏度后才能被采集到，另一方面通过部分容积效应恰好平均局部温度峰值。

还公知有，采用在相同的信息内容下在实施时需要较少HF能量的脉冲序列。作为例子仍可引用自旋回波序列的情况。对于快速自旋回波序列公知的是，代替从SAR的角度看有问题的180°再聚焦脉冲而采用具有较小翻转角的脉冲来进行再聚焦，在此通过对选择的翻转角序列的良好选择使对比度保持不变。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是，提出一种确定特异性吸收率的方法，特别是还可以用于场强高于约1.5T的磁共振测量。

本发明的技术问题通过一种本文开始所述类型的方法来解决，其中使用至少一个借助热声计算机断层造影装置获取的、用于确定特异性吸收率的测量信息。

热声(thermoakustische)计算机断层造影是一种成像方法，其中，借助短热脉冲对检查对象进行加热并使被加热的组织膨胀，在此，发射一个或多个声波。然后借助适当的装置来检测这些声波。然后从这些数据中计算出图像，在此，再现类似于公知的X射线计算机断层造影方法地进行。参见Kruger等人的“Thermoacoustic CT：Imaging Principles”，Proc.SPIE Vol.3916，P.150-159，2000。数据或从中计算出的图像给出关于组织的传导性的信息。

因此代替可视化声波压力的空间分布，按照本发明采用热声计算机断层造影装置来确定特异性吸收率。

特别具有优点的是，作为至少一个测量信息可以采用由所述热声计算机断层造影装置采集的热膨胀系数的空间分布。从借助热声计算机断层造影装置获取的测量数据可以借助多个后处理步骤来确定热膨胀系数及其空间分布。在此试样的热膨胀系数与加热的空间分布之间的关系由下式表示(公式1)：

$P_r\left(t\right)\frac{\mathrm{\β\ρ}}{4\mathrm{\π}}\∫\∫\∫\frac{{\∂}^{2}T(r^{\′},t^{\′})}{\∂t^2}\frac{{\mathrm{dr}}^{\′}}{|d-r^{\′}|}$

其中，P_r(t)表示热膨胀系数，β为膨胀系数，ρ为组织密度，T(r’，t’)为位置r’处的温度。

优选作为其它信息可以考虑至少一个膨胀系数。在从热声计算机断层造影装置的测量数据中能够容易地反算出图像时，还需要其它信息来确切地量化特异性吸收率。一种从测量信息推断出特异性吸收率的可能性是，根据公式1来考虑图像拍摄区域内或加热区域内的不同组织的膨胀系数，以确定组织的能量吸收。例如，可以通过其它成像装置采集组织的至少一个膨胀系数。因此该其它成像装置必定提供附加的信息，利用这些信息可以确定膨胀系数。

特别具有优点的是，作为必要时的附加其它信息可以引入至少一个由磁共振装置获取的参数图和/或至少一幅由磁共振装置拍摄的图像。在此参数图被理解为能够量化特定参数的图像数据组的系列。这例如可以是T₁弛豫时间、T₂弛豫时间、扩散系数、灌注系数，以及其它磁共振断层造影中公知的参数。此外，这些图像数据还可以包含附加的光谱学信息，由此能够例如量化水和脂肪。这样的信息例如可以借助化学位移成像获得。另一方面部分地根本没有必要为了量化而拍摄完全的图像系列，因为已在一个图像数据组中达到了某种程度的参数加权。例如可以通过在自旋回波数据组中选择足够长的回波时间来实现T₂加权以及在FLASH数据组中实现T₂ ^*加权。因此，仅从一个数据组就可以实现对组织分布的推断。作为必要时的附加其它信息可以考虑由用于磁共振测量的高频线圈产生的磁场B₁ ⁺的空间分布。因此，磁共振装置可以用来确定被激励的RF场。由此产生的校正信息可以用于进一步改善对特异性吸收率的量化。

为了进一步改善对特异性吸收率的确定，作为必要时的附加其它信息还可以确定关于散射和/或声速和/或组织的吸收的空间分布的信息。关于影响声传播的参数的信息越多，就能够越准确地确定特异性吸收率。

特别具有优点的是，可以利用适用于磁共振成像的高频线圈来施加实施热声计算机断层造影所需的热脉冲。为了使得扩散效应能够忽略不计，这样的热脉冲的持续时间位于微秒范围内，例如500纳秒。尽管用于磁共振成像的典型的HF脉冲位于毫秒范围内，但高频线圈同样也可以产生更短的脉冲。由于基于十年来的研究已经公知多种型号的线圈的品质和工作原理，因此实际的做法是可以采用公知的线圈和脉冲设计。优选可以利用与所采用的进行磁共振测量的谐振频率基本相等的频率来施加热脉冲。其所带来的优点是，可以采用与在磁共振测量时相同的频谱来确定特异性吸收率，由此，就通过热声计算机断层造影确定的特异性吸收率到通过高频线圈给出的HF脉冲的作用的可转换性来说，不再需要依赖于频率的校正。

替代地，还可以利用与所采用的进行质子磁共振测量的谐振频率不同但相应于另一种核的谐振频率的频率来施加热脉冲。该方式给出的优点是，借助于磁共振断层造影的测量和借助于热声计算机断层造影的测量可以同时进行且彼此独立。这样，在频率选择时在必要时可以使用现有的双谐振线圈，在此，一个谐振频率用于磁共振成像，第二谐振频率用于热声计算机断层造影。磁共振测量的重复时间通常提供了充足的等待时间，在此时间中可以进行在另一谐振频率上的测量而不会影响本来的磁共振测量的结果。

此外本发明还涉及一种组合的医学设备。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明的其它优点、特征和细节进行描述。其中示出：

图1示出本发明的组合医学设备的原理图；

图2示出组合检测单元的截面图；

图3示出本发明方法的步骤；

图4示出按照本发明方法的SAR确定的应用；

图5示出按照本发明方法的SAR确定的另一种应用。

具体实施方式

图1示出的组合医学设备1除了磁共振设备2还包括热声计算机断层造影装置。组合检测单元3用于获取数据，数据借助于公共的控制装置4进行分析。其它公知的磁共振设备的梯度线圈、前置放大器、冷却装置等形式的组件由于本领域技术人员的公知而未详细示出。

如图2所示，在此组合检测单元3连接磁共振设备2和热声计算机断层造影装置的发送和接收单元。在此热声计算机断层造影装置的检测单元(也简称为TCT)包括具有检测器块5以及TCT检测器装置6内部的并与之同轴、具有纵向导线8的高频线圈装置7的环形检测器装置。在此纵向导线8至少分段地沿着彼此有间距的检测器块5之间的间隙9引导。在此这些纵向导线8被间隙9的界面分开。优选纵向导线8至少在其径向截面的一部分上在间隙9内引导。在此力求实现关于这些间隙的中间设置。

至少纵向导线8的沿着间隙9引导的片段8a可以构成为优选具有圆形截面的导线。这些导线至高频线圈装置7和至屏蔽TCT检测器装置6的高频罩10的距离应该至少为其自身直径的值，但优选为其自身直径的5-10倍。所示出的环形检测器装置仅是示例性的，也可以毫无问题地采用其它结构形状。

一种乐于采用的线圈类型是鸟笼谐振器。这样的谐振器具有在纵向导线8的端部的端环，这些端环在轴向上设置在TCT检测器装置6之前和之后。这些端环以及纵向导线8的不在TCT检测器装置中延伸的片段可以实施为平导体，特别是铜箔。以介电物质11来填充间隙9，由此使得纵向导线8也能被固定。

利用这样的组合检测单元3可以实现结构非常紧凑的组合医学设备1。在这种实施方式下还能够毫无问题地配准分别获取的测量数据，并且毫无问题地借助一个控制装置4进行控制。

图3示出确定特异性吸收率的主要步骤。在步骤S1，借助高频线圈装置7将热脉冲发射到检查对象中，其中，由此产生的声波在步骤S2中由TCT检测器装置6接收。然后，在步骤S3中从中确定出热膨胀系数的空间分布。该信息根据TCT检测器装置6的实施方式可以是两维或三维的。

在此之后或与此同时，借助磁共振设备来获取一个包含多幅图像的数据组，用于确定B₁ ⁺磁场的空间分布。在步骤S5，由该数据组不仅建立一个B₁ ⁺磁场图，而且还逐图像点地确定作为附加信息的膨胀系数。最后，在步骤S6，从所有这些信息中获得检查对象的特异性吸收率的空间分布。

然后，可以借助关于SAR的空间分布以及B₁ ⁺磁场的空间分布的知识来选择性地设置脉冲持续时间、脉冲衰减、或者还有重复时间、或者还有要测量的层的数目，使得由高频线圈感应的HF能量不会对受检的组织造成损害性的加热。因此，代替计算全局SAR并将边界值设置得相应低，提供了用于设置SAR边界值的更准确的信息。由此在扩展检查可能性时可以实现更好保护患者的、可以自动化的SAR监控。

当然还可以考虑该方法的其它应用场景。例如，还可以在雷达设备12上测量SAR。如果想确定一个在雷达设备12的工作位置13上的任意的人14，则需要一个便携式TCT装置15。利用该TCT装置15可以在任何工作地点进行SAR确定，如图4所示。

本发明的方法还适用于在使用移动电话16的情况下确定SAR，如图5所示。在此也使用便携式TCT装置15。

但本发明的方法并不限于这些应用领域。在WLAN、蓝牙、无线电波或超高温系统的使用中也公知存在组织摄取能量的问题，因此在此利用按照本发明的SAR确定也会带来益处。

Claims (11)

1.一种用于确定作为对由射线产生元件给出的电磁场的吸收的度量的在组织中的特异性吸收率的空间分布的方法，其特征在于，使用至少一个借助热声计算机断层造影装置获取的测量信息来确定特异性吸收率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为至少一个测量信息采用由所述热声计算机断层造影装置采集的热膨胀系数的空间分布。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为其它信息考虑至少一个膨胀系数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述至少一个膨胀系数是通过其它成像装置采集的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，作为必要时的附加其它信息引入至少一个由磁共振装置获取的参数图和/或至少一幅由磁共振装置拍摄的图像。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，作为必要时的附加其它信息考虑由用于磁共振测量的高频线圈产生的磁场B₁ ⁺的空间分布。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，作为必要时的附加其它信息确定关于散射和/或声速和/或组织的吸收的空间分布的信息。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，利用适用于磁共振成像的高频线圈来施加实施热声计算机断层造影所需的热脉冲。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，利用与所采用的进行磁共振测量的谐振频率基本相等的频率来施加所述热脉冲。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，利用与所采用的进行质子磁共振测量的谐振频率不同但相应于另一种核的谐振频率的频率来施加所述热脉冲。

11.一种组合医学装置，用于实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，该装置具有磁共振设备和热声计算机断层造影设备。

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