CN102369451A - 加速的b1绘图 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括：使用射频发射线圈组(11)来执行一数量的Bi场绘图序列(24)以采集B1场绘图数据集，其中所述数量少于在所述射频发射线圈组中的射频发射线圈的数量；以及基于所采集的B1场绘图数据集来确定所述射频发射线圈组的线圈灵敏度(30)。在一些实施例中，所执行的B1场绘图序列通过以下定义：(i)对所述射频发射线圈组执行线性变换(40)以生成正交虚拟射频发射线圈组(42)，以及(ii)选择(44)所述正交虚拟射频发射线圈组的子集(46)，所述子集定义了所执行的B1场绘图序列。

Description

加速的B1绘图
技术领域
以下涉及磁共振领域、磁共振成像领域、磁共振波谱学领域、医学磁共振成像和波谱学领域、以及相关领域。
背景技术
磁共振(MR)图像质量取决于B1发射场的均匀性。为此目的，用于磁场激励的射频线圈被设计为在整个视场(FOV)上生成基本均匀的B1发射场。这可以通过使用多个射频发射线圈或者射频发射线圈阵列来实现，该射频发射线圈被分别战略性地布置于FOV从而在FOV上共同生成基本均匀的B1发射场。然而这种设计是有缺点的。此外，设计为在空载状态下是均匀的B1发射场可以由于对象的磁化率而扭曲。这就是所谓的对象载入效应，并且这一效应在更高的静态B0磁场下，例如大约3特斯拉或者更高下，变得显著。即使处于较低的静态磁场，该对象载入效应也是不可忽略的。
可以使用B1匀场来增强在空载或者载入状态下的B1发射场的均匀性。另外或者可选地，在后期采集MR图像的重建处理期间可以数学地补偿B1发射场的不均一性。B1发射场的空间图是用于B1匀场和后期采集的数学补偿两者的输入。鉴于对象载入效应，优选用载入到MR扫描器和成像位置中的经受成像的特定对象来绘制B1发射场。可选地，可以用与载入到MR扫描器中的对象适当类似的体模来绘制B1发射场。
在现有的B1发射场绘图MR序列中，针对每个单独的发射通道或者线圈在二或者三维中执行测量。对于N个线圈的阵列(其中N表示线圈的数量)，因而执行N个发射场绘图序列。遗憾的是，这些B1发射场绘图MR序列相对较慢，并且不合期望地延长了成像会话的时间。
发明内容
根据本文中作为例子示出和描述的某些图示性实施例，一种方法，包括：使用射频发射线圈组来执行一数量的B1场绘图序列以采集B1场绘图数据集，其中所述数量少于在所述射频发射线圈组中的射频发射线圈的数量；以及基于所采集的B1场绘图数据集来确定所述射频发射线圈组的线圈灵敏度。
根据本文中作为例子示出和描述的某些图示性实施例，一种存储介质存储可以由数字处理器执行以执行在紧接的前一段落中提出的方法的指令。根据本文中作为例子示出和描述的某些图示性实施例，一种数字处理器被配置为执行在紧接的前一段落中提出的方法。根据本文中作为例子示出和描述的某些图示性实施例，一种磁共振系统，包括：磁共振扫描器；射频发射线圈组；以及数字处理器，其被配置为执行在紧接的前一段落中提出的方法，其中执行一数量的B1场绘图序列包括令所述磁共振扫描器使用所述射频发射线圈组来执行所述B1场绘图序列。
一个优点在于提供更加有效的B1匀场。
另一优点在于提供更加有效的B1发射场绘图。
本领域普通技术人员在阅读和理解了以下详细描述时将意识到进一步的优点。
附图说明
附图只是出于图示优选实施例的目的，并且不被解释为限制本发明。在不同图中使用的相应附图标记代表图中的相应的元件。
图1示意性示出了磁共振系统，其包括射频发射线圈组及B1匀场模块或者与其联合操作；
图2用流程图表示了适合于由图1的B1匀场模块的处理器执行的过程，该处理器被配置为确定B1绘图序列的减少后的数量；
图3用流程图表示了适合于由图1的B1匀场模块的一个或多个处理器执行的过程，该一个或多个处理器被配置为使得MR系统执行该B1绘图序列以采集B1场绘图数据集并且以基于所采集的B1场绘图数据集来确定N个射频发射线圈的组的线圈灵敏度；
图4-7示出了一些图示性的线圈灵敏度图。
具体实施方式
参考图1，成像系统包括磁共振(MR)扫描器10，例如所图示的AchieveTM磁共振扫描器(从荷兰艾恩德霍芬市的皇家飞利浦电子公司获得)，或者InteraTM或PanoramaTM磁共振扫描器(两者也从皇家飞利浦电子公司获得)，或者另一商业上可获得的磁共振扫描器，或者非商业磁共振扫描器等等。在典型的实施例中，磁共振扫描器包括内部部件(未图示)，例如生成静磁场(B0)的超导或者电阻主磁体和用于将选定的磁场梯度叠加在该静磁场上的磁场梯度线圈绕组的组。
MR扫描器也包括射频发射线圈组11或者联合该射频发射线圈组11来操作，该射频发射线圈的数量是N。例如，射频发射线圈组11可是八个发射线圈的阵列(在该情况下N＝8)，或者可是十六个发射线圈的阵列(在该情况下N＝16)，二十个发射线圈的阵列(在该情况下N＝20)等等。该射频发射线圈组11可以具体实现为一体线圈阵列单元，其中共同的壳体或者支撑体包含或者支撑着该N个射频发射线圈，或者该N个射频发射线圈可被分别具体实现为单独的线圈单元，可具有分离的和成组的壳体或者支撑体的某种组合，等等。在一些实施例中，射频发射线圈组11可以具体实现为头部线圈单元、体线圈单元或者其他包括复数个线圈元件的局部线圈组件的线圈元件。MR扫描器10还包括一个或多个射频接收线圈或者联合该射频接收线圈来操作，该射频接收线圈可以由射频发射线圈11来具体实现(在该情况下射频发射线圈组11的线圈被配置为发射/接收或者T/R线圈)，或者可以具体实现为一个或多个单独的接收线圈(在图1中未示出)。
磁共振控制模块12控制磁共振扫描器10和射频发射线圈组11来执行定义了磁共振激励的磁共振序列，并且接收由该磁共振激励生成的磁共振信号。在图示性MR成像应用中，给射频发射线圈组11通电以激励磁共振，由MR扫描器10的磁场梯度线圈选择性施加的磁场梯度空间编码该磁共振，并且使用一个或多个接收线圈来读取所激励的和空间编码的磁共振信号。任选地，通过在磁共振激励相期间由MR扫描器10的磁场梯度线圈施加的磁场梯度而将磁共振激励在空间上限制于切片或者其他激励区域。
对于图示性成像应用，重建模块14重建所采集的磁共振信号以生成磁共振图像，该磁共振图像被存储于磁共振图像存储器16中。对于其他应用，替代于或者结合图像重建处理来应用适当的后期采集处理。例如，在MR波谱学应用中，可以将来自选定位置的MR信号根据频率进行绘制或者可以基于频率对该MR信号滤波等等。在一些实施例中，部件12、14、16是由磁共振扫描器10的制造商和/或一个或多个第三方供应商提供的通用商业磁共振成像产品。可选地，一个或多个或者所有的部件12、14、16可以是定制构建或者客户修正的部件。
继续参考图1，B1匀场模块20可操作地与MR系统，例如与MR控制模块12，通信以令MR系统执行B1匀场以增强由射频发射线圈组11生成的发射B1场的空间均匀性。为此目的，处理器22被配置为确定用于执行B1绘图的B1绘图序列的减少后的数量。“减少后的数量”意味着将要执行的B1绘图序列的数量少于在射频发射线圈组11中的射频发射线圈的数量N。处理器22输出B1场绘图序列24，其数量少于N。处理器26被配置为令MR系统10、11、12执行B1场绘图序列24，从而生成B1场绘图数据集。处理器28被配置为基于所采集的B1场绘图数据集来确定N个射频发射线圈的组11的线圈灵敏度30。
图1图示了匀场模块20包括分开图示的处理器22、26、28，但是在一些实施例中，处理器22、26、28可以具体实现为单一的处理器，其任选的是体现MR控制模块12的同一处理器。例如，图示的计算机C适当地包括数字处理器(未示出)，其被存储介质(例如硬盘或者其他磁盘、光盘、FLASH存储器或者其他静电存储器、随机存取存储器、只读存储器等等)上存储的软件编程以具体实现各种部件12、22、26、28，以及任选的也具体实现重建模块14。图示性的计算机C也包括显示器D和一个或多个用户输入设备，例如所图示的键盘K。例如，可以使用显示器D来显示从图像存储器16取回的重建图像，同时可以使用一个或多个用户输入设备K来使得放射线医师或者其他用户能够输入命令以用于操作MR系统10、11、12，重建模块14，以及B1匀场模块20。
所生成的线圈灵敏度30适合用于在由MR系统10、11、12执行的磁共振序列的发射相期间执行射频发射线圈组11的B1匀场，从而增强至少视场(FOV)之内的由射频发射线圈组11生成的B1发射场的空间均匀性。
通过使得B1场绘图序列24的数量基本少于射频发射线圈组11的发射线圈数量N来促进匀场模块20的效率。在一些实施例中，例如，B1场绘图序列24的数量是N的一半，而在其他实施例中，B1场绘图序列24的数量小于N的一半。处理器22被配置为选择B1场绘图序列24，从而使得B1场绘图序列24的减少后的数量仍然能够提供大部分的由常规的B1场绘图序列组提供的B1绘图信息，在该常规的B1场绘图序列组中针对每个发射线圈执行一个B1场绘图序列(N个序列)。
继续参考图1并且进一步参考图2，描述了适合于由处理器22执行的图示性过程。对射频发射线圈组11执行线性变换40以生成正交的虚拟射频发射线圈组42。适当地选择该线性变换40以将较高频率的B1发射场分量从较低频率的B1发射场分量中分离出来。例如，在一些实施例中线性变换40适宜地为本征模变换，对于该本征模变换，较高的本征模典型地包含较高频率的B1发射场分量而较低的本征模典型地包含较低频率的B1发射场分量。在选择操作44中，选择正交虚拟射频发射线圈组42的子集46。适当地选取该子集46以基本保留较低频率的B1发射场分量而从所选择的子集46中省略生成主要具有高空间频率内容的B1发射场的虚拟射频发射线圈。例如，在线性变换40是本征模变换的实施例中，选择操作44适当地选取正交虚拟射频发射线圈组42中的具有最低阶本征模的多个虚拟射频发射线圈。
例如，考虑以下例子：射频线圈组11包括N＝8个线圈，并且使用本征模变换从而正交虚拟射频发射线圈组42包括与本征模0-7对应的虚拟射频线圈。如果期望B1场绘图序列的数量是线圈数量的一半(也就是，在这一例子中是四个B1场绘图序列)，那么选择操作44适当地选取包括与最低的0-3阶本征模对应的四个虚拟射频线圈的子集46。
不受限于任意特定的操作理论，期望B1匀场被最佳实现为空间平滑操作。期望该B1匀场对于校正B1发射场中与较低空间频率对应的渐进的或大尺度的空间变化是有效的。另一方面，期望该B1匀场对于校正B1发射场中与较高空间频率对应的突然的或小尺度的空间变化是低效的。因此，通过在所选择的子集46中保留那些生成主要具有低空间频率分量的B1发射场的虚拟射频发射线圈，而从所选择的子集46中省略那些生成主要具有高空间频率内容的B1发射场的虚拟射频发射线圈，将期待由此获得的子集46提供容易被B1匀场校正的较低空间频率信息，而丢弃B1匀场不太可能有效校正的较高空间频率信息。
正交虚拟射频发射线圈组42的子集46识别优选由B1场绘图序列24采集的最相关的B1绘图信息。然而，子集46是基于线性变换40的表示。另一方面，使用N个射频发射线圈的组11来执行B1场绘图序列24。因此，在选择操作50中依次选择子集46中的每个虚拟射频发射线圈，并且在选择的虚拟线圈上执行编码操作52。该编码操作52使用N个射频发射线圈的组作为编码基础来对所选择的虚拟射频发射线圈进行编码。编码操作52生成针对N个射频发射线圈11的幅度和相位54，从而以所选择的幅度和相位工作的N个工作射频发射线圈11的叠加模拟了所选择的虚拟射频发射线圈。针对子集46中的每个虚拟线圈重复这一过程50、52、54以生成B1场绘图序列24。总而言之，正交虚拟射频发射线圈组42经由操作50、52、54定义了B1场绘图序列24。
继续参考图1并且进一步参考图3，描述了适合于由处理器26、28执行的图示性过程。处理器26执行操作60，该操作60令MR系统10、11、12执行由处理器22确定的B1场绘图序列24。采集操作60生成采集的B1场绘图数据集62，其分量绘制出了与虚拟射频发射线圈的子集46对应的B1发射场的叠加。为了提供针对物理射频发射线圈组11的射频发射线圈的B1绘图，变换所采集的B1场绘图数据集62，例如通过图示的逆线性变换64(其是线性变换40(见图2)的逆)，以生成基于N个射频发射线圈的组11的相应的采集的B1场绘图数据集66。B1场绘图数据集66对应于例如使用通过使用N个物理线圈顺次执行的N个数量的B1场绘图序列而常规采集的B1场绘图数据集。因此，计算操作68根据B1场绘图数据集66计算N个射频发射线圈的组11的N个线圈的线圈灵敏度30。在一些实施例中，计算操作68自始操作以计算N个射频发射线圈的组11的N个线圈的线圈灵敏度30。在其他实施例中，也利用关于线圈灵敏度30的先验信息。例如，关于线圈灵敏度30的先验信息可以具有针对射频发射线圈组11的被存储的线圈灵敏度组的形式，并且计算操作68基于所采集的基于N个射频发射线圈的组11来表示的B1场绘图数据集66来调整所存储的线圈灵敏度组。
描述了所公开的B1发射绘图的图示性例子。使用本征模变换将射频发射线圈组11的每个单独线圈的线圈灵敏度分布(B1绘图)变换为本征-线圈系统，该本征模变换将由矩阵S描述的物理线圈11映射为相应的其中的虚拟线圈对应于本征模的虚拟本征模系统。矩阵S的各行形成包含单独发射线圈的空间灵敏度的向量。线圈灵敏度S由其奇异值分解(SVD)给出，表示为S＝U×∑×VH，其中矩阵∑包含奇异值，其对应于线圈阵列的本征值。矩阵U，或者更精确地是U的厄密共轭(UH)，用作投影矩阵，该投影矩阵将由矩阵S表示的物理线圈映射到与本征模E对应的虚拟线圈，通过E＝UH×S给出。
替代于测量单独线圈的B1绘图，人们也可以测量形成本征模的线圈的适当叠加。可以通过在矩阵∑中给出的奇异值根据本征模对整个线圈系统的贡献来排序本征模。这一排序以定量的方式提供了省略最不重要的本征模线圈的机会，而没有丢失用于B1绘图的重要信息内容。更确切的说，只测量一些对B1绘图贡献最大的本征模。
可以通过根据E’＝R×UH×S(其中E’表示减少后的本征-线圈系统)给系统应用减少算子R来数学实现忽略对B1绘图信息贡献很小的本征模。算子R类似于单一矩阵，但是在于B1绘图测量期间将被省略的本征模的位置处为零。将意识到的是约束将要测量的本征模的数量是个通用的方法，并且可以独立于用于采集该测量值的B1绘图序列而使用。可以在二维或者三维中执行B1绘图。基于关于射频发射线圈组11的线圈灵敏度的粗略先验信息，可以估计出获得对B1绘图贡献最多信息的本征模的线性变换，并且因而可以将线圈阵列看作包括更少数量的虚拟线圈元件的线圈。
任选地不直接执行对所选择的本征模的测量。这一方法认可B1绘图序列可以具有一定的不精确度。例如，B1绘图可以具有包括低灵敏度的空间区域的高动态范围。较高的本征模包含较低的信号能量并且示出更多的这些低灵敏度区域，使得很难以足够的精度来测量它们。因此，在一些实施例中使用例如“除了一个之外的所有(all-but-one)”方法通过模式的叠加来编码本征模，在该“除了一个之外的所有”方法中使用除了一个之外的所有物理线圈11，从而改善了B1绘图过程的精度。令矩阵A描述单独本征模的叠加以根据“除了一个之外的所有”编码方法形成修改的线圈模式Z，该线圈模式Z在不同的B1绘图步骤中应用，以下可以写为：Z＝A×E’＝A×R×UH×S。乘积(A×R×UH)给出了用于B1绘图序列的射频发射线圈组11的单独发射线圈元件的幅度和相位。在最右边表达式中的线圈灵敏度信息S适合于从关于发射线圈阵列11的先验信息中导出。
在测量之后，从表达式Z＝A×E’＝A×R×UH×S获得的适当变换使得能够导出物理射频发射线圈组11的线圈灵敏度30的相应表示，该相应表示适合用于B1匀场或者用于确定并行发射射频脉冲参数。基于本征模子集设计射频脉冲也是很方便的。通过在本征模空间中操作，与在基于物理线圈11中的计算操作相比可以减小总计算时间。
也可以使用合适的学习过程来利用来自在二或三维中执行的先前线圈灵敏度校准的知识。例如，可以将针对线圈组11的每个物理线圈的三维B1灵敏度矩阵存储在矩阵S’中。这一矩阵用作线圈灵敏度的平均模型，其基于新的B1绘图测量而被调整以导出单独线圈的幅度和相位。由于在二或三维中执行每个新的B1绘图测量，因此例如使用适当的加权平均处理通过并入新获得的信息来适当调整所存储的模型S’。这一处理任选地考虑现有模型S’在不同空间位置的可靠性。模型S’可以存储为不同的格式，例如在物理坐标系中(也就是，基于射频发射线圈组11)，或者基于本征-线圈系统。后者的存储方法根据所忽略的本征值数量允许不同水平的存储数据精度。预期用户选择这一水平的精度。存储灵敏度S’和利用每个B1绘图迭代来调整所存储的灵敏度在固定安装的发射阵列的情况下是尤其有用的，该固定安装的发射阵列例如是体线圈，其中在射频线圈组11的各线圈之间的相对空间布置由共同的壳体或者支撑体预定义。
也有利的是可以从关系Z＝A×E’＝A×R×UH×S，通过并入在所存储的S’中给出的存储线圈灵敏度信息的信息来估计B1绘图序列的比吸收率(SAR)。
参考图4-7，呈现了一些用于上述B1绘图的B1图。在此的预期应用是在倾斜取向中作为二维扫描执行的身体MR图像。为了补偿在这种成像中的B1变化，有利地执行B1匀场。在此假设八-通道的发射系统(也就是，对于这一例子N＝8)。基于切片几何信息(FOV，切片取向)，使用内插和外推技术来从表示S’重定经训练的3D线圈灵敏度的格式。根据关系E＝UH×S来分析针对单独线圈的重定格式灵敏度。在这一例子中，四个本征模用于B1绘图，其将用于八-线圈系统的B1绘图时间减少为一半。选择“除了一个之外的所有”测量方案。为简单起见，相应的编码矩阵A被认为是实数的。A中的所有元素都等于一，但是对角元素被设置为零以执行“除了一个之外的所有”测量方案。(这仅仅是一例子——也预期其他的编码矩阵。例如，在其他实施例中考虑针对不同本征模的相应本征值以便选择最优的编码矩阵A以改善针对所有将被测量的模式的绘图过程的精度)。在选定编码方案之后，导出用于快速B1绘图的通道驱动尺度并且以期望的空间分辨率执行测量。基于四个测量本征模而导出线圈灵敏度以及因而的B1匀场系数。图4示出了八-线圈系统的线圈灵敏度(B1图)。图5示出了0-7阶的本征模。图6示出了根据所描述的仅四个最低阶本征模的测量值计算的八-线圈系统的线圈灵敏度(B1图)，该本征模使用“除了一个之外的所有”编码方案来编码。图4和6的比较示出了省略四个最高阶本征模对所获得的线圈灵敏度具有相对很小的影响。最后，图7的顶行复制了图6的顶行，而图7的底行示出了在(i)通过省略较高阶本征模而获得的这些线圈灵敏度和(ii)在图4中示出的实际线圈灵敏度之间的区别。除了在FOV的外部末端附近，再次看到非常小的区别。
已经参考优选实施例来描述了本发明。当阅读和理解了前述详细描述时其他人可以想到修改和变型。旨在将本发明解释为包括所有这种修改和变型，只要它们落在所附权利要求书或其等同物的范围之内。在权利要求中，放在圆括号中的任意附图标记不应解释为限制权利要求。措辞“包括”不排除除了在权利要求中列出的那些之外的元件或步骤的存在。在元件前的措辞“一”或者“一个”不排除多个这种元件的存在。所公开的方法可以借助于包括几个不同元件的硬件来执行，以及借助于适当编程的计算机来执行。在列举几个装置的系统权利要求中，这种装置中的几个可以由计算机可读软件或者硬件中的一个且同一物件所包含。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的这一事实不表示这些措施的组合不能被加以利用。

Claims (15)

1.一种方法，包括：
使用射频发射线圈组(11)来执行一数量的B1场绘图序列(24)以采集B1场绘图数据集，其中，所述数量少于在所述射频发射线圈组中的射频发射线圈的数量；以及
基于所采集的B1场绘图数据集来确定所述射频发射线圈组的线圈灵敏度(30)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所执行的B1场绘图序列(24)通过以下进行定义：(i)对所述射频发射线圈组(11)执行线性变换(40)以生成正交虚拟射频发射线圈组(42)和(ii)选择(44)所述正交虚拟射频发射线圈组的子集(46)，所述子集定义了所执行的B1场绘图序列。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述线性变换(40)是本征模变换。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述选择操作(ii)(44)包括：
选择具有所述正交虚拟射频发射线圈组(42)的最低阶本征模的多个虚拟射频发射线圈。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所执行的B1场绘图序列(24)还通过以下进行定义：(iii)使用所述射频发射线圈组(11)作为编码基础对所选择的子集(46)的线圈进行编码(50，52)以确定所述射频发射线圈组(11)的所述射频发射线圈的对应幅度和相位值(54)。
6.如权利要求2所述的方法，其中，所述选择操作(ii)(44)包括从所选择的子集(46)中省略那些生成主要具有高空间频率内容的B1发射场的虚拟射频发射线圈。
7.如权利要求2所述的方法，其中，确定线圈灵敏度(30)包括给所采集的B1场绘图数据集(62)应用与所述线性变换(40)对应的逆变换(64)以生成基于所述射频发射线圈组(11)的采集的B1场绘图数据集(66)。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所执行的B1场绘图序列(24)的数量少于或者等于所述射频发射线圈组(11)中的射频发射线圈数量的一半。
9.如权利要求1所述的方法，其中，使用所述射频发射线圈组(11)中的除了一个之外的所有所述射频发射线圈来执行每个B1场绘图序列。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所执行的每个B1场绘图序列省略了在所述射频发射线圈组(11)中的不同的一个所述射频发射线圈。
11.如权利要求1所述的方法，其中，基于所采集的B1场绘图数据集来确定所述射频发射线圈组(11)的线圈灵敏度(30)包括：
基于所采集的B1场绘图数据集来调整所存储的所述射频发射线圈组的线圈灵敏度组。
12.如权利要求1所述的方法，还包括：
使用基于所采集的B1场绘图数据集而确定的所述射频发射线圈组(11)的所述线圈灵敏度(30)来执行B1匀场。
13.一种存储介质，其存储可以由数字处理器执行以执行如权利要求1所述的方法的指令。
14.一种数字处理器，其被配置为执行如权利要求1所述的方法。
15.一种磁共振系统，包括：
磁共振扫描器(10)；
射频发射线圈组(11)；以及
数字处理器，其被配置为执行如权利要求1所述的方法，其中，执行一数量的B1场绘图序列(24)包括令所述磁共振扫描器使用所述射频发射线圈组来执行所述B1场绘图序列。
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