CN102680929B - 监查磁共振断层造影系统的高频发送装置的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监查磁共振断层造影系统(1)的高频发送装置(10)的方法和高频监查装置(20)。在此对于多个时刻或时间段确定激励矢量(U₁，U₂，U₃，U₄，U₅)。按照预先给出的监查规则(KR)分别基于激励矢量(U₁，U₂，U₃，U₄，U₅)确定在检查对象(O)中吸收的高频负担值，并且当在至少一个高频负担值的基础上的负担监查值(BKW₁，BKW₂，...，BKW_i，...)达到或超过预先给出的边界监查值(GK)时，在其功能上限制高频发送装置(10)。在此，根据高频发送装置(10)的发送模式(CP)规定所述控制规则(KR)。基于激励矢量(U₁，U₂，U₃，U₄，U₅)分别检查高频发送装置(10)的发送模式(CP)并且在探测到发送模式改变时改变监查规则(KR)和/或在其功能上限制高频发送装置(10)。

Description

监查磁共振断层造影系统的高频发送装置的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种在对检查对象进行磁共振测量时用于监查具有包括多个发送通道的发送天线系统的磁共振断层造影系统的高频发送装置的方法。在此，对于多个时刻或时间段确定激励矢量，所述激励矢量代表了在单个发送通道上的高频信号强度。然后按照预先给出的监查规则分别基于激励矢量确定在检查对象中吸收的高频负担值，并且如果在至少一个高频负担值的基础上的负担监查值达到或超过预先给出的边界监查值，则在其功能上限制高频发送装置，例如，降低发送的功率或完全断开高频发送装置。此外，本发明还涉及一种用于执行这样的监查方法的相应的高频监查装置、一种用于包括了这样的高频监查装置的磁共振系统的高频发送装置以及一种具有相应的高频发送装置的磁共振断层造影系统。

背景技术

在磁共振系统中通常将待检查的身体借助基本场磁体系统置于相对高的基本场磁场中，例如3或7特斯拉的基本场磁场中。附加地借助梯度系统施加磁场梯度。然后通过高频发送系统借助合适的天线装置发送高频的激励信号(HF信号)，这应当导致，确定的、通过该高频场共振地激励的原子的核自旋位置分辨地以定义的翻转角相对于基本磁场的磁力线翻转。在核自旋弛豫时辐射的高频信号(即所谓的磁共振信号)被借助合适的接收天线接收并且然后被进一步处理。从这样获取的原始数据中可以最后重建所期望的图像数据。用于核自旋磁化的高频信号的发送通常借助所谓的“全身线圈”或“身体线圈”来进行，但是在许多测量中也利用在患者或受试者上施加的局部线圈。全身线圈的典型结构是鸟笼天线(Birdcage天线)，其由多个发送棒组成，所述发送棒与纵轴平行延伸地围绕断层造影仪的患者空间布置，在检查时患者位于所述患者空间中。天线棒的前端分别环形地电容性互相连接。

迄今为止通常作为“体积线圈”大多按照所谓的“CP模式”运行这样的全身天线，在所述CP模式中将圆形极化的高频信号(HF信号)尽可能均匀地发送到整个由全身天线包围的体积中。为此，将唯一的时间上的HF信号提供到发送天线的所有组件上，例如鸟笼天线的所有发送棒。在此，脉冲到单个组件的传输通常相位偏移地按照与发送线圈的几何特征匹配的位移来进行。例如在具有16根棒的鸟笼天线的情况下分别利用相同的高频幅度信号(Hochfrequenz-Magnitudensignal)控制这些棒以22.5°的相位偏移而偏移。

这样的高频激励导致患者的全局高频负担(HF负担)，所述高频负担必须按照通常的规则被限制，因为太高的高频负担会导致对患者的伤害。HF负担不仅理解为入射的HF能量本身，还主要理解为通过HF入射感应的生理负担。对于高频负担的典型的度量是以watt/kg为单位指出通过确定的高频脉冲功率对患者产生哪样的生理负担的所谓的SAR值(SAR＝Specific Absorption Rate，特殊吸收率)，或者SED值(SED＝Specific Energy dose；特殊能量剂量)。两个值可以互相换算。对于患者的全局的全身SAR或HF负担，例如目前适用按照IEC标准在“第一水平”的4watt/kg的标准的极值。相应地，在一个在六分钟上平均的时间窗中由患者总共吸收的功率不允许超过4W/kg的值。为了确保这一点，在每个测量期间对高频负担通过在磁共振系统上的合适的安全装置进行连续监视并且如果SAR值位于预先给出的标准之上则改变或中断测量。

在新型磁共振系统中现在可以对单个发送通道，例如鸟笼天线的单个棒，施加个别的与成像匹配的HF信号。为此，发送一个由多个个别的高频脉冲串组成的多通道脉冲串，所述个别的高频脉冲串可以并行地通过不同的独立的高频发送通道被发送。这样的多通道脉冲串(由于单个脉冲的并行发送而也被称为“pTX脉冲”)例如可以作为激励、重聚焦和/或反转脉冲被使用。允许通过多个独立的发送通道并行发送pTX脉冲的这样的发送天线系统也被称为“传输阵列”，因此以下选择该概念(不管发送天线系统的结构详细来说是怎样的)。

在发送多通道脉冲串时可以在测量空间中并且然后也在患者中将迄今为止均匀的激励通过原则上任意形成的激励来代替。为了估计最大的高频负担，因此必须考虑每个可能的高频叠加。

通过多个可个别控制的天线元件对叠加的电场的监视特别之所以是重要的，是因为电场矢量线性相加，但是在各个位置上局部的功率释放和由此对于患者的负担与产生的电场的平方成比例。

然而通常不可直接测量局部的高频负担。因此需要建立具有(复数)导电率分布的合适的身体模型并且利用该模型计算通过各个天线元件在模型的单个位置上引起的场。这样的计算在现有技术中例如利用所谓的FDTD方法(FDTD＝Finite difference time domain，有限差分时域)来进行。在此，通常将检查对象划分为多个体素，并且对于每个体素确定由单个天线元件引起的电场强度及其叠加。由于待考察的体素众多(在一些模型中是50000个，在其他模型中远超过100000个并且在极端情况下甚至数百万个体素)并且鉴于待进行的计算的复杂性，在这样的工作方式中不能实现实时监视或在线性。

在DE102009030721中由此描述了一种用于SAR监视的方法和装置，其中分别对于多个时刻或时间段确定单个天线元件的激励矢量的互相关矩阵并且然后将所述互相关矩阵在一个总和时间段上相加。然后将和矩阵乘以多个热点灵敏度矩阵。每个热点灵敏度矩阵代表关于最大局部高频负担(例如SAR)的确定，在检查对象的多个点上的灵敏度。也就是已经公知，在患者中在高频场中典型地形成这样的“热点”，在这些“热点”上，施加的HF功率和由此生理的高频负担产生迄今为止从均匀激励公知的值的数倍。为了确保局部高频负担不超过边界值，由此仅需监视这些热点。在DE102010011160中也描述了一种方法，该方法使得根据事先进行的电磁仿真(例如FDTD)正确选择热点变得容易。

现在在利用传输阵列进行的自旋磁化的激励中的灵活性当然还允许，一如既往地如在迄今为止的体积线圈中那样在整个体积中发送均匀的高频信号。也就是说，传输阵列也可以按照“体积线圈模式”运行，这点在一些测量或检查中可以是完全有意义的。这样的“体积线圈模式”或“均匀的模式”在以下被理解为高频发送装置的运行方式，在该运行方式中传输阵列与体积线圈等效地运行，即，具有高频信号的发送通道利用固定的振幅和相位关系运行。

相应地，关于高频负担的目前的规定或标准也说明，传输阵列既具有体积线圈的也具有局部线圈的特性，并且分别要应用的监视规则(特别是边界值)取决于如何使用传输阵列。在此，对于与局部线圈类似的应用要求精确监视局部SAR，并且具体来说以相对窄地设置的低的边界值，而对于作为体积线圈的应用仅监视全身SAR或暴露的部分身体SAR。

为了作为体积线圈来运行传输阵列，可以在高频发送系统的高频放大器和天线元件之间使用所谓的“Butler矩阵”。然后可以断开所有的发送器，例外是对于体积模式由Butler矩阵所使用的发送通道。这样的Butler矩阵等效于传输阵列的硬件电连接作为体积线圈。然而这样的硬件连接的缺陷是，本来就存在的单个发送通道的高频放大器被不一样地使用。在一个通道的放大器必须提供完整的高频功率时，而另一个通道的放大器保持为未使用。这同时导致，至少对于体积线圈模式使用的高频放大器和在发送通道中所有后面的组件必须对于明显更高的高频电压而设计。这点使得系统相对昂贵。

另一方面，在技术上也可以按照体积线圈模式运行传输阵列，方法是，纯软件地这样监查单个发送通道的高频放大器，使得传输阵列的单个元件利用相应固定预先调节的相对的振幅和相位关系来运行。传输阵列的运行方式由此与其中发送个别的、非均匀的场的运行方式仅通过如下相区别，即，相应的命令被输出到高频放大器，也就是，相应选择pTX脉冲。从发送侧来看，也就是技术上将传输阵列看作是局部线圈形式的使用，使得实际上应用低得多的局部SAR边界值，如对于局部线圈所要求的那样，尽管由于该运行方式而在体积线圈模式中仅考虑全身SAR边界值实际上就足够。对于体积线圈模式来说低得多的局部SAR边界值因此不允许通常的单通道体积线圈应用的运行。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，实现一种方法和一种合适的高频监查装置，其在更安全监视检查对象的高频负担的情况下还允许传输阵列按照体积线圈模式的简单运行。

在按照本发明的方法中，如开头描述的那样，对于多个时刻或时间段确定激励矢量，所述激励矢量代表了在各个时刻或时间段在单个发送通道上的高频信号强度。所述激励矢量简单地例如可以是当前在不同的发送通道上在确定的时刻所测量的电压振幅。但是在此还可以是取决于这些电压的测量值，所述测量值例如借助方向耦合器或其他探针(例如拾取线圈)被确定。在各个测量时刻的单个通道的测量值然后作为当前的激励矢量的元素来处理。此外，如通常按照规定的监查规则那样分别基于激励矢量确定在检查对象中全局或局部(例如在热点处)存在的高频负担值。如果在至少一个高频负担值基础上的负担监查值达到或超过规定的边界监查值，则在其功能上限制高频发送装置(例如降低当前功率或完全断开高频发送装置，即，中断测量)。如果高频负担值例如已经是全局SAR值，则该负担监查值例如可以是当前的高频负担值本身。但是在许多情况下，基于多个高频负担值确定负担监查值。例如可以将所有在一个确定的时间窗中确定的高频负担值积分或者从中形成平均值，以便确定负担监查值。为此的例子是开头已经提到的对4watt/kg的全局全身SAR极值在一个六分钟时间窗之内求平均。如果首先这样确定高频负担值，使得其(仅)代表入射的HF功率，则换算到物理负担(即例如换算到SAR值)也是合适的。在这种情况下可以在基于高频负担值确定负担监查值时考虑HF功率对组织的生理作用。

在此根据高频发送装置的当前发送模式规定监查规则，并且按照本发明基于激励矢量分别检查高频发送装置的发送模式并且具体来说不取决于对发送通道的其余的、通常的控制。在探测到发送模式改变时，以合适的方式改变监查规则和/或在其功能上限制高频发送装置。

通过根据当前测量的激励矢量持续监查高频发送装置的发送模式，可以确保，对于高频负担监查在任何时候对于各个发送模式都使用正确的监查规则，特别是正确的边界值。由此一方面在任何时刻确保了患者的安全，另一方面实现了在整个工作方式中传输阵列的灵活使用，而不会通过错误限制边界值或其他监查规则不必要地中断测量，这点最终(当必须重复测量时)导致患者的总体上提高的负担。

对于具有包括了多个发送通道的发送天线系统的磁共振断层造影系统的高频发送装置的按照本发明的高频监查装置，一方面必须具有用于对多个时刻或时间段采集激励矢量的测量值接口，所述激励矢量代表了在单个发送通道上的高频信号强度。这样的测量值接口例如可以是用于连接独立的测量装置的测量输入端。但是在此还可以是测量装置本身，该测量装置具有用于测量在单个发送通道上的高频信号强度的不同的探针或类似装置，例如在单个发送通道上或内布置的方向耦合器、拾取线圈等的装置。

另一方面，高频监查装置需要用于输出监查信号的监查信号接口。例如可以通过该监查信号接口必要时产生合适的监查信号并且传输到高频发送装置的另一个组件，特别是高频放大器，以便中断测量或降低发送功率。同样还可以是这样的监查信号，利用该监查信号对于各个测量又从存储器等中调用当前的监查规则，特别是当前的边界值。

此外，必须按照本发明这样构造高频监查装置，使得按照规定的监查规则分别基于激励矢量确定在检查对象中吸收的高频负担值，并且如果在至少一个高频负担值基础上的负担监查值达到或超过规定的边界监查值，则在其功能上(例如借助所述监查信号)限制高频发送装置，其中根据高频发送装置的当前的发送模式规定监查规则。为此，高频监查装置可以具有相应的模块，例如，负担监查单元，以便按照规定的规则从高频负担值中确定负担监查值。

此外，按照本发明这样构造高频监查装置，使得基于激励矢量分别检查高频装置的发送模式，并且在探测到发送模式改变时改变监查规则和/或产生至少一个监查信号，以便在其功能上限制高频发送装置。为此高频监查装置例如可以具有合适的模式监查单元。

高频监查装置的主要部分可以以软件组件的形式构造。这特别涉及负担监查单元和模式监查单元。测量值接口例如还可以是按照软件实现的接口，其接收已经由其他单元记录并且综合为一个矢量的数据。同样监查信号接口例如可以是软件形式实现的接口，其将监查信号纯按照软件地传输到高频发送装置的必要时本身以软件形式实现的另一个监查组件。但是接口还可以仅仅是部分地以软件形式构造并且可以动用现有的计算机的硬件接口。

本发明由此还包括计算机程序，其可以直接被加载到高频监查装置的存储器中，具有程序代码，当所述程序在高频监查装置中运行时，所述程序代码执行按照本发明的方法的所有步骤。这样的按照软件的实现其优点是，通过执行该程序以合适的方式可以修改已经存在的利用合适的可编程处理器和存储器实现的高频监查装置，以便按照本发明的方式工作。

高频监查装置此外还可以以单个组件的形式集成到高频发送装置中。但是高频监查装置同样可以构造为独立的装置，其具有用于采集激励矢量的测量值接口、监查信号接口以及上面提到的其他组件。利用这样的独立的高频监查装置可以改装已经存在的磁共振断层造影系统。

对于磁共振断层造影系统的按照本发明的高频发送装置，除了具有多个独立监查的发送通道的发送天线系统以及用于通过发送通道发送高频脉冲的高频功率放大器装置之外，还需要至少一个高频监查装置，后者按照所述方式按照本发明构造。

相应地，按照本发明的磁共振断层造影系统具有这样的按照本发明的高频发送装置。

从属权利要求以及后面的描述包含本发明的特别有利的扩展和构造，其中特别地一类权利要求可以类似于另一类权利要求的从属权利要求来扩展。

本发明的精神是检查高频发送装置是否还按照假定的发送模式发送，因为根据当前的发送模式选择用于监查患者的高频负担的监查规则。属于这些监查规则的除了别的之外有用于确定高频负担值的规则，即，以何种方式从激励矢量确定高频负担值，但是还有用于确定负担监查值的规则，即，如何又从高频负担值确定监查值，特别是关于哪个时间段必要时对高频负担值求平均并且对该值必要时进行哪个换算，以获得负担监查值。此外，属于监查规则的还有边界监查值的确定，即，例如对于当前的测量使用哪个SAR边界值。所述边界值又取决于，以何种方式(也就是按照哪些规则)确定高频负担值或负担监查值。相应地，优选根据高频发送装置的发送模式也规定或改变所有这些规则，其中根据具体情况的不同，足够的是，仅改变一些规则，例如，仅改变边界监查值，并且保持用于确定高频负担值和/或负担监查值的规则。

可以以不同的方式基于激励矢量监查发送模式。在优选实施例中，基于激励矢量确定分别表征了发送模式的模式监查值并且然后探测发送模式改变，即，当该模式监查值以一个确定的度量偏离模式参考值时，改变监查规则和/或在其功能上限制高频发送装置。为此首先确定，如果高频发送系统按照当前期望的发送模式工作时，模式监查应当看起来是怎样的。该值于是就是模式参考值。然后还确定模式监查值并且与模式参考值比较。模式参考值原则上还可以是0，例如当模式监查值代表了实际上的实际模式与期望模式的偏差时。

也就是说，又可以以不同的方式来确定，当前的模式监查值与模式参考值允许偏离多少而不会被认为是发送模式改变的度量。因此一方面可以选择绝对的偏差量。另一方面也可以例如与激励矢量的强度成比例地选择偏差量。同样还可以考虑这些评价规则的组合。因此完全合适的是，对于偏差量在小的信号强度的情况下规定一个绝对值并且在大的信号强度的情况下引入相对偏差作为是否还按照期望的发送模式工作的评价标准。

原则上可以以按照本发明的方式检查任意的发送模式，只要该发送模式曾经被定义并且为此例如确定了模式参考值。然而优选地，尽可能选择匹配的SAR边界值，其中在按照体积线圈模式工作时必须使用的全局的SAR边界值比当传输阵列产生个别的不均匀的激励模式时规定的局部的SAR边界值小。由此在检查发送模式时优选检查，高频发送装置或发送天线系统是否按照体积模式工作。在此通常进行检查，高频发送装置是否按照CP模式运行，如这点经典地在鸟笼全身线圈情况下那样。但是在此要指出的是，按照本发明的方法和高频监查装置同样也可以用于监查其他发送模式，特别是其他体积线圈模式，例如恒定椭圆极化模式(EP模式)，如在一些系统中取决于应用地使用的那样。然而因为CP模式是最频繁使用的体积线圈模式，所以在以下(只要没有另外指出)假定待监视的是CP模式，但并不将本发明限制于此。

在优选变体中，为了确定高频发送装置的运行与体积线圈模式的偏差，通过两边乘以特定的投影矩阵来形成当前的激励矢量的简单的平方形式(即，形成激励矢量的互相关)，其中投影矩阵基于在按照涉及的体积线圈模式运行的情况下出现的、标准化的激励矢量被形成。这样构造该投影矩阵，使得其将在激励矢量中包含的总信号(矢量的元素代表在单个发送通道上的当前信号强度)投影到与期望的信号正交的、不期望的分量上，即，恰好投影到如下分量上，当前的激励矢量与系统在按照体积线圈模式的运行方式下应当具有的理想的激励矢量相差该分量。由此可以简单地基于在该两端相乘时形成的偏差值来确定模式监查值，其中模式参考值例如可以被置为0。后面还要根据对于CP模式的实施例详细描述该方法以及投影矩阵的形成。

特别优选地，还可以基于多个在模式监查时间段期间确定的先后跟随的当前模式监查部分值来形成模式监查值。在此，例如可以分别通过投影矩阵与激励矢量两端相乘来形成模式监查部分值并且然后在模式监查时间段内部将模式监查部分值相加或积分或求平均。

在优选实施例中，在技术上特别有效地这样实现前面数学描述的工作方式，使得首先对于在模式监查时间段内部的多个时刻通过分别将当前的激励矢量并矢式(dyadisch)乘以其复数共轭矢量(即，形成张量乘积)来确定当前的互相关矩阵并且然后将该互相关矩阵相加以形成和互相关矩阵。然后，可以将和互相关矩阵逐元素地乘以投影矩阵并且为了形成模式监查值而对于各个模式监查时间段引入在此形成的乘积值。例如可以将乘积值简单相加或积分或求其平均值。

该方法的优点在于，将在短的时间段中(例如每10μs)确定的测量数据，即，激励矢量，首先累加或积分并且然后在整个模式监查时间段上仅需进行一次乘法，而不是在每次新采集当前的激励矢量时相应地进行多个乘法。这使得整个计算方法明显更高效。

此外，在该方法中优选地，负担监查值还基于对于模式监查片段所确定的和互相关矩阵，所述和互相关矩阵包含了在模式监查片段中的当前激励矢量。例如可以将该和互相关矩阵如在开头已经提到的DE102009030721中描述的方法中那样乘以灵敏度矩阵，以获得负担监查值。在这种情况下，互相关矩阵可以分别被看作为(首先仅考虑入射的HF功率的)高频负担值，并且在确定负担监查值时可以通过乘以灵敏度矩阵也同时换算到生理(SAR)负担。

无论如何特别有利的是，负担监查值基于多个在负担监查时间段中所确定的高频负担值，如在开头已经解释的那样。如果确保，负担监查时间段与模式监查时间段相同，则通过前面描述的基于对于模式监查时间段所确定的和互相关矩阵确定负担监查值的方法，该条件自动满足。

模式监查时间段和/或负担监查时间段优选地分别通过时间窗来规定，所述时间窗在时域中在激励矢量上滑动。也就是说，形成在时域中滑动的模式监查值或负担监查值。

特别优选地，关于不同长地滑动的时间窗考虑不同的监查值，例如关于10s长的窗考虑短时监查值并且对于360s长的窗考虑长时监查值。因此可以确保，一方面避免患者的尖峰负担，另一方面却总体上不会导致高的辐射负担，该高的辐射负担总是刚好在尖峰边界值下。

附图说明

以下借助附图结合实施例再次详细解释本发明。其中，

图1示出了关于具有按照本发明的高频发送装置的实施例的磁共振系统的示意性概况图，

图2示出了用于监查高频发送装置的按照本发明的方法的实施例的简化流程图。

具体实施方式

在图1粗略示意性示出的计算机断层造影系统1的主要部分是所谓的扫描仪或断层造影仪2，利用其可以进行实际的测量。测量空间3位于该断层造影仪2中，通常称为患者隧道(Patiententunnel)，患者或检查对象O在患者卧榻4上可以定位于该患者隧道中。作为发送天线系统15，断层造影仪2在此具有包括了n个可独立控制的发送通道K₁，K₂，...，K_n或者天线元件的全身线圈15，以便能够形成在测量空间3中任意的场分布。例如在此可以是所谓的鸟笼线圈，其具有作为天线元件的n个独立可控的导体棒，所述导体棒互相平行地在圆柱形表面上围绕测量空间3布置并且互相耦合。但是本发明不限于这样的发送天线系统15，而是可以使用任意的传输阵列。特别地，发送天线系统也不必形成全身线圈，而是也可以由多个合适布置的所谓的局部线圈组成，或者可以是具有不同的发送通道的头部线圈等。

此外如通常的那样在断层造影仪2内部具有磁体系统，其具有基本场磁体，以便在测量空间3中施加强基本磁场，以及多个梯度线圈，以便分别在三个空间方向上施加期望的磁场梯度。这些组件为清楚起见在图1中没有示出。

断层造影仪2由系统控制装置5控制，该系统控制装置又连接到终端17，通过该终端可以操作整个磁共振断层造影系统1。断层造影仪2与系统控制装置5的耦合通过多个接口进行。

这些接口中的一个在此形成高频发送装置10的高频功率放大器装置，另一个接口是接收接口6。通过高频功率放大器装置11为测量发送合适的高频脉冲序列，并且通过接收接口6接收所接收的磁共振原始数据。在另一种(未示出的)实施方式中功率放大器装置11集成在断层造影仪2中并且相应的接口通过监查导线、反馈导线和电源形成。

接口块7代表为了控制断层造影仪2的其他组件所需的其他接口，例如用于监查梯度线圈、患者卧榻的移动等的接口等。

作为其他组件，在系统控制装置5中示出了可以由操作者通过终端19控制的测量控制模块9以及数据存储器18。由测量控制模块9可以根据例如在数据存储器18中存储的并且可以由操作者修改的测量协议来规定参数，从而通过接口将合适的信号输出到断层造影仪2，以利用一个完整确定的脉冲序列(即，高频脉冲序列和合适的梯度线圈序列)进行测量。

此外，系统控制装置5在此还包括重建装置8，该重建装置根据从接收接口6接收的原始数据重建磁共振图像，所述磁共振图像然后可以在存储器18中存储和/或在终端17的显示器上输出。

在此要指出的是，这样的磁共振断层造影系统1，特别是系统控制装置5，还可以具有多个其他组件，例如用于连接到网络的接口，以便将产生的图像也传输到其他站等等。因为磁共振系统的原理结构对于专业人员来说是公知的，所以为了清楚起见在图1中没有示出所有这些组件并且在此不详细解释。

为了能够分开地控制单个的天线元件，即全身线圈15的导体棒，高频发送装置10构造为连续地具有n个分开的发送通道K₁，K₂，...，K_n。也就是说，实际的高频脉冲产生系统16包括n个单个的发送模块(未示出)，在所述发送模块中例如产生以对于单个通道的小信号形式的高频信号。为了放大这些信号，高频发送装置还具有包括了n个分开的高频放大器的高频功率放大器装置11，所述分开的高频放大器在此为简单起见作为一个块示出。通过导线从那里将高频信号传输到全身线圈15的单个天线元件。在此其一方面经历n通道的发送/接收切换装置13以及n通道的方向耦合器装置12。这样构造发送/接收切换装置13，使得在发送运行状态，到单个天线元件的导线与高频功率放大器装置11相连，并且在接收运行状态(即，为了利用全身线圈15探测磁共振信号)进行切换，使得全身线圈15的天线元件与接收接口6的合适的接口通道相连。

这样构造方向耦合器装置12，使得其在各个发送通道K₁，K₂，...，K_n上分别从从高频功率放大器装置11的高频放大器发送的信号中提取出一个与各个信号强度(即，与电压振幅)成比例的信号分量，并且具有确定的相位，由此是复数值。这些在确定的时刻测量的值例如可以已经在方向耦合器装置12中分别综合为激励矢量U₁，U₂，U₃，...(下标在此代表测量时刻)，其被传输到高频发送装置10的高频监查装置20的测量值接口21。替代激励电压，还可以确定电流作为对于激励矢量的测量值。

该高频监查装置一方面具有负担监查单元23，该负担监查单元基于当前的激励矢量U₁，U₂，U₃，...确定监查值并且由此监视在检查对象O中的高频负担，另一方面具有模式监查单元24，该模式监查单元基于当前的激励矢量U₁，U₂，U₃，...监查，高频发送装置10是否在当前设置的发送模式中工作，对于该发送模式当前由负担监查单元23使用的监查规则被用于监视高频负担。模式监查单元24可以是负担监查单元23的一部分(如此处)或者反之。但是还可以是分开的互相通信的单元。

如果由负担监查单元23确定，没有遵守规定的负担边界值，则通过监查信号接口22输出监查信号KS，该监查信号由高频发送装置10的HF脉冲产生系统16在监查信号输入端14上接收并且在那里导致完全中断测量或者导致降低发送的高频信号的信号强度。特别地可以直接由监查信号输入端14将信号输出到高频功率放大器装置11，以便在那里降低输出功率或者完全断开系统。在另一种(未示出的)实施方式中负担监查单元23、模式监查单元24和其他对应的组件21、22被直接集成在断层造影仪2中。如果放大器装置11已经集成在断层造影以2中，则这点特别可以是具有优势的。

如果由模式监查单元24确定，没有保持规定的发送模式，则同样通过监查信号接口22向HF脉冲产生系统的监查信号输入端输出监查信号KS和/或将其通知负担监查单元23，使得该负担监查单元基于其他的合适的监查规则，特别是边界值，进行其他负担监查。

在高频监查装置20内部的确切的工作方式在后面根据图2详细解释，然而其中首先应当稍微详细解释该方法的理论背景。

如上所述，为了确定高频发送装置的运行与体积线圈模式的偏差，应当通过两边乘以特定的投影矩阵来形成各个当前的激励矢量的平方形式。这例如在数学上如下描述：

U^HS_projU (1)

在此U是当前的复数值的激励矢量，上标H表示矢量是复数共轭并转置的。S_proj是特殊的投影矩阵，其相应于对于激励矢量U的不期望的分量的“投影器和探测器”，该分量与体积线圈模式不匹配。

可以如下所述获得用于探测不期望的分量的这样的投影矩阵S_proj。在此又假定，这样构造期望的激励矢量，使得高频发送装置按照经典的CP模式工作。因此在以下假定复数值的n通道的激励矢量U_CP，其被标准化为1(即，成立||U_CP||＝1)并且其描述了对于CP模式的理想激励矢量。在具有n个相同形式的在圆周上分布的天线棒的鸟笼线圈或圆柱形线圈的情况下该矢量可以如下描述：

$U_{\mathrm{CP}}=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\η}}}{(e^{\frac{i\·0\·2\mathrm{\π}}{n}},e^{\frac{i\·1\·2\mathrm{\π}}{n}},e^{\frac{i\·2\·2\mathrm{\π}}{n}},...,e^{\frac{i\·(n-1)\·2\mathrm{\π}}{n}})}^T---\left(2\right)$

在此η是标准化系数，以确保期望地标准化为1，并且在矢量的末端的上标T表示矢量是转置的。在这样的激励矢量U_CP的情况下，激励如在按照CP运行的常规的共振器中那样圆形地围绕天线结构旋转并且由此B₁场，即，对于测量所期望的高频磁场，在测量区域中如期望的那样旋转(B₁ ⁺，也参见图1)。在此要注意物理上正确的旋转方向。

尽管如此还要再次指出，该方法原则上也可以应用于所有其他发送模式并且不限于这样的CP模式。特别地，其他思路没有利用对于CP激励的给出的例子并且对于具有任意的但是是固定预先给出的振幅和相位关系的激励矢量完全一般地适应。CP模式的概念或符号U_CP在以下考虑中也仅被示例性理解。

在合成的CP模式运行中(在此选择“合成”的概念，因为CP模式通过合适选择固定的相位和振幅关系在实际上灵活的传输阵列上被预先给出而不是如在经典的体积线圈模式中那样通过固定的接线)由此可以将期望的取决于时间的激励如下表示：

U_CP(t)＝A(t)·U_CP (3)

这就是说，为了获得按照CP模式的当前激励矢量，仅需要将取决于时间的(一般是复数值的)前因子A(t)与时间上恒定地标准化的激励矢量U_CP相乘。

任意的激励矢量U总是可以被分解为一个直到复数值的系数α的与U_CP成比例的分量和一个与其线性独立并且由此正交的分量U_rest。确定所寻求的系数α的一种简单方法在于，将任意的激励矢量U借助与U_CP的标量积来投影。也就是说如果在此意义上存在当前的激励矢量

U＝αU_CP+U_rest (4)

则标量积

$U_{\mathrm{CP}}^H\·U=U_{\mathrm{CP}}^H\·(\mathrm{\α}{U}_{\mathrm{CP}}+U_{\mathrm{rest}})=U_{\mathrm{CP}}^H\·\mathrm{\α}{U}_{\mathrm{CP}}+U_{\mathrm{CP}}^H\·U_{\mathrm{rest}}=\mathrm{\α}+0=\mathrm{\α}---\left(5\right)$

产生所寻求的系数α。在此，利用了标准化||U_CP||＝U_CP ^H·U_CP＝1以及正交性U_CP ^H·U_rest＝0。

从等式(4)和(5)中得到激励矢量与期望的CP激励的偏差：

$U_{\mathrm{rest}}=U-\mathrm{\α}{U}_{\mathrm{CP}}=U-(U_{\mathrm{CP}}^H\·U)\·U_{\mathrm{CP}}---\left(6\right)$

与此相关的并且对于热效应，即，对于在患者中余留的、产生高频负担的功率相关的功率类型的参数对于该偏差因此是：

${\left|\right|U_{\mathrm{rest}}\left|\right|}^2={(U-(U_{\mathrm{CP}}^H\·U)\·U_{\mathrm{cp}})}^H\·(U-(U_{\mathrm{CP}}^H\·U)\·U_{\mathrm{CP}})=$

$=U^H\·U-{(U_{\mathrm{CP}}^H\·U)}^H\·U_{\mathrm{CP}}^H\·U-U^H\·U_{\mathrm{CP}}\·(U_{\mathrm{CP}}^H\·U)+{(U_{\mathrm{CP}}^H\·U)}^H\·U_{\mathrm{CP}}^H\·U_{\mathrm{CP}}\·(U_{\mathrm{CP}}^H\·U)=$

$=U^H\·U-(U^H\·U_{\mathrm{CP}})\·(U_{\mathrm{CP}}^H\·U)-(U^H\·U_{\mathrm{CP}})\·(U_{\mathrm{CP}}^H\·U)+{(U^H\·U_{\mathrm{CP}})}^H\·(U_{\mathrm{CP}}^H\·U_{\mathrm{CP}})\·(U_{\mathrm{CP}}^H\·U)=$

$=U^H(I-U_{\mathrm{CP}}\⊗U_{\mathrm{CP}}^H-U_{\mathrm{CP}}\⊗U_{\mathrm{CP}}^H+U_{\mathrm{CP}}\·I\⊗U_{\mathrm{CP}}^H)\·U=$

$=U^H(I-U_{\mathrm{CP}}\⊗U_{\mathrm{CP}}^H)\·U---\left(7\right)$

在此，I是单位矩阵并且 部分是所谓的并矢式乘积或张量乘积，也就是nxn矩阵，其元素是矢量U_CP的逐元素分量乘积。在等式(7)中又利用标准化U_CP ^H·U_CP＝1。

在等式(7)的最后的项中的括号中的部分是所寻求的投影矩阵

$S_{\mathrm{proj}}=I-U_{\mathrm{CP}}\⊗U_{\mathrm{CP}}^H---\left(8\right)$

该矩阵同样是nxn投影矩阵，其对于任意的激励矢量U按照平方形式U^H·S_proj·U产生对于当前的发送模式与CP模式(或在选择任意其他模式而不是对于CP模式的激励矢量的情况下)的偏差的平方的度量，并且其时间积分是“功率类型的”正的标量参数。对于具有按照等式(3)的形式的以CP模式的理想激励，应当对于可作为模式监查值MKW使用的标量时间积分给出条件

MKW＝∫U^H(t)·S_proj·U(t)dt＝0。 (10)

然而在实践中假定，总是存在与理想的CP模式的小的偏差，并且相应地应当监查模式监查值MKW是否以确定的度量偏离0。优选为此对于模式监视在合适的时间间隔上确定阈值ε，值MKW不允许超过所述阈值。对于该阈值的确定可以引入或组合不同的标准。

例如应当确保，模式监查值MKW当其大于0时则至少明显小于实际的脉冲能量，即，脉冲必须主导地导致CP模式并且偏差相对于CP类型的脉冲的高度来说必须相对小。另一方面应当确保，偏差的可能的局部SAR效应，即使利用极端保守的安全性系数来估计，绝对考察时相对于可接受的对于CP模式的局部SAR值来说也是小得可忽略的。

偏差积分或偏差监查值与模式参考值(此处是参考值0)的允许的偏差的精确确定应当必要时根据各个应用来合适地进行。但是这点不改变对发送模式的分析和监查的基本方式。

如上所述，实践中每10μs或更频繁地测量激励矢量U。此外清楚的是，偏差积分MKW的计算，如在等式(10)中示出的，是计算量相对大的，因为在每个时刻t将投影矩阵S_proj两边乘以当前的激励矢量U并且然后才进行值的求和(即积分)。为了更有效地构造技术的分析，可以进行等效计算，方法是，首先计算单个激励矢量U(t)的元素的互相关性并且将其累加或者说积分。可以将这样确定的同样是nxn矩阵的和互相关矩阵

$\mathrm{SKM}=\∫U\left(t\right)\⊗\stackrel{\‾}{U}\left(t\right)\mathrm{dt},---\left(11\right)$

逐元素地乘以投影矩阵S_proj并且可以将单个元素累加，以便最后以等效方式得到按照等式(10)的值MKW。这点的优点是，仅需一次将测量数据在整个积分时间段(例如一秒)上相乘。

除此之外，也可以将和互相关矩阵SKM用于负担监查值的计算，以便例如在积分时间段内部计算全局的SAR。

该变体在以下根据图2概览性地示出。如此处示出的，首先在第一方法步骤I中预先规定监查规则，例如用于确定高频负担值的规则HLR、用于确定负担监查值的规则BLR以及边界监查值GK。此外，计算或者从多个已经事先计算的合适的投影矩阵中选择对于待监视的发送模式(例如CP模式)的投影矩阵S_proj。此外选择灵敏度矩阵S_sens，借助该灵敏度矩阵，如后面解释的，可以确定负担监查值BKW_i。

在测量时间期间以时间间隔分别发送高频脉冲(未示出)。此外，按照有规律的时间间隔在发送高频脉冲期间借助方向耦合器装置22确定在单个发送通道K₁，K₂，...，K_n上的高频信号的电压振幅，并且从中在不同的时刻分别确定激励矢量U₁，U₂，U₃，...(此处也就是发送振幅矢量)。然后从这些激励矢量U₁，U₂，U₃，...通过张量相乘

$\mathrm{KM}=U\left(t\right)\⊗\stackrel{\‾}{U}\left(t\right)---\left(12\right)$

分别确定当前的互相关矩阵KM₁，KM₂，KM₃，...(参见图2中的步骤II)。

这些互相关矩阵KM₁，KM₂，KM₃，...代表了在检查对象中入射的高频功率，并且如开头描述地那样借助灵敏度矩阵在考虑单个发送通道的空间叠加的条件下可以实现对局部SAR的监视。这些互相关矩阵KM₁，KM₂，KM₃，...由此可以被视为高频负担值。从所述高频负担值中取决于时间地形成和互相关矩阵SKM₁，SKM₂，...，方法是分别将所有位于规定的时间窗Δt中的互相关矩阵KM₁，KM₂，KM₃，...按照等式(11)累加(或者说积分)。在此，时间窗Δt随着时间在所确定的发送振幅矢量U₁，U₂，U₃，...或互相关矩阵上KM₁，KM₂，KM₃，...上滑动，以便由此获得滑动的值。在此当然不必(如图2所示)，时间窗分别仅以一个测量的发送振幅矢量U₁，U₂，U₃，...移动。同样也不必，两个互相跟随的和互相关矩阵SKM₁，SKM₂，...的时间窗叠加。

然后可以以双重方式使用和互相关矩阵SKM₁，SKM₂，...。一方面可以基于该和互相关矩阵SKM₁，SKM₂，...按照等式(10)确定标量的模式监查值MKW₁，MKW₂，...，MKW_i，...，方法是将和互相关矩阵SKM₁，SKM₂，...分别逐元素地与期望的投影矩阵S_proj相乘并且将值相加(参见图2中的步骤III)。然后将这样确定的模式监查值MKW₁，MKW₂，...，MKW_i，...与模式参考值比较，或者在目前情况下简单地检查，模式监查值MKW_i是否以一个大于确定的度量偏离0。如果是，则发送模式监查信号MKS，该模式监查信号例如可以导致，规定其他监查规则，例如使得边界值GK严格(参见图2的步骤IV)。

同时也可以对于单个时间窗Δt使用和互相关矩阵SKM₁，SKM₂，...，以便从中确定负担监查值BKW₁，BKW₂，...，BKW_i，...。为此，可以将和互相关矩阵SKM₁，SKM₂，...分别与灵敏度矩阵S_sens相乘，其使得可以监视局部SAR(参见图2中的步骤V)。

关于该方法的细节例如在DE102009030721.4以及在DE102010011160中描述了，在此明确地参见其全部内容。

将这样确定的负担监查值BKW₁，BKW₂，...，BKW_i，...分别与边界监查值GK比较(参见图2中的步骤VI)。如果确定，负担监查值BKW_i达到或超过边界监查值GK，则如上面根据图1所述输出监查信号KS，利用该监查信号确保降低高频功率放大器的输出功率。

也就是说，在按照本发明的方法中也可以如迄今为止的监视方法那样在测量期间通过例如方向耦合器或拾取线圈测量激励电压。在中央的但是与其余的软件独立的位置上从测量参数中在使用测量参数的互相关性的条件下通过将激励矢量两端乘以灵敏度矩阵来有效地计算关于平方形式的时间积分，其然后代表了最大出现的局部或全局SAR值。相应于SAR标准，按照分别选择的并且由于按照本发明的模式监查而安全的正确的监视规则将所确定的值与最大允许的阈值比较并且在超过时停止或改变测量。

最后还要再次指出，前面描述的详细的方法和构造是实施例并且其原理也可以在宽的范围内由专业人员改变，而不脱离通过权利要求书给出的本发明的范围。即使前面根据在医学领域的磁共振断层造影系统描述了本发明，本发明也可以在科学和/或工业上使用的磁共振断层造影系统中被采用。为了完整性起见要指出，不定冠词：“一”或“一个”的使用不排除所涉及的特征也可以多重出现。同样，“单元”的概念也不排除其由多个必要时可以在空间上分布的组件组成。

参考标记列表

1 计算机断层造影系统

2 断层造影仪

3 测量空间

4 患者卧榻

5 系统控制装置

6 接收接口

7 接口块

8 重建装置

9 测量控制模块

10 高频发送装置

11 高频功率放大器装置

12 方向耦合器装置

13 发送/接收切换装置

14 监查信号输入端

15 发送天线系统/全身线圈

16 高频脉冲产生系统

17 终端

18 数据存储器

20 高频监查装置

21 测量值接口

22 监查信号接口

23 负担监查单元

24 模式监查单元

O 患者/检查对象

K₁，K₂，...，K_n 发送通道

CP 发送模式

KS 监查信号

MKS 模式监查信号

Δt 时间窗

KR 监查规则

HLR 用于确定高频负担值的规则

BLR 用于确定负担监查值的规则

GK 边界监查值

MKW₁，MKW₂，...，MKW_i，... 模式监查值

BKW₁，BKW₂，...，BKW_i，... 负担监查值

KM₁，KM₂，KM₃，... 互相关矩阵

SKM₁，SKM₂，... 和互相关矩阵

U₁，U₂，U₃，... 发送振幅矢量

S_proj 投影矩阵

S_sens 灵敏度矩阵

Claims (12)

1.一种在对检查对象(O)进行磁共振测量时用于监查具有包括多个发送通道的发送天线系统(15)的磁共振断层造影系统(1)的高频发送装置(10)的方法，在该方法中，

-对于多个时刻或时间段确定激励矢量，所述激励矢量代表了在单个发送通道上的高频信号强度，

-按照预先给出的监查规则(KR)分别基于所述激励矢量确定在检查对象(O)中吸收的高频负担值，并且如果在至少一个高频负担值的基础上的负担监查值达到或超过预先给出的边界监查值(GK)，则在其功能上限制所述高频发送装置(10)，其中，根据所述高频发送装置(10)的当前的发送模式规定所述监查规则(KR)，并且

-基于所述激励矢量分别检查所述高频发送装置(10)的发送模式并且在探测到发送模式改变时改变所述监查规则(KR)和/或在其功能上限制所述高频发送装置(10)，

其中，在检查所述发送模式时，检查所述高频发送装置(10)是否按照体积线圈模式运行，

其中，为了确定所述高频发送装置(10)的运行与体积线圈模式的偏差，通过两边乘以投影矩阵(S_proj)来形成各当前的激励矢量的平方形式，其中，基于在按照体积线圈模式运行的情况下出现的激励矢量形成所述投影矩阵(S_proj)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述高频发送装置(10)的发送模式规定用于确定高频负担值的规则(HLR)和/或用于确定负担监查值的规则(BLR)和/或边界监查值(GK)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述激励矢量确定表征发送模式的模式监查值，并且如果所述模式监查值以一个确定的度量偏离模式参考值，则探测到发送模式改变。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述体积线圈模式包括CP模式(CP)。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的方法，其特征在于，基于多个在模式监查时间段期间所确定的模式监查部分值来形成模式监查值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于在模式监查时间段内部的多个时刻首先通过分别将当前的激励矢量并矢式乘以其复数共轭矢量来确定当前的互相关矩阵并且然后将所述互相关矩阵相加以形成和互相关矩阵，然后将所述和互相关矩阵逐元素地乘以投影矩阵(S_proj)并且为了形成所述模式监查值而对于各个模式监查时间段引入在此形成的乘积值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，负担监查值基于对于模式监查片段所确定的和互相关矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，负担监查值基于多个在负担监查时间段中所确定的高频负担值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述模式监查时间段和/或负担监查时间段分别通过时间窗(Δt)来规定，所述时间窗在时域中在所述激励矢量上滑动。

10.一种用于监查具有包括了多个发送通道的发送天线系统(15)的磁共振断层造影系统(1)的高频发送装置(10)的高频监查装置(20)，

其中，所述高频监查装置(20)至少具有

-用于采集激励矢量的测量值接口，所述激励矢量代表了在单个发送通道上的高频信号强度，和

-用于输出监查信号(KS)的监查信号接口(22)，

并且被构造为，

-按照规定的监查规则(KR)分别基于所述激励矢量确定在检查对象(O)中吸收的高频负担值，并且如果在至少一个高频负担值基础上的负担监查值达到或超过规定的边界监查值(GK)，则在其功能上限制所述高频发送装置(10)，其中，根据该高频发送装置(10)的当前的发送模式来规定所述监查规则(KR)，

-并且基于所述激励矢量分别检查所述高频发送装置(10)的发送模式，并且在探测到发送模式改变时改变所述监查规则(KR)和/或产生至少一个监查信号(KS)，以便在其功能上限制所述高频发送装置(10)，

其中，在检查所述发送模式时，检查所述高频发送装置(10)是否按照体积线圈模式运行，

其中，为了确定所述高频发送装置(10)的运行与体积线圈模式的偏差，通过两边乘以投影矩阵(S_proj)来形成各当前的激励矢量的平方形式，其中，基于在按照体积线圈模式运行的情况下出现的激励矢量形成所述投影矩阵(S_proj)。

11.一种用于磁共振断层造影系统(1)的高频发送装置(10)，具有

-包括了多个发送通道的发送天线系统(15)，

-用于通过所述发送通道发送高频脉冲的高频功率放大器装置(13)，

-和按照权利要求10所述的高频监查装置(20)。

12.一种具有按照权利要求11所述的高频发送装置(10)的磁共振断层造影系统(1)。