CN102906586A

CN102906586A - 具有仪器探测的磁共振检查

Info

Publication number: CN102906586A
Application number: CN2011800259330A
Authority: CN
Inventors: J·S·范登布林克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: BR112012029855A2; US20130088229A1; US9297870B2; RU2012157092A; CN102906586B; JP5997334B2; JP2016005597A; BR112012029855A8; JP5799087B2; RU2559562C2; WO2011148300A1; EP2577338A1; JP2013529959A

Abstract

一种用于对对象进行检查的磁共振检查系统，包括生成RF发射场的RF系统和生成时域磁梯度场的梯度系统。控制模块包括序列控制器，其用于控制所述RF系统和所述梯度系统，以生成包括用以生成磁共振信号的RF脉冲和磁梯度脉冲的采集序列。所述序列控制器被配置成产生探测扫描，所述探测扫描包括稳态梯度回波采集序列，以生成稳态梯度回波信号，并且所述探测扫描还包括RF受扰回波采集序列，以产生RF受扰回波信号。所述控制模块还包括分析单元，其用于对所述梯度回波信号和所述RF受扰回波信号进行比较，从而由所述梯度回波和所述RF受扰回波的比较结果探测对象中的仪器。

Description

具有仪器探测的磁共振检查

技术领域

本发明涉及一种磁共振检查系统，其包括识别待检查对象体内的植入仪器的功能。通常已知，在磁共振检查系统中，具有植入医学装置形式的诸如心脏起搏器或神经刺激器的植入物可能导致危险的情形。可以从ISMRM 2009 abstract 306'Detecting unsafe device coupling using reversedpolarization'获知这样的磁共振检查系统。

背景技术

已知的磁共振检查系统包括32圈鸟笼线圈，其采用所谓的反向极化，在所述反向极化中，采用右旋圆极化RF场进行发射，并采用左旋圆极化RF场进行接收。当在鸟笼线圈的视场中存在耦合导线时，所述导线将生成与通过所述导线的电流成比例的次级线性极化场。这一诱发的线性极化场的前向极化分量产生与其耦合成比例的局部化磁共振信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有对仪器的安全检测的磁共振检查系统，从而使其仅要求对磁共振检查系统进行少量的修改。

根据本发明的这一目的是通过一种磁共振检查系统实现的，所述磁共振检查系统包括：

-RF系统，其用于生成RF发射场，

-梯度系统，其用于生成时域（temporary）磁梯度场，

-包括序列控制器的控制模块，其用于控制所述RF系统和梯度系统，以产生包括用以生成磁共振信号的RF脉冲和磁梯度脉冲的采集序列，其中，

-所述序列控制器被配置成产生探测扫描，所述探测扫描包括稳态梯度回波采集序列，以生成稳态梯度回波信号，并且所述探测扫描还包括RF受扰（spoiled）回波采集序列，以产生RF受扰回波信号，

-所述控制模块还包括分析单元，

-以将所述梯度回波信号与所述RF受扰回波信号进行比较，以及

-通过比较所述梯度回波和所述RF受扰回波对对象体内的仪器进行探测。

本发明的见地在于，梯度回波采集序列和RF受扰梯度回波采集序列的响应之间的差异是准确的，并且是RF场与仪器的意外RF耦合的灵敏指示器。所述仪器例如是患者体内的植入仪器（植入物）。对这样的植入仪器的探测必须确立所述仪器在患者体内的实际存在。仪器的另一范例是插入到患者体内的诸如导管或内窥镜的介入式器械。在所述介入式器械与RF场的RF耦合的基础上，能够跟踪所述介入式器械的位置。亦即，在介入式器械的范例中，所述探测对其存在进行检测，并随着所述介入式器械在患者体内的移动而指示其位置。本发明不要求对磁共振检查系统进行硬件调整。根据本发明的探测在大部分腹部空间内具有处于1.5T和3.0T上的接近零的本底。值得注意的是，3.0T上的本底抑制显著优于基于反向极化或抗正交RF场的已知磁共振检查系统。而且，根据本发明的探测方法应用的B1、B1 rms和梯度转换（slew）速率值极低，从而避免了可能存在的装置和身体组织之间的危险的相互作用；因而其具有固有的安全性。

将参考从属权利要求中界定的实施例进一步详述本发明的这些和其他方面。

在本发明的磁共振检查系统的优选实施例中，将所述探测扫描结合到空间低分辨率检查扫描当中。常常进行这样的检查扫描以针对具体的对象，即，待检查的患者，调整磁共振检查系统的若干设置。优选将所述探测扫描设计为具有围绕所述磁共振检查系统的患者进出空间的灵敏区域。所述灵敏区域是探测扫描生成具有可感知信号幅度或信噪比的磁共振信号，从而使得能够实现对仪器的探测或跟踪的区域。患者进出空间是磁共振检查系统中的患者能够进出的区域。值得注意的是，所述检查区带，即，主磁场和梯度磁场是空间均匀的并且其空间均匀度达到能够得到诊断质量磁共振图像的区域包含在所述患者进出空间内。所述探测扫描能够例如通过将所述探测扫描的灵敏区域设置为500-600mm³而包围所述患者进出空间。在另一种实现中，所述探测扫描的灵敏区域延伸至所述磁共振检查系统的0.5mT轮廓线内的大部分区域。值得注意的是，所述探测扫描的视场采集位于所述磁共振检查系统的将患者从那里移到所述检查区带内的一侧的0.5mT轮廓线内的区域。例如，可以将所述探测扫描的灵敏区域设置为探测扫描的视场，所述视场由探测扫描的采集序列的k空间采样确定。然而，如果在仪器探测当中能够接受低水平的褶皱伪影，那么所述灵敏区域可以大于所述视场。也可以采用所述调查扫描获得所述RF系统的RF接收器天线（线圈）的接收空间灵敏度分布。将这些空间灵敏度分布与诸如SENSE的成像技术并行使用，从而展开由于采样不足而造成的混叠失真。一般将这种检查扫描设计成以非常低的比吸收率（SAR）和低末梢神经刺激（PNS）工作。这实现了具有潜在危险的植入物的安全检测。应用低B1、B1 rms和转换速率避免了这样的具有潜在危险性的植入物可能对局部组织造成的加热或振动。此外，所述检查扫描不涉及很多RF激励和重新聚焦RF脉冲，并且仅涉及低转换速率梯度磁场脉冲。因而，所述检查扫描一方面能够容纳所述探测扫描从而针对任何植入物对待检查患者进行评估，而另一方面，在对具有植入物的患者进行扫描的情况下，所述检查扫描一般不会引发危险状况。

就本发明的另一方面而言，所述探测扫描涉及两倍的梯度回波信号水平和RF受扰回波信号水平的比较，或者预置翻转角上的RF受扰回波信号水平和两倍的当前翻转角上的RF受扰回波信号的比较，RF受扰回波信号水平的和等于Ernst角的翻转角上的梯度回波信号水平的比较。值得注意的是，在稳态梯度回波和RF受扰回波信号二者的重复重新聚焦RF脉冲的低翻转角上，假设没有与植入物的耦合，即，在标称翻转角上，这些备选方案将产生最小信号。在翻转角小于10°的情况下实现了良好的结果。因而，在不存在植入物的情况下或者在没有介入式器械的区域中，这些备选方案中的每者产生低本底信号，从而在因RF耦合使翻转角增强时，这些备选方案将提供高度灵敏的探测或仪器跟踪。

具体而言，用于探测扫描的适当采集序列为T1-FFE和FFE序列。

本发明还涉及一种根据权利要求6所述的用于探测植入物的方法。本发明的方法实现了在不需要对常规磁共振检查系统进行大规模的修改的情况下安全地探测患者体内的植入物。值得注意的是，本发明的方法采用磁共振成像获得了待检查的患者是否携带植入物，因而是否能够安全地进行检查的技术结果。

本发明还涉及根据权利要求7所述的计算机程序。可以在诸如CD-ROM盘或USB存储棒的数据载体上提供本发明的计算机程序，或者可以从诸如万维网的数据网络下载本发明的计算机程序。当被安装到磁共振成像系统包含的计算机当中时，能够使磁共振成像系统根据本发明进行工作，并且能够在不需要对常规磁共振检查系统进行大规模修改的情况下实现对患者体内的植入物的安全探测。

将参考下文描述的实施例并且将参考附图阐述本发明的这些和其他方面。

附图说明

图1示意性示出了采用本发明的磁共振成像系统。

图2示出了在一定的翻转角范围内由具有和没有RF扰动的梯度回波采集序列得到的差信号的模拟。

具体实施方式

图1示意性示出了使用本发明的磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括一组主线圈10，由此生成稳定、均匀的磁场。例如，所述主线圈的构造方式是使它们围绕隧道形检查空间。将待检查的患者置于患者载体上，使患者载体滑入这一隧道形检查空间中。所述磁共振成像系统还包括若干梯度线圈11、12，从而生成表现出空间变化的，尤其是具有沿各个方向的时域梯度形式的空间变化的磁场，从而使其叠加到所述均匀磁场上。将所述梯度线圈11、12连接至梯度控制器21，所述梯度控制器包括一个或多个梯度放大器和可控电源单元。通过利用电源单元21施加电流对梯度线圈11、12进行激励；为此目的，所述电源单元配有电子梯度放大电路，该电路向所述梯度线圈施加电流，从而生成具有适当的时域形状的梯度脉冲（又被称为“梯度波形”）。通过控制电源单元来控制梯度的强度、方向和持续时间。所述磁共振成像系统的RF系统包括分别用于生成RF激励脉冲和拾取磁共振信号的发射和接收线圈13、16。优选将发射线圈13构造成体线圈13，从而能够围绕待检查对象（的一部分）。通常以这样一种方式在磁共振成像系统中布置体线圈，即，在将患者置于磁共振成像系统中时，由体线圈13围绕待检查的患者30。体线圈13充当发射天线的作用，用于发射RF激励脉冲和RF重聚焦脉冲。优选地，体线圈13涉及所发射的RF脉冲（RFS）在空间上的均匀强度分布。通常将同一线圈或天线交替用作发射线圈和接收线圈。此外，通常将发射和接收线圈构造成具有线圈的形状，但是使发射和接收线圈起到RF电磁信号的发射和接收天线的作用的其他几何结构也是可行的。将所述发射和接收线圈13连接至电子发射和接收电路15。

应当指出的是，或者能够使用分立的接收和/或发射线圈16。例如，可以将表面线圈16用作接收和/或发射线圈。这种表面线圈在相对小的体积内具有高灵敏度。在所述RF系统中提供解调器。将诸如表面线圈的接收线圈连接至解调器24，并利用解调器24对接收到的磁共振信号（MS）进行解调。将解调的磁共振信号（DMS）施加于重建单元。将接收线圈连接至前置放大器23。前置放大器23放大由接收线圈16接收的RF共振信号（MS），并将经放大的RF共振信号施加至解调器24。解调器24对经放大的RF共振信号进行解调。经解调的共振信号包含关于待成像对象的一部分中的本地自旋密度的实际信息。此外，所述RF系统还包括调制器22，并且所述发射和接收电路15被连接至调制器22。调制器22以及发射和接收电路15激励发射线圈13，以发射RF激励和重聚焦脉冲。将表面线圈16接收的磁共振信号数据发射到发射和接收电路15，控制模块20将控制信号（例如，用于对表面线圈进行调谐和解谐）发送至所述表面线圈。

所述重建单元由所述解调磁共振信号（DMS）导出一个或多个图像信号，所述图像信号表示待检查对象的成像部分的图像信息。在实践中，优选将重建单元25构造为数字图像处理单元25，对其进行编程控制从而从经解调的磁共振信号导出图像信号，所述图像信号表示待成像对象的一部分的图像信息。将重建单元25的输出上的信号施加到监视器26上，从而使监视器能够显示磁共振图像。或者，有可能在等待进一步处理的同时将来自重建单元25的信号存储在缓存单元27中。

根据本发明的磁共振成像系统还设有控制模块20，例如，其具有包括（微）处理器的计算机的形式。控制模块20利用序列控制器31控制RF激励的执行以及时域梯度场的施加。值得注意的是，所述控制模块被配置或者编程为执行探测扫描，执行所述探测扫描的目的在于识别植入物或者跟踪介入式器械。为此目的，例如，将根据本发明的计算机程序加载到控制单元20和重建单元25中。此外，所述控制模块还设有分析单元32。所述分析单元32结合了将所述梯度回波信号与所述RF受扰回波信号进行比较的算术函数，需要指出的是，所述回波信号是在所述探测扫描中生成的。所述分析单元32对所述稳态梯度回波信号和所述RF受扰梯度回波信号的信号电平进行比较。根据一个实施例，基于来自成像体积的差信号的比较来探测植入物的实际存在，并将探测信号（IS）施加到所述监视器26上，从而将识别出的植入物的指示提供给操作员。操作员也可能检查所呈现的用于信号增强的图像数据。或者，所述探测信号（IS）可以表示例如介入式器械的尖端的位置。在所述探测信号的基础上，能够通过磁共振图像显示出介入式器械的实际位置。

根据本发明，基于稳态梯度回波和RF受扰梯度回波信号的相减来探测存在潜在危险性的植入物或跟踪介入式器械。更具体而言，采用来自FFE-序列和T₁-FFE序列的信号之间的差。对于短T_E/T_R而言，RF受扰信号强度为：

S_{sp} = ρ \sin α \frac{1 - E_{1}}{1 - E_{1} \cos α},

并且稳态信号强度为：

S_{ss} = ρ \frac{1 + \frac{1 \cos α - a}{\sqrt{a^{2} - b^{2}}}}{1 + \cos α} \sin α,

其中，

a = \frac{1 - E_{1} E_{2}^{2} + \cos α (E_{2}^{2} - E_{1})}{1 - E_{1}}

b＝(1+cosα)E₂并且

自旋密度由ρ表示，翻转角由α表示。对于低翻转角的值而言，这些信号强度取合理的近似：

为了对这些信号进行比较，并且在不存在植入物时或者在没有介入式器械的区域内取得低水平的本底信号，可采用如下替代方案：

S_n2α=S_ss(2α)-S_sp(α);S_2nα=2S_ss(α)-S_sp(α);S_nα=S_ss(α)-S_sp(α)。

图2示出了具有RF扰动和没有RF扰动的梯度回波采集序列之间的比较的翻转角的模拟。在与α＝4°-5°的低翻转角进行比较时，差S_n2α表现出了合理的大约三倍的增强。然而，应当指出，所述模拟表明，对于处于α>20°的范围内的非常大的翻转角而言，差S_n2α降低。因而，所检测到的差发生衰减，其可能归因于由RF耦合导致的翻转角的适度增大，或者可能归因于由非常强的RF耦合导致的翻转角的非常大的增大。值得注意的是，在排除非常强的RF耦合的情况下，差S_n2α是有用的，例如，用来跟踪诸如导管的介入式器械。此外，在大约三倍的温和增强的范围内，所述增强并不强烈地依赖于比值

尤其是对于T>₁600ms而言，因而由RF耦合导致的大约三倍的增强并不受到周围组织类型的强烈影响。

对于低的翻转角α的值而言，实际上S_n2α∝α，至少对于长而言，其在α＜4°-5°的情况下倾向于零值，此时没有RF共振，即，没有植入物。然而，对于短

而言，差S_n2α表现出了非衰减的增强，直到翻转角α到达10°左右。因此，差S_n2α适于利用可达α=10°的翻转角以高灵敏度检测或跟踪介入式器械；对于处于α<6°的范围内的适中翻转角而言，获得了非常好的不发生衰减的灵敏度。

在Ernst角上差S_nα为零，因而在接近Ernst角时，这一差区分生成RF耦合的植入物的存在的能力很低。然而，在大于Ernst角的翻转角范围内，差S_nα具有温和的、大约三倍的增强。此外，所述增强以及所述Ernst角都取决于比值

即温和的增强取决于组织类型。因而，在周围组织先验已知时，所述差S_nα仍然是植入物的存在的有用指示。例如，差S_nα用于探测患者脑部的植入物，或者跟踪侵入性装置，例如，患者脑部当中的活检针。

差S_2nα随着翻转角α单调增大。亦即，差S_2nα在由于RF耦合而导致翻转角增大时表现出了强增强，而对于低翻转角而言，即，在没有RF耦合时，所述差就很小。例如，模拟表明，相对于α＝4°时的所述差而言，差S_2nα表现出了大约一个量级的增强。因此，差S_2nα对于由诸如植入物的仪器的存在而导致的RF耦合表现出了高的灵敏度。此外，对于短TR、低翻转角以及宽范围的

而言，差S_2nα有效地使FFE和T1FFE之间的信号差为零。因而，不管周围组织的类型如何，差S_2nα都适于对仪器进行探测或跟踪。

Claims

1.一种用于检查对象的磁共振检查系统，包括：

-RF系统，其用于生成RF发射场，

-梯度系统，其用于生成时域磁梯度场，

-包括序列控制器的控制模块，其用于控制所述RF系统和所述梯度系统，以产生包括用以生成磁共振信号的RF脉冲和磁梯度脉冲的采集序列，其中，

-所述序列控制器被配置成产生探测扫描，所述探测扫描包括稳态梯度回波采集序列，以生成稳态梯度回波信号，并且所述探测扫描还包括RF受扰回波采集序列，以产生RF受扰回波信号，

-所述控制模块还包括分析单元，

-将所述梯度回波信号与所述RF受扰回波信号进行比较，并且

-从所述梯度回波与所述RF受扰回波的所述比较对所述对象中的仪器进行探测。

2.根据权利要求1所述的磁共振检查系统，其中，所述序列控制器被布置成生成具有低空间分辨率的检查扫描，并且所述探测扫描结合到所述检查扫描中。

3.根据权利要求1所述的并且具有患者进出空间的磁共振检查系统，其中，所述探测序列具有包围所述患者进出空间的视场。

4.根据权利要求1、2或3所述的磁共振检查系统，其中，所述比较以如下内容之一之间的差为基础：

-两倍的稳态梯度回波信号水平与RF受扰回波信号水平，或者

-处于预置翻转角上的所述RF受扰回波信号水平与处于两倍的当前翻转角上的所述RF受扰回波信号，或者

-所述RF受扰回波信号水平和等于Ernst角的翻转角上的所述稳态梯度回波信号水平。

5.根据权利要求1所述的磁共振检查系统，其中，所述RF受扰回波采集序列是T1-FFE序列，并且所述稳态梯度回波采集序列是FFE序列。

6.一种利用磁共振信号探测植入物的方法，所述方法包括：

-产生探测扫描，所述探测扫描包括稳态梯度回波采集序列，以生成稳态梯度回波信号，并且还包括RF受扰回波采集序列，以产生RF受扰回波信号，以及

-对所述梯度回波信号与所述RF受扰回波信号进行比较，从而由所述梯度回波与所述RF受扰回波的比较结果探测所述对象中的所述植入物。

7.一种包括指令的计算机程序，所述指令用于：

-对所述梯度回波信号和所述RF受扰回波信号进行比较，从而由所述梯度回波和所述RF受扰回波的比较结果探测所述对象中的所述植入物。