CN103261906A - 无源b1场匀场 - Google Patents

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Abstract

线圈元件(18)在检查区(14)中产生B1激励场,该B1激励场被患者负载扭曲(例如,波长效应)。无源匀场元件(22、24)布置在线圈元件和受检者之间,以便提高B1场均匀性。在一个实施例中,无源匀场元件包括布置在受检者之下的一个或多个介电棒(55),该介电棒(55)不产生实质上的MR质子信息且具有至少100和优选地大于500的介电常数。在另一实施例中,向相邻于每个线圈元件的管(24)供应介电流体,在线圈元件和受检者之间的介电流体的厚度调节线圈元件所产生的B1场的相位。有源B1场可与无源匀场元件(22、24)组合以实现提高的RF场均质性结果。

Description

无源B1场匀场
技术领域
本申请涉及磁共振领域。其特别适用于关于射频(RF)线圈和从其产生的磁场修正的应用。然而,它还适用于磁共振成像、光谱学和其它核磁共振技术。
背景技术
来自待检查的患者的负载使B1激励场扭曲。该扭曲随着受检者的尺寸和形状以及工作射频而变化。该扭曲在3特斯拉之上变得特别严重,其对于氢具有大约128MHz的工作射频。B1均匀性的缺乏引起在得到的图像或其它磁共振结果中的伪影。
本申请提供了克服上面提到的问题和其它问题的新的和改进的系统和方法。
发明内容
根据一个方面,提供了一种磁共振系统。射频线圈元件被布置成相邻于检查区以在检查区中产生B1激励场。至少一个匀场(shimming)设备被布置在RF线圈元件和受检者之间的检查区中以提高所产生的B1激励场中的均匀性。无源匀场设备具有预先设置的位置、尺寸和介电常数。注意,在该上下文中,检查区包括在RF线圈内的整个空间。在一些情况(例如全身RF线圈)下,检查区在这个上下文中比常见的成像体积大。
根据另一方面,提供了一种用于对B1激励场进行无源地匀场的方法。至少一个无源匀场设备被布置在RF线圈的线圈元件内部定义的检查区中。无源匀场元件提高B1激励场中的均匀性。该至少一个无源匀场元件具有预先设置的位置、尺寸和介电常数。
一个优点是提高了B1激励均匀性。
另一优点是改进了用于高场强处的MR成像的工作流程。
另一优点是提高了信噪比。
本领域中的普通技术人员在阅读和理解了下面的详细描述后将认识到本发明的又一些优点。
附图说明
本发明可采用各种部件和部件的布置以及各种步骤和步骤的布置的形式。附图仅仅是为了说明优选实施例的目的,而不应被解释为限制本发明。
图1是包括无源匀场设备的磁共振系统的示意图;
图2是磁共振系统和无源匀场设备的另一示意图;
图3示出具有和不具有介电无源匀场棒的正交鸟笼式体线圈中的女性身体形的体模;
图4示出使用具有两个独立的发射/接收通道的正交鸟笼体线圈的具有各种匀场组合的B1分布;
图5A和图5B示出布置在体模之下的两个匀场棒的对称放置和使用具有两个独立的发射/接收通道的正交鸟笼体线圈的因而产生的B1场分布;
图5C和图5D示出布置在体模之下的单个无源匀场棒和使用具有两个独立的发射/接收通道的正交鸟笼体线圈的相应的B1分布;
图6示出在细长身体形的体模之下的无源匀场棒的对称放置和在具有正交驱动RF线圈和不具有介电棒的情况下、在不具有介电棒的B1匀场的情况下以及在具有介电棒的匀场的情况下得到的B1场分布;
图7示出具有人头模型的RF头线圈,其中无源匀场元件包括水球,图7还示出了在具有和不具有水球的情况下得到的B1分布;以及
图8示出使用无源匀场元件的方法。
具体实施方式
参考图1和图2,磁共振(MR)成像系统10包括主磁体12,主磁体12产生至少3特斯拉并穿过检查区14之上的在空间和时间上均匀的B0场。主磁体可以是环形或孔型磁体等。相邻于主磁体布置的梯度磁场线圈16用来相对于B0磁场沿着选定的轴产生磁场梯度以用于在空间上对磁共振信号进行编码,用于产生磁化损坏(magnetization-spoiling)场梯度等。磁场梯度线圈16可包括被配置成在三个正交方向(通常为纵向或z方向、横向或x方向和垂直或y方向)上产生磁场梯度的线圈节段。
射频(RF)线圈组件(例如全身体射频线圈)被布置成相邻于检查区。RF线圈组件可包括多个单独的RF线圈元件18,或可以是具有通过端环RF线圈结构来互连的多个元件18的鸟笼型线圈。在所示实施例中,示出八个线圈元件18。然而,也设想了更多或更少的线圈元件18。RF线圈组件产生用于在受检者的对齐的偶极子中激励磁共振的射频脉冲。在一些实施例中,射频线圈组件18还用于探测从成像区发出的磁共振信号。在其它实施例中,除了全身RF线圈之外或代替全身RF线圈,还提供局部或表面RF线圈(未示出),以针对磁共振信号的更敏感的局部空间编码、激励和接收。单独的RF线圈18一起可充当单个线圈、作为多个独立的线圈元件、作为阵列(例如在平行发射系统中)或其组合。例如,在RF线圈18被配置为鸟笼型线圈的情况下,可独立地驱动两种模式来用于RF匀场的目的。
为了提高B1场或激励场的均质性,在检查区14中,由匀场处理器20例如通过在实际成像序列之前的短测量来确定发射线圈18的均匀性分布|B1 +|,以补偿在高频处,即,在静态场强处特别是在3特斯拉或更大场强处的Larmor频率处在患者组织中出现的介电共振。成像系统10包括布置在检查区14中的一个或多个无源匀场设备22、24以提高激励场的均质性。
在一个实施例中,无源匀场设备是由具有至少100的介电常数(εr)的固体介电材料构成的介电棒22。具有变化的长度、形状和介电常数的几个介电棒22可用来优化B1激励场的均质性。形状包括圆柱形、椭圆形、矩形等。匀场处理器20基于对B1激励场的均质性进行优化的所确定的均匀性分布来确定将被布置在检查区中的介电棒的数量、长度和位置。为了不中断成像过程的工作流程,棒22布置在受检者的下侧上作为在检查区14中的独立结构或作为患者支撑物19的部分。棒可由临床医生手动地或由致动器致动器26(例如非铁磁电动机等)自动地定位在检查区14中。致动器从匀场处理器20接收所确定的棒22的位置,并相应地调节x、y和z位置和旋转。致动器26可移除一个或多个棒22或在没有用户干预的情况下将额外的棒引入检查区14中。
在另一实施例中,针对标称患者来确定棒的形状、尺寸、放置和介电常数,且固定地安装棒。在另一实施例中,针对多个组或类别的患者(例如大的或肥胖的、正常的或平均的、或娇小的患者)来确定形状、尺寸、放置和介电常数。
在另一实施例中,无源匀场设备包括介电流体的管24,每个管24被布置成相邻于相应线圈元件18、在检查区4和个体线圈18之间。介电流体的例子包括重掺杂水、重水或其它无质子的MR信号生成流体。由流体控制器28根据均匀性分布来调整每个管24中的介电流体的体积,以优化B1激励场的均质性。流体储液器30将介电流体供应到流体控制器28,流体控制器28经由供应线路25将流体供应到每个管24,供应线路25经由成像系统10的台架壳体的路线。储液器30可包括多个子储液器,其中每个子储液器包括具有唯一的介电常数的介电流体。在这个布置中,流体控制器28可将介电流体从一个或多个子储液器供应到每个管24。因此,可通过调节流体的介电常数和流体的体积来调谐每个管的介电常数。
管24可在轴向方向上具有与相邻于该管的相应线圈元件18的长度相同或不同的长度。在一个实施例中,管24包括蜿蜒结构以确保在轴向方向上的均匀体积或沿着管的长度的均匀的横截面。在另一实施例中,每个管在轴向方向上被分段。流体控制器28可调节每个段的体积以考虑在轴向方向上患者的不均匀的介电负载。例如,由于相应的解剖区的尺寸、几何结构、内部结构和密度,头、躯干和腿呈现变化的介电负载。在另一实施例中,每个段包括蜿蜒结构以确保每个段在轴向方向上具有均匀的横截面或体积。在另一实施例中,管24是或包括可膨胀的囊或其它结构以控制在每个线圈元件18和成像区14之间的液体的分布。针对一个例子,可在线圈元件朝着成像区的一侧周围形成流体的均匀厚度。针对另一例子,可提供抛物线分布。
在另一实施例中,成像系统10包括介电棒22和介电流体的管24两者以为了最优均质性的目的来匀场B1激励场。在均匀性分布的分析之后,匀场处理器20确定每个介电棒22的最优尺寸、几何结构、介电常数和位置,并且匀场处理器20确定每个管24的最优体积和介电常数,每个管24为成像受检者提供最优B1激励场。例如,棒22的尺寸、几何结构、介电常数和位置可以是固定的,且管24中的液体可用于细调B1场。
一旦针对成像受检者来优化B1激励场,则获取受检者的磁共振数据。受检者保持在检查区14内部、在与当均匀性分布被确定时相同的位置上。扫描控制器40控制梯度控制器42,梯度控制器42使梯度线圈16在整个成像区中施加选定的磁场梯度脉冲,该磁场梯度脉冲如可能对选定的磁共振成像或光谱序列是适当的。扫描控制器40还控制至少一个RF发射器44,RF发射器44使RF线圈组件产生B1脉冲的磁共振激励和操纵。在并行系统中,RF发射器44包括多个发射器或具有多个发射通道的单个发射器,每个发射通道操作性地连接到该组件的至少一个相应的线圈元件18。在鸟笼型RF线圈的情况下,发射器可具有两个独立的通道来驱动鸟笼的两种模式。与匀场处理器协调工作的扫描控制器还控制发射器和梯度控制器以产生B1匀场序列和被B1匀场的序列。
扫描控制器还控制连接到RF线圈18的RF接收器46和/或放置在检查区14内部的专用接收线圈,以接收来自检查区的磁共振信号。在并行系统中,RF接收器46包括多个接收器或具有多个接收通道的单个接收器,每个接收通道操作性地连接到该组件的至少一个相应的线圈元件18。从接收器46接收的数据暂时存储在数据缓存器48中,并由磁共振数据处理器50处理。磁共振数据处理器可执行如在本领域中已知的各种功能,包括图像重建、磁共振光谱处理、导管或介入仪器定位等。重建的磁共振图像、光谱读出、干预仪器位置信息和其它经处理的MR数据被显示在图形用户界面52上。图形用户界面52还包括临床医生可用于控制扫描控制器40以选择扫描序列和协议等的用户输入设备。
在另一实施例中,成像系统10是具有多个RF发射器44的并行发射系统。匀场处理器20基于所分析的均匀性分布来确定单独的RF发射器44所产生的每个激励信号的相位和振幅分量。在这个布置中,通过改变由单独的线圈元件18发射而生成B1激励场来优化B1激励场。例如,在二通道并行发射系统中,成像系统10包括两个RF发射器44,其中每个发射器操作性地连接到线圈元件18的一个或多个馈送点或被连接以驱动鸟笼型RF线圈的两种模式。匀场处理器确定每个通道的B1激励场的相位和振幅的变化,使得从这两个通道得到的复合B1激励场关于均质性是最优的。匀场处理器控制在每个管24中的流体的量以调节与同一发射器相关的线圈段所产生的RF场的相对相位。
在另一实施例中,成像系统10包括介电棒22、介电流体的管24和具有多个RF发射器44的并行发射系统以为了最优均质性的目的来匀场B1激励场。在均匀性分布的分析之后,匀场处理器20确定每个介电棒22的最优尺寸、几何结构、介电常数和位置;每个管24的介电流体的最优体积分布和介电常数;以及由每个RF发射器产生的每个激励信号的唯一的相位和振幅分量。作为结果,在较高场强处针对成像受检者实质上提高总B1激励场的均质性。
参考图3和图4,在3特斯拉成像系统10的时域有限差分(FDTD)模型中示出B1激励场的均质性的提高。RF组件在本实施例中是装载有女性身体形状的体模的鸟笼型正交体线圈(QBC)。使用两个独立的发射/接收(T/R)通道来驱动QBC。参考图4,如看到的,在体模的中心横向切片上的|B1 +|是相对不均匀的。考虑只在躯干区(不包括臂和乳房)上的|B1 +|匀场,(a)表明在常规正交馈送情况中,在躯干区域中的|B1 +|标准偏差(除以平均场,没有单位)是0.33。如在(b)中所示的当使用两个通道发射时,|B1 +|标准偏差可减小到0.23,这是30%的提高。如在(b)中看到的,被匀场的|B1 +|仍然不十分均匀,在右上区域上有较高的|B1 +|,而在左下区域上有较低的|B1 +|。最大|B1 +|与最小|B1 +|之比是3.6,而与之相比,在常规正交馈送(a)的情况下该比是7。
继续参考图4,为了进一步提高|B1 +|均匀性,两个介电棒插入与体模相邻的体模的左下区域和右下区域中(如图3所描绘的)。棒的直径是4cm,具有65cm的长度并且介电常数εr=1000。棒被分开31cm。如在(c)中看到的,即使两个棒的横截面与身体体模的横截面相比相对小,|B1 +|场分布也在|B1 +|匀场区上重新分布。当介电常数εr减小到100时,如在(d)中所示的,被更好地匀场的|B1 +|被实现有0.19的偏差,这比未匀场的正交馈送情况的0.33结果好了42%;该结果也比当只使用RF匀场时(b)的0.23偏差更好。最大|B1 +|与最小|B1 +|之比是3.3,比在没有棒的(b)中的3.6的最优2通道匀场情况结果更好。
参考图5A和图5B,在另一情景中,两个相同尺寸的棒放置得远离体模,其将模拟放置在患者桌19内部的棒22。从这两个棒到QBC的等中心(isocenter)的距离是15.5cm,在这种情况下这两个棒22的εr=1000,且这两个棒22被定位成分开31cm。如从图5B中的被匀场的|B1 +|看到的,在所限定的匀场区域|B1 +|上,标准偏差减小到0.16,比在图4的(a)中的0.33的未匀场正交驱动情况结果小52%,且比在没有介电棒的图4的(b)中的0.23的匀场正交驱动情况结果小30%。最大|B1 +|与最小|B1 +|之比是2.2,相比之下,不使用介电棒的匀场的情况下是3.6。
参考图5C和图5D,当使用局部接收线圈时,一个介电棒可用于只提高发射|B1 +|场。如在图5C和5D中所示的,具有定位在体模左边的介电棒(εr=1000)的匀场|B1 +|情况,|B1 +|分布几乎与在图5A和5B中的两个棒情况的|B1 +|分布相同。从模型中,左介电棒(图5C)在RF场发射期间具有比右介电棒更大的|B1 +|匀场影响。另一方面,右介电棒在MR信号的接收期间对|B1 +|匀场有大得多的影响。
在使用FDTD模型的上述计算中,我们使用具有0.60的高宽比(在躯干中心横向切片中前后宽度相对于左右宽度)的“身体形”女性体模身体模型。还针对具有0.46的较细的高宽比的“身体形”男性体模身体模型(通过移除乳房和减小高宽比从女性模型修改而来)来重复相同的计算。图6示出在不包括臂的中心横向切片(匀场区域)上的|B1 +|场。如看到的,在添加介电棒(εr=1000)的情况下,|B1 +|均匀性也从不具有介电棒的匀场情况被进一步提高。
为了使用一个或多个介电棒22来进一步优化|B1 +|均匀性,可利用匀场处理器20通过FDTD建模或其它数值计算来确定棒直径、尺寸、最优介电常数εr和位置。介电棒可以是移动的,例如在孔的患者可接近的区域内部使用,或放置在患者桌(即,孔的非患者可接近的区域)下的永久位置上。介电棒可由不具有质子MR信号(用于减轻质子信号的重掺杂水,或没有大导电性的陶瓷)的材料制成。它们是相对小的,并可被插入QBC空间中。
参考图7,使用具有正交T/R开关的单个发射通道来正交地驱动7特斯拉头部T/R线圈模型。具有4cm x2.5cm x16.5cm的尺寸的一个矩形水球放置在两个线圈梯级(rung)和人头模型之间。在中心横向切片中的所计算的|B1 +|场也被示出(|B1 +|被标准化到中心处的场)。如所示,对常规正交驱动情况的|B1 +|标准偏差(除以平均值,没有单位)是0.232。在添加一个水球的情况下,它减小到0.225,这是|B1 +|场不均匀性的3%的减小。在其它情况下,当使用多于一个水球时,这些水球的尺寸和位置可被优化。也可对单独的水球来优化导电性(盐水平),我们预期|B1 +|均匀性的甚至更高的提高。
参考图8,提出了用于对B1激励场进行匀场的方法。在受检者位于检查区中之后,产生B1场且由匀场处理器20分析其均匀性(S100)。基于所分析的均匀性分布|B1 +|,匀场处理器20确定将被布置在检查区14中的介电棒22的位置、尺寸和介电常数εr(S102)和/或被供应到每个管24的介电流体的体积和εr(S104);以及每个独立的发射通道Tx的激励信号(S106)。致动器26相应地选择并定位介电棒22(S108)。流体控制器28相应地调节介电流体的体积和εr(S110)。可选地,步骤S100-S110可被反复地重复以优化B1均匀性。一旦根据所分析的均匀性分布来调节无源匀场设备22、24,则RF发射器44就根据在步骤S106中确定的激励信号使与每个发射通道相关联的线圈元件18将匀场后的B1激励场(S112)施加到检查区14。所引起的MR信号由RF接收器48经由在检查区14中的线圈元件18或专用接收线圈来接收(S114)并且由数据处理器50重建成受检者的图像表示。图像表示显示在图形用户界面52上。
参考优选实施例描述了本发明。其他人在阅读和理解前面的详细描述之后可能想到修改和变更。意图是,本发明被解释为包括所有这样的修改和变更,只要它们都处于所附权利要求或其等效形式的范围内。

Claims (20)

1.一种磁共振系统(10),包括:
相邻于检查区(14)的射频(RF)线圈元件(18),所述射频(RF)线圈元件(18)根据所产生的激励信号在所述检查区中产生B1激励场;以及
布置在所述检查区(14)中的介于所述至少一个RF线圈(18)与受检者之间的至少一个无源匀场设备(22、24),所述至少一个无源匀场设备(22、24)提高所产生的B1激励场中的均匀性,所述至少一个无源匀场设备(22、24)具有预先设置的位置、尺寸和介电常数。
2.根据权利要求1所述的磁共振系统(10),还包括:
匀场处理器(20),其分析所产生的激励场的B1分布并确定提高所述B1分布的均匀性的所述至少一个无源匀场设备(22、24)的位置、尺寸和介电常数中的至少一个,以优化所述激励场的B1均质性。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的磁共振系统(10),其中,所述至少一个无源匀场设备是由固体介电材料构成的棒(22)。
4.根据权利要求3所述的磁共振系统(10),还包括:
致动器(26),其根据所述检查区的均匀性分布来将所述的介电棒(22)定位在所述检查区(14)中。
5.根据权利要求3和4中的任一项所述的磁共振系统(10),其中,所述至少一个介电棒(22)被布置在所述受检者的下侧上。
6.根据权利要求3-5中的任一项所述的磁共振系统(10),其中,所述介电棒(22)的介电常数至少为100,优选地大于500。
7.根据权利要求3-7中的任一项所述的磁共振系统(10),还包括:
相邻于每个所述线圈元件(18)来布置的具有可变体积的介电流体的管或储液器(24)。
8.根据权利要求1-6中的任一项所述的磁共振系统(10),其中,所述至少一个无源匀场设备包括相邻于所述RF线圈元件来布置的具有一定体积的介电流体的一个或多个管(24)。
9.根据权利要求7和8中的任一项所述的磁共振系统(10),还包括:
储液器(30),其将所述介电流体供应到所述管(22)中的每个;以及
流体控制器(28),其根据所分析的均匀性分布来控制每个管(22)中的介电流体的体积和被供应到每个管(22)的介电流体的介电常数中的至少一个。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的磁共振系统(10),还包括:
两个或更多个的RF发射器(44),每个RF发射器经由所述RF线圈元件(18)产生用于发射的激励信号,以产生被无源地匀场的激励场。
11.根据权利要求1-10中的任一项所述的磁共振系统(10),其中,所述RF线圈元件(18)形成鸟笼型RF线圈(18),且所述两个或更多个的RF发射器(44)每个都经由所述鸟笼RF线圈(18)产生用于发射的激励信号,以产生被无源和有源地匀场的激励场。
12.根据权利要求10和11中的任一项所述的磁共振系统(10),其中,所述匀场处理器(20)根据所分析的均匀性分布来控制所述RF发射器(44)中的每个以产生独特的激励信号以提高被无源地匀场的所述激励场的均质性。
13.根据权利要求1-12中的任一项所述的磁共振系统(10),还包括:
主磁体(12),其在所述检查区(14)中产生至少3特斯拉的静态磁场;以及
至少一个RF接收器(46),其接收归因于所述激励信号来自于所述检查区的感应的MR信号。
14.一种用于对B1激励场进行无源地匀场的方法,包括:
将至少一个无源匀场设备(22、24)布置在RF线圈的线圈元件(18)内部界定的检查区(14)中,以提高由所述RF线圈产生的所述B1激励场中的均匀性,所述至少一个无源匀场设备(22、24)具有预先设置的位置和介电常数。
15.根据权利要求14所述的方法,还包括:
分析所产生的激励场的B1分布;以及
确定提高所产生的激励场的B1均匀性的所述至少一个无源匀场设备(22、24)的位置、尺寸和介电常数中的至少一个。
16.根据权利要求14和15中的任一项所述的方法,其中,所述至少一个无源匀场设备包括由固体介电材料构成的至少一个棒(22),所述固体介电材料不具有实质上的MR质子信号但具有大于100和优选地大于500的介电常数。
17.根据权利要求14-16中的任一项所述的方法,其中,所述至少一个无源匀场设备包括管(24),每个管(24)具有相邻于所述至少一个RF线圈的元件(18)来布置的一定体积的介电流体。
18.根据权利要求16和17中的任一项所述的方法,还包括:
利用控制器(26、28),控制每个管(24)中的介电流体的体积和所述至少一个棒的位置中的至少一个。
19.根据权利要求16所述的方法,还包括:
根据待检查的受检者的尺寸来选择具有不同尺寸和/或介电常数的多个棒之一;以及
将选定的棒定位在所述检查区中。
20.一种磁共振系统(10),包括:
检查区(14),其用于接纳待检查的受检者;
相邻于所述检查区(14)的多个射频(RF)线圈元件(18),所述射频(RF)线圈元件(18)根据产生的激励信号在所述检查区中产生激励场;
两个或多个RF发射器(44),每个RF发射器经由所述多个RF线圈(18)中的至少一个来产生用于发射的激励信号,以产生B1激励场;
无源匀场设备,其包括下列中的至少一个:
棒(22),其由不具有质子信号而具有大于100的介电常数的固体介电材料构成,所述棒(22)被布置在所述检查区(14)中位于所述受检者之下的预先设置的位置处,以对所产生的B1激励场进行无源地匀场;
多个管(24),其被配置成容纳可变体积的介电流体,并且被布置为相邻于所述多个RF线圈元件(18),以对所产生的B1激励场进行无源地匀场;以及
匀场处理器(20),其分析在所述检查区中的所述B1激励场的均匀性并根据所述均匀性来确定下列中的至少一个:(a)所述棒(22)的位置、尺寸和/或介电常数中的至少一个,(b)每个管(22)中的介电流体的体积和/或供应到每个管(22)的所述介电流体的介电常数,(c)所述两个或多个RF发射器(44)的振幅和/或相位设置。
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