CN103282789B

CN103282789B - 多通道发射mr成像

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Publication number: CN103282789B
Application number: CN201180064276.0A
Authority: CN
Inventors: P·R·哈维; W·R·M·门斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: US9588196B2; RU2013136556A; US20130300415A1; CN103282789A; EP2661639A1; RU2578763C2; EP2661639B1; WO2012093321A1

Abstract

本发明涉及一种多通道（例如积分）MRI发射系统，其中，在不同的发射通道中使用具有不同功率容量的RF功率放大器。这导致了降低的系统成本，因为，在为了获得均匀B₁场（RF匀场）的功率需求是不对称的并且所述不对称性对于不同成像模态而言是定性地相同的情况下，避免了不使用的多于的RF功率容量。所述多通道发射单元还可以包括转接器转接器，其能够有选择地将每个RF功率放大器连接至发射线圈布置（例如鸟笼式线圈）的每个驱动端口。

Description

多通道发射MR成像

技术领域

本发明涉及磁共振（MR）成像的领域。本发明涉及一种对放置在MR装置的检查体积中的患者的身体的至少一部分进行MR成像的方法。本发明还涉及一种MR装置以及用于MR装置的多通道发射单元。

背景技术

目前，利用磁场与核自旋之间的相互作用以形成二维或三维图像的图像形成MR方法得到了广泛采用，尤其是在医学诊断的领域中，因为对于软组织的成像而言，这样的方法在很多方面优于其他成像方法，即，其不需要电离辐射并且通常是非侵入性的。

根据一般的MR方法，将待检查的患者的身体布置在强的均匀磁场中，所述磁场的方向同时定义了测量所基于的坐标系的轴（一般为z轴）。根据能够通过施加具有定义频率（所谓的拉莫尔频率或MR频率）的交变电磁场（RF场）来激励的磁场强度，所述磁场产生针对个体核自旋的不同能量水平。从宏观的角度来讲，个体核自旋的分布将产生总体磁化，能够在RF脉冲的磁场垂直于z轴延伸的同时，通过施加具有适当频率的电磁脉冲（RF脉冲）使所述总体磁化偏离平衡状态，从而使所述磁化关于z轴执行进动。磁化的这种运动描绘了锥形表面，所述锥形表面的孔径角被称为翻转角。所述翻转角的大小取决于所施加的电磁脉冲的强度和持续时间。就所谓的90°脉冲而言，使所述自旋从z轴偏转至横平面（翻转角90°）。经由MR装置的RF线圈布置使RF脉冲朝向患者的身体进行辐照。所述RF线圈布置通常围绕在其中放置患者的身体的检查体积。

在RF脉冲结束之后，磁化弛豫回初始平衡状态，其中，以第一时间常量T₁（自旋点阵或纵向弛豫时间）再次建立在z方向的磁化，并在垂直于z方向的方向的磁化以第二时间常量T₂（自旋-自旋或横向驰豫时间）发生驰豫。借助接收RF线圈能够检测磁化的变化，通过某种方式在所述MR装置的检查体积之内对所述接收RF线圈进行布置和取向，从而使得在垂直于z轴的方向测量磁化的变化。在施加例如90°脉冲之后，横向磁化的衰减将伴随着核自旋从具有相同相位的有序状态向所有相角均匀分布（去相）的状态的转变（由局部磁场不均匀性诱发的）。能够借助重新聚焦脉冲（例如，180°脉冲）对所述去相进行补偿。这在接收线圈中产生回波信号（自旋回波）。

为了实现体内的空间分辨力，使沿三个主轴延伸的线性磁场梯度叠加在均匀磁场上，导致自旋共振频率的线性空间依赖性。因而，在接收线圈中拾取的信号包含不同频率的分量，其能够与身体内的不同位置相关联。经由接收线圈获得的信号数据对应于空间频率域，并且被称为k空间数据。所述k空间数据通常包括利用不同的相位编码采集的多条线。通过收集若干样本使每条线数字化。借助傅里叶变换将一组k空间数据转换为MR图像。

一般希望所生成的用于激励磁共振的RF场（B₁场）在患者的身体的成像部分的整个截面内具有相对均一的均匀性。然而，由于MR频率随着主磁场强度的增大而增大，因而由于患者的体内的导电损耗和波长效应的原因，要想实现这一目的将变得更加困难。多通道发射MR成像已经被接受作为对体积RF线圈进行操作以实现相对均匀的B₁场的标准方法。与单通道操作模式相比，双通道发射技术获得了显著提高的B₁均匀性。

在已知的多通道发射系统中，通常经由RF驱动端口将RF功率信号提供给RF线圈布置，所述RF驱动端口连接至RF线圈布置的个体共振器元件。所述RF线圈布置可以是所谓的鸟笼式共振器，其包括与主磁场的垂直轴平行布置的多个横档（rung），其中，所述鸟笼式共振器围绕被成像的身体部分。在这种情况下，所述RF驱动端口连接至所述鸟笼式共振器的两个或更多个横档。双通道发射MR系统通常使用两个独立的RF发射链及放大器，从而将RF功率信号施加至所述线圈布置的RF驱动端口上。能够单独地控制施加至不同RF驱动端口的RF功率，以便优化RF场的均匀性（所谓的RF匀场）。

结果，利用RF匀场的不同成像任务具有来自所述双通道中的每个的不同RF功率需求。因此，双通道匀场能够导致RF线圈布置的两个RF驱动端口处的显著非对称的功率需求。非对称的程度取决于需要对其内的RF场均匀性进行优化的解剖结构，并且还取决于所需的匀场的程度。通常，多通道发射系统之内的RF功率放大器具有相等的功率容量。然而，功率需求中出现的非对称性导致所述RF功率放大器中的一个完成大部分工作，而另一RF功率放大器则处于空闲状态的状况。

此外，已知的多通道发射MR系统的缺陷在于，RF功率需求中的非对称性根据例如改变的患者解剖结构和/或改变的成像任务而发生变化。出于这一原因，在常规多通道系统中必须在所有的通道内采用具有足够的多余功率容量的RF功率放大器，以便能够满足任何可能的应用中的要求。这不利地导致了提高的系统成本。

国际申请WO2008/13588公开了一种鸟笼式线圈形式的包括多个RF天线的多通道RF发射器布置。第一和第二RF通道与所述鸟笼式线圈的第一和第二正交（quadrture）端口连接。

发明内容

由上文将容易地认识到，需要一种改进的MR成像技术。因此，本发明的目的在于提供一种MR方法和一种MR装置，其针对所有的可能应用有效地使用RF功率放大器的可用功率容量。应当在尽可能大的程度上避免在MR设备的发射链路中存在未使用的功率容量。

根据本发明，公开了一种用于对放置在MR装置的检查体积中的患者的身体的至少一部分进行MR成像的方法。本发明的方法包括如下步骤：

-使所述身体的部分经受包括RF脉冲和切换的磁场梯度的成像序列，经由围绕检查体积的RF线圈布置将所述RF脉冲朝向所述身体的部分发射，其中，经由相对于所述身体的部分的横截面的水平轴和/或垂直轴的为非对称样式的两个或更多个发射通道向所述RF线圈布置提供RF信号；

-采集来自所述身体（110）的部分的MR信号；以及

-从所采集的MR信号重建MR图像。

本发明的主旨是相对于被成像身体的水平轴和/或垂直轴以几何上的适当的非对称样式向所使用的MR设备的RF线圈布置施加RF能量，其适于大部分应用。根据本发明，用于获得均匀B₁场的功率需求是非对称的，恰如现有技术中一样。然而，结果，所述非对称性对于不同的成像应用从定性来讲上是相同的，其归因于RF线圈布置的特定的非对称RF馈送。因此，一个发射通道中的功率需求总是小于在另一发射通道中的功率需求。因而，有可能提供在不同的发射通道中具有不同的功率容量的RF功率放大器。通过本发明能够避免产生未加以利用的RF功率容量的多余部分，而其在已知的多通道发射系统中总是存在。由此实现了系统成本的显著降低。

根据本发明采用的RF线圈布置可以是鸟笼式共振器，其包括平行于被成像的患者的身体的垂直轴布置的多个横档，其中，所述鸟笼式共振器包括连接至不同横档的两个或更多个RF驱动端口。由于要向其提供功率的横档的非对称定位的原因，一个通道内的功率需求将总是小于另一通道内的功率需求。因而，能够将具有较小的功率容量的RF功率放大器连接至RF驱动端口之一，同事能够将具有较大功率容量的RF功率放大器连接至另一RF驱动端口。通过这种方式能够在不限制所述系统针对不同成像应用的通用性的情况下显著降低总安装RF功率。

本发明不仅涉及一种MR方法，并且还涉及一种MR装置。根据本发明，所述MR装置包括：

-主磁体，其用于沿主场轴在检查体积之内生成均匀稳定的磁场，

-若干梯度线圈，其用于在检查体积之内沿不同的空间方向生成切换的磁场梯度，

-至少一个RF线圈布置，其用于在检查体积之内生成RF脉冲和/或用于从置于检查体积中的患者的身体接收MR信号，所述RF线圈布置围绕所述检查体积，并且包括连接至所述RF线圈布置的共振器元件的两个或更多个RF驱动端口，所述共振器元件相对于所述RF线圈布置的和/或所述患者的身体的横截面的水平轴和/或垂直轴非对称设置，

-控制单元，其用于控制所述RF脉冲和所述切换的磁场梯度的时间演替，

-重建单元，以及

-可视化单元。

根据本发明的又一方面，公开了一种用于向MR装置的RF线圈布置供应RF功率信号的多通道发射单元，其中，所述发射单元包括两个或更多个发射通道，每个发射通道包括RF功率放大器，其中，不同发射通道的RF功率放大器具有不等的功率容量。能够将这样的多通道发射单元与MR装置组合使用，其中，将RF功率信号提供给相对于被成像的患者的身体部分的对称性的为几何上非对称样式的RF线圈布置。因为所述RF功率放大器的不等功率容量的原因，避免了产生安装RF功率的不使用的多余部分，并且降低了总体系统成本。结果，本发明能够实现一种多通道发射单元，其中，一个发射通道的RF功率放大器的功率容量至少是另一发射通道的RF功率放大器的功率容量的二倍。在实践当中，与对RF线圈布置进行对称驱动的常规系统相比，能够使总安装RF功率降低高达35%。此外，在出现所有非对称RF功率需求的情况下，能够以非常灵活的方式使用本发明的多通道发射单元。出于这一目的，本发明的多通道发射单元可以有利地包括换向器，其能够使每个R功率放大器有选择地连接至所述RF线圈布置的每个RF驱动端口。所述换向器能够由相应MR装置的控制单元进行控制。

附图说明

所包含的附图公开了本发明的优选实施例。然而，应当理解，附图仅仅是出于举例说明的目的设计的，而不是作为对本发明的限定范围的定义。在附图中：

图1示出了根据本发明的MR装置；

图2示出了具有按照常规的方式定位的RF驱动端口的RF线圈布置的横截面；

图3示出了具有根据本发明定位的RF驱动端口的RF线圈布置的横截面；

图4示出了具有根据本发明定位的RF驱动端口的RF线圈布置的横截面；

图5示出了说明通过图2和图3中的RF线圈布置中的RF驱动端口提供的RF信号的功率水平的图示；

图6示意性示出了根据本发明的多通道发射单元；

图7示出了根据本发明的多通道发射单元的另一实施例。

具体实施方式

参考图1，其示出了MR装置101。所述装置包括超导或电阻主磁体线圈102，从而贯穿检查体积沿z轴创建基本上均匀的时间恒定的主磁场。

磁共振生成和操纵系统施加一系列RF脉冲和切换的磁场梯度，从而反转或激励核磁自旋、诱发磁共振、重聚焦磁共振、操纵磁共振、对磁共振进行空间编码以及其他方式的编码、使自旋饱和等，来执行MR成像。

更具体而言，梯度脉冲放大器103沿检查体积的x、y和z轴向全身梯度线圈104、105和106中的选定线圈施加电流脉冲。数字多通道RF频率发射器107经由两个RF驱动端口119、120向全身体积RF线圈109发射RF脉冲或脉冲包，从而向检查体积中发射RF脉冲。

典型的MR成像序列包括彼此一起发生的短持续时间的RF脉冲段的包，并且任意施加的磁场梯度实现对核磁共振的选定操纵。所述RF脉冲用于使共振饱和、激励共振、反转磁化、重聚焦共振或者操纵共振，并且选择定位在检查体积中的身体110的部分。还通过全身体积RF线圈109拾取MR信号。

为了借助并行成像生成身体110的有限区域的MR图像，邻近所选定的要成像的区域放置一组局部阵列RF线圈111、112、113。阵列线圈111、112、113能够用于接收由身体线圈RF发射诱发的MR信号。

在所描述的实施例中由阵列RF线圈111、112、113拾取并且由优选包括前置放大器（未示出）的接收器114解调所得到的MR信号。经由开关108将接收器114连接至RF线圈111、112和113。

主计算机115控制梯度脉冲放大器103和发射器107，以生成多种MR成像序列中的任何序列，诸如回波平面成像（EPI）、回波体积成像、梯度和自旋回波成像、快速自旋回波成像等。对于选定的序列而言，接收器114接收跟随每个RF激励脉冲快速演替的单条或者多条MR数据线。数据采集系统116对接收到的信号执行模数转换，并将每条MR数据线转换成适于进一步处理的数字格式。在新型的MR装置中，数据获取系统116是专门用于原始图像数据的采集的分立的计算机。

最后，由重建处理器117，采用傅里叶变换以及其他适当的重建算法，诸如SENSE或SMASH，将数字原始图像数据重建为图像表示。MR图像可以表现贯穿患者的平面片层、平行的平面片层的阵列、三维体积等。之后，将所述图像存储在图像存储器内，可以在所述图像存储器内对所述图像进行访问，从而例如经由提供所得到的MR图像的人可读显示的视频监视器118，将图像表示的片层、投影或者其他部分转换成可视化的适当格式。

继续参考图1并进一步参考图2、3和4，将针对以鸟笼式共振器作为RF线圈布置109的情况描述根据本发明的RF线圈布置109的非对称RF驱动。

图2、3、4示出了包括平行于主场轴z布置的多个横档1至16的鸟笼式共振器的横截面。所述鸟笼式共振器围绕所述MR装置1的检查体积。如在图2和图3中所描绘的，将患者的身体110以接近鸟笼式共振器的中心处的方式置于所述鸟笼式共振器之内。图2、3和4进一步示出了鸟笼式共振器的垂直对称轴201，其同时构成了患者的身体110的垂直对称轴。

图2示出了常规方案，其中，将RF驱动端口119和120连接至横档7和11，即相对于垂直轴201按照对称的方式连接。

图3示出了根据本发明的布置，其中，将两个RF驱动端口119和120连接至相对于RF线圈布置109的横截面的垂直轴201非对称定位的横档6和10。RF驱动端口6与10之间的角距离为90度。

图4示出了根据本发明的另一布置，其中，将所述RF驱动端口119和120连接至横档8和12，所述横档8和12再次相对于所述RF线圈布置109的横截面的垂直轴201非对称地定位。

图5中的图表示出了在不同的布置和应用中达到最佳RF均匀性所需的RF功率（单位为kW）。在图表501到506中的每个中，左边的列示出了第一发射通道中的RF功率，而中间的列示出了第二通道中的RF功率。右边的列示出了总RF功率需求。

图5中的图表501涉及使用如图3所示的本发明的配置进行人体（躯干）成像的情况，其中，将第一发射通道连接至RF驱动端口119，而将第二发射通道连接至RF驱动端口120。结果，为了获得最大RF均匀性，第一发射通道中的RF功率需求比第二通道中的RF功率需求小得多。实际上，第一通道中的RF功率合计不到4.0kW，而第二通道中的RF功率合计超过22.0kW。这种状况与图表502的情况类似。图表502示出了使用与RF驱动端口119、120（图3）相同的配置进行乳房成像的情况。再次，为了达到最佳的RF均匀性，第一发射通道中的RF功率比第二发射通道中的RF功率小得多。

在使用图2中所示的使RF驱动端口119和120相对于垂直轴201对称布置的常规配置时，情况将发生显著变化。图表503示出了身体（躯干）成像的情况。在这种情况下，第一发射通道中的RF功率还是小于第二发射通道中的RF功率。图表504涉及使用图2所示的配置进行乳房成像的情况。这里，情况发生了逆转。第一发射通道中的RF功率大于第二发射通道中的RF功率。

图表505和506也分别涉及身体（躯干）成像和乳房成像的情况。将RF驱动端口连接至横档8和12（图4）。从图505和506能够看出，RF功率需求也是非对称的，而且还对于不同的成像应用存在定性的区别。

从图5中的图表501和502能够看出，针对身体（躯干）成像和乳房成像的RF匀场总是会导致两个发射通道上的非对称RF功率分布，其中，在同一通道内会出现小的和大的RF功率需求。根据本发明，能够通过使用发射单元107为RF驱动端口119和120提供RF能量而对这一点加以利用，其中，发射单元107的发射通道包括具有不等的功率容量的RF功率放大器。对于图3所示的情况而言，第一发射通道中的RF功率放大器的功率容量能够小于第二发射通道中的RF功率放大器的功率容量的一半。总的安装RF功率能够降低至少25%。在实践当中，与图2图示的常规情况相比，降低系数可以高达35%。因而，本发明有助于降低总功率要求，并且由此降低相关的系统成本。

图6示意性示出了本发明的双通道RF发射单元107。采用发射单元107为RF线圈布置109提供RF功率。出于这一目的，将输出端口601和602连接至RF线圈布置109的RF驱动端口119和120。发射单元107包括两个发射通道，其中，每个发射通道包括RF功率放大器603、604。RF功率放大器603、604具有不等的功率容量。能够根据图5所示的图表，依据RF驱动端口119、120的相应布置，来选择两个RF功率放大器603、604的功率容量。经由转接器605将RF功率放大器603、604连接至输出端口601、602，通过所述转接器605使每个RF功率放大器603、604能够有选择地连接至多通道发射单元107的输出端口601、602之一。这种布置使得即使在图4中所示的布置中也能够采用图6所示的RF发射单元107。根据图5中的图表505和506，RF功率分布分别对于身体（躯干）成像和乳房成像而言是非对称的。然而，对于身体（躯干）成像和乳房成像而言，小的和大的RF功率需求出现在不同的通道中。转接器605使得能够在图4中所示的布置中使用RF发射单元107进行身体（躯干）成像和乳房成像。

在图7中示出了另一实施例，其中，RF发射单元107包括四个输出端口601、602、606、607。转接器605能够以能切换的方式将每个RF功率放大器603、604任意地连接至输出端口601、602、606、607之一。可以在将输出端口606和607连接至横档8和12的同时将输出端口601、602连接至横档6和10。在这种情况下，能够将图3中所示的布置用于身体（躯干）成像（参见图5中的图表501），同时能够将图4中所示的布置用于乳房成像（参见图5中的图示506）。其有利地实现了采用功率容量存在最显著不同的RF功率放大器603、604。放大器603的功率容量应当是22kW，而对于放大器604而言，只要4kW的功率容量就足够了。

在上面的描述中，提到了身体（躯干）成像和乳房成像作为示范性应用。然而，应当指出，还能够将本发明的方法和设备有利地用于头部成像、心脏成像、肝脏成像、四肢成像以及其他成像任务。

Claims

1.一种对置于MR装置(101)的检查体积中的患者的身体(110)的至少一部分进行MR成像的方法，所述方法包括如下步骤：

-使所述身体(110)的所述部分经受包括RF脉冲和切换的磁场梯度的成像序列，经由围绕所述检查体积的RF线圈布置(109)朝向所述身体(110)的所述部分发射所述RF脉冲；

-采集来自所述身体(110)的所述部分的MR信号；以及

-从所采集的MR信号重建MR图像，

其中，通过以不同的功率水平经由两个或更多个发射通道并行地向所述RF线圈布置(109)提供RF信号来发射所述RF脉冲，其中每个发射通道连接至所述RF线圈布置(109)的不同的RF驱动端口(119、120)，其中，每个发射通道包括RF功率放大器(603、604)，并且其中，不同发射通道的RF功率放大器(603、604)具有不同的功率容量，其中，所述RF线圈布置(109)是鸟笼式共振器，其包括平行于所述MR装置(101)的主场轴布置的多个横档(1-16)，其中，每个所述RF驱动端口(119、120)连接至所述鸟笼式共振器的不同横档(6、10)，其中，经由所述RF驱动端口(119、120)向相对于所述RF线圈布置(109)的横截面的水平轴和/或垂直轴(201)以非对称样式布置的两个或更多个横档(1-16)提供所述RF信号。

2.一种用于执行根据权利要求1所述的方法的MR装置，所述MR装置(1)包括：

-主磁体(102)，其用于沿主场轴在检查体积之内生成均匀稳定的磁场，

-若干梯度线圈(104、105、106)，其用于在所述检查体积之内沿不同的空间方向生成切换的磁场梯度，

-至少一个RF线圈布置(109)，其用于在所述检查体积之内生成RF脉冲，所述RF线圈布置(109)围绕所述检查体积并且包括连接至所述RF线圈布置(109)的共振器元件的两个或更多个RF驱动端口(119、120)，所述共振器元件相对于所述RF线圈布置(109)的横截面的水平轴和/或垂直轴(201)非对称地布置，其中所述RF线圈布置(109)是鸟笼式共振器，其包括平行于所述主场轴布置的多个横档(1-16)，其中，每个RF驱动端口(119、120)连接至所述鸟笼式共振器的不同横档(6、10)，

-发射单元(107)，其用于向所述RF线圈布置(109)发射RF信号，所述发射单元(107)具有两个或更多个发射通道，每个发射通道连接至所述RF线圈布置(109)的一个RF驱动端口(119、120)，并且其中，每个发射通道包括RF功率放大器(603、604)，并且其中，不同发射通道的RF功率放大器(603、604)具有不同的功率容量，

-控制单元(115)，其用于控制RF脉冲和切换的磁场梯度的时间演替，

-重建单元(117)，以及

-可视化单元(118)。

3.根据权利要求2所述的MR装置，其中，所述RF功率放大器(603、604)经由转接器(605)连接至所述RF驱动端口(119、120)，每个RF功率放大器(603、604)通过所述转接器能够有选择地连接至所述RF线圈布置(109)的所述RF驱动端口(119、120)之一。

4.根据权利要求2或3所述的MR装置，其中，一个发射通道的RF功率放大器(603、604)的功率容量至少是另一发射通道的RF功率放大器(603、604)的功率容量的两倍。