CN103323802B - 磁共振系统控制序列的确定 - Google Patents

Abstract

描述了用于确定包括至少一个将由磁共振系统（1）发射的高频脉冲串（MP）的磁共振系统控制序列（AS）的方法和控制序列确定装置（22）。在此采集当前的B₀图(ΔB₀)，以及可选地采集目标磁化（m）。此外采集k空间轨迹类型（kTT）。然后基于当前的B₀图(ΔB₀)和可选地基于目标磁化（m）借助解析函数来计算k空间中的误差密度(B_0,err(k))。所述解析函数依据当前的B₀图(ΔB₀)和/或可选地依据目标磁化（m）定义k空间中的误差密度(B_0,err(k))。在考虑k空间中的误差密度(B_0,err(k))的条件下确定具有预先给定的k空间轨迹类型（kTT）的k空间轨迹(k(t))。最后在高频脉冲优化方法中针对k空间轨迹(k(t))确定高频脉冲串（MP）。此外还描述了用于运行磁共振系统（1）的方法以及具有这样的控制序列确定装置（22）的磁共振系统（1）。

Description

磁共振系统控制序列的确定

技术领域

本发明涉及用于确定磁共振系统控制序列的方法和控制序列确定装置。此外本发明涉及用于在使用这样的磁共振系统控制序列的条件下运行磁共振系统的方法以及具有高频发射装置、梯度系统和控制装置的磁共振系统，所述控制装置被构成为发射高频脉冲串以基于预定的控制序列执行期望的测量并且与此协调地经由所述梯度系统发射梯度脉冲串。

背景技术

在磁共振断层造影系统（简称为“磁共振系统”）中，通常借助基本场磁系统将待检查体置于相对高的、诸如3或7特斯拉的基本磁场（所谓的B₀场）下。此外，借助梯度系统施加磁场梯度。然后经由高频发射系统借助合适的天线装置发射高频激励信号（HF信号），这应当导致特定的、通过该高频场激励起共振的原子或分子的核自旋以定义的翻转角相对于基本磁场的磁力线倾斜。所述高频激励或所导致的翻转角分布在下面也称为核磁化或简称为“磁化”。在核自旋的弛豫时，辐射出高频信号、即所谓的磁共振信号，它们被借助合适的接收天线接收，然后被进一步处理。最后由这样采集的原始数据可以重建出期望的图像数据。用于核自旋磁化的高频信号（所谓的B₁场）的发射大多是借助在设备中固定地围绕测量空间（患者隧道）设置的所谓的“全身线圈”来进行的。磁共振信号的接收大多是借助所谓的局部线圈来进行的，所述局部线圈被更密集地定位在患者的身体上。但是原则上也可以利用全身线圈来进行磁共振信号的接收和/或利用局部线圈来进行HF信号的发射。

对于特定的测量，在所谓的测量协议中定义具有待发射的高频脉冲串和与其协调的待开关的梯度脉冲串（具有在层选择方向上、在相位编码方向上和在读取方向上的匹配的梯度脉冲，通常是在z方向上、y方向上和z方向上）的控制序列以及其它控制预定量。该测量协议可以事先建立并且针对特定的测量例如从存储器中调用，并且必要时由操作者现场更改。然后在测量期间，全自动地基于该控制序列进行磁共振系统的控制，其中磁共振系统的控制装置从测量协议中读取命令并进行处理。

为了生成控制序列，大多是在优化方法中依据固定的“k空间轨迹”在时间上针对各个发射通道确定各个HF脉冲串，也就是HF轨迹，所述固定的“k空间轨迹”通常由测量协议或单独由操作者预先给定。“发射k空间轨迹”（下面仅简称为“轨迹”）是k空间中的通过调整在特定时间的各个梯度而到达的位置。k空间是位置频率空间，并且k空间中的轨迹描述在通过对梯度脉冲的相应开关来发射HF脉冲时在时间上所经过的k空间的路径。从而通过调整k空间轨迹可以确定特定的HF能量沉淀在哪些位置频率处。

为了生成控制序列，在此可以附加地在优化方法中考虑当前测量的B₁图（B₁-Map）和B₀图（B₀-Map），所述B₁图分别说明针对特定天线元件的空间B₁场分布，而所述B₀图空间分辨地表示B₀场与实际期望的均匀B₀场（即实际追求的拉莫尔频率）的偏共振或偏差。此外应用者为了规划HF脉冲序列通常预先给定目标磁化，例如期望的翻转角分布。然后利用合适的HF脉冲优化程序计算匹配的HF脉冲序列，从而达到目标磁化。在很多情况下，这是在期望的待检查视场（FoV，Field of View）或期望的待激励区域（FOE，Field of Excitation）中的尽可能均匀的磁化。

目前在新的方法中可能的是，在一个层内还选择性地激励完全特定的区域，例如二维的，也就是说特意追求非均匀的目标磁化。

按照上述方式确定二维高频脉冲序列（所谓的“2DRF脉冲”）的可能性在K.Setsompop等人的文章“Magnitude Least Square Optimization for Parallel RadioFrequency Excitation Design Demonstrated at7Tesla With Eight Channels”，Magn.Reson.Med.59:908-915,2008中描述。其中横向目标磁化展现在由空间线圈轮廓和多通道高频脉冲序列组成的线性矩阵方程组中，而且关于所出现的B₀图和B₁图以及所使用的k空间轨迹的信息也被引入该线性矩阵方程组中。然后针对特定的预先给定的目标磁化数值求解该方程组，以获得匹配的高频脉冲序列。

但是与具有恒定梯度的通常使用的轨迹相比—所述恒定的梯度被用于简单地层选择的激励，这样的一维、二维或多维k空间轨迹对于选择性激励来说具有明显更高的复杂度。由于该更高的复杂度，还存在在图像中形成伪影的更高风险，例如就因为这样的脉冲可能明显更长。因此，优选应当在优化方法的范围中在考虑特定的预定量的条件下（与HF脉冲序列一起）自动确定这种复杂的k空间轨迹。

发明内容

本发明的任务是说明一种用于确定磁共振系统控制序列的方法以及一种对应的控制序列确定装置，它们尤其是还能够非常快速和尽可能鲁棒地计算优化的k空间轨迹。

该任务一方面通过根据权利要求1的方法解决，另一方面通过根据权利要求10的控制序列确定装置解决。

在本发明的方法中，首先如在上面阐述的那样采集当前的B₀图。可选地还可以采集期望的目标磁化。然后采集k空间轨迹类型，例如通过从测量协议或从用户界面接收，操作者将k空间轨迹类型输入到所述用户界面中。在这样的k空间轨迹类型中，说明了k空间轨迹的种类，例如是否是螺旋轨迹、针对EPI序列（EPI=Echo Planar Imaging,回波平面成像）的直线轨迹、具有中心扭转的轮辐的径向轨迹等。由此首先仅说明基本类型。接着根据本发明基于当前的B₀图和可选地基于目标磁化借助解析函数或误差测度来计算k空间中的误差密度。所述解析函数依据当前的B₀图和可选地依据目标磁化来定义k空间中的误差密度。“误差测度”在此应当理解为k空间误差密度与B₀图或目标磁化之间的量化的函数关系。换句话说，误差测度包含在B₀图或目标磁化与查找的k空间误差密度之间的所给定的解析关系。

然后可以在考虑该误差密度的条件下，例如通过解析计算确定具有预先给定的k空间轨迹类型的k空间轨迹。在此优选可以例如这样来计算k空间轨迹，使得轨迹密度在其中k空间中的误差特别强的可能区域中（所谓的“误差热点”）尽可能地小，也就是说例如避免k空间中具有最强B₀非均匀效应的位置。在此，k空间轨迹的确定如下面还要详细阐述的那样如此来进行，即首先基于误差密度计算k空间轨迹密度，然后在此基础上来确定轨迹。在此，k空间轨迹密度应当理解为k空间中的不同轨迹彼此靠得有多紧，例如在EPI轨迹中两个相邻的平行分布的线有多密，或者在螺旋轨迹中一次旋转到下次旋转的轨迹彼此靠得有多紧，或者在径向轨迹中两个轮辐之间的角有多窄。

于是接着，在HF脉冲优化方法中，例如又基于预先给定的目标磁化、基于预先给定的B₁图等来针对k空间轨迹确定高频脉冲串。高频脉冲串的该确定可以像在常规方法中那样进行，在常规方法中在开始时同时固定地预先给定k空间轨迹，例如具有均匀的轨迹密度分布。

本发明方法最重要的一点在于，首先计算出误差密度，并由此提供确定性的测度，然后基于该确定性的测度可以计算或确定k空间轨迹。因此也就是说，不是在不知道这样的误差密度的情况下例如简单地在迭代方法中尝试确定优化的k空间轨迹，其中可能存在在该迭代方法期间达到局部最小值并由此获得次优轨迹的危险。代替地，首先基于起始数据确定实际存在的误差密度，从而可以如此来设定k空间轨迹，即在k空间中在误差特别大的所有位置处不太频繁地采样，也就是说将采样点的密度选择得较小，相反在误差很小的其它位置处实现更高的采样密度。

由此本发明的方法在计算方面特别快速，此外还特别鲁棒。这因此还总的导致速度优点并且导致在整个测量中图像质量得到改善。

本发明的控制序列确定装置一方面包括用于采集当前的B₀图、用于采集预先给定的k空间轨迹类型以及必要时用于采集预先给定的目标磁化的输入接口装置。这样的接口装置可以由多个不同的接口组成，这些接口分别采集所涉及的数据，或者也可以由组合的接口组成，所述组合的接口能够接收多个数据类型。在此，采集数据应理解为从磁共振系统的其它部件—例如用户界面或者从具有数据库的存储单元等—接收数据或从磁共振系统的测量装置和重建装置接收。相应地，输入接口装置可以例如是用于手动输入k空间轨迹类型和目标磁化的用户界面，尤其还是图形用户界面。但是，输入接口装置也可以是用于选择和接收来自设置在控制序列确定装置内部或者经由网络与该控制序列确定装置连接的数据存储器的数据，必要时还在使用用户界面的条件下的接口。

此外，控制序列确定装置需要误差密度计算单元来基于当前的B₀图和可选地基于目标磁化借助已经提过的解析函数计算k空间中的误差密度，以及轨迹确定单元来在考虑k空间中的该误差密度的条件下确定预先给定的k空间梯度类型的k空间轨迹。最后需要HF脉冲优化单元来确定针对k空间轨迹的高频脉冲串。此外，控制序列确定装置应当具有合适的控制序列输出接口，用于将控制序列转发给磁共振断层造影系统的其它控制单元。控制序列输出接口例如可以是将控制序列传送给磁共振控制装置以由此直接控制测量的接口，但是也可以是经由网络发送数据和/或存放在存储器中以用于稍后使用的接口。

在用于运行磁共振系统的本发明方法中，根据上面描述的方法确定控制序列，然后在使用该控制序列的条件下运行磁共振系统。相应地，开头所述类型的本发明磁共振系统具有前面描述的控制序列确定装置。

控制序列确定装置的主要部件可以按照软件部件的形式构成。这尤其涉及误差密度计算单元、轨迹确定单元和HF脉冲优化单元。同样，所述的接口可以至少部分地按照软件的形式构成，并且同样可以采用现有计算机的硬件接口。

由此本发明还包括一种计算机程序，其可以直接加载到控制序列确定装置的存储器中，具有程序代码片段，用于当程序在控制序列确定装置中执行时执行本发明的方法的所有步骤。这样的按照软件的实现具有以下优点：用于确定控制序列的目前的装置（例如在磁共振系统制造商的计算中心内的合适的计算机）也能通过实施该程序而以合适的方式被修改，以便以根据本发明的方式快速和鲁棒地确定优化的控制序列。

从属权利要求以及下面的描述包含本发明的特别有利的扩展和设计，其中尤其是一种类别的权利要求还可以类似于另一种权利要求类别的从属权利要求来扩展。

原则上可以仅基于B₀图计算误差密度，从而在该误差密度中考虑通过B₀场的非均匀性引起的频率偏差，即偏共振。于是目标磁化一般仅用于在所找到的k空间轨迹中确定匹配的高频脉冲串，从而实现目标磁化。但是在该方法的一种变形中，在计算误差密度时除了B₀图之外附加地还考虑目标磁化作为另外的部件。

优选的，可以基于当前的B₀图确定相位误差图，例如在考虑k空间轨迹的粗略估计的长度的条件下。该相位误差图是基于偏共振说明k空间中的可能误差热点的偏共振误差测度可能性。然后可以基于该相位误差图计算出误差密度。

经典地，高频脉冲经由仅一个发射通道发射，然后以合适的方式被馈入到全身线圈中。在此，例如可以将高频信号分开并且将振幅和相位彼此移动了90°并且对应地空间上错开的子信号馈入按照鸟笼天线构建的全身线圈中，使得然后发射圆形（仅相位）或椭圆形（振幅和相位）极化的、在优化情况下均匀的B₁场。

迄今在较新的磁共振系统中，可以让各个发射通道，例如鸟笼天线的各个笼条发射单独的、与成像匹配的HF信号。为此发射由多个单独的高频脉冲串组成的多通道脉冲串，这些单独的高频脉冲串可以经由不同的、独立的高频发射通道并行发射。这样的多通道脉冲串，由于各个脉冲的并行发射而也称为“pTx脉冲”，可以被用作激励脉冲、重聚焦脉冲和/或反转脉冲。用于在并行的激励方法中开发这样的多通道脉冲串的方法例如在W.Grissom等人的“Spatial DomainMethod for the Design of RF Pulses in Multicoil Parallel Excitation”,Mag.Res.Med.56,620-629,2006中描述。

本发明的方法在这样的pTx方法的范围中提供特殊的优点，从而优选也如此来采用该方法，使得根据本发明产生的磁共振系统控制序列包括具有多个单独的、从磁共振断层造影系统经由不同的、独立的高频发射通道并行发射的高频脉冲串的多通道脉冲串。于是特别优选的还基于B₁图来确定多通道脉冲串，所述B₁图分别说明各个发射通道的B₁场的分布。

但是，原则上本方法也可以与使用一个发射通道的经典方法和系统很好结合地采用，其中必要时也不精确地测量当前的B₁图，而是通过假设或建模给出当前的B₁图。

有利地，本发明的用于确定k空间轨迹的方法也可以与其它方法组合。

特别优选的，如此来确定k空间轨迹，使得k空间在借助所产生的磁共振系统控制序列来控制磁共振系统时被欠采样。这尤其是在使用pTx系统的情况下是有益的，因为于是通过灵巧的欠采样和同时使用并行的发射方法实现激励的加速并由此实现测量的加速。

从而例如在完全优选的变形中，k空间可以至少局部地按照规则的图案被欠采样，例如利用所谓的TX-SENSE方法（SENSE=sensitivity encoding，灵敏度编码）。在此，以特定的倍数，例如2倍、3倍、4倍均匀地对发射-k空间进行欠采样，并在此过程中并行地用对应数量的高频通道发射。尤其是在该方法中，对来自B₁图的信息的使用是有益的并且优选在以下条件下实行：不同通道的B₁图至少部分是正交的。

在另一种特别优选的方法中，k空间的欠采样至少局部地按照不规则的图案和/或随机地进行，这例如结合所谓的“压缩检测”方法实现。

为了能够执行极为不同的方法，优选还基于至少其它特定于检查或特定于检查类型的参数和/或基于特定于设备或特定于设备类型的参数来确定k空间轨迹。优选的，其中包括至少一个以下特定于设备的参数：

一方面发射通道的数量是令人感兴趣的，尤其是当例如应当在TX-SENSE方法的范围中进行欠采样时。

此外可以基于在磁共振断层造影系统内部最大可达到的和/或例如由于安全限制而容许的梯度振幅来确定k空间轨迹。

同样，可以在考虑最大可达到的和/或容许的梯度转换速率（也就是梯度脉冲的上升速率或下降速率，其对于患者同样可能是负担重的）的条件下确定k空间轨迹。

在实践中，B₀场分布可能随着时间动态变化，例如由于设备的不稳定和/或患者/受检者的运动和生理现象（例如呼吸，心跳）。由此可能出现成像时的典型不稳定问题并且出现伪影，尤其是在功能成像（fMRI）以及在灌注成像和扩散成像时。因此特别优选的是在测量期间，也就是在其中通常完成多次拍摄、也就是经历多次测量序列的测量会话的范围中，重新采集当前的B₀图，并且基于此来针对至少一个随后在测量中使用的磁共振系统控制序列确定新的k空间轨迹。这例如可以按照规则的时间间隔重复，或者也可以按照不规则的间隔进行。同样也可以进行由事件控制的新测量，例如在通过MR信号（内部）或者利用外部传感器（例如运动传感器，磁场传感器）检测到时。

本发明的方法可以在任意轨迹类型的情况下使用，尤其是并且优选具有EPI轨迹或螺旋几何形状，但是也可以具有轮辐位置几何形状、径向几何形状或者自由形式几何形状。

特别优选的，高频脉冲串的计算在HF脉冲优化方法的范围内首先针对较低的目标磁化来进行。接着将在此过程中确定的多通道脉冲串尺度扩展到最终的目标磁化并且必要时还要事后校正一次。对于该措施利用了，对于小的磁化、也就是对于例如在0到5°之间的小的翻转角（在所谓的“低翻转范围”）来说磁化特性还是线性的。因此在该范围中用优化方法的计算显著更简单和更快速。如果对于该范围找到了优化的多通道脉冲串，则在随后的步骤中可以毫无问题地进行尺度扩展（Hochskalierung）。当例如针对最大α=5°的翻转角进行在低翻转范围中的计算并且实际的磁化应当以最大90°的翻转角α进行时，可以对应于该翻转角的比例将HF脉冲的振幅值乘以倍数18。在此过程中可能出现的误差接着可以在仿真的范围中确定并得到校正。

由于在本方法的范围中除了本发明对k空间轨迹的优化之外还可以借助常规的HF脉冲优化方法执行对优化高频脉冲串的确定，因此在此优选地还可以优化其它参数，尤其是涉及检查对象的物理HF负荷值的参数。例如，稍后还可以更改在吉洪诺夫正则化（Tikhonov-Regularisierung）内用于HF脉冲优化的参数，或者还可以稍后更改在优化的范围内的其它系统参数，例如最大梯度强度或边缘时间，以便由此也实现涉及SAR或SED值的优化结果。

附图说明

下面参照附图借助实施例再次详细阐述本发明。

图1示出本发明磁共振系统的实施例的示意图，

图2示出根据本发明用于确定控制序列的方法的实施例的可能流程的流程图，

图3示出根据本发明用于在按照图2的方法的范围内确定k空间轨迹的方法的实施例的可能流程的流程图，

图4示出根据现有技术的直线EPI轨迹的常见的在y方向上均匀密度的几何形状（上面的图）以及所属的k空间轨迹密度（下面的图形），

图5示出利用本发明的方法确定的优化的直线EPI轨迹的可能几何形状（上面的图）以及所属的k空间轨迹密度（下面的图形），

图6示出根据现有技术的螺旋形k空间轨迹的具有均匀斜率的常见几何形状（上面的图）以及所属的k空间轨迹密度（下面的图形），

图7示出利用本发明的方法确定的优化的螺旋形k空间轨迹的可能几何形状（上面的图）以及所属的k空间轨迹密度（下面的图形），

图8示出球体模的B₀图，

图9示出针对根据图8的球体模的目标磁化（激励轮廓），

图10示出在具有根据图9的激励轮廓的根据图8的球体模中利用常规EPI序列达到的磁化，

图11示出在具有根据图9的激励轮廓的根据图8的球体模中使用一个发射通道利用本发明优化的EPI序列达到的磁化，

图12示出在具有根据图9的激励轮廓的根据图8的球体模中使用两个发射通道利用本发明优化的EPI序列达到的磁化。

具体实施方式

在图1中粗略示意性地示出本发明的磁共振设备1。该磁共振设备一方面包括实际的磁共振扫描仪2以及位于该磁共振扫描仪内的检查空间8或患者隧道。卧榻7可以移动到该患者隧道8中，使得位于该卧榻上的检查对象O（患者/受检者）在检查期间可以被置于在磁共振扫描仪2内的、相对于设置在磁共振扫描仪内的磁系统和高频系统的特定位置处，或在测量期间还可以在不同的位置之间移动。

磁共振扫描仪2的主要部件是基本场磁铁3、具有磁场梯度线圈以在x、y和z方向上施加任意磁场梯度的梯度系统4、以及全身高频线圈5。可以经由全身线圈5接收在检查对象O中引发的磁共振信号，一般也利用该全身线圈发射用于引发所述磁共振信号的高频信号。但是通常，这些信号利用例如设置在检查对象O上或者检查对象O下方的局部线圈6来接收。所有这些部件原则上都是专业人员公知的，因此在图1中仅粗略地示意性示出。

全身高频线圈5在此以所谓的鸟笼天线的形式构建，并且具有数量为N的各个天线棒，这些天线棒与患者隧道8平行地分布并且均匀分布在围绕患者隧道8的外围上地设置。在端部，各个天线棒分别电容式地环形连接。各个天线棒在此可作为各个发射通道S₁,…,S_N单独地由控制装置10控制，也就是磁共振断层造影系统是有pTX能力的系统。但是要明确地指出，本发明的方法有利地也可以应用于仅具有一个发射通道的经典磁共振断层造影设备。但是由于本发明的方法在pTX序列的情况下提供特殊的优点，因此下面在不限制一般性的情况下只要没有提到其它的就基于这样的示例。

控制装置10可以是控制计算机，其也可以由多个必要时还在空间上分离并且经由合适的电缆等彼此连接的个体计算机组成。经由终端接口17将该控制装置10与终端20连接，操作者可以经由该终端20控制整个设备1。在当前的情况下，该终端20构成为具有键盘、一个或多个显示屏以及诸如鼠标等的其它输入设备的计算机，从而向操作者提供了图形用户界面。

控制装置10尤其是具有梯度控制单元11，该梯度控制单元还是由多个子部件组成。经由该梯度控制单元11，利用控制信号SG_x,SG_y,SG_z接通各个梯度线圈。所述控制信号是在测量期间设置在恰好设置的时间位置上并且具有恰好预先给定的时间走向的梯度脉冲。

控制装置10还具有高频发射/接收单元12。该高频发射/接收单元12同样由多个子部件组成，以便分别单独地并且并行地将高频脉冲输出到各个发射通道S₁,…S_N上，也就是在全身线圈的各个可控制的天线棒上。经由发射/接收单元12还可以接收磁共振信号。但是通常这是借助局部线圈6进行的。用该局部线圈6接收的原始数据RD被HF接收单元13读取和处理。由HF接收单元13或者由全身线圈借助HF发射/接收单元12接收的磁共振信号作为原始数据RD被传送给重建单元14，该重建单元从中重建出图像数据BD并且将该图像数据存储在存储器16中和/或经由接口17传送给终端20，从而操作者可以观察该图像数据。图像数据BD还可以经由网络NW存储和/或显示到其它位置并进行分析。只要局部线圈具有合适的切换单元，局部线圈就也可以连接到HF发射/接收单元，以便将局部线圈也用于发射。

梯度控制装置11、HF发射/接收单元12和用于局部线圈6的接收单元13分别协调地通过测量控制单元15控制。该测量控制单元通过对应的命令负责使期望的梯度脉冲串GP通过合适的梯度控制信号SG_x,SG_y,SG_z被发射出去，并且并行地控制HF发射/接收单元12，使得多通道脉冲串MP被发射出去，也就是说，在各个发射通道S₁,…S_N上并行地将匹配的高频脉冲提供到全身线圈5的各个发射棒上。此外必须负责使在匹配的时刻通过HF接收单元13读取在局部线圈6处的磁共振信号并进一步处理，或通过HF发射/接收单元12读取在全身线圈5处的可能的信号并进一步处理。测量控制单元15根据预先给定的控制协议P将对应的信号，尤其是多通道脉冲串MP预先给定到高频发射/接收单元12，以及将梯度脉冲串GP预先给定到梯度控制单元11。在该控制协议P中存放了必须在测量期间调整的所有控制数据。

通常，在存储器16中针对不同的测量存放多个控制协议P。这些控制协议可以由操作者经由终端20选择并在必要时更改，以便接着针对当前期望的测量提供匹配的控制协议P，测量控制单元15可以利用该控制协议P工作。另外，操作者还可以经由网络NW调用控制协议，例如从磁共振系统的制造商那里，并且然后必要时修改该控制协议并进行使用。

但是，这样的磁共振测量的基础流程和用于控制的所述部件是专业人员公知的，从而在细节上不再对它们进行赘述。另外，这样的磁共振扫描仪2以及所属的控制装置还可以具有多个其它部件，在此同样不详细阐述这些其它部件。在此要指出，磁共振扫描仪2还可以按照其它方式构造，例如具有侧面开放的患者空间，并且原则上高频全身线圈不必构造为鸟笼天线。

在此，在图1中还示意性示出本发明的控制序列确定装置22，其用于确定磁共振系统控制序列AS。该磁共振系统控制序列AS尤其是针对特定的测量包含具有梯度脉冲串GP的脉冲序列，以便在k空间中遍历特定的轨迹，并且包含与该脉冲序列协调的高频脉冲串，在此是多通道脉冲串MP，用于控制各个发射通道S₁,…S_N。磁共振系统控制序列AS在当前的情况下作为测量协议P的一部分产生。

控制序列确定装置22在此作为终端20的一部分显示，并且可以按照软件部件的形式在该终端21的计算机上实现。但是原则上控制序列确定装置22也可以是控制装置10本身的一部分，或者在单独的计算系统上实现，并且已经完成的控制序列AS、必要时还在完整的控制协议P的范围内、经由网络NW传送到磁共振系统1。当控制序列确定装置22本身是控制装置10的一部分或者经由快速连接与终端20或者与具有足够计算能力的合适的快速计算机连接时，在优选的情况下也可以在测量会话期间，也就是在患者检查进行期间基于当前的起始条件（例如经过更新的B₀图）确定当前的新控制序列。

控制序列确定装置22在此具有输入接口23。经由该输入接口23，控制序列确定装置22一方面获得预先给定在期望测量中的翻转角分布应当是如何的目标磁化m、k空间轨迹类型kTT、B₀图ΔB₀以及必要时还有其它输入参数，稍后还要结合图2详细阐述这些输入参数。

然后这样获得的数据只要需要就首先被转发给误差密度计算单元24，该误差密度计算单元按照稍后详细阐述的方式确定k空间中的误差密度。然后随后的轨迹确定单元25基于k空间中的该误差密度确定优化的k空间轨迹。接着在HF脉冲优化单元26中可以针对该轨迹确定优化的高频脉冲串MP。

然后这些数据经由控制序列输出接口27又被输出并且接着例如在控制协议P的范围中传送给控制装置10，在所述控制协议中还说明了用于控制磁共振系统1的其它预定参数（例如用于由原始数据重建图像的参数等）。如果在测量会话运行过程中更新控制序列AS，则这也可以存放在控制协议P中，从而自动由控制装置10在合适的时刻按照本发明的方式确定新的控制序列AS，或者例如由终端20或其它计算机进行请求。

下面借助根据图2的流程图以非常简单的示例来阐述本发明用于确定磁共振系统控制序列AS的方法的流程。

在步骤I中首先预先给定或接收在其他的方法中使用的不同参数。例如在步骤Ia中接收诸如发射通道的数目、最大转换速率（Slew-Rate）、最大梯度振幅等的特定于系统的参数，在步骤Ib中接收诸如待拍摄层的定位等特定于检查的不同参数，并且在步骤Ic中接收针对各个发射通道的B₁图。此外，可以在步骤Id中预先给定当前测量的B₀图ΔB₀，其如上所述反映了通过基本磁场的非均匀性引起的、取决于位置的偏共振。非均匀性尤其是还通过患者身体引起，并且可能例如在患者运动过程中改变。此外在步骤Ie中预先给定期望的目标磁化m。最后在步骤If中预先给定k空间轨迹类型kTT，例如是否是直线轨迹、螺旋轨迹、径向轨迹等。这可以通过所选择的控制协议来进行，因为轨迹通常取决于测量类型。不考虑其中在常规方法中预先给定精确的k空间轨迹而不仅仅是轨迹类型的步骤If，可以像在常规方法中那样进行其它输入或数据接收。这些方法步骤的顺序是任意的。

在步骤II中，根据本发明确定优化的k空间轨迹k(t)。该方法步骤稍后还要结合图3详细阐述。

然后在步骤III中自动进行高频脉冲串的设计，在此是多通道脉冲串的设计。在此，针对不同的发射通道开发单独的HF脉冲序列，也就是说，精确计算在哪个通道上必须发射哪种HF脉冲形状。这首先针对具有翻转角在5°以下的所谓“低翻转范围”进行，因为在该范围中磁化特性还是线性运行的。在此应用迭代的优化方法，因为所述迭代的优化方法被证明是特别合适的。具体地说，在此使用所谓的共轭梯度方法（CG方法）。但是原则上也可以采用其它优化方法，非迭代的优化方法也可以。

这可以利用任意方法进行。在很多目前公知的方法中，在此如此来进行优化方法，使得例如目标磁化与实际磁化之间的平方平均差（最小均方）被最小化。也就是说，搜索以下解：

min(m_ist-m²)(1)

在此，m是目标磁化，并且m_ist=A·b(t)是通过HF脉冲串b(t)达到的（理论）实际磁化，其中A是所谓的设计矩阵，由线性复数方程组组成，空间线圈轮廓和呈现的B₀图和B₁图以及所使用的k空间轨迹都引入该设计矩阵中。该设计矩阵例如在W.Grissom等人的“Spatial Domain Method for the Design of RFPulses in Multicoil Parallel Excitation”,Mag.Res.Med.56,620-629,2006中描述。b(t)是包含例如N个函数b_c(t)（对于每个发射通道c=1至N有一个函数）的向量。该方程例如在步骤IIIa中提出。如果方程（1）的解被找到，则作为结果给出针对所有现有发射通道的振幅依据时间的函数。但是，该方程的提出以及不同的解可能性都是专业人员公知的，在此不需要详细解释。可选地，也可以在使用迭代方法的条件下进行优化的求解，例如通过在步骤VIII中在求解该方程时改变待观察的边界条件，以实现针对患者的高频负荷的额外优化。

在优化步骤III结束时，给出针对低翻转范围获得的多通道脉冲序列和k空间轨迹。然后在步骤IV中对多通道脉冲序列进行尺度扩展，以达到实际上期望的目标磁化，该期望的目标磁化通常不在5°的翻转角范围中，而是一直到90°翻转角。这简单地通过将各个脉冲的振幅与期望的比例因子相乘来进行。

在步骤V中通过部分的布洛赫仿真校正在尺度扩展时可能出现的误差。这样的部分布洛赫仿真仅在脉冲序列内的各个时刻进行。在此，在使用布洛赫方程的条件下在仿真器中应用布洛赫方程来测试相应时刻的数据，对于该时刻应当进行检查，并由此计算所达到的磁化。然后可以发现与目标磁化的预定参数之间的偏差并且通过改变高频脉冲序列来进行对应较小的校正。

于是接着在步骤VI中还要通过时间上完整的布洛赫仿真对所找到的所有参数测试一次。在此检验用所述参数达到的磁化是否实际上与目标磁化对应。

于是最后在步骤VII中传送控制序列AS以进行临时存储或立即执行。

在图3中按照多个子步骤的形式更详细地示出步骤III，在该步骤中按照本发明的方式确定k空间轨迹k(t)。

在步骤IIa中，首先又示出对k空间轨迹类型kTT的接收，该k空间轨迹类型是在图2的步骤I11中采集的。步骤IIb代表从步骤Id接收当前的B₀图ΔB₀，步骤IIc代表从图2的步骤Ie接收目标磁化m。

在图3所示的优选方法中，在步骤IId中首先基于B₀图ΔB₀和在考虑具有所选择的k空间轨迹类型KTT的轨迹的估计的时间上的轨迹长度T_Puls的条件下根据下式计算相位误差图即取决于相应位置x的时间上的平均相位误差：

该步骤IId与在步骤IIa、IIb和IIc中一样还在图像空间或位置空间中进行。然后在步骤IIe中，基于目标磁化计算k空间中的误差密度B_0,err(k)。

B_0,err(k)=Φ_error(k)·FT(m(x)-m_mean)(3)

在此

是k空间中的相位误差密度Φ_err(k)，其通过对根据方程（2）确定的位置空间中的相位误差进行傅立叶变换(FT)得到。第二项是在位置x处的目标磁化与平均磁化值m_mean之间的偏差的傅立叶变换。

方程（2）和（3）在此仅仅给出计算k空间中误差密度B_0,err(k)的示例。原则上也可以使用合适的其它解析函数：

B_0,err(k)=f(B₀(x),m(x))(5)

例如可以更改方程（2）并且代替时间上的平均相位误差计算取决于相应位置x的最大相位误差。

同样，基于方程（3）已经可以规定特殊情况。从而针对所有位置x将用于方程（3）中的计算的目标磁化设置为1，也就是说，不考虑目标磁化。在这种情况下方程（3）减小为：

B_0,err(k)=Φ_error(k)(3a)

也就是说，稍后对优化轨迹的计算仅仅基于相位误差来进行。

然后在步骤IIf中基于误差密度首先根据下式

$k_{\mathrm{dens}}\left(k\right)=\frac{1}{(B_{0,\mathrm{err}}\left(k\right)\·r)}---\left(6\right)$

确定k空间密度k_dens(k)，该k空间密度是对k空间中位置k处的k空间轨迹有多密集的度量。在方程7中r是缩减因子，通过该缩减因子对误差密度最后影响轨迹的强烈程度加权。

为了使仅大的误差密度影响轨迹并且轨迹仍然保持相对光滑，可以首先用阈值来对误差密度“过滤”。

B_{0,err_thr}(k)=B_0,err(k)>thr(7)

在这种情况下根据下式计算k空间密度k_dens(k)。

$k_{\mathrm{dens}}\left(k\right)=\frac{1}{(B_{0,\mathrm{err}\_\mathrm{thr}}\left(k\right)\·r)}---\left(8\right)$

在此要指出，对k空间密度k_dens(k)的计算不一定二维地进行，也就是说，对于二维k空间，例如在x和y方向上也可以借助本发明的方法来确定仅一个方向（例如在y方向上）的轨迹密度。但是原则上，本发明的方法不仅能在一维和二维中使用，而且还能在三维k空间中使用。

于是接着在步骤IIh中，基于k空间轨迹密度k_dens(k)来计算具有在步骤IIa中预先给定的轨迹类型kTT的优化k空间轨迹k(t)。可选地，事先可以在步骤IIg中使得产生欠扫描的k空间轨迹，例如在TX-SENSE方法的范围中。然后如前面已经结合图2阐述地那样使用在步骤IIh中确定的k空间轨迹k(t)，以便在那里描述的方法步骤III中确定优化的高频脉冲串。

下面借助图4至图7给出两个确定优化k空间轨迹的示意性示例。

图4和图5在此涉及直线EPI轨迹。

在此图4示出根据现有技术的这样的EPI轨迹。二维k空间中的该轨迹绘制在x/y平面中，其中针对y梯度k_y的方向水平延伸，而针对x梯度k_x的方向竖直延伸。但是这种取向是随意的。在此，经典的EPI轨迹从左下方（在此该EPI轨迹在时刻t=0时开始）首先在x方向上向上，然后在y的方向上跳跃具有线距Δk_y的步长，然后再次与第一线平行地向下延伸。通过这种方式k空间曲折形地从最大k_y值（也就是在y方向上的k空间最大值）在负方向-k_y ^max上一直穿越到正方向k_y ^max上的相同值，也就是说k空间的原点在中心（=坐标交叉的原点）。通常，在k空间轨迹的垂直延伸的线之间的线距Δk_y在k空间轨迹的整个长度上分别相同，也就是说Δk_y是恒定的，并且简单地通过k空间从点-k_y ^max至点k_y ^max的总长度除以线的数目-1来得到。因此最后，间距Δk_y通过线的数目或激励场（Field of Excitation，FoE）来确定。在下部的图形中示出y方向上的相对k空间密度k_y,dens，而且涉及与均匀的间距Δk_y对应的值1。

在数学上可以如下描述所述轨迹：

k(t)=(k_x(t),k_y(t))(9)

在此，通过下式给定该轨迹在x方向上的一行的各个部分：

$k_X\left(t\right)=\frac{\mathrm{\γ}}{4\mathrm{\π}}\left\{\begin{array}{cc}{S}_R{(t+t_2)}^2-G_x(t_1-t_2)& t\∈[-t_2,-t_1)\\ 2G_{x}t& t\∈[-t_1,t_1)\\ 2G_x{t}_1+2S_R{t}_2(t+t_1)-2S_R(t_1^2-t^2)& t\∈[t_1,t_2)\end{array}\right.---\left(10a\right)$

在此，G_x是梯度在x方向上的振幅，S_R是梯度在x方向上的转换速率，所述梯度实际上在时间t上大多是梯形延伸的，并且在该示例方程中从起点-t₂以上升的振幅一直延伸到点-t₁，然后（在梯度脉冲的“平顶”上）以恒定的振幅G_x一直延伸到时刻t₁，并且从那里以下降的振幅一直延伸到时刻t₂。

y方向上的部分通过下式给定：

$k_y\left(t\right)=-k_y^{\max }\·i_1\·\mathrm{\Δ}{k}_y\·t_{\mathrm{esp}}---\left(10b\right)$

t_esp是所谓的回波间隔时间，i_l是恰好在x方向上穿越的行的行号。

图5比较地示出用本发明的方法优化的k空间轨迹。

为此首先参照利用本发明的方法确定的在y方向上的相对k空间密度k_y,dens，其还是在位于下部的图形中示出。如这里所示，在轨迹开始时y方向上的k空间密度k_y,dens就已经下降到一半，然后上升到两倍值并且在中间区域中位于1的“正常”值。与此对称地，在k空间的正y区域中示出相同的图形。然后与该计算的k空间密度k_y,dens对应地，轨迹k(t)的线恰好在具有更高密度的区域中更紧密，也就是恰好是中间区域中的两倍那么紧密，并且在具有更低密度的区域中更少，也就是相隔恰好是中间区域中或根据图4的经典轨迹中的两倍那么远。

在数学上还是可以用方程（9）和（10a）来描述这样的轨迹。只是方程（10b）必须由下面的方程代替：

$k_y\left(t\right)=-k_y^{\max }\·i_1\·\frac{1}{k_{\mathrm{dens}}}\·t_{\mathrm{esp}}---\left(10b^{\′}\right)$

如下面还要借助示例示出的，通过k空间轨迹的这种优化可以产生显著更精确的激励图案。

图6和图7示出类似的示例，但是现在是针对螺旋轨迹的。在此图6示出具有均匀螺距的螺旋轨迹，也就是说，没有本发明的优化。在此，轨迹从k空间坐标系的原点开始，也就是从k空间中心开始，并且进行5次旋转，直到该轨迹最后达到最大值k_y ^max。沿着y轴，两个旋转线之间的间距分别相同=Δk_y。在数学上，可以如下来描述k空间中以极坐标表示的这样的螺旋：

k(t)=λ(t)·Θ(t)(11)

也就是说，k_x=k·cosθ和k_y=k·cosθ。对该轨迹也在其下方再次绘出y方向上的相对k空间密度k_y,dens，在此该相对k空间密度恒定地位于1附近。

为了比较，图7示出具有沿着y方向变化的密度的螺旋形轨迹。为此，相对密度k_y,dens再次在下部的图中绘出，并且在上方示出这样的螺旋：其首先在中间区域中与最初的螺旋一样具有为1的密度k_y,dens，然后具有两倍密度k_y,dens并且向外首先不太密集，以便然后又达到值1。对应地，将螺距选择为，使得线的密度k_y,dens在与y轴k_y相交时与所选择的密度k_y,dens对应地靠在一起。在数学上可以如下来描述这样的螺旋：

k(t)=λ(t,k_dens)·Θ(t)(11')

其中第一因子λ(t,k_dens)例如在线距Δk_y已知的情况下对不同的旋转也能在数学上计算出来。

最后借助图8至图12再次描述本发明方法的优点。

为此，图8首先示出球体模的典型B₀图ΔB₀。在此示出偏共振，即位于相应位置的实际磁共振频率与实际预先给定的拉莫尔频率之间的偏差，该拉莫尔频率是在理想的均匀B₀场的情况下在每个位置给出的。在此，该说明以常见的方式以赫兹为单位进行，其中显示以灰度级进行，可以在并排的刻度处读取灰度级的值。

如从图8中可以看出，该体模示出明显的偏共振。

在图9中示出理论上计算的目标磁化。在该体模中应当仅激励起一个具有尽可能精确限制的中间条纹，该条纹尽可能直线地竖直穿过体模延伸。

图10示出具有未优化的EPI序列的实际达到的磁化。另外在图10中以虚线示出实际规划的目标磁化。如从图10中可轻松看出的，强烈的偏共振导致实际达到的磁化的显著失真。

与此相比较，图11示出利用基于本发明优化的k空间轨迹的控制序列所达到的磁化。在此利用仅一个发射通道被激励的方法来工作。在此天线以CP模式（圆偏振模式）运行。

图12示出与优化的k空间轨迹的另一种比较，其中在此用两个独立的通道进行激励，也就是使用双通道pTX方法。

如图11和图12明显示出的，利用本发明的方法可以通过非常简单的方式达到对期望目标磁化的显著改善的、更精确的激励，并且既可以利用仅具有一个通道的简单的激励系统又可以利用pTX方法。

如通过实验总的来说可以示出的，本发明的k空间轨迹确定方法基于确定性的解析计算的、基于B₀图的误差测度结合当前的目标磁化提供了相对于未优化的激励方法的显著改善。在此，本发明的方法具有以下优点：不需要附加的搜索优化，因此可以特别快速和直接地计算。原则上也不需要附加的硬件，而是该方法原则上可以通过对常规磁共振断层造影系统（尤其是还有单通道磁共振断层造影系统）上的控制软件的合适更新来实施。图像和激励质量得到显著改善，并且显著减少由于B₀非均匀性导致的误差。

最后还要再次指出，前面详细描述的方法和结构是实施例，并且基本原理也可以在宽的范围中由专业人员更改，而不会脱离本发明的范围，只要是通过权利要求预先给定的。出于完整性的缘故还要指出，不定冠词“一”或“一个”的使用不排除所涉及的特征也可能是多重存在的。同样术语“单元”也不排除它由多个部件组成，这些部件必要时也可以在空间上是分散的。

Claims (14)

1.一种用于确定磁共振系统控制序列(AS)的方法，该磁共振系统控制序列包括至少一个将由磁共振系统(1)发射的高频脉冲串(MP)，具有以下步骤

-采集当前的B₀图(ΔB₀)，

-采集k空间轨迹类型(kTT)，

-基于当前的B₀图(ΔB₀)借助解析函数来计算k空间中的误差密度(B_0,err(k))，所述解析函数依据当前的B₀图(ΔB₀)定义k空间中的误差密度(B_0,err(k))，

-在考虑k空间中的误差密度(B_0,err(k))的条件下确定具有预先给定的k空间轨迹类型(kTT)的k空间轨迹(k(t))，

-在高频脉冲优化方法中针对k空间轨迹(k(t))确定高频脉冲串(MP)。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

-采集目标磁化(m),

-基于目标磁化(m)借助解析函数来计算k空间中的误差密度(B_0,err(k))，所述解析函数依据目标磁化(m)定义k空间中的误差密度(B_0,err(k))。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，基于当前的B₀图(ΔB₀)确定相位误差图并且基于该相位误差图计算出误差密度(B_0,err(k))。

4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，磁共振系统控制序列(AS)包括具有多个单独的、由磁共振系统(1)经由不同的、独立的高频发射通道(S₁,…,S_N)并行发射的高频脉冲串的多通道脉冲串(MP)。

5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，通过以下方式来确定k空间轨迹(k(t))，使得k空间在借助磁共振系统控制序列(AS)来控制磁共振系统时被欠采样。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，k空间至少局部地按照规则的图案被欠采样。

7.根据权利要求5的方法，其特征在于，k空间至少局部地按照不规则的图案和/或随机地被欠采样。

8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，基于至少一个特定于检查的参数和/或基于特定于设备的参数来确定k空间轨迹。

9.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，基于以下特定于设备的参数之一确定k空间轨迹：

-发射通道的数量，

-最大梯度振幅，

-最大梯度转换速率。

10.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在测量期间，重新采集当前的B₀图(ΔB₀)，并且基于此来针对随后在测量中使用的磁共振系统控制序列(AS)确定新的k空间轨迹(k(t))。

11.一种用于运行磁共振系统(1)的方法，其中首先在根据权利要求1至10之一的方法中确定控制序列(AS)，然后在使用该控制序列(AS)的条件下运行磁共振系统(1)。

12.一种用于确定磁共振系统控制序列(AS)的控制序列确定装置(22)，该磁共振系统控制序列包括至少一个将由磁共振系统(1)发射的高频脉冲串(MP)，

-具有用于采集当前的B₀图(ΔB₀)、用于采集k空间轨迹类型(kTT)以及用于采集目标磁化(m)的输入接口装置(23)，

-误差密度计算单元(24)，用于基于当前的B₀图(ΔB₀)借助解析函数计算k空间中的误差密度(B_0,err(k))，所述解析函数依据当前的B₀图(ΔB₀)定义k空间中的B₀场误差密度(B_0,err(k))，

-轨迹确定单元(25)，用于在考虑k空间中的B₀场误差密度(B_0,err(k))的条件下确定预先给定的k空间梯度类型(kTT)的k空间轨迹(k(t))，

-高频脉冲优化单元(25)，用于确定针对k空间轨迹(k(t))的高频脉冲串(MP)。

13.根据权利要求12的控制序列确定装置(22)，其特征在于，所述误差密度计算单元(24)还被构造为，用于基于目标磁化(m)借助解析函数计算k空间中的误差密度(B_0,err(k))，其中所述解析函数依据目标磁化(m)定义k空间中的B₀场误差密度(B_0,err(k))。

14.一种磁共振系统(1)，具有高频发射装置、梯度系统(4)和控制装置(15)，所述控制装置构成为为了基于预先给定的控制序列(AS)执行期望的测量，发出高频脉冲串，并且与此协调地经由梯度系统发出梯度脉冲串(GP)，其特征在于根据权利要求12或13的控制序列确定装置(22)，用于确定控制序列并且将该控制序列传送给控制装置(15)。