CN104055517B - 一种磁共振成像设备和磁共振扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种磁共振成像设备和磁共振扫描方法，在进行磁共振全身扫描前无需手动摆放各局部线圈，在扫描时直接使用可移动线圈装置(3)和固定线圈装置(102)自动靠近或贴合当前需要扫描的部分接收射频信号，可以减少在进行磁共振全身扫描前安置患者，摆放线圈的时间，提高磁共振系统的使用效率，自动摆放线圈可以减少医生的工作量，并且由于对患者上体扫描时局部线圈之间没有拼接应用，避免了由于线圈之间的磁耦合造成的信噪比下降的问题。

Description

一种磁共振成像设备和磁共振扫描方法

【技术领域】

本发明涉及磁共振成像(MRI，Magnetic Resonance Imaging)技术领域，尤其涉及一种磁共振成像设备和磁共振扫描方法。

【背景技术】

磁共振成像的基本原理为：人体组织内的一些含单数质子的原子，例如氢原子能够自旋运动，并产生磁矩，可以看为一些小磁体，正常状态下，该些小磁体的自旋方向排列无规律，但在固定主磁场作用下会产生定向排列；此时，当外加一个和主磁场相同频率的射频脉冲时，这些氢原子吸收一定能量而产生共振，自旋方向在射频脉冲作用下发生偏转，呈规律排列，即发生了磁共振现象；射频脉冲消失后，这些氢原子都将恢复到原来的状态，在恢复过程中，释放能量及改变自旋方向，此时对这些氢原子产生的信号进行采样，然后利用这些采集的信号进行图像重建，就可以得到人体组织的图像。

上述过程中，射频线圈按照功能可以分为用于发射射频信号的射频发射线圈以及采集磁共振信号的射频接收线圈。射频接收线圈必须尽量靠近患者才能获得较高的信噪比，提高成像质量，因此射频线圈按照结构又可以分为体射频线圈和局部(射频发射)线圈，体射频线圈与磁共振系统结合，可以通过开关或切换按钮将体射频线圈切换到发射或接收射频信号的状态；由于体射频线圈距离患者较远，不能获得较高的信噪比，因此设计出了适用于人体各个部位的局部线圈，例如头部线圈(头颈线圈)、脊柱线圈、腹部线圈、下肢线圈等等，局部线圈一般为射频接收线圈，在扫描时将这些局部线圈包覆于人体的各个部位，更靠近扫描部位因此能获得更高的信噪比。然而，在现有的磁共振全身扫描过程中，要在扫描前一一布置这些局部线圈，所需时间较长。

现有的用于全身扫描的磁共振成像设备如图1所示，局部线圈包括头部线圈101，脊柱线圈102，腹部线圈103，下肢线圈104，磁共振成像设备还包括磁体54，梯度线圈组50，体射频线圈56以及病床47。

在进行磁共振全身扫描时，一般是先布置患者背部的局部线圈，通常是脊柱线圈102，再将患者安置在病床47上，合拢头部线圈101，然后在患者身上覆盖各种局部线圈做到全身覆盖：一般上身用腹部线圈103，由于线圈的尺寸限制，对成年人扫描时会用连用两个腹部线圈103进行扫描；对于腿部，一般会优先选用下肢线圈104，整个安置患者及摆放局部线圈的过程通常需要花费10～15分钟时间。

该全身扫描方法的缺陷在于：医生需要手动摆放及布置这些局部线圈，安置患者及摆放局部线圈的时间较长，使得磁共振系统的使用效率过低；由于两个腹部线圈拼接应用并部分重叠，会造成线圈之间的磁耦合，从而降低了的信噪比。

为了提高磁共振系统的使用效率，现有的某些磁共振系统配置有两个病床，医生在对上一个患者进行扫描的过程中就对接下来的患者做安置及摆放线圈，这对病床的设计，病床与系统的接口设计提出更高的要求，并且医生仍然必须手动安置患者及摆放线圈，医生的工作量仍然较大。

因此，需要提出一种新的技术方案，能够减少安置患者及摆放局部线圈的时间，提高磁共振系统的使用效率，减少医生的工作量，并且避免由于腹部线圈部分重叠引起磁耦合造成的信噪比下降。

【发明内容】

本发明解决的问题是要提出一种新的磁共振成像设备和磁共振扫描方法，提高磁共振系统的使用效率，减少医生的工作量并且避免由于局部线圈部分重叠造成的信噪比下降问题。

为了解决上述问题，本发明提出一种磁共振成像设备，包括：

病床，用于安置患者；

定位单元，用于控制所述病床的移动及定位；

体射频线圈，用于发射及接收射频信号；

局部线圈，所述局部线圈包括：

固定线圈装置，位于所述病床下方，用于覆盖当前需要扫描的部分的背面接收射频信号。

可移动线圈装置，位于所述病床上方，所述可移动线圈装置包括：

射频接收线圈，用于接收射频信号；

机械臂，用于移动所述射频接收线圈贴合当前需要扫描的部分的正面。

可选地，所述射频接收线圈为可形变的柔性绝缘材料包裹线圈单元组成。

可选地，所述可移动线圈装置与位于病床上方的体射频线圈相连；

所述固定线圈装置固定于位于病床下方的体射频线圈的上方。

可选地，所述可移动线圈装置还包括接口，所述接口和所述射频接收线圈位于机械臂的不同两端，所述位于病床上方的体射频线圈靠近病床的一端具有与之相对应的接口，所述可移动线圈装置通过接口与所述体射频线圈相连，所述接口用于传输信号。

可选地，所述局部线圈还包括头部线圈装置，安置于患者的头部接收患者头部的射频信号。

本发明还提出一种利用磁共振成像设备对患者进行磁共振扫描的方法，包括以下步骤：

(1)将患者安置于病床；

(2)所述定位单元控制所述病床移动，将当前需要扫描的部分置于磁体中心；使固定线圈装置靠近当前需要扫描的部分的背面；使用可移动线圈装置的机械臂移动射频接收线圈贴合当前需要扫描的部分的正面，该部分扫描完毕移开可移动线圈装置；

(3)判断是否扫描完所有的需要扫描的部分；若否，则重复上一步骤开始下一部分的扫描；若是，则结束扫描。

可选地，所述步骤(2)具体包括以下步骤：

将患者从颈部至小腿分为若干部分，使所述可移动线圈装置和固定线圈装置至少可分别覆盖每一个部分的正面和背面；

通过所述定位单元控制所述病床移动，将当前需要扫描的部分置于磁体中心；此时，固定于位于病床下方的体射频线圈的上方的固定线圈装置也靠近当前需要扫描的部分；

通过机械臂降下所述与位于病床上方的体射频线圈相连的可移动线圈装置的射频接收线圈，并贴合当前需要扫描的部分的正面，开始扫描该部分；

结束该部分的扫描，通过机械臂升起所述可移动线圈装置的射频接收线圈。

可选地，还包括以下步骤：

在进行扫描前先放置头部线圈装置；

将患者安置于病床并使头部置于所述头部线圈装置中，合拢头部线圈装置开始头部扫描，完成头部扫描后再开始步骤(2)中对患者除头部以外其他部分的扫描。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：

1)在进行磁共振全身扫描前无需手动摆放各局部线圈，在扫描时直接使用可移动线圈装置和固定线圈装置自动靠近或贴合当前需要扫描的部分接收射频信号，可以减少在进行磁共振全身扫描时安置患者，摆放线圈的时间，提高磁共振系统的使用效率；

2)在扫描时自动摆放线圈，减少了医生的工作量；

3)对患者上体扫描时没有局部线圈之间的拼接应用(如前所述，现有技术中同时使用两个腹部线圈对患者上体覆盖时，两个线圈之间部分交叠)，这就避免了由于线圈单元之间的磁耦合引起的信噪比下降的问题。

【附图说明】

图1是现有的磁共振成像设备的示意图；

图2是一个磁共振系统的示意图；

图3是本发明的一个实施例的磁共振成像设备的示意图；

图4是本发明的一个实施例的磁共振扫描方法的流程图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图2展示了包含本发明的磁共振系统10的主要部件，该系统是通过操作员控制台12进行控制，控制台12包括键盘和/或其他输入设备13、控制面板14以及显示屏16。控制台12通过连接部件18与一台独立的电脑系统20相连，电脑系统20可以使操作员能在显示屏16上控制图像的生成和显示。该电脑系统20包括通过背板20a进行互相沟通的若干模组，这些模组包括有图像处理器模组22、CPU模组24及内存模组26，内存模组26可以是业界熟知的用于存储图像数据组的帧缓冲器。电脑系统20与硬盘28和磁碟30连接，存储图像数据和程序，而且通过高速串行连接34与一独立控制系统32相连。

控制系统32包括通过一背板32a相互连接在一起的一组模组，所述模组包括CPU模组36、通过串行连接40与控制台12连接的脉冲发生器模组38。控制系统32通过串行连接40接收来自操作员的需要执行的扫描序列的指令。脉冲发生器模组38运行系统组件，执行指定的扫描序列，输出数据，例如：射频发射的射频脉冲的计时、强度、形状，射频接收的计时和数据采集窗口的长度。脉冲发生器模组38连接到一系列梯度放大器系统42，用于控制扫描过程中产生的梯度脉冲的时长和形状。脉冲发生器模组38能够从生理采集控制器44接收患者信息，所述生理采集控制器44通过连接到患者的若干不同的传感器采集信号，例如通过安装在患者身上的电极获取心电图信号。脉冲发生器模组38最终连接到扫描室接口电路46，扫描室接口电路46接收与病情和磁共振成像系统相关的传感器产生的信号。通过扫描室接口电路46，定位单元48接收指令，控制病床47移动患者到指定位置进行扫描。

脉冲发生器模组38产生的梯度波形被运用到具有Gx、Gy、Gz的梯度放大器系统42，每个梯度放大器激发梯度线圈组50中对应的一个梯度线圈，产生用于生成相应空间编码信号的磁场梯度。梯度线圈组50为磁组件52的一部分，磁组件52还包括有磁体54和体射频线圈56。控制系统32中的收发器模组58产生的脉冲被射频放大器60放大，通过发送/接收开关62与射频线圈56进行耦合。患者体内被激发的原子核发出的信号被射频线圈56感知到，然后通过发送/接收开关62传输到前置放大器64，放大的磁共振信号经过收发器模组58的接收部进行解调、过滤、数字化处理。发送/接收开关62可以被脉冲发生器模组38的信号控制，从而在发射模式下电性连接射频放大器60和体射频线圈56，在接收模式下，电性连接前置放大器64和体射频线圈56。发送/接收开关62能够使单独的射频线圈(例如表面线圈)在发射和接收的模式下使用。

体射频线圈56收集的磁共振信号经过收发器模组58进行数字化处理，然后传输到控制系统32中的存储模组66。当存储模组66获取一组原始的k-空间数据后，扫描结束。原始的k-空间数据被重新整理成与每个将被重建的图像对应的单独的k-空间数据组，每个k-空间数据组被输入到阵列处理器68，进行图像重建后结合磁共振信号，形成一组图像数据，图像数据通过串行连接34传输到电脑系统20，并保存在存储装置例如硬盘28中。与控制台12发出的指令相对应，所述图像数据可以长期存储起来，例如存储在磁碟30上，或者通过图像处理器22进行进一步处理并传送到控制台12，并在显示屏16上显示。磁共振系统还包括包裹于患者身体，用于接收磁共振信号的局部线圈(图中未画出)。

在本实施例中，用于全身扫描的磁共振成像设备如图3所示，图中示出了磁共振成像设备的磁体54，梯度线圈组50，局部(射频接收)线圈，病床47，定位单元48及体射频线圈561，562。

局部线圈包括头部线圈装置101，固定线圈装置(脊柱线圈)102和可移动线圈装置3。所述头部线圈装置101与现有的头部线圈结构相同，通常为头盔形状，在扫描前将头部线圈装置101置于患者头部，在扫描时先对患者头部进行扫描。

固定线圈装置102位于患者的背面，主要对患者的背面进行覆盖接收射频信号，固定线圈装置102被固定在位于病床47的下方的体射频线圈562的上方。这样，在扫描时移动病床使当前需要扫描的部分置于磁体中心时，固定线圈装置102也处于当前需要扫描的部分的中心位置。

在本实施例中，可移动线圈装置3位于患者的正面上方，体射频线圈561的中央位置，用于贴合患者的正面接收射频信号，所述可移动线圈装置3与位于所述病床上方的体射频线圈561相连。

其中，可移动线圈装置3包括射频接收线圈301，机械臂302和接口303，所述射频接收线圈301和接口303位于所述机械臂302的不同两端。

所述射频接收线圈301位于靠近病床47的一端，为柔性线圈，即射频接收线圈301为可以形变的柔性材料制成，线圈单元分布于柔性材料上，柔性材料的使用使得射频接收线圈301可以与患者身体的各个部位有良好的贴合，能获得较高的信噪比。

可移动线圈装置3通过接口303与位于病床上方的体射频线圈561相连，所述接口303可以用来传输信号及提供可移动线圈装置3的电力，体射频线圈561上设置有与所述接口303相对应的接口，位于体射频线圈561的机械筒壁上远离体射频线圈56的天线位置的一端，即靠近病床47的一端。可移动线圈装置3也可以通过其他方式与体射频线圈561相连，本发明对此不作限制。

可移动线圈装置3也可以与磁共振系统的其他部件相连，只要在扫描时可以移动所述可移动线圈3将其贴合患者当前需要扫描部分的正面即可，本发明对此不作限制。

在本实施例中，磁共振成像设备还包括病床47及定位单元48，定位单元48可以控制病床47的移动及定位(通常是将当前需要扫描的部分置于磁体中心)。

使用如图3所示的磁共振成像设备对患者做全身扫描可以减少医生放置线圈、安置患者的时间，提高磁共振系统的使用效率、减少医生的工作量，并且避免由于线圈之间的拼接应用产生磁耦合造成的信噪比下降的问题。

本实施例的磁共振扫描方法的具体流程如图4所示，适于对患者进行全身扫描。

执行步骤S01：放置头部线圈装置101，安置患者于病床47，使患者的头部置于头部线圈装置101中。

执行步骤S02：自动合拢头部线圈装置101，使头部置于磁体中心。安置患者后，不需要定位，可以一键使头部线圈装置101位于磁体中心，这个功能由软件控制病床47来实现。

执行步骤S03：医生设置扫描协议，选择头部线圈装置101对头部进行扫描，也可以把头部线圈装置101和颈部线圈结合做成头颈线圈，进行头颈部的扫描；

执行步骤S04：头部扫描完毕，将患者从颈部至小腿分为若干部分，使可移动线圈装置3和固定线圈装置102至少可以分别覆盖每一个部分的表面，医生设置扫描协议开始进行对患者躯干和下肢的扫描；

执行步骤S05：定位单元48控制移动病床47使患者当前需要扫描的部分置于磁体中心，机械臂302降下射频接收线圈301贴合当前需要扫描的部分开始扫描，该部分扫描完毕，机械臂302升起射频接收线圈301；

执行步骤S06：判断是否扫描完所有的部分。若否，则重复步骤S05开始下一部分的扫描；若是，则执行步骤S07；

执行步骤S07：移出病床47，结束该次全身扫描。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种磁共振成像设备，其特征在于，包括：

病床，用于安置患者；

定位单元，用于控制所述病床的移动及定位；

体射频线圈，用于发射及接收射频信号；

局部线圈，所述局部线圈包括固定线圈装置和可移动线圈装置，其中：

固定线圈装置，位于所述病床下方，用于覆盖当前需要扫描的部分的背面接收射频信号；

可移动线圈装置，位于所述病床上方，所述可移动线圈装置包括：

射频接收线圈，用于接收射频信号；

机械臂，用于移动所述射频接收线圈贴合当前需要扫描的部分的正面；所述可移动线圈装置还包括接口，所述接口和所述射频接收线圈位于机械臂的不同两端，位于所述病床上方的所述体射频线圈靠近病床的一端具有与之相对应的接口，所述可移动线圈装置通过接口与所述体射频线圈相连，所述接口用于传输信号及提供所述可移动线圈装置的电力；所述可移动线圈装置的接口位于机械臂上并邻近所述体射频线圈，且可移动线圈装置的接口与体射频线圈中与之相对应的接口相耦合。

2.如权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述射频接收线圈为可形变的柔性绝缘材料包裹线圈单元组成。

3.如权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述局部线圈还包括头部线圈装置，安置于患者的头部接收患者头部的射频信号。

4.一种利用如权利要求1～3任一项所述的磁共振成像设备对患者进行磁共振扫描的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将患者安置于病床；

(2)所述定位单元控制所述病床移动，将当前需要扫描的部分置于磁体中心；使固定线圈装置靠近当前需要扫描的部分的背面；使用可移动线圈装置的机械臂移动射频接收线圈贴合当前需要扫描的部分的正面，该部分扫描完毕移开可移动线圈装置；

(3)判断是否扫描完所有的需要扫描的部分；若否，则重复上一步骤开始下一部分的扫描；若是，则结束扫描。

5.如权利要求4所述的磁共振扫描方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下步骤：

将患者从颈部至小腿分为若干部分，使所述可移动线圈装置和固定线圈装置至少可分别覆盖每一个部分的正面和背面；

通过所述定位单元控制所述病床移动，将当前需要扫描的部分置于磁体中心；此时，固定于位于病床下方的体射频线圈的上方的固定线圈装置也靠近当前需要扫描的部分；

通过机械臂降下所述与位于病床上方的体射频线圈相连的可移动线圈装置的射频接收线圈，并贴合当前需要扫描的部分的正面，开始扫描该部分；

结束该部分的扫描，通过机械臂升起所述可移动线圈装置的射频接收线圈。

6.如权利要求4所述的磁共振扫描方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在进行扫描前先放置头部线圈装置；

将患者安置于病床并使头部置于所述头部线圈装置中，合拢头部线圈装置开始头部扫描，完成头部扫描后再开始步骤(2)中对患者除头部以外其他部分的扫描。