CN104914388B - 磁共振装置的噪声优化 - Google Patents

Abstract

描述一种用于选择优化方法的方法(200)。其中确定多个通过不同优化方法所产生的脉冲序列段的频谱。根据各自的确定的频谱和MR扫描仪(2)的传递函数确定各自的通过不同优化方法所产生的脉冲序列段的全谱。为各个脉冲序列段选择具有关于判据最适合分配的全谱的优化方法。此外描述一种用于选择优化方法的设备(24)，具有频谱确定单元(25)，用于确定多个通过不同优化方法所产生的脉冲序列段的频谱。设备(24)还具有全谱确定单元(26)，用于根据各自的确定的频谱和MRT扫描仪(2)的传递函数确定各自的通过不同优化方法所产生的脉冲序列段的全谱。设备(24)包括选择单元(27)，用于为各个脉冲序列段选择具有关于判据最适合地分配的全谱的优化方法。

Description

磁共振装置的噪声优化

技术领域

本发明涉及用于选择优化方法的方法和磁共振装置的相应的设备。

此外，本发明涉及具有高频发送系统、梯度系统和控制装置的磁共振装置，所述控制装置构造为用于根据预先给定的脉冲序列执行希望的测量而控制高频发送系统和梯度系统，并且该控制装置具有脉冲序列优化装置。

背景技术

在也称为磁共振断层摄影系统的磁共振装置中，通常借助基本磁场磁体系统使要检查的身体经受例如1、3、5或7特斯拉的相对高的基本磁场。另外借助梯度系统施加磁场梯度。然后通过高频发送系统借助适当的天线装置发送高频激励信号(HF信号)，它应该导致，通过该高频磁场共振激励的特定原子的核自旋以规定的倾斜角相对于基本磁场的磁力线倾斜。在该核自旋弛豫的情况下发射高频信号，所谓的磁共振信号，其借助适宜的接收天线接收，然后被继续处理。从这样获得的原始数据最后能够重建所希望的图像数据。

因此，对于特定的测量必须发送特定的脉冲序列，其由高频脉冲、特别是激励脉冲和重聚焦脉冲以及在不同的空间方向上要与之协调配合发送的梯度脉冲的序列组成。必须在时间上与之配合地设置读出窗，它预先规定在其内采集感生的磁共振信号的时间段。这里对于成像起决定作用的特别是序列内的时序，也就是说什么脉冲以什么样的时间间隔互相相继发生。通常在一个所谓的测量协议中定义多个控制参数，该测量协议事先建立并且对于特定的测量例如从存储器中调出并且在必要时可以由操作人员在现场改变，操作人员可以预先规定另外的控制参数，例如要测量的层的堆叠的规定的层间隔、层厚等。然后根据所有这些控制参数计算脉冲序列，它也被称为测量序列。

梯度脉冲通过它的梯度振幅、梯度脉冲持续时间和通过边沿陡度或者梯度脉冲的脉冲形状的一阶导数dG/dt，通常也称“变化率”，定义。另一个重要的梯度脉冲参量是梯度脉冲矩(也简称“矩”)，它通过梯度振幅在时间上的积分定义。

在脉冲序列期间，通过其发送梯度脉冲的磁梯度线圈被频繁地和快速地切换。因为在脉冲序列内的时间规定大多非常严格并且另外对MRT检查的总持续时间进行规定的脉冲序列的总持续时间必须保持尽可能短，所以部分地必须使梯度强度达到约40mT/m和变化率达到200mT/m/ms。特别这种高的边沿陡度在梯度的切换期间有助于已知的噪音发生。磁共振断层摄影的其他的部件(特别高频屏蔽)中的涡流是这种噪音干扰的一种原因。此外梯度的陡峭的边沿导致较高的能量消耗并且此外对梯度脉冲和另外的硬件提出更高的要求。快速改变的梯度场导致梯度线圈中的失真和振荡并且导致向外壳传输该能量。此外通过线圈和另外的部件的发热会引起高的氦蒸发。

特别为减低噪声干扰已经建议各种优化方法。例如在DE 10 2013 202 559中描述了一种方法，其中分析一个自身完成的应该向磁共振装置发送的脉冲序列，以便在该脉冲序列内确定关于梯度曲线或者梯度脉冲要优化的时间间隔，下面也称为优化间隔，或者确定关于噪音演变和/或能量消耗应该被优化的脉冲序列段。这里在第一步骤截取所有向扫描仪发送的初始的指令，然后在第二步骤接着检查可优化的区域，在第三步骤优化该区域，仅在第四步骤才进行优化的脉冲序列向MR扫描仪的传送。在那里所述优化优选借助样条内插进行，它满足特定的边界条件，例如除别的外，在预先给定的网格点，特别是在各时间间隔的开始时间点和在各时间间隔的结束时间点的特定的梯度矩、特定的振幅。通过该样条内插产生尽可能平滑的具有倒圆的边沿的梯度曲线。

此外还存在这样的可能性，即梯度曲线通过线性的或者梯形的梯度曲线代替，其中梯度不倒圆，但是实现可能最小的变化率(dG/dt)。这种方法在DE 10 2013 225 415中描述。

在样条优化方法的情况下有利的是，通过梯度的倒圆能够把涡流减至最小，而在借助线性的或者梯形的梯度曲线优化的情况下能够实现较小的变化率和要求较短的计算时间。在所产生的声学谱中在这两种优化方法中也存在差别：在样条优化方法中通过梯度边沿的倒圆，声学曲线向低频方向移动。由此噪声变得低沉。相反在借助线性的或者梯形的梯度曲线优化的情况下谱的分布几乎不变，但是为此尖峰的总振幅减小。

根据MR扫描仪的声学的传递函数和使用的协议或者使用的序列，在这种情况下使用上述第一或者第二优化方法会得到较好的或者较差的结果。例如当MR扫描仪的传递函数特别响地再现高频时，则借助样条优化方法对梯度倒圆具有优点，而在特别响地再现低频的MR扫描仪情况下可能是，频率从高到低移动，如通过样条优化方法所能做到的那样，比使用借助线性的或者梯形的梯度曲线的优化方法优点较小。

因此一般不清楚，哪种方法对于哪种MR扫描仪和哪种序列是最优的。因此难于找出能够用以使病人的噪声负荷减至最小的优化方法。

发明内容

因此本发明的任务在于，使病人的噪声负荷减至最小。该任务通过根据本发明的方法、通过根据本发明的设备和通过根据本发明的磁共振装置来解决。

在按照本发明的方法中首先确定多个通过不同的优化方法所产生的脉冲序列段的频谱。这些频谱相应于为控制MR扫描仪而产生的脉冲序列。另外根据各自的已确定的频谱和MR扫描仪的传递函数，确定各自的通过不同的优化方法所产生的脉冲序列段的全谱。更确切说，将已确定的频谱分别与MR扫描仪的传递函数相乘。该传递函数依赖于频率再现在声振幅或者响度与频谱的振幅之间的关系。所述全谱可以作为依赖于频率的声电平或者声振幅或者响度理解。所述传递函数个别地对于每一个MR扫描仪由结构决定而不同并且可以例如通过测量事先确定。该测量例如可以如下实现，即在脉冲序列中产生具有恒定的振幅的梯度并且使其频率变化。例如可以为梯度系统的每一条轴线，也就是说为在x方向、在y方向和在z方向上的各自的梯度线圈确定自己的传递函数。另外从这三个传递函数能够计算平均的传递函数。最后为各个脉冲序列段选择具有关于某个判据最适合地分配的全谱的优化方法。所谓优化间隔应该理解为DE 10 2013 202 559中定义的优化间隔，也就是说脉冲序列段，它适合通过所述优化方法之一优化。所述全谱代表磁共振装置的声学谱，它既依赖于MR扫描仪的传递函数，也依赖于使用的脉冲序列。

按照本发明的设备包括频谱确定单元，其设计用于确定多个通过不同的优化方法所产生的脉冲序列段的频谱。此外按照本发明的设备具有全谱确定单元，其设计用于根据各自的已确定的频谱和MRT扫描仪的传递函数确定各自的通过不同的优化方法所产生的脉冲序列段的全谱。最后本发明的设备还具有选择单元，其设计用于为各个脉冲序列段选择具有关于某个判据最适合地分配的全谱的优化方法。

按照本发明的磁共振装置具有按照本发明的设备。

本发明还包括计算机程序，其可直接在本发明的设备的存储器内加载，具有程序代码段，当该程序在本发明的设备内执行时它们执行本发明的方法的所有步骤。这种软件方式的实现具有优点：磁共振装置的迄今的控制装置通过所述程序的实现能够以适宜的方式修改，以便以本发明的方式优化脉冲序列，这例如与上述优点联系。

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方案，其中特别一类权利要求也能够类似另一类权利要求的从属的权利要求被扩展。

在本发明的一个设计方案中脉冲序列段是脉冲序列的一个优化间隔。所谓优化间隔，如上所述，应该理解为脉冲序列的关于梯度曲线可优化的时间间隔。

另外可选的方案是，脉冲序列段可以包括脉冲序列的多个优化间隔。脉冲序列段的长度的选择例如可以依赖于本发明的设备的单个部件的计算速度。

脉冲序列段也可以包括全部要产生的序列。

在本发明的方法的一个设计方案中所述判据包括脉冲序列段的全谱的声压和/或响度和/或粗糙度和/或锐度。

更确切说，所述判据包括选择具有这样的全谱的优化方法，所述全谱具有最小的声压和/或最低的响度和/或最小的粗糙度和/或最小的锐度。所述声压是一个纯粹的物理量，而响度、粗糙度和锐度还包含所述物理现象的人的感觉，也就是说涉及所谓的心理声学量。关于响度，特别考虑听觉的依赖于频率的灵敏性。关于锐度，考虑音色感觉。它通过谱的包络而声学地表征。在此不重要的是，谱是否是噪声连续的，还是由离散的亦即例如谐波的分量组成。在窄带声谱的情况下锐度随频谱的中心频率上升；在仅单侧频带受限的情况下锐度随下边界频率和-显著更强地-随上边界频率上升。在边界频率外，包络的形状对声音锐度有影响。粗糙性或者粗糙度特别在频率和振幅调制的声音的情况下被察觉。

作为优化方法可以优选使用梯度优化方法。

在专门的设计方案中优化方法可以包括样条产生方法和用于通过线性的或者梯形的梯度脉冲曲线优化梯度脉冲的方法。

样条方法特别在具有对于低频具有低值的传递函数的MR扫描仪的情况下适合，而在具有在低频下具有高值的传递函数的MR扫描仪的情况下宁愿使用用于通过线性的或者梯形的梯度脉冲曲线来优化梯度脉冲的方法。但是不同的优化方法的使用也依赖于脉冲序列的频谱，使得简单的估计不可靠，而本发明的方法在这种情况下关于噪声优化能够期望更好的结果。

为脉冲序列的每一个脉冲序列段重新执行所述方法是有利的。因此可以为每一个脉冲序列段确定和选择个别最适合的优化方法，由此能够特别高效率地减低噪声负荷。

根据一种特别有利的实施方式可以这样进行梯度优化，使得全谱在分贝(A)或者宋(Sone)标度的中心达到尽可能小的值。

附图说明

下面参照附图根据实施例再次详细说明本发明。附图中：

图1表示根据本发明的一个实施例的磁共振装置的示意图，

图2表示根据本发明的一个实施例的方法的示意图，

图3是第一磁共振扫描仪的传递函数的图形表示，

图4是第二磁共振扫描仪的传递函数的图形表示。

具体实施方式

图1中粗略示意地表示根据本发明构造的磁共振装置1。它一方面包括本身的磁共振扫描仪(MR扫描仪)2，后者具有位于其内的检查室8或者病人隧道8。卧榻7可驶入该病人隧道8内，使得躺在其上的病人O或者受检者能够在检查期间在磁共振扫描仪2内相对在其内设置的磁体系统和高频系统放置在规定的位置或者在测量期间也能够在不同的位置之间移动。

磁共振扫描仪2的重要的部件是基本磁场磁体3、具有用于在x、y和z方向产生磁场梯度的磁场梯度线圈的梯度系统4以及全身高频线圈5。在x、y和z方向上的磁场梯度线圈是可互相独立地控制的，使得通过预先给定的组合能够在任意的逻辑空间方向(例如在层选择方向、在相位编码方向或者在读出方向)上施加梯度，其中该方向通常依赖于选择的层定向。逻辑的空间方向也可以与x、y和z方向一致，例如层选择方向在z方向、相位编码方向在y方向和读出方向在x方向。感生的磁共振信号在检查对象O内的接收可以通过全身线圈5进行，通常也使用它发送用于感生磁共振信号的高频信号。但是通常该信号使用具有例如在病人O的上面或者下面设置的局部线圈(这里仅示出它的一部分)的局部线圈设备6接收。所有这些部件对于专业人员来说基本公知，因此在图1中仅粗略地示意表示。

磁共振扫描仪2的这些部件由控制装置10控制。这里它可以涉及控制计算机，它也可以由大量-也许还在空间分开并且通过电缆等互相连接的-单计算机组成。通过终端接口17，该控制装置10与终端30连接，通过终端30，操作者能够控制整个设备1。在本例中终端30作为具有键盘、一个或者多个屏幕以及另外的输入设备例如鼠标等的计算机构造，使得给操作者提供图形用户界面供使用。

除了别的之外，控制装置10具有梯度控制单元11，其又可以由多个分部件组成。通过梯度控制单元11，按照梯度脉冲序列，利用控制信号接通单个的梯度线圈。这里如上述涉及如下的梯度脉冲，它们在测量期间在预先规定的精确的时间位置并且用预先规定的精确的时间上的变化被设定(发射)。

另外控制装置10具有高频发送单元12，用以按照脉冲序列MS的预先给定的高频脉冲序列HFS分别将各高频脉冲馈入全身高频线圈5。高频脉冲序列HFS包括上面提到的激励脉冲和重聚焦脉冲。然后借助局部线圈设备6进行磁共振信号的接收，并且由其接收的原始数据RD由HF接收单元13读出并且处理。磁共振信号以数字的形式作为原始数据RD向重建单元14传送，它从中重建图像数据BD并且将其在存储器16内存储和/或通过接口17传输到终端30，使得操作者能够观察它。图像数据BD也可以通过网络NW在其他的位置被存储和/或显示以及评估。另外可选的方案是，根据全身高频线圈5和线圈设备6与高频发送单元12或者HF接收单元13当前的接线而定，也可以通过局部线圈设备发送高频脉冲序列和/或磁共振信号可以由全身高频线圈接收(未图示)。

通过另一个接口18向磁共振扫描仪2的其他的部件例如卧榻7或者基本磁场磁体3传送控制指令或者接收测量值或者其他信息。

梯度控制单元11、HF发送单元12和HF接收单元13分别协同地通过测量控制单元15控制。它通过相应的指令负责发送希望的梯度脉冲序列GS和高频脉冲序列HFS。此外必须负责在合适的时间点通过HF接收单元13读出并且继续处理局部线圈设备6的局部线圈上的磁共振信号。同样测量控制单元15控制接口18。测量控制单元15例如能够由一个处理器或者多个共同作用的处理器构成。其上例如能够以适宜的软件部件的形式实现脉冲序列优化装置20和本发明的用于选择优化方法的设备24，它在后面还要详细说明。

但是这样的磁共振测量的基本的流程和所提到的用于控制的部件(除了在这里专门构成的脉冲序列优化装置20)对于专业人员来说是公知的，从而在这里不再详细说明它们。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另外的部件，它们在这里同样不详细说明。这里要指出，磁共振扫描仪2也可以以不同方式构造，例如具有侧开口的病人室，或者作为较小的扫描仪，其内仅能放置身体的一部分。

为开始测量，通常操作者可以通过终端30为该测量从存储有多个用于各种测量控制协议P的存储器16中选择预定的控制协议P。该控制协议P另外包括各种用于各测量的控制参数SP。属于这些控制参数SP的有用于希望的脉冲序列的特定的基本预设参数，例如序列类型，也就是说是否涉及自旋回波序列、快速自旋回波序列等。另外属于此的还有关于通过单个高频脉冲要实现的磁化的控制参数、关于为拍摄原始数据而要驶过的k空间梯度轨道的预设参数以及此外层厚、层间隔、层数、分辨率、重复时间、自旋回波序列中的回波时间等。

借助终端30，操作者能够改变这些控制参数的一部分，以便为当前希望的测量制订个别的控制协议。为此，将可改变的控制参数例如在终端30的图形用户界面上提供用于修改。

另外操作者也能够通过网络NW调用控制协议，例如从磁共振装置的制造商，然后在必要时修改和使用它。

根据控制参数SP然后确定脉冲序列S或者测量序列，使用它最后通过测量控制单元15对其余的部件进行实际控制。脉冲序列S可以在脉冲序列确定装置内被计算或者设计，所述脉冲序列确定装置例如能够以软件部件的形式在终端30的计算机上实现。但是原理上脉冲序列确定装置也可以是控制装置10的，特别是测量控制单元15的一部分。但是同样脉冲序列确定装置也可以在单独的计算机系统上实现，其例如通过网络NW与磁共振装置连接。

在处理脉冲序列S的情况下它由测量控制单元15首先在脉冲序列优化装置20内优化，然后通过脉冲发送设备19传输给测量控制单元15，该脉冲发送设备19最后把高频脉冲序列传输到HF发送单元12并且把梯度脉冲序列GS传输到梯度控制单元11。该脉冲序列优化装置20为此包括输入接口21，用以接管本来完成发送准备的、但是要优化的脉冲序列S并且传输到分析单元22，后者执行脉冲序列的分析，用于识别固定点时间区域和允许优化的能够改变的时间间隔。该分析单元22例如构成时间间隔确定单元22，用于确定关于梯度变化要优化的时间间隔。

然后在脉冲形状优化单元23中在能够改变的时间间隔中优化梯度脉冲的脉冲形状。然而在这种情况下可以使用不同的优化方法。根据MR扫描仪的脉冲形状或者类型，能够关于噪声生成更适合地选择不同的优化方法。为决定哪一种优化方法对于个别的情况更加适合，在本例中脉冲序列优化装置20根据本发明另外还包括用于选择优化方法的设备24。该设备24包括频谱确定单元25，其设计用于从多个通过不同的优化方法所产生的脉冲序列段中确定频谱。例如频谱的确定可以通过富立叶变换实现。另外设备24包括全谱确定单元26，其设计用于根据各个已确定的频谱和MR扫描仪的传递函数确定各自的通过不同的优化方法所产生的脉冲序列段的全谱。全谱可以作为依赖于频率的声电平理解。声电平可以作为全谱的平均或者加权或者全谱在频率上的加权的积分理解。选择单元27设计用于为各脉冲序列段选择具有关于某个判据最合适地分配的全谱的优化方法。

替换地，本发明的设备24也可以是脉冲形状优化单元23的一部分。

图2示出流程图，它说明根据本发明的第一实施例的方法。借助该方法依赖扫描仪类型为要进行测量的协议或者要建立的序列确定合适的梯度优化方法。这里在第一步骤2.I对于至少两种不同的优化方法计算要进行测量的协议的谱。然后在第二步骤2.II使用MR扫描仪的传递函数计算它们。这例如可以通过传递函数与谱相乘来实现。因此对于至少两种优化方法确定测量的预计的全谱。在第三步骤2.III选择从中预计较大衰减噪声的优化方法。该计算根据本方法的第一实施例在优化开始时一次执行，然后为整个协议保留。

另外可选的方案是，在协议优化期间为每一个优化间隔重新执行上述方法，使得在协议优化期间能够使用不同的梯度优化。

使用所述方法实现优选的梯度优化方法的自动的计算。在这种情况下结果依赖于要进行测量的协议和使用的MR扫描仪的声学的传递函数。

如上所述，所述步骤可以优选在优化开始时一次执行或者替换地对于每一个可优化的间隔单个执行。

还可以想到，组合本发明的方法的两种可选的变体，亦即例如对于由多个优化间隔组成的脉冲序列段分别仅使用一次该方法，亦即以块方式确定优化方法。在这种情况下可以在不同的脉冲序列段内使用不同的优化方法。

使用本发明的方法以优选的方式使梯度优化匹配于MR扫描仪类型的各自的传递函数并且为要进行测量的协议实现频率尖峰的最优的分布。

根据MR扫描仪使用的硬件的结构，依赖于频率引起不同的响度。该特性通过已经提到的传递函数定义。图3和4表示两个不同的MR扫描仪的不同的传递函数。示出了依赖于以赫兹为单位的频率f的以分贝为单位的响度L。

图3中的MR扫描仪更响亮地再现主要低频，而图4中的MR扫描仪特别响亮地再现大于2000Hz的高频。每个MR测量依赖于它的特定的设置，如序列类型、回波时间、重复时间TR等，具有特别的声音模式，其可以通过声学谱表示。这里在不同的频率下产生所谓的尖峰，例如在频率1/TR和所述频率的谐波下。相应于MR扫描仪的传递函数再现该频率分布并且作为或高或低响度的噪声听到。

通过不同的优化方法实现测量的不同的频率分布。如已经说明的那样，样条优化方法在低频方向上移动频谱，而通过线性的或者梯形的梯度脉冲曲线优化梯度脉冲的方法一般相同强地减低所有尖峰。对于通过图3中的图表表征的MR扫描仪从高的到低的频率的移动是有利的，因为其由图3中的MR扫描仪特别容易地再现。对于通过图4的图表表征的MR扫描仪情况正好相反。在那里更响亮地再现低频。因此通过线性的或者梯形的梯度曲线优化梯度脉冲的方法在这种情况下有利。然而依赖于要进行测量的协议，该结果可以改变。因此使用本发明的方法为每一种测量类型和MR扫描仪类型确定一种有利的优化方法。

最后再次指出，上面详细说明的方法和结构涉及实施例，并且基本原理也可以在宽的范围中由专业人员略有改变，而不离开本发明的范围，只要它通过权利要求规定。特别指出，本发明的方法可以在任意的脉冲序列情况中应用。为完整性起见还应该指出，不定冠词“一个”的使用不排除所涉及的特征也可以多重地存在。同样术语“单元”或者“模块”不排除它由多个部件组成，它们也许也能够在空间上分布。

Claims (7)

1.一种用于选择优化方法的方法(200)，具有下列步骤：

-确定多个通过不同的优化方法所产生的脉冲序列段的频谱，

-根据各自的已确定的频谱和MR扫描仪的传递函数，确定各自的通过不同的优化方法所产生的脉冲序列段的全谱，

-对于各自的脉冲序列段，选择具有关于判据最适合地分配的全谱的优化方法，所述判据包括脉冲序列段的全谱的声压和/或响度和/或粗糙度和/或锐度，

其中，对于脉冲序列的每一个脉冲序列段重新执行所述方法。

2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述脉冲序列段是脉冲序列的优化间隔。

3.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述脉冲序列段包括脉冲序列的多个优化间隔。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法(200)，其中，所述优化方法是梯度优化方法。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的方法(200)，其中，所述优化方法包括样条产生方法和用于通过用线性的或者梯形的梯度曲线代替梯度曲线来产生梯度脉冲的方法。

6.一种用于针对脉冲序列的每个脉冲序列段重新选择优化方法的设备(24)，具有：

-频谱确定单元(25)，其设计用于确定多个通过不同的优化方法所产生的脉冲序列段的频谱，

-全谱确定单元(26)，其设计用于根据各自的已确定的频谱和MRT扫描仪的传递函数确定各自的通过不同的优化方法所产生的脉冲序列段的全谱，

-选择单元(27)，其设计用于为各个脉冲序列段选择具有关于某个判据最适合地分配的全谱的优化方法。

7.一种磁共振装置(1)，具有高频发送系统(3)、梯度系统(4)和控制装置(15)，该控制装置被设计用于为了根据预先给定的脉冲序列(S)执行希望的测量而控制高频发送系统(3)和梯度系统(4)，并且该控制装置具有脉冲序列优化装置(20)和具有根据权利要求6所述的设备。