CN105051562A - 针对具有机架的磁共振成像系统中的场畸变部件的主动补偿 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种医学装置(300、400、500)，所述医学装置包括：磁共振成像系统(306)；磁补偿线圈(334、335)，其用于补偿成像区域内的磁非均匀性；机架(308)，其能够用于关于所述成像区域旋转；位置传感器(312)，其用于测量所述机架的角位置和角速度；所述机架中的至少一个磁场畸变部件(310、510、512)；存储器(362)，其存储机器可执行指令(380、382、410、530、532)和场校正数据(372)。所述指令令处理器：从所述位置传感器接收(100、200)位置数据和角速度数据；使用所述场校正数据、所述位置数据和所述角速度数据来确定(102、202)用于控制所述磁补偿线圈的线圈控制命令(374)；使用所述线圈控制命令来控制(104、204)所述磁补偿线圈以补偿所述成像区域内的磁非均匀性；并且采集(106、212)所述磁共振数据。

Description

针对具有机架的磁共振成像系统中的场畸变部件的主动补偿
技术领域
本发明涉及磁共振成像，具体涉及磁共振引导的放射治疗。
背景技术
磁共振(MR)与线性加速器(LINAC)或者磁共振与放射治疗的其他模态的集成打开了通过特别针对移动器官的经改进的病灶靶向的放射治疗的新视野。在实际的实现方式提案中，LINAC围绕患者旋转以从多个角度撞击可见靶体积(GTV)和临床靶体积(CTV)，同时使针对周围组织的辐射暴露最小化。困难是由于辐射源被围绕磁体移动，因此辐射治疗系统的有源部件和/或无源部件可以引起磁场畸变。
在WO2012/063158A1中描述了与LINAC组合的磁共振成像系统的范例。
El-Sharkawy等人的MAGMA19(5)，223-236页，2006年11月，doi：10.1007/s10334-006-0050-2中讨论了磁共振成像中的静态磁场的均质性和稳定性。系列场映射和相位差成像校正被用于校正相位敏感MR协议期间的空间和时间场漂移。
发明内容
本发明在独立权利要求中提供了一种医学装置、一种方法以及一种计算机程序产品。在从属权利要求中给出了实施例。如本领域技术人员将意识到的，本发明的各方面可以被体现为装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)、或组合了软件方面与硬件方面的实施例的形式，它们在本文中可以总体上全部被称为“电路”、“模块”或“系统”。另外，本发明的各方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有体现在其上的计算机可执行代码。
可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。本文中所使用的“计算机可读存储介质”包括可以存储能由计算设备的处理器来运行的指令的任何有形存储介质。所述计算机可读存储介质可以被称作计算机可读非瞬态存储介质。所述计算机可读存储介质也可以被称作有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括但不限于：软盘、硬磁盘驱动器、固态硬盘、闪存存储器、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁性光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩盘(CD)和数字多用盘(DVD)，例如CD-ROM盘、CD-RW盘、CD-R盘、DVD-ROM盘、DVD-RW盘或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质也指能够经由网络或通信链接被计算机设备访问的各种类型的记录媒介。例如数据可以在调制解调器上、因特网上或局域网上被检索。可以使用任何适当的介质来传输体现在计算机可读介质上的计算机可执行代码，所述适当的介质包括但不限于无线、有线、光纤线缆、RF等、或前述的任何适合的组合。
计算机可读信号介质可以包括具有体现在其中的计算机可执行代码的经传播的数据信号，例如在基带中或作为载波的部分。这样的经传播的信号可以采取多种形式中的任何形式，包括但不限于电磁、光学或其任何适合的组合。计算机可读信号介质可以是任何这样的计算机可读介质，即所述计算机可读介质不是计算机可读存储介质并且可以对用于由指令运行系统、装置或设备使用或与指令运行系统、装置或设备结合使用的程序进行通信、传播或输送。
“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是能被处理器直接访问的任何存储器。“计算机存储装置”或“存储装置”是计算机可读存储介质的另一范例。计算机存储装置是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储装置也可以是计算机存储器，反之亦然。
本文中所使用的“处理器”包括能够运行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应当被解释为可能含有多于一个处理器或处理核。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指在单个计算机系统内的或分布在多个计算机系统中的处理器的集合。术语计算设备也应当被解释为可能指计算设备的集合或网络，每个包括一个或多个处理器。计算机可执行代码可以由可以在相同的计算设备内或者甚至可以被分布在多个计算设备上的多个处理器来运行。
计算机可执行代码可以包括令处理器执行本发明的方面的机器可执行指令或程序。用于执行针对本发明的方面的操作的计算机可执行代码可以被写成一种或多种编程语言的任意组合，包括面向对象的编程语言(例如Java、Smalltalk、C++等)和常规流程编程语言(例如，“C”编程语言或类似的编程语言)，并且计算机可执行代码可以被编译成机器可执行指令。在一些实例中，计算机可执行代码可以是高级语言的形式或是预编译的形式，并且可以与解释器联合使用，所述解释器联机生成机器可执行指令。
计算机可执行代码可以完全地在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、作为单独的软件包、部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上、或者完全地在远程计算机或服务器上运行。在后一种场景中，远程计算机可以通过包括局域网(LAN)或广域网(WAN)的任何类型的网络被连接到用户的计算机，或者可以被连接到外部计算机(例如通过使用因特网服务提供商的因特网)。
参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)以及计算机程序产品的流程图示和/或方框图来描述本发明的方面。应当理解，流程图、图示和/或方框图的每个方框或方框的部分在适用时可以通过以计算机可执行代码的形式的计算机程序指令来实施。还应当理解，在不互相排斥时，可以组合不同的流程图、图示和/或方框图中的方框的组合。这些计算机程序指令可以被提供到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器运行的指令创建用于实施流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的单元。
这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质可以引导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式工作，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，所述制品包括实施在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的指令。
计算机程序指令也可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以引起要在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的一系列操作步骤，从而产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上运行的指令提供用于实施在流程图和/或一个或多个方框图方框中指定的功能/动作的过程。
本文中所使用的“用户界面”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统进行交互的界面。“用户界面”也可以被称作“人机界面设备”。用户界面可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户界面可以使得来自操作者的输入能够由计算机接收，并且可以向用户提供来自计算机的输出。换言之，所述用户界面可以允许操作者控制或操纵计算机，并且界面可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。数据或信息在显示器或图形用户界面上的显示是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、轨迹球、触摸板、指点杆、绘图板、操纵杆、游戏手柄、摄像头、头戴式受话器、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、跳舞毯、遥控器和加速度计对数据的接收都是用户界面部件的范例，所述用户界面部件使得能够从操作者接收信息或数据。
本文中所使用的“硬件接口”包括使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算设备和/或装置发送控制信号或指令。硬件接口也可以使得处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括但不限于：通用串行总线、IEEE1394端口、并行端口、IEEE1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口以及数字输入接口。
本文中所使用的“显示器”或“显示设备”包括适用于显示图像或数据的输出设备或用户界面。显示器可以输出视觉、听觉和/或触觉数据。显示器的范例包括但不限于：计算机监视器、电视机屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、
阴极射线管(CRT)、存储管、双稳态显示器、电子纸、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子显示板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪以及头戴式显示器。
磁共振(MR)数据在本文中被定义为在磁共振成像扫描期间对由原子自旋发射的射频信号通过磁共振装置的天线的记录下的测量结果。磁共振成像(MRI)图像在本文中被定义为是对在磁共振成像数据内含有的解剖数据的经重建的二维或三维可视化。可以使用计算机来执行该可视化。
在一个方面中，本发明的提供了一种医学装置，所述医学装置包括用于从成像区域采集磁共振数据的磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括能够用于生成所述成像区域内的磁场的磁体。所述医学装置还包括用于补偿所述成像区域内的磁非均匀性的磁补偿线圈。在不同的实施例中所述磁补偿线圈采取不同的形式。在一些实施例中，所述磁补偿线圈是在所述磁共振成像系统中使用的正常梯度线圈。在一些其他实施例中，所述磁补偿线圈可以是特别用于补偿磁非均匀性的与梯度线圈分开的线圈。具体而言，它们可以补偿比梯度线圈正常补偿的更高阶的校正。在一些实施例中，所述磁补偿线圈是所述常规梯度线圈与用于补偿对所述磁场的更高阶的校正的额外的线圈的组合。
所述医学装置还包括机架，所述机架可以含有诸如外部射束辐射处置系统的医学装置。所述机架能够用于关于所述成像区域旋转。所述机架被配置为关于旋转轴旋转。在所述磁体是柱状磁体的情况下，可以将所述机架的所述旋转轴与所述柱状磁体的对称轴对齐。在一些其他实施例中，所述旋转轴可以具有关于所述磁体的所述对称轴可调节的位置。所述医学装置还包括用于测量描述所述机架的角位置的位置数据的位置传感器。在一些实施例中，所述位置传感器也可以测量所述机架的速度的角度。
被安装在旋转的机架上的所述医学装置还包括至少一个磁场畸变部件。所述磁场畸变部件可以是可以影响或改变由所述磁体生成的所述磁场的有源部件或无源部件。所述机架还能够将所述至少一个磁场畸变部件关于所述旋转轴旋转。在当所述至少一个磁场畸变部件由所述机架移动时所述至少一个磁场畸变部件不关于所述机架对称分布的情况下，所述至少一个磁场畸变部件可以引起所述成像区域内的所述磁场根据所述机架的位置而改变。所述医学装置还包括用于存储机器可执行指令和场校正数据的存储器。所述场校正数据根据至少角位置来描述所述成像区域内的所述磁场。在一些实施例中，所述场校正数据也可以根据所述机架的角速度以及之前的位置/配置。
所述医学装置还包括用于控制所述医学装置的处理器。对所述指令的运行令所述处理器从所述位置传感器接收位置数据。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述场校正数据和所述位置数据来确定用于控制所述磁补偿线圈的线圈控制命令。控制所述线圈被理解为设定所述线圈中的DC电流的幅值和方向或将DC偏移施加到已经流动的电流以便创建期望的磁响应。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述线圈控制命令来控制所述磁补偿线圈以补偿由所述至少一个磁场畸变部件引起的所述成像区域内的磁非均匀性。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述磁共振成像系统来采集所述磁共振数据。
实质上，当所述机架旋转时，所述至少一个磁场畸变部件被移动并引起所述成像区域内的所述磁场的非均匀性。所述场校正数据可以是先前采集到的数据，并被用于直接进行控制或生成用于控制所述磁补偿线圈的控制命令，以补偿由所述至少一个磁场畸变部件的运动引入的这些非均匀性。
该布置可以是特别有益的，这是因为所述成像区域内的所述磁场的变化相对于所述机架的位置可以是相对复杂的。这是因为由所述磁体生成的大的磁场。除了所述磁体和由所述至少一个磁场畸变部件有源地或无源地生成的任何场之外，还存在附近的可以耦合到所述至少一个磁场畸变部件的运动的其他金属或磁性物体。例如，如果磁共振成像系统被安装在建筑物中并且在混凝土内存在金属或铁磁性棒，则这些棒在变得被磁化之后可以生成磁场。在没有机架存在的情况下，所述磁场中的这些排列正常将通过对所述磁体进行匀场来补偿。然而，当所述磁场畸变部件正在移动时，这可以引入所述金属棒的磁场的变化，则所述金属棒的磁场的变化继而又影响成像区域内的所述磁场。结果，在所述机架被使用时可以存在所述成像区域内的所述磁场的低频变化。上述系统或医学装置可以能够补偿这样的源于所述至少一个磁场畸变部件的运动的复杂的磁场变化。
应当注意到，本文中描述的方法或流程中的任何方法或流程都可以被重复完成。这包括先前描述的控制所述处理器的指令以及在该陈述之后的任何指令或方法。
在另一实施例中，所述位置传感器还能够用于测量所述机架的角速度。所述位置数据还描述所述机架的所述角速度。所述场校正数据还根据角位置和所述角速度来描述所述成像区域内的所述磁场。当存在经由第三磁性物体(例如之前提及的混凝土中的钢筋)的在所述磁场畸变部件与所述磁体之间的耦合时，该实施例可以是特别有益的。对所述磁场的影响可以比单纯与所述磁场畸变部件的位置有关的关系更复杂。对所述成像区域内的场的影响也可以取决于所述磁场畸变部件移动得多快速或其配置(例如多叶片准直器)。该实施例可以能够补偿这样的关系。
在另一实施例中，所述场校正数据还根据所述机架的之前的角位置来描述所述成像区域内的所述磁场。对所述指令的运行还令所述处理器将所述位置数据记录在位置数据库中，并且还令所述处理器根据所述位置数据库来确定所述机架的之前的角位置。使用所述场校正数据、所述位置数据以及所述之前的角位置来确定所述线圈控制命令。在一些实施例中，也可以使用所述角速度。当所述磁场畸变部件的耦合也取决于其在哪里并且不仅仅取决于其当前位置时，该实施例可以是有益的。当存在滞回效应时，这可以是特别有益的。在一些实施例中，之前的位置、当前位置以及所述角速度可以是重要的。
在另一实施例中，所述场校正数据包括预计算的线圈控制命令。在这种情况下，取决于位置数据中存储了什么，所述预计算的线圈控制命令可以具有可以被用于直接驱动控制命令的值，或者可以含有使得所述处理器能够直接设定所述磁补偿线圈中的适当的电流以校正所述磁场的均匀性的控制命令。
在另一实施例中，所述场校正数据包括所述成像区域内的空间相关的磁场测量结果。所述线圈控制命令是使用所述磁补偿线圈的磁场模型而被确定的，以补偿空间相关的磁场测量结果。在这种情况下，由所述至少一个磁场畸变部件的运动或位置引起的空间相关的场扰动被存储，并且这些场扰动接着被用于计算所述线圈控制命令。当存在也引起所述磁场变化的其他效应时，该实施例可以是有益的。这样，可以考虑所述磁场的其他变化，并且接着可以执行对场中所有非均匀性起作用的适当的校正。
在另一实施例中，对所述指令的运行还令所述处理器在测量所述磁共振数据之前使用所述磁共振成像系统测量磁场磁共振数据。对所述指令的运行还令所述处理器确定所述成像区域内的磁场变化。本文中所使用的所述磁场磁共振数据包括含有这样的数据的磁共振数据，即所述数据可以被用于确定出于校正磁共振场的目的的所述磁共振场的相对值和/或绝对值。例如，El-Sharkawy等人描述了系列场映射技术。
在另一实施例中，对所述指令的运行还令所述处理器使用所述磁场变化来计算相位偏移。对所述指令的运行还令所述处理器使用所述相位偏移来校正所述磁共振数据。在这种情况下，当磁共振数据被采集时，所述磁场的非均匀性可以引起所述相位测量结果的小的变化。在先前提及的El-Sharkawy等人的文章中，提及了可以被用于执行这样的校正的系列场映射和相位差分成像校正的技术。该实施例可以是有益的，这是因为通过使用所述磁补偿线圈来补偿所述磁场而不是使用所述相位偏移通过执行所述校正来校正任何其他剩下的非均匀性。
在另一实施例中，对所述指令的运行还令所述处理器修改所述线圈控制命令以补偿所述磁场变化。
在另一实施例中，所述医学设备包括放射治疗设备。所述放射治疗设备包括至少一个磁共振畸变部件。这可以是非常典型的实施例，这是因为放射治疗设备典型地含有诸如可以影响所述磁场的电子或带电粒子物体的东西。
在另一实施例中，所述放射治疗设备是以下中的任意一种：线性加速器、带电粒子源以及X射线源。
在另一实施例中，所述至少一个磁场畸变部件包括：磁场源、线圈、螺线管、带电粒子物体、磁体、电磁体、用于X射线的准直器、变换器、磁电管、微波循环器、电动机、电加热器、电功率分布系统、继电器、电致动阀、永磁体、铁磁性部件、磁性部件、以及它们的组合。
在另一方面中，本发明提供了一种控制所述医学装置的方法。所述医学装置包括用于从成像区域采集磁共振数据的磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括用于生成所述成像区域内的磁场的磁体。所述医学装置还包括用于补偿所述成像区域内的磁非均匀性的磁补偿线圈。所述医学装置还包括能够用于关于所述成像区域旋转的机架。所述机架被配置为关于旋转轴旋转。所述医学装置还包括用于测量描述所述机架的角位置的位置数据的位置传感器。所述医学装置还包括至少一个磁场畸变部件。所述机架还能将至少一个铁磁性或电磁性的场生成畸变部件关于所述旋转轴旋转。
所述方法包括从所述位置传感器接收所述位置数据的步骤。所述方法还包括使用所述场校正数据和所述位置数据来确定用于控制所述磁补偿线圈中流动的电流的幅值和方向的线圈控制命令的步骤。所述场校正数据根据所述角位置来描述所述成像区域内的所述磁场。所述方法还包括控制所述磁补偿线圈以补偿由所述至少一个磁场畸变部件引起的所述成像区域内的磁非均匀性。所述方法还包括使用所述磁共振成像系统来采集所述磁共振数据。所述方法还可以包括根据所述磁共振数据来重建所述磁共振图像。
在另一实施例中，所述位置传感器还能够用于测量所述机架的角速度。所述位置数据还描述所述机架的所述角速度。所述场校正数据还根据所述角位置和所述角速度来描述所述成像区域内的所述磁场。
在另一实施例中，所述场校正数据还根据所述机架的之前的角位置来描述所述成像区域内的所述磁场。所述方法还包括将所述位置数据记录在位置数据库中的步骤。所述方法还包括根据所述位置数据库来确定所述机架的之前的角位置的步骤。所述线圈控制命令是使用所述场校正数据、所述位置数据以及所述之前的角位置而被确定的。
在另一实施例中，所述方法还包括测量所述成像区域内的所述磁场的步骤。所述磁场是使用以下中的任意一种来测量的：磁力计、用来控制所述磁共振成像系统的磁共振协议、以及它们的组合。所述方法还包括使用磁场测量结果来确定所述场校正数据的步骤。
在另一方面中，本发明提供了一种用于控制根据本发明的实施例的医学装置的计算机程序产品。对被包含在所述计算机程序产品内的指令的运行令所述处理器控制所述医学装置，使得所述医学装置根据先前所描述的实施例中的任何实施例而被控制。
应当理解，本发明的前述实施例中的一个或多个可以被组合，只要经组合的实施例不相互排斥。
附图说明
以下将仅通过范例的方式并且参考附图来描述本发明的优选实施例，其中：
图1示出了图示方法的范例的流程图，
图2示出了图示方法的另外的范例的流程图，
图3图示了医学仪器的范例，
图4图示了医学仪器的另外的范例，
图5图示了医学仪器的另外的范例，并且
图6示出了图示方法的另外的范例的流程图。
附图标记列表
300治疗装置
304机械致动器
306磁共振成像系统
308机架
310磁场畸变部件
312位置传感器
316旋转轴
322磁体
323磁体的膛
324低温恒温器
326超导线圈
334磁场梯度线圈
335磁补偿线圈
336磁场梯度线圈电源
337磁补偿线圈电源
338成像区域
340射频线圈
342射频收发器
344对象
348对象支撑体
352计算机系统
354硬件接口
356处理器
358用户界面
360计算机存储装置
362计算机存储器
370位置数据
372场校正数据
374线圈控制命令
376脉冲序列
378磁共振数据
380控制模块
382线圈控制命令生成器模块
400医学装置
402磁场测量脉冲序列
403磁场磁共振数据
404磁场变化图
406磁共振图像
408经相位校正的磁共振图像
410图像重建模块
500医学装置
502放射治疗设备
510放射治疗源
512射束准直器
514辐射束
516靶区域
518机械定位系统
520处置计划
522放射治疗控制信号
530放射治疗装置控制模块
532机械致动器控制模块
具体实施方式
在这些附图中，相同附图标记的元件是等价的元件或执行相同的功能。如果功能是等价的，则在较后的附图中将不必讨论之前已经讨论过的元件。
图1示出了图示方法的范例的流程图。首先在步骤100中，从位置传感器接收位置数据。接下来在步骤102中，使用场校正数据和位置数据来确定用于控制磁补偿线圈的线圈控制命令。接下来在步骤104中，使用线圈控制命令来控制磁补偿线圈以补偿磁非均匀性。接下来在步骤106中，使用所述磁共振成像系统来采集磁共振数据。该方法可以被以循环重复，直到磁共振数据的全部都被采集到。因此，当所述机架正在移动时，由磁场畸变部件引起的磁场中的变化的非均匀性可以被连续地补偿。
图2示出了图示方法的另一范例的流程图。首先在步骤200中，从位置传感器接收位置数据。接下来在步骤202中，使用场校正数据和位置数据来确定用于控制磁补偿线圈的线圈控制命令。接下来在步骤204中，使用线圈控制命令来控制磁补偿线圈以补偿磁非均匀性。接下来在步骤206中，测量磁场共振数据。在步骤208中，确定磁场变化。在步骤210中，计算相位偏移。接下来在步骤212中，使用磁共振成像系统来采集磁共振数据。并且最终在步骤214中，使用相位偏移来校正磁共振数据。在一些实施例中，该方法可以作为循环被重复，并且在步骤200中可以再次接收来自位置传感器的位置数据。这可以被重复直到磁共振数据的全部都被采集到。
图3示出了根据本发明的实施例的治疗装置300的横截面视图和功能视图。治疗装置300被示为包括具有机械致动器304的机架308和磁共振成像系统306。机架308支撑磁场畸变部件。机架308的运动由机械致动器304控制。示出了机械致动器内的位置传感器312。位置传感器不需要在机械致动器内。
位置传感器312能够至少测量机架308的旋转位置。在机架308内存在磁场畸变部件310。
磁共振成像系统306被示为包括磁体322。当机架308旋转时，磁场畸变部件310也被旋转。这可以直接引起成像区域338的磁场中的非均匀性，或者这可以与医学装置300周围的物体的磁场起反作用，由此间接引起磁共振成像系统306的磁体322的磁场的变化。
机架308是环形的并且包围磁体322。图3中示出的磁体322是圆柱型超导磁体。磁体322具有通过磁体的中心的膛323。然而，其他磁体也适用于本发明的实施例。磁体322具有过冷的低温恒温器324。在低温恒温器324的里面存在超导线圈326的集合。圆柱磁体322被示为与机架的旋转轴共享对称轴316。然而，对称轴与旋转轴不需要是同轴的。
在磁体的膛内存在磁场梯度线圈334，所述磁场梯度线圈334被用于采集磁共振数据以对磁体322的成像区域338内的物体进行空间编码。磁场梯度线圈334被连接到磁场梯度线圈电源336。磁场梯度线圈334旨在是表示性的。典型地，磁场梯度线圈含有三个单独的线圈组以用于沿三个正交空间方向进行空间编码。成像区域338被定位在磁体322的中心。
与磁场梯度线圈334相邻示出了磁补偿线圈335。在该实施例中磁补偿线圈335是能够补偿比磁场梯度线圈所能够补偿的更高阶的场非均匀性的线圈。磁补偿线圈335被连接到磁补偿线圈电源337。在一些实施例中，不存在磁补偿线圈335和磁补偿线圈电源337。在其他实施例中，磁场梯度线圈334与磁补偿线圈335被组合。类似地，在一些实施例中，磁场梯度线圈电源336与磁补偿线圈电源337是同一单元。
与成像区域338相邻的是射频线圈340，所述射频线圈340用于操纵在成像区域338内的磁自旋的取向，并且用于接收来自也在成像区域338内的自旋的辐射发射。射频线圈340被连接到射频收发器342。可以用分开的发射线圈和接收线圈以及分开的发射器和接收器来替换射频线圈340和射频收发器342。应当理解，射频线圈340和射频收发器342简单地是表示性的。
磁体的中心内还定位有对象344。对象344具有靶区域346并且被示为安置于对象支撑体348上。
射频收发器342、磁场梯度线圈电源336、磁补偿线圈电源、机架308以及机械致动器304全部被示为被连接到计算机系统352的硬件接口354。计算机系统352使用处理器356来控制治疗装置300。
图3中示出的计算机系统352是表示性的。多个处理器和计算机系统可以被用于表示由该单个计算机系统352图示的功能。计算机系统352包括硬件接口354，所述硬件接口354允许处理器356向治疗装置300的部件发送消息并从治疗装置300的部件接收消息。处理器356也被连接到用户界面358、计算机存储装置360以及计算机存储器362。
计算机存储装置360被示为含有由位置传感器312测得的位置数据370。计算机存储装置360还被示为含有场校正数据372。计算机存储装置被示为还含有线圈控制命令374，所述线圈控制命令374是场校正数据372的部分或是使用位置数据370作为参考从场校正数据372导出的。计算机存储装置360被示为还含有脉冲序列376。本文中所使用的脉冲序列包括控件或命令的集合，磁共振成像系统306可以使用所述控件或命令的集合来采集磁共振数据。计算机存储装置360被示为含有磁共振数据378，所述磁共振数据378含有使用脉冲序列376采集到的数据。
计算机存储器362被示为含有控制模块380。控制模块380含有计算机可执行代码，所述计算机可执行代码使得处理器356能够控制医学仪器300的操作和功能。这可以包括诸如使用脉冲序列376来采集磁共振数据378的功能。控制模块380也可以使用线圈控制命令374来控制电源336和/或337以补偿成像区域338内的磁场中的非均匀性。计算机存储器362被示为还含有线圈控制命令生成器模块382，所述线圈控制命令生成器模块382使用位置数据370和场校正数据372来快速生成线圈控制命令374。在不同的实施例中，线圈控制命令生成器模块382可以采取不同的形式。例如，在一个实施例中，线圈控制命令374被直接嵌入或包含在场校正数据372中。在其他实施例中，场校正数据372含有根据位置数据370的对非均匀性的映射。在这种情况下，线圈控制命令生成器模块382使用这些被记录的场来接着计算线圈控制命令374应当是什么。
在图3中示出的实施例中，位置数据370可以采取不同的形式。在一个实施例中，位置数据简单地含有机架的位置。在另一实施例中，位置数据也可以包括机架的角速度以及机架的之前的位置。应当注意到，如果根据时间来记录位置，则也可以确定角速度和之前的位置。取决于位置数据370，场校正数据372也可以具有不同的形式。其可以简单地是机架的绝对位置的函数，或者其也可以含有对机架的角速度和之前的位置的相关性。
图4示出了医学装置400的另外的实施例。医学装置400类似于图3中示出的医学装置300。医学装置400中示出了额外的软件功能。
计算机存储装置360被示为含有磁场测量脉冲序列402。磁场测量脉冲序列402含有控制序列，所述控制序列使得磁共振成像系统306能够采集磁场磁共振数据。磁场磁共振数据是包括可以描述成像区域338内的磁场的数据的磁共振数据。磁场测量脉冲序列402例如可以是如之前提及的El-Sharkawy的文章中所描述的脉冲序列，所述脉冲序列例如是梯度回波或扰相(spoiled)梯度回波实验。频谱方法也可以被用于测量磁场。
计算机存储装置360还被示为含有使用脉冲序列402采集到的磁场磁共振数据403，并且所述磁场磁共振数据403被用于生成磁场变化图404。磁场变化图404可以是指示成像区域338内的磁场的相对变化和/或磁场的绝对值的图。计算机存储装置360还被示为含有根据磁共振数据378而被生成或重建的磁共振图像406。计算机存储装置360还被示为含有经相位校正的磁共振图像408，所述经相位校正的磁共振图像408是已经使用磁场变化图404对其相位进行了校正的磁共振图像406。
计算机存储器362被示为含有图像重建模块410。图像重建模块410含有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令使得处理器356能够根据磁场磁共振数据403来生成磁场变化图404，能够根据磁共振数据378来生成磁共振图像406，并且能够使用磁共振图像406和磁场变化图404来生成经相位校正的磁共振图像408。
图5示出了类似于图3和图4中示出的医学装置的医学装置500。应当注意到，图3、图4和图5中示出的不同的医学装置的特征可以被组合。
图5中示出的医学装置500类似于图3和图4中示出的医学装置，除了放射治疗设备502被添加到机架308。放射治疗设备502旨在表示可以被安装到机架308上的几乎任何类型的放射治疗设备。放射治疗设备例如可以是但不限于：线性加速器、带电粒子源以及X射线源。在该范例中，放射治疗设备502包括放射治疗源510和射束准直器512。放射治疗源510和/或射束准直器512都可以是磁场畸变部件。放射治疗源510生成被示为经过低温恒温器324的辐射束514。也可以使用其他布置，例如也可以使用分离的磁体或开放的磁体。机架308围绕轴316旋转，并且当这发生时，对象344内的靶区域516能够由放射治疗源510辐照。还示出了用于对对象支撑体348进行定位的机械定位系统518。放射治疗设备502和对象支撑体518都通过硬件接口354被控制。
在该实施例中，计算机存储装置360被示为额外地含有处置计划520和放射治疗控制信号522。使用处置计划520和磁共振图像406由放射治疗装置控制模块来生成放射治疗控制信号522。处置计划520含有用于辐照靶区域516的指令，并且接着磁共振图像406被用于在实时的基础上对放射治疗设备502的实际工作进行配准或控制，以考虑对象的运动和/或内部解剖结构的变化。计算机存储器362还被示为含有使得处理器356能够控制机械定位系统518的机械致动器控制模块532。
磁共振(MR)与线性加速器系统的集成提出了关于使电磁系统相互干扰最小化的高要求。例如，并不在其周长上一致地分布的线性加速器机架中的磁性材料可以使MR系统的磁场畸变，这导致成像伪影。可以使用通过使用机架位置传感器、预校准的查找表和/或有源场畸变校正线圈以及信号相位校正方案的组合来校正这些畸变和其他伪影的手段。
线性加速器机架含有并不在其周长上一致地分布的磁性材料。该材料通过磁体(其具有旋转对称性)的残留杂散场并且通过来自环境(包括地磁场)的次级场而被磁化。
对所有这些部分的磁化导致扫描器的成像体积中的非均匀的额外场，所述非均匀的额外场首先近似地与线性加速器机架一起旋转，但在旋转期间也可以细微地改变形状。为了在线性加速器旋转时获得良好质量的图像，该机架相关场的变化对于成像体积的所有体积元素都应当保持小于50纳特斯拉。可以假设通过将磁性材料添加到机架来使机架场减小到近似1微特斯拉或更小。
并不在其周长上一致地分布的线性加速器机架中的磁性材料可以使MR系统的磁场畸变，这导致成像伪影。
一个可能的解决方案采用若干部件/步骤：
-机架位置传感器：用于确定线性加速器机架的确切的旋转角度，
-对涉及机架位置和生成的场畸变的查找表的记录和存储(“预校准”)，
-用来控制通过对场畸变(中的大部分)进行补偿的补偿线圈的电流的方法和设备，
-用来经由所记录的成像数据中的相位校正补偿剩余的误差的方法。
在预校准阶段中，使用针对大量机架角度的NMR磁力测定来测量旋转相关的机架场。这些场图被分解成适合的参数的集合，例如球面谐波扩展的系数，这允许对对应的场样式的准确重建。
这些场系数被存储在扫描器计算机中的查找表中。线性加速器机架的位置传感器的输出被传输到扫描器计算机，使得对于机架的每个位置，计算机都可以(通过在最接近的查找表值之间的内插)评估适当的误差场系数的集合。该误差系数的集合接着可以被用于确定补偿线圈中的电流的集合，以便大大地补偿不想要的场。
作为存储位置相关的场图数据的替代，也可能存储需要用来补偿位置相关的场误差的校正线圈中的电流的预计算的值。
可以通过将适合的偏移添加到在x梯度线圈、y梯度线圈和z梯度线圈中流动的DC电流来完成对线性梯度场的校正。较高阶的校正场需要额外的专用的较高阶的校正线圈。可以由均匀场校正线圈来生成均匀误差场分量，或者可以通过对系统的操作频率的调节来补偿均匀误差场分量的影响。
由于初步的测量结果指示了一定的转速相关性，因此也必须考虑针对移动的机架处置方案的量度。因此，机架速度可以被考虑作为额外的参数。
可以根据要被校正的已知的(动态)误差场和由在系统上实施的主动校正量度生成的已知场来预测在该主动校正之后仍然剩余的场误差。这些残留的场误差可以被用于采集到的数据中的相位校正，以便进一步使源于场误差的伪影最小化。
图6示出了图示方法的范例的流程图。首先在步骤600中，执行预校准阶段。在该阶段中，测量机架位置和由机架的位置引起的任何场畸变的测量结果。这以机架位置和/或速度602为参考。来自步骤600的数据接着被用于建造用于场测量参考的机架位置、速度和/或之前的位置的查找表604。查找表604可以简单地具有对测得的场值的取回，或者查找表604也可以含有用于控制校正线圈的控件。接下来在步骤606中，执行移动阶段。在这种情况下，当机架被移动时使用磁共振成像系统来执行测量。位置传感器602提供关于机架的位置的位置数据和/或速度数据，并且查找表604接着被用于驱动用于对线圈的校正的控制命令610。这些控制命令610接着被发送到校正线圈608。在步骤612中的是在所记录的磁共振图像数据中执行相位校正的任选的步骤。
尽管已经在附图和前述的说明中详细图示并描述了本发明，但是这样的图示和说明将被认为是说明性或示范性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了某些措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的通信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。本领域技术人员通过研究附图、公开文本以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成在权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如光学存储介质或者与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的固态介质；但是也可以以其他形式分布，例如经由因特网或者其他有线或无线的电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (13)

1.一种医学装置(300、400、500)，包括：
-磁共振成像系统(306)，其用于从成像区域(338)采集磁共振数据(378、403)，其中，所述磁共振成像系统包括用于生成在所述成像区域内的磁场的磁体(322)；
-磁补偿线圈(334、335)，其用于补偿所述成像区域内的磁非均匀性；
-机架(308)，其能够用于关于所述成像区域旋转，其中，所述机架被配置为关于旋转轴(316)旋转；
-位置传感器(312)，其用于测量描述所述机架的角位置和角速度的位置数据；
-至少一个磁场畸变部件(310、510、512)，其中，所述机架还能够用于将所述至少一个磁场畸变部件关于所述旋转轴旋转；
-存储器(362)，其用于存储机器可执行指令(380、382、410、530、532)和场校正数据(372)，其中，所述场校正数据根据所述角位置和所述角速度来描述所述成像区域内的所述磁场；
-处理器(356)，其用于控制所述医学装置，其中，对所述指令的运行令所述处理器：
-从所述位置传感器接收(100、200)所述位置数据；
-使用所述场校正数据和所述位置数据来确定(102、202)用于控制所述磁补偿线圈的线圈控制命令(374)；
-使用所述线圈控制命令来控制(104、204)所述磁补偿线圈以补偿由所述至少一个磁场畸变部件引起的所述成像区域内的磁非均匀性；并且
-使用所述磁共振成像系统来采集(106、212)所述磁共振数据。
2.根据权利要求1所述的医学装置，其中，所述场校正数据还根据所述机架的之前的角位置和/或配置来描述所述成像区域内的所述磁场，其中，对所述指令的运行还令所述处理器：
-将所述位置数据记录在位置数据库(370)中；并且
-根据所述位置数据库来确定所述机架的之前的角位置，其中，所述线圈控制命令是使用至少所述场校正数据、所述位置数据以及所述之前的角位置而被确定的。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，所述场校正数据包括预计算的线圈控制命令(604)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，所述场校正数据包括所述成像区域内的空间相关的磁场测量结果，并且其中，所述线圈控制命令是使用所述磁补偿线圈的磁场模型而被确定的，以补偿空间相关的磁场测量结果。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，对所述指令的运行还令所述处理器：
-在测量所述磁共振数据之前使用所述磁共振成像系统来测量(206)磁场磁共振数据(403)，并且
-确定(208)所述成像区域内的磁场变化(404)。
6.根据权利要求5所述的医学装置，其中，对所述指令的运行还令所述处理器：
-使用所述磁场变化来计算(210)相位偏移，并且
-使用所述相位偏移来校正(214、612)所述磁共振数据。
7.根据权利要求5或6所述的医学装置，其中，对所述指令的运行还令所述处理器：
-修改所述线圈控制命令以补偿所述磁场变化。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的医学装置，其中，医学设备包括放射治疗设备(502)，其中，所述放射治疗设备包括所述至少一个磁场畸变部件。
9.根据权利要求8所述的医学装置，其中，所述放射治疗设备是以下中的任意一种：线性加速器、带电粒子源以及X射线源，和/或其中，所述至少一个磁场畸变部件包括：磁场源、线圈、螺线管、带电粒子光纤、磁体、电磁体、永磁体、铁磁性部件、亚铁磁性部件、顺磁性部件、反磁性部件、磁性部件以及它们的组合。
10.一种控制医学装置(300、400、500)的方法，其中，所述医学装置包括用于从成像区域(338)采集磁共振数据的磁共振成像系统(306)，其中，所述磁共振成像系统包括用于生成所述成像区域内的磁场的磁体(322)，其中，所述医学装置还包括用于补偿所述成像区域内的磁非均匀性的磁补偿线圈(334、335)，其中，所述医学装置还包括能够用于关于所述成像区域旋转的机架(308)，其中，所述机架被配置为关于旋转轴(316)旋转，其中，所述医学装置还包括用于测量描述所述机架的角位置和角速度的位置数据的位置传感器(312)，其中，所述医学装置还包括至少一个磁场畸变部件(310、510、512)，其中，所述机架还能够将所述至少一个磁畸变部件关于所述旋转轴旋转，
其中，所述方法包括以下步骤：
-从所述位置传感器接收(100、200)所述位置数据和速度数据；
-使用所述场校正数据以及所述位置数据和所述速度数据来确定(102、202)用于控制所述磁补偿线圈的线圈控制命令，其中，所述场校正数据根据所述角位置和所述角速度来描述所述成像区域内的所述磁场；
-使用所述线圈控制命令来控制(104、204)所述磁补偿线圈以补偿由所述至少一个磁场畸变部件引起的所述成像区域内的磁非均匀性；并且
-使用所述磁共振成像系统来采集(106、212)所述磁共振数据。
11.根据权利要求10或1所述的方法，其中，所述场校正数据还根据所述机架的之前的角位置来描述所述成像区域内的所述磁场，其中，所述方法还包括以下步骤：
-将所述位置数据记录在位置数据库(370)中，并且
-根据所述位置数据库来确定所述机架的之前的角位置，其中，所述线圈控制命令是使用至少所述场校正数据、所述位置数据以及所述之前的角位置而被确定的。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：
-测量所述成像区域中的磁场测量结果，其中，所述磁场是使用以下中的任意一种来测量的：磁力计、用来控制所述磁共振成像系统的磁共振协议、以及它们的组合；以及
-使用所述磁场测量结果来确定所述场校正数据。
13.一种含有机器可执行指令的计算机程序产品，所述机器可执行指令能够用于令处理器(356)执行根据权利要求10至12中的任一项所述的方法。
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