CN105487028A - 磁性异物定位方法、装置及磁共振装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁性异物定位方法、装置及磁共振装置，其用于在磁体中确定磁性异物的位置。该方法包括：初始磁场参数获取步骤，其测量不存在磁性异物时磁体的初始磁场的场强，并计算表示该初始磁场的第一球谐函数系数；当前磁场参数获取步骤，其测量由于初始磁场中导入了磁性异物而发生变化的磁体的当前磁场的场强，并计算表示该当前磁场的第二球谐函数系数；变化磁场参数获取步骤，其将所述第一球谐函数系数与所述第二球谐函数系数进行比较，得到有关变化磁场的第三球谐函数系数；变化磁场重建步骤，其根据所述第三球谐函数系数来重建变化磁场；磁性异物定位步骤，其根据重建后的变化磁场来确定磁性异物相对于磁体的位置。

Description

磁性异物定位方法、装置及磁共振装置

技术领域

本发明涉及一种对磁体中导入的磁性异物进行定位的方法、装置及磁共振装置。

背景技术

磁共振装置对基本磁场的均匀性具有很高的要求，一般来说，基本磁场均匀性越好，成像的图像质量越高。但是，有时当对病人进行检查时，病人偶尔会带入硬币、发夹等异物，若磁共振装置开始工作时，这些磁性异物由于磁共振装置所产生的磁力而粘附在装置的某个位置处。这些磁性异物会导致磁共装置的基本磁场的均匀性受到破坏，从而影响磁共振装置的成像质量。

对于这些偶然带入到磁共振装置内的磁性异物，目前只能靠人力进行搜索，尤其是磁性异物的颜色与磁共振装置的背景色接近时，需要花费大量时间和体力来找到这些体积较小的异物。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够在磁体中快速对磁性异物进行定位的方法和装置。

本发明的一个方式提供一种磁性异物定位方法，其用于在磁体中确定磁性异物的位置，其特征在于，包括：初始磁场参数获取步骤，其测量不存在磁性异物时磁体的初始磁场的场强，并计算表示该初始磁场的第一球谐函数系数；当前磁场参数获取步骤，其测量由于初始磁场中导入了磁性异物而发生变化的磁体的当前磁场的场强，并计算表示该当前磁场的第二球谐函数系数；变化磁场参数获取步骤，其将所述第一球谐函数系数与所述第二球谐函数系数进行比较，得到有关变化磁场的第三球谐函数系数；变化磁场重建步骤，其根据所述第三球谐函数系数来重建变化磁场；磁性异物定位步骤，其根据重建后的变化磁场来确定磁性异物相对于磁体的位置。

根据本发明所涉及的磁性异物方法，能够快速地确定磁性异物在磁场中的位置，而避免人力进行磁性异物的搜寻工作，减轻了操作人员的工作负担，提高了磁体的利用效率。

在本发明中，“磁性异物”包括所有能够引起磁体的磁场发生变化的物体。

此外，在上述磁性异物定位方法中，优选在磁性异物定位步骤中，将重建后的变化磁场中场强最大的点向所述磁体进行投影，投影所在的位置即表示磁性异物相对于磁体的位置。

此外，在上述磁性异物定位方法中，优选以磁体的磁场的中心为顶点，沿所述变化磁场中场强最大的点的方向构建一个圆锥体，并利用该圆锥体进行所述变化磁场中场强最大的点向磁体的投影。

此外，在上述磁性异物定位方法中，优选根据所述第三球谐函数系数的正负来确定所述变化磁场中场强最大的点的方向。

此外，在上述磁性异物定位方法中，优选所述圆锥体的锥顶角为10度～15度。

此外，在上述磁性异物定位方法中，优选在表示变化磁场的所述第三球谐函数系数中，除了表示变化磁场中的基本磁场的系数与表示当前磁场中的基本磁场的系数相同以外，其余系数为所述第一球谐函数的系数与所述第二球谐函数的系数之差。

此外，本发明的另一方式提供一种磁性异物定位装置，其用于在磁体中确定磁性异物的位置，其包括：初始磁场参数确定部，其测量不存在磁性异物时磁体的初始磁场的场强，并计算表示该初始磁场的第一球谐函数系数；当前磁场参数确定部，其测量由于初始磁场中导入了磁性异物而发生变化的磁体的当前磁场的场强，并计算表示该当前磁场的第二球谐函数系数；变化磁场参数确定部，其将所述第一球谐函数系数与所述第二球谐函数系数进行比较，得到有关变化磁场的第三球谐函数系数；变化磁场重建部，其根据所述第三球谐函数系数来重建变化磁场；磁性异物定位部，其根据重建后的变化磁场来确定磁性异物相对于磁体的位置。

根据本发明所涉及的磁性异物定位装置，能够快速地确定磁性异物在磁场中的位置，而避免人力进行磁性异物的搜寻工作，减轻了操作人员的工作负担，提高了磁体的利用效率。

此外，本发明的再一方式提供一种磁共振装置，其包括：磁体，用于对被扫描体进行扫描成像；上述的磁性异物定位装置，用于对进入所述磁体的磁性异物进行定位。

根据本发明所涉及的磁共振装置，能够快速地确定磁性异物在磁共振成像装置中的位置，提高了磁共振装置的利用效率。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为表示本发明的磁性异物定位方法的流程图。

图2为表示本发明的磁性异物定位方法中投影过程的流程图。

图3为表示本发明的一实施例的结构图。

图4A为表示本发明的一实施例中球函数坐标与直角坐标系坐标关系的说明图。

图4B为表示本发明的一实施例的定位结果的说明图

其中，附图标记如下：

1磁共振装置；2模体；3表示重建后变化磁场的球体；4投影用圆锥体；5磁体磁场；

S101测量并计算表示磁体的初始磁场的第一球谐函数的系数；S102测量并计算表示磁体的当前磁场的第二球谐函数的系数；S103获得表示变化磁场的第三球谐函数的系数；S104根据第三球谐函数的系数的来重建变化磁场；S105将重建的变化磁场中场强最大的点投影到磁体上，获取异物所在位置；

S201获得变化磁场中场强绝对值最大的点；S202根据第三球谐函数系数的正负来确定其中一个方向上的场强最大的点Smax；S203构建投影用圆锥体；S204将变化磁场中场强最大的点投影在磁体上，得到投影点P；S205将得到的投影点P的位置向用户报告。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

图1示出了本发明涉及的磁性异物定位方法的流程图。在本实施例中，以磁共振成像装置为例进行说明。

在应用本发明的磁性异物定位方法中，首先需要预先对磁体中没有磁性异物的初始磁场进行测量，并将测量得到的表示初始磁场的第一球谐函数的系数存储在数据库中(步骤S101)。具体地说，在本实施例中，测量磁共振成像装置中没有磁性异物存在的情况下的初始磁场OriField。该初始磁场的测量如下进行：将测量模体定位在磁共振成像装置中，并开始进行扫描测量。该测量模体例如可以是球形模体、椭球形模体、圆柱形模体等。优选选用球形模体，在此，也可以通常模式构造该模体，例如以水填充。

在该初始磁场的测量中，测得的初始磁场OriField可以如下式数学式1那样以球谐函数来表示。

其中， $A_m\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{l=m}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{A}_l^m{P}_l^m\left(\cos \mathrm{\θ}\right)$

$B_m\left(\mathrm{\θ}\right)=\underset{l=m}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{B}_l^m{P}_l^m\left(\cos \mathrm{\θ}\right),$

$P_n\left(z\right)=\frac{(2n-1){\mathrm{zP}}_{n-1}\left(z\right)-(n-1)P_{n-2}\left(z\right)}{n},$ 其中，P₀(z)＝1，P₁(z)＝z数学式1

通过对上述数学式1进行勒让得多项式展开后，求解各阶的系数，在本实施方式中仅进行2阶展开。另外，各系数值以单位ppm进行表示。

下表举例示出了对于前两个展开阶数的球谐函数展开项及球谐函数系数即第一球谐函数系数的含义。

求得各阶系数以后，将表示初始磁场的各系数组成下式矩阵所示的数学式2。

$\mathrm{OriField}=\left[\begin{array}{ccc}{A00}_{\mathrm{Ori}}& {A11}_{\mathrm{Ori}}& {A22}_{\mathrm{Ori}}\\ {B11}_{\mathrm{Ori}}& {A10}_{\mathrm{Ori}}& {A21}_{\mathrm{Ori}}\\ {B21}_{\mathrm{Ori}}& {B21}_{\mathrm{Ori}}& {A20}_{\mathrm{Ori}}\end{array}\right],$ 其中，A00＝B₀(单位：特斯拉)，数学式2

若磁共振装置中存在磁性异物时，则会导致其当前磁场CurrentField从最初的初始磁场OriField发生变化，在这种情况下，如果需要找到磁性异物在磁共振装置中的位置，则在步骤S102中，再次将模体放入磁共振装置内，并对模体进行扫描，得到该磁共振装置的当前磁场的各位置的场强，并根据该当前磁场的测量结果，计算表示当前磁场的球谐函数系数即第二球谐函数系数，并表示为下面矩阵表示的数学式3。

$\mathrm{CurrentField}=\left[\begin{array}{ccc}{A00}_{\mathrm{curr}}& {A11}_{\mathrm{curr}}& {A22}_{\mathrm{curr}}\\ {B11}_{\mathrm{curr}}& {A10}_{\mathrm{curr}}& A21_{\mathrm{curr}}\\ {B22}_{\mathrm{curr}}& {B21}_{\mathrm{curr}}& {A20}_{\mathrm{curr}}\end{array}\right]$ 数学式3

在步骤S103中，将表示存在磁性异物的当前磁场的第二球谐函数系数矩阵与预先存储在数据库1中的表示初始磁场的第一球谐函数系数矩阵进行比较，即将第二球谐函数系数矩阵与第一球谐函数系数矩阵做减法运算(但是，表示基本磁场的系数A00_curr保持不变)，由此计算得到表示变化磁场的第三球谐函数系数矩阵(数学式4)，即：

$\mathrm{ChangeField}=\left[\begin{array}{ccc}{A00}_{\mathrm{curr}}& {A11}_{\mathrm{curr}}-{A11}_{\mathrm{Ori}}& {A22}_{\mathrm{curr}}-{A22}_{\mathrm{Ori}}\\ {B11}_{\mathrm{curr}}-{B11}_{\mathrm{Ori}}& {A10}_{\mathrm{curr}}-{A10}_{\mathrm{Ori}}& A21_{\mathrm{curr}}-{A21}_{\mathrm{Ori}}\\ {B22}_{\mathrm{curr}}-{B22}_{\mathrm{Ori}}& {B21}_{\mathrm{curr}}-{B21}_{\mathrm{Ori}}& {A20}_{\mathrm{curr}}-{A20}_{\mathrm{Ori}}\end{array}\right]$ 数学式4

在步骤S104中，根据上述计算得到的表示变化磁场的第三球谐函数系数矩阵，利用下述球谐函数的数学式5重建变化磁场，例如，后述的图4B所示的单位圆的球体2例示了重建后的变化磁场，其中球体的球心位于基准磁场的中心。

数学式5

在步骤S105中，根据重建后的变化磁场，得到变化磁场中各点的磁场强度，并根据变化磁场中场强最大的点找到磁性异物的位置。

下面，参照图2对步骤S105中根据重建的变化磁场对磁性异物的定位步骤做进一步详细的说明。

首先，在步骤S201中，根据重建后的变化磁场，找到该变化磁场强度绝对值最大的点。

但是通常来说，在重建后的变化磁场中，场强绝对值最大的点有可能存在于两个正好相对不同的方向上。因此，在步骤S202中，需要根据表示变化磁场的第三球谐函数系数矩阵中有关线性项的系数的正负号来确定其中一个方向上的场强最大的点Smax。

在步骤S203中，如后述的图4B所示，沿在步骤S104中重建后变化磁场的中心即图4中球体的球心与在步骤S202中确定的一个方向上的绝对值最大的点的连线的方向，并以该变化磁场的中心为顶点，以圆锥顶角为10度的方式构成一个圆锥体4。在步骤S204中，使该构成的圆锥体4与表示磁体磁场的圆柱体5相交，也就是说，通过该圆锥体4将表示变化磁场中一个方向上的场强最大的点Smax投影到磁体磁场中，而得到在磁体磁场中的投影位置P，该投影位置P反应了异物在磁体磁场中的位置，进一步当将该投影位置P与预先存储在数据库中的表示磁体物理尺寸的数据进行匹配时，能够得到磁性异物在磁体中的实际位置。

在步骤S205中，将得到的磁性异物在磁体中位置向用户进行报告。该报告可以以数据或图像形式显示在图像显示器中。

下面，举一具体实施例来验证本发明的磁共振装置中磁性异物的定位方法。

首先，如图3所示，在磁共振装置1中放入模体2，根据步骤S101，求得表示该磁共振装置的初始磁场的第一球谐函数的各系数，并存储在系统中。表1示出了表示没有异物存在时的初始磁场的第一球谐函数的各系数值。

第一球谐函数系数	值	最小值	最大值	单位
					A10Ori	-0.027	-0.700	0.700	ppm
A11Ori	-0.058	-0.700	0.700	ppm
					B11Ori	0.042	-0.700	0.700	ppm
A20Ori	0.110	-0.700	0.700	ppm
					A21Ori	-1.512	-1.900	1.900	ppm
B21Ori	-0.843	-1.900	1.900	ppm
					A22Ori	0.293	-1.900	1.900	ppm
B22Ori	0.996	-1.900	1.900	ppm

表1

接下来，假设当在磁共振装置1中存在一磁性异物C时(在本实施例中，如图3所示，为验证方便，在磁体坐标系的X正方向上设置一磁性异物，此处为金属硬币)，则根据步骤S102利用模体2再次测量并计算求得表示该磁场的第二球谐函数的系数，并将各系数表示在表2中。

第二球谐函数系数	值	最小值	最大值	单位
					A10curr	0.283	-0.700	0.700	ppm
A11curr	0.778	-0.700	0.700	ppm
					B11curr	-0.001	-0.700	0.700	ppm
A20curr	0.106	-0.700	0.700	ppm
					A21curr	-0.992	-1.900	1.900	ppm
B21curr	-0.860	-1.900	1.900	ppm
					A22curr	0.579	-1.900	1.900	ppm
B22curr	0.964	-1.900	1.900	ppm

表2

接下来，根据步骤S103，求得表示变化磁场的第三球谐函数系数矩阵，即数学式4中表示的矩阵ChangeField。

接下来，根据步骤S104，按照数学式5，利用上述求得的表示变化磁场的第三球谐函数系数矩阵ChangeField中的系数，重建该变化磁场，并求得变化磁场中各点的场强。

接下来，找到上述求得的变化磁场中场强绝对值最大的点(步骤S201)。在表2中，注意到表示X轴方向的线性项系数A11_curr明显偏离其正常范围，并且参照表示变化磁场的第三球谐函数系数矩阵ChangeField中的系数A11_curr-A11_Ori＝0.836可知，该变化磁场中场强变化最大的点应该位于X轴的正方向上(步骤S202)。相反，若该系数为负值，则表示场强变化最大的点应位于X轴的负方向上。因此将变化磁场中场强绝对值最大的点中在X轴正方向的点确定为需要的点Smax。其中，图4A表示重建后的变化磁场的球函数坐标系与直角坐标系的关系，在本实施例中，求得的变化磁场中沿X轴正方向的场强最大点Smax的位置为：以单位圆构成的球体中，球函数坐标为φ＝0(rad)、θ＝0.9817(rad)＝56.2473(degree)。

接下来，如图4B所示，构造一个圆锥顶角为10度的圆锥体4，其中锥顶角为10度，并且使该圆锥体4的方向朝向表示重建后变化磁场的球体3的中心与场强最大点Smax的连线方向(步骤S203)。圆锥体4与表示磁共振装置磁体磁场的圆柱体的交线即为场强最大点Smax在磁体磁场中的投影位置P。根据该图4所示，投影位置P反应了磁场异物在磁场中的方向为X轴的正方向，这与本实施例中磁性异物的放置的情况完全一致。此外，当从系统中读取预先存储的磁体结构的尺寸数据时，将表示磁体磁场的圆柱体与实际的磁体结构相匹配，从而根据投影位置P就能够找到异物在磁体中的实际位置(步骤S204)，并且可以将得到的位置以数据或图像形式报告给用户(步骤S205)。

上述实施例验证了在磁体的X轴正方向上具有异物时根据本发明的异物定位方法进行定位的结果。同样地，当异物在磁体的Y轴或Z轴上时，根据本发明的异物定位方法同样能够验证得到正确的位置。

除此以外，当在磁体中具备2个或2个以上的异物时，本发明的异物定位方法同样是有效的。

此外，在上述实施例中，用于投影的圆锥体4的锥顶角确定为10度，但并不限于此，该锥顶角的大小可以根据异物的大小进行定义，例如也可以确定为15度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种磁性异物定位方法，其用于在磁体中确定磁性异物的位置，其特征在于，包括：

初始磁场参数获取步骤，其测量不存在磁性异物时磁体的初始磁场的场强，并计算表示该初始磁场的第一球谐函数系数；

当前磁场参数获取步骤，其测量由于初始磁场中导入了磁性异物而发生变化的磁体的当前磁场的场强，并计算表示该当前磁场的第二球谐函数系数；

变化磁场参数获取步骤，其将所述第一球谐函数系数与所述第二球谐函数系数进行比较，得到有关变化磁场的第三球谐函数系数；

变化磁场重建步骤，其根据所述第三球谐函数系数来重建变化磁场；

磁性异物定位步骤，其根据重建后的变化磁场来确定磁性异物相对于磁体的位置。

2.根据权利要求1所述的磁性异物定位方法，其特征在于，

在磁性异物定位步骤中，将重建后的变化磁场中场强最大的点向所述磁体进行投影，投影所在的位置即表示磁性异物相对于磁体的位置。

3.根据权利要求2所述的磁性异物定位方法，其特征在于，

以磁体磁场的中心为顶点，沿所述变化磁场中场强最大的点的方向构建一个圆锥体，并利用该圆锥体进行所述变化磁场中场强最大的点向磁体的投影。

4.根据权利要求2或3所述的磁性异物定位方法，其特征在于，

根据所述第三球谐函数系数的正负来确定所述变化磁场中场强最大的点的方向。

5.根据权利要求3所述的磁性异物定位方法，其特征在于，

所述圆锥体的锥顶角为10度～15度。

6.根据权利要求1所述的磁性异物定位方法，其特征在于，

在表示变化磁场的所述第三球谐函数系数中，除了表示变化磁场中的基本磁场的系数与表示当前磁场中的基本磁场的系数相同以外，其余系数为所述第一球谐函数的系数与所述第二球谐函数的系数之差。

7.一种磁性异物定位装置，其用于在磁体中确定磁性异物的位置，其特征在于，包括：

初始磁场参数确定部，其测量不存在磁性异物时磁体的初始磁场的场强，并计算表示该初始磁场的第一球谐函数系数；

当前磁场参数确定部，其测量由于初始磁场中导入了磁性异物而发生变化的磁体的当前磁场的场强，并计算表示该当前磁场的第二球谐函数系数；

变化磁场参数确定部，其将所述第一球谐函数系数与所述第二球谐函数系数进行比较，得到有关变化磁场的第三球谐函数系数；

变化磁场重建部，其根据所述第三球谐函数系数来重建变化磁场；

磁性异物定位部，其根据重建后的变化磁场来确定磁性异物相对于磁体的位置。

8.一种磁共振装置，其特征在于，包括：

磁体，用于对被扫描体进行扫描成像；

根据权利要求7所述的磁性异物定位装置，用于对所述磁体内的磁性异物进行定位。