CN107850649A - 用于检测金属植入物并且为高效mri工作流选择磁共振脉冲序列的方法和检测单元 - Google Patents

用于检测金属植入物并且为高效mri工作流选择磁共振脉冲序列的方法和检测单元 Download PDF

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Abstract

一种磁共振成像系统(10)，包括至少一个磁共振射频天线设备(30)和至少一个金属检测器单元(38)，所述至少一个金属检测器单元用于检测所述感兴趣对象(20)内的金属，包括至少一个金属检测器线圈(40)，其中，所述至少一个磁共振射频天线设备(30)和所述至少一个金属检测器线圈(40)机械地或电学地或空间地形成一体单元(34)；以及一种关于检测包括金属的植入物(36)和选择磁共振脉冲序列而操作这样的磁共振成像系统(10)的方法。

Description

用于检测金属植入物并且为高效MRI工作流选择磁共振脉冲 序列的方法和检测单元
技术领域
本发明涉及具有用于检测要被成像的感兴趣对象内的金属的金属检测器单元的磁共振成像系统以及用于检测金属植入物并在检测到金属植入物的情况下选择磁共振脉冲序列的方法。
背景技术
在磁共振成像的领域中，知晓包括金属的植入物会造成需要仔细考虑的问题。像内固定物、人工关节或起搏器的植入物通常由高度导电的金属制作，其中涡电流可以在磁共振成像系统的扫描单元内部被激励，主要由共振地激励要被检查的感兴趣对象的或其内的原子核所需的射频磁激励场B1引起。
金属附近的磁共振成像通常受磁化问题损害，局部地使用于图像形成的磁场劣化。在诊断磁共振成像扫描中，金属零件的磁化能够引起磁共振信号堆叠、信号缺失以及其他几何失真，导致图像伪影。
除了磁共振成像伪影的生成外，在包括金属的植入物中激励的涡电流可以大量地贡献于感兴趣对象在磁共振检查期间暴露于的比吸收率(SAR)，并且这经受来自安全规章要求的限制。
由于人口老龄化和承载包括金属的植入物的患者的数量增加，对于在存在金属的情况下对软组织进行磁共振成像的需要增加。
发明内容
对在包括金属的植入物附近应用磁共振成像(MRI)技术的期望日益增加。利用磁共振(MR)技术可提供的软组织对比在支持越来越多的各种MR安全的包括金属的植入物硬件附近的诊断组合方面是有利的。
因此本发明的目的是提供一种操作磁共振成像系统的方法和允许靠近包括金属的植入物的磁共振成像同时减少对于要被检查的感兴趣对象的SAR负荷的这样磁共振成像系统。
如本申请中使用的短语“包括金属的植入物”应当被特别理解为涵盖包括金属以及非金属成分的医学植入物，并且应当特别涵盖完全由金属构成的医学植入物。包括金属的植入物的范例包括但不限于内固定物、人工关节(特别地人工髋关节)和起搏器。
在本发明的一个方面中，该目的通过一种磁共振成像系统来实现，所述磁共振成像系统被配置用于采集感兴趣对象的至少一部分的磁共振图像，并且所述磁共振成像系统包括：
-至少一个MR射频天线设备，其被设计为至少以下之一：
-MR射频表面发射天线，其能够连接到射频发射器并且被配置用于接收来自所述射频发射器的射频功率，并且用于将射频激励场B1应用于所述感兴趣对象的部分的或所述部分内的原子核以用于MR激励，以及
-MR射频表面接收天线，其被配置用于从已经通过应用射频激励场B1而被激励的所述感兴趣对象的所述部分的或所述部分内的原子核接收MR信号，以及
-至少一个金属检测器单元，其用于检测所述感兴趣对象内的金属并且包括至少一个金属检测器线圈，其中，所述至少一个MR射频天线设备和所述至少一个金属检测器线圈机械地或电学地或空间地形成一体单元。
如本申请中使用的短语“机械地形成一体单元”应当被特别理解为被附接到彼此、被附接到相同的载体或被附接到个体载体，所述个体载体被附接到彼此。
如本申请中使用的短语“电学地形成一体单元”应当被特别理解为使得至少一条传输线被配置用于传送来自、通往至少一个MR射频天线设备的或其内的电信号，并且用于传送来自、通往至少一个金属检测器单元的或其内的电信号。信号能够随后或同时被传送。
如本申请中使用的短语“空间地形成一体单元”应当被特别理解为至少以下之一：被布置为靠得很近、被布置为彼此机械接触以用被布置在相同的封装内。
以此方式，能够在应用射频磁激励场B1之前检测感兴趣对象内的包括金属的植入物，所述感兴趣对象在要被检查并且位于MR射频表面接收天线的成像区域附近的或在要被应用于感兴趣对象的或其内的原子核的射频磁激励场B1的区域内，并且能够在良好的时间内采取措施以避免将感兴趣对象暴露于大的SAR并且避免影响要取得的磁共振图像的质量。
在合适的实施例中，对于感兴趣对象内的包括金属的植入物的搜索能够以自动方式进行，并且指示包括金属的植入物的检测的警报能够被可视化给操作者。
在优选实施例中，所述至少一个金属检测器单元的所述至少一个金属检测器线圈具有被布置在与所述至少一个MR射频表面接收天线的取向平面平行的平面中的检测器线圈区，使得所述检测器线圈区在垂直于所述取向平面的方向与所述至少一个MR射频表面接收天线至少部分地交叠。如本申请中使用的短语“取向平面”应当被特别理解为在平坦设计的情况下所述至少一个MR射频表面接收天线可以被认为在其之内的平面，或者被理解为在至少一个MR射频表面接收天线在空间上被设计为弯曲表面的情况下是至少一个MR射频表面接收天线内的一位置的切平面。以此方式，能够容易地检测感兴趣对象内的包括金属的植入物，所述感兴趣对象被布置在MR射频表面接收天线的成像区域附近或其内或在要被应用于感兴趣对象或其内的原子核的射频磁激励场B1的区域内。磁共振射频表面发射和接收天线可以被调谐为对于针对磁共振成像系统的主磁场强度研究的原子核在拉莫频率附近高频射频带中共振。磁共振射频表面发射天线可以发射高频射频带中的B1场。磁共振射频接收天线可以接收由于激励的原子核的高频射频带中的磁共振信号。金属检测器线圈可以被调谐为在金属检测器单元的基础频率附近的低频射频带中共振。高频射频带例如可以具有42.6MHz/T(对于质子(1H))、10.7MHz/T(13C)、40.1MHz(19F)、11.3MHz/T(23Na)或17.2MHZ/T(31P)的中心频率。低频射频带在例如大约2MHz的金属检测器单元的基础频率附近。如随后更详细地解释的，磁共振发射天线、表面接收天线和金属检测器可以由共同或单独的硬件部件形成。本发明实现独立地优化针对以下的灵敏度：(i)来自原子核的高频射频带中的磁共振信号，从所述磁共振信号可以重建磁共振图像，以及(ii)由于金属物体的信号。这进一步在一体单元中被实现，所述一体单元中也可以共享用于其不同功能的硬件部件。
表面发射和接收天线可调谐为在拉莫频率带(通常10-42MHz/T)中共振，并且金属检测器线圈可以被调谐为在低频射频带(通常0.1-10MHz)中共振。在感生的涡电流的基础上检测金属物体，所述感生的涡电流引起0.1-10MHz的频率范围中的感生的信号，其由金属检测器线圈来检测。感生的信号的频率取决于将要被检测到的金属物体的成分和尺寸，并且感生的信号具有在5-10MHz的范围内的高信号水平。在10MHz之上的频率处，RF波传播效应主导涡电流生成。因此，RF天线设备的灵敏性针对成像磁共振信号的检测和金属物体的检测被独立地优化。
此外，本发明实现了在磁共振检查系统的主磁场外部检测要被检查的患者中的金属物体。因此，当患者被定位在患者承载体上但是仍然在磁体的膛外部时，可以在成像之前检查金属物体。这改善了工作流的效率。
在另一优选实施例中，所述至少一个MR射频天线设备包括被布置为MR射频天线阵列的多个MR线圈，并且其中，所述至少一个金属检测器单元包括被布置为金属检测器线圈阵列的多个金属检测器线圈。己知MR射频天线阵列提供了MR射频表面天线的大的信噪比(SNR)的优点，同时覆盖了大的成像区域。将多个金属检测器线圈布置为金属检测器线圈阵列能够对于MR射频天线阵列的大的成像区域有益地促进检测感兴趣对象内的包括金属的植入物。相同的益处应用于被布置为阵列的磁共振射频发射天线。
在一个优选实施例中，来自、通往所述至少一个MR射频天线设备的或其内的以及来自、通往所述至少一个金属检测器线圈中的至少一个的或其内的电信号至少部分地经由相同的传输线被输送。所述磁共振成像系统还包括至少一个电滤波器构件，所述至少一个电滤波器构件用于引导来自、通往所述至少一个MR射频天线设备中的所述至少一个的或其内的以及来自、通往所述至少一个金属检测器线圈中的所述至少一个的或其内所述电信号。以此方式，由传输线潜在地拾取的来自和到至少一个MR射频天线设备和至少一个金属检测器线圈的电子噪声的量能够被有益地减少。
优选地，所述至少一个电滤波器构件包括至少一个可远程切换的扼流器。如本申请中使用的术语“扼流器”应当被特别理解为用于阻挡电路中的较高频交流电流同时使较低频或直流电流(DC)通过的电感器。
可远程切换的扼流器可以被设计为包括能够通过DC偏置电路而在低射频阻抗的状态与高射频阻抗的状态之间转变的PIN二极管。扼流器能够通过PIN二极管来“打开”和“关闭”。MR射频天线设备被调谐到MRI共振频率，并且因此在可远程切换的扼流器在MR信号接收和MR射频发射期间处于“打开”位置时提供高阻抗。
在考虑中的射频(对于氢原子1H来说42.6MHz/特斯拉)处，PIN二极管用作其RF阻抗是流过它的前向DC电流的反函数的电子部件。因此，RF阻抗能够通过偏置电流的变化而在基本上不导电状态与基本上导电状态之间被容易地控制。PIN二极管的射频阻抗在两种状态下的比率通常能够大于500，优选大于1.000，并且最优选大于10.000。
以此方式，来自、通往所述至少一个MR射频天线设备中的至少一个的或其内的以及来自、通往所述至少一个金属检测器线圈中的至少一个的或其内的电信号能够通过使用成本有效的器件被有效地引导。
在一个实施例中，所述至少一个金属检测器线圈包括多个匝，所述多个匝通过多个电容器被相互连接，所述多个电容器在拉莫频率附近的频率区域中具有低阻抗并且在所述金属检测器单元的基础信号频率处具有高阻抗，并且其中，所述至少一个金属检测器线圈在至少一个操作状态下充当所述至少一个MR射频天线设备。
类似于上面提到的PIN二极管的RF阻抗，电容器的阻抗在拉莫频率附近的频率区域处与在基础信号频率处的比率优选大于500，更优选大于1.000，并且最优选大于10.000。
以此方式，取决于提供给其的信号的频率，至少一个金属检测器线圈能够在两种不同的操作状态下用于两个目的：一方面作为金属检测器线圈，并且另一方面作为MR射频天线设备，这有益地节省零件，并且进一步地，具有金属检测器线圈的位置与MR射频天线设备的位置相同的优点。
优选地，至少一个金属检测器线圈的多个匝以基本上平面的方式进行布置。由此，多个电容器能够被容易地布置在与多个匝相同的平面中，这方便了容易的安装。
在一个实施例中，至少一个金属检测器线圈的多个匝被布置在二维弯曲表面、特别地可展开二维平面上，其应当包含椭圆柱体(特别地圆形柱体)或锥体的至少一部分。
在另一优选实施例中，所述磁共振成像系统还包括：
-磁梯度线圈系统，其被配置为生成叠加到静态磁场B0的梯度磁场；
-控制单元，其用于控制所述磁共振成像系统的功能；
-金属检测器线圈驱动单元，其被提供用于电学地驱动所述至少一个金属检测器线圈或所述金属检测器线圈阵列，以及
-金属检测器信号评估单元，其被配置用于评估从所述至少一个金属检测器线圈或所述金属检测器线圈阵列接收的信号，并且用于在评估的信号的基础上向所述控制单元提供指示所述感兴趣对象内存在或不存在金属的输出信号，
所述控制单元被配置用于在所述金属检测器信号评估单元的所述输出信号的基础上提供出自脉冲序列中的预定选择列表中的至少一个磁共振脉冲序列作为可选择选项。
如本申请中使用的短语“脉冲序列”应当被特别理解为包括通过指定的射频脉冲参数值表征的至少一个射频功率和通过指定的梯度脉冲参数值表征的至少一个梯度脉冲。
如本领域中已知的，射频功率脉冲是指被提供给至少一个射频发射天线，以至少部分地用作用于将射频激励场B1应用于感兴趣对象的一部分或其内的原子核用于磁共振激励的目的的基础。进一步地，梯度脉冲是指被提供给磁共振成像系统的磁梯度线圈系统以至少部分地用作用于生成梯度磁场的基础。
如本领域中进一步已知的，在脉冲序列中，存在射频脉冲或射频功率脉冲与梯度脉冲之间固定的时间关系，并且磁共振脉冲序列通常在磁共振扫描方案期间被重复若干次。
在检测到包括金属的植入物的情况下的磁共振脉冲序列的预定选择列表可以包括但不限于以下磁共振脉冲序列：快速自旋回波(TSE)脉冲序列，特别是具有短回波间距和高TSE系数的；低水-脂肪分离；具有强的切片选择梯度的脉冲序列；增加数量的信号平均值；用于脂肪抑制的短T1反转恢复(STIR)脉冲序列。一般来说，在检测到包括金属的植入物的情况下提供的预定选择列表也可以包括其他磁共振脉冲序列，其己知关于当在包括金属的植入物附近采集磁共振信号时关于伪影的发生是鲁棒的并且对于本领域技术人员来说看起来合适的。
以此方式，在合适的实施例中，在检测到包括金属的植入物的情况下，磁共振脉冲序列的预定选择列表能够被有益地自动限制到己知关于植入物附近的磁共振成像的伪影的发生是鲁棒的那些磁共振脉冲序列。
在一个实施例中，所述控制单元被配置用于在金属检测器信号评估单元的输出信号的基础上来提供，磁共振脉冲序列的预先确定的选择列表。
在磁共振成像系统的另一实施例中，MR射频天线设备和金属检测器线圈或金属检测器线圈阵列的至少一个一体单元在至少一个操作状态下被布置在以下中的至少一个位置中：
-在所述感兴趣对象上方的自由空间中，以及
-在所述感兴趣对象下方被附接到患者台。
以此方式，对于磁共振成像在感兴趣对象的器官处的大量的应用(诸如心脏活其他器官的成像)，能够在应用射频磁激励场B1之前检查感兴趣对象内的包括金属的植入物。
在本发明的另一方面中，提供了一种操作本文中公开的磁共振成像系统的实施例的方法。
所述方法包括以下步骤：
-激活所述金属检测器单元，
-评估从所述至少一个金属检测器线圈或所述金属检测器线圈阵列接收的信号，
-生成至少指示所述感兴趣对象内存在或不存在金属的输出信号，并且将所述输出信号提供给所述控制单元，并且
-在所述金属检测器信号评估单元的所述输出信号的基础上提供出自磁共振脉冲序列的预定选择列表中的至少一个脉冲序列作为可选择选项。
相同的益处应用于如之前针对对应的磁共振成像系统呈现的这些公开的方法。
在另一实施例中，所述方法还包括以下步骤：
-在指示所述感兴趣对象内存在金属的情况下，基于从所述金属检测器线圈阵列接收的信号来计算检测到的金属的位置、尺寸和分类中的至少一个，以及
-出于可视化的目的，将与所述检测到的金属的所述位置、尺寸和分类中的至少一个有关的数据发送到所述磁共振成像系统的人类接口设备。
以此方式，使磁共振成像系统的操作者注意感兴趣对象内的金属的存在，以及包括金属的植入物相对于至少一个MR射频天线设备或MR射频天线阵列的位置、检测到的金属的尺寸和分类中的至少一个，由此能够支持关于进一步行动的决定。
在又一实施例中，所述方法包括以下步骤：
-在指示所述感兴趣对象内存在金属的情况下，针对出自磁共振脉冲序列的所述预定列表中的多个磁共振脉冲序列来估计预期的比吸收率，以及
-编译出自所述多个磁共振脉冲序列中的估计的预期的比吸收率低于或等于预定阈值的磁共振脉冲序列的选择列表。
以此方式，通过应用出自编译的选择列表中的磁共振脉冲序列中的一个能够确保在包括金属的植入物的检测之后感兴趣对象将会暴露于的比吸收率安全极限。
在一个实施例中，编译的选择列表在人类接口处被可视化给磁共振成像系统的操作者。
在一个实施例中，磁共振脉冲序列的编译的选择列表和其对应的估计的预期的比吸收率被提供给控制单元，并且控制单元被配置用于依据至少一个预定标准来执行磁共振脉冲序列的排序。预定标准可以选择包括但不限于预期的比吸收率和信噪比的绝对值的列表。所述控制单元还被配置用于将磁共振脉冲序列的排序可视化给操作者。
在本发明的又一方面中，提供了一种用于执行所公开的关于检测包括金属的植入物和选择磁共振脉冲序列操作磁共振成像系统的方法的实施例的步骤的软件模块。所要进行的方法步骤被转换为所述软件模块的程序代码，其中，所述程序代码能够被实施在所述控制单元的数字存储器单元中，并且可由所述控制单元的处理器单元执行。所述控制单元可以是磁共振成像系统的控制单元。替代地或补充地，所述控制单元可以是被专门设计为执行所述方法步骤中的至少一些的另一控制单元。
软件模块能够实现所述方法的鲁棒且可靠的执行，并且能够允许方法步骤的快速修改。
附图说明
参考下文所述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并且得以阐明。然而，这些实施例不一定表示本发明的全部范围，并且因此参考权利要求并且在本文中用于解读本发明的范围。
在附图中：
图1示出了根据本发明的磁共振成像系统的实施例的示意图示，
图2示出了按照图1的磁共振成像系统的功能构造，
图3示意地图示了按照图1的磁共振成像系统的一体单元，其由金属检测器线圈和射频接收天线形成，
图4示意地图示了按照图1至3的磁共振成像系统的金属检测器单元，
图5示出了替代性一体单元的示意图示，
图6示出了另一替代性一体单元的示意图示，并且
图7图示了根据本发明的方法的实施例的流程图。
附图标记列表
10 磁共振成像系统 58 电感器
12 扫描器单元 60 电滤波器构件
14 主磁体 62 扼流器
16 检查空间 64 PIN二极管
18 中心轴线 66 (第一)FPGA
20 感兴趣对象 68 放大器
22 磁梯度线圈系统 70 光纤数据链路
24 人类接口设备 72 天线共用器
26 控制单元 74 (第二)FPGA
28 患者台 76 前置放大器
30 MR射频天线设备 78 光纤数据链路
32 MR线圈 80 (第三)FPGA
34 一体单元 82 射频转换单元
36 包括金属的植入物 84 前置放大器
38 金属检测器单元 86 光纤数据链路
40 金属检测器线圈 88 一体单元
42 金属检测器线圈驱动单元 90 金属检测器线圈
44 金属检测器信号评估单元 92 MR射频天线设备
46 输出信号 94 载体
48 金属检测器线圈阵列 96 扼流器
50 (第一多个)电容器 98 一体单元
52 (第二多个)电容器 100 金属检测器线圈
54 阻抗匹配网络 102 MR射频天线设备
56 前置放大器 104 软件模块
106 数字存储器单元
108 处理器单元步骤
110 激活金属检测器单元
112 评估接收的信号
114 生成输出信号
116 显示选择列表
118 计算检测到的金属的位置、尺寸、分类
120 显示计算的数据
122 估计预期的SAR
124 编译选择列表
126 提供编译的选择列表
128 选择或确认MR脉冲序列
130 开始MR脉冲序列
132 发送/接收开关
134 电路板
B0 静态磁场
B1 射频磁激励场
具体实施方式
图1示出了根据本发明的磁共振成像系统10的实施例的示意图示。磁共振成像系统10被配置用于从感兴趣对象20(通常患者)的至少一部分采集磁共振图像。磁共振成像系统10包括具有主磁体14的扫描器单元12。主磁体14具有中心膛，所述中心膛为要被定位在内的感兴趣对象20提供了围绕中心轴线18的检查空间16，并且还被配置用于生成至少检查空间16中的静态磁场B0。静态磁场B0定义了轴向方向，通常被表示为z轴的方向并且平行于检查空间16的中心轴线18对齐。
用于支撑感兴趣对象20的通常的患者台28包括台支撑体和以可滑动方式被附接到台支撑体的台顶部。当由台顶部支撑时，感兴趣对象20能够在检查空间16内的位置与检查空间16外部的位置之间被转变，如在图1中示出的。
进一步地，磁共振成像系统10包括磁梯度线圈系统22，所述磁梯度线圈系统22被配置用于生成被叠加到静态磁场B0的梯度磁场。磁梯度线圈系统22被同心地布置在主磁体14的膛内，并且包括如本领域中已知的以三维方式生成梯度磁场的多个线圈。
尽管本发明的该特定实施例被描述为被应用于膛类型的磁共振成像系统10，但是本领域技术人员应认识到，本发明也可应用于任何其他类型的磁共振成像系统。
磁共振成像系统10包括控制单元26，所述控制单元26被提供以控制扫描器单元12、磁梯度线圈系统22的功能、以及磁共振成像系统10的其他功能。控制单元26包括处理器单元108、数字存储器单元106和若干人类接口设备24，包括被提供用于在控制单元26与操作者(通常医务人员)之间传输信息的监测器单元和键盘。
此外，磁共振成像系统10包括被设计为MR射频表面发射/接收天线的MR射频天线设备30，所述MR射频天线设备30被配置用于在射频发射时间段期间将射频激励场B1应用于感兴趣对象20或其内的原子核用于磁共振激励，以激励感兴趣对象20或其内的原子核用于磁共振成像的目的。为此目的，MR射频天线设备30被连接到射频发射器单元(未示出)，并且射频功率能够由控制单元26控制，被馈送到MR射频天线设备30。
MR射频天线设备30还被配置用于在射频接收时间段期间从感兴趣对象20的该部分或其内的已经通过应用射频激励场B1而被激励的原子核接收磁共振信号。在磁共振成像系统10的操作状态下，射频发射时间段和射频接收时间段以相继的方式发生。
磁共振射频的射频功率在射频发射时间段期间经由射频转换单元82(图4)被提供给MR射频天线设备30，如本领域中已知的。在射频接收时间段期间，由控制单元26控制的射频转换单元82将磁共振信号从MR射频天线设备30引导到控制单元26，以用于信号处理并且用于根据采集的磁共振信号确定感兴趣对象20的至少一部分的磁共振图像。
MR射频天线设备30包括被布置为MR射频天线阵列的多个MR线圈32。在图3中给出了MR射频天线设备30的MR线圈32中的一个的详细视图。
磁共振成像系统10还包括金属检测器单元38，所述金属检测器单元38用于检测感兴趣对象20内的金属(特别地包括金属的植入物36)。金属检测器单元38(图2和4)包括多个金属检测器线圈40、金属检测器线圈驱动单元42和金属检测器信号评估单元44，所述多个金属检测器线圈40被布置为金属检测器线圈阵列，所述金属检测器线圈驱动单元42被提供用于电学地驱动多个金属检测器线圈40，所述金属检测器信号评估单元44被配置用于评估从金属检测器线圈阵列接收的信号并且用于在评估的信号的基础上为控制单元26提供指示感兴趣对象20内存在或不存在金属的输出信号46。
回来参考图3，MR射频天线设备30和金属检测器线圈40机械地、电学地并且空间地形成一体单元34，如将会在下文中解释的。
图3示出了矩形形状的线圈，其具有包括两个匝的平面绕组。平面绕组的匝在绕组的末端处、在每个边缘的中部并且在矩形线圈的角处通过第一多个电容器50被相互连接。第一多个电容器50中的每个电容器在拉莫频率附近的频率区域中具有低阻抗，并且在金属检测器驱动单元42的基础信号频率处具有高阻抗。平面绕组的末端经由阻抗匹配网络54被连接到磁共振前置放大器56，并且还经由电感器58被连接到金属检测器驱动单元42。
在拉莫频率附近的频率区域中，平面绕组的匝通过第一多个电容器50被有效地短接，并且因此形成在效果上具有一个匝的矩形磁共振表面接收天线。与平面绕组的两个匝电学地串联布置的第二多个电容器52结合线圈的一个匝服务于形成被调谐到拉莫频率附近的频率区域的谐振电路的目的。
在金属检测器驱动单元42的基础信号频率附近的频率区域中，平面绕组的匝被彼此电学地分开，并且因此形成有效地具有两个匝的矩形金属检测器线圈40。
第二多个电容器52中的每个电容器52在金属检测器驱动单元42的基础信号频率处具有高阻抗。为了能够通过矩形金属检测器线圈40的两个圈驱动电流，多个电滤波器构件60中的一个电滤波器构件60被电学地并联连接到第二多个电容器52中的每个电容器52。每个电滤波器构件60包括扼流器62，所述扼流器62可通过PIN二极管64远程地切换(为了清楚起见，在图3中已经省略了控制PIN二极管64所需的电路)。
在一种操作状态下，金属检测器线圈驱动单元42向平面绕组的端部提供由2MHz的基础信号频率的方波电流脉冲形成的电信号，这诱发来自、通往形成金属检测器线圈40的传输线的或其内的电流。PIN二极管64处于低射频阻抗的状态，因此电滤波器构件60的扼流器62在第二多个电容器52的电容器52周围形成针对电信号的电桥。以此方式，电滤波器构件60引导来自、通往金属检测器线圈40的和其内的电信号。
在另一操作状态下，金属检测器线圈驱动单元42不为平面绕组的端部提供任何电信号。PIN二极管64处于高射频阻抗的状态，因此电滤波器构件60的扼流器形成断开的电连接。矩形磁共振表面接收天线的有效单个匝被调谐到拉莫频率。感兴趣对象20或其内的激励的原子核诱发由电滤波器构件60引导来自、通往形成磁共振表面接收天线的和其内的电信号。
通过在高射频阻抗与低射频阻抗的状态之间切换PIN二极管64，具有包括两个匝的平面绕组的矩形形状的线圈能够在磁共振模式与金属检测模式之间被转变，在所述磁共振模式下，所述线圈用作用于接收磁共振信号的单匝MR射频表面接收天线，在所述金属检测模式下，所述线圈用作金属检测器线圈40，生成磁场并且拾取由存在于感兴趣对象20内的金属响应而生成的磁场。
在图1中示出的特定实施例中，由磁共振射频天线阵列和金属检测器线圈阵列形成的一体单元34被布置在感兴趣对象20上方的自由空间中作为前磁共振天线。一般来说，一体单元34或额外的一体单元能够被附接到患者台28，并且能够被布置在感兴趣对象20下方作为后磁共振天线(34')。在其他实施例中，一体单元可以位于患者床垫、垫子或患者衣服内部。一体单元能够是机械上柔性的，使得其形状能够可逆地适合于患者身体的形状。
图4示意地图示了按照图1至3的磁共振成像系统10的金属检测器单元38。左侧的双正方形象征具有两个匝的平面绕组的矩形形状的线圈。金属检测器线圈驱动单元42包括第一现场可编程门阵列(FPGA)66和数模转换器(DAC)，用于生成电输出信号，所述电输出信号被放大器68放大以用于驱动金属检测器线圈阵列。第一FPGA 66经由光纤数据通信链路70从控制单元26接收数字控制信号。
由金属检测器线圈阵列接收的模拟信号经由根据其频率范围的天线共用器72并且经由由控制单元26控制的发送/接收开关132被引导到金属检测器信号评估单元44。金属检测器信号评估单元44包括前置放大器76、模数转换器(ADC)和第二FPGA 74，所述前置放大器76用于放大模拟信号，所述模数转换器(ADC)和第二FPGA74用于在模拟信号经由第二光纤数据通信链路78被传输给检测器信号评估单元44的处理器单元(未示出)以便评估接收的信号之前数字地转换模拟信号。控制单元26具有对磁共振脉冲序列的预定列表的数据访问，该列表存在于磁共振成像系统10的数字存储器单元(即控制单元26的数字存储器单元106)中。控制单元26被配置用于在从金属检测器信号评估单元44接收的输出信号46的基础上以可由磁共振成像系统10的操作者选择的选项提供出自磁共振脉冲序列的预定列表中的磁共振脉冲序列的选择。控制单元26被配置用于在监测器单元上向操作者显示选择列表。
图4的上部分示意地图示了用于由MR射频表面接收天线接收的磁共振信号的信号路径。信号路径包括射频转换单元82、前置放大器84、ADC和第三FPGA80，所述ADC和第三FPGA80用于在经放大的模拟磁共振信号经由第三光纤数据通信链路86被传输给控制单元26之前数字地转换经放大的模拟磁共振信号。
图5示出了由金属检测器线圈90和被设计为MR射频表面接收天线的MR射频天线设备92形成的替代性一体单元88的示意图示。金属检测器线圈90被设计为平面方形线圈。一体单元88包括具有21/2匝的平面线圈。金属检测器线圈90和MR射频表面接收天线两者被布置在共同的载体94上。金属检测器线圈90包括被串联连接的多个扼流器96，其表示拉莫频率附近的区域中的高阻抗和金属检测器驱动单元42的基础信号频率附近的频率区域中的低阻抗。
在图6中以示意图示方式示出了另一替代性一体单元98。一体单元98包括MR射频天线设备102，所述MR射频天线设备102具有被布置为3x3阵列的九个方形形状的MR射频表面接收天线和被布置为2x2阵列的四个圆形形状的金属检测器线圈100。金属检测器线圈100中的每个包括如针对按照图5的实施例描述的串联连接的多个扼流器(未示出)。
磁共振天线的阵列和检测器线圈100的阵列被彼此电绝缘地布置在共同电路板134的表面上的不同水平处作为电绝缘载体，并且机械地形成一体单元98，使得金属检测器线圈100被布置在与MR射频表面接收天线的取向平面平行的平面中。四个金属检测器线圈100中的每个金属检测器线圈沿垂直于取向平面的方向与四个MR射频表面接收天线部分地交叠，以便减少或消除金属检测器线圈100与MR射频表面接收天线之间的互感。以此方式，信号串扰能够被保持在足够低的水平。
金属检测器线圈100能够通过相互耦合而与彼此相互作用。因此，对于金属检测器线圈100中的每个金属检测器线圈，金属检测序列通常被顺序地执行。在金属检测序列在金属检测器线圈100中的一个处的执行期间，其他金属检测器线圈100被电学地关闭。
为了在所有金属检测器线圈100的情况下实现同时的金属检测，个体金属检测器线圈100必须被相互分离。这能够通过使用相互交叠或通过采用电感变压器最小化相互耦合的个体金属检测器线圈100的相互电磁分离来实现。
替代地，如果金属检测器线圈100被相互电磁地耦合，则在执行金属检测之前，所有可能的耦合系数都可以在校准流程中被测量。校准测量能够用于补偿金属检测器线圈100之间的相互耦合效果。
类似于按照图5的实施例，金属检测器线圈阵列的金属检测器线圈100和MR射频天线设备102具有与用于传输来自、通往金属检测器线圈100和磁共振设备102或其内的信号的单独传输线(未示出)。
替代地，磁共振天线的阵列可以被布置在第一电路板的表面上作为电绝缘载体，并且检测器线圈的阵列可以被布置在不同于第一电路板和电绝缘载体的第二电路板的表面上，并且第一电路板和第二电路板可以被刚性地附接到彼此以便形成一体单元。
在由MR射频天线阵列形成的金属检测器线圈100附近已经有金属存在的事实不损害金属检测器单元38的功能，因为它仅意味着随着时间恒定并且能够被容易地电子地补偿的信号偏移。
在下文中，描述了根据本发明的关于检测包括金属的植入物36并且选择磁共振脉冲序列的操作磁共振成像系统10的实施例。在图7中给出了该方法的流程图，并且在图2中图示了磁共振成像系统10的功能构造。应当理解，所有涉及的单元和设备都处于操作状态，并且如在图1和2中图示的那样进行配置。
为了能够执行该方法的多个部分，控制单元26包括软件模块104(图1)。要进行的方法步骤被转换为软件模块104的程序代码，其中，程序代码被实施在控制单元26的数字存储器单元106中，并且能够由控制单元26的处理器单元108执行。
在开始磁共振检查之前，金属检测器单元38在第一步骤110中被激活。
在下一步骤112中，从金属检测器线圈阵列接收的信号通过金属检测器信号评估单元44来进行评估。
在另一步骤114中，指示感兴趣对象20内存在或不存在金属的信号46在金属检测器信号评估单元44的输出处被生成，并且输出信号46被提供给控制单元26。
如果未检测到感兴趣对象20内的金属的存在，控制单元26在监测器单元上显示磁共振脉冲序列的预定选择列表作为下一步骤116中的可选择选项。
在指示感兴趣对象20内存在金属的情况下，在下一步骤118中，金属检测器信号评估单元44基于从金属检测器线圈阵列接收的信号来计算检测到的金属的位置、尺寸和分类。在下一步骤120中，该数据被传输给控制单元26并完全被显示在监测器单元上以便告知操作者。
在另一步骤122中，控制单元26针对出自磁共振脉冲序列的预定选择列表中的多个磁共振脉冲序列估计预期的比吸收率。
在下一步骤124中，控制单元26编译出自多个磁共振脉冲序列中的、估计的预期的比吸收率低于或等于预定的阈值的磁共振脉冲序列的选择列表。
在另一步骤126中，控制单元26提供磁共振脉冲序列的具有低于阈值的估计的预期的比吸收率的、编译的选择列表作为可选择选项。
在由操作者操作选择或确认出自编译的选择列表中的一个磁共振脉冲序列的步骤128之后，在最终步骤130中，控制单元26开始选定的或确认的磁共振脉冲序列。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；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。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 (12)

1.一种被配置用于采集感兴趣对象(20)的至少部分的磁共振图像的磁共振成像系统(10)，包括：
-至少一个磁共振射频天线设备(30)，其被设计为至少以下之一：
-磁共振射频表面发射天线，其能够被连接到射频发射器，并且被配置用于接收来自所述射频发射器的射频功率并且用于将高频频带中的射频激励场B1应用于所述感兴趣对象(20)的所述部分的或所述部分内的原子核以用于磁共振激励，以及
-磁共振射频表面接收天线，其被配置用于从已经通过应用射频激励场B1而被激励的所述感兴趣对象(20)的所述部分的或所述部分内的原子核接收所述高频频带中的磁共振信号，以及
-至少一个金属检测器单元(38)，其用于检测所述感兴趣对象(20)内的金属并且包括至少一个金属检测器线圈(40)，所述至少一个金属检测器线圈可调谐为在低频带中共振，并且其中，所述至少一个磁共振射频天线设备(30)和所述至少一个金属检测器线圈(40)机械地或电学地或空间地形成一体单元(34)。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统(10)，其中，所述至少一个金属检测器单元(38)的所述至少一个金属检测器线圈(40)具有检测器线圈区，所述检测器线圈区被布置在与所述至少一个磁共振射频表面接收天线的取向平面平行的平面中，使得所述检测器线圈区在垂直于所述取向平面的方向上与所述至少一个磁共振射频表面接收天线至少部分地交叠。
3.根据权利要求1或2所述的磁共振成像系统(10)，其中，所述至少一个磁共振射频天线设备(30)包括被布置为磁共振射频天线阵列的多个磁共振线圈(32)，并且其中，所述至少一个金属检测器单元(38)包括被布置为金属检测器线圈阵列(48)的多个金属检测器线圈(40)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统(10)，其中，来自、通往所述至少一个磁共振射频天线设备(30)的或其内的以及来自、通往所述至少一个金属检测器线圈(40)中的至少一个的或其内的电信号至少部分地经由相同的传输线被输送，并且所述磁共振成像系统还包括至少一个电滤波器构件(60)，所述至少一个电滤波器构件用于引导来自、通往所述至少一个磁共振射频天线设备(30)中的所述至少一个的或其内的以及来自、通往所述至少一个金属检测器线圈(40)中的所述至少一个的或其内的所述电信号。
5.根据权利要求4所述的磁共振成像系统(10)，其中，所述至少一个电滤波器构件(60)包括至少一个可远程切换的扼流器(62)。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的磁共振成像系统(10)，其中，所述至少一个金属检测器线圈(40)包括多个匝，所述多个匝通过多个电容器(50)被相互连接，所述多个电容器(50)在拉莫频率附近的频率区域中具有低阻抗并且在所述金属检测器单元(38)的基础信号频率处具有高阻抗，并且其中，所述至少一个金属检测器线圈(40)在至少一个操作状态下充当所述至少一个磁共振射频表面发射天线或磁共振射频表面接收天线。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统(10)，还包括：
-磁梯度线圈系统(22)，其被配置用于生成叠加到静态磁场B0的梯度磁场；
-控制单元(26)，其用于控制所述磁共振成像系统(10)的功能；
-金属检测器线圈驱动单元(42)，其被提供用于电学地驱动所述至少一个金属检测器线圈(40)或所述金属检测器线圈阵列(48)，以及
-金属检测器信号评估单元(44)，其被配置用于评估从所述至少一个金属检测器线圈(40)或所述金属检测器线圈阵列(48)接收的信号，并且用于在评估的信号的基础上向所述控制单元(26)提供表示所述感兴趣对象(20)内存在或不存在金属的输出信号(46)，
其中，所述控制单元(26)被配置用于在所述金属检测器信号评估单元的所述输出信号(46)的基础上提供出自磁共振脉冲序列中的预定选择列表中的至少一个磁共振脉冲序列作为可选择选项。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的磁共振成像系统(10)，其中，磁共振射频天线设备(34)和金属检测器线圈或金属检测器线圈阵列的至少一个一体单元(34)在至少一个操作状态下被布置在出自以下中的至少一个位置中：
-在所述感兴趣对象(20)上方的自由空间中，以及
-在所述感兴趣对象(20)下方被附接到患者台。
9.一种关于检测包括金属的植入物(36)和选择磁共振脉冲序列而操作根据权利要求1至8中的任一项所述的磁共振成像系统(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
-激活(110)所述金属检测器单元(38)，
-评估(112)从所述至少一个金属检测器线圈(40)或所述金属检测器线圈阵列(48)接收的信号，
-生成(114)至少指示所述感兴趣对象(20)内存在或不存在金属的的输出信号(46)，并且向所述控制单元(26)提供所述输出信号(46)，以及
-在所述金属检测器信号评估单元(44)的所述输出信号(46)的基础上，提供(126)出自磁共振脉冲序列的所述预定选择列表中的至少一个脉冲序列作为可选择选项。
10.根据权利要求9所述的操作磁共振成像系统(10)的方法，所述方法还包括以下步骤：
-在指示所述感兴趣对象(20)内存在金属的情况下，基于从所述金属检测器线圈阵列(48)接收的信号来计算(118)检测到的金属的位置、尺寸和分类中的至少一个，并且
-向所述磁共振成像系统(10)的人类接口设备(24)传输(120)与所述检测到的金属的所述位置、尺寸和分类中的至少一个有关的数据。
11.根据权利要求9或10所述的操作磁共振成像系统(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
-在指示所述感兴趣对象(20)内存在金属的情况下，针对出自磁共振脉冲序列的所述预定列表中的多个磁共振脉冲序列来估计(122)预期的比吸收率，并且
-编译(124)出自所述多个磁共振脉冲序列中的、估计的预期的比吸收率低于或等于预定阈值的磁共振脉冲序列的选择列表。
12.一种用于执行根据权利要求9至11中的任一项所述的方法的软件模块(104)，其中，要进行的所述方法步骤被转换为所述软件模块(104)的程序代码，其中，所述程序代码可实施在所述磁共振成像系统(10)的数字存储器单元(106)中，并且能够由所述磁共振成像系统(10)的处理器单元(108)执行。
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