CN108896941B

CN108896941B - 一种梯度匀场方法及装置

Info

Publication number: CN108896941B
Application number: CN201810436652.8A
Authority: CN
Inventors: 陈秀原; 祁甫浪; 甄博文; 周玉福; 张晴; 罗鹏辉; 王长亮; 智德波; 徐莉
Original assignee: Anhui Fuqing Medical Technology Co ltd
Current assignee: Anhui Meili Medical Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2038-05-09
Also published as: CN108896941A

Abstract

本申请提供了一种梯度匀场方法及装置，方法包括：步骤A：对于每一目标方向，执行：以参考电流值为中心，以一预设电流值为间隔确定N个电流值，获得N+1个电流值；运行多个FID信号达到稳态后再运行N+1个FID信号，将N+1个电流值作用于N+1个FID信号上；确定N+1个FID信号的频域峰值，并基于频域峰值确定最佳电流值；步骤B：在确定出各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值后，将其作为参考电流值，按步骤A的方式确定本次的频域峰值，若本次确定的频域峰值与上次确定的频域峰值的差值的绝对值均小于预设值，将上次确定出的最佳电流值作为最终匀场所采用的电流值进行匀场。本申请可准确高效的实现匀场。

Description

一种梯度匀场方法及装置

技术领域

本发明涉及磁共振放疗系统技术领域，尤其涉及一种梯度匀场方法及装置。

背景技术

磁共振引导的放疗系统与其它放疗设备相比有三个明显的临床优势，其一，顶尖的精准治疗，放疗过程中实时高质量的MRI影像软组织成像能自动追踪肿瘤和毗邻器官，保证放疗射线精准地照射到正确区域；其二，个体化治疗，因为在放疗过程中能实时看到和评估肿瘤、内部器官的变化，医师可以在线同步优化放疗计划，为每位患者的每次治疗制定最优的放疗计划；其三，实时影像追踪，在放疗出束过程中，医师可以实时清楚的看到肿瘤和周围器官的运动，使用动态追踪技术捕捉运动的肿瘤。

磁共振引导放疗系统利用实时影像追踪靶向器官。另外，放疗过程中需要多次对肿瘤进行多角度照射，而旋转病患会对磁场造成微扰，有必要多次进行匀场，因此需要快速的成像序列以及匀场序列。磁共振系统中常用的匀场方式包括无源匀场和有源匀场两部分，其中，有源匀场用直流线圈产生磁场来动态的弥补主磁场的不足，常用的有源匀场方法有最大信号法，最大信号法方法直观容易实现，但是需要多次迭代优化，耗时较长。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种梯度匀场方法及装置，用以解决现有的有源匀场方法耗时较长的问题，其技术方案如下：

一种梯度匀场方法，包括：

步骤A：对于每一目标方向，执行：以所述目标方向对应的参考电流值为中心，以一预设电流值为间隔确定N个电流值，获得N+1个电流值，N为大于等于2的偶数；运行多个FID信号达到稳态后再运行N+1个FID信号，并将所述N+1个电流值作用于所述N+1个FID信号上；确定所述N+1个FID信号的频域峰值，并基于所述频域峰值确定所述目标方向上匀场线圈的最佳电流值；

步骤B：在确定出各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值后，将各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值作为各个目标方向对应的参考电流值，按步骤A的方式确定本次的频域峰值，对于各个目标方向，若本次确定的频域峰值与上次确定的频域峰值的差值的绝对值均小于预设值，则确定上次确定出的各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值为最终匀场所采用的电流值；

步骤C：将所述最终匀场所采用的电流值输入磁共振引导放疗系统中实现匀场。

其中，所述基于所述频域峰值确定所述目标方向上匀场线圈的最佳电流值，包括：

将所述频域峰值对应的电流值确定为所述目标方向上匀场线圈的最佳电流值。

其中，所述将所述N+1个电流值作用于N+1个FID信号上，包括：

将所述N+1个电流值转换为所述目标方向上匀场线圈对应的梯度电流值，获得N+1个梯度电流值；

将所述N+1个梯度电流值作用于所述N+1个FID信号上。

其中，所述运行多个FID信号达到稳态后再运行N+1个FID信号，包括：

小角度激发多次产生连续的FID信号，当产生的FID信号达到稳态后，再运行N+1个FID信号。

其中，所述参考电流值为上次匀场事件中所述目标方向上的匀场线圈的最佳电流值。

一种梯度匀场装置，包括：第一确定模块、信号运行模块、处理模块、第二确定模块、第三确定模块、第四确定模块和电流输入模块；

所述第一确定模块，用于对于每一目标方向，以一参考电流值为中心，以一预设电流值为间隔确定N个电流值，获得N+1个电流值，N为大于等于2的偶数；

所述信号运行模块，用于运行多个FID信号达到稳态后运行N+1个FID信号；

所述处理模块，用于将所述N+1个电流值作用于所述信号运行模块运行的所述N+1个FID信号上；

所述第二确定模块，用于确定所述N+1个FID信号的频域峰值；

所述第三确定模块，用于基于所述频域峰值确定所述目标方向上匀场线圈的最佳电流值；

第一确定模块，还用于将所述第二确定模块确定出的各个目标方向上的匀场线圈的最佳电流值作为对应目标方向的参考电流值，对于每一目标方向，以参考电流值为中心，以一预设电流值为间隔确定N个电流值，获得N+1个电流值；

所述第四确定模块，用于对于各个目标方向，若本次确定的频域峰值与上次确定的频域峰值的差值的绝对值均小于预设值，则确定上次确定出的各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值为最终匀场所采用的电流值；

所述电流输入模块，用于将所述最终匀场所采用的电流值输入磁共振引导放疗系统中实现匀场。

其中，所述第三确定模块，具体用于将所述频域峰值对应的电流值确定为所述目标方向上匀场线圈的最佳电流值。

其中，所述处理模块，具体用于将所述N+1个电流值转换为所述目标方向上匀场线圈对应的梯度电流值，获得N+1个梯度电流值，将所述N+1个梯度电流值作用于所述N+1个FID信号上。

其中，所述信号运行模块，具体用于小角度激发多次产生连续的FID信号，当产生的FID信号达到稳态后，再运行N+1个FID信号。

上述技术方案具有如下有益效果：

由于现有技术中的有源匀场方法没有利用横向稳态，为了避免残余矢量的影响，每次FID信号的采集都必须等到上次FID信号残余矢量自然地衰减为零才能进行，即，每次采集一个FID信号，然后计算，过一段时间再次采集，因此，耗时较长，而本发明提供的梯度匀场方法及装置，首先运行多个FID信号达到稳态，再运行一系列FID信号，将设置的不同电流值作用于一系列FID信号上，一系列FID信号一次采集完成，在一系列FID信号作用电流值后，基于FID信号的峰值确定最佳电流值，因此，耗时较短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的梯度匀场方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的匀场脉冲序列示意图；

图3为本发明实施例提供的FID信号的波形图；

图4为本发明实施例提供的梯度匀场装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种梯度匀场方法，请参阅图1，示出了该方法的流程示意图，该方法可以包括：

步骤S101：对于每一目标方向，执行：以目标方向对应的参考电流值为中心，以一预设电流值为间隔确定N个电流值，获得N+1个电流值，N为大于等于2的偶数；运行多个FID信号达到稳态后再运行N+1个FID信号，并将N+1个电流值作用于N+1个FID信号上；确定N+1个FID信号的频域峰值，并基于频域峰值确定目标方向上匀场线圈的最佳电流值。

其中，目标方向可以包括X方向、Y方向和Z方向。通过步骤S101便可得到X方向匀场线圈的最佳电流值、Y方向匀场线圈的最佳电流值和Z方向匀场线圈的最佳电流值。

以X方向为例，对获得N+1个电流值的实现过程进行说明：假设参考电流值为Xoffset，作为电流间隔的预设电流值为ΔG，N为20，则以参考电流Xoffset为中心，以ΔG为间隔确定N个电流值，获得的N+1个电流值为(Xoffset-10*ΔG，Xoffset-9*ΔG，…，Xoffset-1*ΔG，Xoffset，Xoffset+1*ΔG，…，Xoffset+9*ΔG，Xoffset+10*ΔG)。

需要说明的是，作为电流间隔的预设电流值ΔG可根据不同设备被匀场的具体情况设定。

在一种优选的实现方式中，本实施例中的参考电流值可以为上一次匀场事件中目标方向上匀场线圈的最佳电流值。

可以理解的是，由于系统一次被动匀场后短时间内每次匀场电流值的变化都不大，因此，本实施例利用上一次匀场事件的结果作为初始值，可以减少每个线圈因为匀场电流值不准确带来的相互影响，从而能够减少迭代次数，而现有的匀场方法以零为初始值，因此，起始时，每个匀场线圈的零值与准确值之间差距较大，而线圈不准确的相互影响会导致迭代次数变多。比如说有三个匀场线圈X、Y、Z，最佳电流值为(X方向为10，Y方向为15，方向20)，而上一次匀场事件的最佳电流值为(X方向为12，Y方向为10，Z方向为15)，首先进行X线圈的电流值计算，此时，如果Y、Z用上一次匀场事件的电流值(即Y方向为10，Z方向为15)，那么Y，Z的不准确对X方向的测量产生的影响比将Y、Z方向的电流置零要小，这样可以减少误差，从而减少迭代次数。

在本实施例中，运行多个FID信号达到稳态后再运行N+1个FID信号的具体实现过程可以包括：小角度(比如8°)多次(比如大于10次)激发产生连续的FID信号，使之达到稳态，然后再运行N+1个FID信号，如图2所示，图3示出了本实施例中FID信号的波形图。

需要说明的是，核磁化矢量M围绕B1运动会在XOY平面中产生一个分量，即横向磁化矢量Mxy，当射频脉冲关断以后，由于核自旋之间和核自旋与晶格之间进行能量交换，会产生纵向弛豫和横向弛豫，这使得核自旋从射频脉冲吸收的能量又释放出来。其中，接收线圈位于XOY平面内，随着M的旋转，Mxy每旋转一次，就会在线圈内形成一个感应电流，感应电流的大小随时间逐渐减小，形成自由衰减信号FID。

由于残留横向Mxy弛豫的存在，产生的FID信号中后面信号会受到前面信号的影响，导致FID信号无法准确辨别最佳峰值，有鉴于此，本实施例利用小角度多次激发产生连续FID信号，使组织的残留横向磁化矢量Mxy保持稳定。由于FID信号由横向磁化矢量Mxy得到，因此，连续多个小角度激发后，达到横向稳态，此时，连续的FID信号后面的FID信号不会受到前面FID信号残余的横向磁化矢量的影响。

在运行N+1个FID信号时，将N+1个电流值作用于N+1个FID信号上。在一种可能的实现方式中，将N+1个电流值作用于N+1个FID信号上的实现过程可以包括：将N+1个电流值转换为目标方向上匀场线圈对应的梯度电流值，获得N+1个梯度电流值；将N+1个梯度电流值作用于N+1个FID信号上。

其中，将N+1个电流值转换为目标方向上匀场线圈对应的梯度电流值，即将各个电流值分别与转换参数相乘，从而得到梯度电流值，转换参数对于每个系统是固定的。需要说明的是，对于一阶梯度而言，转换参数为1，即N+1个电流值即为目标方向上匀场线圈对应的梯度电流值。

在将N+1个梯度电流值作用于N+1个FID信号上后，确定N+1个FID信号的频域峰值，将该频域峰值对应的电流值确定为目标方向上匀场线圈的最佳电流值。

步骤S102：在确定出各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值后，将各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值作为各个目标方向对应的参考电流值，按步骤S101的方式确定本次的频域峰值，对于各个目标方向，若本次确定的频域峰值与上次确定的频域峰值的差值的绝对值均小于预设值，则确定上次确定出的各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值为最终匀场所采用的电流值。

若本次确定的频域峰值与上次确定的频域峰值的差值的绝对值均小于预设值，则表明本次确定的频域峰值相较于上次确定的频域峰值变化不大，可确定上次确定出的最佳电流值即为完成匀场所使用的电流值。

需要说明的是，若本次确定的频域峰值与上次确定的频域峰值的差值的绝对值大于预设值，则基于本次确定的频域峰值确定最佳电流值，将该最佳电流值作为参考电流值，执行步骤S101。

步骤S103：将最终匀场所采用的电流值输入磁共振引导放疗系统中实现匀场。

由于现有技术中的有源匀场方法没有利用横向稳态，为了避免残余矢量的影响，每次FID信号的采集都必须等到上次FID信号残余矢量自然地衰减为零才能进行，即，每次采集一个FID信号，然后计算，过一段时间再次采集，因此，耗时较长，而本发明实施例提供的梯度匀场方法，首先运行多个FID信号达到稳态，再运行一系列FID信号，将设置的不同电流值作用于一系列FID信号上，一系列FID信号一次采集完成，在一系列FID信号作用电流值后，基于FID信号的峰值确定最佳电流值，因此，耗时较短。

与上述方法相对应，本发明实施例还提供了一种梯度匀场装置，该装置可以包括：第一确定模块401、信号运行模块402、处理模块403、第二确定模块404、第三确定模块405、第四确定模块406和电流输入模块407。

第一确定模块401，用于对于每一目标方向，以一参考电流值为中心，以一预设电流值为间隔确定N个电流值，获得N+1个电流值，N为大于等于2的偶数。

信号运行模块402，用于运行多个FID信号达到稳态后运行N+1个FID信号。

处理模块403，用于将所述N+1个电流值作用于所述信号运行模块运行的所述N+1个FID信号上。

第二确定模块404，用于确定所述N+1个FID信号的频域峰值。

第三确定模块405，用于基于所述频域峰值确定所述目标方向上匀场线圈的最佳电流值。

第一确定模块401，还用于将第三确定模块405确定出的各个目标方向上的匀场线圈的最佳电流值作为对应目标方向的参考电流值，对于每一目标方向，以参考电流值为中心，以一预设电流值为间隔确定N个电流值，获得N+1个电流值。

第四确定模块406，用于对于各个目标方向，若本次确定的频域峰值与上次确定的频域峰值的差值的绝对值均小于预设值，则确定上次确定出的各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值为最终匀场所采用的电流值。

电流输入模块407，用于将所述最终匀场所采用的电流值输入磁共振引导放疗系统中实现匀场。

由于现有技术中的有源匀场方法没有利用横向稳态，为了避免残余矢量的影响，每次FID信号的采集都必须等到上次FID信号残余矢量自然地衰减为零才能进行，即，每次采集一个FID信号，然后计算，过一段时间再次采集，因此，耗时较长，而本发明实施例提供的梯度匀场装置，首先运行多个FID信号达到稳态，再运行一系列FID信号，将设置的不同电流值作用于一系列FID信号上，一系列FID信号一次采集完成，在一系列FID信号作用电流值后，基于FID信号的峰值确定最佳电流值，因此，耗时较短。

上述实施例提供的梯度匀场装置中，第三确定模块405，具体用于将所述频域峰值对应的电流值确定为所述目标方向上匀场线圈的最佳电流值。

上述实施例提供的梯度匀场装置中，处理模块403，具体用于将所述N+1个电流值转换为所述目标方向上匀场线圈对应的梯度电流值，获得N+1个梯度电流值，将所述N+1个梯度电流值作用于所述N+1个FID信号上。

上述实施例提供的梯度匀场装置中，信号运行模块402，具体用于小角度激发多次产生连续的FID信号，当产生的FID信号达到稳态后，再运行N+1个FID信号。

上述实施例提供的梯度匀场装置中，参考电流值为上次匀场事件中所述目标方向上的匀场线圈的最佳电流值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种梯度匀场方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤B：在确定出各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值后，将各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值作为各个目标方向对应的参考电流值，按步骤A的方式确定本次的频域峰值，对于各个目标方向，若本次确定的频域峰值与上次确定的频域峰值的差值的绝对值均小于预设值，则确定上次确定出的各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值为最终匀场所采用的电流值；若本次确定的频域峰值与上次确定的频域峰值的差值的绝对值大于预设值，则基于本次确定的频域峰值确定最佳电流值，将该最佳电流值作为参考电流值，执行步骤A；步骤C：将所述最终匀场所采用的电流值输入磁共振引导放疗系统中实现匀场。

2.根据权利要求1所述的梯度匀场方法，其特征在于，所述基于所述频域峰值确定所述目标方向上匀场线圈的最佳电流值，包括：

3.根据权利要求1所述的梯度匀场方法，其特征在于，所述将所述N+1个电流值作用于N+1个FID信号上，包括：

将所述N+1个梯度电流值作用于所述N+1个FID信号上。

4.根据权利要求1所述的梯度匀场方法，其特征在于，所述运行多个FID信号达到稳态后再运行N+1个FID信号，包括：

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的梯度匀场方法，其特征在于，所述参考电流值为上次匀场事件中所述目标方向上的匀场线圈的最佳电流值。

6.一种梯度匀场装置，其特征在于，包括：第一确定模块、信号运行模块、处理模块、第二确定模块、第三确定模块、第四确定模块和电流输入模块；

所述第二确定模块，用于确定所述N+1个FID信号的频域峰值；

所述第三确定模块，用于基于所述频域峰值确定所述目标方向上匀场线圈的最佳电流值；第一确定模块，还用于将所述第三确定模块确定出的各个目标方向上的匀场线圈的最佳电流值作为对应目标方向的参考电流值，对于每一目标方向，以参考电流值为中心，以一预设电流值为间隔确定N个电流值，获得N+1个电流值；

所述第四确定模块，用于对于各个目标方向，若本次确定的频域峰值与上次确定的频域峰值的差值的绝对值均小于预设值，则确定上次确定出的各个目标方向上匀场线圈的最佳电流值为最终匀场所采用的电流值；若本次确定的频域峰值与上次确定的频域峰值的差值的绝对值大于预设值，则基于本次确定的频域峰值确定最佳电流值，将该最佳电流值作为参考电流值，调用所述第一确定模块；

7.根据权利要求6所述的梯度匀场装置，其特征在于，所述第三确定模块，具体用于将所述频域峰值对应的电流值确定为所述目标方向上匀场线圈的最佳电流值。

8.根据权利要求6所述的梯度匀场装置，其特征在于，所述处理模块，具体用于将所述N+1个电流值转换为所述目标方向上匀场线圈对应的梯度电流值，获得N+1个梯度电流值，将所述N+1个梯度电流值作用于所述N+1个FID信号上。

9.根据权利要求6所述的梯度匀场装置，其特征在于，所述信号运行模块，具体用于小角度激发多次产生连续的FID信号，当产生的FID信号达到稳态后，再运行N+1个FID信号。

10.根据权利要求6所述的梯度匀场装置，其特征在于，所述参考电流值为上次匀场事件中所述目标方向上的匀场线圈的最佳电流值。