CN110178042A - 冷头周期运动的补偿 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于补偿磁共振(MR)成像系统(110)的主磁体(114)的冷头(212)的周期性运动的周期性B0调制的方法，其中，所述主磁体(114)的主绕组(200)被所述冷头(212)将冷却至超导，所述冷头施加重复运动，所述方法包括以下步骤：基于作为时间的函数的所述冷头(212)运动来测量B场的空间场分量的周期性出现；执行MR成像系统(110)的、不是空间场分量的周期性出现的、周期性辅助参数的传感器测量；使所述主磁体(110)的B场的空间场分量的所述周期性出现与所述MR像系统的测量的周期性辅助参数同步；并且基于所述MR成像系统(110)的测得的周期性传感器测量结果来触发周期性地应用补偿信号以基于所述冷头(212)的运动来补偿所述B场的空间场分量的所述周期性的出现。此外，本发明提供了一种MR成像系统(110)，其用于提供定位于MR成像系统(110)的检查空间(116)中的感兴趣对象(120)的感兴趣区域(142)的图像表示，其中，所述MR成像系统(110)适于执行上述方法。

Description

冷头周期运动的补偿
技术领域
本发明涉及磁共振(MR)检查系统领域，尤其涉及用于MR检查系统的超导磁体的领域，更具体地涉及根据磁共振(MR)成像系统的主磁体冷头的周期运动补偿周期性B0调制的领域，其中主磁体的主绕组被冷头冷却至超导，冷头施加重复性运动。更加具体地，本发明涉及用于提供定位在MR成像系统的检查空间中的感兴趣对象的感兴趣区域的图像表示的MR成像系统领域。
背景技术
磁共振(MR)检查系统包括具有低温容器的主磁体，其中安装有主磁体的主磁体线圈，所述主磁体是超导磁体。低温容器通常包括两个或三个单独的容器和安装结构。在磁体的典型设计中，低温容器包括三个单独的容器，它们间隔开地安装以实现热隔离。各个容器以环绕的方式从内部容器安装到外部容器，并且安装结构被定位于容器内。例如，三个容器可以是：内部容器，当氦气用作制冷剂时也称为4K容器；辐射屏蔽，其被提供为围绕内部容器的中间容器；以及围绕辐射屏蔽的外部容器，也称为300K容器。超导磁体的主磁体线圈(也称为主绕组)被定位于内部容器内并且被安装到安装结构。因此，主磁体线圈通常被安装在内部容器的内侧。另外的磁体线圈可以例如被提供在内部容器的外侧，例如作为屏蔽线圈。容器通常由不锈钢或铝制成。内部容器包含制冷剂，例如液态氦，其冷却主磁体并且还使得能够进行热缓冲。这种超导磁体例如根据US 7170377 B2已知。
通常有两种方法将主磁体线圈保持在超导温度。在第一种方式中，超导线圈与制冷剂接触。制冷剂通常作为具有低沸点温度的液体提供，例如在氦气的情况下沸腾温度为约4.2K，其在少量热量进入时已经蒸发。提供冷头以延伸到内部容器中以在内部容器内将蒸发的氦气重新冷凝。因此，可以将制冷剂的温度降低为使得能够有效地冷却制冷剂，从而有效地冷却主磁体的主线圈。在第二种方式中，超导线圈从冷头直接冷却，例如通过铜绞线。
冷头包括冷头位移器，其执行重复运动。冷头位移器上下移动，从而引起振动进入低温容器。冷头位移器通常以例如MR成像系统的市电的市电频率的1/50的速率执行运动，即冷头位移器以比市电频率低50倍的速率执行运动。根据冷头运动，所述位移导致具有例如1s或0.83s的重复时间的场调制，这取决于市电频率分别为50Hz或60Hz。该重复场调制影响所采集的MR成像信号的信号质量。
冷头可以被屏蔽，例如用超导材料。尽管有这种屏蔽，但成像体积中的场调制对于某些类型的MR成像扫描而言太大。对于那些扫描，必须关闭冷头位移器，这通过使用驱动冷头位移器的压缩机中的旁路单元来实现。因此，在采集那些MR成像信号期间主磁体不能被主动冷却，这导致制冷剂的温度升高。
美国专利US 6864682涉及校正由于超导磁体的低温头产生的磁场湍流。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种根据磁共振成像系统的主磁体的冷头的周期运动来补偿周期性B0调制的方法，其中，主磁体的主绕组被施加重复运动的所述冷头冷却到超导，并且提供一种用于提供定位于MR成像系统的检查空间中的感兴趣对象的感兴趣区域的图像表示的磁共振成像系统，其实现磁共振成像系统的改进的连续操作，具有对磁共振信号的增强的磁共振成像信号的采集，特别是减少了来自冷头的周期性运动的周期性B0调制的影响。
该目的通过一种用于根据磁共振(MR)成像系统的主磁体的冷头的周期性运动来补偿周期性B0调制的方法来实现，其中，主磁体的主绕组被施加重复运动的冷头冷却冷却至超导，所述方法包括以下步骤：访问基于作为时间的函数的冷头的运动的B0场的空间场分量的周期性出现；执行对所述MR成像系统的、不是空间场分量的周期性出现的、周期性辅助参数的传感器测量；使所述主磁体的静止磁场(B场)的空间场分量的周期性出现与所述MR像系统的测量的周期性辅助参数同步；并且基于所述MR成像系统的测得的周期性传感器测量结果来触发周期性地应用补偿信号以补偿基于所述冷头的运动的B场的空间场分量的周期性的出现。访问周期性出现的空间场分量可以通过检索存储的数据或通过测量这些周期性场分量来完成。可以或多或少地经常重复测量以更新存储的数据。
基于作为时间的函数的冷头的运动，B0场的空间场分量的周期性出现可以与实际补偿方法分开测量。可以存储基于作为时间的函数的冷头的运动来测量B0场的空间场分量的周期性出现的结果，以在实际补偿方法中使用。测量可以在MRI系统的设置下进行，或者可以在安装或更换冷头时进行。测量结果也可以定期刷新。在这些实现方式中的每一个中，补偿的方法可以访问所存储的(表示)测量数据。
该目的还通过针对MR成像系统的软件包来实现，其中，所述软件包包含用于根据上述方法控制所述MR成象系统的指令。
通过磁共振(MR)成像系统进一步实现该目的，所述磁共振成像系统用于提供位于MR成像系统的检查空间中的感兴趣对象的感兴趣区域的图像表示，其中，所述MR成像系统包括主磁体和冷头，其中，所述主磁体的主绕组由冷头冷却到超导，所述冷头施加重复运动，并且所述MR成像系统包括用于测量基于作为时间的函数的冷头运动的B场的周期性发生的空间场分量的测量单元，所述MR成像系统包括用于执行MR成像系统的周期性辅助参数的传感器测量的传感器单元，所述周期性辅助参数不是空间场分量的周期性出现。
本发明的基本思想是提供一种用于补偿来自冷头的周期运动的周期性B0调制的简单单元。因此，基于传感器测量结果，可以执行对冷头移动的补偿。该补偿基于冷头的周期性行为，其可以被确定。此外，可以仅基于触发来应用校准数据。不需要动态处理补偿信号，这使得补偿相当简单。补偿信号可以生成一次，例如当MR成像系统被设置时或者当安装或替换冷头时，使得可以基于触发器来应用这些补偿信号。但是，针对每次新安装必须至少提供一次补偿信号。这指的是MR成像系统的任何安装，作为整体，以及例如冷头的更换或修改。可以使用MR成像系统基于磁场的测量来生成补偿信号。例如，执行类似的测量以补偿涡电流。
当测量B场的空间场分量时，确定周期性B0调制的相位。因此，补偿信号的周期性应用引起补偿信号的重复与B场的空间场分量的周期性出现一致。
基于测得的MR成像系统的周期性传感器测量来触发周期性地施加补偿信号的步骤优选地利用MR成像系统的控制系统来实现。
在MR成像系统中，提供传感器单元用于执行MR成像系统的周期性辅助参数的传感器测量，其不是空间场分量的周期性出现。可以使用不同种类的传感器单元来测量MR成像系统的不同种类的周期性辅助参数，这将在后面讨论。
上述方法提供了一种有效但简单的方法，用于改善MR成像系统的扫描质量。场调制来自冷头的周期性运动，即冷头位移器。因此，可以容易地应用用于补偿冷头移动的校准数据，所述校准数据取决于冷头的移动位置，并且可以实现MR扫描的生成的改进。
作为第一改进，可以改善图像质量，因为可以借助于简单地应用校准数据在MR成像系统的信号采集时补偿周期性B0调制。作为第二改进，由于至少对于某些类型的扫描不必停止冷头的操作，所以主磁体的温度可以以可靠的方式保持在其期望值。可以避免由于冷头的停用而导致的温度升高，从而可以连续地再冷凝蒸发的制冷剂。因此，可以减少由于动态蒸发引起的内部容器中的压力增加。作为第三改进，由于对于特定类型的MR成像扫描类型不必中断冷头移动，因此MR成像系统的冷却系统的压缩器可以连续操作。可以省略用于中断冷头操作的装置，这导致使用部件的减少。因此，物料清单(BoM)减少了。例如，不需要通常在压缩机中用于停用冷头运动的旁路单元。
根据优选的实施例，执行MR成像系统的周期性辅助参数的传感器测量的步骤，所述周期性辅助参数不是空间场分量的周期性出现，包括执行对给MR成像系统供电的市电周期性电流和/或电压的测量，并且使B场的空间场分量的周期性出现与MR成像系统的测量的周期性辅助参数同步的步骤包括将B场的周期性出现的空间场分量与市电的电流和/或电压的给定数量的周期进行同步。冷头的周期性运动与市电电压的频率耦合，并且冷头的周期性运动是磁场的周期性B0调制的基础。因此，市电的电流和/或电压的周期的数量给出了用于触发补偿信号的周期性应用以基于冷头运动来补偿B场的空间场分量的周期性出现的可靠指示。当以与市电电流/电压的周期相比的固定周期施加冷头运动时，确定市电电压的周期数是相当简单的。在这种情况下，周期数是整数值，其必须在MR成像系统中定义，即，B0调制的周期的市电电压的周期数是配置参数。不需要进行测量。可以在市电电压的每几个周期中应用补偿，其对应于周期性地施加补偿信号的周期，以补偿B场的空间场分量的周期性出现。因此，周期性B0调制的起始点与市电电压对齐以确定同步点。同步点使得能够将操作MR成像系统中的周期性B0调制与基于市电电压的校准信息对齐。因此，可以确定“正确的”市电周期和相位以在执行MR成像扫描时应用校准数据。特别地，同步点允许市电电压重新同步到周期性B0调制的相位，例如在MR成像系统断电之后。因此，每当冷却系统并且特别是冷头和/或压缩机开启时，可以重新评估周期性B0调制的相位。这是为了确定磁场的各种场分量的幅度随时间的变化。取决于在确定补偿信号的周期性以补偿基于冷头的运动的B场的空间场分量的周期性出现中应用的相位时使用的传感器的类型，可以使用间接传感器测量结果，给出主要是用于同步的定时关系。优选地，周期性B0调制的阶段在感兴趣对象的两次检查之间确定，通常是两次患者检查。
然而，与市电频率相比，具有可变的冷头运动周期的冷头也是可能的。在那种情况下，例如，可以需要测量与市电电压的多个周期相比的周期性B0调制的周期。替代地，用于控制冷头移动的控制器可根据其各自的设置提供该值。在确定冷头移动的周期之后，可以可靠地执行场调制的校准以及MR成像信号的采集的同步。例如，对于周期为市电电压周期的50倍的典型冷头，每50个周期重复周期性地施加补偿信号，从而与市电电压相比保持周期性B0调制的相位。在一种可能的实施方式中，补偿信号的周期性应用可以基于冷头运动(即移位器)的定时关系和MR成像系统的系统时钟。系统时钟可用于确定市电电压的周期。例如，利用系统频率f0调制来针对B0分量执行补偿。
为了确定市电频率，即市电的电压和/或电流的频率，MR成像系统分别包括电压传感器和/或电流传感器作为传感器单元。利用电压传感器和/或电流传感器，可以确定连接到MR成像系统的市电的市电频率。在三相市电的情况下，传感器单元可以连接到市电的一相。本实施例中的市电不仅用于为冷头供电，还为MR成像系统的其他部件供电。因此，MR成像系统整体连接到市电。因此，市电频率在MR成像系统的基本上所有位置都是可用的。然而，由于不同的周期长度，需要使B场的空间场分量的周期性出现与市电的电流和/或电压的给定数量的周期同步。因此，必须识别市电的电流和/或电压的周期中的一个周期以与B场的空间场分量的周期性出现的正确相位同步。特别需要清楚地识别同步点。无论它是B场的空间场分量的周期性出现的周期的开始、结束还是任何其他点都没关系。
根据优选的实施例，所述方法包括确定B场的空间场分量的周期性出现的周期与市电的电流和/或电压的多个周期相比较的步骤。例如，取决于市电的类型，市电频率可以是例如50Hz或60Hz。因此，冷头位移器通常以例如MR成像系统的市电的市电频率的1/50的速率执行运动，即冷头位移器以比市电频率低50倍的速率执行运动。然而，在某些情况下，冷头执行具有可变频率的周期性运动。因此，需要清楚地识别市电频率与冷头移动频率之间的关系，即通过确定B场的空间场分量的周期性出现的时段与市电频率的多个时段的相比较。
根据优选的实施例，执行为MR成像系统供电的市电的周期性电流和/或电压的测量的步骤包括测量市电的电流和/或电压的整个正弦波形或仅测量市电的电流和/或电压的过零点。由于冷头运动的周期通常在市电频率的数十个周期的范围内，因此市电频率(即市电电压或市电电流)的单个周期，仅指周期性B0调制/冷头的周期运动的周期的一小部分。因此，确定市电电压的过零点通常提供足够的分辨率以确定周期性B0调制的相位/冷头的周期性运动。然而，在检测到市电电压的整个波形的情况下，可以更精确地确定相位。可以在时间和/或空间中进行磁场的表征。
根据优选的实施例，执行对MR成像系统供电的市电的周期性电流和/或电压的测量的步骤包括：执行对MR成像系统的技术控制室的市电的周期性电流和/或电压的测量。市电通常不仅用于为冷头供电，还为MR成像系统的其他部件供电。因此，它基本上被连接到MR成像系统的所有位置处的所有部件。特别地，不受梯度切换影响的位置被认为适合于测量市电电压。如果MR成像系统的不同部件连接到不同的市电，或连接到单相、多相市电的不同相，则必须以也在控制室提供冷却系统的负责冷头运动的市电电压的方式进行安装。替代地，可以基于技术控制室中可用的市电电压的相位来确定正确的相位。然而，远离主磁体的其他位置也被认为适合于确定市电电压。仅需要相应的位置不受梯度切换的影响。
根据优选的实施例，执行MR成像系统的周期性辅助参数(其不是空间场分量的周期性出现)的传感器测量的步骤，包括执行MR成像系统的周期性辅助参数的传感器测量，所述MR成像系统具有与B场的空间场分量的周期性出现相同的周期。这种传感器测量可以包括使用例如麦克风、加速度计或压力传感器作为传感器单元执行的测量。这些传感器单元中的一些也可以用于MR成像系统中的不同目的。提供传感器单元用于执行参数的测量，所述参数与所述冷头的运动直接相关。因此，传感器测量结果可以直接用于与B场的空间场分量的周期性出现同步，并且基于MR成像系统的测量的周期性传感器测量结果来触发补偿信号的周期性应用以补偿基于冷头运动的B场的空间场分量的周期性发生。
根据优选的实施例，执行MR成像系统的周期性辅助参数(其不是空间场分量的周期性出现)的传感器测量的步骤，包括执行MR成像系统的周期性辅助参数(其具有与B场的空间场分量的周期性出现相同的周期)的传感器测量，并且执行对所述MR成像系统供电的市电的周期性电流和/或电压的测量，并且使B场的空间场分量的周期性出现与测得的MR成像系统的周期性辅助参数的同步的步骤包括：将MR成像系统的与B场的空间场分量的周期性出现具有相同的周期的周期性辅助参数与市电的电流和/或电压的给定数量的周期同步。在该实施例中，一些传感器单元实质上直接耦合到MR成像系统，使得它们可以执行MR成像系统的周期性辅助参数的传感器测量，所述周期性辅助参数具有与来自冷头的周期性运动的周期性B0调制相同的周期。因此，这些传感器可以用于同步，而不需要基于冷头的周期性运动来执行周期性B0调制的测量。这些传感器单元使得MR成像信号的采集重新同步于来自冷头的周期性运动的周期B0调制，例如在MR成像系统断电后来自冷头的周期性运动的周期性B0调制。因此，可以在不执行B场的测量的情况下执行市电电压与周期性B0调制的相位的再同步。因此，每当冷却系统并且特别是冷头和/或压缩机开启时，可以重新评估周期性B0调制的相位。为了使B场的空间场分量的周期性出现与MR成像系统的测量的周期性辅助参数同步，传感器单元仅确定指示冷头的运动的相位的传感器信息和随着测得的MR成像系统的周期性辅助参数的、相应的B场的空间场分量周期性的出现。因此，市电频率可以与基于这些传感器单元的MR成像系统的测量的周期性辅助参数同步到B场的空间场分量的周期性出现，以实现无B场测量的再同步。
根据优选的实施例，周期性地生成补偿信号以补偿B场的空间场分量的周期性出现的步骤包括调制系统谐振频率f0和驱动梯度放大器(X/Y/Z梯度)。因此，可以补偿B0场和线性项X、Y和Z的波形，这通常可以用很小的努力来实现。由线性项X、Y和Z定义的线性场分量可以通过梯度来补偿。通过将基于测量的B0调制的补偿信号添加到频率同步器来执行周期性B0调制的补偿。利用所识别的B场的空间场分量的周期性出现的整个周期，可以可靠地应用校准数据以采集MR成像信号。
根据优选的实施例，基于作为时间的函数的冷头的运动来测量B场的空间场分量的周期性出现的步骤包括至少一个高阶波形，特别是二阶波形；周期性地产生补偿信号以补偿B场的空间场分量的周期性出现的步骤包括应用更高阶的匀场。高阶匀场也称为HOS。实际上，高阶波形比二阶波形的重要性要小，因为它们对由冷头运动引起的磁场的周期性调制只有很小的影响。
根据优选的实施例，测量单元包括MR探头和拾取线圈中的至少一个，用于基于作为时间的函数的的冷头的运动来测量B场的空间场分量的周期性出现。因此，可以使用不同种类的传感器来确定周期性B0调制的相位。原则上，也可以使用MR成像系统来基于磁场信息来确定周期性B0调制的相位。此外，可以基于电压或电流测量来确定市电电压的相位。探头以及拾取线圈可以放置在MR成像系统的检查空间内的不同位置，例如放置在患者支撑件上或者附接或集成到RF线圈上。拾取线圈指的是接收线圈，其可以根据其在检查空间内的取向来感测一个方向上的场。在替代实施例中，多个探头或拾取线圈通常用作传感器。替代地，可以仅使用单个探头或单个拾取线圈来执行多个连续测量，以确定检查空间内的不同位置处的场强。探头优选地包括具有不同于水的共振频率的氟化合物，并且通常是小的发射器和接收器。其他类型的传感器，例如位于冷头附近的磁传感器或电传感器也可用作传感器。
根据优选的实施例，所述测量单元包括体模，并且所述MR成像系统适于使用体模基于作为时间的函数的冷头的运动来测量B场的空间场分量的周期性出现。根据冷头的位移位置校准B0调制的磁场扰动分布的步骤的结果是磁场扰动的波形，其持续时间为针对B0(或f0)冷头的一次重复。因此，场调制被确定为要补偿的每个场项的时间的函数。校准数据以周期性B0调制的周期重复。校准优选地基于使用体模。体模可用于确定周期性B0调制的影响。测量优选地以类似于用于基于涡电流来确定响应的测量的方式执行。
根据优选的实施例，用于执行MR成像系统的周期性辅助参数(其不是空间场分量的周期性出现)的传感器测量的传感器单元包括出自以下组中的至少一个，麦克风、加速计、压力传感器、以及MR成像系统的市电的电流和/或电压传感器。列出的传感器意味着麦克风适合于确定周期性B0调制的周期。因此，信息可以与市电电压的周期同步，以与周期性B0调制建立同步。通常，振动和声音直接由冷头的周期性运动产生。然而，也可以使用麦克风将振动检测为声音。即使当不能确定冷头的精确位置时，所获得的信息也足以识别用于相对于市电电压的同步的触发点。麦克风可用于根据冷头运动来确定声音或振动。麦克风优选地保持在MR成像系统的检查空间内。加速度计基于由冷头的运动引起的振动来检测MR成像系统的部件的振动。因此，加速度计必须与MR成像系统接触，优选地与冷头接触。压力传感器优选地被提供在用于驱动冷头的回路中，使得其可以检测驱动冷头的压力的变化。冷头通常由压缩机驱动。
根据优选的实施例，MR成像系统包括用于存储校准数据集的数据存储器，由此校准数据集包括用于周期性地应用补偿信号的校准数据，以补偿基于冷头的运动的B场的空间场分量的周期性出现。数据存储器优选地被提供为MR成像系统的本地数据存储器，特别是MR成像系统的控制单元。然而，在替代实施例中，数据存储器被提供为网络数据存储器或云数据存储器，其经由网络连接和/或互联网连接连接或可连接到MR成像系统。提供数据存储器以存储校准数据，用于校准磁场扰动分布。此外，数据存储器可以存储补偿数据以基于冷头的移动来补偿周期性B0调制。
附图说明
参考本文下文中所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并将得以阐述。这样的实施例不一定表示本发明的完全范围，然而，并且因此参考权利要求书和本文以解释本发明的范围。
在附图中：
图1是磁共振(MR)成像系统的第一优选实施例的一部分的示意性图示，
图2是第一实施例的MR成像系统的主磁体的示意性截面图，
图3是磁共振(MR)成像系统的第二实施例的一部分的示意性图示，
图4是根据第三实施例的MR成像系统的主磁体的示意性截面图，
图5是描给根据第一实施例的MR成像系统的主磁体的冷头的周期运动补偿周期性B0调制的方法的流程图，并且
图6是指示根据第一和第二实施例的由冷头运动以及传感器信号和市电电压引起的磁场调制的图。
附图标记列表：
110 磁共振(MR)成像系统
112 磁共振(MR)扫描器
114 磁体
116 RF检查空间
118 中心轴
120 感兴趣对象
122 磁梯度线圈系统
124 RF屏蔽
126 磁共振成像系统控制单元
128 监视器单元
130 MR图像重建单元
132 控制线
134 RF发射器单元
136 RF切换单元
138 控制线
140 射频(RF)线圈
142 市电
144 电流传感器，传感器单元
146 数据存储设备
150 患者支撑件
152 MR探头，测量单元
154 体模
156 拾取线圈，测量单元
200 绕组，主磁体线圈
202 低温容器
204 外部容器，300K容器
206 中间容器，辐射屏蔽
208 内部容器，4K容器
210 制冷剂，氦
212 冷头
220 麦克风，传感器单元
222 加速度计，传感器单元
224 管
226 压力传感器，传感器单元
具体实施方式
图1示出了根据第一优选实施例的包括MR扫描器112的磁共振(MR)成像系统110的实施例的部分的示意性图示。MR成象系统110在这里总体地被描述为用于所有讨论的实施例的基础。
MR成像系统110包括被提供用于生成静态磁场主磁体114。主磁体114具有中心膛，其为感兴趣对象120(通常是要定位于其中的患者)提供围绕中心轴118的检查空间116。在该实施例中，中心膛并且因此，主磁体114的静态磁场根据中心轴线118具有水平取向。在备选的实施例中，主磁体114的取向可以是不同的，例如，以提供具有垂直取向的静态磁场。另外，MR成像系统110包括磁梯度线圈系统122，磁梯度线圈系统122被提供为生成叠加到静态磁场上的梯度磁场。如本领域己知，磁梯度线圈系统122被同心地布置在主磁体114的膛内。在该实施例中，感兴趣对象120位于患者支撑件150之上。
此外，MR成象系统110包括射频(RF)线圈140，其被设计为具有管状主体的全身线圈。在备选的实施例中，RF线圈140被设计为头部线圈或者用于在磁共振成像系统110中使用的任何其它合适的线圈类型。RF线圈140提供了用于在RF发射阶段将RF磁场施加到检查空间116以激励应当由MR图像覆盖的感兴趣对象120的原子核。RF线圈140也被提供为在RF接收期间从激发的原子核接收MR信号。在MR成像系统110的操作状态中，RF发射阶段和RF接收阶段以相继的方式发生。RF线圈140在主磁体114的膛内同心地布置。如本领域中己知，圆柱形RF屏蔽124被同心地布置于磁梯度线圈系统122和RF线圈之间。因此，RF屏蔽124同轴地包围RF线圈140。在一些实施例中，RF线圈140和RF屏蔽124一体地提供，从而形成射频(RF)布置142。
在该背景下，应当注意的是，RF线圈140已被描述为发射和接收线圈。然而，RF线圈140也可以被提供为仅发射或仅接收线圈。
此外，MR成象系统110包括MR图像重建单元130和具有监视器单元128的MR成象系统控制单元126，MR图像重建单元130被提供用于从所采集的MR信号重磁共振图像并，MR成象系统控制单元126被提供用于控制MR扫描器112的功能，如通常在本领域中己知的。控制线138被安装在磁共振成像系统控制单元126和RF发射器单元134之间，RF发射器单元134被提供为在RF功率发送阶段经由RF切换单元136将MR射频的RF功率馈送到RF线圈140。RF切换单元136继而也由MR成象系统控制单元126控制，并且另一控制线132被安装在MR成像系统控制单元126与RF切换单元136之间以服务于该目的。在RF接收阶段期间，RF切换单元136将MR信号在前置放大之后从RF线圈140导向到MR图像重建单元130。
根据第一实施例，MR成像系统110以给定的市电频率连接到市电142。举例来说，仅示出了MR成像系统控制单元126连接到市电142。基于国家标准，市电142的主频率通常为50Hz或60Hz。对于单相，市电142通常具有230V或110V的市电电压，这也取决于国家标准。电流传感器144，或者电压传感器，作为测量单元被提供于控制单元126中。电流传感器144被耦合到市电142以感测具有市电频率的市电电流。此外，控制单元126包括用于存储补偿信号的数据存储器146，如稍后所述。根据第一实施例的数据存储器146被提供为控制单元126中的MR成像系统110的本地数据存储器。在替代实施例中，数据存储器被提供为网络数据存储器或云数据存储器，其经由网络连接和/或互联网连接连接或可连接到MR成像系统。
图2详细示出了根据第一实施例的MR成像系统110的主磁体114。主磁体114包括多个绕组200或主磁体线圈，其布置在低温容器202内。主磁体线圈200沿主磁体114的纵向轴线间隔开地布置并且位于低温容器202的径向内侧。第一实施例的主磁体114在图2中示出，仅具有四个主磁线圈200，仅用于说明的目的。在替代实施例中，主磁体114包括其他数量的主磁体线圈200。在另外的替代实施例中，主磁体114包括屏蔽线圈，其在低温容器202的径向外侧布置在低温容器202内。
根据第一实施例的低温容器202包括三个单独的容器204、206、208，它们间隔开地安装以实现热隔离。各个容器204、206、208以环绕的方式从内部容器208到外部容器204安装。内部容器208是4K容器，其包含作为制冷剂的液氦210，辐射屏蔽206，其被提供为围绕内部容器208的中间容器，以及外部容器204，也称为300K容器，其围绕辐射屏蔽206被提供。超导主磁体114的主磁体线圈200位于内部容器208内并安装到安装结构，所述安装结构未在图中示出。各个容器204、206、208由不锈钢和/或铝制成。
如在图2中可以进一步看到的，提供了延伸通过低温容器202的冷头212。根据第一实施例，主磁体114的主线圈200与液氦210接触。提供冷头212以重新冷凝内部容器208中的蒸发的氦210。在第一实施例中，冷头212利用市电电压的固定时段执行周期性移动。因此，冷头212移动的一个周期包括市电电压的50个周期或循环。
图3示出了磁共振(MR)成像系统110的第二实施例的示意图。第二实施例的MR成像系统110在大多数方面与第一实施例的MR成像系统110相同。因此，在考虑第一实施例的MR成像系统110的相应描述的情况下，可以理解关于第二实施例未详细讨论的特征。
同样根据第二实施例，MR成像系统110以给定的市电频率连接到市电142。电流传感器144被提供作为控制单元126中的测量单元并且被耦合到市电142以感测具有市电频率的市电电流。此外，控制单元126包括用于存储补偿信号的数据存储器146，如稍后所述。
如在图3中可以进一步看到的，第二实施例的MR成像系统110包括不同类型的测量单元152、156，用于基于作为时间的函数的冷头212的运动测量B场的周期性出现空间场分量。特别地，测量单元152、156包括MR探头152和拾取线圈156。MR探头152以及拾取线圈156被放置在MR成像系统110的检查空间116内的患者支撑件150上。拾取线圈156指的是接收线圈，其可以根据其在检查空间116内的取向来感测一个方向上的场。MR探头152优选地包括具有与水不同的共振频率的氟化合物，并且通常是小的发射器和接收器。MR探头152和拾取线圈156可在患者支撑件150上移动，以仅使用单个MR探头152或单个拾取线圈156执行多个连续测量，以确定检查空间116内的不同位置处的场强。图3清楚地示出了MR探头152的位置在X和Y方向上移动。然而，这也称为Z方向。
在替代实施例中，多个MR探头152或拾取线圈156通常用作测量单元。
如在图3中可以进一步看到的，MR成像系统110被提供有体模154。成像系统110基于使用体模154的MR测量来测量B场的空间场分量。测量以类似于用于基于涡电流来确定响应的测量的方式执行。
图4示出了根据磁共振(MR)成像系统110的第三实施例的MR成像系统110的主磁体114的示意图。第三实施例的MR成像系统110在大多数方面与第一和/或第二实施例的MR成像系统110相同。因此，在考虑第一和/或第二实施例的MR成像系统110的相应描述的情况下，可以理解关于第三实施例未详细讨论的特征。
主磁体114的一般设置如上面关于图2的主磁体114所述。如图4中详细所示，提供了延伸通过低温容器202的冷头212。提供冷头212以重新冷凝内部容器208中的蒸发的氦210。冷头212由未示出的压缩机驱动，所述压缩机使液氦通过管224循环到冷头212。
如在图4中可以看到的，在冷头212或管224处提供了用于确定具有周期性B0调制的频率的周期性传感器信号的不同传感器单元222、226。特别地，传感器单元222、226包括加速度计222，其基于由冷头212的运动引起的振动来检测MR成像系统110的部件的振动。根据第三实施例，加速计222附接到冷头212。传感器单元222、226还包括压力传感器226，其沿着管224被提供。压力传感器226检测管224内的压力变化。
此外，麦克风220被设置在MR成像系统110的检查空间116内作为传感器单元。麦克风220基于冷头212的移动来确定声音或振动。在替代实施例中，传感器单元220、222、226包括其他类型的传感器，例如位于冷头212附近的磁传感器或电传感器。
应该理解，不同的传感器单元220、222、226提供冗余信息。因此，使用单一类型的传感器单元220、222、226通常足以确定B场的空间场分量的周期性出现。然而，冗余传感器单元220、222、226可用于改进周期性B0调制的检测。
接下来将参考图5描述根据第一至第三实施例的用于补偿来自磁共振成像系统110的主磁体114的冷头212的周期性运动的周期性B0调制的方法。因此，使用第一至第三实施例之一的MR成像系统110来执行该方法。
该方法从步骤S250开始，步骤S250基于作为时间的函数的冷头212的运动来测量B场的空间场分量的周期性出现。在图6的上图中可以看到周期性B0调制的周期，其示出了周期性B0调制的整个周期。在该实施例中，周期性B0调制的周期约为1秒，因为如上所述，冷头212的移动被耦合到市电142的频率。
基于作为时间的函数的冷头212的运动来测量B场的空间场分量的周期性出现的步骤是使用如上关于第二实施例所讨论的测量单元来执行的。因此，体模154可以在MR成像系统110中使用，并且MR成像系统110适于基于作为时间的函数的冷头的运动来测量B场的空间场分量的周期性出现。
替代地或另外地，MR探头152和/或拾取线圈156用于基于作为时间的函数的冷头212的运动来测量B场的空间场分量的周期性出现。MR探头152以及拾取线圈156放置在MR成像系统110的RF检查空间116内的不同位置，例如放置在患者支撑件150上或附接或集成到RF线圈140，以执行多个连续测量以确定检查空间116内的不同位置处的磁场强度。在替代实施例中，多个MR探头152或拾取线圈156通常被用作传感器单元。
根据基于作为时间的函数的冷头212的运动来测量B场的空间场分量的周期性出现，计算补偿信号以补偿B场的空间场分量的测量的周期性出现。补偿信号被存储在数据存储器146中。补偿信号补偿测量的B场的空间场分量的周期性出现的波形，其具有冷头212的一次重复的持续时间。
测量周期性B0调制的步骤S250取决于MR成像系统110中冷头212的安装，并且必须针对每个新安装执行至少一次，包括仅更换或修改冷头212。
步骤S260指的是执行MR成像系统110的周期性辅助参数的传感器测量，其不是空间场分量的周期性出现。
根据第一实施例，步骤S260包括执行为MR成像系统110供电的市电142的周期性电流的测量。因此，确定连接到MR成像系统110的市电142的市电频率。在三相市电142的情况下，电流传感器144被连接到市电142的一相。电流传感器144测量市电142的电流的整个正弦波形。电流传感器144位于MR成像系统110的技术控制室中，即远离主磁体114并且不受梯度切换的影响。
此外，确定与市电142的电流的多个周期相比较的B场的空间场分量的周期性出现的周期。对于标准的欧洲安装，市电频率为50Hz，因此冷头位移器以市电频率的1/50的速率运行。B场的空间场分量的周期性出现以及市电频率在图6中示出。
根据第三实施例，步骤S260包括执行MR成像系统110的周期性辅助参数的传感器测量，所述周期性辅助参数具有与B场的空间场分量的周期性出现相同的周期。因此，诸如传感器测量结果的传感器信号可以包括使用例如麦克风220、加速计222或压力传感器226作为传感器单元执行的测量。
此外，如上面关于第一实施例所讨论的，同样根据第三实施例，步骤S260包括执行市电142的周期电流的测量。因此，一起执行具有与B场的空间场分量的周期性出现相同的周期的传感器信号和为MR成像系统110供电的市电142的周期性电流。
步骤S270指的是将B场的空间场分量的周期性出现与MR成像系统110的测量的周期性辅助参数同步。根据第一实施例，基于冷头212的运动的B场的空间场分量的周期性出现直接与市电频率同步。因此，识别出版市电142的电流周期中的一个周期以与B场的空间场分量的周期性出现的正确相位进行同步作为同步点。随后，通过市电频率来实现同步，即B场的空间场分量的出现每50个市电周期进行重复。因此，首先，B场的空间场分量的周期性出现的起始点与市电频率对准，这使得能够仅基于市电频率来对齐B场的空间场分量的周期性出现。因此，确定“正确”的市电时段和相位以识别市电142的相位。
根据第三实施例，使MR成像系统110的周期性辅助参数同步包括使用来自加速度计222、压力传感器226或麦克风220的传感器信号，其具有与B场的周期性出现的空间场分量相同的周期。根据修改的实施例，具有与B场的空间场分量的周期性出现相同的周期的来自加速度计222、压力传感器226或麦克风220的传感器信号，进一步与市电频率同步，如以上关于第一实施例所讨论的。上电后，每次执行同步以使市电频率与传感器信号同步。因此，每次打开冷却系统并且特别是冷头和/或压缩机时，重新评估B场的空间场分量的周期性出现的相位。
步骤S280指的是基于测得的所述MR成像系统110的周期性传感器测量结果，触发补偿信号的周期性应用以基于所述冷头212的运动来补偿所述B场的空间场分量的周期性出现。补偿信号补偿B场的空间场分量的周期性出现。根据补偿信号，调制系统谐振频率f0并驱动梯度放大器(X/Y/Z梯度)。此外，还通过应用更高阶的匀场来补偿二阶波形。补偿信号是存储在数据存储器146中的补偿信号。每50个市电频率周期施加补偿信号，其对应于周期性地施加补偿信号的周期，以基于冷头212的移动来补偿B场的空间场分量的周期性出现。此外，周期B0调制相比若干市电频率的周期的数量可以在图6中基于图6中指示市电电压的周期性B0调制下方的图看出。该实施例中的市电142具有50Hz的频率，使得周期性B0调制的周期覆盖市电142的大约50个周期。市电频率是使用电流传感器144测量的。
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书，在实践请求保护的本发明时能够理解并且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。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种用于补偿来自磁共振(MR)成像系统(110)的主磁体(114)的冷头(212)的周期性运动的周期性B0调制的方法，其中，所述主磁体(114)的主绕组(200)被施加重复运动的所述冷头(212)冷却至超导，所述方法包括以下步骤：
访问基于作为时间的函数的所述冷头(212)的运动所述主磁体的磁场(B场)的空间场分量的周期性出现，
执行对所述MR成像系统(110)的、不是空间场分量的所述周期性出现的、周期性辅助参数的传感器测量，所述传感器测量包括执行对给所述MR成像系统(142)供电的市电的周期性电流和/或电压的测量(142)，并且所述冷头的所述周期性移动被耦合到所述市电的电压的频率，
使所述B场的空间场分量的所述周期性出现与所述MR成像系统(110)的测得的周期性辅助参数同步，使所述B场的空间场分量的所述周期性出现与所述MR成像系统(110)的测得的周期性辅助参数同步的所述步骤包括使所述B场的空间场分量的所述周期性出现与所述市电(142)的电流和/或电压的给定数量的周期同步，
以及
基于所述MR成像系统(110)的测得的周期性传感器测量结果来触发补偿信号的周期性应用以补偿基于所述冷头(212)的运动的所述B场的空间场分量的所述周期性出现。
2.根据前述权利要求1所述的方法，其中，
所述方法包括确定所述B场的空间场分量的所述周期性出现的周期与所述市电(142)的所述电流和/或电压的若干周期相比较的步骤。
3.根据前述权利要求1或2中的任一项所述的方法，其中，
执行对给所述MR成像系统(110)供电的市电(142)的所述周期性电流和/或电压的测量的步骤包括测量所述市电(142)的所述电流和/或电压的完整正弦波形或者仅测量所述市电(142)的所述电流和/或电压的过零点。
4.根据前述权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，
执行对给所述MR成像系统(110)供电的市电(142)的所述周期性电流和/或电压的测量的步骤包括：执行对所述MR成像系统(110)的技术控制室中的所述市电(142)的所述周期性电流和/或电压的测量。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，
执行对所述MR成像系统(110)的、不是空间场分量的周期性出现的、周期性辅助参数的传感器测量的步骤包括：执行对所述MR成像系统(110)的、与所述B场的空间场分量的所述周期性出现具有相同周期的、周期性辅助参数的传感器测量。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，
执行对所述MR成像系统(110)的、不是空间场分量的所述周期性出现的、周期性辅助参数的传感器测量的步骤包括：执行所述MR成像系统(110)的、与所述B场的空间场分量的所述周期性出现具有相同周期的、周期性辅助参数的传感器测量，以及执行对给所述MR成像系统(142)供电的市电(142)的所述周期性电流和/或电压的测量，并且
使所述B场的空间场分量的所述周期性出现与所述MR成像系统(110)的测得的周期性辅助参数同步的步骤包括：使所述MR成像系统(110)的、与所述B场的空间场分量的所述周期性出现具有相同周期的、周期性辅助参数与所述市电(142)的所述电流和/或电压的给定数量的周期同步。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，
周期性地生成补偿信号以补偿所述B场的空间场分量的所述周期性出现的步骤包括调制系统谐振频率f0和驱动梯度放大器(X/Y/Z梯度)。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，
基于作为时间的函数的所述冷头(212)的运动来测量所述B场的空间场分量的周期性出现的步骤包括至少一个高阶波形、特别是二阶波形，
周期性地生成补偿信号以补偿所述B场的空间场分量的所述周期性出现的步骤包括应用更高阶的匀场。
9.一种用于MR成像系统(110)的软件包，其中，所述软件包包含用于根据前述方法权利要求1至9中的任一项所述的方法来控制所述MR成像系统(110)的指令。
10.一种磁共振(MR)成像系统(110)，其用于提供被定位在所述MR成像系统(110)的检查空间(116)中的感兴趣对象(120)的感兴趣区域(142)的图像表示，其中，
所述MR成像系统(110)包括主磁体(114)和冷头(212)，所述冷头施加重复运动并且被配置为通过所述冷头(212)将所述主磁体(114)的主绕组(200)冷却至超导，并且
所述MR成像系统(110)包括测量单元(152、154、156)，所述测量单元用于测量基于作为时间的函数的所述冷头(212)的运动的所述B场的空间场分量的周期性出现，
所述MR成像系统(110)包括传感器单元(144、220、222、226)，所述传感器单元用于执行传感器测量，包括执行对给所述MR成像系统(142)供电的市电(142)的所述周期性电流和/或电压的测量。
11.根据前述权利要求10所述的MR成像系统(110)，其中，
所述测量单元(152、154、156)包括MR探头(152)和拾取线圈(156)中的至少一个，以用于测量基于作为时间的函数的所述冷头(212)的运动的所述B场的空间场分量的所述周期性出现。
12.根据前述权利要求10至11中的任一项所述的MR成像系统(110)，其中，
所述测量单元(152、154、156)包括体模(154)，并且
所述MR成像系统(110)适于使用所述体模(154)来测量基于作为时间的函数的所述冷头(212)的运动的所述B场的空间场分量的所述周期性出现。
13.根据前述权利要求10至12中的任一项所述的MR成像系统(110)，其中，
用于执行所述MR成像系统(110)的、不是空间场分量的所述周期性出现的、周期性辅助参数的传感器测量的传感器单元(144、220、222、226)包括出自以下组中的至少一个：麦克风(220)，加速度计(222)，压力传感器(226)，以及所述MR成像系统(110)的市电(142)的电流和/或电压传感器(144)。
14.根据前述权利要求10至13中的任一项所述的MR成像系统(110)，其中，
所述MR成像系统(110)包括用于存储校准数据集的数据存储设备(146)，其中，所述校准数据集包括校准数据，所述校准数据用于周期性地应用补偿信号以补偿基于所述冷头(212)的运动的所述B场的空间场分量的所述周期性出现。
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