CN110501662B

CN110501662B - 用于对rf线圈进行质量分析的方法和磁共振成像设备

Info

Publication number: CN110501662B
Application number: CN201910395778.XA
Authority: CN
Inventors: P.穆利希; A.波特哈斯特
Original assignee: Siemens Healthineers AG
Current assignee: Siemens Healthineers AG
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2019-05-13
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2039-05-13
Also published as: EP3570059A1; US11073588B2; CN110501662A; US20190353742A1

Abstract

本发明涉及一种用于对RF线圈进行质量分析的方法和磁共振成像设备。本发明涉及一种用于对磁共振成像设备(1)的RF线圈(3)进行质量分析(QA)的方法，其中，在工作模式下，RF线圈(3)被设计为用于从要观察的对象获取MR信号，所述方法在测试模式下包括：‑由RF发射器(5)发射测试信号(20)，‑由RF线圈(3)直接接收来自RF发射器(5)的测试信号(20)，其中，RF线圈(3)提供输出信号(21)，以及‑通过分析RF线圈(3)的输出信号(21)提供性能指示(11)，以进行质量分析。

Description

用于对RF线圈进行质量分析的方法和磁共振成像设备

技术领域

本发明涉及一种用于对RF线圈进行质量分析的方法和磁共振成像设备。

背景技术

磁共振成像设备、特别是磁共振断层成像(MRI)扫描仪在现有技术中是公知的，并且是用于深入了解对象、特别是患者的内部结构的有力工具。在MRI中，患者通常被运送到磁体的孔中，并且在将要扫描的感兴趣的区域处或者附近布置局部RF线圈。在工作模式下，RF发射器、通常是身体线圈发射激励RF信号，并且RF线圈检测响应于激励RF信号来自对象的磁共振信号。收集并且重建所获取的数据，以将患者的内部结构可视化。US9360541B2、US9194924B2、US20170089991A1和US8190237B2公开了几种类型的局部线圈。

为了在临床磁共振成像(MRI)测量中确保操作可靠性和图像质量，进行常规质量保证(QA)测量。特别是，这些QA测量集中在局部线圈特性上。在当前的磁共振成像设备的情况下，提供软件工具来检查RF线圈的质量。这种局部线圈QA过程通常需要操作者将局部RF线圈与合适的MR模型体(phantom)一起定位在孔内。对于大的线圈，即具有比MRI扫描仪的视场大的空间范围的线圈，必须连续提供多个这样的模型体设置。

在QA过程开始时，进行一个或者更多个MR测量。随后，针对一般的图像特性，例如亮度和/或信噪比，对所获得的根据所获取的数据重建的二维图像数据进行分析。由于当前的局部线圈一般具有多个线圈元件，因此对来自所有线圈元件的合成数据以及来自各个元件的数据两者进行分析。最后，相对于适当的预先定义的规范参数的参考值或者基准检查这些评估的结果。这种检查提供局部线圈QA过程的通过/失败标准。

发明内容

本发明要解决的技术问题是改进、特别是简化对RF线圈进行QA测量的过程。

上述技术问题通过根据本发明的对磁共振成像设备进行质量分析的方法和根据本发明的磁共振成像设备来解决。

根据本发明的第一方面，提供一种用于对磁共振成像设备的RF线圈进行质量分析的方法，其中，在工作模式下，RF线圈被设计为从要观察的对象获取MR信号，其中，在测试模式下执行以下步骤：

-RF发射器发射测试信号，

-RF线圈直接接收来自RF发射器的测试信号，其中，RF线圈提供输出信号，以及

-通过对RF线圈的输出信号进行分析来提供性能指示，以进行质量分析。

与现有技术相反，RF线圈直接检测由RF发射器提供的测试信号。因此，既不需要模型体，也不需要MR试样(probe)，并且不需要将其放置在孔内。因此，QA过程得到简化，因为可以省略将MR模型体布置在孔内的步骤。特别是，不需要相对于RF线圈对MR模型体进行定向，以保证QA分析的可再现性。此外，QA过程可以自动进行，并且QA过程的定时与MR试样的可用性无关(例如当几个磁共振成像设备共享共同的MR模型体时)。另一个优点是，不需要包括耗时的成像序列和MR信号的重建的、MR模型体的二维或者三维图像。取而代之，使用输出信号本身、即RF线圈提供的原始数据，来识别RF线圈的修改和/或缺陷。因此，与在QA过程中使用MR模型体并且将MR模型体可视化来识别缺陷的方法相比，进行QA分析的努力显著减少，并且特别是进行得更快。

在测试模式下，RF发射器、优选磁共振成像设备的身体线圈发射或者注入测试信号，测试信号至少具有与在工作模式下检测到的响应信号一般的幅值类似的幅值。RF线圈、特别是局部线圈、例如表面线圈或者鸟笼线圈直接接收这些测试信号。甚至可以想到RF线圈是身体线圈，在这种情况下，RF发射器不是身体线圈，而是附加的RF发射器。术语“直接”意为在测试模式下，接收器检测发射的信号，而不检测MR模型体或者患者发射的响应信号。输出信号是具有特定幅值和/或时间相关性的电信号。输出信号的形式优选与测试信号有关。由于由RF线圈和其电子设备进行的处理，输出信号还与RF线圈、特别是RF线圈的状态有关。因此，可以通过使用已知的测试信号来识别变化或者修改。优选将测试信号标准化，使得输出信号的变化指示RF线圈的修改或者缺陷。换言之：RF线圈拾取测试信号，产生输出信号，并且对针对相同的测试信号或者至少类似的测试信号的输出信号进行比较。

术语“性能指示”对于适合用于评估磁共振设备的当前质量的参数是通用的。这种性能指示的示例是噪声值、信噪比值、不同的单个线圈元件之间的噪声相关性以及尖峰电平。优选将所确定的性能指示与参考值进行比较，特别是自动进行比较，并且例如通过MRI设备发出警告信号来通知操作者RF线圈当前的状态。当性能指示超过或者低于阈值时，也可以提供警告信号。优选由被配置为用于对从RF线圈获取的数据进行分析的处理器提供性能指示。例如，将处理器合并到(个人)计算机、例如医学成像设备的工作站或者控制台中。优选处理器是MRI设备的一部分。也可以想到处理器位于网络或者云的服务器处，并且在线进行分析。此外，可以想到将性能指示保存在存储设备中。因此，可以有利地观察关于性能指示的趋势。特别是，质量分析或者QA过程是间或进行、特别是以规则的间隔进行的质量保证测量。甚至可以想到，在没有操作员的情况下、例如在晚上执行这种方法，因为不需要进一步的动作。替换地，紧接在操作用于诊断成像或者光谱测试法(spectroscopy)的医学成像设备之后和/或之前执行这种方法。

例如，可以通过提取输出信号的最大幅值和产生RF线圈的输出信号的测试信号之前和/或之后的特定时间的幅值来确定信噪比。随后，可以通过形成所述两个幅值的关系来确定信噪比(SNR)。也可以想到，记录输出信号的时间相关性，并且通过傅立叶变换来处理所记录的信号，以获得RF线圈的频谱特性。优选在记录输出信号时改变测试信号的频率。在这种情况下，性能指示可以由频谱表示。也可以想到，测试信号包括几个脉冲或者脉冲序列，以提高测量精度。

根据优选实施例设置为，将输出信号和/或性能指示与参考值进行比较。因此，可以识别相对于参考信号的变化或者差异。优选性能指示/输出信号与参考值之间的差可以不超过或者低于阈值，以保证RF线圈的正常功能。优选当超过或者低于所述阈值时，提供磁共振设备的警告信号。

特别是设置为，参考值对应于

-基于医学共振成像设备初始化期间的测量的值，和/或

-基准值，例如在相应的数据库处可获得的基准值。例如，参考值对应于在安装期间通过使用MR试样或者模型体从测量中提取的性能指示。换言之，进行使用MR试样的QA过程，以提供参考值。随后，在没有MR模型体或者MR试样的情况下对RF线圈进行QA分析。替换地，可以想到，将特定RF线圈一般的标准或者基准值用作参考值。

优选测量输出信号的幅值和/或输出信号的幅值的时间相关性，以提供性能指示。特别是，可以使用输出信号的时间相关性，以通过进行傅立叶变换来提供RF线圈的频谱特性。也可以想到，仅从输出信号中提取最大幅值和/或预先定义的时间的幅值。

在本发明的另一个实施例中设置为，将RF线圈定位在预先确定的位置。因此，可以容易地再现响应于测试信号在输出信号的先前测量中已经实现的条件。优选将RF线圈放置在磁共振成像设备的孔中的特定位置处。也可以想到，在磁共振成像设备外部执行所述方法，因为局部RF线圈可以与磁共振成像设备分离。在这种情况下，也可以使用附加的外部RF发射器。

在另一个实施例中设置为，测试信号包括几个频率或者扫频(frequency sweep)。因此，可以分析输出信号对不同的频率的反应，并且可以识别适合作为性能指示的反应线圈的频率相关的反应。

根据本发明的另一个实施例设置为，磁共振成像设备包括孔，其中，在测试模式下，孔没有要观察的对象、MR试样和/或模型体。因此，可以有利地在不将对象、MR试样和/或模型体放置在孔内的情况下进行QA过程。特别是，可以使用可用空间在孔内布置几个线圈。

在有用的实施例中设置为，在接收测试信号期间，使RF线圈调谐和/或失谐。因此，可以产生输出信号对测试信号的另一种响应。该响应可以用作另一个性能指示。例如设置为，在接收测试信号期间移位或者改变RF线圈的共振频率，使得共振频率在定义的时间间隔内与测试信号的频率、特别是载波频率匹配并且失谐。其结果是，与不失谐/调谐的情况相比，输出信号减小，因为RF线圈的共振频率至少暂时与测试信号的频率不匹配。此外，在所描述的条件下检测到的输出信号允许提取另外的频谱特性。也可以想到，针对关于时间间隔不同的几个不同的调谐/失谐事件检测输出信号，其中，共振频率与关于RF线圈接收测试信号的时间的时间间隔的开始和/或测试信号的载波频率匹配。优选在接收输出信号期间产生调谐/失谐事件。然后，对输出信号的时间进程的评估使得能够确定RF线圈的调谐/失谐与失谐/调谐之间的切换时间。

在本发明的另一个实施例中设置为，在接收测试信号期间激活医学共振成像设备的另外的部件，例如放大器和/或梯度线圈。因此，可以有利地识别与磁共振成像设备的性能相关的另外的性能指示。例如，可以在测试序列中产生不同的梯度脉冲，其中，梯度脉冲的长度和/或幅值不同。这些梯度脉冲优选由梯度线圈产生。因此，能够识别极高的异常输出信号，其在工作模式下可视化医学图像时一般将导致尖峰伪影。此外，可以模拟另外在工作模式期间存在的实际条件。例如，在RF线圈接收测试信号期间或者之前激活放大器。通常，可以模拟在工作模式下常见的“干扰”，以便观察RF线圈响应于干扰的反应。

优选设置为，将几个RF线圈布置在孔内，其中，每个RF线圈接收来自RF发射器的测试信号，其中，RF线圈分别提供输出信号，并且

-通过分析RF线圈的输出信号来提供性能指示，以进行质量分析。优选线圈彼此相邻地布置和/或彼此连接。因此，可以有利地同时对几个RF线圈进行质量分析。优选设置为，RF线圈以预先定义的方式布置并且彼此连接，以保证可再现的条件。

在本发明的另一个实施例中设置为，测试信号包括具有斜坡形状或者矩形形状的RF脉冲。通过修改脉冲的形状，可以改变作为测试信号的响应的输出信号。其结果是，可以根据测试信号的形状提供不同的性能指示。

根据本发明的另一个实施例设置为，由RF线圈和另一个RF接收器接收测试信号，以比较RF线圈的输出信号和该另一个RF接收器的输出信号。特别是，可以使用该另一个RF接收器作为用于控制测试信号的附加参考。也可以使用该另一个RF接收器来补偿测试信号的信号到信号波动。这提高了确定性能指示的准确性。此外，可以使用该另一个RF接收器，来保证使用标准化的测试信号进行质量分析。该另一个RF接收器可以是能够检测RF信号的另一个传感器或者另一个线圈。优选该另一个接收器是MRI设备的一部分。

根据本发明的另一个实施例设置为，测试信号的幅值小于在工作模式下使用的工作信号的幅值，其中，测试信号的信号幅值优选比工作信号小100-10000倍，特别是比特定磁共振成像设备可实现的最大工作信号小10000倍。因此，避免测试信号使RF线圈损坏。特别是，考虑前置放大器的饱和，来选择测试信号的幅值。例如，局部线圈的前置放大器具有约-30dB的最大输入水平，并且身体线圈与局部线圈之间的传输约为-40dB，以使前置放大器不饱和。由3特斯拉系统的身体线圈发射的信号、即最大工作信号的最大幅值一般约为75dB。为了一些附加的安全性，可以将测试信号减小80dB，这对应于10000倍。但是通常工作信号小于最大振幅。其结果是，假定测试信号的幅值比工作信号小100到10000倍是合理的。特别是，应当考虑到工作信号的变化很大，并且可能具有10V(2W，33dB)与1000V(20kW，73dB)之间的值。

在本发明的另一个实施例中设置为，RF发射器是磁共振成像设备的身体线圈或者附加的RF发射器。

优选RF发射器和RF线圈是磁共振成像设备的一部分。例如，RF发射器被配置为，使得RF发射器在工作模式下发射工作信号，并且在测试模式下发射测试信号。因此，可以有利地使用身体线圈来发射工作信号以及测试信号两者。

替换地，RF发射器可以是例如针对测试模式对磁共振成像设备添加的附加的RF发射器，并且RF发射器仅被配置为用于发射测试信号。附加的RF发射器可以是放置在磁共振成像设备的磁体孔中的外部线圈。这种附加的RF发射器对于不能容易地切换到测试模式的系统的升级可以是合理的。此外，这种附加的RF发射器具有如下优点：可以使用其，来对身体线圈进行QA。

本发明的另一个主题是用于对RF线圈进行质量分析的磁共振成像设备，其中，磁共振成像设备包括RF发射器，其中，磁共振成像设备被配置为用于

-由RF发射器发射测试信号，

-通过分析RF线圈的输出信号来提供性能指示，以进行质量分析。

针对所述方法描述的所有特征可以转用于磁共振成像设备，反之亦然。

本发明的另一个方面是计算机程序产品，用于当将计算机程序产品加载到可编程设备的存储器中时，执行根据本发明的方法的步骤。

本发明的另一个方面是计算机可读介质，其上存储有计算机单元可以读取并且执行的程序元件，以便在计算机单元执行所述程序元件时，执行根据本发明的方法的步骤。

附图说明

附图中：

图1示出了说明用于对磁成像设备进行质量分析的方法的框图。

具体实施方式

在图1中示出了框图，其中，框图示出了用于对为磁共振成像设备提供的RF线圈进行质量保证过程、即质量分析QA的方法。磁共振成像设备1，例如磁共振断层成像设备，是通过例如将不同的组织可视化来深入了解患者的内部结构的有力工具。磁成像设备1包括由磁体形成的孔2、RF发射器5、例如身体线圈和RF线圈3。在工作模式下，例如通过使用台4将患者布置在孔2内。特别是，RF线圈3形成RF线圈并且被定位在患者的感兴趣区域处或者附近，以便将患者的内部结构可视化。为了获取数据，RF发射器5发射工作信号，工作信号激励患者体内的分子。由于这种激励，要观察的组织发射信号，其中，所发射的信号又由RF线圈3接收。随后，使用所获取的数据来将患者的内部结构可视化。

然而，为了保证可视化的图像的质量恒定，必须不时地进行关于RF线圈3的功能测试。这种质量保证过程需要将RF线圈3和相应的MR模型体或者试样手动地定位在磁成像设备1的孔2中。随后，进行几个MR测量，以识别性能指示11，例如亮度值和/或信噪比。可以将所确定的这些性能指示11与参考值22、例如基准值进行比较，以检查对磁共振成像设备1的质量分析QA失败、还是通过。

为了简化并且加速关于磁成像设备1的质量分析QA的过程，在磁成像设备1的测试或者分析模式下，由RF发射器5、优选由磁共振成像设备1的RF发射器5、例如身体线圈，发射测试信号20。RF发射器5的测试信号20被配置为，使得测试信号20具有与一般由RF模型体/试样的激励的分子发射的响应信号类似的幅值，以避免RF线圈3损坏。优选设置为，RF发射器5是磁共振成像设备1的身体线圈，并且可以在工作模式和测试模式下工作，其中，在测试模式下发射的信号具有比在工作模式下发射的信号小的幅值。例如，RF发射器5可以在工作模式和测试模式之间切换。也可以想到，存在用于产生测试信号20的外部附加的RF发射器5，其中，附加的RF发射器不是身体线圈，并且可以插入到孔中，以进行测试信号的发射。

RF线圈3直接检测RF发射器5发射的测试信号20。响应于测试信号20，RF线圈3提供输出信号21。该输出信号21优选是具有一定的幅值和/或一定的时间相关性的电信号。通过分析30输出信号21，可以确定性能指示11。换言之，在测试模式下，将RF发射器5发射的测试信号20直接传输到RF线圈3，而不激励MR模型体或者MR试样内的分子。其结果是，可以有利地在不将MR试样/模型体放置在孔2内的情况下对磁成像设备进行质量分析QA。因此，检查磁共振成像设备1的过程得到简化。

优选检测输出信号的幅值和/或其时间相关性，并且将其与相应的参考值22进行比较。参考值22可以是特定线圈的标准值或者基准，或者是在医学共振成像设备1的安装和/或维护期间、即在其安装期间，特别是使用模型体和/或MR试样测量的值。优选信噪比由输出信号21的最大幅值与输出信号21消失时输出信号21的幅值之间的关系确定。另一个关键性能指示可以源自输出信号21的时间相关性。例如，对输出信号21进行傅立叶变换，提供作为性能指示11的频率相关的规范(specification)，例如特定频谱，其可以用于进行质量分析QA。

此外，可以想到，修改测试信号20的时间相关性，以操纵输出信号20，以便依据特定测试信号20的形式，从相应的输出信号21中提取关于所测试的RF线圈3的另外的信息。例如，测试信号20包括几个不同的频率和/或扫频和/或具有矩形形状或者斜坡形状。特别是，在测试信号20具有几个频率的情况下，可以提取关于RF线圈3的频率特性的信息。

优选RF线圈接收测试信号伴随着修改医学共振成像设备的状态，以识别特征规范。例如，可以想到使RF线圈3调谐和/或失谐，即移位接收频率，使其以测试信号的频率共振或者不共振。优选在关于测试信号20的接收的不同的时间开始失谐/调谐。

也可以想到，在RF线圈3接收测试信号20期间，发射由一个或者几个梯度线圈8发射的梯度脉冲信号9的一般的信号。优选使用不同长度和幅值的梯度脉冲信号9。其结果是，可以针对具有特定长度或者幅值的梯度脉冲信号9，登记(register)具有异常高的幅值的输出信号21。这样的事件可能在随后对所获取的数据的可视化中导致尖峰。

也可以想到，测试信号20对应于医学共振成像设备1的部件一般在工作模式下引起的噪声信号。这种部件的示例可以是放大器4，例如RF功率放大器4，其在工作模式下紧接在RF线圈3接收响应信号之前切换到活动状态。放大器一般产生的噪声是白噪声。考虑到RF发射器5的频谱特性，可以提取RF线圈3的频谱特性，该频谱特性是表示放大器4的噪声的测试信号20的结果。

此外，可以想到在测试模式下由另一个RF接收器13检测测试信号20，其中，该另一个RF接收器提供另外的输出信号23。因此，可以在根据测试信号20的序列获取输出信号21时，考虑信号到信号波动。特别是，可以识别不适合进行分析的测试信号，因为这些测试信号与标准化的测试信号的区别太大。

Claims

1.一种用于对磁共振成像设备(1)的RF线圈(3)进行质量分析(QA)的方法，其中，在工作模式下，RF线圈(3)被设计为用于从要观察的对象获取MR信号，所述方法在测试模式下包括：

-由RF发射器(5)发射测试信号(20)，

-由RF线圈(3)直接接收来自RF发射器(5)的测试信号(20)，其中，RF线圈(3)提供输出信号(21)，其中所述输出信号是电信号，以及

-通过分析RF线圈(3)的输出信号(21)提供性能指示(11)，以进行质量分析，

其特征在于，在接收测试信号(20)期间，

-使RF线圈(3)调谐和/或失谐，和/或

-激活磁共振成像设备(1)的另外的部件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将输出信号(21)和/或性能指示(11)与参考值(22)进行比较。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，参考值(22)对应于

-基于磁共振成像设备(1)初始化期间的测量的值，和/或

-基准值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，为了提供性能指示(1 1)，检测输出信号(21)的幅值和/或输出信号(21)的幅值的时间相关性。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，测试信号(20)包括几个频率或者扫频。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，磁共振成像设备(1)包括孔(2)，其中，在测试模式下，孔(2)没有要观察的对象、MR试样和/或模型体。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，磁共振成像设备(1)的另外的部件是放大器(4)和/或梯度线圈(8)。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，将几个RF线圈(3)布置在孔(2)内，其中，每个RF线圈(3)接收来自RF发射器(5)的测试信号(20)，其中，RF线圈分别提供输出信号(21)，以及

-通过分析RF线圈(3)的输出信号(21)提供性能指示(11)，以进行质量分析。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，测试信号(20)包括具有斜坡形状或者矩形形状的RF脉冲。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，由RF线圈(3)和另一个RF接收器(13)接收测试信号(20)，以比较RF线圈的输出信号(21)和所述另一个RF接收器(13)的另外的输出信号(23)。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，RF发射器(5)是磁共振成像设备(1)的身体线圈或者附加的RF发射器。

12.一种用于对RF线圈进行质量分析的设备，其中，所述设备包括RF发射器、处理器和RF线圈，其中，所述设备被配置为用于

-由RF发射器(5)发射测试信号(20)，

-由RF线圈(3)直接接收来自RF发射器(5)的测试信号(20)，其中，RF线圈提供输出信号(21)，其中所述输出信号是电信号，以及

其特征在于，所述设备还被配置为用于在接收测试信号(20)期间

-使RF线圈(3)调谐和/或失谐，和/或

-激活磁共振成像设备(1)的另外的部件。

13.一种计算机可读介质，其上存储有计算机单元能够读取并且执行的程序元件，以便在所述计算机单元执行所述程序元件时，执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的步骤。