CN110850344A - 操作mri装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种操作MRI装置(1)的方法，所述方法包括以下步骤：在连续成像过程期间识别中心频率(f_c1，...，f_cn)并记录每个中心频率(fc1，...，fcn)；分析中心频率(f_c1，...，f_cn)以识别MRI装置(1)的主磁场的多个衰减相关特性。本发明还描述了一种MRI装置(1)和一种用于执行方法步骤的计算机程序产品。

Description

操作MRI装置的方法

技术领域

本发明描述了一种操作MRI装置的方法。本发明还描述了一种MRI装置。

背景技术

磁共振成像(MRI)系统领域的发展已导致由于其较小的占地面积而可能是优选的低场系统的进步。低场系统可以是开放式的，可以允许介入程序，并且更便宜。术语“低场系统”通常是指具有至多1.0特斯拉的磁场强度的系统。磁场强度超过1.0特斯拉的MRI系统通常被称为“高场系统”。目前正在开发的低场系统的磁场强度甚至可以低于1.0特斯拉，并且甚至可以低于0.5特斯拉。

当首次在现场安装MRI系统时，执行斜变程序以在主线圈绕组中建立主磁场(也称为静态背景场)。在初始安装斜变(ramp)程序之后，使用匀场线圈进行必要的调节以考虑局部环境。通常，借助于放置在装置中合适位置处的探头确定目标频率(即主磁体的中心频率)。为了允许由于部件老化引起的磁场的不可避免的衰减(通常在每年几百ppm的量级)，该目标频率通常超过体线圈的中心频率一定量，所述量足以确保主磁场的中心频率尽可能长地保持在体线圈中心频率之上。

在任何超导MRI系统中，由于磁体的残余电阻，磁场的衰减是不可避免的。场衰减意味着主磁场的中心频率逐渐偏离初始设置。最终，有必要再斜变(re-ramp)系统。在高场系统中，体线圈和射频系统的带宽如此之大(例如，体线圈带宽为±100kHz或以上)，使得在场衰减超出规范之前可能需要几年时间。通常，必须更快地安排另一个维修程序，例如冷头(cold head)交换。为了执行这样的维修程序，磁体在任何情况下都必须向下和向上斜变，因此有机会重新校准系统。

在使磁体斜变之前识别主磁场的目标频率。通常设置尽可能高的目标频率并使用匀场线圈进行主磁场的微调。通过设置尽可能高的目标频率，衰减窗口(频率漂移到允许频带的下端所花费的时间)尽可能长。该方案适用于具有高带宽的系统，如上所述。然而，低场系统的带宽明显窄于高场系统的带宽(仅在10kHz-25kHz的量级)，使得设定磁体目标频率的现有技术方法被限制到短的多的“衰减窗口”。由于衰减窗口较窄，因此低场MRI系统的磁体频率在较短的时间内衰减到不合规范的水平。这意味着低场MRI系统通常必须更频繁地斜变。

第一超导低场MRI系统通常实现为竖直场系统，其特征在于相对低效的体线圈。已知这些早期的低场竖直系统不如相当的水平场系统(带有鸟笼体线圈)可靠，使得必须相对频繁地安排维修检查。在这些维修程序中，检查主磁场的频率，并在必要时再斜变系统。在低场系统中，可能需要执行间歇性的斜变程序，例如在基础设施问题(例如断电)或冷却装置问题等的情况下。

发明内容

本发明的目的是提供一种监测MRI装置的主磁场衰减的方法。

该目的通过权利要求1的操作MRI装置的方法和权利要求9的MRI装置来实现。

根据本发明，操作MRI装置的方法包括以下步骤：在连续成像过程期间(即在患者扫描期间)识别中心频率并记录每个中心频率；以及分析中心频率以识别主磁场(通常称为B0场)的衰减相关特性。

本发明的一个优点是可以在MRI装置的正常操作期间监测主磁场，而不需要任何专用测量装置或附加部件。本发明基于以下认识：在接收器线圈处检测到的信号频率通过旋磁比与主磁场相关，并且由接收器线圈检测到的信号可以用于推断与连续扫描期间磁场的时间发展相关的信息。所提出的方法的场监测尤其在低场系统中是有利的，其中磁场衰减必须比高场系统更频繁地补救。实现本发明方法需要很少的额外努力，并且基本上所有步骤都可以通过合适的算法来执行，所述算法处理在MRI装置的正常操作期间在任何情况下观察到的信号。

本发明的一个优点是主磁场的衰减相关特性完全源自在患者扫描期间收集的测量，即使用在任何情况下进行的测量。无需进行专门的测试测量。例如，可以在患者扫描开始时调节接收系统的频率的同时收集测量。替代地或附加地，可以在实际成像序列期间的点处收集测量。在任一情况下，确定中心频率的信号源自患者。

根据本发明，MRI装置包括中心频率识别器模块，其实现为在成像过程期间识别中心频率；存储模块，其实现为记录在连续成像过程期间识别的中心频率；以及分析模块，其实现为通过分析记录的中心频率来识别主磁场的多个衰减相关特性。

上述MRI装置的单元或模块，特别是频率确定单元和选择单元，可以有利地完全或部分地实现为在MRI装置的控制单元的处理器上运行的软件模块。主要以软件模块的形式实现可以具有以下优点：可以以相对较少的努力更新已经安装在现有MRI系统上的应用程序，以执行本申请的方法步骤。本发明的目的还通过一种具有计算机程序的计算机程序产品来实现，所述计算机程序可直接加载到MRI装置的控制单元的存储器中，并且包括程序单元以当程序由控制单元执行时执行本发明方法的步骤。除了计算机程序之外，这样的计算机程序产品还可以包括诸如文档和/或附加部件的其他部分，以及诸如硬件密钥(加密狗等)的硬件部件以便于访问软件。

诸如记忆棒，硬盘或其他可传输或永久安装载体的计算机可读介质可以用于传输和/或存储计算机程序产品的可执行部分，使得这些可以从MRI装置的处理器单元读取。处理器单元可以包括一个或多个微处理器或其等同物。

如在以下描述中所揭示的，从属权利要求给出了本发明的特别有利的实施例和特征。可以适当地组合不同权利要求类别的特征以给出本文未描述的其他实施例。

本发明的方法可以应用于任何适当的MRI装置，例如具有超导磁体，永磁体或电磁体的MRI装置。然而，具有超导磁体的低场MRI装置在更大程度上受益于本发明的方法。因此，在下文中，但不以任何方式限制本发明，可以假设MRI装置的磁体是超导磁体。

还可以假设MRI装置是低场MRI装置。在本发明的特别优选的实施例中，磁体的场强至多为1.0T，更优选至多为0.3T。如上所述，中场或高场MRI装置的RF带宽通常非常大，但是低场装置的带宽明显更窄，并且例如可以小至10kHz。在本发明的另一优选实施例中，MRI装置具有RF带宽不超过50kHz的体线圈。

在本发明的优选实施例中，在成像过程期间根据由体线圈或局部线圈接收的信号确定中心频率。这些信号基本上是在临床成像序列期间源自患者的信号。

如上所述，主磁场将不可避免地随时间衰减。虽然可以高精度地制造系统并且即使可以非常精确地量化磁体特性，但是不可能准确地预测磁场将在几个月甚至几年内如何表现。然而，需要随时向客户(例如诊所的放射科)通知磁体的状态，使得可以及时安排例行维护事件，并且使得可以避免停机时间。

在本发明的方法中，记录的中心频率可以存储在存储器模块中和/或可以转发到远程服务数据库以远程监测系统。当频率接近或超过预定容差窗口的限制时，可以向客户或用户发出警报或通知。

记录的中心频率与最大带宽和衰减相关特性一起使得可以确定中心频率是否仍在预定窗口内，和/或预测中心频率何时将离开预定窗口。可以及时向用户或客户服务发出警告，例如在预测时间之前几个月或几周。

因此，在本发明的特别优选的实施例中，衰减相关特性包括主磁场的衰减速率。客户(或服务IT基础设施的在线监管系统)可以将该信息与磁体规范进行比较以查看衰减速率是否符合规范(即磁场是否像制造商预测的那样衰减)或者衰减速率是否偏离预测速率。特别是在衰减速率较高的情况下，有利的是要意识到这一点，使得可以相应地规划校正措施。在本发明的另一优选实施例中，衰减相关特性可以是主磁场的衰减水平，例如标称场强的瞬时百分比。衰减速率实际上是磁场的衰减速率，即一阶导数(dB/dt)。可能感兴趣的另一衰减特性是衰减速率的变化率，即二阶导数(d²B/dt²)。

如上所述，在执行患者扫描时获得中心频率。有时，可能会发生患者扫描未完全正确执行的情况，例如当金属物体在同质体积内时，当射频舱的门无意中保持打开时，等等，使得测量的中心频率为实际上并不是代表性的。因此，在本发明的优选实施例中，该方法包括在存储中心频率之前对识别的中心频率进行滤波的步骤。例如，条件可能是识别的中心频率与前一中心频率相差可能不超过±50ppm。滤波器实际上是合理性检查，其确保异常值不包括在中心频率记录中。

在将识别的中心频率进行合理性检查之后，将其记录在存储器中。代表性的中心频率值可以通过平均在指定时间期间(例如在一天期间)在所有患者扫描期间测量的(滤波的)中心频率来获得。分析单元可以处理一组代表性中心频率以检测主磁场的任何衰减。优选地，分析单元处理至少两个代表性中心频率，更优选地处理至少十个代表性中心频率，以导出主磁场的衰减特性。例如，通过平均在那天进行的所有患者扫描期间测量的中心频率，可以每天获得一个代表性中心频率值，并且可以在周末时计算衰减相关特性。类似地，可以从一周期间进行的所有患者扫描获得一个代表性中心频率值，并且可以在月末时计算衰减相关特性。

如果衰减相关特性超过预定阈值，例如磁体中心频率已降至某一水平以下，或者衰减速率已增加超过某一可接受速率，则优选地通知MRI装置的操作者。因此，在本发明的特别优选的实施例中，该方法包括当衰减相关特性超过预定阈值时发出警报的步骤。

本发明的方法可以用于有利地观察磁场强度随时间的变化，并且计划任何校正措施，例如部分斜变或自动斜变。例如，中心频率的分析可以指示磁场的中心频率已衰减到可以通过执行可能在晚上(当MRI装置未使用时)进行的部分斜变程序来补救的水平。与完全斜变程序相比，部分或“修饰(top-up)”斜变可能仅花费相对短的时间段，所述完全斜变程序要求磁体完全斜降然后再次斜升以达到所需的磁场强度。

在斜升期间，电流进给到磁体，直到磁体电流或相应的频率已达到预定的目标电流或频率。目标频率可以以任何合适的方式确定，例如通过在体线圈内部布置探头并使用磁体电源的电流传感器监测磁体电流。MRI装置可以包括探头放置装置，用于将探头自动放置在体线圈内部。

在本发明的特别优选的实施例中，MRI装置包括安培计分流器，其布置成在斜变时测量磁体电流，使得可以估计磁体频率。当已观察到磁体频率达到预定目标频率时，可以假设磁场是令人满意的并且可以结束斜变程序。安培计分流器是一种经济但低精度的部件，随着老化而趋于变得不太准确。因此，在本发明的另一优选实施例中，MRI装置包括分流监测模块，其实现为基于患者扫描中心频率导出电流传感器的老化特性。可以在斜变序列结束时，例如，当磁体频率已达到目标频率时记录电流测量。可以从分流电流测量和随后的中心频率之间的关系导出电流传感器的校准系数。校准系数可以表示为简单的比率，例如，分流电流除以中心频率。

优选地，分流电流测量和患者扫描中心频率测量在时间上接近。由于分流电流测量只能在斜升程序期间进行，因此中心频率测量优选地在斜升后的患者扫描期间进行。

例如，校准系数可以用于在随后的斜升序列期间校正电流传感器读数，并且可以显著改善斜升序列的精度，由此扩展磁场衰减窗口。它还可以用于校正分流器的长期老化效应。校准系数可以由算法使用，所述算法从当前传感器测量推导出磁体频率。以该方式，MRI装置可以以直接方式并且在下一个安排的斜升程序之前重新校准该功能。

在本发明的另一优选实施例中，分析和评估记录的中心频率的任何步骤都被远程执行，例如在外部服务器上。远程客户支持服务可以分析收集的信息并安排MRI装置的斜升事件，使得客户不需要关心这些任务。

附图说明

从结合附图考虑的以下详细描述，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而，应当理解，附图仅仅是为了说明的目的而设计的，而不是作为本发明的限制的定义。

图1示出了根据本发明的实施例的MRI装置的简化框图。

图2示出了根据本发明的实施例的超导低场MRI装置的简化电路图。

图3示出了使用本发明方法的实施例获得的磁场衰减图。

图4示出了使用本发明方法的实施例获得的患者扫描中心频率的第一图形。

在图中，相同的数字始终表示相同的对象。图中的对象不一定按比例绘制。

具体实施方式

MRI系统包括各种模块和单元，其中大部分将是技术人员已知的并且在此不需要解释。该装置包括产生非常均匀的主磁场B0的主磁体。图1示出了MRI装置1的简化框图，指示主磁体10，体线圈BC和接收器线圈RC(例如在该示例中为扁平只接收脊柱线圈)。可以假设存在诸如匀场线圈，局部线圈，拾波线圈和多个梯度线圈的附加线圈的通常布置。在患者扫描期间，体线圈BC被激励以发射RF信号，并且接收器线圈RC检测反射的RF信号100。该信号100由模块11处理，所述模块执行适当的信号处理步骤以识别被接收信号100的中心频率f_c。为了排除任何异常值，在框110中应用滤波器，其可以将当前中心频率f_c与先前的中心频率进行比较。当前的中心频率f_c仅在例如与其前身相差不超过±50ppm时才被批准。如果批准，则将当前的中心频率f_c存储在存储器模块12中。对于连续的患者扫描重复这些步骤，使得最终中心频率的集合累积在存储器模块12中。

被接收RC信号的频率通过以下关系与磁场强度相关

其中γ是旋磁比。分析模块处理多个连续收集的中心频率f_c1，...，f_c1以识别趋势。例如，频率的逐渐移动指示主磁场逐渐衰减。分析模块可以将识别的衰减趋势与例如存储在存储器模块130中的从磁体规范已知的预期衰减趋势进行比较。决策模块14可以基于由分析单元13提供的信息确定是否需要采取行动。例如，如果观察到场强衰减速率快于预期或指定的衰减速率，则决策模块可以发出警报X。

提供斜变控制模块16以在适当的时间启动斜变程序，以便将主磁体10斜变到目标频率f_T。图2示出了这样的超导低场MRI装置1的极大简化的电路图。当磁体10斜变到先前确定的目标频率时，MPSU 10P用于在斜升程序期间向磁体10提供电流I₁₀。包括与旁路电阻器并联的超导开关的开关组件17示出为连接在主磁体线圈10上。开关在斜升程序期间闭合，使得少量电流通过旁路电阻器。在该示例性实施例中，安培计分流器S用于在斜变期间测量磁体电流I₁₀，使得电源控制器15可以估计磁体频率并将其与目标频率f_T进行比较，从而当已获得目标频率f_T时可以中止斜升程序。此时，开关17再次打开。

返回图2，可以在斜升序列结束时，例如当磁体频率已达到目标频率时记录电流测量。可以从电流测量和随后的中心频率之间的关系导出电流传感器的校准系数。例如，校准系数C可以表示为分流电流与中心频率的简单比率。

分流电流测量和患者扫描中心频率测量优选地在时间上接近。由于分流电流测量只能在斜升程序期间进行，因此中心频率测量优选地在斜升后的患者扫描期间进行。

校准系数C可以用于随后的斜变程序以校正分流器S的老化效应。例如，校准系数C可以被转发到MPSU 10P的控制器15，使得随后的电流读数可以被校正并且可以以更高的准确度执行斜升程序。

上述单元和模块可以实现为MRI装置1的中央控制系统的一部分。

图3是磁场衰减的图形，示出了磁场强度(特斯拉)与时间(在几个月或甚至几年的时间尺度内)的关系。该图示出了预期的衰减曲线30，以及通过分析一系列患者扫描中心频率而建立的推断衰减曲线30'。在该示例性情况下，衰减曲线31显示比预期衰减曲线30更快的衰减速率，并且可能导致决定比原计划更快地执行再斜变事件。

图4指示如何使用患者扫描中心频率的集合来建立磁场衰减特性。这里，识别的中心频率f_c1，...，f_cn由点指示。该图形示出了X轴上的频率(以MHz为单位)与沿Y轴的扫描计数的关系。该图示出了检测到的RC信号的中心频率f_c1，...，f_cn的逐渐减小。使用适当的内插或最佳拟合技术，频率可以转换成主磁场的衰减曲线31，如图3中所示。

尽管已经以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多附加的修改和变化。

为了清楚起见，应当理解，在本申请中使用“一”或“一个”并不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或元件。提及“单元”或“模块”并不排除使用一个以上单元或模块。

Claims (14)

1.一种操作MRI装置(1)的方法，所述方法包括以下步骤：

-在成像过程期间识别中心频率(f_c1，...，f_cn)并记录在连续成像过程中识别的中心频率(f_c1，...，f_cn)；以及

-分析中心频率(f_c1，...，f_cn)以识别所述MRI装置(1)的主磁场的多个衰减相关特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中分析中心频率(f_c1，...，f_cn)以识别衰减相关特性的步骤包括平均在患者扫描期间在指定的时间间隔内测量的多个中心频率(f_c1，...，f_cn)的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述衰减相关特性包括主磁场的衰减速率。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述衰减相关特性包括主磁场的衰减速率的变化率。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括在存储识别的中心频率(f_c1，...，f_cn)之前的滤波步骤。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其包括如果所述衰减相关特性超过预定阈值则发出警报(X)的步骤。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中电流传感器(S)的老化特性从斜升序列期间获得的电流测量(I₁₀)和该斜升序列之后识别的中心频率(f_c)导出。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述MRI装置(1)的远程位置处执行分析中心频率(f_c1，...，f_cn)以识别衰减相关特性的步骤。

9.一种MRI装置(1)，其包括：

-中心频率识别器模块(11)，其实现为在成像过程期间识别中心频率(f_c1，...，f_cn)；

-存储模块(12)，其实现为记录在连续成像过程期间识别的中心频率(f_c1，...，f_cn)；

-分析模块(13)，其实现为通过分析记录的中心频率(f_c1，...，f_cn)来识别主磁场的多个衰减相关特性()。

10.根据权利要求9所述的MRI装置，其包括布置成在斜变过程期间测量磁体电流(I₁₀)的安培计分流器(S)，并且还包括分流监测模块(14)，其实现为基于不间断地识别的中心频率(f_cx，f_cy)导出所述安培计分流器(S)的老化特性。

11.根据权利要求9或10所述的MRI装置，其中所述MRI装置(1)的磁体(10)的场强为至多1.0特斯拉，更优选至多0.7特斯拉，最优选至多0.5特斯拉。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的MRI装置，其中所述磁体(10)是超导磁体。

13.一种计算机程序产品，其包括计算机程序，所述计算机程序可直接加载到根据权利要求9至12中任一项所述的MRI装置(1)的控制单元的存储器中，并且包括程序元件，当所述计算机程序由所述控制单元执行时，所述程序元件用于执行根据任何权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。

14.一种计算机可读介质，其上存储有程序元件，所述程序元件可以由计算机单元读取和执行，以便当所述程序元件由所述计算机单元执行时，执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。

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