CN110850345A - 操作mri装置的方法 - Google Patents

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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：激励MRI装置(1)的体线圈(BC)以发射射频信号(fBC)；确定体线圈(BC)的谐振曲线的中心频率(fc)；基于确定的中心频率(fc)计算磁体目标频率(fT)；以及将磁体(10)斜变到磁体目标频率(fT)。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
磁谐振成像(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(ramp)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(coldhead)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。
理想地，体线圈的中心频率将与主磁场的频率相同。然而，对于低场磁体，反射效应会降低系统的精度，并且中心频率会更低。
射频系统的窄带宽，尤其是体线圈和接收器线圈，意味着反射系数显著降低射频功率放大器(RFPA)的可用功率。当来自体线圈的反射系数不相等时，功率部分地反射回RFPA，这导致RFPA的降额。这降低了由发射线圈或体线圈产生的射频磁场的可用功率。该磁场通常称为B1场。此外，磁体的中心频率和体线圈的中心频率不一定相同。由于这些原因，磁体中心频率必须大于体线圈中心频率以允许不可避免的主磁场随时间衰减。然而，难以确定在窄体线圈带宽和高反射系数的约束下令人满意地工作的磁体目标频率。
发明内容
本发明的目的是提供一种斜变MRI装置的方式，其克服上述问题。
该目的通过权利要求1的操作MRI装置的方法和权利要求8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：激励所述MRI装置的体线圈以发射射频信号；确定反射射频信号的中心频率；基于确定的中心频率计算磁体目标频率；以及将磁体斜变到磁体目标频率。
磁体在预定时间斜变，由此这应当被理解为在MRI装置的操作期间连续监测磁场，并且当检测到磁场已衰减到接近下限的水平时，可以向操作者发出警报，然后操作者可以在下一个方便的机会安排斜变程序。
本发明的一个优点是体线圈谐振曲线的中心频率根据经验确定并用作计算磁体目标频率的基础。这尤其在体线圈带宽相对较窄的低场系统中是有利的。另一个优点是实现本发明方法需要很少的额外努力。代替提供调谐体线圈的手段和调谐磁体的另一手段，本发明采用原样使用体线圈并基于体线圈调谐磁体的方案。在磁体的目标频率中将考虑体线圈中心频率的任何漂移(例如，由于老化，体线圈的患者台上的变化机械负荷等)。换句话说，磁体将始终斜变以适应体线圈的瞬时状态。应当理解，体线圈将被调谐到指定的频率带宽内。
根据本发明，MRI装置包括：体线圈激励单元，用于激励体线圈以发射射频信号；计算模块，其实现为确定由体线圈发射的射频信号的中心频率；目标频率确定单元，其实现为基于确定的中心频率计算磁体目标频率；以及斜变控制单元，其实现为启动斜变程序以将磁体斜变到目标频率。
本发明的MRI装置的另一个优点是，与相当的现有技术MRI装置相比，其运行明显更经济，原因是可以延长连续斜变事件之间的时间间隔，导致减少停机时间(在此期间不能执行MRI扫描)。
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0.7T，最优选至多为0.5T。如上所述，中场或高场MRI装置的RF带宽通常很大(例如，体线圈带宽±100kHz或以上)，但是低场装置的带宽明显更窄。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。
本发明的一个优点是磁体的目标频率可以独立于成像序列或MR实验(其当然需要主磁场B0)来确定，并且仅基于体线圈的反射参数来确定。在本发明的特别优选的实施例中，在没有主磁场的情况下确定磁体目标频率。换句话说，即使当主磁体已斜降时，也可以确定磁体目标频率。本发明克服了与低场MRI系统相关的问题，即在这样的低场系统中，独立于体线圈频率来指定磁体频率不再是可行的。与体线圈带宽足够大以包括单独指定的磁体频率的高场系统相比，低场系统的带宽非常窄，使得独立指定磁体频率的现有技术方案存在不位于体内线圈带宽内的风险。
为了在下一个斜变事件中确定磁体的合适目标频率，通过测量作为频率的函数的体线圈的反射系数来确定体线圈中心频率。为此，体线圈激励单元激励体线圈以设定或选择的频率发射RF信号。根据本发明，体线圈的中心频率由体线圈反射的信号推导。在合适的信号处理模块中检测并平均反射信号的谐振曲线以确定其中心频率。这些计算优选地在频域中执行。
可以通过使用定向耦合器测量体线圈的反射率而测量谐振曲线。这样的定向耦合器可能已经是MRI系统的部件。然而，一些简单的MRI系统可能不包括这样的定向耦合器，或者定向耦合器可能存在但是未配备必要的检测器。因此，在本发明的另一优选实施例中，通过测量体线圈和MRI装置的另一线圈之间的传输率来确定反射信号的中心频率。这可以通过使用宽带发射天线发射信号并通过检测接收信号以相对简单的方式实现。在一种方案中，该另外的线圈可以是MRI装置的局部线圈。替代地，另外的线圈可以是MRI装置的拾波线圈。
一旦确定体线圈中心频率，就可以计算磁体目标频率。在本发明的一个特别优选的实施例中，通过向确定的体线圈中心频率添加偏移来调节磁体目标频率。
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超导低场MRI装置的简化电路图。
图2示出了根据本发明的实施例的MRI装置的简化框图。
图3示出了使用本发明方法确定磁体目标频率。
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
图1示出了超导低场MRI装置1的极大简化的电路图。MRI系统1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。该装置包括主磁体10，其产生非常均匀的主磁场B0。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上。在斜升程序期间开关闭合，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fT进行比较，使得当已获得目标频率fT时可以中止斜升程序。此时，开关17再次打开。
图2示出了指示主磁体10和体线圈BC的MRI装置1的简化框图。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。该图示出了体线圈激励单元11，其实现为激励体线圈BC以选择频率fBC发射RF信号。检测反射的RF信号fBC'，并且在频率确定模块14中分析反射的RF信号fBC'的谐振曲线以识别其中心频率fc。中心频率fc存储在存储器模块13中，所述存储器模块可以实现为体线圈BC的存储器模块，或实现为MRI装置1的控制单元的存储器模块。系统的反射系数意味着反射体线圈信号fBC'的中心频率fc低于体线圈频率fBC。
目标频率计算模块12基于识别的中心频率fc确定磁体目标频率fT。取决于要执行的斜升序列的类型，可以将偏移df添加到频率fc。在示例性处理流程中，中心频率fc可以例如由制造商或在MRI装置的寿命期间的某个点识别。无论哪种方式，中心频率fc存储在存储器模块13中。在执行斜升序列之前，从存储器模块13检索中心频率fc，并且必要时或根据需要通过适当的偏移df进行调整以给出目标频率fT，并且磁体斜变到目标频率fT。
提供斜变控制模块以在适当的时间启动后续的斜变程序。因此，磁体电源单元10P在斜升程序期间将电流I10提供给磁体10，以便将主磁体10斜变到该目标频率fT。
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示出了体线圈的示例性谐振曲线。Y轴显示0和1之间的反射系数。X轴显示以kHz为单位的频率偏移，0对应于最小反射系数。通过平均反射的体线圈信号来获得这样的曲线。谐振曲线30的形状很大程度上由体线圈的Q因数确定。对于低场MRI系统的相对低的磁体频率，由于较低导电率引起的低欧姆损耗，体线圈在成像序列期间(即，患者在体线圈内部)具有高Q因数。因此，在低场MRI系统中，成像过程的质量取决于磁体频率和体线圈频率的匹配程度。对应于反射体线圈信号的中心频率fc的谐振曲线的最低点或最小值被识别，并且用于达到随后的斜升序列的磁体目标频率。
目标频率可以设置为在体线圈反射的谐振曲线中识别的被识别中心频率fc。然而，优选向目标频率添加偏移量。可以基于谐振曲线的形状和/或斜升序列的各种参数来选择偏移的大小。例如，通过识别如图3所示的最大反射系数，可以识别得到的偏移df。通常，期望将磁体目标频率设置为高于体线圈频率。因此，目标频率fT可以表示为
fT＝fc+df
替代地，可以使用偏移的分数，例如偏移的25％。在该情况下，目标频率fT可以表示为
举例来说，反射信号的中心频率fc可以确定为20.0MHz。添加合适的偏移(例如50kHz)，使用上面的等式将下一个斜变事件的目标频率fT确定为20.05MHz。以该方式，可以基于预期斜变程序的期望精度来识别目标频率fT。使用回波实验来确定磁体目标频率的本发明方法与有利的高精度，即与具有小于1.0kHz的误差关联。在另一示例中，反射信号的中心频率fc可以确定为30.1MHz。添加合适的偏移(例如10kHz)，使用上面的等式将下一个斜变事件的目标频率fT为30.11MHz。
体线圈BC的激励，反射体线圈信号fBC'的测量以及中心频率fc和目标频率fT的计算可以完全独立于主磁场B0执行，使得当磁体10斜降时可以执行本发明的方法。
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 (15)

1.一种操作MRI装置(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
-激励所述MRI装置(1)的体线圈(BC)以发射射频信号(fBC)；
-检测反射的射频信号(fBC')；
-从反射的射频信号(fBC')确定所述体线圈(BC)的谐振曲线的中心频率(fc)；
-基于确定的中心频率(fc)识别磁体目标频率(fT)；以及
-将磁体(10)斜变到磁体目标频率(fT)。
2.根据权利要求1所述的方法，其包括将中心频率(fc)存储在所述MRI装置(1)的存储模块(13)中的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过平均反射的射频信号(fBC')的谐振曲线来获取中心频率(fc)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过测量所述体线圈(BC)和所述MRI装置(1)的另一线圈之间的传输率来确定反射信号的中心频率(fc)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述磁体(10)斜变到包括磁体目标频率(fT)和偏移(df)之和的频率，其中基于斜变程序确定所述偏移(df)。
6.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)的制造期间和/或在所述MRI装置(1)的寿命期间的任何时间确定体线圈谐振曲线(30)的中心频率(fc)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在没有主磁场的情况下确定所述磁体(10)的目标频率(fT)。
8.一种MRI装置(1)，其包括：
-体线圈激励单元(11)，用于激励体线圈(BC)以发射射频信号(fBC)；
-频率计算模块(14)，其实现为确定反射的射频信号(fBC')的谐振曲线(30)的中心频率(fc)；
-目标频率计算单元(12)，其实现为基于确定的中心频率(fc)来计算磁体目标频率(fT)；以及
-磁体电源单元(10P)，其实现为将磁体(10)斜变到目标频率(fT)。
9.根据权利要求8所述的MRI装置，其中所述MRI装置(1)的磁体(10)的场强至多为1.0特斯拉，更优选至多为0.7特斯拉，最优选至多为0.5特斯拉。
10.根据权利要求8或9所述的MRI装置，其中所述磁体(10)是超导磁体。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的MRI装置，其中所述体线圈的带宽包括至多100kHz，更优选地至多50kHz。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的MRI装置，其包括用于存储确定的中心频率(fc)的存储模块(13)，所述存储模块实现为所述体线圈(BC)的一部分和/或在所述MRI装置(1)的控制单元中。
13.一种计算机程序产品，用于当所述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权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
14.一种计算机程序产品，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8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7中任一项所述的方法的步骤。
15.一种计算机可读介质，其上存储有程序元件，所述程序元件能够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7中任一项所述的方法的步骤。
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