CN111693912B - 利用磁共振断层成像设备和场照相机测量磁场分布的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无源场照相机和运行无源场照相机的方法。本发明涉及一种场照相机以及利用磁共振断层成像设备和场照相机测量磁场分布的方法。场照相机具有分布在待测定的空间体积上的数量M个样品和数量N个接收天线。在所述方法的一个步骤中，利用磁共振断层成像设备，针对每个接收天线处的每个样本，采集接收天线的灵敏度矩阵。在另一个步骤中，利用磁共振断层成像设备，借助N个接收天线，采集待测量的磁场中的M个样品的N个天线信号。最后，利用控制器M，依据灵敏度矩阵，根据N个天线信号，确定各个样品的M个磁共振信号。在另一个步骤中，可以根据磁共振信号，来确定样品的位置处的磁场强度。

Description

利用磁共振断层成像设备和场照相机测量磁场分布的方法
技术领域
本发明涉及一种利用分布在空间体积上的多个样品借助磁共振测量采集磁场分布的场照相机，以及利用场照相机和磁共振断层成像设备进行场测量的方法。
背景技术
磁共振断层成像设备是为了对检查对象进行成像，利用外部强磁场将检查对象的核自旋对齐，并且通过交变磁场激励核自旋围绕该对齐进动的成像装置。自旋从该激励状态到具有较小的能量的状态的进动或者返回作为响应又产生交变磁场，经由天线接收该交变磁场。
借助梯度磁场对这些信号进行位置编码，位置编码随后使得接收到的信号能够与体积元素相关联。然后，对接收到的信号进行分析，并且提供检查对象的三维成像显示。
在此，所生成的图像的质量在很大程度上取决于静磁场的均匀性和用于进行位置编码的梯度场的线性性。这些也受由于快速交变的梯度场而引起的动态效应、例如涡流影响。用于在空间上采集磁场的设备也称为场照相机。
例如，从专利文献DE 10 2014 213 413中已知一种方法和设备，其利用至少一个场探头，来测量磁共振断层成像设备中的磁场，可以对场探头施加所产生的至少一个擦除信号，以减少至少一个场探头(Feldsonde，FS)中的剩余磁化。
为了对场探头的信号进行分析，迄今为止的场照相机在场探头处具有单独的天线线圈，并且具有单独的接收器，在多个场探头的情况下，为了提高空间分辨率，这意味着巨大的开销。
发明内容
因此，要解决的技术问题是，以更简单并且成本更低的方式，在磁共振断层成像设备中进行磁场测量。
上述技术问题通过根据本发明的场照相机以及根据本发明的运行具有场照相机的磁共振断层成像设备的方法来解决。
根据本发明的场照相机具有数量M个样品。在此，将如下体积称为样品，在这些体积中具有介质，该介质的核自旋具有磁共振。在最简单的情况下，例如可以是填充有水的球管。优选球管的材料没有或者仅具有小的抗磁性或者顺磁性，例如聚苯乙烯(Styropor)，并且还作为球壳或者椭圆体形成，以使磁场的场畸变最小。优选样品具有相对于待测定的空间体积小的体积，例如比待测定的空间体积小10、50、100或者1000倍。
样品分布在待测定的空间体积上。这应当理解为，例如将空间体积划分为M个大小相同的不相交的子体积，并且在子体积中的每一个中，分别仅布置一个样品。也可以想到，相邻的两个样品的距离不小于预先确定的最小距离。在此，优选最小距离比样品在一个空间方向上的最大范围大超过5、10、20或者100倍。“分布”也可以视为，在下面描述的接收体积中的相应的一个中，仅分别布置一个样品。也可以想到，将样品布置在空间体积周围或者其中的一个或多个同心的壳、例如球壳上。基于磁场的场方程，可以以有利的方式，由壳的测量值，推断出内部的磁场，并且在壳中的布置，使得下面描述的为了由接收天线的信号推断出各个样品的磁共振信号而确定逆矩阵更容易。在一个优选的实施方式中，存在至少一个突出的轴，对于该突出的轴，适用在垂直于该轴的平面中，总是仅布置一个样品。
场照相机具有用于磁共振信号的数量N个接收天线。接收天线例如可以是天线线圈，例如也在局部线圈中应用的天线线圈。接收天线分别具有接收体积。在此，将如下体积视为接收体积，在该体积中，样品在接收天线中产生的磁共振信号，相对于样品可产生的最大水平，不衰减超过6dB、12dB、18dB、40dB或者60dB。在圆形天线线圈的情况下，例如利用紧邻线圈导体的样品，来实现最大磁共振信号。
相对于待测定的空间体积布置接收天线，使得在接收体积中的至少一个中，布置M个样品中的两个，其中，接收体积至少部分不相交。在接收体积中的每一个中，存在至少一个样品。例如，样品可以以布置在网格中的方式，存在于立方体或者圆柱体中，在其外侧在所有三个空间方向上布置有接收天线。例如，可以想到，将由样品分布在其中的结构元素构成的假体(Phantom)，作为场相机，布置在头部线圈中。
在此，接收天线的数量N大于或者等于样品的数量M。
以有利的方式，根据本发明的场照相机使得能够通过围绕M个样品布置的N个接收天线，通过条件N>＝M，由N个接收信号，重建M个样品的磁共振信号，因此如在下面的方法中将更详细地说明的，使得能够确定待测定的空间体积中的M个位置处的磁场。根据本发明的场照相机还使得能够使用已经存在的局部线圈作为场照相机的一部分，因此使开销减小。
根据本发明的方法用于利用磁共振断层成像设备和根据本发明的场照相机来测量磁场分布。在所述方法的一个步骤中，通过针对每个接收天线n，测量该天线接收样品m的信号的灵敏度Emn，来确定接收天线的灵敏度矩阵。可以相对于其它天线给出该灵敏度，或者绝对地给出该灵敏度，例如以针对样品m的预先确定的激励的、接收天线n的接收到的磁共振信号An的微伏(Mikrovolt)幅值给出该灵敏度。在此，优选利用磁共振断层成像设备的接收器来测量幅值，这些接收器也用于图像重建。但是也可以想到，为此使用单独的接收器。
为此，需要在采集灵敏度矩阵时，分离或者区分各个样品的信号。例如，可以想到，如下面将进一步描述的，在接收到磁共振信号时，通过磁场的梯度，来分离各个样品的频率，由此可以区分信号。但是也可以想到，如果以适合于梯度的方向的方式布置各个样品，则在激励核自旋时，通过唯一的梯度场，仅选择性地激励各个样品。
最后，也可以通过在样品上布置合适的激活装置，针对性地实现对各个样品的选择。例如样品处的线圈可以用于进行选择，利用这些线圈，产生附加的局部静磁场，或者通过交变磁场破坏相干激励。也可以想到，通过各个样品处的可开关的屏蔽，来选择性地阻止激励或者MRT信号的辐射。
也可以想到，通过相应地利用接收天线和身体线圈，对样品进行图像采集，来确定各个接收天线的灵敏度，并且根据针对各个样品的强度值的比，针对各个样品确定接收天线的相对灵敏度。
在此，如果不进行完整的3维采集，而是仅采集从一个或多个不同的方向到两个维度或者甚至仅一个维度上的一个或多个投影，并且分析其强度值，则可以实现加速。可以通过在采集MR信号时，不施加磁场梯度，或者仅施加一个磁场梯度(例如Gx或者Gy)，来实现投影。也就是说，省去了对k空间的完整扫描。由此，可以省去用于对整个空间进行扫描的相位编码。
如果可以区分各个样品的磁共振信号，或者仅相应地激励了一个样品，则可以分别针对每个样品m，确定N个接收天线分别采集样品m的磁共振信号的绝对灵敏度或者相对灵敏度。以这种方式，可以并行地或者也可以顺序地采集灵敏度矩阵Emn的系数。
在根据本发明的方法的另一个步骤中，借助N个接收天线，采集待测量的磁场中的M个样品的N个天线信号An。与为了确定灵敏度矩阵Emn而测量信号不同，在此，不再需要在频率上不同或者顺序地采集磁共振信号。天线信号的采集又优选利用磁共振断层成像设备的接收器来进行。
在根据本发明的方法的另一个步骤中，依据灵敏度矩阵Emn，根据N个天线信号An，来确定各个样品的M个磁共振信号Sm。其涉及根据样品的磁共振信号Sm，对方程组An＝Emn×Sm进行求解。用于进行求解的不同的有利的方法，将在下面的描述中以及在附图描述中描述。
然后，样品的分离后的磁共振信号的频率，提供样品的位置处的局部静磁场的度量。然后，可以显示结果，或者可以使用结果来对后续的测量进行校准。
以有利的方式，使得能够利用在结构体以及局部线圈矩阵、例如头部线圈(Headcoil)中由样品构成的相对简单的布置，并行地、由此快速地在没有附加的设备的情况下执行根据本发明的方法。在此，作为结构体，优选使用没有特别独特的电特性或者磁特性的材料，即相对介电常数和磁化常数
Figure GDA0003863501520000041
接近1并且拉莫尔频率不等于样品的拉莫尔频率的非导体，例如聚苯乙烯。
下面给出其它有利的实施方式。
在根据本发明的场照相机的一个可能的实施方式中，N个接收天线至少部分在外圆周上包围待测定的空间体积。在此，待测定的空间体积至少具有包围样品的体积，换言之，布置有样品的连续空间。在此，在本发明的意义上，在样品周围在六个笛卡尔空间坐标中的至少三个上布置接收天线，视为至少部分在外圆周上包围。例如可以想到，空间体积描述如下长方体或者球体，该长方体或者球体沿着磁共振断层成像设备的z轴或者B0场的方向布置，并且接收天线布置在+/-x方向和+/-y方向上的外壁上。例如样品布置其中的网格中或者优选一个或者两个同心的球壳上。也可以想到两个同心的球壳。外壳由卷起的天线阵列形成的圆柱体也可以。接收天线例如也可以在空间的所有6个方向上布置在周围的棱柱体或者立方体的表面上。
通过在外圆周上布置接收天线，以有利的方式确保接收天线采集所有样品，并且还对所有样品进行不同的加权，使得灵敏度矩阵不欠定(unterbestimmt)。
在根据本发明的场相机的一个可以想到的实施方式中，至少一个样品具有在拉莫尔频率下感应耦合的第一谐振电路。样品具有第一谐振电路应当理解为，第一谐振电路主要与布置该第一谐振电路的一个样品相互作用。例如，相关联的样品的信号在谐振电路中产生共振信号，该共振信号超过在相同的激励下由相邻的样品感生的信号多于6dB、12dB或者18dB。在此，重要的是，谐振电路与不同的样品的相互作用是不同的，以便能够根据灵敏度矩阵来进行区分。这例如通过第一谐振电路具有如下线圈形式的电感来实现，该线圈以一定的距离包围样品，该距离小于样品在线圈所在的平面中的尺寸。在此，将如下频率视为拉莫尔频率，在该频率下，样品的核自旋在待测量的磁共振断层成像设备的静B0场中、例如在1.5T、3T、7T下具有磁共振信号。为了实现共振，除了具有其自己的电容的线圈之外，谐振电路还可以具有电容。
以有利的方式，第一谐振电路通过激励脉冲的场强的局部增大以及接收时的磁共振信号的共振增强，使样品的信号增强，从而可以更快速并且更可靠地进行磁场测量。
在一个可以想到的实施方式中，场照相机具有第二谐振电路，第二谐振电路具有与第一谐振电路相同的谐振频率。第一谐振电路与第二谐振电路感应耦合，并且第二谐振电路具有比第一谐振电路大的感应面。在此，特别是如果在交变磁场均匀地穿过两个谐振电路的情况下，在两个谐振电路的谐振频率上，第一谐振电路中的电流的幅值，超过在没有第二谐振电路的情况下第一谐振电路中的幅值3dB、6dB、12dB或者更多，则视为感应耦合。在此，将如下频率视为相同的谐振频率，在耦合的系统中，该频率在相应的谐振电路中产生幅值，该幅值相对于在相同的交变场的情况下在谐振电路的自由固有谐振频率上产生的幅值衰减小于12dB、6dB或者3dB。在此，也可以想到，第一谐振电路相对于第二谐振电路具有不同的空间定向，例如第一谐振电路的天线线圈的法向量与第二谐振电路的天线线圈的法向量之间的角度，大于10度、20度或者30度。也可以想到，多个第一谐振电路将多个样品与共同的第二谐振电路感应耦合。
以有利的方式，第二谐振电路由于其更大的面，可以改善用于激励脉冲的发射天线与样品之间的耦合和/或接收天线与样品之间的耦合，从而可以通过较短的测量时间来改善时间分辨率，或者可以通过较小的样品来改善空间分辨率。此外，在对齐不同的情况下，可以改善到激励脉冲的耦合，如果激励场的场向量与第一谐振电路的天线线圈的面平行，则在最坏的情况下，这些激励脉冲可能趋于零。
在根据本发明的局部线圈的一个可能的实施方式中，谐振电路具有线圈和电容，其中，电容由线圈的绞合绝缘导体端形成。
通过漆绝缘的绞合导体端，通过相对的、在电容区域中彼此绝缘的导体，形成用于谐振电路的具有高品质的小的电容，该小的电容不需要附加的在机械上脆弱的焊接点以及可能使磁共振测量有错误的材料。
在此，也可以想到，例如通过谐振电路具有用于不同的谐振频率的彼此耦合的两个振荡电路，谐振电路具有两个谐振频率。
以有利的方式，双谐振的谐振电路使得能够针对两个不同的B0磁场强度、例如1.5T和3T，提供一个场照相机。
在一个可能的实施方式中，根据本发明的方法具有确定灵敏度矩阵Emn的逆矩阵Inm的步骤。
在此，概念“逆矩阵”不局限于针对M＝N的方阵的更严格的数学概念，而是例如还包括N>M的所谓的伪逆矩阵，例如摩尔-彭罗斯逆(Moore-Penrose-Inverse)。
为此，需要灵敏度矩阵Emn的方程组不欠定。在方阵的情况下，如果行列式不等于零，则给出这种情况。这可以通过样品和接收天线的合适的分布来实现，从而在两个不同的接收天线中，采集相同的样品的不相同的信号或者信号组合。为此，需要接收天线的数量N至少与样品的数量M一样大。
如果方程组超定，即接收天线的数量N大于样品的数量M，并且相对于接收天线布置样品，使得在不同的接收天线中，采集来自样品的相同的信号组合，则可以借助奇异值分解或者边界法，根据灵敏度矩阵Emn，来确定伪逆矩阵Inm。在此，可以利用最小二乘法，来确定具有最小距离并且信噪比改善的解。
矩阵的求逆例如可以在磁共振断层成像设备的控制单元中进行，但是也可以想到单独的计算单元。
在根据本发明的方法的另一个可能的步骤中，借助将N个天线信号的向量AN与逆矩阵Inm相乘，来恢复所采集的各个样品的磁共振信号Sm。这种计算也又可以通过磁共振断层成像设备的控制单元或者图像重建单元来进行。
在此，特别有利的是，如果接收天线相对于样品的相对布置不变，则逆矩阵可以一再地应用于天线信号的后续测量。以这种方式，可以以高重复率进行磁场测量和分析。
但是，原则上也可以想到，分别再一次单独对方程组重新进行求解。对于这种系数有缺陷的超定方程组，存在多种数学求解方法。因此，可以想到，尤其是在方程组超定的情况下，在具有特殊的输入向量或者灵敏度矩阵仅部分占用的特定情况下，可以更快和/或更准确地找到解。
在根据本发明的方法的一个可以想到的实施方式中，磁共振断层成像设备具有梯度系统，并且场照相机布置在磁共振断层成像设备中。在此，采集灵敏度矩阵的步骤，还具有确定使每个样品经受不同的磁场的场梯度的步骤。如果没有在与场梯度的梯度向量垂直的任意平面上放置多于一个的样品，则满足该条件。该确定例如在通过相对于预先确定的梯度向量适当地将样品布置在空间中来构建场照相机时，已经可以进行。但是也可以想到，针对样品的给定的分布，来确定梯度向量。在此，也可以想到确定不同的梯度向量。
在根据本发明的方法的另一个步骤中，借助梯度系统，在采集灵敏度矩阵Emn期间，特别是在核自旋期间，输出所确定的场梯度。
然而，除了选择性地激励单个样品之外，也可以想到，经由样品沿着不同的轴到一个或者两个维度上的多个投影的组合，来获得灵敏度矩阵。这可以通过仅沿着一个轴对k空间进行扫描，或者仅采集幅值来实现。
在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，采集灵敏度矩阵的步骤还具有如下子步骤：在时域中利用与时间相关的窗函数对天线信号进行加权，以便在采集灵敏度矩阵期间，锐化谱分布。例如可以想到递减指数函数或者汉恩函数(Hann-Funktion)。
通过场梯度，将各个样品的磁共振信号移动到不同的拉莫尔频率上，使得信号变得可区分。然而，由于扫描窗(Abtastfenster)的有限的长度以及可采集的磁共振信号的持续时间，傅立叶域中的分辨率可能还是不足以进行分离。以有利的方式，利用也考虑指数下降的信号强度的窗函数来进行合适的加权，在频域中实现更好的分辨率。
附图说明
结合下面对结合附图详细说明的实施例的描述，上面描述的本发明的特性、特征和优点以及其实现方式，将变得更清楚并且更容易理解。
图1示出了具有根据本发明的场照相机的磁共振断层成像设备的示意性概览图；
图2示出了根据本发明的场照相机的样品的布置的示意图；
图3示出了根据本发明的场照相机的接收天线的示意图；
图4示出了根据本发明的方法的示意性流程图。
具体实施方式
图1示出了具有根据本发明的场照相机60的磁共振断层成像设备1的实施方式的示意图。
磁体单元10具有场磁体11，场磁体11在记录区域中产生静磁场B0，用于对齐样品或患者的核自旋。记录区域的特征在于极其均匀的静磁场B0，其中，均匀性特别是涉及磁场强度或者量值。记录区域几乎是球形的，并且布置在患者隧道16中，患者隧道16沿着纵向方向2延伸通过磁体单元10。移动单元36可以使患者床30在患者隧道16中移动。场磁体11通常是可以提供具有高达3T的磁通密度、在最新的设备的情况下甚至更高的磁场的超导磁体。然而，对于较小的场强，也可以使用永磁体或者具有正常导电的线圈的电磁体。
此外，磁体单元10具有梯度线圈12，梯度线圈12被设计为用于将磁场B0与可变磁场在三个空间方向上叠加，以对所采集的检查体积中的成像区域进行空间区分。梯度线圈12通常是由正常导电的金属丝构成的线圈，其可以在检查体积中产生彼此正交的场。
磁体单元10还具有身体线圈14，身体线圈14被设计为用于向检查体积中辐射经由信号导线馈送的高频信号，接收由患者100发出的共振信号，并且经由信号导线输出。
控制单元20向磁体单元10供应用于梯度线圈12和身体线圈14的不同的信号，并且对接收到的信号进行分析。
因此，控制单元20具有梯度控制器21，梯度控制器21被设计为用于经由馈电线向梯度线圈12供应可变电流，可变电流以时间协调的方式在检查体积中提供期望的梯度场。
此外，控制单元20具有高频单元22，高频单元22被设计为用于产生具有预先给定的时间走向、幅值和谱功率分布的高频脉冲，用于激励患者100中的核自旋的磁共振。在此，可以实现千瓦范围内的脉冲功率。激励脉冲可以经由身体线圈14，或者也可以经由局部发射天线，辐射到患者100中。
控制器23经由信号总线25，与梯度控制器21和高频单元22通信。
代替患者，将根据本发明的场照相机60布置在患者床30上，以测量患者隧道16中的磁场。如图2和图3所示，场照相机60具有样品61和接收天线62，其中，接收天线62经由连接导线33，与高频单元22的接收器信号连接。也可以以无线方式进行信号连接。
在图2中示意性地示出了根据本发明的场照相机60的样品61。
场照相机60具有数量M个样品61，这些样品61优选分布在待测定的空间体积70的表面上。样品61具有相对于核磁共振的活性材料。在此，可以是含氢的样品61、例如水或者碳氢化合物。液体样品61可以包含在球管(Küvetten)或者管形瓶(Phiolen)中。可以将样品61嵌入到本身没有核磁共振的基质或结构体中或者在其它频率上活跃的基质或结构体中。在此，样品61的大小是空间分辨率和灵敏度的折衷。样品61越大，空间分辨率越低。
在此，作为立方体示出了空间体积70，以便能够更容易地示出空间轴的定向。然而，空间体积70也可以采取任意其它形状，例如也可以想到球体、椭圆体、圆柱体、棱柱体或者至少部分地填充记录区域的类似的布置。布置有样品61的一个或多个同心球壳也是有利的，因为基于磁场定律，可以根据无源的或者散度为零的(quellenfreie)体积的表面上的场，来确定内部的场。
在此，对于根据本发明的方法，有利的是，布置样品61，使得总是仅一个样品位于与梯度向量垂直的平面上。这使得在关于图4说明的方法中，在磁梯度的影响下，能够根据拉莫尔频率来区分样品61。
这可以通过如下方式来实现，即，将样品61布置在规则的网格中，网格的对称轴相对于梯度线圈12的基本轴x、y和z适当地倾斜。然而，也可以想到适当的随意的或者规则的分布。最后，也可以想到，虽然样品61的布置的轴与梯度线圈12的轴平行，但是通过适当地叠加梯度线圈12的磁场，尤其是以满足条件的方式来产生磁场梯度。
为了加速测量，也可以想到在各个样品61周围设置干扰线圈63，可以对干扰线圈63施加直流电流或者高频电流，以使仍然存在的激励更快地衰减，以便能够更快地进行下一次测量。
最后，如还要关于方法说明的，也可以通过具有到二维的平面或者一维的线上的投影的样品61的多个磁共振成像，来确定各个接收天线62对于各个样品61的相对灵敏度。
为了清楚起见，示例性地单独在图3中示出了场照相机61的接收天线62。接收天线62分别具有接收体积64，并且相对于待测定的空间体积布置接收天线62，使得在接收体积64中的至少一个中布置M个样品中的两个，并且接收体积64至少部分不相交，并且在每个接收体积中布置至少一个样品。在此，接收天线的数量N大于或者等于样品的数量M。
在图3中示出了根据本发明的场照相机60的接收天线62的一种可能的配置。这里，示例性地作为天线线圈示出了接收天线62。在此，空间体积70至少部分在外圆周上被接收天线62包围。为了清楚起见，在图3中未示出空间体积70内部的样品61，但是如图2所示，空间体积70内部的样品61布置在空间体积70内部。
在图3中，接收天线61布置在空心体的外圆周上。如图所示，其例如也可以是头部线圈，像在已知的模型中一样，通过对空间体积70布置样品61，头部线圈利用作为接收天线62的64个单独的接收线圈，来接收来自内部空间的磁共振信号。因此，在存在头部线圈的情况下，通过使用具有样品61的成本低廉的无源(passiv)矩阵，可以以很少的开销，来提供场照相机。
在此，本发明的思想是，如果M个样品61的信号与N个天线接收信号形成可求解的线性方程组，则可以从接收天线62的接收信号，恢复各个样品61的信号。
为此，需要接收天线62的数量N大于或者至少等于样品的数量M。此外，必须相应地由至少一个接收天线62接收来自所有样品61的信号。在图3中示例性地示出了接收天线62的接收体积64。在此，轮廓给出了如下表面，在该表面上，来自样品61的信号相对于天线线圈中间的样品衰减预先确定的值，例如衰减6dB、12dB、18dB或者40dB。通过接收信号下降到噪声水平以下的距离，来最大地限制接收体积64。在图3中，接收天线62的接收体积64是在径向上向内延伸的棒状结构。为了清楚起见，未示出在径向上向外的棒(Keule)。
在N＝M时，为了使方程组可求解，需要两个接收天线62的接收体积64在如下意义上不相同，即，对于相同的样品61，两个接收天线62提供相同的或者以相同的因数缩放的信号水平。但是不需要接收天线62与样品61以1：1相关联，而是一些接收天线62也可以覆盖大的接收体积64，而另一些接收天线62仅对单个样品61进行检测。
为了确定样品61与接收天线62的信号之间的线性方程组，一种方法是，对于所有M个样品61，相应地依次针对单个样品61，确定所有N个接收天线62的接收信号。例如，如果仅激励一个样品61，或者信号是可区分的，则这是可能的。
这例如可以通过施加如下磁场梯度来实现，在该磁场梯度下，每个样品61经受由磁场B0和梯度场构成的另一个静磁场。然后，可以利用窄带激励脉冲，来仅激励单个样品61，并且由各个接收天线62来分析该样品61的单个信号。
或者在宽带激励的情况下，可以利用所有接收天线62来接收所有样品61的信号，并且可以在频域中根据不同的频率，将所有样品61的信号分离。下面，关于根据本发明的方法，来描述用于进行改善的频率分离的措施。
但是也可以想到，在围绕各个样品具有干扰线圈63的实施方式中，相应地利用激励脉冲，经由这些干扰线圈63，选择性地激励样品。
也就是说，具有数量64个接收天线62的示例性的头部线圈，可以结合多达64个的样品61，来测量头部线圈内部的磁场。为此，如已经描述的，仅需要以矩阵或者成型体
Figure GDA0003863501520000111
的方式来布置样品61，然后将其布置在头部线圈中的预先确定的位置处，使得如已经描述的，能够实现单独的激励和不同的接收信号。
也可以想到，通过作为第一谐振电路的样品处的谐振线圈，来改善样品61与激励脉冲和/或接收天线62的耦合，因此改善信号强度和SNR。在此，例如通过耦合两个振荡电路，第一谐振电路也可以具有两个不同的谐振频率，从而也可以在不同的静态B0场中进行信号放大。
如下的两级设计也可以进一步改善耦合，这种两级设计具有直接在样品处的第一谐振电路，以及具有更大的距离的、但是为此也具有天线线圈的更大的感应面的第二谐振电路。
在图4中给出了根据本发明的利用磁共振断层成像设备1和根据本发明的场照相机60测量磁场分布的方法的示意性流程图。
在步骤S100中，采集接收天线的灵敏度矩阵，灵敏度矩阵对于每个接收天线n处的每个样品m具有灵敏度Emn。为此，需要针对每个样品m的预先确定的激励，采集至少M个、最好是N个(其中，N＞M)接收天线62的信号响应。对于具有M个样品61的磁共振信号Sm的信号向量和具有N个接收天线62的接收信号An的天线信号向量，得到以下方程组：
An＝Emn×Sm
用于确定灵敏度矩阵的矩阵元素的一个可能的实施方式是，依次单独激励M个样品61中的每一个。这例如可以通过在步骤S120中产生如下磁场梯度来实现，在该磁场梯度下，M个样品61中的每一个分别经受在量值上不同的磁场。如已经描述的，这可以通过如下方式来实现，即，相对于磁场梯度布置样品，使得在垂直于梯度向量的平面中，相应地仅布置一个样品61。在此，与各个梯度线圈12的梯度向量对应地在X、Y或者Z方向上对齐样品61，从而对相应的梯度线圈12施加电流就足够了。或者在步骤S110中，确定合适的梯度向量，并且在步骤S120中，通过叠加三个梯度线圈12的场，来相对于样品61在合适的方向上产生梯度向量。
如果M个样品中的每一个分别经受由梯度磁场和静磁场B0组合成的不同的磁场，则这M个样品也具有不同的拉莫尔频率。然后，可以通过具有相应的拉莫尔频率的窄带激励脉冲，相应地单独激励单个样品，随后所有N个接收天线62接收该一个样品61的磁共振信号，以采集灵敏度矩阵Emn的相应的矩阵元素。
也可以想到，在相同的磁场梯度的作用下，发出宽带激励脉冲，在该磁场梯度和静磁场B0的作用下，该宽带激励脉冲包括具有所有样品的拉莫尔频率的信号分量。然后，同时激励所有M个样品。随后，如果在磁场不变的情况下，利用接收天线62记录磁共振信号，则这些磁共振信号是不同的样品61的多个磁共振信号的叠加。然而，由于拉莫尔频率不同，因此例如可以在进行傅立叶变换之后，在频域中进行分离，由此确定灵敏度矩阵Emn的各个元素。
如果频率距离不足以进行完全分离，则也可以想到，通过利用诸如汉恩函数或者高斯函数的窗函数对接收天线62的接收信号进行加权，来提高分离精度
Figure GDA0003863501520000131
此外，可以通过呈指数增长的权重，来补偿磁共振信号的自然下降，并且减少线宽。
也可以想到，通过将选择性的激励与频域中的分析组合，来提高分离精度。可以选择性地激励各个样品，或者也可以在多个彼此间隔开的层中激励各个样品。
最后，也可以想到，在围绕各个样品61具有干扰线圈63的实施方式中，借助对相应的干扰线圈63施加的激励脉冲，来激励干扰线圈63，以选择性地局部地激励单个样品61。
在步骤S310中，确定灵敏度矩阵Emn的逆矩阵Inm。为此，需要接收天线的数量N至少与样品的数量M一样大。在此，灵敏度矩阵Emn给出在特定条件下可逆的方程组，从而可以从接收天线62的接收信号或者幅值An，推断出各个样品61的磁共振信号。
在计算上，这利用Emn的逆矩阵Inm来进行。在此，如果行列式不等于0，则方阵Enm是可逆的。然后，根据Sm＝Inm×An，由接收天线62的接收信号An，得到磁共振信号的向量。
如果接收天线62的数量N大于样品61的数量M，则在此，概念“逆矩阵”不局限于M＝N的方阵的更严格的数学概念，而是还包括N>M的所谓的伪逆矩阵，例如摩尔-彭罗斯逆(Moore-Penrose-Inverse)。
为此，需要灵敏度矩阵Emn的方程组不欠定。如果方程组超定，即，接收天线62的数量N大于样品61的数量M，并且相对于接收天线62布置样品61，使得在不同的接收天线62中，采集来自样品61的信号的不相同的线性组合，则可以借助奇异值分解(Selbstwertzerlegung)或者边界法
Figure GDA0003863501520000141
由灵敏度矩阵确定伪逆矩阵Inm。由此，又可以利用最小二乘法，来确定样品61的磁共振信号Sm的具有最小距离以及改善的信噪比的解。
矩阵的求逆例如可以在磁共振断层成像设备1的控制单元20中进行，但是也可以想到单独的计算单元或者用于图像重建的计算单元。
在另一个步骤S200中，借助N个接收天线62，采集待测量的磁场中的M个样品61的N个天线信号An。为此，首先需要通过在预期的磁场B0中具有拉莫尔频率的激励脉冲，来激励样品61。由于随后借助灵敏度矩阵Emn或者其逆Inm的空间分集，来对各个样品61的磁共振信号进行分离，因此不需要通过梯度使各个样品61经受不同的磁场。因此，可以利用共同的窄带激励脉冲来进行激励，该窄带激励脉冲的频率是预期的静磁场B0中的样品61的拉莫尔频率。激励脉冲的带宽仅需要足够大到补偿静磁场B0的不均匀性。随后，利用接收天线62，采集M个样品61的天线信号An的N个幅值或者向量。
随后，在步骤S320中，借助将向量AN与逆矩阵Inm相乘，来确定各个样品62的磁共振信号Sm。对于N>M的超定矩阵，在此，代替逆方阵，利用例如可以按照最小二乘法求解的方程组或者伪逆矩阵。
以有利的方式，在此，只要灵敏度矩阵例如不因空间变化而变化，则逆矩阵保持不变。因此，可以使用逆矩阵来快速地计算磁共振信号，以快速地连续进行多个测量。
但是也可以想到，在接收天线62和/或样品61的特殊配置下，作为基础的方程组An＝Emn×Sm的其它求解方法，提供更准确或者更快速的结果。因此，同样可以想到，在每个测量之后，依据相应的天线信号，单独进行方程法的求解，并且使方程法的解与相应的天线信号匹配。
按照频率、例如通过傅立叶变换对如此获得的各个样品61的各个磁共振信号Sm进行分析，又得到与样品61的位置处的磁场直接成比例的值。优选在磁共振断层成像设备1的控制单元20上进行分析。
可以经由显示器向用户输出如此确定的磁场值，以评估磁场B0的均匀性。但是也可以想到，控制单元20根据B0值确定通过磁共振断层成像设备1的匀场线圈的匀场电流的设置并将其输出，以改善静磁场B0的均匀性。
虽然通过优选实施例进一步详细示出并且描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，本领域技术人员可以从中得出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种利用磁共振断层成像设备(1)和场照相机(60)测量磁场分布的方法，其中，所述方法具有如下步骤：
提供场照相机，所述场照相机具有数量M个样品(61)和数量N个接收天线(62)，所述样品分布在待测定的空间体积(70)上，其中，所述场照相机(60)布置在所述磁共振断层成像设备(1)中，其中，所述接收天线(62)分别具有接收体积(64)，并且相对于所述待测定的空间体积(70)布置所述接收天线，使得至少在所述接收体积(64)的一个中布置所述M个样品(61)中的两个，并且所述接收体积(64)至少部分不相交，并且在每个接收体积(64)中布置至少一个样品(61)，其中，接收天线(62)的数量N大于或者等于样品(61)的数量M；
(S100)利用所述磁共振断层成像设备(1)，采集接收天线(62)的灵敏度矩阵，所述灵敏度矩阵具有每个接收天线(62)n处的针对每个样品(61)m的灵敏度Emn，其中，采集灵敏度矩阵的步骤(S100)还具有如下子步骤：(S110)确定磁场梯度，在所述磁场梯度的作用下，每个样品(61)经受不同的磁场；以及(S120)在采集灵敏度矩阵Emn期间，借助所述磁共振断层成像设备(1)的梯度系统产生所确定的磁场梯度；
(S200)利用所述磁共振断层成像设备(1)，借助N个接收天线(62)，采集待测量的磁场中的M个样品(61)的N个天线信号An；
(S300)利用控制器(23)，依据灵敏度矩阵Emn，根据N个天线信号An，确定各个样品的M个磁共振信号Sm，
其中，所述方法还具有如下步骤：
(S310)确定灵敏度矩阵Emn的逆矩阵Inm；
(S320)通过将向量AN与所述逆矩阵Inm相乘，来确定各个样品的磁共振信号Sm。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述N个接收天线(62)至少部分在外圆周上包围所述待测定的空间体积(70)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，至少一个样品(61)在拉莫尔频率下具有感应耦合的第一谐振电路。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个样品(61)在拉莫尔频率下具有感应耦合的第一谐振电路，以及
其中，第一谐振电路具有如下线圈形式的电感，该线圈以一定的距离包围样品，该距离小于样品在线圈所在的平面中的尺寸。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，第一谐振电路具有线圈。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，第一谐振电路具有两个不同的谐振频率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述场照相机具有第二谐振电路，
其中，第一谐振电路与第二谐振电路感应耦合。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，第一谐振电路具有两个不同的谐振频率。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述场照相机具有第二谐振电路，
其中，第一谐振电路与第二谐振电路感应耦合。
10.一种利用磁共振断层成像设备(1)和场照相机(60)测量磁场分布的方法，其中，所述方法具有如下步骤：
提供场照相机，所述场照相机具有数量M个样品(61)和数量N个接收天线(62)，所述样品分布在待测定的空间体积(70)上，其中，所述场照相机(60)布置在所述磁共振断层成像设备(1)中，其中，所述接收天线(62)分别具有接收体积(64)，并且相对于所述待测定的空间体积(70)布置所述接收天线，使得至少在所述接收体积(64)的一个中布置所述M个样品(61)中的两个，并且所述接收体积(64)至少部分不相交，并且在每个接收体积(64)中布置至少一个样品(61)，其中，接收天线(62)的数量N大于或者等于样品(61)的数量M，
(S100)利用所述磁共振断层成像设备(1)，采集接收天线(62)的灵敏度矩阵，所述灵敏度矩阵具有每个接收天线(62)n处的针对每个样品(61)m的灵敏度Emn，其中，采集灵敏度矩阵的步骤(S100)还具有步骤：
(S130)利用与时间相关的窗函数对天线信号进行加权，以在采集灵敏度矩阵期间，锐化频谱分布；
(S200)利用所述磁共振断层成像设备(1)，借助N个接收天线(62)，采集待测量的磁场中的M个样品(61)的N个天线信号An；
(S300)利用控制器(23)，依据灵敏度矩阵Emn，根据N个天线信号An，确定各个样品的M个磁共振信号Sm，
其中，所述方法还具有如下步骤：
(S310)确定灵敏度矩阵Emn的逆矩阵Inm；
(S320)通过将向量AN与所述逆矩阵Inm相乘，来确定各个样品的磁共振信号Sm。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述N个接收天线(62)至少部分在外圆周上包围所述待测定的空间体积(70)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，至少一个样品(61)在拉莫尔频率下具有感应耦合的第一谐振电路。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，至少一个样品(61)在拉莫尔频率下具有感应耦合的第一谐振电路，以及
其中，第一谐振电路具有如下线圈形式的电感，该线圈以一定的距离包围样品，该距离小于样品在线圈所在的平面中的尺寸。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，第一谐振电路具有线圈。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，第一谐振电路具有两个不同的谐振频率。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述场照相机具有第二谐振电路，
其中，第一谐振电路与第二谐振电路感应耦合。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，第一谐振电路具有两个不同的谐振频率。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述场照相机具有第二谐振电路，
其中，第一谐振电路与第二谐振电路感应耦合。
19.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品能够直接加载到可编程的控制器(23)的处理器中，所述计算机程序产品具有程序代码装置，用于当在所述控制器(23)上执行所述程序产品时，执行根据权利要求1至18中任一项所述的方法的所有步骤。
20.一种计算机可读的存储介质，其上存储有电子可读的控制信息，所述电子可读的控制信息被设计为，当在具有场照相机的磁共振断层成像设备(1)的控制器(23)中使用所述存储介质时，所述电子可读的控制信息执行根据权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，所述场照相机具有数量M个样品(61)和数量N个接收天线(62)，所述样品分布在待测定的空间体积(70)上，其中，所述场照相机(60)布置在所述磁共振断层成像设备(1)中，其中，所述接收天线(62)分别具有接收体积(64)，并且相对于所述待测定的空间体积(70)布置所述接收天线，使得至少在所述接收体积(64)的一个中布置所述M个样品(61)中的两个，并且所述接收体积(64)至少部分不相交，并且在每个接收体积(64)中布置至少一个样品(61)，其中，接收天线(62)的数量N大于或者等于样品(61)的数量M。
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