CN112858970B - 用于补偿磁共振成像系统中的杂散磁场的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于补偿磁共振成像系统中的杂散磁场的方法和系统。本发明描述了用于补偿具有两个或更多个检查区域(M1、M2、M3、M4、M5、M6)的磁共振成像系统(1)中的杂散磁场(SF)的方法，包括：提供用于除了基本磁场(B0)之外的要在第一检查区域(M1)中施加的预定义的第一磁场(GZ1)的值；提供定义要在第二检查区域(M2)中施加的预定义的序列控制脉冲(GZ2)的信息；对于在第一检查区域(M1)中施加第一磁场(GZ1)的情况，确定第二检查区域(M2)中的杂散磁场(SF)；根据预定义的序列控制脉冲(GZ2)和所确定的杂散磁场(SF)来计算用于第二检查区域(M2)的补偿序列控制脉冲(CG)；将补偿序列控制脉冲(CG)施加到第二检查区域(M2)。

Description

用于补偿磁共振成像系统中的杂散磁场的方法和系统
技术领域
本发明描述了用于补偿具有两个或更多个检查区域的磁共振成像系统(“MRI-系统”)中的杂散磁场的方法和系统，以及这样的MRI系统。
背景技术
四十多年来，磁共振成像(“MRI”)的原理已经用于成像和其他测量。尽管这种测量方法时间长且重要，但是目前仅有两种磁体设计被用于临床使用的MRI系统或MRI扫描仪：C磁体形式和螺线管。这种类型的MRI扫描仪的操作对于临床工作流程仍然是有问题的。
最严重的问题是这些扫描仪周围的广泛杂散磁场。为了处理这个问题并且避免事故和损害，医院管理部门必须通过限制人和设备的进入来划定MRI检查室内部和附近的严格受控的区域。如果金属或磁性部件被MRI扫描仪的强磁体吸引并在扫描仪体积的方向上加速，则可能发生损坏。
另一问题是，使用螺线管-磁体设计的MRI扫描仪将患者“包围”在狭窄的患者隧道中，这尤其可以导致幽闭恐惧症。幽闭恐惧症在一些患者中可能是非常强烈，以至于无法进行MRI扫描。此外，由于检查隧道狭窄，严重限制了医护人员接近患者，这对于介入或治疗过程是不利的，尤其对于实时MRI成像。
通常，MRI扫描仪使用自屏蔽的螺线管型超导磁体，以降低由基本场磁体的线圈产生的漏磁场的强度。有源屏蔽的基本场磁体比未屏蔽的基本场磁体昂贵得多。另外，屏蔽线圈降低了可用于检查隧道中的测量的基本磁场的效率。有源屏蔽磁体具有比未屏蔽磁体(约145cm)更大的直径(约220cm)。
MR扫描仪的替选设计使用C形磁体。这可以是包括两个亥姆霍兹线圈的电磁体或永磁体。C形磁体具有两个磁极片，这两个磁极片在它们的空间中产生垂直的基本磁场。类似的结构是门磁体，其在机械上更坚固，并且在一些实施方式中也可以用超导亥姆霍兹线圈来实现。C形磁体和门磁体具有自由接近患者的优点，并且另外降低了幽闭恐惧症感。然而，这样的结构需要非常坚固的机械构造来抵消两个相对的基本场磁体之间的巨大的磁引力。为了减少杂散磁场的传播，这些磁体架构通常使用铁轭来引导成像体积外部的磁场线。铁轭是最有成本效益的屏蔽件之一。这样的铁轭的缺点是MR扫描仪的尺寸、重量和体积大。
不久之前已经引入了解决这些问题的方法。该方法基于具有环形磁场的MRI系统。与使用螺线管或亥姆霍兹对(Helmholtz-pair)磁体线圈的MR磁体的现有技术不同，环形线圈倾向于将磁场限制在圆环内部，仅有小的并且不那么远的杂散磁场。该系统不仅克服了杂散磁场和轻型结构的问题，而且还提供了在一个单个MRI系统中实现两个或更多个检查区域的机会。这样的MRI系统的示例是具有三个、四个、六个或八个(例如相同的)基本场磁体段的基本场磁体布置，所述基本场磁体段围绕中心轴旋转对称地被布置成星形(例如，对于六个磁体和六个检查区域为60°)。基本磁场具有以环形磁场的形式延伸的主方向。
存在具有平行于患者的左侧和右侧布置的线圈对的局部梯度系统。然而，尽管这种已知的梯度系统也可以用于这些新的MRI系统，但是目前没有以最佳方式与这些MRI系统一起工作的梯度系统。
在具有多于一个检查区域的MRI系统中，在检查区域中安装梯度系统，在其他检查区域中出现杂散梯度场。在每个检查区域包括梯度系统的情况下，在整个检查区域上存在杂散梯度场。这些杂散梯度场负面地影响检查区域。因此，需要非常好地屏蔽相邻区域中的杂散梯度场，因为否则即使是小的异步扰动，甚至约1ppm的数量级，也可能已经产生图像伪影。
典型的有源屏蔽的梯度线圈仅将杂散场减小一个数量级。这足以减小感应到磁体的导电部分中的涡流的幅度，但是不足以有效地屏蔽相邻检查区域中的杂散磁场。在具有两个或更多个检查区域的MRI系统中，同时但异步成像需要在各个梯度系统之间进行屏蔽，这比现有技术好若干个数量级。
发明内容
本发明的目的是改进具有多于一个检查区域的已知MRI系统，以通过补偿杂散梯度场来促进改进的测量。该目的通过根据本发明的方法、系统、控制设备以及磁共振成像系统来实现。
根据本发明的用于补偿具有两个或更多个检查区域的磁共振成像系统中的杂散磁场的方法包括以下步骤：
-除了基本磁场之外，提供要在第一检查区域中施加的预定义的第一磁场的值，
-提供要在第二检查区域(特别是与第一检查区域相邻，因为在相邻区域中效果最强)中施加的预定义的序列控制脉冲，
-在第一检查区域中施加第一磁场的情况下，确定第二检查区域中的杂散磁场，
-根据预定义的序列控制脉冲和所确定的杂散磁场来计算用于该第二检查区域的补偿序列控制脉冲，其中，该补偿序列控制脉冲被计算成使得不管杂散磁场如何都能够执行第二检查区域中的测量，
-将补偿序列控制脉冲施加到第二检查区域，以及
-优选地，对于其他检查区域，特别是对于所有检查区域，重复这些步骤。
第一磁场不是基本磁场，因为除了基本磁场之外还应当施加第一磁场。优选地，它是梯度场，但也可以是另一磁场，例如，匀场或有源屏蔽设备的场。用于在第一检查区域中施加的该第一磁场的值是公知的。当施加在第一检查区域中，该第一磁场在其他检查区域中产生杂散场。
杂散场影响第二检查区域中的测量。如果第二检查区域与第一检查区域相邻(其中，这种情况是优选的，因为杂散场在相邻区域中最强)，则杂散磁场对测量的干扰严重。对于测量，在第二检查区域中施加预定义的序列控制脉冲，其中，该预定义的序列控制脉冲优选地是预定义的第二磁场(特别是梯度场)或预定义的RF信号。因为杂散场影响利用该序列控制脉冲的测量，所以利用以下步骤将该序列控制脉冲调整到杂散场。
定义预定义的序列控制脉冲的信息是关于序列控制脉冲的强度和方向的数据。由于在MRI系统中存在限定的磁体线圈和RF线圈/天线，所以数据可以包括关于信号幅度或电流以及施加该信号的天线或线圈的信息。
应当注意，在MRI系统的所有检查区域中，应当补偿杂散磁场的影响。因此，优选地，应当提供所有检查区域的预定义的序列控制脉冲的值，并且应当对所有检查区域执行该方法，同时将任何检查区域视为第一区域，并且将任何其他检查区域视为第二检查区域。
在提供关于预定义的序列控制脉冲的任何信息之前、期间或之后，确定第二检查区域中的杂散磁场，例如，其方向和其强度(磁场向量)。这是第一磁场的杂散磁场。该步骤可以通过计算或通过测量杂散磁场来实现。
例如，可以在第一检查区域中施加第一磁场，并且可以在第二检查区域中测量杂散磁场(例如，对于感应第一磁场的不同电流)。对于在第一检查区域中施加第一磁场(具有预定义的电流)的情况下，该测量值可以被存储并且用于确定第二检查区域中的杂散磁场。然而，如果MRI扫描仪的特性是公知的，则还可以计算磁场(例如，在模拟中)。最后，对于一组相同的MRI扫描仪，一组存储的值可以用于进行确定。
使用确定的杂散磁场和提供的(预定义的)序列控制脉冲，可以针对第二检查区域计算补偿序列控制脉冲。该补偿序列控制脉冲可以被直接确定，或者可以计算校正项并相加至预定义的序列控制脉冲中/从预定义的序列控制脉冲中减去。由于预定义的序列控制脉冲和杂散场的方向可能是重要的，因此优选地根据表示预定义的序列控制脉冲的向量和校正向量(基于杂散场)计算所得到的补偿向量。
此后，将补偿序列控制脉冲施加到第二检查区域。该应用是公知的，并且施加补偿序列控制脉冲，而非预定义的序列控制脉冲。
本发明的解决方案允许至少在一阶中对杂散梯度场的有源补偿。通过这种补偿，可以同时且独立地获取不同检查区域中的图像，其中，在每个检查区域中可以操作专用的三轴梯度系统。如果目标视场不是太大并且梯度线圈的有源屏蔽是合理有效的，那么对高达一阶的杂散场的补偿是足够好的。然而，该方法可以被扩展以校正较高阶的杂散场。这将优选地需要一组动态较高阶的匀场线圈和相关联的线圈电流放大器，并且相应地需要较大的灵敏度矩阵来进行反相。下面进一步说明较高阶补偿。
尽管本发明对于星形磁体布置是非常有利的，但是对于具有例如使用中心检查区域的基本磁场的检查区域的线性布置或“卫星检查区域”的布置的而言，其他MRT系统也是有利的。
根据本发明的用于补偿具有两个或更多个检查区域的磁共振成像系统中的杂散磁场的系统特别地被设计成执行根据本发明的方法。该系统包括以下部件：
-数据接口，用于接收除基本磁场之外要施加在第一检查区域中的预定义的第一磁场的值，并且接收定义要施加在第二检查区域中的预定义的序列控制脉冲的信息。这样的数据接口是公知的，并且优选地被设计成读取数据存储器或经由数据网络进行通信。
-确定单元，其被设计成对于在第一检查区域中施加第一磁场的情况，确定第二检查区域中的杂散磁场。该确定单元可以被设计成根据关于相应的MRI扫描仪的信息来计算杂散磁场。然而，它还可以包括传感器单元，以测量相应检查区域中的杂散磁场。该确定单元还可以被指定为“杂散场确定单元”。
-计算单元，其被设计成根据预定义的序列控制脉冲和所确定的杂散磁场来计算用于第二检查区域的补偿序列控制脉冲。计算单元还可以被指定为“补偿单元”。
-施加单元，其被设计成将补偿序列控制脉冲施加到第二检查区域。该施加单元可以是将补偿序列控制脉冲的数据发送至MRI扫描仪的控制单元的数据接口。然而，它还可以包括能够直接驱动MRI系统的线圈或天线(即，向这些线圈施加电流)的单元。
根据本发明的用于控制磁共振成像系统的控制设备包括根据本发明的系统。替选地或附加地，其被设计成执行根据本发明的方法。控制设备可以包括用于控制磁共振成像系统的部件的附加单元或设备，例如，用于测量序列控制的序列控制单元、存储器、生成、放大和发射RF脉冲的射频发射设备、梯度系统接口、用于获得磁共振信号的射频接收设备和/或用于重建磁共振图像数据的重建单元。
磁共振成像系统包括两个或更多个检查区域和根据本发明的控制设备。这样的磁共振成像系统的优选的MRI扫描仪包括基本场磁体的倾斜布置，例如，星形布置。特别优选具有环形MRI扫描仪架构的MRI扫描仪。
上面提到的系统或控制设备的一些单元或模块可以被完全或部分地实现为在系统或控制设备的处理器上运行的软件模块。主要以软件模块形式的实现可以具有这样的优点，即，已经安装在现有系统上的应用可以以相对小的努力被更新，以安装和运行本申请的这些单元。本发明的目的还通过计算机程序产品来实现，该计算机程序产品具有可直接加载到系统的设备或磁共振成像系统的控制设备的存储器中的计算机程序，并且该计算机程序产品包括程序单元，以在由控制设备或系统执行该程序时，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。应当注意，序列控制脉冲的应用首先是动作“将关于脉冲的幅度的相应数据发送到放大器单元”。这可由具有数据接口的计算单元来执行。
诸如记忆棒、硬盘或其他可移动或永久安装的载体的计算机可读介质可以用于传送和/或存储计算机程序产品的可执行部分，使得这些部分可以从控制设备或系统的处理器单元读取。处理器单元可以包括一个或更多个微处理器或其等同物。
本发明的特别有利的实施方式和特征由从属权利要求给出，如在以下描述中所揭示的。不同权利要求类别的特征可以被适当地组合以给出本文中未描述的其他实施方式。
在序列控制脉冲是第二磁场时，优选的方法是适用的。该方法包括以下步骤：
-除了用于预定义的第一磁场的值之外，还提供用于要在第二检查区域(特别是与第一检查区域相邻的区域)中施加的预定义的第二磁场的值(即，序列控制脉冲)。优选地，第一磁场和第二磁场都是梯度场。然而，为了补偿RF读出的偏移，第二磁场也可以是受第一磁场影响的B0场(例如，梯度场)。
然后，如上所述确定第二检查区域中的第一磁场的杂散磁场。
-在确定第二检查区域中的杂散磁场之后，根据预定义的第二磁场和所确定的杂散磁场来计算用于第二检查区域的补偿磁场。这尤其是通过将杂散磁场的矢量加到第一磁场的矢量或从第一磁场的矢量减去杂散磁场的矢量来实现。然而，还可以计算校正场并且将其加到第二磁场/从第二磁场中减去(取决于方向)。从技术上讲，优选的是，计算必须施加的补偿电流，而不是预定义的线圈中(预定义的第二磁场的)的预定义的电流。
-将补偿磁场施加到第二检查区域。优选地，这对所有梯度Gx、Gy和Gz进行，优选地在每个检查区域执行。从技术上讲，优选地通过将以上提到的补偿电流施加到预定义的线圈来实现。应当注意，由于电流产生磁场并且直接限定场，因此可以读取“电流”，而非“磁场”。
在序列控制脉冲是RF信号时，优选的方法是适用的。该方法可以替选地或附加地应用于之前描述的用于磁场的方法。应当注意，泄漏到检查区域中的杂散场使有效基本磁场B0移位了一小部分ΔB0，并且因此也使Lamour频率移位了偏移Δf0。
优选的方法包括以下步骤：
-除了预定义的第一磁场的值之外，还提供要在第二检查区域(尤其是与第一检查区域相邻的区域)中施加的预定义的RF信号(即，这里的序列控制脉冲)的频率(f0)的值。
-在确定第二检查区域中的杂散磁场之后，根据预定义的RF信号和所确定的杂散磁场来计算用于第二检查区域的补偿RF信号。这尤其通过计算补偿频率Δf0(即，由于杂散磁场的影响而引起在第二检查区域中Lamour频率的移位)并且根据预定义的频率f0和补偿频率Δf0计算补偿频率来实现。
-将补偿RF信号施加到第二检查区域。这尤其通过以下操作来执行：将来自所有其他梯度线圈的泄漏结合到Larmor频率的第一校正中达偏移Δf0，其与静态磁场ΔB0中的平均偏移对应。优选地，通过对每个检查区域数字地调整时钟合成器的频率偏移来实现该频率校正。
根据优选的方法，针对具有多个M检查区域且每个检查区域中的L个轴的梯度系统的磁共振系统，计算具有系数km,n的场移位矩阵。通常，对于X-、Y-和Z-轴，L等于3。可以测量或提供(计算或从数据存储器读取)该场移位矩阵。对于指数，m从1到M，且表示检查区域，n从1到L×M，且表示不同检查区域的梯度轴。例如，n＝1意味着第一检查区域中的X梯度轴，n＝2意味着第一检查区域中的Y梯度轴，n＝3意味着第一检查区域中的Z梯度轴，n＝4意味着第二检查区域中的X梯度轴等。
基于公式km,n＝g(ΔB0m)n，根据每个检查区域m的等中心点内的时间相关场变化ΔB0m的函数来进行km,n的计算，其中，g()优选地是线性依赖于ΔB0m的函数。优选地，通过使用来自梯度线圈设计的数据预先计算场移位系数km,n，或者通过校准测试获得场移位系数km,n。
然后基于场移位矩阵(即根据系数km,n)来计算用于检查区域m的补偿序列控制脉冲。优选地，根据以下公式，基于场移位矩阵来计算用于补偿检查区域m的RF信号的补偿频率Δf0m
Figure BDA0002798896720000071
其中，γ是旋磁常数，并且g(km,n)是km,n的函数，从而产生磁通密度。
优选地，根据梯度系统的梯度线圈Cn中的电流In，用km,n＝ΔB0m/In计算场移位矩阵的系数km,n(即g(km,n)＝ΔB0m/In)。因此，基于以下公式，根据检查区域的磁线圈中的电流In和场移位矩阵来计算用于补偿检查区域m的RF信号的补偿频率Δf0m
Figure BDA0002798896720000081
例如，对于B0校正，可以通过将梯度线圈的所有杂散场贡献(通过所有其他有源梯度线圈中的电流In已知或测量)相加来计算检查区域m的等中心点内的时间相关的场变化。通常，检查区域彼此之间将存在三个场偏移系数，从而对于具有六个检查区域的扫描仪需要超过18个项的总和。应当注意，km,n项中的一些项可以是零(即，自项km,n)，但是一些交叉项也可以通过对称接近于零。例如，任何Gy梯度线圈将几乎不产生到任何其他检查区域的B0移位。
根据优选的方法，序列控制脉冲是梯度信号，并且创建包括每个梯度场对每个检查区域的贡献的灵敏度矩阵S。基于该灵敏度矩阵S来计算检查区域中的梯度轴的补偿梯度场。
在其中存在P个梯度线圈的优选的情况下，矩阵S包括P×P系数sp,n，其中，p和n两者都从1到P，尤其是其中，对于多个M检查区域和每个检查区域中的L个轴(优选3个)的梯度系统，P＝L×M。应当注意，每个梯度系统应当具有其自己的局部坐标系，该局部坐标系被调节到相应的检查区域。
优选地，灵敏度矩阵S的系数sp,n与在各个检查区域中相对于梯度系统的(局部)轴生效的梯度场对应，并且被计算、测量或提供。
还优选的是，在电流In流过一个梯度线圈Cn(即，用于电流In的预定义的梯度线圈)的情况下，灵敏度矩阵S的行或列包括在各个检查区域中的梯度系统的轴中施加的磁梯度场的值，优选地其中，系数sp,n与梯度场值Gp除以通过梯度线圈Cn的电流In对应。这里应当注意，每个电流仅流过一个明确限定的线圈(每个电流流过另一线圈)。用于检查区域1中的Z梯度的电流应当流过用于该检查区域1中的Z梯度的线圈等。然而，流过线圈的电流在各自检查区域(即sn，n)中感应出磁场，并且在其他检查区域(即sp,n，其中，p≠n)中感应出杂散场，其中，相邻检查区域中的杂散场最强。因此，在矩阵S的任何列和行中，应该存在一个最大系数，其中，相邻系数表示杂散场。其他系数通常为零或接近零。
优选地，对于梯度系统的梯度线圈Cn的预定义的梯度值Gn，根据灵敏度矩阵S计算要施加到梯度线圈Cn的电流In。这优选地通过使用包括用于各个检查区域中的梯度系统的轴的预定义的梯度值Gp的预定义的梯度向量G来完成。然后，基于公式I＝S-1·G，根据逆灵敏度矩阵S-1来计算要施加到梯度线圈Cn的包括(补偿)电流In的向量I。因此，通过灵敏度矩阵S来校正填充有用于梯度的预定义的值的向量G，并且所得到的向量I包括必须被施加以获得正确的梯度场而不管杂散场的电流。这里应当理解，梯度和电流波形优选地都是时间的函数。
例如，存在梯度灵敏度矩阵S{sp,n＝Gp/In，其中，p,n＝1...3×M}(对于每个都具有三个梯度轴的M个检查区域)，其描述由(初始的)梯度电流In引起的，在局部坐标系的所有三个方向上的等中心点周围的杂散场的空间导数。在该示例中，S是用于6个检查区域的18×18矩阵，其实际上包含远离对角线的一些零项或接近零项。现在应当对第m个梯度电流施加校正，以消除来自所有其他梯度电流的不必要的贡献，这将再次改变所有其他检查区域中的杂散场。通常需要迭代地计算校正。直接又非迭代的解决方案是在校准之后对梯度灵敏度矩阵求逆(参见上文)。然后，为了实现6×3梯度的目标梯度波形，通过以上公式I＝S-1·G简单地计算出18个梯度电流所需的波形向量，其中，G是检查区域内要实现的18个目标梯度的矩阵。
根据优选的方法，通过基于第一检查区域中的补偿序列控制脉冲的杂散磁场计算在第一检查区域中的补偿第一磁场来迭代地计算补偿序列控制脉冲。如果对第m个梯度电流施加校正以消除来自所有其他梯度电流的不必要的贡献，则这将再次改变所有其他检查区域中的杂散场。因此，优选地增加迭代计算的校正。
优选的系统被设计成以梯度场和/或RF信号形式计算和施加补偿序列控制脉冲。
附图说明
根据以下结合附图考虑的具体实施方式中，本发明的其他目的和特征将变得明显。然而，应当理解，附图仅是为了说明目的而设计的，而不是作为对本发明的限制的定义。
图1示出了包括根据本发明优选的实施方式的系统的简化MRI系统。
图2示出了具有星形基本场磁体布置的磁共振断层成像系统的示例性实施方式。
图3示出了具有两个检查区域的磁共振扫描仪的另一示例性实施方式。
图4示出了杂散场分布的示例。
图5示出了根据本发明的优选的方法的处理流程的框图。
在图中，相同的附图标记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示出了磁共振成像系统1(“MRI系统”)的示意图。MRI系统1包括具有检查空间3或患者隧道的实际磁共振扫描仪(数据获取单元)2，患者或测试人员位于检查空间3或患者隧道中的驱动床8上，实际检查对象O位于驱动床体中。
磁共振扫描仪2通常配备有基本场磁体系统4、梯度系统6以及RF发射天线系统5和RF接收天线系统7。在所示的示例性实施方式中，RF发射天线系统5是永久地安装在磁共振扫描仪2中的全身线圈，与之相反，RF接收天线系统7形成为要被布置在患者或测试对象上的局部线圈(这里仅由单个局部线圈来表示)。然而，原则上全身线圈也可以用作RF接收天线系统，并且局部线圈可以分别被切换到不同的操作模式。
基本场磁体系统以典型方式设计，使得其在患者的纵向方向上(即，沿着磁共振扫描仪2的纵轴在z方向上行进)产生基本磁场。梯度系统6通常包括单独可控的梯度线圈，以便能够彼此独立地在x方向、y方向或z方向上切换(激活)梯度。
这里所示的MRI系统1是具有患者隧道的全身系统，患者可以被完全引入该患者隧道中。然而，原则上本发明也可以用于其他MRI系统，例如具有侧向开口的C形壳体，以及其中仅可以放置一个身体部分的较小磁共振扫描仪。
此外，MRI系统1具有用于控制MRI系统1的中央控制设备13。该中央控制设备13包括用于测量序列控制的序列控制单元14。利用该序列控制单元14，可以根据所选择的脉冲序列来控制射频脉冲(RF脉冲)和梯度脉冲的序列。
为了输出脉冲序列的各个RF脉冲，中央控制设备13具有射频发射设备15，该射频发射设备15生成并放大RF脉冲，并且经由合适的接口(未详细示出)将它们馈送到RF发射天线系统5中。为了控制梯度系统6的梯度线圈，控制设备13具有梯度系统接口16。序列控制单元14以合适的方式与射频发射设备15和梯度系统接口16通信以发射脉冲序列。
此外，为了获得用于各个测量的磁共振信号(即原始数据)，控制设备13具有(同样以合适的方式与序列控制单元14通信的)射频接收设备17，在脉冲序列的范围内，以协调的方式从RF接收天线系统7接收该磁共振信号。
重建单元18接收所获得的原始数据并且从中重建磁共振图像数据以用于测量。通常基于可以在相应的测量或控制协议中被指定的参数来执行该重建。例如，然后可以将图像数据存储在存储器19中。
中央控制设备13的操作可以经由具有输入单元和显示单元9的终端10来进行，因此，整个MRI系统1也可以由操作者经由该终端10来操作。也可以在显示单元9上显示MR图像，并且可以借助于输入单元(可能与显示单元9组合)来规划并开始测量，并且具体地，可以使用如上所述的合适的脉冲序列PS的系列来选择(并且可能修改)合适的控制协议。
根据本发明的MRI系统1，并且尤其是控制设备13，可以具有未详细示出但通常存在于这样的系统中的多个附加部件，例如网络接口，以便将整个系统与网络连接，并且能够分别交换原始数据和/或图像数据或参数映射，但也能够交换其他数据(例如患者相关的数据或控制协议等)。
通过RF脉冲的发射和梯度场的生成来获得合适的原始数据以及根据原始数据重建MR图像的方式是本领域技术人员已知的，因此无需在本文中详细说明。
图2示出了具有星形基本场磁体布置40的磁共振断层成像系统1的示例性实施方式。
这里示出了磁共振扫描仪2，其功能可由控制设备13控制。控制设备13原则上可以以类似的方式构造，并且具有与根据图1的常规MR系统中的控制设备13相同的部件。同样，它也可以具有合适的终端等(这里未示出)。
在该示例中，控制单元13包括用于补偿根据本发明的具有两个或更多个检查区域的磁共振成像系统中的杂散磁场的系统12。关于脉冲和场，在图4中示出并在下面说明。系统12包括：
数据接口20，用于接收除基本磁场B0之外的要在第一检查区域M1、M2、M3、M4、M5、M6(每个检查区域可以用作第一检查区域)中施加的预定义的第一磁场的值，并且接收定义要在第二检查区域M1、M2、M3、M4、M5、M6(除了第一检查区域之外的任何其他检查区域可以用作第二检查区域)中施加的预定义的序列控制脉冲的信息。
确定单元21，其被设计成对于在第一检查区域M1、M2、M3、M4、M5、M6中施加第一磁场的情况，确定第二检查区域M1、M2、M3、M4、M5、M6中的杂散磁场SF。
计算单元22，其被设计成根据预定义的序列控制脉冲和所确定的杂散磁场SF来计算用于第二检查区域M1、M2、M3、M4、M5、M6的补偿序列控制脉冲。
施加单元23，其被设计成将补偿序列控制脉冲施加到第二检查区域M1、M2、M3、M4、M5、M6。
该图中的磁共振扫描仪2的基本场磁体布置40包括六个(这里是相同的)基本场磁体段44，在该实施方式中，其以60°的旋转对称性绕中心轴A以星形布置。由箭头指示的基本磁场B0具有基本场主方向R0，其以圆形磁场或环形磁场的形式延伸。
在两个检查区域中，示出了由梯度系统6产生的局部梯度场的局部坐标系(在图3中，在前方的检查区域M4和右前方的检查区域M3中仅示出了两个梯度系统6。当然，所有检查区域M1、M2、M3、M4、M5、M6可以包括梯度系统)。该示例中的y轴总是指向上方，z轴跟随基本磁场B0的方向(至少在等中心点)，并且x轴垂直于基本磁场B0指向外部(至少从等中心点)。这种局部坐标系的方案可以应用于所有检查区域M1、M2、M3、M4、M5、M6，使得局部坐标系的x轴和z轴总是不同的。
图3示出了具有两个检查区域M1、M2的磁共振扫描仪2的另一示例性实施方式。这里，仅基本场磁体布置40的下半部分被设计成星形，作为基本场磁体段44的组41，并且另一基本场磁体段44向上突出，并且二者用于引导基本磁场B0以及两个检查区域M1、M2之间的壁W的部分，在所述检查区域上存在作为待检查对象O的两个患者。在图中可以看出，两个患者之间的壁W的较下方部分由磁共振扫描仪2的壳体壁30形成，基本场磁段44被集成到该壳体壁30中位于检查区域M1、M2之间。壁W不仅可以用作隐私屏，还可以用作声屏蔽或RF屏蔽。
该磁共振扫描仪2的基本磁场B0朝向外部变得更弱，其可以用于位置编码，并且在纵向方向(与图像平面P正交)上是均匀的。在两个检查区域M1、M2中形状基本相同，其中，唯一的区别是路线(在穿过病人O所躺的表面的一个方向上)是相反的。同样，磁共振扫描仪2的尺寸可以被选择为完全不同。
这里，基本主磁场方向R0也是圆形的。该实施方式的特殊特征在于患者O不在狭窄的空间中，而是可以自由地看向天花板。如上所述，通常由曲率引起的基本磁场B0中的不均匀性可以用于一个空间方向上的空间编码分辨率，使得对于总空间分辨率，总空间编码仅在另一空间方向上施加梯度。
由于其开放设计和环形磁场，这种布置允许轻松且几乎不受限制地接近患者。由于特殊的构造，磁力如图2所示的那样被很大程度地补偿，或者被转移到可以在结构上得到很好增强的区域。
在两个检查区域M1、M2中示出了梯度系统6的示例。梯度系统6的V形再次遵循两个基本场磁体44之间的角度，即这里为90°。
图4示出了杂散场SF的分布和磁场的示例。由激活的Gz梯度场GZ1产生的杂散梯度场泄漏到区域中。局部坐标系的Z轴从左到右延伸(参见例如图2)。例如，在磁体的星形布置中，所有坐标系的Z轴以圆形或多边形的形状延伸。这里该Z轴以直线示出，其中，检查区域M1、M2位于彼此相邻的线上。垂直虚线应当表示检查区域M1、M2(并且也是基本场磁体)的边界。显示为垂直框的是用于在检查区域M1、M2中施加Z梯度的线圈C1、C2。在第一检查区域M1中，施加Z梯度场GZ1(即，第一磁场)。场的强度在图像平面中显示为距Z轴的距离(此处未示出坐标系的x轴和y轴)。
从这里可以看出，第一磁场(这里是实线)在第一检查区域M1的边界之外没有消失，而是形成了杂散场SF。即使区域1中的初级梯度线圈被主动屏蔽(例如，如果盒子也将充当磁体屏蔽)，则杂散磁场的数量级较小，但是杂散磁场SF将保留(在第二个检查区域M2中扩展的虚线)。由于场干扰，在第二检查区域M2中作为第二磁场施加的梯度场GZ2(点划线)将受到杂散场SF的影响。
为了补偿杂散磁场SF的影响，本发明确定杂散磁场SF的影响并修正所施加的磁场(即，补偿序列控制脉冲)，使得尽管存在杂散场SF，所得到的场还是第二磁场。为实现该目标，如图所示，优选地计算杂散磁场SF与预定义的第二磁场之间的差梯度场ΔGZ2。
关于未屏蔽的第一磁场GZ1的实线，杂散场SF大于预定义的第二磁场GZ2。因此，必须施加抵消场。这里，补偿序列控制脉冲是相对于预定梯度场GZ2施加的差梯度场ΔGZ2。关于屏蔽的第一磁场GZ1的虚线，杂散场SF小于预定的第二磁场GZ2。因此，必须施加比预定义的第二磁场GZ2弱的补偿场。这里，补偿序列控制脉冲是预定义的梯度场GZ2减去差梯度场ΔGZ2。
图5示出了根据本发明的用于补偿具有两个或更多个检查区域M1、M2、M3、M4、M5、M6的磁共振成像系统1(例如图2)中的杂散磁场SF的优选方法的处理流程的框图。对于场的可视化，参见例如图4。
在步骤I中，除了基本磁场B0之外，还为要施加在第一检查区域M1中的预定义的第一磁场GZ1提供值。
在步骤II中，提供了定义要在第二检查区域M2中施加的预定义的序列控制脉冲GZ2的信息。在图4中，该预定义的序列控制脉冲GZ2是梯度场GZ2，然而，它也可以是RF信号。
在步骤III中，对于在第一检查区域M1中施加第一磁场GZ1的情况，确定了在第二检查区域M2中的杂散磁场SF。
在步骤IV中，根据预定义的序列控制脉冲GZ2和所确定的杂散磁场SF来计算用于第二检查区域M2的补偿序列控制脉冲CG。
在步骤V中，补偿序列控制脉冲CG被施加到第二检查区域M2。
尽管已经以优选的实施方式及其变型的形式公开了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以对其做出许多附加的变型和更改。为了清楚起见，应当理解，在整个申请中使用“一个”或“一种”不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或元件。所提及的“单元”或“设备”并不排除多于一个单元或设备的使用。

Claims (13)

1.一种用于补偿具有两个或更多个检查区域的磁共振成像系统中的杂散磁场的方法，所述方法包括：
-除了基本磁场之外，还提供要在第一检查区域中施加的预定义的第一磁场的值，
-提供定义要在第二检查区域中施加的预定义的序列控制脉冲的信息，
-确定由于在所述第一检查区域中施加所述第一磁场而在所述第二检查区域中产生的杂散磁场，
-根据所述预定义的序列控制脉冲和所确定的杂散磁场计算用于所述第二检查区域的补偿序列控制脉冲，以及
-将所述补偿序列控制脉冲施加到所述第二检查区域，
其中，所述序列控制脉冲是第二磁场，所述方法包括：
-除了所述预定义的第一磁场的值之外，还提供要在第二检查区域中施加的预定义的第二磁场的值，
-在确定所述第二检查区域中的杂散磁场之后，根据所述预定义的第二磁场和所确定的杂散磁场计算用于所述第二检查区域的补偿磁场，以及
-将所述补偿磁场施加到所述第二检查区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述序列控制脉冲是RF信号，所述方法包括：
-除了所述预定义的第一磁场的值外，还提供要在第二检查区域中施加的预定义的RF信号的频率的值，
-在确定所述第二检查区域中的杂散磁场之后，根据所述预定义的RF信号和所确定的杂散磁场计算用于所述第二检查区域的补偿RF信号，以及
-将所述补偿RF信号施加到所述第二检查区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，
对于具有多个M检查区域和每个检查区域中L个轴的梯度系统的磁共振系统，基于公式km,n＝g(ΔB0m)n，根据所述M检查区域中的每个检查区域的等中心点内的时间相关的场变化ΔB0m的函数来计算、测量或提供具有系数km,n的场移位矩阵，其中，m＝(1...M)，n＝(1...L×M)，并且基于所述场移位矩阵计算用于所述M检查区域中的检查区域m的补偿序列控制脉冲，
根据
Figure FDA0003849441870000021
基于所述场移位矩阵来计算用于补偿检查区域m的RF信号的补偿频率Δf0m，
其中，γ是旋磁常数，并且g(km,n)是km,n的函数，从而产生磁通密度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，
根据km,n＝ΔB0m/In基于梯度系统的梯度线圈Cn中的电流In来计算所述场移位矩阵的系数km,n，
根据
Figure FDA0003849441870000022
基于所述场移位矩阵来计算用于补偿检查区域m的RF信号的补偿频率Δf0m。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述序列控制脉冲是梯度信号，并且其中，创建灵敏度矩阵S，所述灵敏度矩阵S包括每个梯度场对每个检查区域的贡献，
基于所述灵敏度矩阵S来计算检查区域中梯度轴的补偿梯度场，以及
对于P个梯度线圈(C1，C2)，所述灵敏度矩阵S包括P×P系数sp,n，其中，p和n两者都是从1到P，其中，对于多个M检查区域和每个M检查区域中的L个轴的梯度系统，P＝L×M。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，
所述灵敏度矩阵S的系数sp,n与在所述M检查区域中的各个检查区域中相对于所述梯度系统的轴生效的梯度场对应，并且被计算、测量或提供，
其中，在电流In流过一个梯度线圈Cn的情况下，所述灵敏度矩阵S的行或列包括在所述各个检查区域中在所述梯度系统的轴中施加的磁梯度场的值，
所述系数sp,n对应于梯度场值Gp除以通过梯度线圈Cn的电流In。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，
对于所述梯度系统的梯度线圈Cn的预定义的梯度值Gn，根据所述灵敏度矩阵S计算要施加到所述梯度线圈Cn的电流In，以及
对于包括在所述M检查区域中的所述各个检查区域中的梯度系统的轴的预定义的梯度值Gp的预定义的梯度向量G，基于公式I＝S-1·G，根据逆灵敏度矩阵S-1来计算包括要施加到所述梯度线圈Cn的电流In的向量I。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过基于在所述第二检查区域中的补偿序列控制脉冲的在所述第一检查区域中的杂散磁场来计算所述第一检查区域中的补偿第一磁场，迭代地计算所述补偿序列控制脉冲。
9.一种其上存储有可执行程序的非暂态计算机可读存储介质，所述可执行程序当被执行时，指示处理器执行权利要求1所述的方法。
10.一种用于补偿具有两个或更多个检查区域的磁共振成像系统中的杂散磁场的系统，所述系统包括：
-数据接口，其被配置成接收除了基本磁场之外还要在第一检查区域中施加的预定义的第一磁场的值，以及要在第二检查区域中施加的定义预定义的序列控制脉冲的信息，
-确定器，其被配置成确定由于在所述第一检查区域中施加所述第一磁场而在所述第二检查区域中产生的杂散磁场，
-计算器，其被配置成基于所述预定义的序列控制脉冲和所确定的杂散磁场来计算用于所述第二检查区域的补偿序列控制脉冲，以及
-施加器，其被配置成将所述补偿序列控制脉冲施加到所述第二检查区域，
其中，所述序列控制脉冲是第二磁场，
并且其中，
-除了所述预定义的第一磁场的值之外，所述系统还提供要在第二检查区域中施加的预定义的第二磁场的值，
-在所述确定器确定所述第二检查区域中的杂散磁场之后，所述计算器根据所述预定义的第二磁场和所确定的杂散磁场计算用于所述第二检查区域的补偿磁场，以及
-所述施加器将所述补偿磁场施加到所述第二检查区域。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述补偿序列控制脉冲是梯度场和/或RF信号。
12.一种用于控制磁共振成像系统的控制器，所述控制器包括根据权利要求11所述的系统。
13.一种磁共振成像系统，包括：
第一检查区域和第二检查区域；以及
控制器，包括：
-数据接口，其被配置成接收除了基本磁场之外还要在第一检查区域中施加的预定义的第一磁场的值，以及要在第二检查区域中施加的定义预定义的序列控制脉冲的信息，
-确定器，其被配置成确定由于在所述第一检查区域中施加所述第一磁场而在所述第二检查区域中产生的杂散磁场，
-计算器，其被配置成基于所述预定义的序列控制脉冲和所确定的杂散磁场来计算用于所述第二检查区域的补偿序列控制脉冲，以及
-施加器，其被配置成将所述补偿序列控制脉冲施加到所述第二检查区域，
其中，所述序列控制脉冲是第二磁场，
并且其中，
-除了所述预定义的第一磁场的值之外，所述系统还提供要在第二检查区域中施加的预定义的第二磁场的值，
-在所述确定器确定所述第二检查区域中的杂散磁场之后，所述计算器根据所述预定义的第二磁场和所确定的杂散磁场计算用于所述第二检查区域的补偿磁场，以及
-所述施加器将所述补偿磁场施加到所述第二检查区域。
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