CN1367378A - 带有磁场扰动补偿的磁共振成像装置 - Google Patents
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Abstract
一种磁共振成像装置(10)具有补偿电路(12),用于补偿其中的磁扰动。补偿电路(12)包括传感器(32)用于感知磁场变化和产生磁场变化信号。传感器(32)与一控制电路耦合,该控制电路中有一传递函数。控制电路(12)用于产生补偿信号以响应磁场变化信号。补偿信号(12)可以与位于该装置的第一磁体部分和第二磁体部分附近的补偿线圈耦合。再有,补偿信号(12)可以产生时间依赖的偏移或改变中心频率以抵消磁扰动。
Description
技术领域
一般地说，本发明涉及磁共振成像。更具体地说，涉及对磁成像装置中磁场扰动的检测和补偿。
背景
在磁共振成像(MRI)中，在存在静态磁场的情况下，成像体的质子由加到该成像对象上的射频场激发而共振。该静态磁场可以由一超导磁体产生，该超导磁体有多圈超导线浸入到致冷剂中并由电流供给能量。场强可以达到几个特斯拉(T)而基本上无功耗。
由射频场激发的成像对象质子共振的频率依赖于磁场强度和质子的某些特性。
当质子在共振状态旋进时，其强度明显小于静态磁场的一些单独的梯度磁场加到成像体上，这些梯度磁场依照每个质子在成像对象中的位置而移动质子共振的相位和频率。然后，对共振质子所产生的组合信号进行数字分析，以产生该成像体沿着穿过它的一个“切片”的图像。
每个共振质子对该切片图像的贡献取决于它的共振相位和频率。如果该静态磁场是均匀的，则这相位和频率只依赖于质子在静态磁场中的位置。如果该静态磁场不是均匀的，则由它们的共振相位和频率确定的质子视位置(apparent position)将被移动。这就把人为影响或其他畸变引入到成像体的重建图像中。消除这种人为影响需要在MRI中使用的静态磁场极其均匀。要求成像空间上的磁场均匀性小于百万分之几。
随之而来的是，该静态磁场还必须高度稳定。对某些成像技术而言，为单个MRI切片成像收集数据所需时间可能是几分钟。磁体或磁体结构的机械扰动造成磁场强度随时间的变化。这种机械扰动引起的磁场变化可能在MP成像中造成幻影般的人为产物。取决于驱动机械功能，这些扰动可能额外地造成所述磁体结构的振动，导致磁场强度的振荡。这种磁场变化可能是空间上独立的，或者可能有附加的空间依赖项，如对给定空间轴的线性依赖或更高阶(如平方)地依赖于该磁体成像空间内的给定空间轴。磁体的机械扰动可以是由环境扰动(如建筑物的振动)引起的，或者在MP成像过程中由磁场梯度的脉动在MPI系统中自己诱发的。
所以，人们会希望改善磁共振成像的质量，以减小由于磁场强度变化造成的在图像场中不希望的人为产物或畸变。
发明概要
所以，本发明的一个目的是通过检测磁体的结构运动或磁场变化来确定磁场的变化，以及主动地抵消MRI装置中的磁场变化以改善所造成的图像。
在本发明的一个方面中，产生磁共振图像的装置包括第一磁体和与第一磁体有一预定距离的第二磁体。一个传感器的位置与第一磁体和第二磁体的位置有一预定的关系。该传感器产生一个磁场变化信号，指示其磁场变化。一个控制电路与该传感器相连并产生一个补偿信号以响应该磁场变化信号。该补偿信号用于主动地抵消磁场中的变化。
在本发明的另一方面中，可以使用一个电磁补偿线圈接收补偿信号，以主动地抵消变化的磁场。在本发明的又一方面，该补偿信号可以耦合到一个收发信机电路以改变收发信机电路的中心频率，从而补偿磁场变化的影响。
在本发明的又一方面中，一种在磁共振成像装置中用于补偿磁场扰动的方法，该装置有第一磁体与第二磁体彼此相距一个预定距离，该方法包含如下步骤：
产生一个磁场变化信号，该信号指示磁场中的变化；
响应该磁场变化信号，确定补偿信号；以及
响应该补偿信号，主动抵消该磁场中的变化。
本发明的一个优点在于各种类型的传感器可以以一种冗余方式纳入该系统。
当结合附图和所附权利要求阅读最佳实施例的详细描述时，将清楚看出本发明的其他目的和特点。
附图简述
图1是根据本发明的带有补偿电路的磁共振成像装置透视图。
图2是根据本发明的带有补偿电路的磁共振成像装置的高级方框图。
图3是本发明的一个构成实施例中补偿电路输出与磁场振荡的关系图。
最佳实施例详述
在下述各图中，相同的标号用于标识各图中的相同部件。虽然提出了各种实施例和变体，本领域技术人员将会理解，有各种其他变体并不离开本发明的真正范围和精神。
现在参考图1，所示磁共振成像装置10有一个控制电路12。控制电路12控制该MRI装置的各种功能。如下文中将进一步描述的那样，机壳14容纳该磁结构，以建立一个成像空间供病人在支撑结构16上移入该成像空间。
现在参考图2，图中显示磁共振成像装置10和控制电路12的简化方框图。通常，MRI装置10有磁体顶半部20、磁体底半部22以及支持柱24用于使磁体顶半部20和磁体底半部22保持一预定距离。磁体顶半部20与磁体底半部22串连。通常，磁体顶半部20和磁体底半部22有各自的成像梯度线圈26、28及RF线圈27、29。磁体顶半部20和磁体底半部22之间有一个成像空间30。成像空间包括要成像的病人的位置以及在磁体顶半部20和磁体底半部22周围受磁场影响的区域。由于各种机械扰动，磁体顶半部20和磁体底半部22的相对位置变化可能造成幻影或其他不希望的成像效应。
已增加了控制电路12，以对机械扰动引起的磁场变化进行补偿。控制电路12包括传感器32，它可以放在支持柱24上。当然，传感器32的各种其他位置对于本领域技术人员是显然的，如磁体顶半部20上的32A处。传感器32可以包括但不限于压电传感器、加速度计、光纤应变计、微波干涉计、激光干涉计、超声换能器或压力换能器。还有，本领域技术人员将会理解，可以利用不只一个传感器32。如果利用不只一个传感器，这些传感器可放在不同的位置，而且可有不同类型。传感器32产生一个磁场变化信号，它由传感器数据方框34代表。该磁场变化信号可以直接测量磁场变化或者通过感知支持柱或其他机械结构的应变或运动推导出磁场变化。传感器数据方框34与控制器36相连。
控制器36可以是多种类型的控制器之一，包括基于微处理器的控制器(如PID控制器)，数字滤波器或自回归滑动平均(ARMA)装置，或一个模拟电路。控制器36可以是独立地用于补偿电路，或者可以纳入MR系统控制器中。根据来自传感器的传感器数据类型的不同，可能需要模拟一数字转换器和/或数字信号处理，如滤波，这对本领域技术人员而言是已知道的。控制器36有一个传递函数(transfer function)驻留其中。该传递函数最好是预先确定的，用于处理传感器数据34和把传感器数据34转换成补偿信号。根据所希望的补偿类型，补偿信号可以有许多形式。在本发明的第一实施例中，补偿信号提供给放大器38，放大器38又与补偿线圈42、44耦合，以响应该补偿信号，补偿由于相对磁体运动引起的磁场变化。控制器36与梯度线圈26及第二梯度线圈28耦合。梯度线圈26、28最好是电磁线圈。它们可被驱动以产生磁场。
在本发明第一实施例的操作中，控制器36通过预先确定的传递函数，把指示磁场变化的传感器信号转换成补偿信号，该补偿信号用于驱动补偿线圈并使磁体顶半部20和磁体底半部22的相对运动或在单个磁体半部内各部件的相对运动所造成的磁场变化减至最小。补偿线圈的磁场主动地抵消磁场扰动。
在本发明的另一实施例中，通常在磁共振成像装置10中包括一个收发信机电路46。收发信机电路可以包括一个RF放大器和发射/接收开关，这对本领域技术人员而言是已知的。收发信机46向RF线圈27、29发送控制信号。收发信机46接收图像信息并在图像重建电路48中产生图像。被发送的信号通常是具有一个中心频率的RF信号。然而，控制器36可以用于产生一个补偿信号，它改变收发信机的中心频率以补偿由于磁体顶半部20和磁体底半部22的相对机械运动或顶半部20和底半部22内各部件的运动造成的磁场变化。
在第三个不同的实施例中，控制器36可用于产生一个补偿信号，它有一依赖时间的偏移通过梯度放大器40加到梯度线圈26、28的驱动信号上。以与上述第二实施例类似的方式，基于依赖时间的偏移的补偿电路将允许成像梯度线圈26、28抵消由于磁体顶半部20和磁体底半部22的机械运动造成的磁场变化。
在本发明的第四实施例中，磁场传感器50可以放在成像空间30的外部。通过把传感器50放在成像空间的外部，可以使成像过程中由磁场梯度脉冲引入的磁场变化的直接检测减至最小。磁场传感器50产生的一个信号可用于代替传感器32或与传感器32结合。传递函数可编程到控制器36中，以提供使用磁场传感器50的补偿信号。磁场传感器50可以是本领域技术人员已知的各种类型磁场传感器之一。适用的磁场传感器50的一个例子是部分地或全部地围绕磁体顶半部20和磁体底半部22的一个感应线圈。
应该指出，为提供最有效的磁场抵消，可以把上述两种或全部方法组合在一起。
现在参考图3，显示出一个梯度脉冲之后磁场振荡的振荡幅度随时间的变化图，并与根据本发明的基于传感器的补偿信号相对照。如图所示，根据本发明的基于传感器的补偿信号几乎完全抵消了磁场振荡的影响。
在操作中，对特定的MPI装置配置，可以通过实验确定针对特定传感器和磁共振成像装置的传递函数。传递函数考虑到具体的磁体几何形状、所用的传感器以及传感器的位置。磁场中的变化被直接地或间接地感知，传递函数用于产生补偿信号以响应磁场变化信号。响应该补偿信号，磁场变化被主动地抵消或补偿。
尽管已经显示和描述了本发明的特定实施例，对本领域技术人员而言，将会产生大量的变体和不同的实施例。因此，将只由所附权利要求来限定本发明。
Claims (22)
1.一种产生磁共振图像的装置，包含：
第一磁体部分(20)；
传感器(32)，产生磁场变化信号以指示所述第一磁体部分的磁场变化；以及
控制电路(12)，与所述传感器耦合用于响应所述磁场变化信号，产生一补偿信号以补偿所述磁场变化。
2.如权利要求1的装置，进一步包含与所述控制器耦合的收发信机电路(46)。
3.如权利要求2的装置，其中所述补偿信号改变所述收发信机电路(46)的中心频率。
4.如权利要求1的装置，进一步包含第一补偿线圈(42)与所述控制器耦合并位于临近所述第一磁体位置之处，所述第一补偿线圈(42)响应补偿信号产生一磁场以补偿磁场变化。
5.如权利要求4的装置，进一步包含一放大器电路(38)耦合于所述第一补偿线圈和所述控制电路之间。
6.如权利要求4的装置，进一步包含第二磁体部分(22)与第一磁体部分相隔一预先确定的距离并与第一磁体部分耦合。
7.如权利要求6的装置，进一步包含第二补偿线圈(44)位于临近所述第二磁体部分(22)之处，所述第二补偿线圈(44)接收所述补偿信号。
8.如权利要求7的装置，进一步包含支持柱(16)耦合于所述第一磁体部分(20)和所述第二磁体部分(22)之间，所述传感器(32)耦合于所述支持柱。
9.如权利要求1的装置，其中所述磁体包含一个成像梯度线圈(26)，所述控制器耦合于所述成像梯度线圈，所述补偿信号包含一个用于所述梯度线圈的时间依赖的偏移信号。
10.如权利要求1的装置，其中所述传感器是从一组传感器中选择的，这组传感器包含压电传感器、加速度计、光纤应变计、微波干涉计、激光干涉计、超声换能器和压力换能器。
11.如权利要求1的装置，其中所述控制器(36)在其中有一传递函数，所述控制器(36)产生所述补偿信号以响应所述传递函数和所述磁场变化信号。
12.如权利要求1的装置，其中所述传感器(32)包含一个磁场传感器，所述第一磁体部分和所述第二磁体部分确定一个成像空间，所述磁场传感器位于所述成像空间的外部。
13.一种用于产生磁共振图像的装置，包含：
第一磁体部分(20)；
第二磁体部分(22)，与第一磁体部分(20)有一预先确定的间隔距离；
传感器(32)，产生一个指示磁场变化的磁场变化信号；
第一补偿线圈(42)，与所述控制器耦合，其位置临近所述第一磁体部分；以及
控制电路(12)，与所述传感器耦合，用于响应所述磁场变化信号，产生补偿信号。
14.如权利要求13的装置，进一步包含第二补偿线圈(44)，位于所述第二磁体部分(22)的临近之处，所述第二补偿线圈(44)接收所述补偿信号。
15.如权利要求13的装置，其中所述传感器(32)是从一组传感器中选择的，这组传感器包含压电传感器、加速度计、光纤应变计、微波干涉计、激光干涉计、超声换能器和压力换能器。
16.如权利要求13的装置，其中所述控制器(36)在其中有一传递函数，所述控制器产生所述补偿信号以响应所述传递函数和所述磁场变化信号。
17.如权利要求13的装置，其中所述传感器(32)包含一个磁场传感器，所述第一磁体部分和所述第二磁体部分确定一个成像空间，所述磁场传感器位于所述成像空间的外部。
18.一种在具有第一磁体部分(20)的磁共振图像装置(10)中补偿磁场扰动的方法，包含如下步骤：
产生一个磁场变化信号，以指示第一磁体部分(20)的磁场中的变化；
响应该磁场变化信号，确定该补偿信号；以及
响应该补偿信号，主动补偿磁场中的变化。
19.如权利要求18的方法，其中确定补偿信号的步骤包含产生一个传递函数和产生所述补偿信号作为所述传递函数和所述磁场变化信号的函数。
20.如权利要求18的方法，其中所述主动补偿的步骤包含在补偿线圈处产生磁场的步骤。
21.如权利要求18的方法，其中确定补偿信号的步骤包含产生一个具有被移动的中心频率的补偿信号。
22.如权利要求18的方法，其中所述确定补偿信号的步骤包含产生一补偿信号的步骤，该补偿信号具有时间依赖的偏移。
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