CN1611960A - 在磁共振设备的检查空间内产生均匀高频磁场的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在检查对象时在磁共振设备检查空间内产生均匀高频磁场的方法，该磁共振设备具有由N个共振段组成的体线圈和一用于分别控制各个相互间电磁去耦合的共振段的控制与分析装置，该方法具有步骤：对位于磁共振设备内的检查对象借助定义的激励参数分别激励每个共振段，并确定在检查空间内对各共振段特殊的磁场分布；计算对各共振段特殊的磁场分布的叠加，以确定检查空间内的总磁场分布；借助加权算法对总磁场分布的均匀性加权，并确定一个或多个共振段的一个或多个激励参数的变化，以平衡所确定的磁场非均匀性；以及在考虑所确定的参数变化的情况下激励共振段，以拍摄检查对象的检查图像。

Description

在磁共振设备的检查空间内产生均匀高频磁场的方法

技术领域

本发明涉及一种在检查对象时用于在磁共振设备的检查空间内产生均匀高频磁场的方法，该磁共振设备具有由多个共振段组成的体线圈和一个控制与分析装置，所述共振段的导体元件优选平行于基本磁场磁铁的纵轴围绕该检查空间设置，而所述控制与分析装置用于分别控制单个的、相互间电磁去耦合的共振段。

背景技术

磁共振断层造影是医疗诊断中的成像方法之一，该方法采用外部场(这里为磁场)与人体的交互作用来进行成像。这种磁共振设备的结构和功能本身是公知的，在此不必详述。

近来还制造具有大于1.5T、尤其是3T及更大的基本磁场的磁共振设备。利用这些磁共振设备可以达到更好的分辨率，但是在现有技术中图像质量的非均匀性增大，这种非均匀性是由于体线圈产生的激励磁场的非均匀性造成的。

因此，在US 6252403 B1中公开了一种螺旋形构造的发射天线，以补偿导致非均匀性的高频涡流。该发射天线因此采用围绕其对称轴的鸟笼式谐振器。该文献还进一步公开了在检查对象附近设置合适的绝缘材料，尤其是水，从而使高频激励场达到均匀。但是尽管如此，也不能在所有情况下实现对体线圈激励场中的非均匀性的足够补偿。

此外，EP 1279968 A2公开了一种磁共振设备，其中，根据开头描述的设备结构具有电磁相互去耦合的共振段，这些共振段形成体线圈。在此，各共振段可以在期望的共振频率下互相独立地振荡。每个共振段都具有一个单独的发射信道，也就是说，可以单独控制每个共振段，由此可以产生分立的单个磁场，这些单个磁场一起给出圆极化高频磁场。可以相应地设置每个发射信道的振幅和相位。

发明内容

在EP1279968A2公开的磁共振设备的基础上，本发明要解决的技术问题是提供一种方法，该方法可以就在检查空间内产生均匀的高频磁场来说优化对各共振段的控制。

为了解决该问题，本文开头所述类型的方法具有下列步骤：

-单个或成组地激励N个共振段，以便借助对位于磁共振设备内的检查对象定义的激励参数在检查空间内产生N个线性独立的磁场分布，并确定检查空间内的这些磁场分布，

-计算所获得的磁场分布的叠加，以确定检查空间内的总磁场分布，

-借助加权算法对总磁场分布的均匀性进行加权，并确定一个或多个共振段或共振段组的一个或多个激励参数的变化，以平衡所确定的磁场非均匀性，以及

-在考虑所确定的参数变化的情况下激励共振段或共振段组，以拍摄检查对象的检查图像。

在此，当然可以包括重复计算叠加、均匀性加权以及确定参数变化的步骤(所谓的迭代优化)。

本发明首先建议，利用定义的或标准化的激励参数，分别或按照预定的组并时移地按顺序激励总数为N的各共振段，这些激励参数在必要时可以对所有共振段是相同的，从而按照这种方式在检查空间中获得一组N个互相线性独立的磁场分布。也就是说，所有可能的和根据本发明待确定的磁场分布的数量N都通过共振段的数量确定。因此，这些线性独立的磁场分布在后面也被称为“共振段特殊的”的磁场分布。各个激励是在例如具有振幅1A、相位任意(例如为0°)的标准电流的MR系统的共振频率下进行的。

在确定了N个(所有可能的线性独立的)磁场分布之后，在控制与分析装置中计算所获得的(共振段特殊的或共振段组特殊的)磁场分布的叠加，以确定检查空间内的总磁场分布。也就是说，通过叠加各磁场来确定检查空间内的总磁场。如果总磁场分布已知，则针对总磁场分布的均匀性而对总磁场分布进行加权，也就是说，控制与分析装置检查在检查空间内的总磁场或总磁场分布是否在所有位置上都均匀或是否满足均匀性要求，或者是否存在局部或全局(也就是在整个检查空间内)磁场非均匀性。为此，根据本发明的方法采用了基于有关总磁场分布的现有信息分析总磁场分布的加权算法。

由此，加权算法进一步提供了在确定非均匀性时为获得如何通过更改一个或多个共振段的激励参数来补偿非均匀性所需要的信息。也就是说，加权算法是用于确定参数变化的优化算法的一部分，需要这些参数变化来根据控制更改一个或多个单个磁场，从而平衡所确定的非均匀性。然后基于变化的激励参数组激励共振段，以产生具有最大均匀性的圆极化磁场分量。

因此，本发明的方法可以通过简单而快捷的方式在检查空间内产生具有最大均匀性的激励磁场。为此只需要在分别或成组地、时移控制下完全扫描一次所有的共振段，以记录下各磁场。由此不会产生大的患者负担，而是可以通过简单和快捷的方式为随后的图像拍摄获得作为有利判据的图像拍摄所需的参数。由于加权算法用于就激励磁场的均匀性而优化激励磁场，可以基于优化的均匀激励磁场进行图像拍摄，从而可以在不造成图像质量非均匀性的同时获得最大的信息量。

在本发明的扩展中，可以为了确定每个线性独立的磁场分布而对每次激励拍摄一幅特定于激励的磁共振图像，利用该图像再现磁场变化过程。根据本发明的该实施方式，为了确定特定于共振段的磁场分布而对每次共振段激励从检查区域拍摄对应的磁共振图像。根据该图像可以再现高频磁场分布，即所谓的基于共振段激励的B1磁场分布，而再现结果接着可以用于确定总磁场分布。

或者，还可以不基于实际的段激励和尤其是用于确定各磁场的实际的MR图像拍摄来确定检查空间内的总磁场分布，而是在不对检查对象施加负荷的同时基于模拟来确定总磁场分布，从而基于总磁场分布进行均匀性优化。为达到该目的，一种用于产生本文开头所述类型的均匀高频磁场的方法具有以下步骤：

-在采用磁共振设备和检查对象的模拟模型的条件下，假定利用定义的激励参数由控制与分析装置分别或成组地激励共振段，对各共振段模拟N个线性独立的磁场分布，

-计算模拟磁场分布的叠加，以确定检查空间内的总模拟磁场分布，

-借助加权算法对总模拟磁场分布的均匀性进行加权，并确定模拟所基于的一个或多个共振段的一个或多个激励参数的变化，以平衡所确定的磁场非均匀性，

-在考虑所确定的参数变化的条件下激励共振段或共振段组，以拍摄检查对象的检查图像。

这里也可以象前述的方法中那样进行迭代优化。

在该可选方式中，可以利用对各个磁场的模拟来代替实际产生各个磁场，如上述可选实施方式中的那样。为此，在控制与分析装置中设置磁共振设备和检查对象的模拟模型。检查对象的模拟模型应当尽可能与后面待检查的实际对象一致，也就是说，就组织和骨骼结构或组织和骨骼分布来说，该模拟模型应当尽可能与实际的检查对象一致。基于数字化的人体模型，在此也可以在采用磁共振设备的模拟模型的情况下，根据定义的或标准化的激励参数对在模拟地分别激励共振段时给出的检查空间内的各磁场分布进行模拟。从中获得模拟的各磁场，这些磁场接着(对应于在其它实施方式下记录的实际分布)成为用于产生总磁场分布的叠加的基础。如果通过模拟已知总磁场分布，则这里也可以通过加权算法对总磁场分布进行分析，来确定可能的磁场非均匀性以及可能的补偿该磁场非均匀性所需的参数变化。只要这里也已知用于就最佳均匀激励磁场而控制所有共振段的参数组，则可以通过实际的磁共振拍摄对检查对象进行实际检查。

在借助加权算法估计总磁场的均匀性时，可以考虑检查对象局部特殊的吸收率的一个或多个边界值。同样，也可以考虑检查对象内全局特殊的吸收率的边界值。这基于以下考虑，即在基本磁场较强时(例如3T)必须在激励磁场中以非常高的频率工作，例如在基本磁场为3T时以128MHz的频率工作。由于很高的频率以及与此相联系的极少渗透深度，一方面产生较强的非均匀性，该非均匀性使得检查空间上的自旋翻转(Spinflip)不足。另一方面还由于较高的能量输入而使身体较强发热。该增大的能量输入在涉及检查区域的局部以及在涉及检查对象本身的全局范围内不能任意高，而是应当在MR检查时考虑边界值，从而不会对患者造成太大负担。在此，局部特殊吸收率(SAR)涉及每个重量单位的局部能量输入，并作为每千克重量的损耗功率给出，而全局吸收率表示涉及检查对象总重量的总损耗功率。例如，全局吸收率小于边界值，而局部吸收率在检查区域的一个特定点上超过边界值，并可能导致患者的局部烧伤。

为了产生相反的作用，优选在这里记载的本发明中，加权算法考虑一个或多个预先给定的、关于局部和/或全局吸收率的边界值，以保证既不超过局部吸收率也不超过全局吸收率。也就是说，不仅在整个检查空间上就激励磁场的均匀性来优化激励磁场，还同时这样优化激励参数，使得可以避免在整个检查对象内、也就是也在检查空间上超过吸收率的局部和/或全局边界值。只给出这样一个激励参数组，该参数组既关于磁场均匀性又关于吸收或能量产生边界值的保持而得到优化。

根据本发明适当的是，如果借助线性独立的磁场分布的振幅和相位来估计总磁场分布的均匀性，则通过哪种方式来获得该线性独立的磁场分布都是一样的。根据软件实现的加权算法采用仅在分别激励共振段或共振段组时出现的测量或模拟磁场的振幅和相位的数值。接着基于这些值确定，必须利用哪些振幅和相位来控制各共振段或共振段组，才能补偿检查空间内的确定的非均匀性，并达到圆极化磁场分量的最大均匀性。

在进行该估计和确定时，可以按照不同的方式，分别带着补偿非均匀性的目的来考虑振幅和相位。这例如可以这样进行，将通过磁场强度的平方来标准化的积分用于表示磁场强度与其平均值的方差。也就是说，可以估计最终各特定于共振段的振幅和相位与它们的平均值之间的偏差到底有多大。所述积分扩展到整个例如交互定义的、一般为三维的检查空间上。可以例如在采用共轭的梯度方法的情况下获得数值解本身。但是，加权算法只是如何能估计磁场均匀性和确定待改变的激励参数的很多例子中的一种。

在给出按照振幅和相位形式的优化算法的数值结果之后，利用这些振幅和相位可以控制各共振段或共振段组，可以实现对各共振段或共振段组的控制端口的控制。可以例如通过功率分流器和相位滑块来控制这些输入端或控制端口，或者还可以对每个控制端口分别采用一个调节放大器。

除了根据本发明的可选方法之外，本发明还涉及一种具有控制与分析装置的磁共振设备，其构造来用于实施上述类型的方法。

附图说明

下面通过描述实施例并借助附图给出本发明的其它优点、特征和细节。其中示出了：

图1是磁共振设备的原理图，

图2是穿过体线圈的一个截面的原理图，

图3是用于确定最佳激励参数的流程图。

具体实施方式

图1示出具有检查区域1的、根据本发明的磁共振设备。借助患者卧榻2可以将检查对象3(此处为人体)移入检查区域1内。借助基本磁场磁铁4对检查区域1(即检查空间)施加基本磁场。该基本磁场在时间上是恒定的(静止的)，在空间上是尽可能均匀的。该基本磁场具有的磁通密度优选为3T或更大。

基本磁场磁铁4优选构造为超导的。由此不需要通过控制设备运行的控制与分析装置5来进行其它控制。

该磁共振设备还具有用于对检查区域1施加梯度磁场的梯度系统6。该梯度系统6可以由控制与分析装置5控制，从而在该梯度系统中流过梯度电流。

此外，磁共振设备还具有体线圈7，该体线圈7一般具有双重功能。其用作产生磁场的发射天线，还用作接收信号的接收天线。体线圈7可以由控制与分析装置5控制，从而根据如控制与分析装置5中的激励参数而在体线圈中流过相应的激励电流。

借助体线圈7对检查区域1(即检查空间)施加高频激励磁场。如果检查对象3已被移入检查区域1内，则可以激励该检查对象3以进行磁共振。然后在所示的设备示例中，这样产生的磁共振信号由此时作为接收天线工作的体线圈7接收。所接收的磁共振信号输入到控制与分析装置5中，并由该控制与分析装置5进行分析以产生磁共振图像，并将该图像输出到没有详细示出的显示器上。

磁共振图像的质量除其它之外还取决于通过体线圈7产生的激励磁场的均匀性。为了就均匀性而言产生最佳的激励磁场，可以分别对体线圈7的各共振段或共振段组8进行控制，也就是说可以分别控制每个共振段或每个共振段组以产生磁场。

如图2所示，体线圈7由多个单个共振段组成，在所示实施例中具有16个共振段8。每个共振段由至少一个电容9以及一个导体元件10组成，该导体元件10例如与基本磁场磁铁4的纵轴平行。合适的是，将导体元件构造为扁导线。共振段8构造为围绕检查区域1。

为了能分别控制共振段或共振段组8，需要将这些共振段相互电磁去耦合。这可以通过不同方式进行。这里示例性地参考EP1279968A2，其中记载了不同的去耦方法。尽管这里未曾详细描述，但这些方法可以设置在根据本发明的磁共振设备中。

图3示出如何能获得最佳激励参数的原理流程图。如在I中示出的，存在这样的可能性，根据所描述的第一方法可选方案，首先通过控制与分析装置利用标准化的控制参数(例如在具有振幅为1A和相位为0°的MR频率时的标准电流)来分别控制每个共振段或每个共振段组8，并在转换为接收运行之后，通过体线圈7针对每个共振段或每个共振段组接收一幅两维的、由所述控制产生的磁共振图像。在对所有共振段或共振段组8进行了上述步骤之后，控制与分析装置基于加权和优化算法针对每次激励确定特定于各段的具体磁场分布。根据软件实现的加权和优化算法分别只采集激励一个共振段或一个共振段组时出现的磁场的振幅和相位的数值，这通过分析各磁共振图像和再现各磁场来进行。同时，该加权和优化算法还为用户提供了交互定义待检查的空间检查区域的大小和形状的可能性。在确定了各磁场之后，通过相应叠加各磁场分布来计算性地确定(必要时用户已经限定了的)检查空间内的总磁场分布。用于进行该步骤的加权算法考虑相应的加权法则，通过这些法则可以确定均匀性。例如，可以根据各磁场的振幅或相位与标准值等等之间的偏差来进行。相应的分析可能性在本文开始已经描述过。同时，与确定均匀性并行地，基于一个或多个限定了不允许被超过的局部和/或全局吸收率的边界值来估计总磁场分布。加权的目的在于，这样来优化每个共振段8的激励参数，即一方面在检查空间内产生均匀磁场，另一方面在任何情况下都不能超过吸收边界值。

如果确定了用于控制各共振段的参数组，则可以利用这些用于产生具有最佳均匀性并同时保持局部/全局吸收边界值的圆极化磁场的参数来控制各共振段。

在II中描述了实际激励各共振段的另一种可选方案。在此，对由可能的各共振段激励产生的各磁场进行模拟。为此，在控制与分析装置中设置磁共振设备和检查对象3的相应模拟模型，检查应以此作基础，其中，有关检查对象3的模拟数据应尽可能与接着要检查的对象一致，由此可以尽可能接近于实际性能地确定参数。

在同样基于标准化的激励参数通过模拟确定各磁场分布之后，同样通过叠加各磁场来确定所产生的总磁场，并接着在采用加权算法的条件下检查可能的磁场非均匀性，并确定最后为优化的磁场产生而设置的激励参数组。

Claims (9)

1.一种用于在检查对象时在磁共振设备的检查空间内产生均匀高频磁场的方法，该磁共振设备具有由N个共振段组成的体线圈和一个控制与分析装置，该控制与分析装置用于分别控制各个相互间电磁去耦合的共振段，所述方法具有以下步骤：

-单个地或成组地激励该N个共振段，以便借助对位于磁共振设备内的检查对象定义的激励参数在检查空间内产生N个线性独立的磁场分布，并确定检查空间内的这些磁场分布，

-计算所获得的磁场分布的叠加，以确定检查空间内的总磁场分布，

-借助加权算法对该总磁场分布的均匀性进行加权，并确定一个或多个共振段或共振段组的一个或多个激励参数的变化，以平衡所确定的磁场非均匀性，以及

-在考虑所确定的参数变化的情况下激励所述共振段或共振段组，以拍摄检查对象的检查图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述定义的激励参数分别激励每个共振段。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了确定每个线性独立的磁场分布而对每次共振段激励拍摄一幅特定于激励的磁共振图像，利用该图像再现磁场变化。

4.一种用于在检查对象时在磁共振设备的检查空间内产生均匀高频磁场的方法，该磁共振设备具有由N个共振段组成的体线圈和一个控制与分析装置，该控制与分析装置用于分别控制各个相互间电磁去耦合的共振段，所述方法具有以下步骤：

-在采用磁共振设备和检查对象的模拟模型的条件下，假定利用定义的激励参数由该控制与分析装置分别或成组地激励各共振段，对各共振段模拟所产生的N个线性独立的磁场分布，

-计算模拟的磁场分布的叠加，以确定检查空间内的总模拟磁场分布，

-借助加权算法对总模拟磁场分布的均匀性进行加权，并确定该模拟所基于的一个或多个共振段的一个或多个激励参数的变化，以平衡所确定的磁场非均匀性，以及

-在考虑所确定的参数变化的条件下激励共振段或共振段组，以拍摄检查对象的检查图像。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在假定利用所述定义的激励参数分别激励每个共振段的情况下，对各共振段模拟磁场分布。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在借助加权算法估计所述总磁场分布的均匀性时，考虑检查对象的局部特殊的吸收率的一个或多个边界值。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在借助加权算法估计所述总磁场分布的均匀性时，考虑检查对象的全局特殊的吸收率的边界值。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，借助线性独立的磁场分布的振幅和相位来估计总磁场分布的均匀性。

9.一种磁共振设备，具有控制与分析装置，用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。

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