CN1816753A - 用于磁共振成像的工作台位置检测 - Google Patents

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Abstract

提供一种MRI设备。该MRI设备包括用来在检查区域中产生主磁场的主磁体(12)、用来在主磁场中产生磁场梯度的多个梯度磁体(16)、用来将射频信号发送到检查区域中并在布置于其中的对象内激发磁共振的射频线圈(22)、和用来接收来自对象的磁共振信号的射频线圈。该MRI设备还包括用来支承对象的对象支承装置(52)、用来控制对象支承装置在检查区域内的位置的位置控制器(60)和用来直接测量对象支承装置的位置的位置编码器(53)。

Description

用于磁共振成像的工作台位置检测
技术领域
下面的内容涉及诊断成像技术，特别涉及对磁共振成像(MRI)设备中所使用的对象工作台或者其它可移动的对象支承装置的位置的检测。不过，应理解的是，本发明也将在其它类型的诊断成像扫描设备中获得应用。
背景技术
典型地，MRI系统需要位置或者运动控制系统，通过所述控制系统对象工作台上的对象被传送进入并被定位在成像体积内。当今的MRI系统为对象使用支承装置或者工作台。该支承装置水平穿过磁体，并由机动化的定位系统驱动。在圆柱形的磁体中，台面以及因此对象的垂直位置一般是不变的并且相对于磁体的孔水平地(即轴向地)调整工作台的位置。在垂直场系统中工作台/对象经常被垂直和水平地定位。
由于希望控制对象的位置，一些MRI系统将具有闭环控制的运动控制系统与连接至除了台面之外的部件的反馈设备结合。经常是与电动机轴、传动小齿轮或者滑轮连接的旋转编码器控制和推断工作台的位置。其它运动系统使用步进电机和开环控制方法。这些运动控制系统通常适于简单的对象定位，并满足具有固定的床和简单的RF线圈的系统产生MRI图像的需要。
对于更复杂的成像应用、例如检测成像或者是对象被步进或持续移动的应用，当产生MRI图像时机械和控制系统误差趋向于导致低级的位置精度和可重复性。这些机械系统误差可能是由于皮带伸展、齿轮间隙、零件磨损、机械连接以及其它使位置精度难以实现的因素。
发明内容
本发明计划一种改进的克服上述限制以及其它限制的设备和方法。
依据本发明的一个实施例的一个方面，提供一种MRI设备。该MRI设备包括用来在检查区域中产生主磁场的主磁体、多个用来在主磁场中产生磁场梯度的梯度磁体、用来将射频信号发射到检查区域中并在布置于其中的对象中激发磁共振的射频线圈、用来接收来自对象的磁共振信号的射频线圈、和用来支承对象的对象支承装置。该MRI设备还包括用来控制对象支承装置在检查区域内的位置的位置控制器和用来直接测量对象支承装置的位置的位置传感器。
依据本发明的一个进一步限定的方面，位置传感器包括多个布置在对象支承装置和相对于MRI设备的固定部分中的至少一个上的刻度尺、和多个布置在对象支承装置和相对于MRI设备的固定部分中的至少一个上并且在刻度尺对面的用来读取刻度的读取头。
依据本发明的一个进一步限定的方面，位置传感器检测对象支承装置的绝对位置。
依据本发明的一个进一步限定的方面，由位置传感器所检测出的对象支承装置的位置被位置控制器用来控制对象支承装置的位置。
依据本发明的一个进一步限定的方面，位置传感器包括布置在MRI装置的实验对象支承装置和固定部分中的至少一个上的传导条，该传导条具有一定的长度并沿该条的长度具有可变电阻，和布置在对象支承装置和MRI设备的固定部分中的至少一个上并在传导条对面的接触元件，该接触元件用来与传导条电接触，从而形成一个电路，该电路具有指示对象支承装置的位置的相关电流。
依据本发明的一个进一步限定的方面，位置传感器包括布置在对象支承装置上的目标，和布置在相对于MRI设备的固定位置上的激光源，激光源用来将激光束对准目标并检测由该目标所反射的信号以提供对象支承装置的位置的指示。
依据本发明的一个实施例的另一个方面，提供一种MRI设备，其包括用来在检查区域中产生主磁场的主场装置、用来在主磁场内产生磁场梯度的梯度装置、用来将射频信号发射到检查区域中并在布置于其中的对象中激发磁共振的射频发射装置、用来接收来自对象的磁共振信号的射频接收装置、用来支承对象的对象支承装置、用来控制对象支承装置在检查区域内的位置的位置控制装置、和用来直接测量对象支承装置的位置的位置检测装置。
依据本发明的一个进一步限定的方面，位置检测装置测量对象支承装置相对于固定参考架的绝对位置。
依据本发明的一个实施例的另一个方面，提供一种MRI方法，该方法包括在检查区域中产生主磁场的步骤、在主磁场中产生磁场梯度的步骤、将射频信号发射到检查区域中以在布置于其中的对象中激发磁共振的步骤、接收来自对象的磁共振信号的步骤、控制对象支承装置在检查区域内的位置的步骤、和直接测量对象支承装置的位置的步骤。
本发明的一个实施例的一个优点是它促进了MR I系统中的工作台/对象的位置精度。
本发明的一个实施例的另一个优点是它提供反馈设备来将对象支承装置的位置直接汇报给位置控制系统。
本发明的一个实施例的另一个优点是解决了MRI支承运动控制系统内的机械和电磁滞误差。
在阅读了下面对优选实施例的详细描述后，许多附加的优点和益处对本领域的普通技术人员来说将变得显而易见。
本发明可以具体化为各种部件和部件的各种配置以及各种过程操作和过程操作的各种配置。附图仅用于说明优选实施例，并不能被解释为对本发明的限制。
附图说明
图1示出具有可移动的对象支承装置和用来直接测量支承装置的位置的位置传感器的磁共振成像设备的侧视图；
图2示出位置传感器的一个实施例；
图3示出位置传感器的刻度尺；
图4示出使用电阻性编码器的位置传感器的一个实施例；以及
图5示出使用基于激光的编码器的位置传感器的一个实施例。
具体实施方式
参考图1，MRI设备10包括圆柱形的主磁体12，其优选为超导和冷屏的(cryoshielded)。该主磁体12和壳体13限定了磁体孔14或检查区域，其中该主磁体12被布置在该壳体13中，对象51被放置在该检查区域中以便成像。该主磁体12产生沿孔14的纵向(z)轴定向的空间和时间不变的并且均匀的主磁场。非超导磁体可以用来代替超导磁体。而且垂直磁体、开放磁体或者其它类型的主磁体可以用来代替所述的水平圆柱形的主磁体12。
MRI设备还包括磁场梯度线圈，其包括主梯度线圈16和可选地屏蔽梯度线圈18，这些磁场梯度线圈在孔14中协同产生磁场梯度，用于空间编码磁共振信号、产生扰乱磁化场(magnetication-spoilingfield)梯度等等。优选地，磁场梯度线圈包括被配置成在包括横切X和Y的方向在内的三个正交方向上产生磁场梯度的线圈。除屏蔽线圈18之外，可选择的冷屏20为剩余梯度磁场提供高传导性涡流表面，从而更进一步地保护磁体线圈。
射频线圈组22、例如整个体线圈产生用于激发磁共振的射频脉冲。射频线圈组22还可以用于检测磁共振信号。可选择地，附加的局部射频线圈或者定相射频线圈阵列(未示出)可被包括，用来在孔14中的所定位的区域上激发和/或检测磁共振。
梯度脉冲放大器30输送受控电流给磁场梯度线圈16、18以产生所选的磁场梯度。射频发射器34、优选地数字射频发射器将射频脉冲或脉冲群施加到射频线圈组22上以产生所选的磁共振激发。也与射频线圈组22耦合的射频接收器36接收磁共振信号。如果提供多于一个的射频线圈(例如局部线圈或者定相线圈阵列)，那么可以为磁共振激发和检测操作可选地使用不同的线圈。
序列控制器40与梯度放大器30和射频发射器34通信以在对象中产生所选的瞬变或者稳态的磁共振形态，对这种磁共振进行空间编码，选择性地扰乱磁共振或者另外产生表示对象特征的、选定的磁共振信号。所产生的磁共振信号由射频接收器36检测，并存储在k空间存储器42中。成像数据由重建处理器44重建以产生存储在图像存储器46中的图像表示。在一个实施例中重建处理器44执行反傅立叶变换重建。
作为结果而产生的图像表示由视频处理器48处理，然后可以被显示在用户界面49上，该用户界面可以是个人计算机、工作站或者其它类型的计算机，并且可以被存储在其上。用户界面49还允许操作者与磁共振序列控制器40和位置控制器60通信以选择磁共振成像序列、修改成像序列、执行成像序列和协议等等。可替换地，序列控制器与位置控制器通信以使对象支承装置的运动与成像序列一致。
MRI设备还包括可移动的对象支承装置52，用来在检查区域内移动对象。在一个实施例中，对象支承装置是有轮的工作台或者其它适于与磁共振成像设备机械对接的可移动的支承装置。在另一个实施例中，对象支承装置与MRI系统结合并在其中可移动。不管支承装置的类型，对象支承装置是可移动的，以便在检查区域内定位对象。
支承装置52的位置由位置控制器60控制。在一个实施例中，位置控制器60包括电机驱动器和与病人支承装置的联接，该位置控制器如本领域普通技术人员所公知的那样控制病人支承装置的位置。替代地，传动小齿轮、滑轮系统、步进电机等等控制工作台的位置。
如下面更全面地描述的那样，MRI设备还包括位置传感器或编码器53，用来直接检测对象支承装置相对于给定参考架的位置。
转向图2，更详细地示出位置传感器53。在一个实施例中，位置传感器包括布置在对象支承装置上的刻度尺54和布置在MRI壳体13上的第一(或者粗略的)以及第二(或者精细的)读取头55、56。
如图3中所示，刻度尺包括两组刻度、即第一(或者粗分辨率)组57和第二(或者精细的分辨率)组58。如还可以从图3中所示的实施例中看出，每个刻度尺的刻度在从左到右的移动中是可变地间隔的。例如，就粗略的刻度尺而言，刻度之间的距离沿刻度尺从左到右减小。就精细的刻度尺而言，对于粗略的刻度尺的刻度之间的每组刻度，刻度之间的距离从左到右减小。通过在刻度之间加入这种可变距离，可以监控对象支承装置的绝对位置。
在一个实施例中，刻度尺由附着在对象支承装置上的聚酯胶片带制成。还可以考虑玻璃带。
粗略的55和精细的56读取头包括光学照相机，该光学照相机分别对准粗略的57和精细的58刻度尺。每个读取头包括光学掩膜，用来检测其各自的刻度尺的刻度，或者记号标记(tick-mark)。相应地，当刻度尺相对于读取头移动时，读取头跟踪经过读取头的刻度的数量。若给定粗略的和精确的刻度尺的刻度之间的距离，那么对象支承装置的绝对位置可以根据读取头的信号来确定。
应理解的是，读取头可以被布置在对象支承装置上，而刻度尺可以被布置在MRI壳体上，并且对象支承装置的位置可以如上所述直接被决定。
在另一个实施例中，只使用一组刻度和一个读取头。
在如图4所示的一个替代实施例中，采用电阻性的位置编码器。在这个实施例中，沿传导带的长度具有可变电阻的传导条80被放置在对象支承装置上。在例如传导带的一端81上施加电压V1。接触元件82被布置在MRI壳体上，并与传导带电接触，从而形成具有相关电流的电路，该相关电流由安培表83测量。因此，当对象支承装置被移动时，测量到的电流提供对象支承装置的位置的指示。可替代地，给电路施加一电流，当对象支承装置被移动时测量电压。
在如图5所示的另一个实施例中，采用基于激光的位置编码器。在这个实施例中，目标90被放置在对象支承装置上，激光源92对准该目标。激光源将信号指向目标，信号被反射回激光源，并由此被检测到。信号从激光源到目标再返回激光源的行进时间提供对象支承装置的位置的指示。在一个替代的实施例中，激光源指向对象支承装置本身而不是所放置的目标。
应理解的是，还可以考虑旋转变换器，而不是如上所述的线性变换器。
在操作中，选择用于使对象成像的感兴趣的区域和成像协议的参数。对象被放置在对象支承装置52上并将感兴趣的区域移动到检查区域14中，优选地移动到主磁场的等角点。对象支承装置的移动由位置控制器60控制，位置传感器53直接测量支承装置52相对于给定参考架、例如附着在MRI壳体上的参考架的位置。
在一个实施例中，对象支承装置的位置从位置传感器53馈送到运动控制器60以便直接控制由运动控制器所产生的支承装置的移动。
在另一个实施例中，位置传感器53的输出与运动控制器60的目标位置进行比较，确定两个值之间的误差。然后运动控制器使用这个位置误差信息来校正误差。
在另一个实施例中，来自位置编码器53的位置信息被馈送到重建处理器，用于重建由固定和/或移动工作台成像协议产生的图像。这里，位置数据与MRI图像数据配合以便考虑图像特征的精确测量。
已参考优选实施例描述了本发明。明显地，在阅读和理解了前面的详细描述之后将会想到许多修改和变换。本发明应被理解为包括所有这些修改和变换，只要它们在所附的权利要求或者它的等效物的范围之内。

Claims (15)

1.一种MRI设备，包括：
主磁体(12)，用来在检查区域中产生主磁场；
多个梯度磁体(16)，用来在主磁场中产生磁场梯度；
射频线圈(22)，用来将射频信号发送到检查区域中并在布置于其中的对象中激发磁共振；
射频线圈，用来接收来自对象的磁共振信号；
对象支承装置(52)，用来支承对象；
位置控制器(60)，用来控制对象支承装置在检查区域内的位置；以及
位置传感器(53)，用来直接测量对象支承装置的位置。
2.如权利要求1所述的MRI设备，其中位置传感器包括多个布置在对象支承装置和相对于MRI设备的固定部分中的至少一个上的刻度尺(57，58)和多个布置在对象支承装置和相对于MRI设备的固定部分中的至少一个上并且在刻度尺对面用来读取刻度尺的读取头(55，56)。
3.如权利要求2所述的MRI设备，其中位置传感器检测对象支承装置的绝对位置。
4.如权利要求2所述的MRI设备，其中由位置传感器检测到的对象支承装置的位置被位置控制器用来控制对象支承装置的位置。
5.如权利要求1所述的MRI设备，其中位置传感器包括：
传导条，布置在MRI设备的对象支承装置和固定部分中的至少一个上，所述传导条具有一定的长度并沿传导条的该长度具有可变电阻；以及
接触元件，布置在MRI设备的对象支承装置和固定部分中的至少一个上并在传导条对面，该接触元件用来与传导条电接触，从而形成一个电路，该电路具有指示对象支承装置的位置的相关电流。
6.如权利要求1所述的MRI设备，其中位置传感器包括：
布置在对象支承装置上的目标；以及
激光源，布置在相对于MRI设备的固定位置上，该激光源用来将激光束对准目标并检测由该目标所反射的信号以提供对象支承装置的位置的指示。
7.一种MRI设备，包括：
主场装置，用来在检查区域中产生主磁场；
梯度装置，用来在主磁场中产生磁场梯度；
射频发射装置，用来将射频信号发送到检查区域中并在布置于其中的对象中激发磁共振；
射频接收装置，用来接收来自对象的磁共振信号；
对象支承装置，用来支承对象；
位置控制装置，用来控制对象支承装置在检查区域内的位置；以及
位置检测装置，用来直接测量对象支承装置的位置。
8.如权利要求8所述的MRI设备，其中位置检测装置测量对象支承装置相对于固定的参考架的绝对位置。
9.如权利要求8所述的MRI设备，其中位置检测装置包括多个布置在对象支承装置和相对于MRI设备的固定部分中的至少一个上的刻度尺(57，58)，和多个布置在对象支承装置和相对于MRI设备的固定部分中的至少一个上并且在刻度尺对面用来读取刻度尺的读取头(55，56)。
10.如权利要求7所述的MRI设备，其中由位置检测装置所测量的对象支承装置的位置被位置控制装置用来控制对象支承装置的位置。
11.如权利要求7所述的MRI设备，其中位置检测装置包括：
传导条，布置在MRI设备的对象支承装置和固定部分中的至少一个上，该传导条具有一定的长度并沿该传导条的长度具有可变电阻；以及
接触元件，布置在MRI设备的对象支承装置和固定部分中的至少一个上并与传导条相对，该接触元件用来与传导条电接触，从而形成一个电路，该电路具有指示对象支承装置的位置的相关电流。
12.如权利要求7所述的MRI设备，其中位置检测装置包括：
布置在对象支承装置上的目标；以及
激光源，布置在相对于MRI设备的固定位置上，该激光源用来将激光束对准目标并检测由该目标所反射的信号以提供对象支承装置的位置的指示。
13.一种MRI方法，包括步骤：
在检查区域中产生主磁场；
在主磁场中产生磁场梯度；
将射频信号发送到检查区域中，用来在布置于其中的对象中激发磁共振；
接收来自对象的磁共振信号；
控制对象支承装置在检查区域内的位置；以及
直接测量对象支承装置的位置。
14.如权利要求13所述的MRI方法，其中直接测量对象支承装置的位置的步骤包括测量对象支承装置相对于固定的参考架的绝对位置。
15.如权利要求13所述的MRI方法，其中控制对象支承装置的位置的步骤包括使用对象支承装置的位置的直接测量结果。
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