NL1027583C2

NL1027583C2 - Werkwijze en toestel voor het reduceren van RF-energieneerslag tijdens MR-gegevensverwerving.

Info

Publication number: NL1027583C2
Application number: NL1027583A
Authority: NL
Inventors: Yudong Zhu
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2007-11-27
Also published as: NL1027583A1; DE102004057310A1; JP2005152655A; US20050110487A1; JP4897212B2; US20050134267A1; US7075301B2; US6989673B2

Description

Korte aanduiding: Werkwijze en toestel voor het reduceren van RF- energieneerslag tijdens MR-gegevensverwerving.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op MR-beeld-vorming en meer in het bijzonder op een werkwijze en een toestel voor parallelle excitatie door middel van een zendspoelarray om een gewenst excitatieprofiel te realiseren. De uitvinding heeft verder 5 betrekking op een parallelle-excitatieprofielontwerpwerkwi j ze, die rekening houdt met onderlinge koppeling tussen spoelen van de spoelarray en die van toepassing is op elke spoelgeometrie. De uitvinding is verder gericht op doelgerichte RF-excitatie over een beeldvormingsvolume om RF-energieneerslag op een subject te reduceren. 10 Wanneer een substantie, zoals menselijk weefsel, aan een uni form magnetisch veld (polariserend veld B0) wordt onderworpen, trachten de individuele magnetische momenten van de spinnen in het weefsel zich uit te lijnen met dit polariserende veld, doch voeren deze spinnen een precessiebeweging om het polariserende veld uit in willekeuri-15 ge fase bij hun karakteristieke Larmor-frequentie. Indien de substantie, of het weefsel, wordt onderworpen aan een magnetisch veld (exci-tatieveld Bi) , dat in het x-y-vlak en nabij de Larmor-frequentie ligt, kan het netto uitgelijnde moment, of "longitudinale magnetisatie", Mz, worden geroteerd, of "gekanteld", in het x-y-vlak om een netto magne-20 tisch dwarsmoment Mt te produceren. Nadat het excitatiesignaal Bi is beëindigd wordt door de aangeslagen spinnen een signaal uitgezonden en dit signaal kan worden opgevangen en bewerkt om een beeld te vormen.

Bij gebruik van deze signalen voor het produceren van beelden, worden magnetisch-veldgradiënten (Gx, Gy en Ge) toegepast. Het af te 25 beelden gebied wordt typisch afgetast door middel van een reeks van meetcycli, waarin deze gradiënten variëren-volgens de gebruikte bijzondere lokaliseringswerkwijze. De resulterende reeks van ontvangen NMR-signalen wordt gedigitaliseerd en bewerkt om het beeld te reconstrueren onder gebruikmaking van één van vele algemeen bekende recon-30 structietechnieken.

Ruimtelijk selectieve excitatie wordt wijd verbreid toegepast in MR-beeldvorming om dwarsmagnetisatie te induceren, terwijl de omvang van het signaal-bijdragende volume wordt beperkt. Plak-selectieve excitatie, die het meest gebruikelijk wordt toegepast, beperkt het 35 signaal-bijdragende volume tot een vaste plak, die de ruimtelijke co- 1 0 27 5 8 3 - 2 - dering tijdens signaalverwerving vereenvoudigt om gegevensverwerving of aftasttijd te verminderen. Multi-dimensionele excitatie, die lokalisatie langs meer dan één dimensie produceert, werd gebruikt om deze vermindering van aftasttijd verder te verminderen. Bijvoorbeeld zijn 5 gelokaliseerde spectroscopie, gereduceerde-FOV-aftasting van een gebied van belang, beeldvorming van een beoogde anatomie van unieke vorm en echovlakbeeldvorming (EPI) met een verkorte echotreinlengte gewoonlijk uitgevoerde toepassingen vanwege hun ondersteuning van verminderde aftasttijden. Bovendien werd profiel (flip, fase en frequentie) be-10 sturing over een vormbaar volume met selectieve excitatie gebruikt om de excitatieprofielbetrouwbaarheid in aanwezigheid van Bo-inhomogeni-teit of gradiënt niet-lineariteit te verbeteren en gevoeligheidsarte-facten te verminderen.

Selectieve excitatie wordt gewoonlijk uitgevoerd met een enke-15 le zendspoel, die uitzendt over een geheel volume en een relatief uniform Βι-veld produceert, d.w.z., een vogelkooispoel. Uiterst efficiënte pulsalgoritmen werden ontwikkeld voor het ontwerpen van excitatiepulsen, die geschikt zijn voor een dergelijke configuratie. Niettegenstaande de door middel van deze pulsontwerpgereedschappen 20 verkregen voordelen, blijven er technische moeilijkheden bestaan.

Kwesties met excitatiepulsduur, excitatieprofielnauwkeurigheid en RF-energieabsorptie (SAR) representeren enkele van de opvallende uitdagingen in een verscheidenheid van toepassingen. In vergelijking met lD-excitatie, brengt flexibele profielbesturing volgens meerdere di-25 mensies met 2D- of 3D-excitatie een geïntensiveerde pulseringsactivi-teit met zich mee en vereist dikwijls krachtige gradiënten om de puls-duur onder controle te houden. Deze beperking verhindert toepassingen van meerdimensionele excitatie in scanners met gradiënten voor algemene doeleinden. Aanzienlijke subjectafhankelijkheid van Βι-veld, re-30 sulterend uit een toegenomen golfgedrag en bron-subjectinteractie bij hoge frequenties, kan eveneens bijdragen aan de moeilijkheid van exci-tatieprofielbesturing. Een verhoogde mate van RF-energieneerslag bij hoge frequenties representeert nog een andere factor, die een aanzienlijke invloed op het ontwerp en de toepassing van RF-zendmodules en/of 35 excitatiepulsen heeft.

Het zou daarom wenselijk zijn om een systeem en een werkwijze te hebben, die in staat zijn de gewenste excitatieprofielen te realiseren en RF-energieneerslag te verminderen door middel van een paral-lelle-zendelementarchitectuur.

1027583 - 3 -

De uitvinding verschaft een systeem en een werkwijze voor het onafhankelijk besturen van zendspoelen van een zendspoelarray om RF-excitatie in een beeldvormingsvolume uit te voeren, welke de hiervoor genoemde nadelen overwint.

5 De uitvinding is gericht op de versnelling van meerdimensionele excitatie en besturing van SAR via de gearrangeerde aansturing van meerdere zendspoelen. De uitvinding benadrukt de coördinatie van meerdere zendelementen om geschikte Βχ-ruimtetijdsvariaties in een samengesteld Βχ-veld te bewerkstelligen om op effectieve wijze RF-energie-10 absorptie en meerdimensionele pulslengte te beheersen, terwijl een nauwgezette productie van gewenste excitatieprofielen wordt bevorderd. De uitvinding is ook gericht op het ontwerp van parallelle excitatie-pulsen met ruimtedomein en ruimte-frequentiedomein wegingsfactorwer-king.

15 Daarom is de uitvinding volgens één aspect belichaamd in een op een computer opslagmedium opgeslagen computerprogramma, dat instructies heeft, welke instructies bij uitvoering door een computer de computer een Bi-veldafbeelding voor elke zendspoel van een zendspoelarray doen verwerven en uit de Bi-veldafbeeldingen een ruimtetijdsvariatie 20 van een samengesteld Βχ-veld doen bepalen. De computer wordt er verder toe gebracht om een op elke respectieve zendspoel toegesneden RF-puls-reeks op te wekken, zodat RF-energieneerslag tijdens MR-beeldvorming wordt verminderd.

Volgens een ander aspect bevat de uitvinding een MRI-toestel, 25 dat een magnetische-resonantiebeeldvorming(MRI)systeem omvat. Het MRI-systeem heeft een magneet om een polariserend magnetisch veld aan te leggen, een aantal rond de boring van de magneet gepositioneerde gra-diëntspoelen om een magnetisch-veldgradient op te leggen, en een RF-zendontvangersysteem en een door een pulsmoduul bestuurde RF-schake-30 laar om RF-signalen naar een RF-spoelsamenstel te zenden teneinde MR-beelden te verwerven. Een zendspoelarray met een aantal zendspoelen is eveneens geopenbaard. Het toestel bevat ook een computer, die is geprogrammeerd om RF-energieneerslag op een subject (SAR) tijdens MR-beeldvorming te regelen via onafhankelijke besturing van het aantal 35 zendspoelen.

Volgens een ander aspect van de uitvinding bevat een werkwij ze voor MR-beeldvorming het bepalen van-een gebied van belang binnen een subject en het besturen van RF-excitatie door middel van een aantal onafhankelijke zendspoelen van een zendspoelarray, zodat RF-energie-40 neerslag op het subject wordt verminderd.

.1027583 - 4 -

Verschillende andere kenmerken, doelen en voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving en de tekeningen.

De tekeningen tonen één voor het uitvoeren van de uitvinding 5 op dit moment beoogde voorbeelduitvoeringsvorm.

In de tekeningen:

Fig. 1 is een blokschema van een MR-beeldvormingssysteem voor gebruik bij de uitvinding.

Fig. 2 is een blokschema, dat een lineair zendspoelarraysamen-10 stel volgens één aspect van de uitvinding toont.

Fig. 3 is een blokschema, dat een omwikkelen zendspoelarraysa-menstel volgens een ander aspect van de uitvinding toont.

Fig. 4 is een grafiek, die een met een zendspoelarraysamenstel volgens de uitvinding verkrijgbaar RF-excitatieprofiel toont.

15 Fig. 5-6 zijn grafieken, die kx-richting weegfactorbijdrage door de spoelen van een zendspoelarray, gepositioneerd in twee x-asloca-ties, tonen.

Fig. 7 toont de grootte van lokalisatieprofielen langs de x-as voor elke spoel van een zendspoelarray.

20 Fig. 8 toont op grafische wijze een pulsreeks volgens één as pect van de uitvinding.

Fig. 9 toont een resulterende 2D-dwarsmagnetisatieverdeling, zoals verschaft door het verwijderen van spoelgevoeligheidsweging uit een verworven beeld.

25 Fig. 10 toont Bj-veldafbeeldingen voor de spoelen van een voor beeld van een zendspoelarray.

Fig. 11 toont de dwarsmagnetisatieverdeling van een niet-selec-tieve excitatie in een referentielichaamsspoel.

Fig. 12 toont Bj-veldafbeeldingen voor elke spoel van een zend-30 spoelarray alsmede een samengestelde veldafbeelding gegenereerd door middel van het superponeren van de afzonderlijke Βχ-veldafbeeldingen.

Fig. 13-16 tonen resultaten van een RF-pulseringsprotocol om RF-transmissie te besturen en RF-energieneerslag op een subject te minimaliseren volgens een ander aspect van de uitvinding.

35 Er wordt nu verwezen naar fig. 1, waarin de hoofdcomponenten van een de voorkeur verdienend magnetische-resonantiebeeldvorming-(MRI)systeem (10), dat de uitvinding belichaamt, zijn weergegeven. De werking van het systeem wordt door middel van een bedienerconsole 12 bestuurd, welk console een toetsenbord of andere invoerinrichting 13, 40 een controlepaneel 14 en een weergavescherm 16 bevat. Het console 12 1027583 - 5 - communiceert via een verbinding 18 met een afzonderlijk computersysteem 20, welk systeem een bediener in staat stelt om de productie en weergave van beelden op het weergavescherm 16 te besturen. Het computersysteem 20 bevat een aantal modules, die via een moederbord 20a met 5 elkaar communiceren. Deze modules omvatten een beeldprocessormoduul 22, een CPU-moduul 24 en een geheugenmoduul 26, bekend in de techniek als een framebuffer voor het opslaan van beeldgegevensreeksen. Het computersysteem 20 is met een schijfopslag 28 en een tapestation 30 verbonden voor opslag van beeldgegevens en programma’s en communiceert 10 met een afzonderlijke systeembesturing 32 via een snelle seriële verbinding 34. De invoerinrichting 13 kan een muis, een besturingsknup-pel, een toetsenbord, een draaibol, een door middel van aanraking te activeren scherm, een lichtwand, een stembesturing, of een soortgelijke of equivalente invoerinrichting bevatten, en kan worden gebruikt 15 voor interactief geometrievoorschrift.

De systeembesturing 32 bevat een reeks modules, die door middel van een moederbord 32a met elkaar zijn verbonden. Deze modules bevat-. ten een CPU-moduul 36 en een pulsgeneratormoduul 38, dat via een seriële verbinding 40 met het bedienerconsole 12 is verbonden. Via de ' 20 verbinding 40 ontvangt de systeembesturing 32 commando's van de bedie ner om de uit te voeren aftastreeks aan te geven. Het pulsgeneratormoduul 38 doet de systeemcomponenten de gewenste aftastreeks uitvoeren en produceert gegevens, die de tijdsbepaling, sterkte en vorm van de geproduceerde RF-pulsen aangeven, en de tijdsbepaling en lengte van 25 het gegevensverwervingsvenster. Het pulsgeneratormoduul 38 is verbonden met een reeks van gradiëntversterkers 42 om de tijdsbepaling en de vorm van de gradiëntpulsen, die tijdens de aftasting worden geproduceerd, aan te geven. Het pulsgeneratormoduul 38 kan ook patiëntgegevens van een fysiologische-verwervingsbesturing 44 ontvangen, welke 30 besturing 44 signalen van een aantal verschillende, met de patiënt verbonden sensoren ontvangt, zoals van aan de patiënt bevestigde elektroden afkomstige ECG-signalen. Ten slotte is het pulsgeneratormoduul 38 verbonden met een aftastkamerkoppelingsschakeling 46, die van verschillende sensoren, die met de toestand van de patiënt zijn verbon-35 den, en het magneetsysteem afkomstige signalen ontvangt. Via de aftast kamerkoppelingsschakeling 46 ontvangt een patiëntpositionerings-systeem 48 commando's om de patiënt naar de gewenste positie voor de aftasting te bewegen.

Door het pulsgeneratormoduul 38 geproduceerde gradiëntgolfvor-40 men worden toegevoerd aan het gradiëntversterkêrsysteem 42, dat Gx-, 1027583 - 6 -

Gy- en Gz-versterkers heeft. Elke gradiëntversterker activeert een corresponderende fysische gradiëntspoel in een gradiëntspoelsamenstel 50, dat is aangewezen om de voor het ruimtelijk coderen van verworven signalen gebruikte magnetisch-veldgradiënten te produceren. Het gradiënt-5 spoelsamenstel 50 vormt een deel van een magneetsamenstel 52, dat een polariserende magneet 54 en een geheel-lichaam(RF)spoel 56 bevat. Een zendontvangermoduul 58 in de systeembesturing 32 produceert pulsen, die door een RF-versterker 60 worden versterkt en door een zend/ont-vangstschakelaar 62 aan de RF-spoel 56 worden toegevoerd. De door de 10 aangeslagen kernen in de patiënt geëmitteerde resulterende signalen kunnen door dezelfde RF-spoel 56 worden gedetecteerd en via de zend/ontvangstschakelaar 62 aan een voorversterker 64 worden toegevoerd. De versterkte MR-signalen worden gedemoduleerd, gefilterd en gedigitaliseerd in de ontvangersectie van de zendontvanger 58. De 15 zend/ontvangstschakelaar 62 wordt door een van het pulsgeneratormoduul 38 afkomstig signaal bestuurd om tijdens de zendmodus de RF-versterker 60 elektrisch met de spoel 56 te verbinden en om tijdens de ontvangst-modus de spoel 56 met de voorversterker 64 te verbinden. De zend/ontvangstschakelaar 62 kan ook een afzonderlijke RF-spoel (bijvoorbeeld 20 een oppervlaktespoel) laten gebruiken in de zend- of ontvangstmodus.

De door de RF-spoel 56 opgepikte MR-signalen worden door het zendontvangermoduul 58 gedigitaliseerd en overgedragen aan een geheu-genmoduul 66 in de systeembesturing 32. Een aftasting is compleet, wanneer een reeks van ruwe k-ruimtegegevens in het geheugenmoduul 66 25 is verworven. Deze ruwe k-ruimtegegevens worden opnieuw gerangschikt in afzonderlijke k-ruimtgegevensreeksen voor elk te reconstrueren beeld en deze reeksen worden elk ingevoerd in een reeksprocessor 68, die de gegevens Fourier-transformeert tot een reeks van beeldgegevens. Deze beeldgegevens worden via de seriële verbinding 34 naar het compu-30 tersysteem 20 geleid, waarin de beeldgegevens in geheugen, zoals een schijfopslag 28, worden opgeslagen. In reactie op van het bedienercon-sole 12 ontvangen commando's kunnen deze beeldgegevens worden gearchiveerd in een lange-termijnopslag, zoals het tapestation 30, of kunnen deze beeldgegevens door de beeldprocessor 22 verder worden bewerkt en 35 naar het bedienerconsole 12 worden geleid en gepresenteerd op de weergave 16.

De uitvinding is gericht op een werkwijze en een systeem voor het versnellen van RF-pulsuitzending door middel van een aantal zend-spoelen. Een dergelijke zendspoelarray is in fig. 2 weergegeven. Een 40 zendspoelarraysamenstel 70 bevat een aantal RF^-spoelen of elementen > 1 0 27 58 3 - 7 - 72, die zijn ontworpen voor parallelle RF-uitzending, en een aantal RF-versterkers 74. In één voorkeursuitvoeringsvorm wordt elke zend-spoel 72 door een toegewijde RF-versterker 74 aangestuurd. In dit opzicht is elke RF-versterker ingericht om een geregelde stroom in een 5 respectieve RF-spoel op te wekken voor het definiëren en besturen van een excitatievolume 76 van een subject 78 binnen een MRI-systeem. Zoals eveneens zal worden beschreven, worden de zendspoelen elk op een zodanige wijze bestuurd, dat inter-spoelcorrelaties, d.w.z. onderlinge koppeling, in rekening worden gebracht. Zoals is weergegeven in fig.

10 2, zijn de zendspoelen 72 op een in hoofdzaak lineaire wijze gerangschikt. Zoals in detail zal worden beschreven, verschaffen de RF-versterkers bovendien stuursignalen aan het aantal RF-zendspoelen, zodat inductie van dwarsmagnetisatie op een bepaald gebied van belang kan worden gelokaliseerd, teneinde RF-energieneerslag op het subject te 15 verminderen. Zoals verder zal worden beschreven, worden de zendspoelen elk op een zodanige wijze bestuurd, dat RF-energieneerslag verder wordt verminderd.

Er wordt nu verwezen naar fig. 3, waarin een zendspoelarraysa-menstel 70 in een andere uitvoeringsvorm is weergegeven. In deze uit-20 voeringsvorm zijn de zendspoelen 72 op een omringende wijze gepositioneerd. In dit opzicht zijn de spoelen op een gedistribueerde wijze rond het subject gerangschikt. Overeenkomstig en beschreven met betrekking tot fig. 2, is elke RF-spoel 72 met een toegewijde RF-versterker 74 verbonden. De vakman zal eenvoudig onderkennen, dat fig. 2-25 3 een paar van mogelijke inrichtingen van de spoelen van een zend- spoelarray tonen en dat andere inrichtingen, die niet specifiek zijn weergegeven, mogelijk zijn en beoogd worden.

Zoals hierboven is aangegeven, is de uitvinding gericht op een werkwijze en een systeem, zodanig werkzaam met een zendspoelarray, dat 30 RF-excitatie door middel van de zendspoelen parallel wordt uitgevoerd. Deze parallelle excitatie ondersteunt niet,alleen een vermindering van de aftasttijd via de versnelling van RF-pulsen en de lokalisatie van doelgerichte excitatie, doch ondersteunt ook vermindering van RF-energieneerslag op een subject.

35 De uitvinding zal worden beschreven met betrekking tot een ex citatie met kleine tophoek, doch de vakman zal onderkennen, dat de uitvinding uit te breiden is tot andere excitatieregimes. De uit een door middel van een enkele zendspoel teweeggebrachte excitatie met kleine tophoek resulterende dwarsmagnetisatie kan worden geanalyseerd 1027583 - 8 - door middel van de Fourier-transformatie van het tijdens de excitatie doorlopen en gewogen k-ruimtetraject: M(x)= jy Aij(i) *(x)J[»r(k)S(k)e^,rt‘Vk 5 Verg. 1, waarin S(k) een door de schakelgradiënten bestuurd ruimte-frequentie-bemonsteringstraject representeert, W(k) een door de aansturende RF-bron geïnduceerde ruimte-frequentieweging representeert, en b(x) een 10 door het Βχ-veldpatroon van de spoel geïnduceerde ruimtelijke weging representeert.

Wanneer verschillende reeksen van pulssynthesizers en versterkers parallelle RF-bronnen vormen, die gelijktijdig corresponderende spoelen aansturen tijdens excitatie, beïnvloeden meervoudige 15 ruimte-frequentie- en ruimtewegingen de opwekking van de dwarsmagneti-satie. Binnen de grenzen van de benadering van kleine tophoek, kan het door Verg. 1 uitgedrukte k-ruimteperspectief worden uitgebreid om een parallel excitatiesysteem te analyseren op basis van de eigenschap van . lineariteit: 20 M(x) = jy M0(x) £&„(x)i |x,r,(k)S(ky^ ’<ik /1=1 /=1

Verg. 2.

In Verg. 2 geeft N het aantal zendspoelen aan, zijn n en 1 25 spoelindices, zijn c„fl coëfficiënten, die de onderlinge koppeling tussen de spoelen karakteriseren, representeert Wi(k) door de onafhankelijk bestuurde RF-bronnen geïnduceerde ruimte-frequentiewegin-gen, en representeert bn(x) door de spoelen" respectievelijk Bj-veldpa-tronen geïnduceerde ruimtewegingen.

30 Met g(x) de term in Verg. 2, die het excitatieprofiel defi nieert, aanduidend, kan g(x) worden uitgedrukt als l=l\n=l ) /=/

Verg. 3, 1027583 - 9 - welke vergelijking aangeeft, dat in de analyse van het parallelle zendsysteem, b^Jx) = X{J_i cn,ibn(x), de effectieve ruimtewegingen kunnen worden gebruikt om koppeling-geinduceerde inter-spoelcorrela-5 ties in rekening te brengen.

Als een voorbeeld wordt een 2D-excitatiegeval beschouwd, waarin een echovlak (kx, ky) traject, waarbij kx de langzame richting en Δ** de bemonsteringsperiode is, wordt gebruikt, en {(x,y) I ymin<y<Υπβκ} het gezichtsveld dat het subject bevat, 10 specificeert. De k-ruimteweging en bemonstering geeft aanleiding tot een 2D-excitatieprofiel, dat, zoals gedefinieerd door Verg. 3, een gewogen superspositie van N periodieke functies is: N +oo g{x,y) =2]^(x,y) Y^u^x-mA^y) 1=1 m=-oo

Verg. 4. 15

In Verg. 4 representeren de notatie ui(x) en Δ respectievelijk /WiMe^^dk en l/Akx. De Z-afhankelijkheid is voor de eenvoud onderdrukt .

Uit Verg. 4 blijkt duidelijk, dat de discrete natuur langs kx 20 noodzakelijkerwijs aliasinglobben langs x met zich meebrengt. Verg.

4 geeft aan, dat zijlobonderdrukking kan worden verkregen via meervoudige weging in de ruimte (b^fx) ) en ruimte-frequentie (Wi(k)) domeinen. Dit kan worden vergeleken met het geval van excitatie met een lichaamsspoel (volumespoel met b(x)*l), waarin in een typisch 25 pulsontwerp de zijlobben buiten het subject zijn geduwd door middel van het beperken van de bemonsteringsperiode Δ*, tot een waarde niet groter dan 1/D (D = χ-,,-χ·.....) .

Binnen een regime van kleine tophoek, gradiëntontwerp en gegeven RF-pulsen, kan een gewenst excitatieprofiel worden verkregen 30 door een door Verg. 3 gedefinieerd omgekeerd probleem op te lossen. Voor illustratiedoeleinden zal een 2D-excitatie worden beschreven.

Om een door g(x,y) gegeven 2D-excitatieprofiel te verkrijgen en met oplossingen van het type uilx, y) =hx(x, y) g (x, y) , kan Verg. 4 worden herschreven als: 35 1 0 2 7 5 8 3 - 10 -

-*» N

gfcy)= - mA, (x-mA, y)bt (x, y) m=-ao l=\

Verg. 5, welke vergelijking in het algemeen voor alle (x,y) binnen het gezichtsveld vereist, 5

N f 1 m-Q

^hi(x-mA,y)bl0ity)=\ [0, anderzijds

Verg. 6.

Door middel van het sorteren van de vergelijkingen (bijv. via verandering van variabelen), kan er worden aangetoond dat (hi(x,y), 10 1 =1,...,N} voor elke (x,y) typisch wordt beperkt door K lineaire vergelijkingen (K is gedefinieerd als het kleinste gehele getal, dat groter dan of gelijk aan D/Δ is): C(^)h(^) = ei

Verg. 7, 15 waarin bx(x,y) b2{x,y) ... bN(x,y) C = ' Λ {x,y) b^x + mA.y) bz(x + mA,y) ... bN(x + mA,y)

Verg. 8,

h(xv)=[hi(x>y) h2^y) - hN(x>y)Y

20 ' Verg. 9, ex =[l 0 ... of

Verg. 10, 1027583 -lien {x, . . ., χ+πιΔ (ια^Ο) , . . . } de reeks van x-coördinaten binnen het gezichtsveld representeert, die gelijkmatig zijn verdeeld en onderling met elkaar zijn verbonden als gevolg van aliasing. Bij het toepassen van een bemonsteringsperiode Δία,, die groter is dan 1/D, 5 representeren alle met uitzondering van de eerste vergelijking in Verg. 7 de onderdrukking van binnen het gezichtsveld gelegen alia-singzijlobben.

Het herhaaldelijk oplossen van Verg. 7 voor locaties in het gehele gezichtsveld levert hi(x,y)'en op, die vervolgens de bereke-10 ning van k-ruimteweging xnogelijk maken volgens de volgende verge-lij king: W,( k)= {Α,(χ)χ(χ)β^ΑχΛ

Verg. 11.

15 De k-ruimteweging en de met de 1-de spoel geassocieerde RF- pulsgolfvorm kunnen dus worden berekend met de Fourier-transformatie van een ruimtelijk gewogen versie van het gewenste excitatieprofiel, waarin de ruimtelijke weging uit Βχ-veldafbeeldingen van elk zend-spoel en het k-ruimte traverserende traject wordt afgeleid.

20 De kwaliteit van Βχ-veldafbeeldingen heeft een directe invloed op de nauwkeurigheid van het excitatieprofiel. De afbeeldingen kunnen één tegelijkertijd experimenteel worden gekalibreerd. Met deze aanpak kan elke kalibratie een beeldvormingsexperiment met zich meebrengen, welk experiment een enkel element van de zendarray gebruikt voor uit-25 zending (met invoeren van nul in andere elementen) en de lichaamsspoel voor ontvangst. Een deling van het resultaat door een referentiebeeld voor het verwijderen van de modulatie van subjectcontrast en aanvullende bewerking voor het onderdrukken van de effecten van ruis, verschaft vervolgens een schatting van de bij -het zendelement behorende 30 effectieve Βχ-veldafbeelding. Als alternatief kunnen Βχ-veldafbeeldingen uit gevoeligheidsafbeeldingen worden afgeleid op basis van het principe van reciprociteit. Er dient opgemerkt te worden, dat meerdere gevoeligheidsafbeeldingen parallel kunnen worden gekalibreerd om de kalibratietijd te verminderen. De tegengestelde fase en mogelijke ver-35 anderingen in spoelkoppelingskarakteristieken tussen zenden en ontvangen kunnen echter, indien hier geen rekening mee wordt gehouden, de nauwkeurigheid van de geschatte effectieve Βχ-veldafbeeldingen in gevaar brengen.

1 0 2 7 5 8 3, - 12 -

Twee typen systemen in het 2D-excitatievoorbeeld met elkaar vergelijkend, verschaft de uitvinding excitatieversnelling van maximaal het N-voudige van een enkelkanaals lichaamsspoelsysteem. Formeel wordt dit onthuld door het feit, dat Verg. 7 ten minste één oplossing 5 toestaat indien N>D/A, of equivalent, Aiat<N/D, hetgeen in tegenstelling staat tot de stringentere voorwaarde van A^kl/D in het geval van zenden met een lichaamsspoel. Intuïtief wordt de capaciteit voor versnelling of de reductie in excitatie k-ruimtebemonsteringsdichtheid waarschijnlijk het beste begrepen door te onderkennen dat, hoewel een re-10 ductie in excitatie k-ruimtebemonsteringsdichtheid aliasinglobben binnen het subject gelegen doet zijn, een geschikt ontwerp van de ruimte-frequentiedomeinweging (Wx(k)) kan combineren met de ruimtedomeinwe- ging b^ix) ) en het aliasingpatroon (zoals door de bemonstering bepaald) om incoherente toevoeging te veroorzaken, waardoor reductie of vernie-15 tiging van netto-amplituden van aliasinglobben wordt gerealiseerd.

Voor een versnellingsfactor, die kleiner dan N is, of equivalent, een bemonsteringsperiode, die kleiner dan N/D is, staat Verg. 7 een familie van oplossingen van dimensie N-K toe. Dit resulteert in keuzen van excitatiepulsontwerpen, die alle in staat zijn een hoofdlob 20 te produceren, welke hoofdlob past bij het gewenste excitatieprofiel en, wanneer toepasbaar, aliasinglobben gelijktijdig te onderdrukken. Het specifieke ontwerp, dat door het oplossen van Verg. 7 in de zin van minimale norm berekende hi(x,y)'en gebruikt, is opmerkelijk, aangezien dit ontwerp de neiging heeft om de gevoeligheid van het excita-25 tieprofiel voor verstoringen te verminderen of de aan de RF-verster-kers te stellen vermogenseis vermindert.

De onafhankelijke aansturing van zendspoelen van een zendspoel-array ondersteunt ook SAR-beheer. In vergelijking met een uniforme bestrijking van een subjectvolume met een enkele zendspoel, voorkomt ge-30 focusseerde excitatie van alleen het gebied van belang met een array van gedistribueerde lokale zendspoelen een 'aanzienlijke RF-energie-neerslag voorbij het gebied door de spoelen in dichte nabijheid toe te passen. Bovendien kan uit de vele manieren van het organiseren van de bronnen en het verkrijgen van een gewenst excitatieprofiel, de manier 35 die een E-veld met een zo klein mogelijke daaruit voortvloeiende RF-energieneerslag induceert, worden gekozen.

Hoewel de uitvinding een aantal SAR-reductietechnieken ondersteunt, d.w.z. gefocusseerde RF-excitatie, zal hierna SAR-beheer met nadruk op de minimalisatie van SAR, gemiddeld over het subjectvolume 40 en de excitatieperiode, die wordt gedefinieerd door: 10 ? 7 5 8 3 - 13 -

Verg. 12, 5 in detail worden beschreven. In Verg. 12 duidt σ de geleidbaarheid van weefsel aan; duidt p dichtheid aan, duidt V de omvang van het bestraalde subjectvolume aan; en duidt P het voor het kwantificeren van het tijdsgemiddelde gebruikte totale aantal tijdpunten aan.

Gegeven bijvoorbeeld meerdere lusspoelen, die tegenover het 10 oppervlak van een grote plaat van geleidend materiaal zijn geplaatst. Bij lage frequenties hebben de velden binnen de plaat de neiging om door de invallende velden te worden gedomineerd, welke invallende velden worden geproduceerd door de stromen in de spoelen. Een quasi-statische aanpak bij het analyseren van elektrische en magneti-15 sche nabije velden volgend, kunnen de velden worden gekarakteriseerd met een vectorpotentiaal A: A = Σ ds' , Απ c; lx “ x 1

Verg. 13, 20 waarin de lijnintegralen over de stromen in de spoelen zijn gebaseerd op een filamentbenadering van de spoelgeleiders en de velden zijn gerelateerd aan A door middel van B=VxA en E=-dA/dt. In dit geval kan de | E (x,pAt)2-term in Verg. 12 worden geëvalueerd als: 25 ( , I2 w 2 |Ε(ϊ,/ώί)|2 =\-j<a^j,p6tf = Σ/,0**) = /=1 ^ ς|χ-χ|^ '=1

Verg. 14, welke vergelijking een kwadratische vorm in 30 [Ii(pAt) I2(pAt) . . . l„(pAt) ] is, een vector met waarden van de stroom-golfvormen op tijdstip pAt. Door het sorteren van de volume-inte- 1027583 - 14 - graal en tijdssommatie kan SARave worden uitgedrukt als een kwadratische functie in de monsters van de stroomgolfvormen: SARave = SHF s

Verg. 15, 5 waarin het superscript H een geconjugeerde getransponeerde aanduidt, matrix F op basis van Verg. 12 en 14 geëvalueerde invoeren draagt, en vector S in een corresponderende volgorde een totaal van NxP monsters van de stroomgolfvormen verzamelt.

10 Mits het elektrische veld lineair evenredig is met de toege paste bronfuncties, is in het algemeen een kwadratische relatie in de vorm van Verg. 5 tussen gemiddelde SAR en bronfunctiemonsters van toepassing. In aanwezigheid van biologische objecten of bij hoge frequenties is echter het oplossen van de Maxwell-vergelijkingen 15 moeilijk en het kan nodig zijn, dat de constructie van de F-matrix berust op kalibratieresultaten of directe E-veldmetingen.

; i * · ' ' · i' .

. (:t Gegeven de afhankelijkheden van de absorptiesnelheid en dwars- ï'! - magnetisatie van de toegepaste bronfuncties, is de bepaling van een reeks van gecoördineerde bronfuncties, die het gewenste excitatiepro-20 fiel produceert terwijl een minimale SAR wordt geïnduceerd, mogelijk. In het kleine-tophoekregime of zijn uitbreiding, waarin een lineaire behandeling van de Bloch-vergelijkingen geschikt is, bestaat er een gesloten-vormoplossing voor een meerdimensionele-excitatieontwerp, dat de taak van het zoeken naar een grote ontwerpruimte ondervangt.

25 Verdergaand met het eerder beschreven voorbeeld van 2D-exci- tatie, beperken vergelijkingen van de vorm van Verg. 7, die voortkomen uit de eis van het creëren van de gewenste hoofdlob in het subject, terwijl aliasinglobben worden voorkomen, gezamenlijk de ruimtelijke patronen van hi(x)'en. Het samenvoegen van deze verge-30 lij kingen geeft dus de ontwerpvoorwaarden', die in een matrixvorm als volgt kunnen worden uitgedrukt: C h = e '-'alkali call

Verg. 16.

35 In Verg. 16 is C„n een blokdiagonale matrix met C(x,y)'en op de diagonaal en nullen op andere plaatsen in de matrix, en zijn h,n en öaii vectoren, die respectievelijk aaneengeschakelde h^yj'en en ei'en - 1 0 27 58 3 - 15 - representeren. Indien een bewegende bemonstering van de weegfuncties wordt uitgevoerd met een constante snelheid, zijn de W1(k(t))'en evenredig met de stroomgolfvormen. De Fourier-transformatierelaties tussen de Wi(k) 'en en de hi(x) 'en maakt het herschrijven van Verg. 15 in ter-5 men van haii mogelijk: SARave =

Verg. 17.

De kwadratische vorm resteert wanneer de Fourier-transformatie 10 een lineaire omzetting van hi(x) naar Wi(k) definieert. Een variabele bemonsteringssnelheid zou slechts invoeren van matrix V wijzigen om te passen bij gradiëntamplitudeveranderingen. Pulsontwerp voor SAR-beheer kan dus worden verkregen door middel van het minimaliseren van een kwadratische functie, die onderhevig is aan een lineai-15 re voorwaarde: minimaliseer h" Vheff onderwerp aan Ca„haW = ee/,

Verg. 18, welke vergelijking kan worden opgelost onder gebruikmaking van al-20 gemeen bekende numerieke technieken.

Ontwerpprincipes voor kleine-tophoek parallelle excitatiepul-sen, zoals hierboven beschreven, werden geëvalueerd in simulatie-en fantoomexperimenten. Om het ontwerpprincipe voor versnelde meer-dimensionele excitatie te evalueren, werd eerst parallelle excita-25 tie met een zendspoelarray in een simulatiestudie onderzocht. De zendspoelarray was opgebouwd uit negen identieke 19,8 cm x 6,4 cm lusspoelen, die op een vlakvorm in lijn langs de x-richting waren geplaatst. Deze array was toegekeerd naar een dun plaatobject onder het arrayoppervlak. 2D-excitatie met een gewenst excitatieprofiel 30 over het object in de vorm van g(x)=gx(x) ·gz(z) werd benaderd met parallelle excitatiepulsen. In dit geval leverde het gebruik van een echovlak kz-kz traject, bestaande uit gelijkmatig op een afstand Δ** van elkaar aangebrachte k*=constante lijnen, de verwaarloosbare y-en z-richting Βι-variatie in het gelokaliseerde volume en de onder-35 schendbaarheid van g(x) oplossingen voor Verg. 11 van de vorm Wi (k) =Uk*,i (kx) · Uk* (kz) op, waarin 1027583 - 16 -

Vb(k.J= fe^zy^'dz

Voor doeleinden van dit eerste experiment werden vergelijkin-5 gen van de vorm van Verg. 7 geconstrueerd en werden wegingen over kx-k8 bepaald. RF-pulsgolfvormen werden vervolgens berekend op basis van Verg. 11. Als een referentie werden op dezelfde 2D-lokalisatie gerichte lichaamsspoelexcitatiepulsen ontworpen.

Het ontwerpprincipe voor versnelde excitatie werd verder geëva-10 lueerd in een fantoomstudie, welke studie werd uitgevoerd op een 1,5 Tesla MRI-scanner (CVi, GE Medical Systems, Waukesha, WI) met een opstelling soortgelijk aan die van de hierboven vermelde simulatiestudie. De van belang zijnde zendspoelarray was van dezelfde geometrie en was boven een met water gevulde 41x19x1 cm3 steenfantoom geplaatst.

15 Aangezien de scanner slechts enkelkanaals RF-pulstransmissie ondersteunde, onderzocht de studie parallelle excitatie indirect door middel van het nabootsen van gelijktijdige aansturing van de negen array-elementen via een reeks van negen enkelkanaals experimenten. De geldigheid van de aanpak wordt gewaarborgd door de eigenschap van linea-20 riteit in het regime met kleine tophoek, hetgeen de voorspelling van het resultaat van een parallelle-excitatie-experiment uit de superpositie van dwarsmagnetisatieverdelingen, waargenomen uit enkelkanaals excitatie-experimenten, toestaat.

In het bijzonder werd een enkele zend/ontvangstlusspoel van om-25 vang 19,8 cm x 6,4 cm bevestigd aan het RF-koppelingsvlak van de scanner. Tijdens de negen experimenten werd de spoel geplaatst en aangestuurd één configuratie tegelijkertijd, elk met een positie en RF-puls corresponderend met één van de negen elementen op de virtuele spoelar-ray, die werden gesimuleerd. Na voltooiing, van elke uitzending werd de 30 spoel onmiddellijk naar de ontvangstfunctie geschakeld, terwijl door de experimenten heen de lichaamsspoel met de scanner verstemd werd gehouden. 2D-excitatie en -verwerving werden uitgevoerd met een gra-diëntechoreeks. Van experiment tot experiment werd de excitatie K-ruimtetraversering hetzelfde gehouden (d.w.z., echovlak k*-k8 traject, 35 waarbij kx de langzame richting is) doch werd de weging (RF-puls) veranderd volgens het excitatiepulsontwerp. De 2D-verwerving produceerde beelden, die het waterfantoom langs de x- en z-richtingen (en geprojecteerd langs y, de normaalrichting van de 1 cm plaat) afbeelden. De 1027583 - 17 - 2D-dwarsmagnetisatieverdelingen werden gekwantificeerd door middel van het uit de beelden verwijderen van de gevoeligheidsprofielen van de spoelen. De verdelingen werden vervolgens gesuperponeerd om een schatting van de uit het corresponderende parallelle-excitatie-experiment 5 resulterende verdeling te verschaffen. Als gevolg van het ontwerp van de studie is spoelkoppeling geen factor. Βι-afbeeldingen, die werden geschat op basis van de Biot-Savart Wet, werden gebruikt bij de RF-pulsberekeningen en de gevoeligheidsprofielverwijdering.

In een andere studie naar excitatieversnelling werd een algeme-10 ne arraygeometrie onderzocht. De array bestond uit zeven zendelementen die azimuthaal op een omringende vorm binnen een patiëntboring van een scanner waren verdeeld. Computersimulaties evalueerden 2D-excita-tieontwerpen, die zowel langs x- als y-dimensies lokaliseren. Koppeling tussen elementen was niet verwaarloosbaar en werd in rekening ge-15 bracht met een uit wederzijdse-inductantieberekeningen bepaalde koppe-lingsmatrix. De ontwerpen gebruikten de oorspronkelijke Verg. 7 en 11.

De effectiviteit van het eerder beschreven SAR-beheerschema als geïntegreerd in het parallelle pulsontwerp werd verder geëvalueerd. De,.· evaluatie werd uitgevoerd op dezelfde wijze als in de eerste simula-20 tiestudie behoudens de toepassing van parallelle excitatiepulsen van het door Verg. 18 in plaats van Verg. 7 gedefinieerde ontwerptype. Met de berekende hi(x,z)'en gaf Verg. 11 wegingen over kx-kj,, die op hun beurt RF-pulsgolfvormen bepaalden. Het resulterende excitatieprofiel en de gemiddelde SAR werden vergeleken met die van de eerste simula-25 tiestudie.

Een discussie van de resultaten van de hierboven beschreven experimenten volgt nu. Gefocusseerde excitatie van een op x=8 cm en z=0 binnen het plaatobject gecentreerd 5 cm bij 5 cm gebied werd in de eerste simulatiestudie onderzocht. Op basis van een lichaamszendspoel 30 paste een referentieontwerp pulsen toe, die 57 kx=constante lijnen met Δι«=1/31,6 cycli/cm traverseerden. De x-richtingslokalisatie, die uit dit referentieontwerp resulteerde, is in fig. 4-7 weergegeven. Een parallelle-excitatieontwerp bewerkstelligde de 2D-lokalisatietaak met de zendspoelarray. Een 4-voudige versnelling representerend, paste het 35 ontwerp pulsen toe, die 14 kx=constante lijnen met Δ]α,=1/7 cycli/cm traverseerden. (mA**) en 1^,7 (πιΔ**) , de door de op x=4 cm respectie velijk x=8 cm gepositioneerde spoelen bijgedragen kx-richtingsweging zijn weergegeven in fig. 5 en fig. 6. Lokalisering langs x als gevolg van elk van de negen spoelen is weergegeven in fig. 7. Merk op, dat 40 terwijl de eerste aliasingzijlobben zich als gevolg van de bemonste- 1 0 2 7 5 8 3 - 18 - ringsdichtheidsreductie 4,5 maal dichter bij het doel (midden-tot-mid-den tussenruimte = 7 cm) bevonden, de nettoamplituden hiervan alsmede andere binnen het 40 cm FOV gelegen aliasinglobben verwaarloosbaar waren als gevolg van incoherente toevoeging, zoals is weergegeven in 5 fig. 4. In vergelijking met het resultaat van de lichaamsspoelbenade-ring, was de lokalisatie van de parallelle excitatie zowel goed geher-focusseerd (de imaginaire component, niet weergegeven, was verwaarloosbaar) als van vergelijkbare ruimtelijke resolutie. Zie fig. 4.

In de fantoomstudie waren de effecten van incoherente toevoe-10 ging aan aliasingzijlobben het middelpunt van onderzoek. Voor dit doeleinde werden 2D-excitatiepulsen ontworpen om een gebied in het wa-terfantoom direct onder het centrale element als mikpunt te hebben. Om het onderzoek te vergemakkelijken veronderstelden pulsberekeningen verder een uitgebreide lineaire array in plaats van de 9-elementenar-15 ray. De ontworpen pulsen waren 5,7 msec in lengte. Voor het centrale-elementexperiment, toont fig. 8 de toegepaste RF-puls (sterkte en fase) alsmede Gx en Gs, de gradiëntpulsen, die in alle experimenten van de reeks identiek zijn uitgevoerd. Het uit het resulterende beeld verwijderen van het gevoeligheidsprofiel van de spoel verschafte een 20 schatting van de door het element geïnduceerde 2D-dwarsmagnetisatie-verdeling, zoals is weergegeven in fig. 9. Fig. 10 toont de gebruikte Bi-gevoeligheidsafbeeldingen. Als een referentie toont fig. 11 de dwarsmagnetisatieverdeling van een niet-selectieve excitatie in een lichaamsspoel zenden-ontvangen experiment. In fig. 9 is een ruisver-25 sterkingseffect als gevolg van de voor gevoeligheidsprofielverwijde-ring toegepaste delingsbewerking op te merken, welk effect de neiging heeft om in hevigheid verder weg van het gevoeligheidsgebied toe te nemen. Om te voorkomen, dat een overmatige ruisversterking het onderzoek verstoort, werd de delingsbewerking in verafgelegen gebieden on-30 derdrukt.

Resultaten van alle negen experimenten zijn in fig. 12 samengevat, welke figuur in rijen 1 tot en met 9 de met elk van de experimenten corresponderende afgebeelde dwarsmagnetisatie weergeeft. De onderste rij (rij 10) presenteert het resultaat van het superponeren van de 35 afzonderlijke afbeeldingen, bedoeld als een voorspelling van het resultaat van een corresponderende parallelle excitatie. Wederom werd aanzienlijke reductie van aliasingzijlobben als gevolg van incoherente toevoeging waargenomen. Met de opstelling werden bijdragen van de elementen in de bewerkstelliging van de hoofdlob en de onderdrukking van 40 de aliasinglobben eenvoudig onderkend. De van het centrale element al- 1027583 - 19 - leen en van de middelste vijf en middelste negen elementen afkomstige resultaten suggereren, dat lokale excitatieprofielbesturing in hoofdzaak wordt verkregen via nabije spoelen. Het gebruik van de uitge-breide-arrayveronderstelling in de pulsberekeningen verklaarde veel 5 van de restaliasing (incomplete annihilatie) naar de grens van de 9-elementenarray toe. Het vergroten van de array met elementen voorbij het negende element kan dit effect corrigeren. Het ontwerpen van pulsen voor de 9-elementenarray kan dit effect ook uit de weg ruimen, in welk geval het wegen van de grensspoelen de grootste veranderingen zou 10 ondervinden.

2D parallelle excitatiepulsen voor een omringende array werden ontworpen en geëvalueerd. De simulaties concentreerden zich op de taak van het selectief activeren van een willekeurig gepositioneerd lokaal volume binnen een 40 cm bij 23 cm axiaal gezichtsveld. Verg. 7 werd 15 herhaaldelijk opgelost op basis van de effectieve Bi-veldpatronen en een EPI-traject, dat 14 kx=constante lijnen met Δ^Ι/β,θ cycli/cm omvat. Voor de 1-de spoel, 1=1,2,...,7, werd het product van het gewens-te 2D-lokalisatieprofiel en de berekende hi(x,y) vervolgens Fourier-'7i:,getransformeerd om de k-ruimteweging van de spoel en de RF-pulsgolf-20 vorm door de parallelle excitatie af te leiden. Het nettoresultaat was in hoofdzaak vrij van aliasingzijlobben en representeert een uitstekende overeenstemming met die van een referentie-excitatie, die een lichaamsspoeluitzending van een 4-maal langere conventionele RF-puls met zich meebracht.

25 Het ontwerp van de laatste simulatiestudie resulteerde in pa rallelle excitatiepulsen, die verschilden in vorm van de pulsen van de eerste simulatiestudie. Fig. 13-16 presenteren de uitkomst met een format soortgelijk aan dat van fig. 4-7. Hoewel de pulsen hetzelfde niveau van lokalisatienauwkeurigheid en ruimtelijke resolutie als die 30 van de pulsen van de eerste simulatiestudie handhaafden, leidden de ontwerpveranderingen tot een 38% reductie van gemiddelde SAR, hetgeen de aanzienlijke invloed van het geïntegreerde SAR-beheerschema bevestigt.

Met de uitvinding worden ontworpen RF-pulsen gesynthetiseerd, 35 versterkt en parallel toegevoerd aan corresponderende zendelementen om zowel ruimte- als tijdsvariaties van het samengestelde Βι-veld te induceren, die vergezeld van synchroon uitgebeelde gradiëntveranderingen een gewenst excitatieprofiel na voltooiing van de excitatie creëren. Dit staat in tegenstelling tot een conventionele aanpak, waarin het 40 ontwerp van spoelgeometrie en de verschuivingen van aansturende-poort 1027583 - 20 - fase/sterkte zijn gericht op Bj-veld ruimtelijke homogeniteit en een tijdens excitatie toegepaste RF-puls is beperkt tot het manipuleren van alleen de tijdsvariatie van het Βχ-veld. De vakman zal onderkennen, dat het induceren van geschikte Bi ruimte-tijdsvariaties voor ex-5 citatie aanzienlijke onderverdelingen van RF-excitatieprestaties vertoont. Dit wil zeggen, dat parallelle excitatie excitatieversnelling en/of SAR-besturing huisvest zonder aanzienlijke opoffering van nauwkeurigheid bij het produceren van het gewenste excitatieprofiel.

Samenvattend kan de RF-puls, die een zendelement aanstuurt, 10 worden berekend met de Fourier-transformatie van een ruimtelijk gewogen versie van het gewenste excitatieprofiel, de capaciteit voor het versnellen van multidimensionele excitatie door middel van k-ruimte bemonsteringsdichtheidsreductie ligt in de onderdrukking van aliasing-lobben en kan worden bereikt door geschikt ontworpen aanstuurpulsen 15 (ruimte-frequeuentiedomeinwegingen), en SAR-beheer kan worden bewerkstelligd door middel van het minimaliseren van een kwadratische functie in de aanstuurbronnen, welke kwadratische functie zoekt naar een wijze van het organiseren van de bronnen om een gewenst excitatieprofiel en/of gewenste versnelling te verkrijgen, terwijl een E-veld met 20 minimum RF-energieneerslag wordt geïnduceerd.

Vanuit een toepassingsperspectief, is snelle beeldvorming een gebied, waarin de onderhavige parallelle-excitatieaanpak in het bijzonder toepasbaar is. Onder omstandigheden, waarin de anatomie van belang is opgenomen in bijvoorbeeld een lokaal gebied, maakt multidimen-25 sionele excitatie, die het gebied "belicht", beeldvormingsversnelling mogelijk door middel van het verlichten van de aan signaalverwerving opgelegde last van ruimtelijke codering. Verbeteringen ten opzichte van conventionele excitaties representerend, ondersteunen meervoudige kortere parallelle excitaties beeldvormingsvolumedefinitie/besturing, 30 terwijl de tijdskostenbarrière, die het praktische gebruik van multidimensionele pulsen in het verleden belette, wordt gebroken. In vergelijking met het gebruik van een parallelle-verwervingsaanpak, is gefo-cusseerde beeldvorming op basis van de parallelle-excitatieaanpak niet onderhevig aan de door de geometrische factor beschreven unieke SNR-35 verslechtering. Gecombineerd gebruik van de twee aanpakken is mogelijk en kan een zelfs grotere capaciteit voor aftasttijdreductie verschaffen. Hoewel de hierin gerapporteerde experimenten gericht waren op 2D-lokalisatie, is de parallelle-excitatieaanpak van toepassing op het creëren en versnellen van algemene 2D-excitatieprofielen, met voorzie-40 ningen, die correctie van veldimperfectie-geïnduceerde effecten en _1027583 - 21 - niet-Fourier ruimtelijke codering bevatten. De uitvinding is ook toepasbaar op 3D-verwerving.

Bij beeldvorming met een sterk veld kunnen het beschreven zend-systeem en aanstuurmiddel worden gebruikt om het excitatieprofiel te 5 beheren en de RF-energieneerslag te reguleren. Een geïntegreerde behandeling van excitatiepulsen en zendspoelen belichamend, vergemakkelijkt de uitvinding de excitatieprofielbesturing. Transmissie met een verdeeld parallel systeem, versnelling van excitatie en beheer van SAR verschaffen verder een oplossing voor energieneerslag bij een hoge 10 veldsterkte.

Volgens één uitvoeringsvorm is de uitvinding daarom belichaamd in een op een computer opslagmedium opgeslagen computerprogramma, dat instructies heeft, welke instructies bij uitvoering door een computer de computer een Bi-veldafbeelding voor elke zendspoel van een zend-15 spoelarray doen verwerven en uit de Βχ-veldafbeeldingen een ruimte-tijdsvariatie van een samengesteld Βι-veld doen bepalen. De computer wordt er verder toe gebracht om een op elke respectieve zendspoel toegesneden RF-pulsreeks op te wekken, zodat RF-energieneerslag tijdens MR-beeldvorming wordt verminderd.

20 Volgens een ander aspect bevat de uitvinding een MRI-toestel, dat een magnetische-resonantiebeeldvorming(MRI)systeem omvat. Het MRI-systeem heeft een magneet om een polariserend magnetisch veld aan te leggen, een aantal rond de boring van de magneet gepositioneerde gra-diëntspoelen om een magnetisch-veldgradient op te leggen, en een RF-25 zendontvangersysteem en een door een pulsmoduul bestuurde RF-schake-laar om RF-signalen naar een RF-spoelsamenstel te zenden teneinde MR-beelden te verwerven. Een zendspoelarray met een aantal zendspoelen is eveneens geopenbaard. Het toestel bevat ook een computer, die is geprogrammeerd om RF-energieneerslag op een subject (SAR) tijdens MR-30 beeldvorming te regelen via onafhankelijke besturing van het aantal zendspoelen.

Volgens een ander aspect van de uitvinding bevat een werkwijze voor MR-beeldvorming het bepalen van een gebied van belang binnen een subject en het besturen van RF-excitatie door middel van een aantal 35 onafhankelijke zendspoelen van een zendspoelarray, zodat RF-energieneerslag op het subject wordt verminderd.

;De uitvinding is beschreven in termen van de voorkeursuitvoeringsvorm en er wordt onderkend, dat equivalenten, alternatieven en modificaties naast de uitdrukkelijk vermelde equivalenten, alternatie- - 1 0 27 5 8 3 ’ - 22 - ven en modificaties mogelijk zijn en dat deze binnen het kader van de bij gevoegde conclusies liggen.

1027583

Claims

1. Computer leesbaar opslagmedium (26, 28, 30) dat een daarop opgeslagen computerprogramma heeft, dat een reeks van instructies representeert, welke reeks van constructies bij uitvoering door een computer (12, 24, 22, 32, 36), de computer: 5 een veldafbeelding van een magnetisch excitatieveld Bi voor elke zendspoel van een zendspoelarray (70) doet verwerven; uit de Bj-veldafbeeldingen een ruimtetijdsvariatie van een samengesteld Βι-veld doet bepalen; en een op een respectieve zendspoel (72) toegesneden RF-pulsreeks 10 doet genereren, zodat RF-energieneerslag tijdens magnetische-resonan-tie(MR)beeldvorming wordt verminderd.

2. Computer leesbaar opslagmedium (26, 28, 30) volgens conclusie 1, waarin de reeks van instructies verder de computer (12, 24, 22, 32, 36) de RF-energieneerslag over een beeldvormingsvolume 15 doet minimaliseren zonder het veroorzaken van een aanzienlijke af-wijking tussen een door de zendspoelarray (70) gecreëerd RF-excitatie-profiel en een gewenst excitatieprofiel.

3. Computer leesbaar opslagmedium (26, 28, 30) volgens elk van de voorgaande conclusies, waarin de reeks van instructies de computer 20 (12, 24, 22, 32, 36) de RF-energieneerslag doet minimaliseren en een principe belichaamt, dat toepasbaar is op elke zendspoelarraygeometrie (70, 72).

4. Computer leesbaar opslagmedium (26, 28, 30) volgens elk van de voorgaande conclusies, waarin de reeks van instructies de computer 25 (12, 24, 22, 32, 36) een RF-pulsschema voor een zendspoel (72) doet bepalen op basis van ten minste een effectief Βχ-veld voor de zend-spoelen (70, 72) en waarin elk effectief Βχ-veld een onderlinge koppeling van een zendspoel (72) en ten minste een andere zendspoel (72) reflecteert.

5. Computer leesbaar opslagmedium (26, 28, 30) volgens elk van de voorgaande conclusies, waarin de reeks van instructies verder de computer (12, 24, 22, 32, 36) elke pulsreeks zodanig doet ontwerpen, dat parallelle RF-excitatie met de zendspoelarray (70) een resultaat produceert, dat consistent is met een gewenst excitatieprofiel.

6. Computer leesbaar opslagmedium (26, 28, 30) volgens elk van de voorgaande conclusies, waarin de reeks van instructies verder de computer (12, 24, 22, 32, 36) 2D of 3D magnetische-resonantiegegevens doet verwerven. -1027583 1 - 24

- * 7. Computer leesbaar opslagmedium (26, 28, 30) volgens elk van de voorgaande conclusies, waarin de zendspoelarray (70) een lineair gerangschikt aantal zendspoelen (72) bevat.

8. Computer leesbaar opslagmedium (26, 28, 30) volgens conclu-5 sie 7, waarin elke zendspoel (72) door een toegewijde RF-versterker (74) wordt aangestuurd.

9. Computer leesbaar opslagmedium (26, 28, 30) volgens elk van de voorgaande conclusies, waarin de reeks van instructies verder de computer (12, 24, 22, 32, 36) de RF-energieneerslag op een subject 10 tijdens MR-beeldvorming via onafhankelijke besturing van de zendspoelen (72) doet regelen.

10. Computer leesbaar opslagmedium (26, 28, 30) volgens elk van de voorgaande conclusies, waarin de reeks van instructies verder de computer (12, 24, 22, 32, 36) een met een gewenst excitatieprofiel 15 consistente RF-excitatie en SAR-reductie op een subject gelijktijdig doet verkrijgen. - 1 0 2 7 5 8 3