NL1027586C2

NL1027586C2 - Werkwijze en inrichting voor het opwekken van een HF-excitatie welke consistent is met een gewenst excitatieprofiel onder gebruikmaking van een zendspoelarray.

Info

Publication number: NL1027586C2
Application number: NL1027586A
Authority: NL
Inventors: Yudong Zhu
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-11-14
Also published as: DE102004057030B4; JP4954464B2; JP2005152657A; NL1027586A1; US20050134268A1; US7075302B2; DE102004057030A1; US20050110488A1; US7053618B2

Description

«

Werkwijze en inrichting voor het opwekken van een HF-excitatie welke consistent is met een gewenst excitatieprofiel onder gebruikmaking van een zendspoelarrav.

Achtergrond van de uitvinding 5 De onderhavige uitvinding heeft in het algemeen betrekking op MR-beeldvor- ming en, meer in het bijzonder, op een werkwijze en inrichting, geschikt voor parallelle excitatie door middel van een zendspoelarray, voor het realiseren van een gewenst excitatieprofiel. De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het ontwerpen van parallelle-excitatiepulsen die rekening houdt met wederzijdse 10 koppeling tussen spoelen van de spoelarray en van toepassing is op willekeurig welke spoelgeometrie. De onderhavige uitvinding is verder gericht op doelgerichte HF-excitatie over een beeldvormingsvolume teneinde MR-beeldvorming te versnellen.

Wanneer een materiaal zoals menselijk weefsel wordt onderworpen aan een uniform magnetisch veld (polariserend veld Bo), pogen de individuele magnetische mo-15 menten van de spins in het weefsel zich uit te richten met dit polariserende veld, maar precederen daaromheen in willekeurige volgorde op hun karakteristieke Larmor-fre- j quentie. Indien het materiaal, of het weefsel, wordt onderworpen aan een magnetisch j veld (excitatieveld Bi) dat gelegen is in het x-y-vlak en dat dicht bij de Larmor-fre- | quentie is gelegen, kan het netto uitgerichte moment, of de “longitudinale magnetisa-20 tie”, Mz, worden geroteerd, of “gekanteld”, naar het x-y-vlak teneinde een netto transversaal magnetisch moment Mt te produceren. Door de geëxciteerde spins wordt een ! signaal geëmitteerd nadat het excitatiesignaal Bi is beëindigd, en dit signaal kan wor den ontvangen en verwerkt teneinde een beeld te vormen, i Wanneer deze signalen worden aangewend voor het produceren van beelden, 25 worden magnetische veld-gradiënten (Gx, Gy en Gz) gebruikt. Karakteristiek wordt het gebied waarvan een beeld dient te worden gevormd gescand door middel van een sequentie van meetcycli waarin deze gradiënten variëren overeenkomstig de specifieke lokaliseringswerkwijze welke wordt gebruikt. Het verkregen stel ontvangen NMR-sig-nalen wordt gedigitaliseerd en verwerkt teneinde het beeld te reconstrueren onder ge-30 bruikmaking van één van vele welbekende reconstructietechnieken. ;

Ruimtelijk selectieve excitatie wordt op brede schaal aangewend bij MR-beeld-vorming teneinde transversale magnetisatie te induceren terwijl de grootte van het aan 1027586- ._ _ i 2 het signaal bijdragend volume wordt begrensd. Plak-selectieve excitatie, welke het meest algemeen wordt gebruikt, beperkt het aan het signaal bijdragend volume tot een vaste plak welke de ruimtelijke codering vereenvoudigt gedurende de signaalverwer-ving teneinde de dataverwervingstijd of scantijd te reduceren. Multidimensionale exci-5 tatie welke lokalisering produceert langs meer dan één dimensie is aangewend om van deze reductie van de scantijd te bevorderen. Bijvoorbeeld, gelokaliseerde spectroscopie, het met gereduceerde FOV scannen van een te onderzoeken gebied, beeldvorming van een doel-anatomie van unieke vorm, en planaire echobeeldvorming (EPI) met een kortere lengte van de echotrein zijn toepassingen die gewoonlijk worden geïmplemen-10 teerd omdat zij gereduceerde scantijden ondersteunen. Daarnaast is profiel-(flip·, fase-en frequentie-)besturing over een aanzienlijk volume met selectieve excitatie aangewend teneinde de getrouwheid van het excitatieprofiel in de aanwezigheid van niet-homogeniteit van B0 of niet-lineariteit van de gradiënten te verbeteren, en ontvanke-lijkheidsartefacten te reduceren.

15 Selectieve excitatie wordt algemeen geïmplementeerd met een enkele zendspoel welke uitzendt over een geheel volume en een naar verhouding uniform Bi veld produceert, bijvoorbeeld, een vogelkooispoel. Er zijn zeer efficiënte pulsalgoritmen ontwikkeld voor het ontwerpen van excitatiepulsen die geschikt zijn voor een dergelijke configuratie. Niettegenstaande de voordelen welke worden verkregen door middel van 20 deze pulsontwerpwerktuigen, blijven nog technische moeilijkheden over. Vraagstukken in samenhang met de excitatiepulsduur, de nauwkeurigheid van excitatieprofielen, en de absorptie van HF-vermogen (SAR) vertegenwoordigen enkele van de voornaamste problemen in een verscheidenheid van toepassingen. In vergelijking met lD-excitatie, brengt flexibele profielbesturing- langs meerdere dimensies met 2D- of 3D-excitatie 25 geïntensiveerde pulsopwekkingsactiviteit met zich mee en vereist veelal krachtige gradiënten om de pulsduur onder controle te houden. Deze begrenzing belemmert de toepassingen van multidimensionale excitatie op scanners met voor algemene doeleinden geschikte gradiënten. Substantiële subject-afhankelijkheid van het Bj veld, die het gevolg is van toegenomen golfgedrag en interactie van bron en subject bij hoge frequen-30 ties, kunnen ook bijdragen aan de moeilijkheid van het besturen van excitatieprofielen. Een verhoogde snelheid van HF vermogensneerslag bij hoge frequenties vertegenwoordigt een nog andere factor welke een significante invloed heeft op het ontwerp en de toepassing van HF-zendmodules en/of excitatiepulsen.

1027586- 3

Het gebruik van adiabatische pulsen vertegenwoordigt" een pulsontwerpbenade-ring welke gericht is op de moeilijkheid van het besturen van excitatieprofielen die geassocieerd is met niet-homogeniteit van B|. Deze benadering is begrensd aangezien de toepassing daarvan begrensd is geweest tot bepaalde profielen en de neiging heeft een 5 groot HF vermogen te verlangen. Een benadering van het optimaliseren van het B i-veld welke gericht is op het maximaliseren van globale homogeniteit van Bi richt zich op het besturingsvraagstuk door middel van verbeteringen van de zendmodule. Aanpassing van de geometrie van de zendspoel of van het aanstuurmechanisme reduceert, naar is aangetoond, de niet-homogeniteit van Bi. Bij hoge frequenties zijn de mogelijkheden 10 van een op veldoptimalisering gebaseerde benadering echter begrensd. Zelfs met door ijking geleide bijstelling van wegingen van aanstuurpoorten, is de mate waarin de ruimtelijke variatie van het samengestelde Βι-veld een gewenst niveau benadert in hoge mate afhankelijk van de karakteristieken van samenstellende Βι-velden, en de resultaten hebben veelal een aanzienlijke residuele niet-homogeniteit.

15 Een andere voorgestelde oplossing voor het reduceren van de lengte van de exci- tatiepulsen is gebaseerd op een architectuur van parallelle excitatie - meervoudige zendelementen aangestuurd door onafhankelijke aanstuurorganen. Individuele patronen van het Bi-veld worden aangewend teneinde signaalvervalsingslobben welke ontstaan als gevolg van reductie van de bemonsteringsdichtheid in de k-ruimte van excitatie te 20 onderdrukken. Niettegenstaande de reductie van de lengte van de excitatiepulsen welke wordt gerealiseerd met een op parallelle excitatie gebaseerde structuur, heeft toepassing van een dergelijke structuur aangetoond dat met specifieke eigenschappen van de zendelementen niet volledig rekening wordt gehouden. Dat wil zeggen, dat deze bekende parallelle zendarchitecturen geen rekening houden met wederzijdse koppeling tussen 25 zendelementen en veelal afhankelijk zijn van een simplistische geometrie van de zend- j array. Als zodanig worden ruimtelijke variaties die opgewekt worden door de zendelementen niet volledig benut.

Het zou derhalve wenselijk zijn een systeem en een werkwijze te hebben die geschikt zijn voor het realiseren van gewenste excitatieprofielen en voor het reduceren 30 van de lengte van de excitatiepulsen door de middelen van een architectuur van parallelle zendelementen, waarbij geëigende ruimtelijk-temporele variaties van het Bi veld worden geëffectueerd in een samengesteld Bi-veld dat wordt opgewekt door middel van een zendspoelarray.

110275 88- i-· 4

Korte beschrijving van de uitvinding

De onderhavige uitvinding verschaft een systeem en een werkwijze voor het effectueren van ruimtelijk-temporele variaties in een samengesteld Bi-veld, opgewerkt 5 door middel van een zendspoelarray welke de voomoemde nadelen overwint.

De onderhavige uitvinding is gericht op het versnellen van een multidimensionale excitatie door middel van het ensemblegewijs aansturen van meerdere zendspoelen. De onderhavige uitvinding benadrukt de coördinatie van meerdere zendelementen voor het effectueren van geëigende ruimtelijk-temporele Bj-variaties in een samengesteld Bi-10 veld teneinde het beheer van multidimensionale pulslengte te verbeteren onder vergemakkelijking van een getrouwe productie van gewenste excitatieprofielen. De onderhavige uitvinding is ook gericht op het ontwerpen van parallelle-excitatiepulsen met ruimtelijke en ruimtelijke-frequentiedomein-weging.

Derhalve is volgens een aspect van de onderhavige uitvinding voorzien in een 15 werkwijze welke de stap omvat van het bepalen van een gewenst HF excitatieprofiel. De werkwijze omvat verder de stap van het onafhankelijk aansturen van iedere zend-spoel van een zendspoelarray, zodanig dat het resultaat van een collectieve excitatie welke wordt opgewekt door de zendspoelarray in essentie overeenkomt met het gewenste HF excitatieprofiel.

20 Volgens een ander aspect van de uitvinding omvat een MRI-inrichting een MRI- systeem dat een magneet heeft voor het aanleggen van een polariserend magnetisch veld en een veelheid van gradiëntspoelen welke gelegen zijn rondom de opening van de magneet teneinde een magnetische-veldgradiënt op te leggen. Een HF-zendontvanger-systeem en een HF-schakelaar worden bestuurd door middel van een pulsmodule ten-25 einde HF-signalen uit te zenden naar en te ontvangen van een HF-spoelsamenstel teneinde MR-beelden te verwerven. De MRI-inrichting omvat ook een computer die geprogrammeerd is voor het ontwerpen van een veelheid van HF-pulsgolfvormen welke zijn geconfigureerd voor het besturen van HF-opwekking door middel van een zendspoelarray, zodanig dat het resultaat van collectieve HF-opwekking over een beeldvor-30 mingsvolume in essentie overeenkomt met een gewenst HF-excitatieprofiel, onafhankelijk van de geometrie van de zendspoelarray.

1027586- Λ 5

Volgens een ander aspect van de uitvinding is de uitvinding belichaamd in een computerprogramma dat is opgeslagen op een voor een computer leesbaar opslagmedium en dat instructies heeft die, wanneer uitgevoerd door een computer, ertoe leiden dat de computer de HF-transmissie bestuurt door middel van een veelheid van zend-5 spoelen van een zendspoelarray, zodanig dat ruimtelijke en temporele variatie in een samengesteld Βι-veld, begeleid door geëigende gradiëntveranderingen welke in syn-chroniteit daarmee worden uitgevoerd, een gewenst excitatieprofiel vormen wanneer de HF-transmissie is voltooid.

Diverse andere eigenschappen, doelen en voordelen van de onderhavige uitvin-10 ding zullen duidelijk worden aan de hand van de hieronder gegeven gedetailleerde beschrijving en de tekeningen.

Korte beschrijving van de tekeningen

De tekeningen illustreren een heden denkbaar geachte voorkeursuitvoeringsvorm 15 voor het uitvoeren van de uitvinding.

In de tekeningen geldt:

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

Fig. 2 is een blokschema dat een lineaire-zendspoelarray-samenstel illustreert 20 volgens een aspect van de onderhavige uitvinding. j

Fig. 3 is een blokschema dat een rondom werkzaam zendspoelarray-samenstel ! illustreert volgens een ander aspect van de onderhavige uitvinding.

Fig. 4 is een grafiek welke een HF-excitatieprofiel illustreert dat kan worden gerealiseerd met een zendspoelarray volgens de onderhavige uitvinding.

25 Fig. 5-6 zijn grafieken welke illustraties zijn van in de kx-richting werkzame we- j j : gingsbijdragen door de spoelen van een zendspoelarray die gelegen is op twee x-as-locaties.

Fig. 7 illustreert de grootte van lokaliseringsprofielen langs de x-as voor iedere spoel van een zendspoelarray.

30 Fig. 8 illustreert grafisch een pulssequentie volgens een aspect van de onderha vige uitvinding.

1027586- 6 ; \

Fig. 9 illustreert verkregen 2D transversale magnetisatiedistributie zoals geschat door het verwijderen van spoelgevoeligheidsweging uit een verworven beeld.

Fig. 10 illustreert overzichten van het Βι-veld voor de spoelen van een als voorbeeld gegeven zendspoelarray.

5 Fig. 11 illustreert de distributie van transversale magnetisatie vanuit een niet-se- lectieve excitatie in een referentielichaam-spoel.

Fig. 12 illustreert overzichten van Bj-velden voor iedere spoel van een zendspoelarray en ook een samengesteld veldoverzicht dat wordt opgewekt door middel van het superponeren van de individuele overzichten van de Bt-velden.

10 Fig. 13-16 illustreren resultaten van een HF-pulsopwekkingsprotocol voor het besturen van HF-transmissie en het tot een minimum beperken van HF-neerslag op een subject volgens een ander aspect van de onderhavige uitvinding.

Gedetailleerde beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvorm 15 Verwijzend naar fig. 1 zijn de hoofdcomponenten getoond van een de onderha vige uitvinding omvattend voorkeurssysteem 10 voor magnetische-resonantiebeeld-vorming (MRI). Het bedrijf van het systeem wordt bestuurd vanuit een operatoreenheid 12 welke een toetsenbord of een invoerinrichting 13, een besturingspaneel 14, en een weergeefscherm 16 omvat. De eenheid 12 communiceert via een verbinding 18 met een | 20 afzonderlijk computersysteem 20 dat een operator in staat stelt de productie en de j weergave van beelden op het weergeefscherm 16 te besturen. Het computersysteem 20 omvat een aantal modules welke met elkaar communiceren via een rugvlak 20a. Deze i omvatten een beeldprocessormodule 22, een CPU-module 24 en een geheugenmodule 26, in de techniek bekend als een framebuffer voor het opslaan van beelddata-arrays.

i 25 Het computersysteem 20 is verbonden met schijfopslag 28 en bandeenheid 30 voor het opslaan van beelddata en programma’s, en communiceert met een afzonderlijk sys-teembesturingsorgaan 32 via een snelle seriële verbinding 34. De invoerinrichting 13 kan een muis, joystick, toetsenbord, stuurkogel, aanraakscherm, lichtpen, spraakbestu-ringsorgaan, of willekeurig welke andere soortgelijke of equivalente invoerinrichting 30 omvatten en kan worden gebruikt voor het interactief voorschrijven van geometrie.

Het systeembesturingsorgaan 32 omvat een stel modules welke met elkaar zijn verbonden door een rugvlak 32a. Deze omvatten een CPU-module 36 en een pulsgene- (10275 86- 7 ratormodule 38 welke is verbonden met de operatoreenheid 12 via een seriële verbinding 40. Via verbinding 40 ontvangt het systeembesturingsorgaan 32 opdracht van de operator tot het aanduiden van de uit te voeren scansequentie. De pulsgeneratormodule 38 bedrijft de systeemcomponenten teneinde de gewenste scanseqentie uit te voeren en 5 produceert data die een indicatie geven van de tijdsturing, de sterkte en de vorm van de geproduceerde HF-pulsen, en van de tijdsturing en de lengte van het dataverwervings-venster. De pulsgeneratormodule 38 is verbonden met een stel gradiëntversterkers 42, | teneinde een indicatie te geven van de tijdsturing en de vorm van de gradiëntpulsen welke worden geproduceerd gedurende de scan. De pulsgeneratormodule 38 kan ook 10 patiëntdata ontvangen vanuit een fysiologische-verwerving-besturingsorgaan 44 dat signalen ontvangt vanuit een aantal verschillende sensors die verbonden zijn met de patiënt, zoals ECG-signalen afkomstig van elektroden die zijn bevestigd aan de patiënt.

En tenslotte is de pulsgeneratormodule 38 verbonden met een scankamer-interface-schakeling 46 welke signalen ontvangt vanuit diverse sensors die geassocieerd zijn met 13 de conditie van de patiënt en het magneetsysteem. Een patiëntpositioneringssysteem 48 ontvangt, eveneens via de scankamer-interfaceschakeling 46, opdrachten voor het verplaatsen van de patiënt naar de gewenste positie voor de scan.

De gradiëntgolfvormen welke worden geproduceerd door middel van de puls-generatormodule 38 worden toegevoerd aan een gradiëntversterkersysteem 42 dat Gx, 20 Gy en Gz versterkers heeft. Iedere gradiëntversterker exciteert een overeenkomstige fysieke gradiëntspoel in een gradiëntspoelsamenstel, in het algemeen aangeduid met 50, teneinde de magnetische-veldgradiënten te produceren welke worden gebruikt voor het ruimtelijk coderen van verworven signalen. Het gradiëntspoelsamenstel 50 is onderdeel van een magneetsamenstel 52 dat een polariserende magneet 54 en een hele-25 lichaam HF-spoel 56 omvat. Een zendontvangermodule 58 in het systeembesturingsor- | gaan 32 produceert pulsen welke worden versterkt door een HF-versterker 60 en worden gekoppeld naar de HF-spoel 56 door middel van een zend/ontvang-schakelaar 62.

De verkregen signalen welke worden geëmitteerd door de geëxciteerde kernen in de patiënt kunnen worden waargenomen door middel van dezelfde HF-spoel 56 en via de j 30 zend/ontvang-schakelaar 62 worden gekoppeld naar een voorversterker 64. De ver- j sterkte MR-signalen worden gedemoduleerd, gefilterd en gedigitaliseerd in het ontvan-gergèdeelte van de zendontvanger 58. De zend/ontvang-schakelaar 62 wordt bestuurd door middel van een signaal dat afkomstig is van de pulsgeneratormodule 38 teneinde 1027586- 1 i λ 8 de HF-versterker 60 elektrisch te verbinden met de spoel 56 'gedurende de zendmodus en de voorversterker 64 te verbinden met de spoel 56 gedurende de ontvangmodus. De zend/ontvang-schakelaar 62 kan ook mogelijk maken dat een afzonderlijke HF-spoel (bijvoorbeeld, een oppervlaktespoel) wordt gebruikt in de zendmodus of de ontvang-5 modus.

De MR-signalen welke zijn opgevangen door de HF-spoel 56 worden gedigitali- ! seerd door de zendontvangermodule 58 en overgedragen naar een geheugenmodule 66 in het systeembesturingsorgaan 32. Een scan is voltooid wanneer een array van ruwe k-ruimte-data is verworven in de geheugenmodule 66. Deze ruwe k-ruimte-data worden 10 heringericht tot afzonderlijke arrays van k-ruimte-data voor ieder te reconstrueren beeld, en ieder van deze wordt toegevoerd aan een arrayprocessor 68 welke Fourier-transformatie verricht teneinde de data om te vormen tot een array van beelddata. Deze beelddata worden via de seriële verbinding 34 overgedragen naar het computersysteem ί 20 waar zij worden opgeslagen in geheugen, zoals schijfopslag 28. In responsie op op- | j 15 drachten welke zijn ontvangen vanuit de operatoreenheid 12, kunnen deze beelddata i worden gearchiveerd in lange-termijnopslag zoals op de bandeenheid 30, of kunnen zij j verder worden verwerkt door de beeldprocessor 22 en overgedragen naar de operatoreenheid 12 en op het weergeeforgaan 16 worden getoond. !

De onderhavige uitvinding is gericht op een werkwijze en een systeem voor het j 20 versnellen van de transmissie van HF-pulsen door een veelheid van zendspoelen. Een dergelijke zendspoelarray is geïllustreerd in figuur 2. Zendspoelarray-samenstel 70 omvat een veelheid van HF-spoelen of -elementen 72 welke zijn ontworpen voor parallelle HF-transmissie, en een veelheid van HF-versterkers 74. In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt iedere zendspoel 72 aangestuurd door een taakspecifieke HF-verster-25 ker 74. In dit opzicht is iedere HF-versterker geconfigureerd voor het opwekken van een bestuurde stroom in een respectieve HF-spoel voor het definiëren en sturen van een excitatievolume 76 van een subject 78 binnen een MRI-systeem. Zoals eveneens zal worden beschreven wordt ieder van de zendspoelen bestuurd op een zodanige manier dat rekening wordt gehouden met correlaties tussen de spoelen, dat wil zeggen, weder-30 zijdse koppeling. Zoals geïllustreerd in figuur 2 zijn de zendspoelen 72 ingericht op een in essentie lineaire manier. Daarnaast sturen, zoals in meer detail zal worden beschreven, de HF-versterkers de veelheid van HF-zendspoelen zodanig aan dat HF-excitatie in essentie kan worden gelokaliseerd tot een specifiek te onderzoeken gebied, zodanig 1027588- 9 dat de neerslag van HF-vermogen op het subject wordt gereduceerd. Zoals verder zal worden beschreven wordt ieder van de zendspoelen bestuurd op een zodanige manier dat de neerslag van HF-vermogen verder wordt gereduceerd.

Thans verwijzend naar figuur 3 is zendspoelarray-samenstel 70 geïllustreerd in 5 een andere uitvoeringsvorm. In deze uitvoeringsvorm zijn de zendspoelen 72 gepositioneerd op een rondom gelegen manier. Daarbij zijn de spoelen ingericht op een gedis- i tribueerde manier rondom het subject. Op soortgelijke wijze als die welke is getoond en beschreven met betrekking tot figuur 2, is iedere HF-spoel 72 verbonden met een taak- ! specifieke HF-versterker 74. Een deskundige op dit gebied van de techniek zal zonder 10 meer inzien dat figuren 2-3 een paar mogelijke inrichtingswijzen van de spoelen van een zendspoelarray illustreren en dat andere inrichtingswijzen welke niet specifiek zijn geïllustreerd mogelijk en denkbaar zijn.

Zoals hierboven is aangeduid, is de onderhavige uitvinding gericht op een werkwijze en een systeem welke bedrijfbaar zijn met een zendspoelarray, zodanig dat HF-15 excitatie door middel van de zendspoelen wordt uitgevoerd in parallel. De parallelle excitatie ondersteunt een reductie van de scantijd door de HF-pulsen en het lokaliseren van doelgerichte excitatie te versnellen.

De onderhavige uitvinding zal worden beschreven met betrekking tot een excitatie met kleine kantelingshoek, maar een deskundige op dit gebied van de techniek zal 20 inzien dat de onderhavige uitvinding kan worden uitgebreid tot andere excitatieregimes.

De transversale magnetisatie welke het gevolg is van excitatie met kleine kantelingshoek met een enkele zendspoel kan worden geanalyseerd door middel van de Fourier-transformatie van de baan in k-ruimte welke wordt doorlopen en gewogen gedurende de excitatie: 25 M (x) = jy M0 (x) b(x) | W(k) S (k)e j2*k xdk t t ......

vergelijking 1 30 waarin S(k) een baan van ruimtelijke-frequentiebemonstering vertegenwoordigt, bestuurd door de schakelgradiënten, W(k), een ruimtelijke-ftequentieweging, geïnduceerd 1027586- 4 10 door de aansturende HF-bron, en b(x), een ruimtelijke weging, geïnduceerd door het patroon van het Βι-veld van de spoel.

Wanneer meerdere stellen puls-synthetiseerorganen en -versterkers parallelle HF-bronnen vormen welke gelijktijdig overeenkomstige spoelen aansturen gedurende ex-| 5 citatie, beïnvloeden meervoudige ruimtelijke-frequentiewegingen en ruimtelijke we gingen de opwekking van de transversale magnetisatie. Binnen de begrenzingen van de benadering met kleine kantelingshoek, kan het perspectief van de k-ruimte dat wordt uitgedrukt door vergelijking 1 worden uitgebreid teneinde een systeem van parallelle excitatie te analyseren dat gebaseerd is op de eigenschap van lineariteit: 10 M(x) = jr Μ0(χ) 2>,,« 1ΣcnmsmeJM 'dk .

n=1 l-l vergelijking 2 15

In vergelijking 2 duidt N het totale aantal zendspoelen aan, zijn n en 1 spoelindices, zijn cn,i coëfficiënten welke de wederzijdse koppeling karakteriseren tussen de spoelen, vertegenwoordigen W|(k) ruimtelijke-frequentiewegingen, geïnduceerd door de onaf- 20 hankelijk bestuurde HF-bronnen, en vertegenwoordigen b„(x) ruimtelijke wegingen welke zijn geïnduceerd door de patronen van de spoelen van de respectieve Bi-velden.

Wanneer g(x) de term in vergelijking 2 aanduidt welke het excitatieprofiel definieert, j kan g(x) worden uitgedrukt als: 25 =E[Êc.Awjl^(wyM< '<*=^*,«1 «Kkyocy^-dk vergelijking 3 30 hetgeen aanduidt dat in de analyse van het parallelle zendsysteem bi(x) = INn=icn,|b„(x), de effectieve ruimtelijke wegingen kunnen worden gebruikt om rekening te houden met door koppeling geïnduceerde correlaties tussen de spoelen.

1027586- „ ! 11

Als een voorbeeld wordt het geval van een 2D-excitatie beschouwd, waarbij een baan van een planaire echo (kx,ky) waarbij kx de langzame richting is en Akx de bemon-steringsperiode is, wordt gebruikt, en {(x,y)|xmm ^ x ^ Xmin, ymin ^ y ^ yraax} het waarnemingsveld specificeert dat het subject bevat. De weging en bemonstering van k-5 ruimte leidt tot een profiel van 2D excitatie, dat, zoals gedefinieerd door vergelijking 3, een gewogen superpositie is van N periodische functies: N Λ +oo g(x,y) =Ylb,(x,y)J]u,(x-mA,y) /=/ m—~oo 10 — vergelijking 4

In vergelijking 4 vertegenwoordigen de notatie U|(x) en Δ respectievelijk JW|(k)e’2sk"xdk | en 1/Akx. Z-afhankelijkheid is onderdrukt voor de eenvoud.

15 Uit vergelijking 4 is het duidelijk dat de discrete aard langs kx noodzakelijk sig- naalvervalsingslobben langs x impliceert. Van significantie is, dat vergelijking 4 aan- | duidt dat de zijlob-onderdrukking kan worden gerealiseerd door middel van meervou-

' A

dige weging in het ruimtelijke domein (bi(x)) en het ruimtelijke-frequentiedomein (Wi(k)). Dit kan worden vergeleken met het geval van excitatie met een lichaamsspoel i 20 (volumespoel met b(x)»l), waarbij in een karakteristiek pulsontwerp de zij lobben buiten het subject zijn geduwd door het zodanig begrenzen van de bemonsteringsperiode Akx dat deze niet groter is dan 1/D (D = Xmax-Xmin)·

Binnen een regime met kleine kantelingshoek kan het ontwerp van gradiënt- en HF-pulsen, gegeven een gewenst excitatieprofiel, worden gerealiseerd onder oplossing 25 van een omgekeerd probleem dat gedefinieerd is door vergelijking 3. Voor de doeleinden van de illustratie zal een 2D-excitatie worden beschreven.

Teneinde een 2D excitatieprofiel te realiseren, dat volgt uit g(x,y) en met oplossingen van het type: ui(x,y)=h|(x,y)g(x,y), kan vergelijking 4 worden herschreven als: 1027586- w w 12 j +oo N Λ g(x,y)= J]g(x - nA y)Yjh 0 - «A y)bt (x, y) m=-oo /=1 5 vergelijking 5 welke in het algemeen vereist, voor alle (x,y) binnen het waarnemingsveld, ίο Σ*/('-«δ.Μ(χ.y)={J „”1° vergelijking 6

Door het sorteren van de vergelijkingen (bijvoorbeeld, door verandering van variabe-15 len), kan worden aangetoond dat (hi(x,y), 1 = 1, ..., N} karakteristiek beperkt is, bij iedere (x,y), door K lineaire vergelijkingen (K is gedefinieerd als het kleinste gehele getal dat groter is dan of gelijk aan D/Δ): c(x,y)h(x,y) = ei Vergelijking 7 20 waarin 1027586- ♦

V

V· 13 Γ bx(x,y) b2(x,y) ... bN(x,y) q : vergelijking 8 5 J) ^(x + mk,y) b2(x + m^y) ... b„(x + mA,y) L. : : !

J

15 (x,y) = ih\ (x> y) h2 (x, y) ... hN (x, y)f vergelijking 9 10 ei — [1 0 ... 0]T vergelijking 10 en {x, ..., χ+πιΔ (m ^0), ...} het stel x-coördinaten binnen het waarnemingsveld vertegenwoordigt welke gelijk gespatieerd en met elkaar geassocieerd zijn als gevolg van 15 signaalvervalsing. Wanneer een bemonsteringsperiode Δ|ςΧ wordt gebruikt welke groter is dan 1/D, vertegenwoordigen alle vergelijkingen behalve de eerste vergelijking in vergelijking 7, de onderdrukking van signaalvervalsing-zij lobben die binnen het waarnemingsveld zijn gelegen.

Het met herhaling oplossen van vergelijking 7 voor locaties overal binnen het 20 waarnemingsveld geeft h|(x,y)’s, welke dan de berekening mogelijk maken dat k-ruimte-weging wordt berekend overeenkomstig de volgende vergelijking: W,(k) = [ hl(x)g(x]el2"kI dx 25 vergelijking 11

De k-ruimte-weging, en de HF-pulsgolfvorm welke geassocieerd is met de lde spoel, kunnen aldus worden berekend met de Fourier-transformatie van een ruimtelijk-gewo-30 gen versie van het gewenste excitatieprofiel, waarbij de ruimtelijke weging wordt afgeleid van overzichten van Bi-velden van iedere zendspoel en de baan waarmee k-ruimte wordt doorlopen.

1027586- % i 14 *-

De kwaliteit van overzichten van Bi-velden heeft rechtstreekse invloed op de nauwkeurigheid van de excitatieprofielen. De overzichten kunnen experimenteel worden geijkt, met één tegelijk. Bij deze benadering kan iedere ijking een beeldvormings-experiment omvatten dat een enkel element van de zendarray gebruikt voor transmissie 5 (met nul-invoeren naar andere elementen) en de lichaamsspoel voor ontvangst. Een verdeling van het resultaat door middel van een referentiebeeld voor het verwijderen van de modulatie van subjectcontrast en toegevoegde verwerking voor het onderdrukken van de effecten van ruis, verschaft dan een schatting van het effectieve Bi-over-zicht dat geassocieerd is met het zendelement. Bij wijze van alternatief kunnen Bt-10 overzichten worden afgeleid uit gevoeligheidsoverzichten op basis van het principe van wederkerigheid. Men dient op te merken dat de meerdere gevoeligheidsoverzichten kunnen worden geijkt in parallel teneinde de ijkingstijd te reduceren. De tegengestelde fase en de mogelijke veranderingen van spoelkoppelingseigenschappen tussen zenden en ontvangen kunnen echter, indien daarmee geen rekening wordt gehouden, ongun- j 15 stige invloed hebben op de nauwkeurigheid van de geschatte effectieve Bi-overzichten. !

Wanneer twee typen systemen worden vergeleken in het voorbeeld van 2D-exci-tatie, verschaft de onderhavige uitvinding excitatieversnelling van maximaal N-keer ten opzichte van een eenkanalig lichaamsspoelsysteem. Formeel wordt dit onthuld door het feit dat vergelijking 7 ten minste één oplossing toelaat indien N > D/Δ, of, daaraan 20 equivalent, Ak,x < N/D, hetgeen in tegenstelling staat tot de meer stringente vereiste van Akx < 1/D in het geval van lichaamsspoeltransmissie. Intuïtief is de capaciteit voor versnelling, of reductie van de bemonsteringsdichtheid van de excitatie k-ruimte waarschijnlijk het best te appreciëren door in te zien dat hoewel een reductie van de bemonsteringsdichtheid van de excitatië-k-ruimte signaalvervalsingslobben binnen het subject 25 gelegen doet zijn, een geëigend ontwerp van de weging (Wi(k)) in het ruimte-

A

lijke/frequentie-domein kan combineren met de weging (bi(x)) in het ruimtelijke domein en het signaalvervalsingspatroon (zoals bepaald door de bemonstering) teneinde te leiden tot niet-coherente toevoeging, waardoor reductie of opheffing van netto-am-plituden van signaalvervalsingslobben wordt gerealiseerd.

30 Bij een versnellingsfactor welke kleiner is dan N, of, daaraan equivalent, een be- monsteringsperiode welke kleiner is dan N/D, maakt vergelijking 7 een familie van oplossingen van dimensionaliteit van N-K mogelijk. Dit leidt tot keuzen van excitatie- 1027586- % 15 pulsontwerpen welke alle in staat zijn een hoofdlob te produceren die overeenkomt met het gewenste excitatieprofiel en, waar dit van toepassing is, gelijktijdig signaalverval- | singslobben te onderdrukken. Het specifieke ontwerp dat gebruik maakt van hi(x,y)’s, ! berekend door het oplossen van vergelijking 7 in de zin van de minimale norm, is op-5 merkelijk aangezien het de neiging heeft de gevoeligheid van het excitatieprofiel voor verstoringen te verkleinen of de vermogensvereiste van de HF-versterkers te reduceren.

Het onafhankelijk aansturen van zendspoelen van een zendspoelarray ondersteunt ook SAR-beheer. In vergelijking met uniforme bestrijking van een subjectvolume met een enkele zendspoel, zal het gefocusseerd exciteren van uitsluitend het te onderzoeken 10 gebied met een array van gedistribueerde lokale zendspoelen door gebruik te maken van de spoelen in de nabije omgeving, de neerslag van een aanzienlijk HF-vermogen buiten het desbetreffende gebied verhinderen. Daarnaast kan, uit de vele manieren voor het ensemblegewijs aanwenden van de bronnen en het realiseren van een gewenst excitatieprofiel, die welke een E-veld induceert met een zo klein mogelijke daaruit voort-15 komende neerslag van HF-vermogen worden gekozen.

Hoewel de onderhavige uitvinding een aantal technieken voor SAR-reductie ondersteunt, dat wil zeggen, gefocusseerde HF-excitatie, zal SAR-beheer met speciale aandacht voor het tót een minimum beperken van SAR, gemiddeld over het subjectvolume en de excitatieperiode, gedefinieerd door: 20 V ^gO**1* vergelijking 12 25 hieronder in meer detail worden beschreven. In vergelijking 12 duidt σ weefselgeleid-baarheid aan, p de dichtheid; V de grootte van het bestraalde subjectvolume en P het totale aantal tijdpunten dat wordt gebruikt voor het kwantificeren van het temporeel gemiddelde.

30 Stel, bijvoorbeeld, dat er meerdere lusspoelen zijn die zodanig zijn geplaatst dat zij gericht zijn naar het oppervlak van een groot paneel van geleidend materiaal. Bij lage frequenties zullen de velden binnen het paneel de neiging hebben te worden ge-I domineerd door de daarop vallende velden, welke worden geproduceerd door de stro- ; 1027586-

V

* 16 men in de spoelen. Na een quasi-statische benadering wat betreft het analyseren van elektrische en magnetische nabij-velden, kunnen de velden worden gekarakteriseerd met een vectorpotentiaal A: - 5 tr' 4π ·! x-x'l C, I - I vergelijking 13 waarin de lijnintegralen over de stromen in de spoelen zijn gebaseerd op gloeidraadbe-10 nadering van de spoelgeleiders, en de velden zijn gerelateerd aan A door B = V x A en E = -dA/dt. In dit geval kan de term |E(x,pAt)|2 in vergelijking 12 worden geëvalueerd als: V qI ^ vergelijking 14 welke een kwadratische vorm is in [Ii(pAt)Ï2(pAt)], een vector met waarden van de 20 stroomgolfvormen op moment pAt. Wanneer men de volume-integraal en de temporele sommering uitsorteert, kan SARave worden uitgedrukt als een kwadratische functie in de monsters van de stroomgolfVormen: SARave= shF s Vergelijking 15, 25 waarin superscript H conjugaattranspositie aanduidt, matrix F invoeren draagt die geëvalueerd zijn op basis van vergelijkingen 12 en 14, een vector s in een overeenkomstige volgorde een totaal verzamelt van NxP monsters van de stroomgolfvormen.

Mits het elektrische veld lineair schaalt met toegepaste bronfuncties, is een kwa-30 dratische relatie in de vorm van vergelijking 5 tussen gemiddelde SAR en bronfunctie-monsters in het algemeen geldig. In de aanwezigheid van biologische objecten of bij hoge frequenties is het oplossen van vergelijkingen van Maxwell echter moeilijk en kan 1027588-

J

17 de constructie van de F matrix zich mogelijk noodzakelijk baseren op ijkingsresultaten of rechtstreekse metingen van E-velden.

Gegeven dat de absorptiewaarde en de transversale magnetisatie afhankelijk zijn van de toegepaste bronfuncties, is de vaststelling van een stel gecoördineerde bron-5 functies dat het gewenste excitatieprofiel produceert terwijl minimale SAR wordt geïnduceerd, mogelijk. In het regime met kleine kantelingshoek, of in de uitbreiding daarvan waarbij een lineaire behandeling van de vergelijkingen van Bloch geëigend is, bestaat een oplossing van gesloten vorm voor het ontwerpen van multidimensionale excitatie, hetgeen de taak van het doorzoeken van een enorme ontwerpruimte overbodig 10 maakt.

Het hierboven beschreven voorbeeld van 2D-excitatie voortzettend, beperken vergelijkingen van de vorm van vergelijking 7, welke voortkomen uit de vereiste van het opwekken van de gewenste hoofdlob binnen het subject onder vermijding van sig-naalvervalsingslobben, collectief de ruimtelijke patronen van hi(x)’s. Het in een pool 15 bij elkaar brengen van deze vergelijkingen leidt derhalve tot de ontwerpbeperkingen welke, in de vorm van een matrix, kunnen worden uitgedrukt als:

Caiiha» = eaii Vergelijking 16 20 In vergelijking 16 is Can een blok-diagonale matrix met C(X,y)’s op de diagonaal en overal elders nullen, en zijn haii en eaii vectoren welke respectievelijk aan elkaar geschakelde h(X>y)’s en ei’s vertegenwoordigen. Indien een bewegend monster van de we-gingsfuncties wordt uitgevoerd met een constante snelheid, zijn de wi(k(t))’s evenredig met de stroomgolfvormen. De Fourier-transformatie-relatie tussen de W|(k)’s en de 25 hi(x)’s maakt het mogelijk vergelijking 15 te herschrijven in termen van ha»: SARave = hHatiVhaii Vergelijking 17

De kwadratische vorm welke overblijft als een Fourier-transformatie definieert een 30 lineaire correlatie van h|(x) naar Wi(k). Een variabele bemonsteringsfrequentie zou slechts invoeren van matrix V zodanig modificeren dat zij overeenkomen met veranderingen van gradiëntamplitude. Als zodanig kan een pulsontwerp voor SAR-beheer wor- 1027586- 18 den gerealiseerd door het tot een minimum beperken van een kwadratische functie welke onderhevig is aan een lineaire beperking: minimaliseer hHaiiVhau 5 Vergelijking 18 onderworpen aan Caiihaii = eaii welke kan worden opgelost onder gebruikmaking van welbekende numerieke technieken.

10 Ontwerpprincipes voor pulsen voor parallelle excitatie met kleine kantelingshoek zoals die welke hierboven zijn beschreven werden geëvalueerd in simulatie en in experimenten met kunstmatige subjecten. Teneinde het ontwerpprincipe voor versnelde multidimensionale excitatie te evalueren, werd parallelle excitatie met een zendspoelar-ray eerst onderzocht in een simulatie-onderzoek. De zendarray omvatte negen identieke 15 lusspoelen van 19,8 cm x 6,4 cm welke werden geplaatst op een vlakke vorm en op een rij werden gezet langs de x-richting. Deze array was gericht naar een dim paneelobject beneden het array-oppervlak. 2D-excitatie met een gewenst excitatieprofiel over het object in de vorm van g(x)=gx(x).g2(z) werd benaderd met parallelle excitatiepulsen. In dit geval leidden het gebruik van een echo-planaire kx-kz-baan bestaand uit kx = con-20 stante lijnen die gelijk gespatieerd waren met Δι», de verwaarloosbare variatie van Bi in de y- en z-richting in het gelokaliseerde volume, en de scheidbaarheid van g(x), tot oplossingen van vergelijking 11 van de vorm W|(k)=UkX,i(kx).Ukz(kz), waarin UM(kx)=[h,{x)gx{x)eJ2^dx 25 [g;(z)e J^k- dz

Voor de doeleinden van dit eerste experiment werden vergelijkingen van de vorm van vergelijking 7 geconstrueerd en werden wegingen over kx-kz bepaald. HF-pulsgolfvor-30 men werden vervolgens berekend op basis van vergelijking 11. Als referentie werden lichaamsspoel-excitatiepulsen welke gericht waren op dezelfde 2D-lokalisering ontworpen.

102 75 86 - 19

Het ontwerpprincipe voor versnelde excitatie werd vérder geëvalueerd in een onderzoek met een kunstmatig subject, dat werd uitgevoerd op een 1,5 Tesla MRI-scanner (CVi, GE Medical Systems, Waukesha, WI) met een opzet die in hoge mate soortgelijk is aan die van het simulatie-onderzoek dat hierboven is genoemd. De zend-5 spoelarray waarom het gaat was van dezelfde geometrie en was 3 cm boven een kunstmatig met water gevuld baksteen-subject van 41 x 19 x 1 cm3 geplaatst. Aangezien de scanner uitsluitend eenkanalige HF-pulstransmissie ondersteunde, onderzocht het onderzoek op indirecte wijze de parallelle excitatie, door nabootsing van het gelijktijdig aansturen van de negen-array-elementen door middel van een reeks van negen eenka-10 nalige experimenten. De geldigheid van de benadering is gewaarborgd door de eigenschap van lineariteit in het regime met kleine kantelingshoek, waardoor het mogelijk is het resultaat van een experiment met parallelle excitatie te voorspellen op basis van de superpositie van distributies van transversale magnetisatie welke worden waargenomen bij experimenten met eenkanalige excitatie.

15 Specifiek werd een enkele zend/ontvang-lusspoel die een grootte had van 19,8 cm x 6,4 cm bevestigd aan de HF-interface van de scanner. Gedurende de negen experimenten werd een spoel geplaatst en aangestuurd met één configuratie tegelijk, ieder met een positie en een HF-puls welke overeenkomt met één van de negen elementen op de virtuele spoel-array welke men beoogde te simuleren. Na voltooiing van iedere 20 transmissie werd de spoel onmiddellijk naar de ontvangfimctie geschakeld, terwijl bij alle experimenten de lichaamsspoel van de scanner in ontstemde toestand werd gehouden. 2D-excitatie en verwerving werden uitgevoerd met een gradiëntecho-sequentie. Van het ene experiment tot een ander werd het doorlopen van de excitatie k-ruimte hetzelfde gehouden (dat wil zeggen, echo-planaire kx-kz baan waarbij kx de langzame 25 richting is) maar werd de weging (de HF-puls) veranderd overeenkomstig het ontwerp van de excitatiepuls. 2D-verwerving produceerde beelden waardoor een overzicht van het kunstmatige watersubject werd verkregen langs de x-richting en de z-richting (en geprojecteerd langs de y-richting, dat wil zeggen, de normaal richting van het paneel van 1 cm). 2D-distributies van transversale magnetisatie werden gekwantificeerd door 30 het uit de beelden verwijderen van de gevoeligheidsprofielen van de spoelen. De distributies werden daarna gesuperponeerd teneinde een schatting te verschaffen van de distributie die werd verkregen uit het overeenkomstige experiment met parallelle excitatie. Door het ontwerp van het onderzoek is spoelkoppeling niet een factor. Bj overzichten 1027586- 20 ' ! welke werden geschat op basis van de wet van Biot-Savart werden gebruikt in zowel de berekeningen van de HF-pulsen als bij de verwijdering van gevoeligheidsprofielen.

Bij een ander onderzoek met betrekking tot excitatieversnelling werd een rondom gelegen array-geometrie onderzocht. De array bestond uit zeven zendelementen welke 5 azimutaal waren gedistribueerd in een rondom gelegen vorm binnen een patiëntopening van een scanner. Computersimulaties evalueerden op 2D-excitatie gebaseerde ontwerpen welke lokaliseren langs zowel de x-dimensie als de y-dimensie. De koppeling tussen de elementen was niet verwaarloosbaar en werd in aanmerking genomen met een koppelingsmatrix welke was bepaald op basis van berekeningen van wederzijdse in-10 ductantie. De ontwerpen maakten gebruik van de oorspronkelijke vergelijkingen 7 en 11.

De effectiviteit van het SAR-beheerstelsel, eerder beschreven als geïntegreerd in het op parallelle pulsen gebaseerde ontwerp, werd verder geëvalueerd. De evaluatie werd uitgevoerd op dezelfde manier als in het eerste simulatie-onderzoek, met uitzon-15 dering van de toepassing van parallelle excitatiepulsen van het ontwerptype dat gedefinieerd is door vergelijking 18 in plaats van vergelijking 7. Met de berekende h|(x,z)’s volgden uit vergelijkingen 11 wegingen boven kx-kz, welke op hun beurt de HF-puls-golfvormen bepaalden. Het verkregen excitatieprofiel en de verkregen gemiddelde SAR werden vergeleken met die van het eerst simulatie-onderzoek.

20 Een bespreking van de resultaten van de hierboven beschreven experimenten volgt. Gefocusseerde excitatie van een gebied van 5x5 cm, gecentreerd op x = 8 cm en z = 0 binnen het paneelobject, werd onderzocht in het eerste simulatie-onderzoek. Gebaseerd op een lichaam-zendspoel, gebruikte een referentie-ontwerp pulsen welke 57 kx = constante lijnen doorliepen bij AkX = 1/31,6 perioden/cm. De lokalisering in de x-25 richting welke werd verkregen uit dit referentie-ontwerp is getoond in figuren 4-7. Een op parallelle excitatie gebaseerd ontwerp realiseerde de taak van 2D-lokalisering met de zendspoelarray. Het ontwerp, dat een viervoudige versnelling vertegenwoordigde, gebruikte pulsen welke 14 kx = constante lijnen doorliepen bij AkX = 1/7 perioden/cm.

UicX,4 (mAkX) en Uk^fmAk*), de weging in de kx-richting welke werd bijgedragen door 30 de spoelen die gelegen zijn op x = -4cm respectievelijk x = 8 cm, zijn geïllustreerd in figuur 5 en figuur 6. Lokalisering in de richting van x als gevolg van ieder van de negen spoelen is getoond in figuur 7. Men dient op te merken dat hoewel de eerste sig-naalvervalsing-zijlobben 4,5 x dichter bij het doel gelegen waren (spatiëring van mid- 1027586- 21 den tot midden = 7 cm) als gevolg van de vermindering van bemonsteringsdichtheid, de netto amplituden van deze en ook van andere signaalvervalsingslobben welke gelegen zijn binnen de 40 cm FOV, verwaarloosbaar waren als gevolg van niet-coherente optelling, zoals getoond in figuur 4. In vergelijking met het resultaat van de lichaams-5 spoel-benadering, was de lokalisering van de parallelle excitatie even goed geherfocus-seerd (de imaginaire component, niet getoond, was verwaarloosbaar), en van vergelijkbare ruimtelijke resolutie. Zie figuur 4.

In het op een kunstmatig subject gebaseerd onderzoek waren effecten van niet-coherente optelling op signaalvervalsing-zijlobben het centrum van de aandacht. Hier-10 toe werden 2D-excitatiepulsen ontworpen teneinde een gebied in het water-kunstsub-ject te treffen onmiddellijk beneden het centrale element. Teneinde het onderzoek te vergemakkelijken was het bij de pulsberekeningen verder een aanname dat het gaat om een uitgebreide lineaire array in plaats van om de 9-elementen-array. De ontworpen pulsen hadden een lengte van 5,7 msec. Voor het experiment met betrekking tot het 15 centrale element toont figuur 8 de aangelegde HF-puls (de grootte en de fase daarvan) en ook de gradiëntpulsen Gx en Gz welke identiek werden uitgevoerd in alle experimenten van de reeks. Het verwijderen van het gevoeligheidsprofiel van de spoel uit het verkregen beeld verschafte een schatting van de distributie van de 2D-transversale magnetisatie welke wordt geïnduceerd door het element, zoals getoond in figuur 9. Fi-20 guur 10 illustreert de Bi/gevoeligheid-overzichten welke werden gebruikt. Als referentie illustreert figuur 11 de distributie van de transversale magnetisatie vanuit een niet-selectieve excitatie in een op een lichaamsspoel gebaseerd zend/ontvang-experiment. Opmerkelijk in figuur 9 is een ruisversterkingseffect dat het gevolg is van de verde-lingsoperatie welke wordt aangewend voor verwijdering van gevoeligheidsprofielen, 25 dat de neiging heeft intensiever te worden naarmate de afstand ten opzichte van het gevoelige gebied groter wordt. Teneinde te verhinderen dat overmatige ruisversterking het onderzoek belemmert, werd de verdelingsoperatie onderdrukt in op afstand gelegen gebieden.

Resultaten uit alle negen experimenten zijn samengevat in figuur 12, welke in 30 rijen 1 tot en met 9 de in kaart gebrachte transversale magnetisatie weergeeft welke overeenkomt met ieder van de experimenten. De onderste rij (rij 10) toont het resultaat van het superponeren van de individuele overzichten, beoogd als een voorspelling van het resultaat van een overeenkomstige parallel-excitatie. Wederom werd aanzienlijke 1027586* 22 reductie van signaalvervalsing-zij lobben als gevolg van niet-coherente optelling waargenomen. Bij deze opzet kon een bijdrage afkomstig van de elementen, betrokken bij het instellen van de hoofdlob en het onderdrukken van de signaalvervalsingslobben, zonder meer worden vastgesteld. De resultaten uit alleen het centrale element en uit de 5 middelste 5 en de middelste 9 elementen suggereren dat besturing van het lokale exci-tatieprofiel in hoofdzaak wordt gerealiseerd door middel van dichtbij gelegen spoelen. Het gebruik van de aanname van de verlengde array bij de pulsberekeningen was verantwoordelijk voor veel van de residuele signaalvervalsing (onvolledige opheffing) in de richting van de grens van de negen-elementen-array. Het vergroten van de array met 10 meer elementen dan deze negen kan dit effect rechtzetten. Het ontwerpen van pulsen voor de 9-elementen-array kan ook dit effect opheffen, in welk geval weging van grensspoelen dezelfde veranderingen zou ondergaan.

Parallelle 2D-excitatiepulsen voor een rondom gelegen array werden ontworpen en geëvalueerd. De simulaties concentreerden zich op de taak van het selectief excite-15 ren van een willekeurig gelegen lokaal volume binnen een axiaal waarnemingsveld van 40 cm x 23 cm. Vergelijking 7 werd met herhaling opgelost op basis van de effectieve patronen van het Bi-veld, en een EPI baan omvattend 14 kx = constante lijnen bij AkX = 1/6,9 perioden/cm. Bij de lde spoel, 1 = 1,2.....7, werd het product van het gewenste 2D lokaliseringsprofiel met de berekende hi(x,y) toen onderworpen aan een Fourier-20 transformatie teneinde de k-ruimte-weging van de spoel en de HF-pulsgolfvorm af te leiden door middel van de parallelle excitatie. Het netto resultaat was in essentie vrij van signaal vervalsing-zij lobben en vertegenwoordigt een uitstekende overeenstemming met het resultaat van een referentie-excitatie, waarbij lichaamsspoel-transmissie was betrokken van een vier keer langere gebruikelijke HF-puls.

25 Het ontwerp van het laatste simulatie-onderzoek leidde tot parallelle excitatiepul- sen welke wat betreft hun vorm verschilden van de pulsen van het eerste simulatie-onderzoek. Figuren 13-16 tonen de uitkomst met een formaat dat soortgelijk is aan dat van figuren 4-7. Hoewel de pulsen hetzelfde niveau van lokaliseringsnauwkeurigheid handhaafden en een ruimtelijke resolutie als die van de pulsen van het eerste simulatie-30 onderzoek, figuur 13, leidden de ontwerpveranderingen tot een reductie van 38% van de gemiddelde SAR, waardoor de aanzienlijke invloed van het geïntegreerde SAR-be-heerstelsel werd bevestigd.

f10275 86- 23

Bij de onderhavige uitvinding worden ontworpen HF-pulsen gesynthetiseerd, versterkt en toegevoerd aan overeenkomstige zendelementen in parallel teneinde zowel ruimtelijke als temporele variaties van het samengestelde Βι-veld te induceren, die, begeleid door geëigende gradiëntveranderingen welke in synchroniteit daarmee worden 5 uitgevoerd, een gewenste excitatieprofiel vormen wanneer de excitatie is voltooid. Dit staat in contrast tot een gebruikelijke benadering, waarbij het ontwerp van de spoel-geometrie en de offsets van fase/grootte van de aansturende poort gericht zijn op ruimtelijke homogeniteit van het Βι-veld, en een HF-puls welke wordt afgespeeld gedurende de excitatie, is begrensd tot het manipuleren van uitsluitend de temporele variatie 10 van het Βι-veld. Een deskundige op dit gebied van de techniek zal inzien dat het induceren van geëigende ruimtelijk-temporele variaties van Bi voor excitatie significante consequenties heeft voor de HF-excitatieprestatie. Dat wil zeggen, dat parallelle excitatie excitatieversnelling en/of SAR-besturing mogelijk maakt zonder aanzienlijk offer wat betreft de nauwkeurigheid van het produceren van het gewenste excitatieprofiel.

15 Samenvattend kan de HF-puls welke een zendelement aanstuurt worden berekend met de Fourier-transformatie van een ruimtelijk gewogen versie van het gewenste excitatieprofiel, is de capaciteit voor het versnellen van multidimensionale excitatie door middel van reductie van de bemonsteringsdichtheid van k-ruimte gelegen binnen de onderdrukking van signaalvervalsing-lobben, en kan deze worden gerealiseerd door 20 middel van geëigend ontworpen aansturingspulsen (wegingen van het ruimte/frequentie-domein), en kan SAR-beheer worden gerealiseerd door het tot een minimum beperken van een kwadratische functie in de aansturingsbronnen, waardoor een manier wordt gezocht om de bronnen een gewenst excitatieprofiel en/of een gewenste versnelling ensemblegewijs te doen realiseren terwijl een E-veld wordt geïndu-25 ceerd met minimale als gevolg daarvan optredende neerslag van HF-vermogen.

Vanuit een toepassingsperspectief is snelle beeldvorming een gebied waar de onderhavige op parallelle excitatie gebaseerde benadering in het bijzonder toepassing vindt. Onder omstandigheden waarbij de te onderzoeken anatomie gelegen is in een lokaal gebied, maakt, bijvoorbeeld, meerdimensionale excitatie welke het gebied ver-30 snelling verlicht van beeldvorming mogelijk door vermindering van de last van ruimtelijke codering die wordt opgelegd aan de signaalverwerving. Meervoudige parallelle excitaties, die verbeteringen ten opzichte van gebruikelijke excitatie vertegenwoordigen, ondersteunen definitie/sturing van een beeldvormingsvolume terwijl zij de tijd- 1027586- * 24 kostenbarrière welke het praktische gebruik van meerdimensionale pulsen in het verleden belemmerden, doorbreken. In vergelijking met het gebruik van een op parallelle verwerving gebaseerde benadering, is gefocusseerde beeldvorming op basis van de parallelle-excitatiebenadering niet onderworpen aan de unieke SNR-verslechtering die 5 beschreven is door de geometrische factor. Het gecombineerde gebruik van de twee benaderingen is mogelijk en kan een nog grotere mogelijkheid tot scantijdreductie verschaffen. Hoewel de hier beschreven experimenten waren gericht tot 2D-lokalisering, is de parallelle-excitatiebenadering voor toepassing van het vormen en versnellen van algemene 2D-excitatieprofielen, waarbij de Utilities correcties omvatten voor door on-10 volkomenheid van het veldgeïnduceerde effecten en niet-Fourier ruimtelijke codering.

De onderhavige uitvinding is ook geschikt voor toepassing bij 3D-excitaties.

Bij hoge-veldbeeldvorming, kunnen het zendsysteem en de aanstuurmiddelen die zijn beschreven ook worden gebruikt voor zowel het beheren van excitatieprofielen als het reguleren van neerslag van HF-vermogen. De onderhavige uitvinding vergemakke-15 lijkt, aangezien hij een geïntegreerde behandeling van excitatieproeven en zendspoelen belichaamt, de besturing van excitatieprofielen, overdracht met een gedistribueerd pa-rallelsysteem, versnelling van excitatie en beheer van SAR verschaft verder een oplossing voor neerslag van vermogen bij hoge veldsterkte.

De onderhavige uitvinding verschaft verder een werkwijze van MR-beeldvor-20 ming welke hét bepalen van een gewenst HF-excitatieprofiel omvat, en het onafhankelijk aansturen van iedere zendspoel van een zendspoelarray, zodanig dat het resultaat van een collectieve excitatie welke wordt opgewekt door de zendspoelarray in essentie overeenkomt met het gewenste HF-excitatieprofiel. Zoals beschreven met betrekking tot figuur 2 en 3 is iedere zendspoel verbonden met een taakspecifieke HF-versterker 25 die is ontworpen voor het besturen van HF-excitatie van de overeenkomstige zend- j spoel. Meer in het bijzonder verschaft iedere HF-versterker of ander middel van besturing een besturingssignaal dat een HF-pulsgolfvorm vertegenwoordigt welke specifiek is voor een overeenkomstige zendspoel zodanig dat een samengestelde HF-excitatie wordt opgewekt over een beeldvormingsvolume dat samenvalt met het gewenste HF-30 excitatieprofiel. De werkwijze omvat verder het bepalen van de HF-pulsgolfvorm voor iedere zendspoel op basis van een ruimtelijk gewogen versie van het gewenste HF-excitatieprofiel. Zoals reeds gesteld wordt de ruimtelijke weging van iedere zendspoel 1027586- % 25 t zodanig in aanmerking genomen dat rekening wordt gehouden met wederzijdse koppeling tussen de spoelen van de zendspoelarray.

De onderhavige uitvinding is ook gericht op een MRI-inrichting welke een MRI-systeem omvat dat een magnetisch veld heeft voor het opleggen van een polariserend 5 magnetisch veld, een veelheid van gradiëntspoelen welke gelegen zijn rondom de ope-ning van de magneet teneinde een magnetische veldgradiënt op te leggen, en een HF-zendontvangersysteem en een HF-schakelaar welke worden bestuurd door middel van een pulsmodule teneinde HF-signalen uit te zenden naar een HF-spoelsamenstel teneinde MR-beelden te verwerven. De MRI-inrichting omvat ook een computer die ge-10 programmeerd is voor het ontwerpen van een veelheid van HF-pulsgolfvormen die geconfigureerd zijn voor het besturen van HF-opwekking door middel van een zendspoelarray, zodanig dat het resultaat van collectieve HF-opwekking over een beeldvor-mingsvolume in essentie overeenkomt met een gewenst HF-excitatieprofiel, onafhankelijk van de geometrie van de zendspoelen. De computer is ook geprogrammeerd voor 15 het bepalen van een effectieve ruimtelijke weging, opgelegd aan de collectieve HF-opwekking door iedere zendspoel van de zendspoelarray en voor het zodanig toevoeren van de veelheid van HF-pulsgolfvormen dat rekening wordt gehouden met door koppeling geïnduceerde correlaties tussen de spoelen. De effectieve ruimtelijke weging welke wordt opgelegd door iedere zendspoel, omvat ruimte/frequentie-wegingen welke wor-20 den geïnduceerd door HF-bronnen die geconfigureerd zijn teneinde HF-excitatie van de zendspoelen te besturen, weging die geassocieerd is met wederzijdse koppelingen tussen de zendspoelen van de zendspoelarray, en ook een respectief Bi-veld voor iedere zendspoel van de array. De computer is ook geprogrammeerd voor het ontwerpen van de veelheid van HF-pulsgolfvormen, gegeven willekeurig welke zendspoelarray, en als 25 zodanig kunnen de zendspoelen lineair zijn ingericht, ingericht op een rondom gelegen wijze, of volgens willekeurig welke andere inrichtingswijze welke kan zijn geïmplementeerd. Daarnaast kunnen één of meer zendspoelen ook zijn ontworpen voor het ont-i vangen van MR-signalen.

De onderhavige uitvinding kan ook zijn belichaamd in een voor een computer 30 leesbaar opslagmedium waarop een computerprogramma is opgeslagen en dat een stel instructies vertegenwoordigt welke, wanneer uitgevoerd door middel van een computer, de computer HF-transmissie door middel van een veelheid van zendspoelen van een zendspoelarray zodanig doet besturen dat ruimtelijke en temporele variatie in een sa- 102 75 86 - 26 mengesteld Bi-veld een gewenst excitatieprofiel induceert wanneer de HF-transmissie is voltooid. Het stel instructies doet verder de computer het toevoeren van gradiënten in een beeldvormingsvolume besturen in synchroniteit met de opwekking van ruimtelijke en temporele variatie in de HF-transmissies. Het stel instructies doet verder de compu-5 ter het toevoeren van besturingssignalen aan de veelheid van zendspoelen zodanig besturen dat HF-excitatie door middel van een veelheid van zendspoelen parallel plaatsvindt. Verder worden door middel van de computer de te induceren ruimtelijke en temporele variaties bepaald met een overzicht van het effectieve Bt-veld van ten minste één zendspoel. De overzichten van het effectieve Βι-veld voor iedere zendspoel reflec-10 teren wederzijdse koppeling van de veelheid van spoelen. Bij voorkeur worden de overzichten van het effectieve Bi-veld opgewekt gedurende het ijken van de zend-spoelarray.

De onderhavige uitvinding is beschreven in termen van de voorkeursuitvoerings-vorm en men zal inzien dat equivalenten, alternatieven en modificaties, naast die welke 15 uitdrukkelijk zijn beschreven, mogelijk zijn en binnen de reikwijdte van de aangehangen conclusies zijn gelegen.

1027586-

Claims

1. MRI-inrichting, omvattend: 5 een magnetische-resonantiebeeldvorming (MRI)-systeem (10) dat een magneet (52) heeft voor het opleggen van een polariserend magnetisch veld, een veelheid van gradiëntspoelen (50) welke zijn gelegen rondom de opening van de magneet (52) teneinde een magnetisch-veldgradiënt op te leggen, en een HF-zendontvangersysteem (58) en een HF-schakelaar (62), bestuurd door middel van een pulsmodule (38) teneinde

10 HF-signalen uit te zenden naar een HF-spoelsamenstel (56) voor het verwerven van MR-beelden; en een computer (12, 24, 22, 32, 36) welke is geprogrammeerd voor het toevoeren van een veelheid van HF-pulsgolfvormen die geconfigureerd zijn teneinde HF-opwek-king te besturen door middel van een zendspoelarray (70), zodanig dat een resultaat van 15 collectieve HF-opwekking over een beeldvormingsvolume in essentie overeenkomt met een gewenst HF-excitatieprofiel.

2. MRI-inrichting volgens conclusie 1, waarbij de computer (12, 24, 22, 32, 36) verder is geprogrammeerd voor het bepalen van een effectieve ruimtelijke weging, 20 welke wordt opgelegd aan de collectieve HF-opwekking door iedere zendspoel (72) van de zendspoelarray (70) en het zodanig ontwerpen van de veelheid van HF-puls-golfvormen dat rekening wordt gehouden met door koppeling geïnduceerde correlaties tussen de spoelen.

3. MRI-inrichting volgens conclusie 2, waarbij de effectieve ruimtelijke we ging welke wordt opgelegd door iedere zendspoel (72) ten minste ruimte/frequentie-wegingen omvat, geïnduceerd door onafhankelijk bestuurde HF-bronnen welke zijn verbonden met de zendspoelarray (70), weging geassocieerd met wederzijdse koppeling tussen de zendspoelen van de zendspoelarray, en een respectief Bi-veld. 30

4. MRI-inrichting volgens conclusie 1, waarbij de veelheid van HF-pulsgolf-vormen verder is geconfigureerd voor het effectueren van het in een kortere tijdspanne 1027586- % m \ uitvoeren van het doorlopen van k-ruimte door middel van het reduceren van de be-monsteringsdichtheid van excitatie van k-ruimte.

5. MRI-inrichting volgens conclusie 1, waarbij de computer (12, 24, 22, 32, 5 36) verder is geprogrammeerd voor het zodanig besturen van HF-opwekking dat het resultaat van collectieve HF-opwekking in essentie overeenkomt met het gewenste ex-citatieprofiel, onafhankelijk van de geometrie van de zendspoelarray (70).

6. MRI-inrichting volgens conclusie 1, waarbij de computer (12, 24, 22, 32, 10 36) verder is geprogrammeerd voor het bepalen van een effectief Bj-veld voor iedere zendspoel gedurende het ijken van het MRJ-systeem (10).

7. MRI-inrichting volgens conclusie 1, waarbij de zendspoelarray (70) lineair is ingericht en verder is geconfigureerd voor het ontvangen van MR-signalen. j 15 i

8. MRI-inrichting volgens conclusie 1, waarbij de zendspoelarray (70) verder is geconfigureerd voor het induceren van een HF-veld op basis van het aansturen van J parallelle excitatiepulsen. '

9. MRI-inrichting volgens conclusie 1, waarbij de veelheid van golfvormen j verder is geconfigureerd voor het reduceren van signaalvervalsing-zijlobben in de collectieve HF-opwekking over het beeldvormingsvolume.

10. MRI-inrichting volgens conclusie 1, waarbij de computer (12, 24, 22, 32, i 25 36) verder is geprogrammeerd voor het ontwerpen van de veelheid van HF-pulsgolf- j vormen welke dient te worden toegevoerd aan de zendspoelarray (70). -o-o-o- 1027586“