專利名稱：磁共振成像系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括形成多線圈陣列的多個(gè)RF線圈的磁共振成像系統(tǒng)。此外，本發(fā)明涉及一種用于這種系統(tǒng)的磁共振成像方法和計(jì)算機(jī)程序。
在磁共振(MR)成像技術(shù)中，借助于高頻B1磁場(chǎng)來激勵(lì)受檢身體例如人體的質(zhì)子自旋。B1場(chǎng)的頻率取決于靜態(tài)磁場(chǎng)B0的強(qiáng)度并且處于射頻(RF)范圍內(nèi)。在激勵(lì)后，自旋返回到它們的平衡狀態(tài)，并且在該過程中它們發(fā)射電磁信號(hào)，這被稱為自由感應(yīng)衰減。該信號(hào)可以被接收并且從其導(dǎo)出MR圖像。該MR成像技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。
近來引入了具有多元RF線圈陣列的高場(chǎng)MR系統(tǒng)以用于改善MR成像。由此多元RF線圈陣列基于單RF線圈元件的設(shè)置。必須在成像序列中控制B1場(chǎng)均勻性以便補(bǔ)償場(chǎng)分布的變化效應(yīng)，所述變化效應(yīng)例如是由于待檢查的身體的不同介電性質(zhì)引起的。為了利用指定的線圈陣列實(shí)現(xiàn)定義的(例如均勻的)B1激勵(lì)，單線圈元件必須以某種方式組合。在現(xiàn)有技術(shù)中這使用試錯(cuò)法進(jìn)行。
在WO 2004/053514A1中描述了一種具有多個(gè)發(fā)射線圈的MR成像系統(tǒng)，其中提供單獨(dú)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)以提高B1場(chǎng)的均勻性。因此建議對(duì)于每個(gè)線圈使用單獨(dú)加權(quán)系數(shù)，即單獨(dú)設(shè)置每個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度和/或相位(RF墊補(bǔ))。然而，沒有給出如何調(diào)整幅度或相位的說明。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種MR成像系統(tǒng)和方法，其中以快速和容易的方式獲得期望的B1場(chǎng)。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過一種磁共振成像系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，所述磁共振成像系統(tǒng)包括多個(gè)RF線圈，其形成多線圈陣列；線圈驅(qū)動(dòng)設(shè)備，用于生成多個(gè)單獨(dú)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)；控制設(shè)備，用于根據(jù)加權(quán)系數(shù)來單獨(dú)設(shè)置每個(gè)所述線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度和/或相位；以及加權(quán)設(shè)備，用于通過測(cè)量所述RF線圈的靈敏度和計(jì)算指定激勵(lì)模式的加權(quán)系數(shù)來確定多個(gè)RF線圈的加權(quán)系數(shù)。
本發(fā)明的該目的也通過一種用于操作磁共振成像系統(tǒng)的磁共振成像方法來實(shí)現(xiàn)，所述磁共振成像系統(tǒng)包括形成多線圈陣列的多個(gè)RF線圈，所述方法包括以下步驟通過測(cè)量所述RF線圈的靈敏度和計(jì)算指定激勵(lì)模式的加權(quán)系數(shù)來確定多個(gè)RF線圈的加權(quán)系數(shù)；生成多個(gè)單獨(dú)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及根據(jù)加權(quán)系數(shù)來單獨(dú)設(shè)置每個(gè)所述線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度和/或相位。
本發(fā)明的該目的也通過一種計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)，所述計(jì)算機(jī)程序包括當(dāng)在計(jì)算機(jī)中被執(zhí)行時(shí)通過測(cè)量所述RF線圈的靈敏度和計(jì)算指定激勵(lì)模式的加權(quán)系數(shù)來確定多個(gè)RF線圈的加權(quán)系數(shù)的計(jì)算機(jī)指令，以及根據(jù)加權(quán)系數(shù)來單獨(dú)設(shè)置多個(gè)單獨(dú)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的每一個(gè)的幅度和/或相位的計(jì)算機(jī)指令。因而可以在根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序的指令的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明所需的技術(shù)效果。這樣的計(jì)算機(jī)程序可以被存儲(chǔ)在載體上，或者它可在因特網(wǎng)或另一計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上獲得。在運(yùn)行之前，通過例如借助于CD-ROM播放器從載體或從因特網(wǎng)讀取計(jì)算機(jī)程序并且將它存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)程序被加載到計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)尤其包括中央處理器單元(CPU)、總線系統(tǒng)、存儲(chǔ)器裝置例如RAM或ROM等、以及輸入/輸出單元。
本發(fā)明基于的思想是利用分析程序來分析如何組合單線圈元件以獲得期望的B1模式(例如利用指定線圈陣列獲得可能的最均勻B1激勵(lì))。換句話說，以非常快速和容易的方式提高B1場(chǎng)的均勻性。線圈陣列的每個(gè)RF線圈的靈敏度由復(fù)系數(shù)定標(biāo)或加權(quán)，即根據(jù)該復(fù)系數(shù)來調(diào)整每個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位和幅度。根據(jù)本發(fā)明，通過分析利用線圈元件的靈敏度和期望的激勵(lì)模式來確定這些復(fù)系數(shù)。本發(fā)明允許任意RF線圈陣列的場(chǎng)分布(RF墊補(bǔ))的優(yōu)化控制。利用本發(fā)明，提供了快速和容易的線圈元件的獨(dú)立相位和幅度控制以用于減小身體誘發(fā)的RF非均勻性，所述RF非均勻性出現(xiàn)在高場(chǎng)MR系統(tǒng)中。
將在從屬權(quán)利要求中所限定的以下實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步詳細(xì)闡明本發(fā)明的這些和其他方面。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，加權(quán)設(shè)備適于根據(jù)權(quán)利要求2中所給出的公式計(jì)算加權(quán)系數(shù)。假設(shè)復(fù)加權(quán)系數(shù)Ur和R個(gè)RF線圈元件的靈敏度Sr(x)之間是線性關(guān)系，則由下式估計(jì)最終激勵(lì)模式P(x)
P(x)=Σr=1RSr(x)Ur.---(1)]]>在N個(gè)空間點(diǎn)上離散化(例如笛卡爾√N(yùn)×√N(yùn)網(wǎng)格)P和Sr，該公式可以被轉(zhuǎn)換成矩陣矢量乘法，這消除了R上的和。
P‾=S=U‾.---(2)]]>矩陣 可以被分解成乘積S==S=′Y=.]]> 表示忽視耦合的線圈靈敏度。將導(dǎo)納矩陣 與U相乘產(chǎn)生由耦合引起的線圈電流。因而，公式(2)可以被改寫為P‾=S=′Y=U‾,---(3)]]>而公式(3)也可以被寫為 由于該問題預(yù)計(jì)是病態(tài)的，因此根據(jù)下式將應(yīng)用正則化以解出公式(2)U‾=(S‾‾HS‾‾+λ2)-1S‾‾HP‾.---(4)]]>其中λ被用作可自由調(diào)整的正則化參數(shù)。上標(biāo)H表示有關(guān)矩陣的轉(zhuǎn)置復(fù)共軛。因而，假設(shè)通常是均勻激勵(lì)場(chǎng)的期望激勵(lì)模式P并且用預(yù)先測(cè)量的數(shù)據(jù)填充 ，則可以通過公式(4)以分析的、因而是快速和容易的方式計(jì)算出R個(gè)線圈的最佳加權(quán)系數(shù)U。用已知的方式從復(fù)加權(quán)系數(shù)U獲得線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度和相位，其中復(fù)系數(shù)的模對(duì)應(yīng)于線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，并且復(fù)系數(shù)的相位對(duì)應(yīng)于線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，加權(quán)設(shè)備適于在MR掃描期間實(shí)時(shí)地確定加權(quán)系數(shù)。這在測(cè)量期間線圈耦合并且因而線圈靈敏度發(fā)生變化的情況下是有利的。這例如由于呼吸運(yùn)動(dòng)而可能發(fā)生，尤其是當(dāng)掃描大體積患者時(shí)或在移動(dòng)臺(tái)掃描中。在這樣的情況下，上述的實(shí)施例允許在掃描期間的實(shí)時(shí)RF墊補(bǔ)。
將在下文通過例子參考以下實(shí)施例和附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的這些和其他方面，其中

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的MR系統(tǒng)，圖2示出從32元件接收陣列取得的發(fā)射線圈靈敏度，圖3示出使用圖1中所示的所有32個(gè)線圈元件所計(jì)算的結(jié)果，圖4示出不同激勵(lì)模式的結(jié)果。
在圖1中示出具有發(fā)射裝置的MR成像系統(tǒng)1。包括重建MR圖像的控制和處理設(shè)備的系統(tǒng)1的接收裝置未被示出。MR成像系統(tǒng)1包括生成靜態(tài)磁場(chǎng)B0的設(shè)備和磁梯度系統(tǒng)2，受檢身體3被放置在所述磁梯度系統(tǒng)中。許多發(fā)射線圈4被布置在磁體腔孔內(nèi)以構(gòu)建多線圈陣列?？梢允褂迷S多發(fā)射接收線圈來代替發(fā)射線圈4。這樣的陣列的主要應(yīng)用之一是補(bǔ)償高頻下發(fā)生在人組織中的介電共振，所述介電共振導(dǎo)致重建圖像中的強(qiáng)信號(hào)調(diào)制。用于生成和放大多個(gè)單獨(dú)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的線圈驅(qū)動(dòng)設(shè)備5通過端子被連接到許多發(fā)射線圈4，所述端子由相應(yīng)的字母“a”到“e”表示。線圈驅(qū)動(dòng)設(shè)備5被連接到控制設(shè)備6，以用于根據(jù)加權(quán)系數(shù)U來單獨(dú)設(shè)置每個(gè)所述線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度和相位。加權(quán)設(shè)備7被連接到控制設(shè)備6。加權(quán)設(shè)備7適于通過測(cè)量發(fā)射線圈4的發(fā)射靈敏度S和計(jì)算指定激勵(lì)模式P的加權(quán)系數(shù)U來確定每個(gè)發(fā)射線圈的加權(quán)系數(shù)U。為了計(jì)算加權(quán)系數(shù)U，加權(quán)設(shè)備7包括計(jì)算機(jī)。
在第一步中，例如通過在實(shí)際MR掃描之前的短時(shí)測(cè)量來測(cè)量靈敏度S。將靈敏度S存儲(chǔ)在加權(quán)設(shè)備7中以供進(jìn)一步處理。在確定靈敏度S之后，由操作者將激勵(lì)模式P輸入到加權(quán)設(shè)備7中。典型地，激勵(lì)模式P是均勻的或者適于應(yīng)用定義的感興趣區(qū)域?？蛇x地，激勵(lì)模式P由操作者選自許多指定的激勵(lì)模式，或者甚至由加權(quán)設(shè)備7自動(dòng)選擇。在下一步中，由加權(quán)設(shè)備7使用如上所述的公式(4)來確定加權(quán)系數(shù)U。復(fù)加權(quán)系數(shù)U由控制設(shè)備6解釋為發(fā)射線圈4的線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度和相位。因此，控制設(shè)備6根據(jù)加權(quán)系數(shù)U來單獨(dú)設(shè)置每個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度和相位。這些線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)由線圈驅(qū)動(dòng)設(shè)備5提供給發(fā)射線圈4。結(jié)果，大大提高了總B1場(chǎng)的均勻性，或者盡可能好地實(shí)現(xiàn)了期望的激勵(lì)模式。
為了驗(yàn)證公式(4)的適用性，執(zhí)行了多個(gè)測(cè)試。在第一測(cè)試中使用仿真的32元件接收陣列。作為1.5T下在人體腹部的冠狀切片被測(cè)量，從所有32個(gè)線圈元件獲得了線圈靈敏度。圖2示出了這些線圈靈敏度8。隨后使用公式(4)計(jì)算出加權(quán)系數(shù)U。在下一步中，使用公式(1)仿真測(cè)量，從而產(chǎn)生Pmeas(x)。在期望的激勵(lì)模式和仿真的Pmeas(x)之間的平均差被用作所述方法的質(zhì)量的基準(zhǔn)。使用所有32個(gè)線圈元件，Pmeas(x)顯示了5.3％的平均差，目的在于均勻激勵(lì)場(chǎng)。在圖3中示出激勵(lì)模式9的仿真結(jié)果。
為了找出得到滿意結(jié)果必須使用32個(gè)線圈中的多少個(gè)，執(zhí)行了另一測(cè)試。為此目的，使用并非所有32個(gè)線圈，而是在第一測(cè)試中僅僅使用最均勻線圈，以及在第二測(cè)試中僅僅使用最“重要”線圈，即具有在使用所有32個(gè)線圈的上述仿真中獲得的最高加權(quán)系數(shù)的線圈，執(zhí)行了另一個(gè)仿真。對(duì)于R＞3，最“重要”線圈顯示出比最均勻線圈更好的均勻性。對(duì)于R＝4，平均差下降到20％以下。對(duì)于R＝12，平均差下降到10％以下。
在另一測(cè)試中測(cè)試了不同的激勵(lì)模式。對(duì)于矩形，在P(x)和Pmeas(x)之間的平均差是0.242，對(duì)于圓形是0.274。因而，對(duì)于所取得的靈敏度的這些模式的激勵(lì)要比均勻激勵(lì)場(chǎng)的激勵(lì)更難(平均差0.053)。圖4示出不同激勵(lì)模式的結(jié)果，同時(shí)顯示了在左手側(cè)的期望的激勵(lì)模式10、11以及在右手側(cè)的重建激勵(lì)模式12、13。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言下述將是顯而易見的本發(fā)明不限于前述的說明性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，并且在不脫離本發(fā)明的精神或基本屬性的情況下，本發(fā)明可以體現(xiàn)在其他特定形式中。因此，本實(shí)施例在所有方面上應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說明性的而非限定性的，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書而非由前面的描述來表示，并且因此在權(quán)利要求書的等同物的含義和范圍內(nèi)的所有變化都打算被包含于此。此外顯而易見的將是單詞“包括”并不排除其他元件或步驟，單詞“一”或“一個(gè)”并不排除多個(gè)，并且單個(gè)元件，例如一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或另一單元，可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所述的幾個(gè)裝置的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制有關(guān)的權(quán)利要求。
1.MR成像系統(tǒng)2.梯度系統(tǒng)3.身體4.發(fā)射線圈5.線圈驅(qū)動(dòng)設(shè)備6.控制設(shè)備7.加權(quán)設(shè)備8.線圈靈敏度9.激勵(lì)模式10.期望的矩形模式11.期望的圓形模式12.重建的矩形模式13.重建的圓形模式
權(quán)利要求
1.一種磁共振成像系統(tǒng)(1)，包括-多個(gè)RF線圈(4)，其形成多線圈陣列，-線圈驅(qū)動(dòng)設(shè)備(5)，用于生成多個(gè)單獨(dú)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)，-控制設(shè)備(6)，用于根據(jù)加權(quán)系數(shù)U來單獨(dú)設(shè)置每個(gè)所述線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度和/或相位，以及-加權(quán)設(shè)備(7)，用于通過測(cè)量所述RF線圈(4)的靈敏度S(8)和計(jì)算指定激勵(lì)模式P(10，11)的加權(quán)系數(shù)U來確定多個(gè)RF線圈(4)的加權(quán)系數(shù)U。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(1)，其中加權(quán)設(shè)備(7)適于根據(jù)下式來計(jì)算加權(quán)系數(shù)U‾=(S=HS=+λ2)-1S=HP‾.]]>
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(1)，其中加權(quán)設(shè)備(7)適于在MR掃描期間實(shí)時(shí)地確定加權(quán)系數(shù)。
4.一種用于操作磁共振成像系統(tǒng)(1)的磁共振成像方法，所述磁共振成像系統(tǒng)包括形成多線圈陣列的多個(gè)RF線圈(4)，所述方法包括以下步驟-通過測(cè)量所述RF線圈(4)的靈敏度S(8)和計(jì)算指定激勵(lì)模式P(10，11)的加權(quán)系數(shù)U來確定多個(gè)RF線圈(4)的加權(quán)系數(shù)U，-生成多個(gè)單獨(dú)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以及-根據(jù)加權(quán)系數(shù)U來單獨(dú)設(shè)置每個(gè)所述線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度和/或相位。
5.一種用于操作磁共振成像系統(tǒng)(1)的計(jì)算機(jī)程序，所述磁共振成像系統(tǒng)包括形成多線圈陣列的多個(gè)RF線圈(4)，所述計(jì)算機(jī)程序包括當(dāng)計(jì)算機(jī)指令在計(jì)算機(jī)中被執(zhí)行時(shí)，-通過測(cè)量所述RF線圈(4)的靈敏度S(8)和計(jì)算指定激勵(lì)模式P(10，11)的加權(quán)系數(shù)U來確定多個(gè)RF線圈(4)的加權(quán)系數(shù)U的計(jì)算機(jī)指令，-根據(jù)加權(quán)系數(shù)U來單獨(dú)設(shè)置多個(gè)單獨(dú)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的每一個(gè)的幅度和/或相位的計(jì)算機(jī)指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括形成多線圈陣列的多個(gè)RF線圈(4)的磁共振成像系統(tǒng)(1)，此外涉及一種用于這種系統(tǒng)的磁共振成像方法。為了提供一種以簡(jiǎn)單方式實(shí)現(xiàn)期望激勵(lì)模式的MR成像系統(tǒng)和方法，建議利用分析程序來分析如何組合單線圈元件以利用指定線圈陣列來獲得可能的最均勻B1激勵(lì)。換句話說，以很簡(jiǎn)單的方式提高B1場(chǎng)的均勻性。線圈陣列的每個(gè)RF線圈(4)的靈敏度由復(fù)系數(shù)定標(biāo)或加權(quán)，即相應(yīng)地調(diào)整每個(gè)線圈驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位和幅度。通過分析利用線圈元件(4)的靈敏度S(8)和期望激勵(lì)模式P(10，11)來確定這些復(fù)系數(shù)。本發(fā)明允許任意RF線圈陣列的場(chǎng)分布(RF墊補(bǔ))的優(yōu)化控制。利用本發(fā)明，提供了快速和容易的線圈元件(4)的獨(dú)立相位和幅度控制以用于減小身體誘發(fā)的RF非均勻性，所述RF非均勻性出現(xiàn)在高場(chǎng)MR系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)G01R33/36GK101088022SQ200580044553
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月22日
發(fā)明者U·卡特謝, C·芬德克利, P·弗尼克爾, C·盧斯勒 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司