專利名稱：改進(jìn)發(fā)送側(cè)加速的體積選擇磁共振成像的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及在醫(yī)學(xué)中用于對(duì)患者進(jìn)行檢查的核自旋斷層造影(同義語(yǔ)磁共振斷層造影MRT)。本發(fā)明尤其涉及用于改進(jìn)發(fā)送側(cè)加速的基于PPA的體積選擇的成像方法的方法和核自旋斷層造影設(shè)備。
背景技術(shù)：
MRT基于核自旋共振的物理現(xiàn)象，并作為成像方法成功地應(yīng)用于醫(yī)療和生物物理學(xué)已有超過(guò)20年的歷史。在該檢查方法中，對(duì)物體施加強(qiáng)的恒定磁場(chǎng)。由此使物體內(nèi)原本無(wú)規(guī)則取向的原子的核自旋定向。高頻場(chǎng)可以將該“有序”的核自旋激勵(lì)成特定的振蕩。該振蕩在MRT中產(chǎn)生可借助適當(dāng)?shù)慕邮站€圈接收的實(shí)際測(cè)量信號(hào)。通過(guò)采用由梯度線圈產(chǎn)生的不均勻磁場(chǎng)，可以在所有3個(gè)空間方向?qū)y(cè)量信號(hào)進(jìn)行空間編碼。該方法允許任意選擇待成像的立體，由此可以獲得在所有方向上的人體截面圖像。MRT作為醫(yī)學(xué)診斷中的截面圖像方法，突出的首先是通用多方面的對(duì)比能力的“非介入”檢查方法。由于其對(duì)軟組織的優(yōu)秀表現(xiàn)性，MRT已發(fā)展成為比X射線計(jì)算機(jī)斷層造影(CT)優(yōu)秀得多的方法。當(dāng)今MRT基于自旋回波序列和梯度回波序列的應(yīng)用，其在秒至分鐘數(shù)量級(jí)的測(cè)量時(shí)間內(nèi)能夠獲得出色的圖像質(zhì)量。
在MRT中數(shù)據(jù)的記錄是在所謂的(接收)k空間(同義詞頻域)中進(jìn)行的。在所謂的圖像空間中的MRT圖像借助付立葉變換與k空間中的MRT數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。在k空間中展開(kāi)的對(duì)象的位置編碼可以不同的方式進(jìn)行，但最常用的是笛卡兒或投影掃描。編碼借助梯度在所有3個(gè)空間方向上進(jìn)行。
對(duì)對(duì)象的高頻激勵(lì)可以基于類似的位置編碼在進(jìn)行體積選擇的激勵(lì)期間通過(guò)采用梯度場(chǎng)進(jìn)行。激勵(lì)的位置可變的強(qiáng)度，即與位置相關(guān)的觸發(fā)角對(duì)于小的觸發(fā)角來(lái)說(shuō)在一級(jí)近似中與在發(fā)送k空間中對(duì)經(jīng)傅立葉變換的HF信號(hào)的接收情況類似。時(shí)間有效的體積選擇激勵(lì)迄今僅能在一個(gè)空間方向上進(jìn)行，即以層選擇的形式進(jìn)行，因?yàn)橄鄳?yīng)的k空間軌跡對(duì)應(yīng)于3Dk空間中的一條線。
多維體積選擇激勵(lì)用于多維k空間軌跡展開(kāi)。這與在接收情況下的2D和3D相位編碼類似，需要數(shù)倍的時(shí)間并在目前阻礙了體積選擇激勵(lì)的應(yīng)用，例如在光譜學(xué)中的應(yīng)用或在高場(chǎng)設(shè)備中使觸發(fā)角分布均勻化的應(yīng)用。
用于縮短在笛卡兒掃描的接收情況下的圖像測(cè)量時(shí)間的有效方法基于耗時(shí)的相位編碼步驟數(shù)NY的減少以及對(duì)多個(gè)信號(hào)采集線圈的采用，這被稱為所謂的“部分平行采集”并在以下用PPA表示。該原理可以用于利用徑向或螺旋形掃描的數(shù)據(jù)采集方法中，其中降低了耗時(shí)的角度步驟的數(shù)目N以及螺旋臂的數(shù)目或長(zhǎng)度。以下將在不限制發(fā)送和接收情況的一般性的情況下考察笛卡兒k空間掃描。為了區(qū)分發(fā)送和接收k空間軌跡，用符號(hào)κ(希臘字符k)表示前者。
常規(guī)接收側(cè)PPA成像的基本思想是，不是由一個(gè)線圈，而是利用例如線圈陣列形式的線形、環(huán)形或矩陣形圍繞對(duì)象設(shè)置的組件線圈來(lái)記錄k空間數(shù)據(jù)。線圈陣列的每個(gè)在空間上獨(dú)立的組件由于其幾何形狀都提供一定的空間信息，這些信息可以用來(lái)通過(guò)將同時(shí)采集的線圈數(shù)據(jù)加以組合而得到完整的位置編碼。這意味著從一個(gè)記錄的k空間行可以確定k空間中多個(gè)“被消除(ausgelassene)”的行。
因此接收側(cè)的PPA方法采用包含在線圈裝置組件中的空間信息，以便部分替代耗時(shí)的相位編碼梯度的串接。由此圖像測(cè)量時(shí)間相應(yīng)于減小的數(shù)組的行數(shù)與常規(guī)(即完整的)數(shù)組的行數(shù)的比例而減少。在典型的PPA采集中相比于常規(guī)的采集僅采集k空間行的一部分(1/2，1/3，1/4，等等)。然后采用對(duì)k空間數(shù)據(jù)的特殊再現(xiàn)以再現(xiàn)缺失的行，由此僅以部分時(shí)間獲得完整視場(chǎng)(FOV)的圖像。FOV根據(jù)系數(shù)2π/k由觀察的k空間的大小來(lái)確定。
如SENSE或GRAPPA的用于笛卡兒數(shù)據(jù)采集的已建立的PPA方法需要所謂的傅立葉移位定理(Fourier-Shift-Theorem)，其中通過(guò)組合單個(gè)線圈的信號(hào)對(duì)核共振信號(hào)沿相位編碼方向施加了附加的相位Δkyy。由此在頻域中產(chǎn)生一新的行ky，對(duì)其不必進(jìn)行清楚的測(cè)量，由此降低了測(cè)量時(shí)間。
在所有PPA方法中必要時(shí)還附加地采集校正數(shù)據(jù)點(diǎn)(附加測(cè)量的中央?yún)⒖夹?，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)可以加上實(shí)際的測(cè)量數(shù)據(jù)并且縮減的數(shù)組又可以在其基礎(chǔ)上成為完整的。
最近對(duì)發(fā)送器一側(cè)的PPA成像方法也建議采用附加的加速的體積選擇激勵(lì)。對(duì)此的前提條件是多個(gè)同時(shí)運(yùn)行的發(fā)送線圈，它們以其圍繞檢查對(duì)象的設(shè)置形成一個(gè)PPA發(fā)送線圈陣列。通過(guò)(類似于在接收k空間中沿欠掃描的接收軌跡的加速的接收側(cè)PPA數(shù)據(jù)采集)在發(fā)送κ空間中沿欠掃描發(fā)送軌跡對(duì)檢查區(qū)域進(jìn)行激勵(lì)，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)送線圈側(cè)的加速，但該激勵(lì)還產(chǎn)生相應(yīng)于完整發(fā)送軌跡的激勵(lì)特性。為此必須在發(fā)送線圈陣列的各個(gè)元件中采用單獨(dú)確定的HF脈沖形狀。在以“Transmit-SENSE”為題的文章(U.Katscher，P.Bornert，C.Leussler，JS.Van den Brink，Transmit SENSE，Magnetic Resonance in Medicine，2003 Jan；49(1)144-150)中公開(kāi)了一種這樣的確定的可能性，并提出了與接收側(cè)SENSE方法的并行。其缺點(diǎn)在于，必須知道所有參與的發(fā)送線圈的靈敏度特性(發(fā)送線圈敏感性)。對(duì)發(fā)送線圈敏感性的測(cè)量技術(shù)確定表現(xiàn)出一個(gè)中心的問(wèn)題，因?yàn)闊o(wú)法獨(dú)立于接收敏感性來(lái)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。就是對(duì)于采用同一高頻線圈來(lái)用于激勵(lì)和接收來(lái)說(shuō)，也不能從發(fā)送線圈靈敏度和接收線圈敏感性相同出發(fā)，因?yàn)橛绕涫窃诟邎?chǎng)強(qiáng)時(shí)發(fā)送場(chǎng)和接收?qǐng)鍪敲黠@不同的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種方法和實(shí)施該方法的設(shè)備，以改進(jìn)加速的體積選擇激勵(lì)的性能，并且不需要了解線圈敏感性或不需要清楚地確定線圈敏感性，尤其是在發(fā)送和接收采用不同的線圈陣列的情況下。
本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)一種用于為發(fā)送線圈陣列確定特定于發(fā)送線圈的HF激勵(lì)脈沖的方法，用于對(duì)用核自旋斷層造影設(shè)備進(jìn)行檢查的患者的組織區(qū)域進(jìn)行加速的基于PPA的體積選擇激勵(lì)，該核自旋斷層造影設(shè)備具有基本磁場(chǎng)磁鐵、梯度線圈系統(tǒng)、發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列，該方法具有下列步驟a)沿一在發(fā)送κ空間中基于加速系數(shù)AF減小的第一發(fā)送軌跡通過(guò)發(fā)送線圈陣列的第一線圈輻射第一體積選擇高頻激勵(lì)脈沖序列；b)同時(shí)利用接收線圈陣列的所有線圈從被激勵(lì)的組織區(qū)域沿接收k空間的完整的接收軌跡接收由該第一高頻激勵(lì)產(chǎn)生的核自旋共振響應(yīng)信號(hào)；c)用發(fā)送線圈陣列的所有其它線圈逐個(gè)重復(fù)執(zhí)行步驟a)和b)；d)同時(shí)沿另一在發(fā)送κ空間中減小的發(fā)送軌跡通過(guò)發(fā)送線圈陣列的所有線圈輻射第二體積選擇高頻激勵(lì)脈沖序列；以及然后e)同時(shí)利用接收線圈陣列的所有線圈從被激勵(lì)的組織區(qū)域沿接收k空間的同一完整的接收軌跡接收由該第二高頻激勵(lì)產(chǎn)生的核自旋共振響應(yīng)信號(hào)；f)在AF＞2的情況下重復(fù)步驟d)和e)直至所有減小的發(fā)送軌跡共同構(gòu)成一個(gè)完整的發(fā)送軌跡；g)基于所有測(cè)量的響應(yīng)信號(hào)確定組合系數(shù)；h)基于確定的組合系數(shù)計(jì)算特定于發(fā)送線圈的高頻激勵(lì)脈沖，這些高頻激勵(lì)脈沖在輻射的同時(shí)沿第一減小的發(fā)送軌跡通過(guò)發(fā)送線圈陣列的多個(gè)或全部線圈產(chǎn)生所期望的激勵(lì)特性。
在此根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選完整的發(fā)送軌跡和完整的接收軌跡是相同的。
但還可以優(yōu)選使發(fā)送軌跡和接收軌跡不同，但根據(jù)本發(fā)明使它們?cè)谄鋕空間坐標(biāo)中具有幾何關(guān)系，該幾何關(guān)系使得可以基于接收軌跡計(jì)算組合系數(shù)并基于第一發(fā)送軌跡應(yīng)用該組合系數(shù)。
優(yōu)選發(fā)送軌跡和/或接收軌跡在k空間中具有笛卡兒形狀，或者發(fā)送軌跡和/或接收軌跡在k空間中為線形或螺旋形。
同樣具有優(yōu)點(diǎn)的是，采用唯一的一個(gè)線圈陣列作為發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列，即發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列相同。
此外本發(fā)明還涉及一種基于測(cè)量的或估計(jì)的發(fā)送線圈陣列的發(fā)送線圈敏感性為發(fā)送線圈陣列確定特定于發(fā)送線圈的HF激勵(lì)脈沖的方法，用于對(duì)用核自旋斷層造影設(shè)備進(jìn)行檢查的患者的組織區(qū)域進(jìn)行加速的基于PPA的體積選擇激勵(lì)，該核自旋斷層造影設(shè)備具有基本磁場(chǎng)磁鐵、梯度線圈系統(tǒng)、發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列，該方法具有下列步驟a)測(cè)量或估計(jì)發(fā)送線圈陣列的發(fā)送靈敏性；b)基于該發(fā)送線圈的發(fā)送靈敏性對(duì)發(fā)送線圈陣列的每個(gè)單獨(dú)的線圈沿基于加速系數(shù)AF減小的第一發(fā)送軌跡以及對(duì)發(fā)送線圈陣列的線圈組合沿其它AF-1個(gè)減小的發(fā)送軌跡產(chǎn)生虛擬的校正測(cè)量值；c)基于該虛擬的校正測(cè)量值確定組合系數(shù)；d)基于確定的組合系數(shù)計(jì)算特定于發(fā)送線圈的高頻激勵(lì)脈沖，這些高頻激勵(lì)脈沖在輻射的同時(shí)沿第一減小的發(fā)送軌跡通過(guò)發(fā)送線圈陣列的多個(gè)或全部線圈產(chǎn)生所期望的激勵(lì)特性。
在剛描述的方法中，必要時(shí)優(yōu)選發(fā)送軌跡具有在k空間中的笛卡兒形狀，或發(fā)送軌跡在k空間中為線形或螺旋形。
此外本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施上述方法的設(shè)備。
本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品，當(dāng)其在與核自旋斷層造影設(shè)備連接的計(jì)算裝置上運(yùn)行時(shí)可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法。
以下結(jié)合附圖借助實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和特性進(jìn)行描述。其中示出

圖1示意性示出用于實(shí)施本發(fā)明方法的按照本發(fā)明的MRT設(shè)備；圖2A示意性示出(一維)層選擇激勵(lì)；圖2B示意性示出(兩維)體積選擇激勵(lì)；圖3分別示意性示出一個(gè)PPA發(fā)送線圈陣列的線圈沿第一減小的發(fā)送軌跡的發(fā)送和相應(yīng)的同時(shí)利用PPA接收線圈陣列的所有線圈的接收；圖4示意性示出PPA發(fā)送線圈陣列的所有線圈沿第二和第三減小的發(fā)送軌跡的同時(shí)發(fā)送和相應(yīng)的利用PPA接收線圈陣列的所有線圈的同時(shí)接收；圖5示意性示出利用基于按照本發(fā)明的校正方法確定的HF激勵(lì)脈沖沿第一減小的發(fā)送軌跡在保持所期望的體積選擇激勵(lì)特性的情況下的PPA發(fā)送線圈陣列的所有線圈的同時(shí)發(fā)送；圖6示出對(duì)于AF＝2的第一和第二減小的發(fā)送軌跡的實(shí)部；圖7示出被均勻激勵(lì)(左側(cè))和加速選擇激勵(lì)(右側(cè))的對(duì)象的層。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性示出具有按照本發(fā)明的發(fā)送和接收特性的磁共振成像設(shè)備或核自旋斷層造影設(shè)備。在此該核自旋斷層造影設(shè)備的結(jié)構(gòu)的大部分相應(yīng)于常規(guī)的斷層造影設(shè)備?；敬艌?chǎng)磁鐵1產(chǎn)生時(shí)間不變的強(qiáng)磁場(chǎng)，用于極化或校準(zhǔn)對(duì)象的檢查區(qū)域(如人體的檢查部位)中的核自旋。核自旋測(cè)量所需的高度均勻的基本磁場(chǎng)定義在測(cè)量空間V中，人體的被檢查部位被置于其中。為了支持均勻性要求，尤其是為了消除不隨時(shí)間改變的影響，在適當(dāng)?shù)奈恢蒙显O(shè)置由鐵磁材料制成的所謂的填隙片。隨時(shí)間變化的影響通過(guò)由填隙片電源控制的填隙片線圈2消除。
在基本磁場(chǎng)磁鐵1中采用由多個(gè)繞組(即所謂的部分繞組)構(gòu)成的梯度線圈系統(tǒng)3。每個(gè)部分繞組都由一個(gè)放大器提供電流，以在笛卡爾坐標(biāo)系的各個(gè)方向上分別產(chǎn)生一個(gè)線性梯度場(chǎng)。在此梯度場(chǎng)系統(tǒng)3的第一部分繞組產(chǎn)生x方向上的梯度Gx，第二部分繞組產(chǎn)生y方向上的梯度Gy，而第三部分繞組產(chǎn)生z方向上的梯度Gz。每個(gè)放大器包括一個(gè)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其由序列控制器18控制，用于及時(shí)產(chǎn)生梯度脈沖。
在梯度場(chǎng)系統(tǒng)3內(nèi)設(shè)置了高頻天線4，該高頻天線4將由高頻功率放大器輸出的高頻脈沖轉(zhuǎn)換為交變磁場(chǎng)，以激勵(lì)待檢查對(duì)象或?qū)ο蟮拇龣z查區(qū)域中的原子核并使核自旋定向。高頻天線4由例如PPA成像系統(tǒng)的組件線圈的線性排列形式的多個(gè)HF發(fā)送線圈和多個(gè)HF接收線圈構(gòu)成。高頻天線4的HF接收線圈還將由進(jìn)動(dòng)的核自旋發(fā)出的交變場(chǎng)、即通常由一個(gè)或多個(gè)高頻脈沖和一個(gè)或多個(gè)梯度脈沖組成的脈沖序列引起的核自旋回波信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電壓，該電壓通過(guò)放大器7輸入高頻系統(tǒng)22的高頻接收信道8。高頻系統(tǒng)22還包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)送信道(它們被綜合在組件9中)，在其中產(chǎn)生用于激勵(lì)磁核共振的高頻脈沖。為了在發(fā)送側(cè)加速激勵(lì)必須至少有兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)送信道可用。在此，根據(jù)設(shè)備計(jì)算機(jī)20預(yù)先給定的脈沖序列，在序列控制器18中將各高頻脈沖數(shù)字化地表示為復(fù)數(shù)序列。該數(shù)列分別作為實(shí)部和虛部通過(guò)輸入端12輸入到高頻系統(tǒng)22中的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，并由該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸入到發(fā)送信道9。在發(fā)送信道9中，將該脈沖序列調(diào)制為高頻載波信號(hào)，其基本頻率對(duì)應(yīng)于測(cè)量空間內(nèi)核自旋的共振頻率。
通過(guò)發(fā)送-接收轉(zhuǎn)接器6實(shí)現(xiàn)發(fā)送運(yùn)行和接收運(yùn)行的轉(zhuǎn)換。高頻天線4的HF發(fā)送線圈將用于激勵(lì)核自旋的高頻脈沖入射到測(cè)量空間V中，HF接收線圈對(duì)產(chǎn)生的回波信號(hào)進(jìn)行掃描。在高頻系統(tǒng)22的接收信道8中對(duì)相應(yīng)獲得的核共振信號(hào)進(jìn)行相敏解調(diào)，并通過(guò)相應(yīng)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器分別轉(zhuǎn)換為測(cè)量信號(hào)的實(shí)部和虛部。通過(guò)圖像計(jì)算機(jī)17，從這樣獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)中再現(xiàn)圖像。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)和控制程序的管理都通過(guò)設(shè)備計(jì)算機(jī)20進(jìn)行。根據(jù)預(yù)先給定的控制程序，序列控制器18監(jiān)控各期望的脈沖序列的產(chǎn)生以及相應(yīng)的對(duì)k空間的掃描。序列控制器18在此尤其是控制梯度的及時(shí)接通、具有特定相位和振幅的高頻脈沖的發(fā)送以及對(duì)核共振信號(hào)的接收。高頻系統(tǒng)22和序列控制器18的時(shí)基由合成器19提供。通過(guò)終端21選擇用于產(chǎn)生核自旋圖像的相應(yīng)控制程序，并顯示所產(chǎn)生的核自旋圖像，該終端21包括鍵盤(pán)以及一個(gè)或多個(gè)顯示屏。
為了能夠利用MRT設(shè)備進(jìn)行發(fā)送側(cè)和接收側(cè)的基于PPA的測(cè)量，需要尤其是在相位編碼的方向(y方向)上不是僅采用一個(gè)線圈，而是采用由多個(gè)發(fā)送和接收線圈構(gòu)成的裝置。這些所謂的組件線圈分別與一個(gè)發(fā)送線圈陣列和一個(gè)接收線圈陣列連接，其中，兩個(gè)陣列的線圈相對(duì)相鄰地設(shè)置，或重疊及套疊地設(shè)置。組件線圈的空間設(shè)置無(wú)疑是非常復(fù)雜的。為了使線圈陣列的線圈能夠單獨(dú)激勵(lì)，每個(gè)發(fā)送線圈需要用于調(diào)制的硬件裝置，例如自身的可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的衰減元件或由數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、頻率調(diào)節(jié)器和HF放大器組成的自身的發(fā)送器。對(duì)于單獨(dú)接收每個(gè)接收線圈需要具有自身的分別由前置放大器、混合器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的接收器。
按照本發(fā)明的方法在發(fā)送側(cè)加速的PPA方法中采用如GRAPPA的自動(dòng)校準(zhǔn)方法，以改進(jìn)尤其是加速的體積選擇激勵(lì)的性能，無(wú)須清楚地確定或估計(jì)發(fā)送線圈敏感度。
在最簡(jiǎn)單的情況下體積選擇激勵(lì)這樣實(shí)現(xiàn)在輻射例如正弦形HF激勵(lì)脈沖時(shí)接通恒定的層選擇梯度。該恒定梯度將正弦形HF脈沖轉(zhuǎn)換到k空間。由此該激勵(lì)產(chǎn)生在位置空間中近似矩形的層特性(圖2A)，其例如對(duì)應(yīng)于感興趣的被檢查患者的層。一般情況下可以期望任意形狀的激勵(lì)特性，其通過(guò)在κ空間中采用一個(gè)或多個(gè)沿著多維發(fā)送軌跡的HF激勵(lì)脈沖得到。由此確定的κ空間函數(shù)又近似地相當(dāng)于所期望的激勵(lì)特性的傅立葉變換。κ空間軌跡可以類似于成像序列(例如回波平面成像，EPI)由適當(dāng)?shù)奶荻入娐奉A(yù)先給出(由此采用2D正弦形函數(shù)例如在投影中給出位置空間中的矩形激勵(lì)特性-圖2B)。
這樣的體積選擇激勵(lì)的意圖可以是各種各樣的，其中例如在光譜學(xué)MR試驗(yàn)中僅激勵(lì)選出的區(qū)域，或在常規(guī)MRT成像中通過(guò)改變觸發(fā)角來(lái)局部地改變激勵(lì)的強(qiáng)度，以例如改善在高流密度下(如＞3特斯拉)的HF激勵(lì)的均勻性。
同樣如在一般情況下三維k空間軌跡在接收情況下需要很多時(shí)間，這樣的體積選擇激勵(lì)在發(fā)送κ空間中也需要相應(yīng)多的時(shí)間去激勵(lì)所期望的層特性。公知方法(如Transmit-SENSE)的目的在于如如下簡(jiǎn)述地將接收側(cè)PPA成像轉(zhuǎn)換到發(fā)送的情況通常通過(guò)采用欠掃描激勵(lì)軌跡實(shí)現(xiàn)發(fā)送側(cè)PPA成像技術(shù)的加速，而且在各發(fā)送元件中對(duì)HF信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制期間采用發(fā)送線圈陣列，以保持相同的激勵(lì)特性。
從核自旋斷層造影設(shè)備出發(fā)，核自旋斷層造影設(shè)備除了基本磁場(chǎng)磁鐵和梯度線圈系統(tǒng)外還具有由C線圈構(gòu)成的PPA發(fā)送線圈陣列以及由D線圈構(gòu)成的PPA接收線圈陣列。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢查患者身體區(qū)域的發(fā)送側(cè)加速的基于PPA的體積選擇激勵(lì)，目前采取下述步驟-通過(guò)PPA發(fā)送線圈陣列的相應(yīng)線圈在發(fā)送κ空間中沿發(fā)送軌跡同時(shí)輻射多個(gè)C體積選擇HF激勵(lì)脈沖，-通過(guò)PPA接收線圈陣列的相應(yīng)線圈在接收k空間中沿讀出軌跡從被激勵(lì)的組織區(qū)域同時(shí)接收核自旋共振信號(hào)，-通過(guò)將接收k空間中的測(cè)量數(shù)據(jù)變換到位置空間而產(chǎn)生位置空間中該組織區(qū)域的圖像，其中，在所有發(fā)送線圈中體積選擇HF激勵(lì)脈沖是不同的，并采用表現(xiàn)在常規(guī)體積選擇激勵(lì)中可能使用的每個(gè)軌跡的欠掃描部分的發(fā)送軌跡。在Transmit-SENSE中必須基于發(fā)送線圈靈敏度代數(shù)地確定特定于線圈的HF激勵(lì)脈沖，在此，對(duì)發(fā)送線圈靈敏度的確定是很成問(wèn)題的。
出于這個(gè)原因按照本發(fā)明的方法在于，以對(duì)沿各分段的HF激勵(lì)脈沖的線性組合的形式代數(shù)地形成欠掃描(減小的)激勵(lì)軌跡的缺失的分段，而不必顯式地應(yīng)用發(fā)送線圈的敏感性，根據(jù)GRAPPA，對(duì)未測(cè)量的k空間行的代數(shù)再現(xiàn)基于所獲得的組合系數(shù)矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，按照本發(fā)明的方法被稱為“Transmit-GRAPPA”。在本發(fā)明的方法Transmit-GRAPPA中，基于校正數(shù)據(jù)以各κ空間分段的線性組合形式來(lái)表示缺失的κ空間分段。每個(gè)線圈的HF激勵(lì)脈沖又通過(guò)根據(jù)以下的公式(5)的常規(guī)體積選擇HF脈沖的分段的線性組合給出。
為了理解下面對(duì)常規(guī)GRAPPA方法進(jìn)行簡(jiǎn)述為了優(yōu)化欠掃描k空間軌跡的再現(xiàn)質(zhì)量和SNR，根據(jù)GRAPPA的再現(xiàn)從例如N個(gè)不完全測(cè)量的數(shù)組(直至附加測(cè)量的中央?yún)⒖夹械那窉呙璧木€圈圖像；線圈1至線圈N)中又產(chǎn)生仍在k空間中的、本身又分別為完全的N個(gè)數(shù)組(線圈圖像)。由此對(duì)各線圈圖像的傅立葉變換導(dǎo)出N個(gè)不含皺褶(einfaltungsfrei)的單線圈圖像，其在位置空間的組合(例如借助平方和再現(xiàn))導(dǎo)致就SNR和信號(hào)分辨率來(lái)說(shuō)優(yōu)化的圖像。
在N個(gè)組件線圈下重又導(dǎo)致N個(gè)完全的單線圈數(shù)組的GRAPPA再現(xiàn)基于不完全數(shù)組的所測(cè)量的行的線性組合，其中首先是確定為此所需的(線性)系數(shù)。為此嘗試將不完全數(shù)組的常規(guī)測(cè)量(即不去除)的行這樣進(jìn)行線性組合，使得附加測(cè)量的參考行(即校正數(shù)據(jù)點(diǎn))與它們盡可能好地相適應(yīng)。由此該參考行用作目標(biāo)函數(shù)，常規(guī)測(cè)量(可能分布在不同組件線圈的不完全數(shù)組中)的行越多，該目標(biāo)函數(shù)匹配得就越好。
這意味著在GRAPPA再現(xiàn)的范圍內(nèi)必須將N個(gè)組件線圈的不完全數(shù)組再映射在N個(gè)組件線圈上以使這些數(shù)組完全。這種“映射”通過(guò)向量矩陣乘法代數(shù)地實(shí)現(xiàn)，其中，向量表示常規(guī)測(cè)量的k空間行，而矩陣表示所確定的組合系數(shù)矩陣。即換言之，如果所測(cè)量的行的線性組合基于系數(shù)矩陣給出對(duì)參考行(校正數(shù)據(jù)點(diǎn))的很好近似，則利用該矩陣同樣可以很好地再現(xiàn)同階(ranggleiche)消除(并由此而不被測(cè)量)的行。這些系數(shù)常常被稱為加權(quán)系數(shù)，參考行具有關(guān)于線圈敏感性的信息。
以下將示出，如何應(yīng)用如GRAPPA的自動(dòng)校準(zhǔn)方法來(lái)改進(jìn)加速的體積選擇激勵(lì)的性能而不必顯式地確定發(fā)送敏感性。
設(shè) 為通過(guò)HF激勵(lì)脈沖 在線圈c(c＝1...C)中引起的對(duì)對(duì)象磁化 的調(diào)制，其中 是空間坐標(biāo)， 是在發(fā)送κ空間中的空間激勵(lì)的本機(jī)振蕩頻率坐標(biāo)。該場(chǎng)的本機(jī)振蕩頻率顯示分別用小寫(xiě)字母表示 以及 其中 是在接收k空間中的本機(jī)振蕩頻率的坐標(biāo)。
此外，假設(shè)組件線圈陣列由D個(gè)接收線圈組成，它們具有線圈敏感特性 或 (d＝1...D)以及加速系數(shù)AF。因此由 將發(fā)送κ空間軌跡分布到HF激勵(lì)的AF個(gè)分段 (n＝1...AF)，這基本上類似于接收情況下的平行成像的情況，例如類似于在笛卡兒試驗(yàn)中對(duì)每個(gè)發(fā)送的行消除AF-1個(gè)κ空間行。通過(guò) 在線圈c中造成的對(duì)對(duì)象磁化的調(diào)制可以表示成 或 此外還假設(shè)，當(dāng)同時(shí)對(duì)所有發(fā)送元件采用 時(shí)會(huì)造成均勻組合的激勵(lì)或?qū)Ω鞣侄卧斐上鄳?yīng)的調(diào)制 和對(duì)所有分段造成 (在k空間顯示中用 和 表示)，它們分別由下式給出Tn(x→)=Σc=1CTcn(x→)---(1a)]]>T(x→)=Σn=1AFTn(x→).---(1b)]]>在通過(guò)發(fā)送線圈c由 輻射之后在接收線圈d中接收的信號(hào) (不考慮弛豫)可用下式表示sc,dn(k→)=m(k→)⊗tcn(k→)⊗rd(k→)---(2)]]>其中表示k空間卷積運(yùn)算符。
為了確定同時(shí)在C個(gè)發(fā)送線圈中沿n＝1的κ空間激勵(lì)軌跡發(fā)送的、用于使所期望的激勵(lì)完整的HF激勵(lì)脈沖的信號(hào)變化，以下舉例給出按照本發(fā)明的對(duì)于2D激勵(lì)的建議-利用每個(gè)線圈沿分段n＝1單獨(dú)發(fā)送 并同時(shí)用所有接收線圈沿同樣的k/κ空間激勵(lì)軌跡接收數(shù)據(jù) -利用所有發(fā)送線圈分別沿著HF軌跡n＝2...AF的其它分段同時(shí)發(fā)送 并同時(shí)利用所有接收線圈按照下式接收數(shù)據(jù) sdn(k→)=m(k→)⊗tn(k→)⊗rd(k→)---(3)]]>
-確定標(biāo)量系數(shù)(組合系數(shù)) n＝2...AF，從而滿足以下條件Σc=1CΣp,qfc1→n(p,q)·sc,d1(k→-p·AF·Δk→y-q·Δk→x)=sdn(k→)---(4)]]>例如，對(duì)于p∈[-1...1]和q∈[-2...2]。
在加速激勵(lì)期間利用所有線圈c＝1...C同時(shí)沿軌跡n＝1發(fā)送，下式成立σc1(κ→)=Σn=1AFΣp,qfc1→n(p,q)·σ1(k→-p·AF·Δκ→y-q·Δκ→x)---(5)]]>其中，對(duì)p、q采用與公式(4)相同的區(qū)域。應(yīng)注意的是，在該例中不限制發(fā)送和接收的一般性而采用同一軌跡。同樣不限制一般性地還可以有公式(4)和(5)的其它線性組合方式。
以下借助圖3-5描述本發(fā)明的方法圖3左上方示出的發(fā)送線圈陣列由四個(gè)繞圓形檢查對(duì)象均勻設(shè)置的發(fā)送線圈組成。向內(nèi)指向?qū)ο蟮募^將向?qū)ο蟀l(fā)送或輻射HF激勵(lì)脈沖的行為符號(hào)化。圖3右側(cè)示出由兩個(gè)繞同一對(duì)象設(shè)置的接收線圈組成的接收線圈陣列。向外指向的箭頭將對(duì)在由發(fā)送線圈發(fā)送的HF激勵(lì)后由對(duì)象發(fā)出的核共振響應(yīng)信號(hào)的接收符號(hào)化。
本發(fā)明方法的第一步驟由兩個(gè)子步驟組成，首先在通過(guò)第一發(fā)送線圈發(fā)送HF脈沖序列 時(shí)，該脈沖序列沿發(fā)送κ空間中減小的第一發(fā)送軌跡(n＝1)引起HF激勵(lì)。發(fā)送的脈沖被顯示為黑的并用圓圈標(biāo)記；發(fā)送通過(guò)白色箭頭表示。減小的發(fā)送軌跡在發(fā)送線圈陣列右側(cè)兩維地顯示在發(fā)送κ空間的坐標(biāo)系中，其中，在HF激勵(lì)下選擇加速系數(shù)AF＝3，如兩個(gè)在κy方向被消除的虛線表示的κ空間行所示。該第一減小的發(fā)送軌跡用n＝1表示。
第二子步驟為在接收k空間中通過(guò)接收線圈陣列的所有線圈來(lái)測(cè)量或接收由HF激勵(lì)在對(duì)象內(nèi)引起的響應(yīng)信號(hào)。
接收在所有接收線圈中沿完全的(未縮減的)接收軌跡同時(shí)(通過(guò)向外示出的白箭頭表示)進(jìn)行，該接收軌跡兩維地示于圖3右側(cè)的接收k空間的坐標(biāo)系中。該由發(fā)送線圈c＝1的沿減小的發(fā)送軌跡n＝1的HF激勵(lì)在接收線圈d＝1中作用的或引起的接收數(shù)組用 表示。接收線圈d＝2的接收數(shù)組用 表示。
現(xiàn)在將兩個(gè)子步驟相應(yīng)于發(fā)送線圈的數(shù)目進(jìn)行重復(fù)(例如圖3的下半部?jī)蓚€(gè)發(fā)送線圈的發(fā)送)，直至對(duì)每個(gè)發(fā)送線圈都相應(yīng)地獲得了接收數(shù)組，其中，(減小的)發(fā)送軌跡和接收軌跡總是保持相同。因此對(duì)于四個(gè)發(fā)送線圈和兩個(gè)接收線圈的情況將在四個(gè)發(fā)送-接收周期中共獲得八個(gè)接收數(shù)組
s1,11(k→),s1,21(k→),s2,11(k→),s2,21(k→),s3,11(k→),s3,21(k→),s4,11(k→),s4,21(k→).]]>本發(fā)明方法的第二步驟在圖4中示出，其中，在第一子步驟中所有發(fā)送線圈同時(shí)引起HF激勵(lì)，并且是沿第二減小的發(fā)送軌跡(n＝2)，其優(yōu)選與步驟1中的第一減小的軌跡(n＝1)不重疊。該第二發(fā)送軌跡示于圖4上部發(fā)送線圈陣列右側(cè)的圓圈中。對(duì)于該激勵(lì)也在所有接收線圈中同時(shí)采集相應(yīng)的接收數(shù)組。重復(fù)該第二步驟，直至所有減小的發(fā)送軌跡從n＝1至AF共同構(gòu)成一個(gè)完整的發(fā)送軌跡。對(duì)于AF＝3和具有兩個(gè)線圈的接收線圈陣列在兩個(gè)另外的發(fā)送-接收周期中共給出四個(gè)另外的接收數(shù)組sd=1n=2(k→),s22(k→),s13(k→),s23(k→)]]>(c下標(biāo)被去掉了，因?yàn)樵谠摬襟E中所有C個(gè)發(fā)送線圈都同時(shí)參與)。
最后，從第一和第二步驟的接收數(shù)組中產(chǎn)生類似于GRAPPA的、可以確定組合系 的方程組，該組合系數(shù)將步驟1的測(cè)量數(shù)據(jù)映射為步驟1和步驟2的測(cè)量數(shù)據(jù)。借助該在某種意義上與GRAPPA再現(xiàn)矩陣的系數(shù)相似的組合系數(shù)又可以計(jì)算特定于發(fā)送線圈的HF激勵(lì)脈沖，由所有線圈同時(shí)發(fā)送的這些HF激勵(lì)脈沖一方面給出減小的發(fā)送軌跡n＝1，另一方面可以根據(jù)期望的激勵(lì)特性進(jìn)行激勵(lì)。圖5中示出這些代數(shù)確定的HF激勵(lì)脈沖σ11(κ→),σ21(κ→),σ31(κ→),]]>GRAPPA自動(dòng)校準(zhǔn)方法的應(yīng)用只須在校準(zhǔn)階段在接收側(cè)采集少數(shù)k空間行。圖6示出對(duì)此的模擬，其中示出為了校準(zhǔn)的目的采用加速系數(shù)AF＝2，以及采用8元件鳥(niǎo)籠陣列來(lái)發(fā)送具有較低分辨率的圖像(左側(cè)圖像n＝1，右側(cè)圖像n＝2)。在這種情況下采用大小為32×32的數(shù)據(jù)矩陣以確定線性組合系數(shù)。如從圖7可見(jiàn)(左側(cè)圖是非選擇的)在加速的選擇激勵(lì)下產(chǎn)生的特性對(duì)應(yīng)于很好的所期望的(選擇的)圓形特性(右側(cè)圖)。
盡管上述自動(dòng)校準(zhǔn)方法相對(duì)于利用顯式或近似確定的發(fā)送敏感性工作的方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)采用的組合系數(shù)的確定和應(yīng)用完全也可以基于顯式確定的和適當(dāng)估計(jì)的發(fā)送敏感性。由發(fā)送敏感性實(shí)際上可以隨時(shí)而簡(jiǎn)單地計(jì)算與 或 和 等價(jià)的參數(shù)。
這例如可以通過(guò)在用 標(biāo)示的第一減小的發(fā)送軌跡上對(duì)各發(fā)送線圈的發(fā)送線圈敏感性的傅立葉變換進(jìn)行分析，并在用 標(biāo)示的其余減小的發(fā)送軌跡上對(duì)所有發(fā)送線圈敏感性的組合的傅立葉變換進(jìn)行分析實(shí)現(xiàn)。該參數(shù)可以理解為虛擬的校準(zhǔn)測(cè)量值。
同樣可以基于所采用的或任意假設(shè)的接收線圈陣列的接收線圈敏感性來(lái)模擬如上述的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，以獲得虛擬的測(cè)量值 和 這樣，組合系數(shù)的確定與應(yīng)用就與本文開(kāi)始所述的方法完全類似。
綜上所述，開(kāi)發(fā)了一種為確定用于并行發(fā)送的多維HF脈沖的基于GRAPPA形式的簡(jiǎn)單規(guī)則。在該概念基礎(chǔ)上可以對(duì)單個(gè)線圈導(dǎo)出HF脈沖(利用自動(dòng)校準(zhǔn)方法)，從而無(wú)需象目前的方法那樣對(duì)各線圈的發(fā)送特性進(jìn)行絕對(duì)量化。對(duì)C個(gè)發(fā)送線圈的線圈結(jié)構(gòu)所需的僅是對(duì)其中用一個(gè)單個(gè)線圈發(fā)送的減小的發(fā)送軌跡的C次采集，然后是AF-1次另外的對(duì)發(fā)送的其余減小的軌跡的采集。分別用所有接收線圈來(lái)接收。由于所有這些采集都可以是低分辨率的實(shí)驗(yàn)，該過(guò)程應(yīng)是很快的，并因此而可以對(duì)不同的層位置或HF脈沖變化簡(jiǎn)單地重復(fù)。這尤其在高場(chǎng)強(qiáng)時(shí)應(yīng)是很有幫助的，此時(shí)發(fā)送場(chǎng)的特性明顯不同于接收?qǐng)龅奶匦?，并且在?shí)驗(yàn)中對(duì)負(fù)荷的變化更敏感。
但如果成功地測(cè)量或估計(jì)了發(fā)送線圈的敏感性，也可以基于該發(fā)送線圈敏感性應(yīng)用所描述的用于計(jì)算特定于發(fā)送線圈的HF脈沖的方法。
權(quán)利要求
1.一種用于為發(fā)送線圈陣列確定特定于發(fā)送線圈的高頻激勵(lì)脈沖的方法，用于對(duì)用核自旋斷層造影設(shè)備進(jìn)行檢查的患者的組織區(qū)域進(jìn)行加速的基于部分平行采集的體積選擇激勵(lì)，該核自旋斷層造影設(shè)備具有基本磁場(chǎng)磁鐵、梯度線圈系統(tǒng)、發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列，該方法具有下列步驟a)通過(guò)發(fā)送線圈陣列的第一線圈沿發(fā)送κ空間中基于加速系數(shù)AF減小的第一發(fā)送軌跡輻射第一體積選擇高頻激勵(lì)脈沖序列；b)利用接收線圈陣列的所有線圈從被激勵(lì)的組織區(qū)域沿接收k空間中的完整的接收軌跡同時(shí)接收由該第一高頻激勵(lì)產(chǎn)生的核自旋共振響應(yīng)信號(hào)；c)用發(fā)送線圈陣列的所有其它線圈逐個(gè)重復(fù)執(zhí)行步驟a)和b)；d)同時(shí)通過(guò)發(fā)送線圈陣列的所有線圈沿另一在發(fā)送κ空間中減小的發(fā)送軌跡輻射第二體積選擇高頻激勵(lì)脈沖序列；然后e)利用接收線圈陣列的所有線圈從被激勵(lì)的組織區(qū)域沿接收k空間中的同一完整的接收軌跡同時(shí)接收由該第二高頻激勵(lì)產(chǎn)生的核自旋共振響應(yīng)信號(hào)；f)在AF＞2的情況下重復(fù)步驟d)和e)，直至所有減小的發(fā)送軌跡共同構(gòu)成一個(gè)完整的發(fā)送軌跡；g)基于所有測(cè)量的響應(yīng)信號(hào)確定組合系數(shù)；h)基于確定的組合系數(shù)計(jì)算特定于發(fā)送線圈的高頻激勵(lì)脈沖，這些高頻激勵(lì)脈沖在通過(guò)發(fā)送線圈陣列的多個(gè)或全部線圈同時(shí)沿第一減小的發(fā)送軌跡輻射時(shí)產(chǎn)生所期望的激勵(lì)特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，完整的發(fā)送軌跡和完整的接收軌跡相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)送軌跡和接收軌跡不同，但其k空間坐標(biāo)具有幾何關(guān)系，該幾何關(guān)系使得可以基于接收軌跡計(jì)算組合系數(shù)并基于第一發(fā)送軌跡應(yīng)用該組合系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，發(fā)送軌跡和/或接收軌跡在k空間中具有笛卡兒形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，發(fā)送軌跡和/或接收軌跡構(gòu)成為k空間中的線形或螺旋形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列相同。
7.一種用于為發(fā)送線圈陣列確定特定于發(fā)送線圈的高頻激勵(lì)脈沖的方法，用于對(duì)用核自旋斷層造影設(shè)備進(jìn)行檢查的患者的組織區(qū)域進(jìn)行加速的基于部分平行采集的體積選擇激勵(lì)，該核自旋斷層造影設(shè)備具有基本磁場(chǎng)磁鐵、梯度線圈系統(tǒng)、發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列，該方法具有下列步驟a)測(cè)量或估計(jì)發(fā)送線圈陣列的發(fā)送靈敏性；b)基于該發(fā)送線圈的發(fā)送靈敏性對(duì)發(fā)送線圈陣列的每個(gè)單獨(dú)的線圈沿基于加速系數(shù)AF減小的第一發(fā)送軌跡以及對(duì)發(fā)送線圈陣列的線圈組合沿另外AF-1個(gè)減小的發(fā)送軌跡產(chǎn)生虛擬的校正測(cè)量值；c)基于該虛擬的校正測(cè)量值確定組合系數(shù)；d)基于確定的組合系數(shù)計(jì)算特定于發(fā)送線圈的高頻激勵(lì)脈沖，這些高頻激勵(lì)脈沖在通過(guò)發(fā)送線圈陣列的多個(gè)或全部線圈同時(shí)沿第一減小的發(fā)送軌跡輻射時(shí)產(chǎn)生所期望的激勵(lì)特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，發(fā)送軌跡在k空間中具有笛卡兒形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，發(fā)送軌跡構(gòu)成為k空間中的線形或螺旋形。
10.一種用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法的設(shè)備。
11.一種計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品，其特征在于，當(dāng)其在與核自旋斷層造影設(shè)備連接的計(jì)算裝置上運(yùn)行時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定特定于發(fā)送線圈的HF激勵(lì)脈沖的方法，具有步驟沿第一減小的發(fā)送軌跡通過(guò)第一發(fā)送線圈輻射第一體積選擇HF激勵(lì)脈沖序列；用所有接收線圈從被激勵(lì)的組織區(qū)域沿完整的接收軌跡同時(shí)接收由第一HF激勵(lì)產(chǎn)生的核自旋共振響應(yīng)信號(hào)；對(duì)所有其它發(fā)送線圈重復(fù)上述步驟；同時(shí)沿另一減小的發(fā)送軌跡通過(guò)所有發(fā)送線圈輻射第二體積選擇HF激勵(lì)脈沖序列；利用所有接收線圈從被激勵(lì)的組織區(qū)域沿同一完整的接收軌跡同時(shí)接收由該第二HF激勵(lì)產(chǎn)生的核自旋共振響應(yīng)信號(hào)；在AF＞2時(shí)重復(fù)前兩個(gè)步驟直至所有減小的發(fā)送軌跡共同構(gòu)成一個(gè)完整的發(fā)送軌跡；基于所有測(cè)量的響應(yīng)信號(hào)確定組合系數(shù)；基于確定的組合系數(shù)計(jì)算特定于發(fā)送線圈的HF激勵(lì)脈沖。
文檔編號(hào)G01R33/3415GK1851494SQ20061007774
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者馬克·格里斯沃爾德, 斯蒂芬·卡能吉瑟 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司