由有關(guān)有源y勻場的y1象限的對(duì)稱參數(shù)(argument)可以得到y(tǒng)勻場線圈的y_2、y_3、y_4象限的敏感性。相應(yīng)地，由有關(guān)y勻場線圈的y_1、y_2、y_3和y_4象限的對(duì)稱性，可以得到x勻場線圈的x1、x_2、x_3和x_4象限的敏感性。

可以形成y勻場線圈的敏感性的線性組合

sy_shim＝o’1sy_1+o’2sy_2+o’3sy_3+o’4sy_4(1)

在等式(1)中，sy_i(1≤i≤4)是y_i象限的敏感性且o’是權(quán)重因數(shù)。如果所有的o’1相等，則y勻場就表現(xiàn)為y梯度。例如，如果o’1＝o’3＝1，o’2＝o’4＝-1，則y勻場就表現(xiàn)為常規(guī)的yz勻場。例如，如果o’1＝o’2＝1，o’3＝o’4＝-1，則y勻場就表現(xiàn)為常規(guī)z2勻場與xy勻場線圈的組合。例如，如果o’1＝o’4＝1，o’3＝o’2＝-1，則y勻場就主要表現(xiàn)為常規(guī)的z梯度。

下面的表2中列出的是在dsv為45cm的范圍內(nèi)z勻場線圈的z_1半部分可以產(chǎn)生的球面諧波的實(shí)例：

由有關(guān)z勻場線圈的半部分z_1的對(duì)稱參數(shù)可以得到z勻場線圈的半部分z_2的敏感性。下面的等式(2)是依據(jù)球諧系數(shù)的磁場z分量的表達(dá)式：

在等式(2)中，是磁場的z分量，r,θ,是觀測點(diǎn)的球面坐標(biāo)，pn^m(cosθ)是勒讓德多項(xiàng)式，cn是帶球諧系數(shù)，以及cn,m、sn,m是等軸球諧系數(shù)。

運(yùn)算時(shí)，為了使場非均勻性降到最低，可以使用分開的電源給勻場線圈提供電流。這通過使以下函數(shù)降到最小來實(shí)現(xiàn)：

在等式(3)中，符號(hào)具有以下定義：

·n是使用場攝像機(jī)(fieldcamera)的測量點(diǎn)的數(shù)量。

·nd是基礎(chǔ)(base)勻場線圈的數(shù)量。

·δb是磁場的測量場值相對(duì)于中心場值bo的變化。

·bi,n是由在測量點(diǎn)構(gòu)成的組上、用單位電流驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)勻場線圈(用字母n標(biāo)記)產(chǎn)生的磁場的值。這些值表示基礎(chǔ)勻場線圈的敏感性。

·in是將要施加到基礎(chǔ)勻場線圈的未知電流。

·λ是使要施加的勻場電流的值最小的正則化(regularization)因子。

與未知電流in有關(guān)的函數(shù)w的變化確定了解決方案。

圖6是示出適合補(bǔ)償本公開的mri裝置的示范性過程的流程圖。應(yīng)該意識(shí)到，雖然流程圖中示例的動(dòng)作每個(gè)都可以以示例的順序執(zhí)行，然而除非另有規(guī)定它們可以以示例順序以外的順序執(zhí)行。本公開的mri系統(tǒng)中或者附近的各種物體可以在成像容積中引入場非均勻性。例如，位于mri裝置臺(tái)架上的一些部件能夠引入場非均勻性。成像期間使用的機(jī)械(robotic)裝置是場非均勻性的可能來源的實(shí)例。在包括磁體、梯度線圈和在磁體外部且鄰近梯度線圈布置的有源電阻勻場線圈組件的磁共振成像(mri)系統(tǒng)中，圖6中所示的示范性方法600適合于補(bǔ)償場非均勻性。該mri系統(tǒng)可以是在此公開的mri系統(tǒng)的任一實(shí)施例，并且mri系統(tǒng)的有源電阻勻場線圈組件可以包括可操作的以便由通過多個(gè)電源通道提供的電流激勵(lì)的勻場線圈。

示范性方法600的動(dòng)作602包括運(yùn)行mri系統(tǒng)以維持磁場。示范性方法600的動(dòng)作604包括確定mri系統(tǒng)的成像容積中的場非均勻性?；趫鼍鶆蛐裕椒?00的動(dòng)作606和608可以包括確定要提供給有源電阻勻場線圈組件的勻場線圈的電流并將該電流分別施加到勻場線圈。確定電流以便使由該電流供電的勻場線圈可操作以便補(bǔ)償至少一些場非均勻性。動(dòng)作610可以包括重復(fù)動(dòng)作602中的維持磁場和動(dòng)作604中的確定場非均勻性，以確定提供給勻場線圈的電流是否允許期望的場非均勻性水平。如果希望附加的補(bǔ)償，則可以分別重復(fù)動(dòng)作606和608中的確定電流以及將該電流施加到勻場線圈的動(dòng)作以調(diào)節(jié)要提供給勻場線圈的電流，并且可以再次重復(fù)動(dòng)作602和604以確定得到的場非均勻性。在重復(fù)動(dòng)作602、604、606和608之后，勻場線圈可由電流供電，該電流被調(diào)整以補(bǔ)償大部分的場非均勻性?？梢杂脽o源勻場的調(diào)整來補(bǔ)償剩余的非均勻性。

應(yīng)該意識(shí)到，方法600可以是迭代方法，如果勻場線圈布置在磁體內(nèi)部則其執(zhí)行是繁重且困難的。在這種情況下，不得不隨著每次迭代執(zhí)行與超導(dǎo)勻場的連接。然而，由于有源電阻勻場線圈組件布置在磁體的外部，因此可以在mri系統(tǒng)的磁體保持關(guān)閉時(shí)執(zhí)行方法600。這種優(yōu)勢不僅允許容易地調(diào)節(jié)激勵(lì)勻場線圈的電流，而且在成像期間當(dāng)場非均勻性的來源實(shí)時(shí)移動(dòng)時(shí)還可以協(xié)同地允許實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)到勻場線圈的電流。這種實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)還允許顯著地改善成像質(zhì)量和精確度。

動(dòng)作602中的維持磁場和動(dòng)作604中的確定場非均勻性可以用該領(lǐng)域中各種已知的方法來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)施例中，動(dòng)作602中的維持磁場可以包括用成像容積中布置的物體來維持磁場。該物體可以具有可以已經(jīng)被預(yù)先確定的密度輪廓和參考磁場響應(yīng)。在這種實(shí)施例中，動(dòng)作604中的確定場非均勻性可以包括測量成像容積中的磁場，并比較測量到的磁場和物體預(yù)先確定的參考磁場。在示范性實(shí)施例中，處理器可以接收磁場測量結(jié)果并使用軟件來比較測量到的磁場和參考磁場以確定場非均勻性。

在實(shí)施例中，動(dòng)作604中的確定場非均勻性可以包括測量表面上方的磁場并基于在表面上方測量到的磁場數(shù)學(xué)地確定成像容積中的磁場。例如，可以將“磁攝像機(jī)”可拆裝地布置在mri系統(tǒng)中。磁攝像機(jī)可以包括測量磁攝像機(jī)的表面上方磁場的傳感器。從磁攝像機(jī)的傳感器收集的數(shù)據(jù)可以用于數(shù)學(xué)地確定成像容積中的磁場。在實(shí)施例中，處理器可以接收來自磁攝像機(jī)的數(shù)據(jù)，并基于磁攝像機(jī)表面上方的磁場使用軟件確定成像容積中的磁場。

基于本公開描述的原理，下面提供了用于補(bǔ)償各種場非均勻性的系統(tǒng)和方法的示范性實(shí)施例。

實(shí)例1：補(bǔ)償?shù)谝慌_(tái)架引起的非均勻性

在實(shí)施例中，在本公開的mri系統(tǒng)中的臺(tái)架上可以有18個(gè)“環(huán)”。在旋轉(zhuǎn)期間這些“環(huán)”支撐并引導(dǎo)臺(tái)架。這些“環(huán)”可以用鐵磁材料制造。進(jìn)行測量以便測定成像容積中的場非均勻性如何隨著臺(tái)架旋轉(zhuǎn)而變化。場攝像機(jī)(例如，24個(gè)平面，24個(gè)角，dsv為45cm)用于獲得跨越360°的29個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)架位置的場圖(fieldmap)。在圖7中該結(jié)果被示出為實(shí)線。該圖示出了在臺(tái)架旋轉(zhuǎn)期間峰到峰(peak-to-peak)測量到的非均勻性變化了20.5ppm，平均值為43.95ppm。

使用自由度為10的勻場線圈將上面關(guān)于等式(3)討論的補(bǔ)償過程應(yīng)用于在那些測量期間獲得的數(shù)據(jù)。在圖7中示出了該結(jié)果。圖7中的模擬數(shù)據(jù)的變化范圍等于3.92ppm，平均值為20.90ppm。作為實(shí)例，表3列出了非均勻性約為55ppm的測量結(jié)果#15和#16需要的電流。

另外，使用自由度為6的勻場線圈將上面關(guān)于等式(3)討論的補(bǔ)償過程應(yīng)用于在那些測量期間獲得的數(shù)據(jù)。該六個(gè)自由度可以通過根據(jù)圖5b-5d示出的任一實(shí)施例設(shè)置x勻場線圈、y勻場線圈和z勻場線圈來提供。該結(jié)果示于圖8中?，F(xiàn)在圖8中的模擬數(shù)據(jù)的變化范圍等于3.26ppm，平均值為23.45ppm。作為實(shí)例，表4列出了非均勻性約為55ppm的測量結(jié)果#15和#16需要的電流。

實(shí)例2：補(bǔ)償?shù)诙_(tái)架引起的非均勻性

該實(shí)例中的“環(huán)”由不銹鋼、鎢和制成。進(jìn)行測量以便測定成像容積中的場非均勻性如何隨著臺(tái)架旋轉(zhuǎn)而變化。場攝像機(jī)(例如，24個(gè)平面，24個(gè)角，dsv為45cm)用于獲得跨越360°的29個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)架位置的場圖。該結(jié)果(實(shí)線)示于圖9中，該圖示出了在臺(tái)架旋轉(zhuǎn)期間峰到峰測量到的非均勻性變化了2.67ppm，平均值為45.49ppm。

使用自由度為10的勻場線圈將上面關(guān)于等式(3)討論的補(bǔ)償過程應(yīng)用于在那些測量期間獲得的數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)的結(jié)果(虛線)示于圖9中。圖9中的變化范圍等于0.82ppm，平均值為18.50ppm。作為實(shí)例，表5列出了非均勻性約為45ppm的測量結(jié)果#15和#16需要的電流。

使用自由度為6的勻場線圈的將上面關(guān)于等式(3)討論的補(bǔ)償過程應(yīng)用于在那些測量期間獲得的數(shù)據(jù)。該六個(gè)自由度可以通過根據(jù)圖5b-5d示出的任一實(shí)施例設(shè)置x勻場線圈、y勻場線圈和z勻場線圈來提供。模擬數(shù)據(jù)的結(jié)果(虛線)示于圖10中。圖10中模擬數(shù)據(jù)的變化范圍等于2.35ppm，平均值為24.50ppm。作為實(shí)例，表6列出了非均勻性約為45ppm的測量結(jié)果#15和#16需要的電流。

實(shí)例3：補(bǔ)償由病人檢查臺(tái)運(yùn)動(dòng)引起的非均勻性

例如，圖1中病人檢查臺(tái)108的位置可以包括一些諸如電機(jī)的磁性材料，從而可能影響場非均勻性。有源補(bǔ)償能夠針對(duì)病人檢查臺(tái)位置進(jìn)行修正。viewray系統(tǒng)中的病人檢查臺(tái)包括具有磁性元件的部件。該病人檢查臺(tái)能夠左右、上下和軸向移動(dòng)。在軸向運(yùn)動(dòng)期間磁性部件不和病人檢查臺(tái)一起移動(dòng)。在前兩種情況下(左右、上下)，磁性部件和病人檢查臺(tái)一起移動(dòng)。在這些情況下，病人檢查臺(tái)的運(yùn)動(dòng)將會(huì)影響場非均勻性。進(jìn)行了五個(gè)測量以研究病人檢查臺(tái)的運(yùn)動(dòng)如何影響場非均勻性。它們是：

1.病人檢查臺(tái)處于缺省位置

2.病人檢查臺(tái)處于底部位置(缺省位置下面的100mm)

3.病人檢查臺(tái)處于頂部位置(缺省位置上面的100mm)

4.病人檢查臺(tái)處于左邊位置(距缺省位置的左邊70mm)

5.病人檢查臺(tái)處于右邊位置(距缺省位置的右邊70mm)

圖11示出了測量結(jié)果(實(shí)線)。

使用自由度為10的勻場線圈將上面關(guān)于等式(3)討論的補(bǔ)償過程應(yīng)用于這些數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)的結(jié)果在圖11中示出為虛線。峰到峰非均勻性測量數(shù)據(jù)的變化范圍是2.73ppm，且平均值為24.20ppm。有源補(bǔ)償模擬之后，峰到峰非均勻性的變化范圍為0.71ppm，且平均值為23.80ppm。

實(shí)例4：補(bǔ)償集成系統(tǒng)的非均勻性

采用全集成viewray系統(tǒng)作為試驗(yàn)點(diǎn)。臺(tái)架包括由鋼鐵制成的緩沖器。dsv為45cm上的峰到峰非均勻性被測量為98.49ppm。該主要貢獻(xiàn)來源于z2諧波。這種行為可以由負(fù)載臺(tái)架的對(duì)稱性引起。表7中列出了一些諧波。

該數(shù)據(jù)表明有強(qiáng)的z2諧波存在，其與表7一致。使用自由度為10的勻場線圈將上面關(guān)于等式(3)討論的補(bǔ)償過程應(yīng)用于這些數(shù)據(jù)。補(bǔ)償之后，場非均勻性被減小到22.4ppm。下面的表8和表9分別列出了在有源補(bǔ)償之前和之后的區(qū)域諧波和等軸諧波(zonalandtesseralharmonics)的比較。表8和表9表明有源勻場線圈所做的工作是將線性諧波和二次諧波幾乎抵消為零。諧波z4改變了符號(hào)。剩余的諧波沒有顯著地改變。

表10列出了勻場線圈中需要的電流。

linac-mm系統(tǒng)的有源補(bǔ)償

在公開號(hào)為no.2011/0012593的美國專利申請(qǐng)中描述了linac-mm系統(tǒng)，在此通過引用將其并入本文。可以更改這種linac-mm系統(tǒng)以便包括本公開所述的勻場線圈組件208。在示范性的linac-mm系統(tǒng)中，linac引起的dsv在45cm上的場非均勻性等于914.67ppm。球面諧波主要是如表11所列出的z2、z4、x和y。

在用本公開的勻場線圈組件施加有源補(bǔ)償之后，dsv在45cm上的場非均勻性減小到29.88ppm，并且對(duì)應(yīng)的球面諧波列于表12中。

對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流列于表13中。

在該實(shí)例中，使用有源勻場線圈來補(bǔ)償非均勻性。另一方法是應(yīng)用梯度偏移量來抵消線性項(xiàng)x和y。梯度偏移量的應(yīng)用還引入了作為梯度線圈的內(nèi)部特性的高階摻雜。在這種情況下，在dsv45cm上場非均勻性等于366.50ppm。有源補(bǔ)償之后，場非均勻性被減小到24.9ppm。

對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流列于表14中。在這種情況下，z勻場中的電流保持約與表13中的一樣，并且x和y勻場的電流比表13中的那些電流減小約三倍。

雖然上面描述了根據(jù)該公開原理的各種實(shí)施例，但應(yīng)該理解它們僅以實(shí)例的方式提出，而不是限制性的。因此，該發(fā)明的廣度和范圍將不被任一上述示范性實(shí)施例所限制，而是僅被根據(jù)該公開發(fā)布的權(quán)利要求和其等同物限定。另外，上述優(yōu)勢無意于將任何發(fā)布的權(quán)利要求的應(yīng)用限制未實(shí)現(xiàn)任一或全部優(yōu)勢的過程和結(jié)構(gòu)的。

此外，章節(jié)標(biāo)題不應(yīng)該限制或者表征可能由該公開發(fā)布的任意權(quán)利要求中闡述的發(fā)明。具體地，例如，雖然標(biāo)題指的是“技術(shù)領(lǐng)域”，然而這種主張將不被描述所謂技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)題下所選擇的語言所限制。進(jìn)一步，“背景技術(shù)”中技術(shù)的描述不應(yīng)該被解釋為承認(rèn)該技術(shù)是該公開中任一發(fā)明的已有技術(shù)?！鞍l(fā)明內(nèi)容”也不被認(rèn)為是在發(fā)布的權(quán)利要求中所闡述的發(fā)明的特征。另外，對(duì)的該公開的任何通常的引用或者單數(shù)形式單詞“發(fā)明”的使用不意指為對(duì)下面闡述的權(quán)利要求范圍的任何限制。根據(jù)該公開發(fā)布的多個(gè)權(quán)利要求的限制可以描述多個(gè)發(fā)明，因此這些權(quán)利要求限定了在此被保護(hù)的該發(fā)明和其等同物。