磁共振成像設(shè)備及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種磁共振成像設(shè)備及其控制方法。該磁共振成像設(shè)備包括：磁組件，包括主磁體和梯度線圈單元，并在自身的孔中形成靜磁場和梯度磁場；梯度控制器，將測試梯度波形施加到磁組件，并通過反映被施加的測試梯度波形的實際形狀來補償由渦電流引起的磁場梯度的變形。
【專利說明】磁共振成像設(shè)備及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]根據(jù)示例性實施例的設(shè)備和方法涉及一種補償由于渦電流引起的磁場梯度的變形的磁共振成像(MRI)設(shè)備及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁共振成像系統(tǒng)通過使用對人無害的磁場以及輻射的非電離形式的無線電波在人體中產(chǎn)生氫原子核的核磁共振，來對原子核的密度和生理化學特性進行成像。
[0003]更詳細地講，MRI設(shè)備通過在特定磁場被施加于機架(gantry)的孔的狀態(tài)下向原子核提供特定頻率和能量來將從原子核釋放的能量轉(zhuǎn)換為信號而對對象成像。
[0004]為了執(zhí)行對象的成像，在機架內(nèi)形成磁場梯度。導體和線圈被安裝在機架的孔中以形成梯度磁場，并且當電流脈沖被施加到線圈時，會產(chǎn)生渦電流，進而會使梯度磁場變形。
[0005]可通過執(zhí)行假設(shè)會變形的電流脈沖的一部分的預加重(pre-emphasis)的方法來補償磁場梯度的變形?？赏ㄟ^施加測試梯度波形來確定預加重的量(即，補償量)。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過假設(shè)施 加的測試梯度波形是理想階躍函數(shù)來確定補償量。然而，施加的梯度波形由于物理限制而不同于理想階躍函數(shù)，因此，補償量的準確性會受到損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]示例性實施例可至少解決以上問題和/或缺點以及以上未描述的其他缺點。此外，示例性實施例不要求克服以上描述的缺點，并且示例性實施例可不克服以上描述的任何問題。
[0007]—個或更多個示例性實施例提供一種MRI設(shè)備及其控制方法，其中，當補償磁場梯度的變形時，通過反映被實際施加的梯度波形的形狀來提高補償?shù)臏蚀_性。
[0008]根據(jù)示例性實施例的一方面，一種MRI設(shè)備包括磁組件和梯度控制器，其中，所述磁組件包括主磁體和靜磁場線圈單元，并在自身的孔中形成靜磁場和磁場梯度，所述梯度控制器將測試梯度波形施加到磁組件，并通過反映被施加的測試梯度波形的實際形狀來補償由渦電流引起的磁場梯度的變形。
[0009]梯度控制器可包括補償函數(shù)計算器，所述補償函數(shù)計算器計算用于通過反映被施加的測試梯度波形的實際形狀來補償磁場梯度的變形的補償函數(shù)。
[0010]補償函數(shù)計算器可從通過施加測試梯度波形而獲取的磁場梯度的測量值和被施加的測試梯度波形的實際形狀來估算磁組件的系統(tǒng)特性函數(shù)。
[0011]補償函數(shù)計算器可從估算出的系統(tǒng)特性函數(shù)來計算補償函數(shù)。
[0012]磁場梯度的測量值可在多個不同回波時間被測量。
[0013]梯度控制器還可包括補償電路，其中，計算出的補償函數(shù)被設(shè)置在所述補償電路中，并且所述補償電路執(zhí)行被施加到梯度線圈單元的梯度波形的預加重。
[0014]補償函數(shù)計算器可將估算出的系統(tǒng)特性函數(shù)的反函數(shù)計算為補償函數(shù)。[0015]補償函數(shù)計算器可通過假設(shè)被施加的測試波形的實際形狀是具有有限斜坡時間的斜坡函數(shù)來計算補償函數(shù)。
[0016]梯度控制器可在改變測試梯度波形的形狀的同時多次施加測試梯度波形，并且補償函數(shù)計算器可使用根據(jù)測試梯度波形的形狀的磁場梯度的測量值來計算補償函數(shù)。
[0017]測試梯度波形的形狀可以是從包括極性、大小和斜坡時間的組中選擇的至少一個。
[0018]補償函數(shù)計算器可使用當未施加測試梯度波形時的磁場梯度的測量值以及當施加測試梯度波形時的磁場梯度的測量值，來估算系統(tǒng)特性函數(shù)。[0019]梯度控制器可在改變測試梯度波形的極性的同時施加測試梯度波形。
[0020]補償函數(shù)計算器和補償電路可在磁場梯度的方向(即，X軸方向、Y軸方向和Z軸方向)中的每個方向上計算補償函數(shù)，并在這些方向中的每個方向上執(zhí)行梯度波形的預加重。
[0021]根據(jù)示例性實施例的一方面，一種MRI設(shè)備的控制方法，其中，MRI設(shè)備具有磁組件，所述磁組件包括主磁體和梯度線圈單元并在自身的孔中形成靜磁場和磁場梯度，所述控制方法包括:將測試梯度波形施加到磁組件，并計算用于通過反映被施加的測試梯度波形的實際形狀來補償由渦電流引起的磁場梯度的變形的補償函數(shù)。
[0022]所述控制方法還可包括測量通過施加測試梯度波形而獲取的磁場梯度的值，并且計算補償函數(shù)的步驟可包括使用磁場梯度的測量值和被施加的測試梯度波形的實際形狀。
[0023]計算補償函數(shù)的步驟還可包括從磁場梯度的測量值和被施加的測試梯度波形的實際形狀來估算磁組件的系統(tǒng)特性函數(shù)。
[0024]計算補償函數(shù)的步驟還可包括從估算出的系統(tǒng)特性函數(shù)計算補償函數(shù)。
[0025]磁場梯度的測量值可在多個不同回波時間被測量。
[0026]所述控制方法還可包括通過使用計算出的補償函數(shù)來執(zhí)行被施加到梯度線圈單元的梯度波形的預加重以補償由渦電流引起的磁場梯度的變形。
[0027]計算補償函數(shù)的步驟還可包括將估算出的系統(tǒng)特性函數(shù)的反函數(shù)計算為補償函數(shù)。
[0028]在計算補償函數(shù)時，可通過假設(shè)被施加的測試波形的實際形狀是具有有限斜坡時間的斜坡函數(shù)來計算補償函數(shù)。
[0029]施加測試梯度波形的步驟可包括在改變測試梯度波形的同時多次施加測試梯度波形，并且計算補償函數(shù)的步驟可包括使用根據(jù)測試梯度波形的形狀的磁場梯度的測量值來計算補償函數(shù)。
[0030]測試梯度波形的形狀可以是從包括極性、大小和斜坡時間的組中選擇的至少一個。
[0031]計算補償函數(shù)的步驟可包括:使用當未施加測試梯度波形時的磁場梯度的測量值以及當施加測試梯度波形時的磁場梯度的測量值來估算系統(tǒng)特性函數(shù)。
[0032]施加測試梯度波形的步驟可包括在改變測試梯度波形的極性的同時施加測試梯度波形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]通過參照附圖描述特定示例性實施例，以上和/或其他方面將變得更清楚，其中:[0034]圖1 是根據(jù)示例性實施例的MRI設(shè)備的控制框圖；
[0035]圖2是示意性地示出MRI設(shè)備的外觀的示圖；
[0036]圖3是示出沿著X、Y和Z軸的對象的示圖；
[0037]圖4A和圖4B是示出磁性組件和梯度線圈單元的結(jié)構(gòu)的示圖；
[0038]圖5是示出關(guān)于梯度線圈的操作的脈沖序列的示圖；
[0039]圖6是示出潤電流的產(chǎn)生的示圖；
[0040]圖7是根據(jù)示例性實施例的梯度控制器的控制框圖；
[0041]圖8是詳細地示出圖7中所示的梯度控制器的控制框圖；
[0042]圖9A、圖9B、圖9C和圖9D是示意性地示出理想測試梯度波形的應用以及磁場的測量的示圖；
[0043]圖1OA和圖1OB是示意性地示出當未施加測試梯度波形時和當施加測試梯度波形時的磁場梯度的測量的示圖；
[0044]圖11是示意性地示出根據(jù)示例性實施例的MRI設(shè)備補償由于渦電流引起的變形的示圖；
[0045]圖12是示出根據(jù)示例性實施例的在MRI設(shè)備的控制方法中計算補償函數(shù)的處理的流程圖；
[0046]圖13是示出根據(jù)示例性實施例的在MRI設(shè)備的控制方法中補償磁場梯度的變形的處理的流程圖；
[0047]圖14是示出根據(jù)示例性實施例的在MRI設(shè)備的控制方法中的計算補償函數(shù)的一個示例的流程圖。
【具體實施方式】
[0048]下面參照附圖更加詳細地描述特定示例性實施例。
[0049]在以下描述中，即使在不同的附圖中，相同的附圖標號仍被用于相同的元件。在所述描述中定義的事項(諸如詳細的結(jié)構(gòu)和元件)被提供來幫助示例性實施例的全面理解。因此，清楚的是，可在沒有這些專門定義的事項的情況下實現(xiàn)示例性實施例。此外，由于公知功能或結(jié)構(gòu)會在不必要的細節(jié)上模糊示例性實施例，因此不詳細描述公知功能和結(jié)構(gòu)。
[0050]圖1是根據(jù)示例性實施例的MRI設(shè)備的控制框圖。
[0051 ] 參照圖1，根據(jù)示例性實施例的MRI設(shè)備100包括形成磁場并產(chǎn)生原子核的共振的磁組件150、控制磁組件150的操作的控制器120和接收從原子核產(chǎn)生的回波信號(即，MR信號)并產(chǎn)生MR圖像的圖像處理器160。
[0052]磁組件150包括主磁體151、梯度線圈單元152和射頻(RF)線圈單元153，其中，主磁體151在磁組件150的孔中形成靜磁場，梯度線圈單元152在靜磁場中產(chǎn)生梯度并因此形成梯度磁場，射頻(RF)線圈單元153通過施加RF脈沖來激勵原子核并從這些原子核接收回波信號。也就是說，當目標對象被放置在磁組件150的孔中時，將靜磁場、梯度磁場和RF脈沖施加到該對象，從而激勵該對象的原子核，并且從原子核產(chǎn)生回波信號。
[0053]控制器120包括靜磁場控制器121和脈沖序列控制器122，其中，靜磁場控制器121控制由主磁體151形成的靜磁場的強度和方向，脈沖序列控制器122設(shè)計脈沖序列并基于該脈沖序列來控制梯度線圈單元152和RF線圈單元153。[0054]根據(jù)示例性實施例的MRI設(shè)備100包括將梯度信號施加到梯度線圈單元152的梯度控制器130和將RF信號施加到RF線圈單元153的RF發(fā)送器140，從而脈沖序列控制器122可控制梯度控制器130和RF發(fā)送器140，以便調(diào)整在磁組件150中形成的磁場梯度和被施加到原子核的RF。
[0055]RF線圈單元153被連接到圖像處理器160，并且圖像處理器160包括數(shù)據(jù)接收器161、數(shù)據(jù)存儲器162和數(shù)據(jù)處理器163，其中，數(shù)據(jù)接收器161收集關(guān)于從原子核產(chǎn)生的自旋回波信號(即，磁共振信號)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲器162存儲由數(shù)據(jù)接收器161接收的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理器163通過處理存儲在數(shù)據(jù)存儲器162中的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生MR圖像。
[0056]數(shù)據(jù)接收器161可包括前置放大器、相位檢測器和A/D轉(zhuǎn)換器，其中，前置放大器對由RF線圈單元153接收到的磁共振信號進行放大，相位檢測器接收從前置放大器發(fā)送的磁共振信號并隨后檢測相位，A/D轉(zhuǎn)換器將通過相位檢測而獲取的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。另外，數(shù)據(jù)接收器161將被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的磁共振信號發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲器162。
[0057]可將構(gòu)成二維(2D)傅里葉空間的數(shù)據(jù)空間形成在數(shù)據(jù)存儲器162中，并且當已經(jīng)完成了掃描的全部數(shù)據(jù)的存儲被完成時，數(shù)據(jù)處理器163通過對2D傅里葉空間中的數(shù)據(jù)執(zhí)行2D逆傅里葉變換來重新構(gòu)造對象的圖像。將被重新構(gòu)造的圖像顯示在顯示器112上。
[0058]另外，根據(jù)示例性實施例的MRI設(shè)備100可包括用戶操作單元110，并因此可從用戶接收控制關(guān)于MRI設(shè)備100的全部操作的指令，具體地講，MRI設(shè)備100可從用戶接收關(guān)于操作序列的指令并進 而產(chǎn)生脈沖序列。
[0059]用戶操作單元110可包括操作控制臺111和顯示器112，其中，操作控制臺111被提供以允許用戶操作系統(tǒng)，顯示器112顯示控制狀態(tài)并顯示由圖像處理器160產(chǎn)生的圖像以允許用戶診斷對象的健康狀態(tài)。
[0060]圖2是MRI設(shè)備的整體示圖，圖3是示出沿X、Y和Z軸的對象所位于的檢查區(qū)域(即，成像區(qū)域)的截面，圖4A和圖4B是示出磁組件的結(jié)構(gòu)和梯度線圈單元的結(jié)構(gòu)的示圖。
[0061]在下文中，將描述MRI設(shè)備100的詳細操作。
[0062]參照圖2，磁組件150具有圓柱形形狀并可被稱為機架，其中，磁組件150的孔是空的。磁組件150的孔被稱為腔或孔158，并且傳送單元210將放置于其上的對象200傳送到孔158以獲取MR圖像。
[0063]磁組件150包括主磁體151、梯度線圈單元152和RF線圈單元153。
[0064]可以以圍繞孔158纏繞線圈的形狀來形成主磁體151，并且當電流被施加到主磁體151時,在磁組件150的內(nèi)部(即，在孔158中)形成靜磁場。
[0065]靜磁場的方向一般與磁組件150的驅(qū)動軸平行。
[0066]當在孔158中形成靜磁場時，構(gòu)成對象200的原子(具體地講，氫原子)的原子核被排列在靜磁場的方向上，并在靜磁場的方向上進行進動(precession)。原子核的進動速度可被表示為進動頻率，并且這種進動頻率可被稱為拉莫爾頻率，并由以下的等式I來表示。
[0067][等式I]
[0068]ω = YΒ0
[0069]這里，ω是拉莫爾頻率，Υ是根據(jù)原子核的類型而變化的比例常數(shù)，并且BO是以特斯拉(T)或高斯(G)被測量的外部磁場的強度。
[0070]例如，氫質(zhì)子在IT的外部磁場中具有42.58MHz的進動頻率，并且在構(gòu)成人體的元素中，氫占據(jù)最大的百分比，因此在MRI期間主要使用氫質(zhì)子的進動來獲取MR信號。
[0071]梯度線圈單元152在形成在孔158中的靜磁場中產(chǎn)生梯度，從而形成梯度磁場。
[0072]如圖3中所示，可將與從對象200的頭到腳的縱向平行的軸(即，與靜磁場的方向平行的軸)定義為Z軸，可將與對象200的橫向平行的軸定義為X軸，可將與空間的垂直方向平行的軸定義為Y軸。
[0073]為了獲取磁共振信號的三維(3D)空間信息，需要在全部X軸、Y軸和Z軸方向上的梯度磁場。例如，梯度線圈單元152包括三對梯度線圈。
[0074]如圖4B中所示，Z軸梯度線圈152z包括一對環(huán)形線圈，Y軸梯度線圈152y被放置在對象200的上方和下方。另外，X軸梯度線圈152x被放置在對象200的左側(cè)和右側(cè)。 [0075]圖5是示出關(guān)于梯度線圈單元的各個梯度線圈的操作的脈沖序列的示圖。
[0076]當具有相反極性的直流沿相反方向在Z軸梯度線圈152z中流動時，磁場在Z軸方向上被改變，進而形成梯度磁場。
[0077]當梯度磁場通過電流沿著Z軸梯度線圈152z流動被形成達指定時間時,諧振頻率根據(jù)梯度磁場的大小被改變成更高的頻率或更低的頻率。之后，當與特定位置相應的RF信號通過RF線圈單元153被施加時，僅與所述特定位置相應的切片的質(zhì)子發(fā)生共振。因此，Z軸梯度線圈152z被用在切片選擇中。隨著形成在Z軸方向上的磁場梯度增加，可選擇具有更小厚度的切片。
[0078]當通過由Z軸梯度線圈152z形成的磁場梯度選擇了切片時，構(gòu)成所述切片的所有自旋都具有相同的頻率和相同的相位，從而各個自旋難以彼此區(qū)分。
[0079]此時，當通過Y軸梯度線圈152y形成在Y軸方向上的磁場梯度時,所述磁場梯度引起相移，使得切片的行具有不同的相位。
[0080]也就是說，當Y軸磁場梯度被形成時，被施加大的磁場梯度的行的自旋的相位被改變成更高的頻率，并且被施加小的磁場梯度的行的自旋的相位被改變成更低的頻率。當Y軸磁場梯度被去除時，被選擇的切片的各個行發(fā)生相移，并因此所述行具有不同的相位，從而所述行可被彼此區(qū)分。如上所述，由Y軸梯度線圈152y形成的磁場梯度在相位編碼時被使用。
[0081]通過由Z軸梯度線圈152z形成的磁場梯度來選擇切片，并且構(gòu)成所選擇的切片的行通過由Y軸梯度線圈152y形成的磁場梯度的所述行的不同相位被彼此區(qū)分。然而，構(gòu)成每個行的各個自旋具有相同的頻率和相同的相位，從而彼此難以區(qū)分。
[0082]此時，當通過X軸梯度線圈152x形成在X軸方向上的磁場梯度時，X軸磁場梯度促使構(gòu)成每個行的自旋具有不同頻率，使得各個自旋能夠彼此區(qū)分。如上所述，由X軸梯度線圈152X形成的磁場梯度在頻率編碼時被使用。
[0083]如上所述，由Z軸、Y軸和X軸梯度線圈形成的磁場梯度通過切片選擇、相位編碼和頻率編碼來執(zhí)行各個自旋的空間位置的編碼(即，空間編碼)。
[0084]梯度線圈單元152被連接到梯度控制器130，并且梯度控制器130根據(jù)從脈沖序列控制器122發(fā)送的控制信號將梯度波形(即，電流脈沖)施加到梯度線圈單元152，并然后產(chǎn)生磁場梯度。因此，梯度控制器130可被稱為梯度電源，并可包括與梯度線圈單元152的三對梯度線圈152x、152y和152z相應的三個驅(qū)動電路。隨后將描述梯度控制器130的操作的詳細配置，并可將諸如被施加到梯度控制器130以形成磁場梯度的電流或電壓脈沖的電信號稱為梯度波形。
[0085]如上所述，通過外部磁場被排列的原子核按拉莫爾頻率執(zhí)行進動，并且可將幾個原子核的磁化矢量的和表不為凈磁場M。
[0086]凈磁場M的Z軸分量的測量是不可能的，因此可僅檢測Mxy。因此，為了獲取MR信號，凈磁場應通過原子核的激勵被呈現(xiàn)在X-Y平面上。為了激勵原子核，應將被調(diào)諧到原子核的拉莫爾頻率的RF脈沖施加到靜磁場。
[0087]RF線圈單元153包括發(fā)送RF脈沖的發(fā)送線圈和接收從被激勵的原子核發(fā)出的電磁波(即，MR信號)的接收線圈。另外，RF線圈單元153可使用執(zhí)行發(fā)送和接收兩者的線圈(諸如頭部線圈)來代替發(fā)送線圈和接收線圈。
[0088]RF線圈單元153被連接到RF發(fā)送器140，并且RF發(fā)送器140根據(jù)從脈沖序列控制器122發(fā)送的控制信號將RF信號施加到RF線圈單元153，使得RF線圈單元153可將RF脈沖發(fā)送到磁組件150的孔。
[0089]RF發(fā)送器140可包括將RF信號調(diào)制成脈沖型信號的調(diào)制電路和放大脈沖型信號的RF功率放大器。
[0090]如從原子核獲取MR信號的方法，可使用自旋回波脈沖序列。如果RF線圈單元153施加了 RF脈沖，則當RF脈沖在施加第一 RF脈沖之后按適當?shù)臅r間間隔Λ t被再次發(fā)送時，在從RF脈沖被再次施加開始的時間△ t過去后，發(fā)生原子核的強的橫向磁化，并可從RF脈沖被再次施加來獲取MR信號。這可被稱為自旋回波脈沖序列，并且在施加第一 RF脈沖之后產(chǎn)生磁共振信號所花費的時間被稱為回波時間(TE)。
[0091]質(zhì)子的翻轉(zhuǎn)度可被表示為質(zhì)子從所述質(zhì)子在翻轉(zhuǎn)之前所處的軸移動到的角度，并且RF脈沖可根據(jù)質(zhì)子的翻轉(zhuǎn)度被表示為90度RF脈沖、180度RF脈沖等。
[0092]當強脈沖的電流被施加到梯度線圈單元152時，渦電流在抑制磁場梯度的產(chǎn)生的方向上在圍繞梯度線圈單元152的主磁體151中流動。
[0093]圖6是示出潤電流的產(chǎn)生的示圖。
[0094]參照圖6，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的MRI裝置，在脈沖序列控制下產(chǎn)生的電流脈沖11被梯度放大器32放大，并被施加到梯度線圈52。然而，當估算渦電流時，在與期望的靜磁場的方向相反的方向上靜磁場被改變。因此，如圖6中所示，形成在磁組件150的孔中的磁場梯度13b與預期的磁場梯度13a被不同地變形。
[0095]如果在用于切片選擇的磁場梯度中產(chǎn)生了渦電流，則切片輪廓變差，從而造成圖像的差的信噪比。
[0096]如果在用于頻率編碼的磁場梯度中產(chǎn)生了渦電流，則在k空間中的非均勻采樣發(fā)生在頻率編碼的方向上，從而圖像的分辨率被降低，并在邊界區(qū)域處發(fā)生振影和模糊。渦電流的影響根據(jù)圖像方法而不同，并在磁場梯度回波圖像和高速圖像的情況下增加。
[0097]因此，根據(jù)示例性實施例的MRI設(shè)備100包括用于補償由于渦電流而引起的磁場梯度的變形的渦電流補償器132。在下文中，將詳細描述關(guān)于磁場梯度的變形的補償?shù)牟僮鳌?br> [0098]圖7是示出根據(jù)示例性實施例的在MRI設(shè)備中的梯度控制器的配置的控制框圖。
[0099]參照圖7，梯度控制器130包括波形產(chǎn)生器131、渦電流補償器132和梯度放大器133。如上所述，當電流脈沖被施加到梯度線圈單元152時，渦電流被估算，并且渦電流使磁場梯度變形。因此，梯度控制器130包括執(zhí)行使電流脈沖預加重由渦電流變形的磁場梯度的量的處理的渦電流補償器132，并因此可補償在磁組件150內(nèi)形成的磁場梯度的變形。
[0100]具體地，波形產(chǎn)生器131根據(jù)由脈沖序列控制器122設(shè)計的脈沖序列來產(chǎn)生梯度波形。這里，梯度波形可以是電流脈沖。產(chǎn)生的梯度波形在被輸入到梯度放大器133之前被輸入到渦電流補償器132，渦電流補償器132預先補償渦電流的影響。
[0101]渦電流補償器132包括計算補償函數(shù)的補償函數(shù)計算器732和使用計算的補償函數(shù)預先補償渦電流的影響的補償電路734。梯度線圈單元152或包括梯度線圈單元152的磁組件150的系統(tǒng)特性被反映在補償函數(shù)中。假設(shè)系統(tǒng)特性被定義為函數(shù)H(S)，則補償電路734預先通過將反函數(shù)H—1 (s)應用到梯度波形來抵消將由于梯度線圈單元152或包括梯度線圈單元152的磁組件150的系統(tǒng)特性而產(chǎn)生的變形。這里，假設(shè)所述系統(tǒng)是線性時不變系統(tǒng)，則H(S)可以是傳遞函數(shù)。
[0102]因此，由補償函數(shù)計算器732計算的補償函數(shù)變成H—1 (S)，補償電路734將H—1 (s)應用到梯度波形，從而通過執(zhí)行將會變形的部分的預加重來補償在磁組件150的孔中形成的磁場梯度的變形。通過梯度放大器133將被預加重的梯度波形施加到梯度線圈單元152。
[0103]如上所述，由于梯度線圈單元152包括X軸線圈152x、Y軸線圈152y和Z軸線圈152z并且梯度控制器130分別將電流脈沖施加到X軸線圈152x、Y軸線圈152y和Z軸線圈152z，因此可分別補償被施加到X軸線圈152x的X軸梯度波形、被施加到Y(jié)軸線圈152y的Y軸梯度波形以 及被施加到Z軸線圈152z的Z軸梯度波形。在下文中，將參照圖8對此進行描述。
[0104]圖8是示出包括與X軸線圈、Y軸線圈和Z軸線圈相應的組件的圖7中示出的梯度控制器的細分的控制框圖。
[0105]如圖8中所示，波形產(chǎn)生器131包括X軸波形產(chǎn)生器131x、Y軸波形產(chǎn)生器131y和Z軸波形產(chǎn)生器131z，并因此分別產(chǎn)生用于在X軸方向上形成磁場梯度的X軸波形、用于在Y軸方向上形成磁場梯度的Y軸波形以及用于在Z軸方向上形成磁場梯度的Z軸波形。產(chǎn)生的波形可具有脈沖類型。
[0106]渦電流補償器132包括X軸補償器132x、Y軸補償器132y和Z軸補償器132z，從而分別補償X軸波形、Y軸波形和Z軸波形。
[0107]X軸補償器132x包括X軸補償函數(shù)計算器142和X軸補償電路144，Y軸補償器132y包括Y軸補償函數(shù)計算器146和Y軸補償電路148，Z軸補償器132z包括Z軸補償函數(shù)計算器154和Z軸補償電路156。
[0108]然而，因為用于補償由于渦電流引起的變形的操作根據(jù)磁場梯度的軸而變化，因此在下文中，為了便于描述，將基于圖7的組件描述這種操作。
[0109]如上所述，測得的磁場梯度的變形可能由梯度線圈單元152和包括梯度線圈單元152的磁組件150的系統(tǒng)特性引起，并且所述系統(tǒng)特性可由系統(tǒng)特性函數(shù)H(S)來表示。
[0110]因此，如圖11中所示，為了預先補償在經(jīng)過梯度線圈單元152之后的變形，渦電流補償器132的補償電路734將系統(tǒng)特性反函數(shù)H—1 (s)應用到輸入波形21a。也就是說，系統(tǒng)特性反函數(shù)F1(S)成為由渦電流補償器132的補償電路734計算并應用的補償函數(shù)。
[0111]在下文中，將詳細描述通過補償函數(shù)計算器732計算補償函數(shù)。
[0112]圖9A、9B、9C和9D是示意性地示出理想測試梯度波形的施加和磁場的測量的示圖。
[0113]為了計算補償函數(shù)，將預先設(shè)計的體模(phantom)放置在磁組件150的孔中，施加測試梯度波形，并在多個TE測量磁場梯度。
[0114]由于測得的磁場梯度可包括由除被施加的測試梯度波形之外的因素引起的分量，因此如圖9B中所示，可在施加測試梯度波形的情況下測量磁場梯度，并且如圖9A中所示，可不施加測試梯度波形。
[0115]另外，如圖9B中所示，可通過分別施加具有相反相位的測試梯度波形來測量磁場梯度。圖9A和圖9B中所示的測試梯度波形施加方法僅是應用于示例性實施例的示例,示例性實施例不限于此。
[0116]由于磁場梯度在磁組件150的孔中在任意方向上與距離成比例地被線性地形成，因此由RF線圈單元153接收到的MR信號的頻率與所述磁場梯度成比例地增加或減小。可基于以上描述按各種方法來測量磁場梯度。也就是說，可使用用于測量磁場梯度的單獨的裝置，或者可使用從如圖1中所示的數(shù)據(jù)接收器161發(fā)送的信號來計算磁場梯度。示例性實施例在梯度磁場測量方法方面不受限。
[0117]圖1OA和圖1OB是示意性地示出當未施加測試梯度波形時和當施加實際測試梯度波形時的磁場梯度的測量的示圖。
[0118]雖然圖9B、9C和9D將施加的測試梯度波形示出為具有階躍函數(shù)的形狀，但是這種測試梯度波形僅是理想的梯度波形，并且實際上，理想階躍函數(shù)形狀的測試梯度波形的施加由于物理限制會是困難的。作為實際施加的測試梯度波形的示例，存在被定義為有限斜坡時間τκ的線性斜坡函數(shù)。
[0119]在現(xiàn)有技術(shù)中，在假設(shè)被施加的測試梯度波形具有理想階躍函數(shù)的形狀的情況下計算補償函數(shù)。然而，由于理想階躍函數(shù)形狀的測試梯度波形不同于實際施加的測試梯度波形，因此補償函數(shù)的準確性被降低，并且應重復用于補償?shù)难a償函數(shù)的另外的測試。因此，根據(jù)示例性實施例的MRI設(shè)備100計算被實際施加的測試梯度波形的形狀被反映的補償函數(shù)，以在不需要重復測試的情況下更準確地補償磁場梯度的變形。
[0120]補償函數(shù)計算器732基于在測量的磁場梯度、被施加的測試梯度波形和系統(tǒng)特性之間的相關(guān)性來計算補償函數(shù)，如下面的等式2中所示:
[0121][等式2]
[0122]0(s)=H(s).1(S) — H (s) =0(s)/I (S)
[0123]這里，O(S)表示測量的磁場梯度，H(S)表示系統(tǒng)特性函數(shù)，I (S)表示被施加的測試梯度波形(即，電流或電壓脈沖)。也就是說，當由I(S)表示的梯度波形被輸入時，磁場梯度O(S)被測量為系統(tǒng)特性函數(shù)H(S)。如上所述，由于補償函數(shù)與系統(tǒng)特性反函數(shù)相應，因此補償函數(shù)計算器732基于以上的等式2來估算系統(tǒng)特性函數(shù)H(S)。
[0124]這里，用表示被施加的測試梯度波形的I (S)來代替不同于理想階躍函數(shù)Ι/s的表示實際的測試梯度波形的函數(shù)。例如，如果被實際施加的測試梯度波形具有如圖1OB中所示的被定義為有限斜坡時間τ 線性斜坡函數(shù)的形狀，則I (s)可被定義為以下的等式3。在等式3中，τ表示斜坡時間。
[0125][等式3]
[0126] I (s) = (l_e…)/τ S2[0127]所述斜坡函數(shù)僅是實際的梯度波形的一個示例，并且除了所述斜坡函數(shù)之外，實際梯度波形可具有其他形狀，諸如正弦函數(shù)。此外，如果實際的梯度波形與斜坡函數(shù)相應，則斜坡函數(shù)的形狀可根據(jù)極性、大小或斜坡時間而變化。
[0128]為 了更準確地計算補償函數(shù)，可測量被實際施加的測試梯度波形。為此，梯度放大器133的輸入端子可讀取信號，然后這種結(jié)果可充當被實際施加的測試梯度波形。另外，梯度放大器133的輸出端子可讀取信號。
[0129]補償函數(shù)計算器732可通過測量被實際施加的梯度波形或假設(shè)被實際施加的梯度波形是適當形狀的函數(shù)來估算系統(tǒng)特性函數(shù)H(S)。
[0130]然后，補償函數(shù)計算器732從估算的系統(tǒng)特性函數(shù)H(S)計算補償函數(shù)H—1 (s)。
[0131]在下文中，將描述在被實際施加的測試梯度波形具有如圖10中所示的線性斜坡函數(shù)的形狀的條件下補償函數(shù)的計算的另一示例。
[0132]被實際施加的測試梯度波形主要具有線性斜坡函數(shù)的形狀。當斜坡函數(shù)的斜坡時間接近于O時，斜坡函數(shù)具有與階躍函數(shù)相似的形狀。因此，補償函數(shù)計算器732可通過假設(shè)被實際施加的梯度波形具有階躍函數(shù)的形狀來估算系統(tǒng)特性函數(shù)H(S)’，并通過校正系統(tǒng)特性函數(shù)H(S) ’的系數(shù)來估算被校正的系統(tǒng)特性函數(shù)H(S)，以便匹配被實際施加的測試梯度波形的形狀。
[0133]更詳細地講，可從通過假設(shè)被實際施加的梯度波形具有階躍函數(shù)的形狀而獲取的系統(tǒng)特性函數(shù)H(s)’和測量的磁場梯度(這里，k是大于I的固定數(shù))來計算系統(tǒng)特性函數(shù)H(s)’的系數(shù)C’k表示比例常數(shù)，《,表示時間常數(shù)。由于在多個TE計算梯度磁場，因此多組各個常數(shù)被計算。
[0134]使用被實際施加的梯度波形和校正等式來校正通過假設(shè)被實際施加的梯度波形具有階躍函數(shù)的形狀而計算的常數(shù)。這里，校正等式可由以下的等式4來表示。
[0135][等式4]
[0136]Ck= ω k τ J {exp ( ω k τ k~l)} C' k
[0137]雖然以上示例將時間常數(shù)示出為在校正之前和之后保持相同值，但是可根據(jù)需要來校正時間常數(shù)。
[0138]可通過校正常數(shù)來估算被實際施加的梯度波形被反映的系統(tǒng)特性函數(shù)H(S)，并且最終計算的補償函數(shù)成為H—1 (S)。
[0139]然而，使用以上的等式3和等式4的描述僅是補償函數(shù)計算器732的操作的一個示例，并且不總是根據(jù)以上的等式3和等式4來進行補償函數(shù)的計算。補償函數(shù)的計算可根據(jù)被實際施加的測試梯度波形而變化，并且雖然被實際施加的測試梯度波形具有斜坡函數(shù)的形狀，但是可在不使用以上描述的從階躍函數(shù)形狀的測試梯度波形獲取的系統(tǒng)特性函數(shù)的情況下直接應用斜坡函數(shù)。
[0140]由補償函數(shù)計算器732計算的補償函數(shù)被設(shè)置在補償電路734中，并且補償電路734預先通過將被施加的梯度波形的預加重(即，預放大)來補償將在磁場梯度中產(chǎn)生的變形。被實際施加的測試梯度波形的形狀被反映在這種補償函數(shù)中，并因此，可在無需通過重復的測量來校正系數(shù)的情況下執(zhí)行具有被提高準確性的補償。
[0141]為了計算系統(tǒng)特性被準確地反映的補償函數(shù)，可在改變測試梯度波形的形狀的同時測量磁場梯度，并使用測得的磁場梯度來計算補償函數(shù)。這里，梯度波形的變化的形狀可以是從包括極性、大小和斜坡時間的組中選擇的至少一個。
[0142]可在MRI設(shè)備100被使用之前執(zhí)行補償函數(shù)的計算，可周期地執(zhí)行所述計算，或頻繁地執(zhí)行所述計算。也就是說，根據(jù)示例性實施例，不限制補償函數(shù)的計算的頻率和時間。
[0143]圖11是示意性地示出根據(jù)示例性實施例的根據(jù)MRI設(shè)備的由于渦電流引起的變形的補償?shù)氖緢D。
[0144]參照圖11，由波形產(chǎn)生器131產(chǎn)生的原始梯度波形21a在被輸入到梯度放大器133之前被輸入到渦電流補償器132。原始梯度波形21a由脈沖序列控制器122設(shè)計以獲取對象的MR信號。
[0145]如上所述，由補償函數(shù)計算器732計算的補償函數(shù)被設(shè)置在渦電流補償器132中。當原始梯度波形21a被輸入到補償電路734時，補償電路734輸出通過執(zhí)行經(jīng)由將應用補償函數(shù)而變形的部分的預加重而獲取的被加重的梯度波形21b。因此，補償電路734可充當補償濾波器。
[0146]被加重的梯度波形21b被輸入到梯度放大器133，被放大以形成產(chǎn)生磁場梯度的放大后的梯度波形22，然后被輸出。放大后的梯度波形22被輸入到梯度線圈單元152，并形成被補償了變形的磁場梯度。
[0147]由于以上描述 的磁場梯度的變形的補償分別由X軸梯度線圈152x、Y軸梯度線圈152y和Z軸梯度線圈152z的每個來進行，因此X軸渦電流補償器132x、Y軸渦電流補償器132y和Z軸渦電流補償器132z通過分別執(zhí)行X軸梯度波形、Y軸梯度波形和Z軸梯度波形的預加重來補償磁場梯度的變形。
[0148]在下文中，將描述根據(jù)示例性實施例的MRI設(shè)備的控制方法。
[0149]圖12是示出根據(jù)示例性實施例的在MRI設(shè)備的控制方法中計算補償函數(shù)的處理的流程圖。
[0150]為了計算補償函數(shù)，測試磁場梯度的測量值被獲取。因此，將被預先設(shè)計以執(zhí)行測試的體模放置在磁組件150的孔中。
[0151]參照圖12，首先施加測試梯度波形(操作311)。測試梯度波形可由脈沖序列控制器122來設(shè)計以計算補償函數(shù)。
[0152]此后，測量在磁組件150的孔中形成的磁場梯度(操作312)。這里，可在多個TE測量磁場梯度。為了排除除測試梯度波形之外的其他因素的影響，可分別在測試梯度波形的施加之前和之后測量磁場梯度。另外，可在改變測試梯度波形的相位的同時測量磁場梯度。
[0153]基于測量的結(jié)果，計算被施加的梯度波形的實際形狀被反映的補償函數(shù)Η—1 (S)(操作313)。更詳細地講，根據(jù)以上的等式2，可使用測得的磁場梯度和被實際施加的測試梯度波形來估算梯度線圈單元152或包括梯度線圈單元152的磁組件150的系統(tǒng)特性函數(shù)H(s)。例如，如果被實際施加的測試梯度波形是具有有限斜坡時間的斜坡函數(shù)，則可使用與被實際施加的測試梯度波形相應的斜坡函數(shù)和測得的磁場梯度來估算系統(tǒng)特性函數(shù)H(S)。然而，斜坡函數(shù)僅是實際的梯度波形的一個示例，除了斜坡函數(shù)之外，實際的梯度波形可具有其他形狀(諸如，正弦函數(shù))。
[0154]為了更準確地估算系統(tǒng)特性函數(shù)，可測量被實際施加的測試梯度波形，并且可將測量的結(jié)果用作被實際施加的測試梯度波形?？赏ㄟ^經(jīng)由梯度放大器133的輸入端子讀取信號來測量被實際施加的測試梯度波形。[0155]當估算了系統(tǒng)特性函數(shù)H(s)時，將系統(tǒng)特性反函數(shù)H—1 (S)計算為補償函數(shù)。
[0156]為了補償X軸磁場梯度、Y軸磁場梯度和Z軸磁場梯度中的每個的變形，可對于X軸、Y軸和Z軸中的每個軸執(zhí)行磁場梯度的測量和補償函數(shù)的計算。
[0157]另外，為了計算系統(tǒng)特性被準確反映的補償函數(shù)，在改變測試梯度波形的形狀的同時測量磁場梯度，并且可使用測得的磁場梯度來計算補償函數(shù)。這里，梯度磁場的變化的形狀可以是從包括極性、大小和斜坡時間的組中選擇的至少一個，或者可由波形產(chǎn)生器131來產(chǎn)生具有不同形狀的測試梯度波形。
[0158]圖13是示出根據(jù)示例性實施例的在MRI設(shè)備的控制方法中補償磁場梯度的變形的處理的流程圖。
[0159]參照圖13，補償函數(shù)的計算(操作321至323)與圖12的補償函數(shù)的計算相同。將計算的補償函數(shù)設(shè)置在補償電路734中(操作324)。[0160]此后，產(chǎn)生用于對象的磁共振成像的梯度波形(操作325)，將補償函數(shù)H—1 (S)應用到所產(chǎn)生的梯度波形，然后將所述梯度波形施加到梯度線圈單元152 (操作326)。當補償函數(shù)H—1 (s)被施加到梯度波形時，對將變形的梯度波形的部分進行預加重，從而可預先補償變形。因此，當補償函數(shù)IT1 (s)被施加的梯度波形被輸入到梯度線圈單元152時，可在磁組件150的孔中形成具有原始預期的波形的磁場梯度。
[0161]圖14是示出根據(jù)示例性實施例的在MRI設(shè)備的控制方法中的補償函數(shù)的計算的一個示例的流程圖。
[0162]如上所述，假設(shè)用于補償函數(shù)的計算的測試梯度波形是階躍函數(shù)。然而，應用理想階躍函數(shù)的形狀的測試梯度波形是困難的，并將斜坡函數(shù)實際應用為測試梯度波形。在根據(jù)示例性實施例的MRI設(shè)備的控制方法中，為了準確地計算補償函數(shù)，反映被實際施加的測試梯度波形的形狀。然而，基于斜坡函數(shù)的特性，當斜坡函數(shù)的斜坡時間接近于O時，斜坡函數(shù)具有與階躍函數(shù)相似的形狀，可使用獲取到的階躍函數(shù)的補償函數(shù)，即，通過假設(shè)被施加的測試梯度波形是階躍函數(shù)而獲取的補償函數(shù)。
[0163]參照圖14，首先施加測試梯度波形(操作331)，并測量在磁組件150的孔中形成的磁場梯度(操作332)。
[0164]假設(shè)被施加的測試梯度波形是理想階躍函數(shù)，并基于磁場梯度的測量的結(jié)果來計算補償函數(shù)H4(S)'(操作333)。具體地，通過將測得的磁場梯度施加到系統(tǒng)特性函數(shù)H(s)’來計算系統(tǒng)特性函數(shù)H(S) ’的系數(shù)以計算補償函數(shù)H—Hs)’，其中，通過假設(shè)被施加的測試梯度波形是階躍函數(shù)來獲取系統(tǒng)特性函數(shù)H(S) ’。
[0165]之后，校正計算出的補償函數(shù)F1(S)'的系數(shù)，以便匹配被施加的測試梯度波形的實際形狀(操作334)。為此，可應用由以上的等式4表示的校正等式。例如，可校正補償函數(shù)H^1(S)'的比例常數(shù)或時間常數(shù)。
[0166]當校正計算出的補償函數(shù)F1(S)'的系數(shù)以便匹配被施加的測試梯度波形的實際形狀時，將補償函數(shù)H—Ys)’校正為測試梯度波形的實際形狀被反映的補償函數(shù)H—1 (S)。將校正后的補償函數(shù)F1(S)設(shè)置在補償電路中(操作335)。
[0167]之后，產(chǎn)生用于對象的磁共振成像的梯度波形(操作336)，將補償函數(shù)H—1 (S)應用到產(chǎn)生的梯度波形，然后將所述梯度波形施加到梯度線圈單元152 (操作337)。當補償函數(shù)Η—1 (s)被施加到梯度波形時，將變形的梯度波形的部分被預加重，因此可預先補償變形。因此，當補償函數(shù)H-1 (s)被施加的梯度波形被輸入到梯度線圈單元152時，可在磁組件150的孔中形成具有原始預期的波形的磁場梯度。
[0168]如從以上描述清楚的，在根據(jù)示例性實施例的MRI設(shè)備及其控制方法中，當磁場梯度的變形被補償時，反映被實際施加的梯度波形的形狀，從而提供補償?shù)臏蚀_性。
[0169]雖然已經(jīng)示出并描述了一些示例性實施例，但是示例性實施例不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本公開的原理和精神的情況下，可在這些示例性實施例中做出各種改變，本公 開的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種磁共振成像裝置，包括: 磁組件，包括靜磁場線圈單元和梯度磁場線圈單元，并在自身的內(nèi)部空間中形成靜磁場和磁場梯度； 梯度施加單元，將測試梯度波形施加到磁組件，并通過反映被施加的測試梯度波形的實際形狀來補償由渦電流引起的磁場梯度的變形。
2.如權(quán)利要求1所述的磁共振成像裝置，其中，梯度施加單元包括補償函數(shù)計算單元，所述補償函數(shù)計算單元計算通過反映被施加的測試梯度波形的實際形狀來補償磁場梯度的變形的補償函數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的磁共振成像裝置，其中，補償函數(shù)計算單元從通過施加測試梯度波形而獲取的磁場梯度的測量值并從被施加的測試梯度波形的實際形狀來估算磁組件的系統(tǒng)特性函數(shù)，并從估算出的系統(tǒng)特性函數(shù)來計算補償函數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的磁共振成像裝置，其中，梯度施加單元還包括補償電路，其中，計算出的補償函數(shù)被設(shè)置在所述補償電路中，并且所述補償電路執(zhí)行被施加到梯度磁場線圈單元的梯度波形的預加重。
5.如權(quán)利要求3所述的磁共振成像裝置，其中，補償函數(shù)計算單元將估算出的系統(tǒng)特性函數(shù)的反函數(shù)計算為 補償函數(shù)。
6.如權(quán)利要求3所述的磁共振成像裝置，其中，補償函數(shù)計算單元通過假設(shè)被施加的測試梯度波形的實際波形是具有有限斜坡時間的斜坡函數(shù)來計算補償函數(shù)。
7.如權(quán)利要求3所述的磁共振成像裝置，其中: 梯度施加單元在改變測試梯度波形的形狀的同時多次施加測試梯度波形； 補償函數(shù)計算單元使用根據(jù)測試梯度波形的形狀的磁場梯度的測量值來計算補償函數(shù)。
8.如權(quán)利要求4所述的磁共振成像裝置，其中，補償函數(shù)計算單元和補償電路在與X軸方向、Y軸方向和Z軸方向相應的磁場梯度的方向中的每個方向上分別計算補償函數(shù)，并在與X軸方向、Y軸方向和Z軸方向相應的磁場梯度的方向中的每個方向上執(zhí)行梯度波形的預加重。
9.一種磁共振成像裝置的控制方法，其中，所述磁共振成像裝置具有磁組件，所述磁組件包括靜磁場線圈單元和梯度磁場線圈單元并在自身的內(nèi)部空間中形成靜磁場和磁場梯度，所述控制方法包括: 將測試梯度波形施加到磁組件； 通過反映被施加的測試梯度波形的實際形狀來計算用于補償由渦電流引起的磁場梯度的變形的補償函數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的控制方法，還包括:測量通過施加測試梯度波形而獲取的磁場梯度的值， 其中，計算補償函數(shù)的步驟包括:使用磁場梯度的測量值和被施加的測試梯度波形的實際形狀。
11.如權(quán)利要求10所述的控制方法，其中，計算補償函數(shù)的步驟還包括:從磁場梯度的測量值并從被施加的測試梯度波形的實際形狀來估算磁組件的系統(tǒng)特性函數(shù)，并從估算出的系統(tǒng)特性函數(shù)來計算補償函數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的控制方法，還包括:通過使用計算出的補償函數(shù)來執(zhí)行被施加到梯度磁場線圈單元的梯度波形的預加重，以補償由渦電流引起的磁場梯度的變形。
13.如權(quán)利要求12所述的控制方法，其中，計算補償函數(shù)的步驟還包括:將估算出的系統(tǒng)特性函數(shù)的反函數(shù)計算為補償函數(shù)。
14.如權(quán)利要求12所述的控制方法，其中，在計算補償函數(shù)時，通過假設(shè)被施加的測試梯度波形的實際形狀是具有有限斜坡時間的斜坡函數(shù)來計算補償函數(shù)。
15.如權(quán)利要求10所述的控制方法，其中: 施加測試梯度波形的步驟包括:在改變測試梯度波形的形狀的同時多次施加測試梯度波形； 計算補償函數(shù)的步驟包括:使用根據(jù)測試梯度波形的形狀的磁場梯度的測量值來計算補償函數(shù)； 測試梯度波形的形狀基于從包括極性、大小和斜坡時間的組中選擇的至少一個被改變。
【文檔編號】A61B5/055GK103961101SQ201410045289
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月5日
【發(fā)明者】李大虎, 崔勝齊, 金俊守 申請人:三星電子株式會社