專利名稱：帶有磁場擾動補(bǔ)償?shù)拇殴舱癯上裱b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地說，本發(fā)明涉及磁共振成像。更具體地說，涉及對磁成像裝置中磁場擾動的檢測和補(bǔ)償。
背景在磁共振成像(MRI)中，在存在靜態(tài)磁場的情況下，成像體的質(zhì)子由加到該成像對象上的射頻場激發(fā)而共振。該靜態(tài)磁場可以由一超導(dǎo)磁體產(chǎn)生，該超導(dǎo)磁體有多圈超導(dǎo)線浸入到致冷劑中并由電流供給能量。場強(qiáng)可以達(dá)到幾個特斯拉(T)而基本上無功耗。
由射頻場激發(fā)的成像對象質(zhì)子共振的頻率依賴于磁場強(qiáng)度和質(zhì)子的某些特性。
當(dāng)質(zhì)子在共振狀態(tài)旋進(jìn)時，其強(qiáng)度明顯小于靜態(tài)磁場的一些單獨(dú)的梯度磁場加到成像體上，這些梯度磁場依照每個質(zhì)子在成像對象中的位置而移動質(zhì)子共振的相位和頻率。然后，對共振質(zhì)子所產(chǎn)生的組合信號進(jìn)行數(shù)字分析，以產(chǎn)生該成像體沿著穿過它的一個“切片”的圖像。
每個共振質(zhì)子對該切片圖像的貢獻(xiàn)取決于它的共振相位和頻率。如果該靜態(tài)磁場是均勻的，則這相位和頻率只依賴于質(zhì)子在靜態(tài)磁場中的位置。如果該靜態(tài)磁場不是均勻的，則由它們的共振相位和頻率確定的質(zhì)子視位置(apparent position)將被移動。這就把人為影響或其他畸變引入到成像體的重建圖像中。消除這種人為影響需要在MRI中使用的靜態(tài)磁場極其均勻。要求成像空間上的磁場均勻性小于百萬分之幾。
隨之而來的是，該靜態(tài)磁場還必須高度穩(wěn)定。對某些成像技術(shù)而言，為單個MRI切片成像收集數(shù)據(jù)所需時間可能是幾分鐘。磁體或磁體結(jié)構(gòu)的機(jī)械擾動造成磁場強(qiáng)度隨時間的變化。這種機(jī)械擾動引起的磁場變化可能在MP成像中造成幻影般的人為產(chǎn)物。取決于驅(qū)動機(jī)械功能，這些擾動可能額外地造成所述磁體結(jié)構(gòu)的振動，導(dǎo)致磁場強(qiáng)度的振蕩。這種磁場變化可能是空間上獨(dú)立的，或者可能有附加的空間依賴項(xiàng)，如對給定空間軸的線性依賴或更高階(如平方)地依賴于該磁體成像空間內(nèi)的給定空間軸。磁體的機(jī)械擾動可以是由環(huán)境擾動(如建筑物的振動)引起的，或者在MP成像過程中由磁場梯度的脈動在MPI系統(tǒng)中自己誘發(fā)的。
所以，人們會希望改善磁共振成像的質(zhì)量，以減小由于磁場強(qiáng)度變化造成的在圖像場中不希望的人為產(chǎn)物或畸變。
發(fā)明概要所以，本發(fā)明的一個目的是通過檢測磁體的結(jié)構(gòu)運(yùn)動或磁場變化來確定磁場的變化，以及主動地抵消MRI裝置中的磁場變化以改善所造成的圖像。
在本發(fā)明的一個方面中，產(chǎn)生磁共振圖像的裝置包括第一磁體和與第一磁體有一預(yù)定距離的第二磁體。一個傳感器的位置與第一磁體和第二磁體的位置有一預(yù)定的關(guān)系。該傳感器產(chǎn)生一個磁場變化信號，指示其磁場變化。一個控制電路與該傳感器相連并產(chǎn)生一個補(bǔ)償信號以響應(yīng)該磁場變化信號。該補(bǔ)償信號用于主動地抵消磁場中的變化。
在本發(fā)明的另一方面中，可以使用一個電磁補(bǔ)償線圈接收補(bǔ)償信號，以主動地抵消變化的磁場。在本發(fā)明的又一方面，該補(bǔ)償信號可以耦合到一個收發(fā)信機(jī)電路以改變收發(fā)信機(jī)電路的中心頻率，從而補(bǔ)償磁場變化的影響。
在本發(fā)明的又一方面中，一種在磁共振成像裝置中用于補(bǔ)償磁場擾動的方法，該裝置有第一磁體與第二磁體彼此相距一個預(yù)定距離，該方法包含如下步驟產(chǎn)生一個磁場變化信號，該信號指示磁場中的變化；響應(yīng)該磁場變化信號，確定補(bǔ)償信號；以及響應(yīng)該補(bǔ)償信號，主動抵消該磁場中的變化。
本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)在于各種類型的傳感器可以以一種冗余方式納入該系統(tǒng)。
當(dāng)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求閱讀最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述時，將清楚看出本發(fā)明的其他目的和特點(diǎn)。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的帶有補(bǔ)償電路的磁共振成像裝置透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的帶有補(bǔ)償電路的磁共振成像裝置的高級方框圖。
圖3是本發(fā)明的一個構(gòu)成實(shí)施例中補(bǔ)償電路輸出與磁場振蕩的關(guān)系圖。
最佳實(shí)施例詳述在下述各圖中，相同的標(biāo)號用于標(biāo)識各圖中的相同部件。雖然提出了各種實(shí)施例和變體，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，有各種其他變體并不離開本發(fā)明的真正范圍和精神。
現(xiàn)在參考圖1，所示磁共振成像裝置10有一個控制電路12。控制電路12控制該MRI裝置的各種功能。如下文中將進(jìn)一步描述的那樣，機(jī)殼14容納該磁結(jié)構(gòu)，以建立一個成像空間供病人在支撐結(jié)構(gòu)16上移入該成像空間。
現(xiàn)在參考圖2，圖中顯示磁共振成像裝置10和控制電路12的簡化方框圖。通常，MRI裝置10有磁體頂半部20、磁體底半部22以及支持柱24用于使磁體頂半部20和磁體底半部22保持一預(yù)定距離。磁體頂半部20與磁體底半部22串連。通常，磁體頂半部20和磁體底半部22有各自的成像梯度線圈26、28及RF線圈27、29。磁體頂半部20和磁體底半部22之間有一個成像空間30。成像空間包括要成像的病人的位置以及在磁體頂半部20和磁體底半部22周圍受磁場影響的區(qū)域。由于各種機(jī)械擾動，磁體頂半部20和磁體底半部22的相對位置變化可能造成幻影或其他不希望的成像效應(yīng)。
已增加了控制電路12，以對機(jī)械擾動引起的磁場變化進(jìn)行補(bǔ)償?？刂齐娐?2包括傳感器32，它可以放在支持柱24上。當(dāng)然，傳感器32的各種其他位置對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的，如磁體頂半部20上的32A處。傳感器32可以包括但不限于壓電傳感器、加速度計(jì)、光纖應(yīng)變計(jì)、微波干涉計(jì)、激光干涉計(jì)、超聲換能器或壓力換能器。還有，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，可以利用不只一個傳感器32。如果利用不只一個傳感器，這些傳感器可放在不同的位置，而且可有不同類型。傳感器32產(chǎn)生一個磁場變化信號，它由傳感器數(shù)據(jù)方框34代表。該磁場變化信號可以直接測量磁場變化或者通過感知支持柱或其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或運(yùn)動推導(dǎo)出磁場變化。傳感器數(shù)據(jù)方框34與控制器36相連。
控制器36可以是多種類型的控制器之一，包括基于微處理器的控制器(如PID控制器)，數(shù)字濾波器或自回歸滑動平均(ARMA)裝置，或一個模擬電路。控制器36可以是獨(dú)立地用于補(bǔ)償電路，或者可以納入MR系統(tǒng)控制器中。根據(jù)來自傳感器的傳感器數(shù)據(jù)類型的不同，可能需要模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器和/或數(shù)字信號處理，如濾波，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知道的?？刂破?6有一個傳遞函數(shù)(transfer function)駐留其中。該傳遞函數(shù)最好是預(yù)先確定的，用于處理傳感器數(shù)據(jù)34和把傳感器數(shù)據(jù)34轉(zhuǎn)換成補(bǔ)償信號。根據(jù)所希望的補(bǔ)償類型，補(bǔ)償信號可以有許多形式。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，補(bǔ)償信號提供給放大器38，放大器38又與補(bǔ)償線圈42、44耦合，以響應(yīng)該補(bǔ)償信號，補(bǔ)償由于相對磁體運(yùn)動引起的磁場變化?？刂破?6與梯度線圈26及第二梯度線圈28耦合。梯度線圈26、28最好是電磁線圈。它們可被驅(qū)動以產(chǎn)生磁場。
在本發(fā)明第一實(shí)施例的操作中，控制器36通過預(yù)先確定的傳遞函數(shù)，把指示磁場變化的傳感器信號轉(zhuǎn)換成補(bǔ)償信號，該補(bǔ)償信號用于驅(qū)動補(bǔ)償線圈并使磁體頂半部20和磁體底半部22的相對運(yùn)動或在單個磁體半部內(nèi)各部件的相對運(yùn)動所造成的磁場變化減至最小。補(bǔ)償線圈的磁場主動地抵消磁場擾動。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，通常在磁共振成像裝置10中包括一個收發(fā)信機(jī)電路46。收發(fā)信機(jī)電路可以包括一個RF放大器和發(fā)射/接收開關(guān)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。收發(fā)信機(jī)46向RF線圈27、29發(fā)送控制信號。收發(fā)信機(jī)46接收圖像信息并在圖像重建電路48中產(chǎn)生圖像。被發(fā)送的信號通常是具有一個中心頻率的RF信號。然而，控制器36可以用于產(chǎn)生一個補(bǔ)償信號，它改變收發(fā)信機(jī)的中心頻率以補(bǔ)償由于磁體頂半部20和磁體底半部22的相對機(jī)械運(yùn)動或頂半部20和底半部22內(nèi)各部件的運(yùn)動造成的磁場變化。
在第三個不同的實(shí)施例中，控制器36可用于產(chǎn)生一個補(bǔ)償信號，它有一依賴時間的偏移通過梯度放大器40加到梯度線圈26、28的驅(qū)動信號上。以與上述第二實(shí)施例類似的方式，基于依賴時間的偏移的補(bǔ)償電路將允許成像梯度線圈26、28抵消由于磁體頂半部20和磁體底半部22的機(jī)械運(yùn)動造成的磁場變化。
在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，磁場傳感器50可以放在成像空間30的外部。通過把傳感器50放在成像空間的外部，可以使成像過程中由磁場梯度脈沖引入的磁場變化的直接檢測減至最小。磁場傳感器50產(chǎn)生的一個信號可用于代替?zhèn)鞲衅?2或與傳感器32結(jié)合。傳遞函數(shù)可編程到控制器36中，以提供使用磁場傳感器50的補(bǔ)償信號。磁場傳感器50可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種類型磁場傳感器之一。適用的磁場傳感器50的一個例子是部分地或全部地圍繞磁體頂半部20和磁體底半部22的一個感應(yīng)線圈。
應(yīng)該指出，為提供最有效的磁場抵消，可以把上述兩種或全部方法組合在一起。
現(xiàn)在參考圖3，顯示出一個梯度脈沖之后磁場振蕩的振蕩幅度隨時間的變化圖，并與根據(jù)本發(fā)明的基于傳感器的補(bǔ)償信號相對照。如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的基于傳感器的補(bǔ)償信號幾乎完全抵消了磁場振蕩的影響。
在操作中，對特定的MPI裝置配置，可以通過實(shí)驗(yàn)確定針對特定傳感器和磁共振成像裝置的傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)考慮到具體的磁體幾何形狀、所用的傳感器以及傳感器的位置。磁場中的變化被直接地或間接地感知，傳遞函數(shù)用于產(chǎn)生補(bǔ)償信號以響應(yīng)磁場變化信號。響應(yīng)該補(bǔ)償信號，磁場變化被主動地抵消或補(bǔ)償。
盡管已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，將會產(chǎn)生大量的變體和不同的實(shí)施例。因此，將只由所附權(quán)利要求來限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生磁共振圖像的裝置，包含第一磁體部分(20)；傳感器(32)，產(chǎn)生磁場變化信號以指示所述第一磁體部分的磁場變化；以及控制電路(12)，與所述傳感器耦合用于響應(yīng)所述磁場變化信號，產(chǎn)生一補(bǔ)償信號以補(bǔ)償所述磁場變化。
2.如權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包含與所述控制器耦合的收發(fā)信機(jī)電路(46)。
3.如權(quán)利要求2的裝置，其中所述補(bǔ)償信號改變所述收發(fā)信機(jī)電路(46)的中心頻率。
4.如權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包含第一補(bǔ)償線圈(42)與所述控制器耦合并位于臨近所述第一磁體位置之處，所述第一補(bǔ)償線圈(42)響應(yīng)補(bǔ)償信號產(chǎn)生一磁場以補(bǔ)償磁場變化。
5.如權(quán)利要求4的裝置，進(jìn)一步包含一放大器電路(38)耦合于所述第一補(bǔ)償線圈和所述控制電路之間。
6.如權(quán)利要求4的裝置，進(jìn)一步包含第二磁體部分(22)與第一磁體部分相隔一預(yù)先確定的距離并與第一磁體部分耦合。
7.如權(quán)利要求6的裝置，進(jìn)一步包含第二補(bǔ)償線圈(44)位于臨近所述第二磁體部分(22)之處，所述第二補(bǔ)償線圈(44)接收所述補(bǔ)償信號。
8.如權(quán)利要求7的裝置，進(jìn)一步包含支持柱(16)耦合于所述第一磁體部分(20)和所述第二磁體部分(22)之間，所述傳感器(32)耦合于所述支持柱。
9.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述磁體包含一個成像梯度線圈(26)，所述控制器耦合于所述成像梯度線圈，所述補(bǔ)償信號包含一個用于所述梯度線圈的時間依賴的偏移信號。
10.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述傳感器是從一組傳感器中選擇的，這組傳感器包含壓電傳感器、加速度計(jì)、光纖應(yīng)變計(jì)、微波干涉計(jì)、激光干涉計(jì)、超聲換能器和壓力換能器。
11.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述控制器(36)在其中有一傳遞函數(shù)，所述控制器(36)產(chǎn)生所述補(bǔ)償信號以響應(yīng)所述傳遞函數(shù)和所述磁場變化信號。
12.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述傳感器(32)包含一個磁場傳感器，所述第一磁體部分和所述第二磁體部分確定一個成像空間，所述磁場傳感器位于所述成像空間的外部。
13.一種用于產(chǎn)生磁共振圖像的裝置，包含第一磁體部分(20)；第二磁體部分(22)，與第一磁體部分(20)有一預(yù)先確定的間隔距離；傳感器(32)，產(chǎn)生一個指示磁場變化的磁場變化信號；第一補(bǔ)償線圈(42)，與所述控制器耦合，其位置臨近所述第一磁體部分；以及控制電路(12)，與所述傳感器耦合，用于響應(yīng)所述磁場變化信號，產(chǎn)生補(bǔ)償信號。
14.如權(quán)利要求13的裝置，進(jìn)一步包含第二補(bǔ)償線圈(44)，位于所述第二磁體部分(22)的臨近之處，所述第二補(bǔ)償線圈(44)接收所述補(bǔ)償信號。
15.如權(quán)利要求13的裝置，其中所述傳感器(32)是從一組傳感器中選擇的，這組傳感器包含壓電傳感器、加速度計(jì)、光纖應(yīng)變計(jì)、微波干涉計(jì)、激光干涉計(jì)、超聲換能器和壓力換能器。
16.如權(quán)利要求13的裝置，其中所述控制器(36)在其中有一傳遞函數(shù)，所述控制器產(chǎn)生所述補(bǔ)償信號以響應(yīng)所述傳遞函數(shù)和所述磁場變化信號。
17.如權(quán)利要求13的裝置，其中所述傳感器(32)包含一個磁場傳感器，所述第一磁體部分和所述第二磁體部分確定一個成像空間，所述磁場傳感器位于所述成像空間的外部。
18.一種在具有第一磁體部分(20)的磁共振圖像裝置(10)中補(bǔ)償磁場擾動的方法，包含如下步驟產(chǎn)生一個磁場變化信號，以指示第一磁體部分(20)的磁場中的變化；響應(yīng)該磁場變化信號，確定該補(bǔ)償信號；以及響應(yīng)該補(bǔ)償信號，主動補(bǔ)償磁場中的變化。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中確定補(bǔ)償信號的步驟包含產(chǎn)生一個傳遞函數(shù)和產(chǎn)生所述補(bǔ)償信號作為所述傳遞函數(shù)和所述磁場變化信號的函數(shù)。
20.如權(quán)利要求18的方法，其中所述主動補(bǔ)償?shù)牟襟E包含在補(bǔ)償線圈處產(chǎn)生磁場的步驟。
21.如權(quán)利要求18的方法，其中確定補(bǔ)償信號的步驟包含產(chǎn)生一個具有被移動的中心頻率的補(bǔ)償信號。
22.如權(quán)利要求18的方法，其中所述確定補(bǔ)償信號的步驟包含產(chǎn)生一補(bǔ)償信號的步驟，該補(bǔ)償信號具有時間依賴的偏移。
全文摘要
一種磁共振成像裝置(10)具有補(bǔ)償電路(12),用于補(bǔ)償其中的磁擾動。補(bǔ)償電路(12)包括傳感器(32)用于感知磁場變化和產(chǎn)生磁場變化信號。傳感器(32)與一控制電路耦合,該控制電路中有一傳遞函數(shù)?？刂齐娐?12)用于產(chǎn)生補(bǔ)償信號以響應(yīng)磁場變化信號。補(bǔ)償信號(12)可以與位于該裝置的第一磁體部分和第二磁體部分附近的補(bǔ)償線圈耦合。再有,補(bǔ)償信號(12)可以產(chǎn)生時間依賴的偏移或改變中心頻率以抵消磁擾動。
文檔編號G01R33/389GK1367378SQ0113534
公開日2002年9月4日 申請日期2001年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月2日
發(fā)明者R·S·欣克斯, S·T·曼瑟爾, M·J·拉德秋恩, D·A·普吉爾, A·M·林茨, D·L·哈爾曼 申請人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司