專利名稱：在磁共振設備的檢查空間內產生均勻高頻磁場的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在檢查對象時用于在磁共振設備的檢查空間內產生均勻高頻磁場的方法，該磁共振設備具有由多個共振段組成的體線圈和一個控制與分析裝置，所述共振段的導體元件優(yōu)選平行于基本磁場磁鐵的縱軸圍繞該檢查空間設置，而所述控制與分析裝置用于分別控制單個的、相互間電磁去耦合的共振段。
背景技術：
磁共振斷層造影是醫(yī)療診斷中的成像方法之一，該方法采用外部場(這里為磁場)與人體的交互作用來進行成像。這種磁共振設備的結構和功能本身是公知的，在此不必詳述。
近來還制造具有大于1.5T、尤其是3T及更大的基本磁場的磁共振設備。利用這些磁共振設備可以達到更好的分辨率，但是在現(xiàn)有技術中圖像質量的非均勻性增大，這種非均勻性是由于體線圈產生的激勵磁場的非均勻性造成的。
因此，在US 6252403 B1中公開了一種螺旋形構造的發(fā)射天線，以補償導致非均勻性的高頻渦流。該發(fā)射天線因此采用圍繞其對稱軸的鳥籠式諧振器。該文獻還進一步公開了在檢查對象附近設置合適的絕緣材料，尤其是水，從而使高頻激勵場達到均勻。但是盡管如此，也不能在所有情況下實現(xiàn)對體線圈激勵場中的非均勻性的足夠補償。
此外，EP 1279968 A2公開了一種磁共振設備，其中，根據(jù)開頭描述的設備結構具有電磁相互去耦合的共振段，這些共振段形成體線圈。在此，各共振段可以在期望的共振頻率下互相獨立地振蕩。每個共振段都具有一個單獨的發(fā)射信道，也就是說，可以單獨控制每個共振段，由此可以產生分立的單個磁場，這些單個磁場一起給出圓極化高頻磁場。可以相應地設置每個發(fā)射信道的振幅和相位。

發(fā)明內容
在EP1279968A2公開的磁共振設備的基礎上，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種方法，該方法可以就在檢查空間內產生均勻的高頻磁場來說優(yōu)化對各共振段的控制。
為了解決該問題，本文開頭所述類型的方法具有下列步驟-單個或成組地激勵N個共振段，以便借助對位于磁共振設備內的檢查對象定義的激勵參數(shù)在檢查空間內產生N個線性獨立的磁場分布，并確定檢查空間內的這些磁場分布，-計算所獲得的磁場分布的疊加，以確定檢查空間內的總磁場分布，-借助加權算法對總磁場分布的均勻性進行加權，并確定一個或多個共振段或共振段組的一個或多個激勵參數(shù)的變化，以平衡所確定的磁場非均勻性，以及-在考慮所確定的參數(shù)變化的情況下激勵共振段或共振段組，以拍攝檢查對象的檢查圖像。
在此，當然可以包括重復計算疊加、均勻性加權以及確定參數(shù)變化的步驟(所謂的迭代優(yōu)化)。
本發(fā)明首先建議，利用定義的或標準化的激勵參數(shù)，分別或按照預定的組并時移地按順序激勵總數(shù)為N的各共振段，這些激勵參數(shù)在必要時可以對所有共振段是相同的，從而按照這種方式在檢查空間中獲得一組N個互相線性獨立的磁場分布。也就是說，所有可能的和根據(jù)本發(fā)明待確定的磁場分布的數(shù)量N都通過共振段的數(shù)量確定。因此，這些線性獨立的磁場分布在后面也被稱為“共振段特殊的”的磁場分布。各個激勵是在例如具有振幅1A、相位任意(例如為0°)的標準電流的MR系統(tǒng)的共振頻率下進行的。
在確定了N個(所有可能的線性獨立的)磁場分布之后，在控制與分析裝置中計算所獲得的(共振段特殊的或共振段組特殊的)磁場分布的疊加，以確定檢查空間內的總磁場分布。也就是說，通過疊加各磁場來確定檢查空間內的總磁場。如果總磁場分布已知，則針對總磁場分布的均勻性而對總磁場分布進行加權，也就是說，控制與分析裝置檢查在檢查空間內的總磁場或總磁場分布是否在所有位置上都均勻或是否滿足均勻性要求，或者是否存在局部或全局(也就是在整個檢查空間內)磁場非均勻性。為此，根據(jù)本發(fā)明的方法采用了基于有關總磁場分布的現(xiàn)有信息分析總磁場分布的加權算法。
由此，加權算法進一步提供了在確定非均勻性時為獲得如何通過更改一個或多個共振段的激勵參數(shù)來補償非均勻性所需要的信息。也就是說，加權算法是用于確定參數(shù)變化的優(yōu)化算法的一部分，需要這些參數(shù)變化來根據(jù)控制更改一個或多個單個磁場，從而平衡所確定的非均勻性。然后基于變化的激勵參數(shù)組激勵共振段，以產生具有最大均勻性的圓極化磁場分量。
因此，本發(fā)明的方法可以通過簡單而快捷的方式在檢查空間內產生具有最大均勻性的激勵磁場。為此只需要在分別或成組地、時移控制下完全掃描一次所有的共振段，以記錄下各磁場。由此不會產生大的患者負擔，而是可以通過簡單和快捷的方式為隨后的圖像拍攝獲得作為有利判據(jù)的圖像拍攝所需的參數(shù)。由于加權算法用于就激勵磁場的均勻性而優(yōu)化激勵磁場，可以基于優(yōu)化的均勻激勵磁場進行圖像拍攝，從而可以在不造成圖像質量非均勻性的同時獲得最大的信息量。
在本發(fā)明的擴展中，可以為了確定每個線性獨立的磁場分布而對每次激勵拍攝一幅特定于激勵的磁共振圖像，利用該圖像再現(xiàn)磁場變化過程。根據(jù)本發(fā)明的該實施方式，為了確定特定于共振段的磁場分布而對每次共振段激勵從檢查區(qū)域拍攝對應的磁共振圖像。根據(jù)該圖像可以再現(xiàn)高頻磁場分布，即所謂的基于共振段激勵的B1磁場分布，而再現(xiàn)結果接著可以用于確定總磁場分布。
或者，還可以不基于實際的段激勵和尤其是用于確定各磁場的實際的MR圖像拍攝來確定檢查空間內的總磁場分布，而是在不對檢查對象施加負荷的同時基于模擬來確定總磁場分布，從而基于總磁場分布進行均勻性優(yōu)化。為達到該目的，一種用于產生本文開頭所述類型的均勻高頻磁場的方法具有以下步驟-在采用磁共振設備和檢查對象的模擬模型的條件下，假定利用定義的激勵參數(shù)由控制與分析裝置分別或成組地激勵共振段，對各共振段模擬N個線性獨立的磁場分布，-計算模擬磁場分布的疊加，以確定檢查空間內的總模擬磁場分布，-借助加權算法對總模擬磁場分布的均勻性進行加權，并確定模擬所基于的一個或多個共振段的一個或多個激勵參數(shù)的變化，以平衡所確定的磁場非均勻性，-在考慮所確定的參數(shù)變化的條件下激勵共振段或共振段組，以拍攝檢查對象的檢查圖像。
這里也可以象前述的方法中那樣進行迭代優(yōu)化。
在該可選方式中，可以利用對各個磁場的模擬來代替實際產生各個磁場，如上述可選實施方式中的那樣。為此，在控制與分析裝置中設置磁共振設備和檢查對象的模擬模型。檢查對象的模擬模型應當盡可能與后面待檢查的實際對象一致，也就是說，就組織和骨骼結構或組織和骨骼分布來說，該模擬模型應當盡可能與實際的檢查對象一致。基于數(shù)字化的人體模型，在此也可以在采用磁共振設備的模擬模型的情況下，根據(jù)定義的或標準化的激勵參數(shù)對在模擬地分別激勵共振段時給出的檢查空間內的各磁場分布進行模擬。從中獲得模擬的各磁場，這些磁場接著(對應于在其它實施方式下記錄的實際分布)成為用于產生總磁場分布的疊加的基礎。如果通過模擬已知總磁場分布，則這里也可以通過加權算法對總磁場分布進行分析，來確定可能的磁場非均勻性以及可能的補償該磁場非均勻性所需的參數(shù)變化。只要這里也已知用于就最佳均勻激勵磁場而控制所有共振段的參數(shù)組，則可以通過實際的磁共振拍攝對檢查對象進行實際檢查。
在借助加權算法估計總磁場的均勻性時，可以考慮檢查對象局部特殊的吸收率的一個或多個邊界值。同樣，也可以考慮檢查對象內全局特殊的吸收率的邊界值。這基于以下考慮，即在基本磁場較強時(例如3T)必須在激勵磁場中以非常高的頻率工作，例如在基本磁場為3T時以128MHz的頻率工作。由于很高的頻率以及與此相聯(lián)系的極少滲透深度，一方面產生較強的非均勻性，該非均勻性使得檢查空間上的自旋翻轉(Spinflip)不足。另一方面還由于較高的能量輸入而使身體較強發(fā)熱。該增大的能量輸入在涉及檢查區(qū)域的局部以及在涉及檢查對象本身的全局范圍內不能任意高，而是應當在MR檢查時考慮邊界值，從而不會對患者造成太大負擔。在此，局部特殊吸收率(SAR)涉及每個重量單位的局部能量輸入，并作為每千克重量的損耗功率給出，而全局吸收率表示涉及檢查對象總重量的總損耗功率。例如，全局吸收率小于邊界值，而局部吸收率在檢查區(qū)域的一個特定點上超過邊界值，并可能導致患者的局部燒傷。
為了產生相反的作用，優(yōu)選在這里記載的本發(fā)明中，加權算法考慮一個或多個預先給定的、關于局部和/或全局吸收率的邊界值，以保證既不超過局部吸收率也不超過全局吸收率。也就是說，不僅在整個檢查空間上就激勵磁場的均勻性來優(yōu)化激勵磁場，還同時這樣優(yōu)化激勵參數(shù)，使得可以避免在整個檢查對象內、也就是也在檢查空間上超過吸收率的局部和/或全局邊界值。只給出這樣一個激勵參數(shù)組，該參數(shù)組既關于磁場均勻性又關于吸收或能量產生邊界值的保持而得到優(yōu)化。
根據(jù)本發(fā)明適當?shù)氖?，如果借助線性獨立的磁場分布的振幅和相位來估計總磁場分布的均勻性，則通過哪種方式來獲得該線性獨立的磁場分布都是一樣的。根據(jù)軟件實現(xiàn)的加權算法采用僅在分別激勵共振段或共振段組時出現(xiàn)的測量或模擬磁場的振幅和相位的數(shù)值。接著基于這些值確定，必須利用哪些振幅和相位來控制各共振段或共振段組，才能補償檢查空間內的確定的非均勻性，并達到圓極化磁場分量的最大均勻性。
在進行該估計和確定時，可以按照不同的方式，分別帶著補償非均勻性的目的來考慮振幅和相位。這例如可以這樣進行，將通過磁場強度的平方來標準化的積分用于表示磁場強度與其平均值的方差。也就是說，可以估計最終各特定于共振段的振幅和相位與它們的平均值之間的偏差到底有多大。所述積分擴展到整個例如交互定義的、一般為三維的檢查空間上?？梢岳缭诓捎霉曹椀奶荻确椒ǖ那闆r下獲得數(shù)值解本身。但是，加權算法只是如何能估計磁場均勻性和確定待改變的激勵參數(shù)的很多例子中的一種。
在給出按照振幅和相位形式的優(yōu)化算法的數(shù)值結果之后，利用這些振幅和相位可以控制各共振段或共振段組，可以實現(xiàn)對各共振段或共振段組的控制端口的控制。可以例如通過功率分流器和相位滑塊來控制這些輸入端或控制端口，或者還可以對每個控制端口分別采用一個調節(jié)放大器。
除了根據(jù)本發(fā)明的可選方法之外，本發(fā)明還涉及一種具有控制與分析裝置的磁共振設備，其構造來用于實施上述類型的方法。


下面通過描述實施例并借助附圖給出本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和細節(jié)。其中示出了
圖1是磁共振設備的原理圖，圖2是穿過體線圈的一個截面的原理圖，圖3是用于確定最佳激勵參數(shù)的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出具有檢查區(qū)域1的、根據(jù)本發(fā)明的磁共振設備。借助患者臥榻2可以將檢查對象3(此處為人體)移入檢查區(qū)域1內。借助基本磁場磁鐵4對檢查區(qū)域1(即檢查空間)施加基本磁場。該基本磁場在時間上是恒定的(靜止的)，在空間上是盡可能均勻的。該基本磁場具有的磁通密度優(yōu)選為3T或更大。
基本磁場磁鐵4優(yōu)選構造為超導的。由此不需要通過控制設備運行的控制與分析裝置5來進行其它控制。
該磁共振設備還具有用于對檢查區(qū)域1施加梯度磁場的梯度系統(tǒng)6。該梯度系統(tǒng)6可以由控制與分析裝置5控制，從而在該梯度系統(tǒng)中流過梯度電流。
此外，磁共振設備還具有體線圈7，該體線圈7一般具有雙重功能。其用作產生磁場的發(fā)射天線，還用作接收信號的接收天線。體線圈7可以由控制與分析裝置5控制，從而根據(jù)如控制與分析裝置5中的激勵參數(shù)而在體線圈中流過相應的激勵電流。
借助體線圈7對檢查區(qū)域1(即檢查空間)施加高頻激勵磁場。如果檢查對象3已被移入檢查區(qū)域1內，則可以激勵該檢查對象3以進行磁共振。然后在所示的設備示例中，這樣產生的磁共振信號由此時作為接收天線工作的體線圈7接收。所接收的磁共振信號輸入到控制與分析裝置5中，并由該控制與分析裝置5進行分析以產生磁共振圖像，并將該圖像輸出到?jīng)]有詳細示出的顯示器上。
磁共振圖像的質量除其它之外還取決于通過體線圈7產生的激勵磁場的均勻性。為了就均勻性而言產生最佳的激勵磁場，可以分別對體線圈7的各共振段或共振段組8進行控制，也就是說可以分別控制每個共振段或每個共振段組以產生磁場。
如圖2所示，體線圈7由多個單個共振段組成，在所示實施例中具有16個共振段8。每個共振段由至少一個電容9以及一個導體元件10組成，該導體元件10例如與基本磁場磁鐵4的縱軸平行。合適的是，將導體元件構造為扁導線。共振段8構造為圍繞檢查區(qū)域1。
為了能分別控制共振段或共振段組8，需要將這些共振段相互電磁去耦合。這可以通過不同方式進行。這里示例性地參考EP1279968A2，其中記載了不同的去耦方法。盡管這里未曾詳細描述，但這些方法可以設置在根據(jù)本發(fā)明的磁共振設備中。
圖3示出如何能獲得最佳激勵參數(shù)的原理流程圖。如在I中示出的，存在這樣的可能性，根據(jù)所描述的第一方法可選方案，首先通過控制與分析裝置利用標準化的控制參數(shù)(例如在具有振幅為1A和相位為0°的MR頻率時的標準電流)來分別控制每個共振段或每個共振段組8，并在轉換為接收運行之后，通過體線圈7針對每個共振段或每個共振段組接收一幅兩維的、由所述控制產生的磁共振圖像。在對所有共振段或共振段組8進行了上述步驟之后，控制與分析裝置基于加權和優(yōu)化算法針對每次激勵確定特定于各段的具體磁場分布。根據(jù)軟件實現(xiàn)的加權和優(yōu)化算法分別只采集激勵一個共振段或一個共振段組時出現(xiàn)的磁場的振幅和相位的數(shù)值，這通過分析各磁共振圖像和再現(xiàn)各磁場來進行。同時，該加權和優(yōu)化算法還為用戶提供了交互定義待檢查的空間檢查區(qū)域的大小和形狀的可能性。在確定了各磁場之后，通過相應疊加各磁場分布來計算性地確定(必要時用戶已經(jīng)限定了的)檢查空間內的總磁場分布。用于進行該步驟的加權算法考慮相應的加權法則，通過這些法則可以確定均勻性。例如，可以根據(jù)各磁場的振幅或相位與標準值等等之間的偏差來進行。相應的分析可能性在本文開始已經(jīng)描述過。同時，與確定均勻性并行地，基于一個或多個限定了不允許被超過的局部和/或全局吸收率的邊界值來估計總磁場分布。加權的目的在于，這樣來優(yōu)化每個共振段8的激勵參數(shù)，即一方面在檢查空間內產生均勻磁場，另一方面在任何情況下都不能超過吸收邊界值。
如果確定了用于控制各共振段的參數(shù)組，則可以利用這些用于產生具有最佳均勻性并同時保持局部/全局吸收邊界值的圓極化磁場的參數(shù)來控制各共振段。
在II中描述了實際激勵各共振段的另一種可選方案。在此，對由可能的各共振段激勵產生的各磁場進行模擬。為此，在控制與分析裝置中設置磁共振設備和檢查對象3的相應模擬模型，檢查應以此作基礎，其中，有關檢查對象3的模擬數(shù)據(jù)應盡可能與接著要檢查的對象一致，由此可以盡可能接近于實際性能地確定參數(shù)。
在同樣基于標準化的激勵參數(shù)通過模擬確定各磁場分布之后，同樣通過疊加各磁場來確定所產生的總磁場，并接著在采用加權算法的條件下檢查可能的磁場非均勻性，并確定最后為優(yōu)化的磁場產生而設置的激勵參數(shù)組。
權利要求
1.一種用于在檢查對象時在磁共振設備的檢查空間內產生均勻高頻磁場的方法，該磁共振設備具有由N個共振段組成的體線圈和一個控制與分析裝置，該控制與分析裝置用于分別控制各個相互間電磁去耦合的共振段，所述方法具有以下步驟-單個地或成組地激勵該N個共振段，以便借助對位于磁共振設備內的檢查對象定義的激勵參數(shù)在檢查空間內產生N個線性獨立的磁場分布，并確定檢查空間內的這些磁場分布，-計算所獲得的磁場分布的疊加，以確定檢查空間內的總磁場分布，-借助加權算法對該總磁場分布的均勻性進行加權，并確定一個或多個共振段或共振段組的一個或多個激勵參數(shù)的變化，以平衡所確定的磁場非均勻性，以及-在考慮所確定的參數(shù)變化的情況下激勵所述共振段或共振段組，以拍攝檢查對象的檢查圖像。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述定義的激勵參數(shù)分別激勵每個共振段。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，為了確定每個線性獨立的磁場分布而對每次共振段激勵拍攝一幅特定于激勵的磁共振圖像，利用該圖像再現(xiàn)磁場變化。
4.一種用于在檢查對象時在磁共振設備的檢查空間內產生均勻高頻磁場的方法，該磁共振設備具有由N個共振段組成的體線圈和一個控制與分析裝置，該控制與分析裝置用于分別控制各個相互間電磁去耦合的共振段，所述方法具有以下步驟-在采用磁共振設備和檢查對象的模擬模型的條件下，假定利用定義的激勵參數(shù)由該控制與分析裝置分別或成組地激勵各共振段，對各共振段模擬所產生的N個線性獨立的磁場分布，-計算模擬的磁場分布的疊加，以確定檢查空間內的總模擬磁場分布，-借助加權算法對總模擬磁場分布的均勻性進行加權，并確定該模擬所基于的一個或多個共振段的一個或多個激勵參數(shù)的變化，以平衡所確定的磁場非均勻性，以及-在考慮所確定的參數(shù)變化的條件下激勵共振段或共振段組，以拍攝檢查對象的檢查圖像。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，在假定利用所述定義的激勵參數(shù)分別激勵每個共振段的情況下，對各共振段模擬磁場分布。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的方法，其特征在于，在借助加權算法估計所述總磁場分布的均勻性時，考慮檢查對象的局部特殊的吸收率的一個或多個邊界值。
7.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在借助加權算法估計所述總磁場分布的均勻性時，考慮檢查對象的全局特殊的吸收率的邊界值。
8.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，借助線性獨立的磁場分布的振幅和相位來估計總磁場分布的均勻性。
9.一種磁共振設備，具有控制與分析裝置，用于實施根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在檢查對象時在磁共振設備檢查空間內產生均勻高頻磁場的方法，該磁共振設備具有由N個共振段組成的體線圈和一用于分別控制各個相互間電磁去耦合的共振段的控制與分析裝置，該方法具有步驟對位于磁共振設備內的檢查對象借助定義的激勵參數(shù)分別激勵每個共振段，并確定在檢查空間內對各共振段特殊的磁場分布；計算對各共振段特殊的磁場分布的疊加，以確定檢查空間內的總磁場分布；借助加權算法對總磁場分布的均勻性加權，并確定一個或多個共振段的一個或多個激勵參數(shù)的變化，以平衡所確定的磁場非均勻性；以及在考慮所確定的參數(shù)變化的情況下激勵共振段，以拍攝檢查對象的檢查圖像。
文檔編號G01R33/34GK1611960SQ20041008792
公開日2005年5月4日 申請日期2004年10月27日 優(yōu)先權日2003年10月27日
發(fā)明者德克·迪爾, 沃爾夫岡·倫茲, 烏爾里克·韋納特 申請人:西門子公司