專利名稱：Mri中發(fā)射器的主動去耦的制作方法
MRI中發(fā)射器的主動去耦
下面涉及磁共振領域。其在磁共振成像線圈和掃描器中有具體應用， 并特別參考其進行描述。更加通常地，其在用于成像，波譜學等的磁共振 系統(tǒng)中有應用。
磁共振成像(MRI)設備通常用于對患者進行檢査。在MRI中，使用 RF線圈在成像對象內(nèi)生成B,場以激勵核自旋并從核自旋中探測信號。
在一些多通道發(fā)射/接收MRI系統(tǒng)中，多個發(fā)射單元中的每一個被分配 給每個RF線圈或線圈段，并且被提供以便獨立地調(diào)節(jié)要發(fā)射的RF波形的 幅度和/或相位和/或形狀；同時多個接收單元中的每一個被分配給每個RF 線圈或線圈段，以便被獨立地激活或去激活。更具體地，使用要發(fā)射的RF 波形的獨立幅度和/或相位和/或形狀來補償在檢査對象內(nèi)的介電共振或者 使用其來激勵和優(yōu)化所期望的激勵模式。
在非常接近的排列中建立幾個RF發(fā)射器使得在元件之間產(chǎn)生互耦。在
發(fā)射器內(nèi)電流的相位和幅度變得相關的。能量在各個RF發(fā)射通道之間互相 交換。
用于補償互耦的一種方法是使用被動去耦網(wǎng)絡。被動去耦方法對于有 限數(shù)量的線圈是可行的有用方式，這是因為對于大數(shù)量的通道，電容和/或 電感元件的確定變得相當困難。另外，只能對于不是必要地實際負載的預 期標準負載確定和裝配去耦和匹配網(wǎng)絡。在較高的場處，小的負載變化就 可以對元件的去耦產(chǎn)生顯著的效果。在被動去耦網(wǎng)絡中的另一個問題是存 在連接器的寄生電容和/或電感，這可能造成不期望的共振。
在現(xiàn)有的主動去耦補償方法中，可通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)在多通道發(fā)射器陣 列端口處的輸入信號來補償互耦。在現(xiàn)有方法中，使用在模擬域中的閉環(huán) 系統(tǒng)通過改變輸入信號來調(diào)節(jié)發(fā)射器中的電流。然而，該閉環(huán)系統(tǒng)對于負 載變動是敏感的。
下面提供克服前述限制和其它的改進的設備和方法。根據(jù)一方面，公開了一種磁共振成像系統(tǒng)。補償處理器用于補償在線 圈布置中的n個各個線圈段之間的感應磁耦合。己調(diào)節(jié)信號確定裝置確定
用于線圈布置的n個各個線圈段中的每個的己調(diào)節(jié)輸入信號。發(fā)射系統(tǒng)根 據(jù)確定的己調(diào)節(jié)輸入信號產(chǎn)生RF脈沖，并將該RF脈沖發(fā)射到對應的線圈 段，從而使得已發(fā)射的RF脈沖在數(shù)字域中補償在線圈段之間的耦合。
根據(jù)另一方面，公開了一種磁共振成像方法。對于線圈布置中彼此電 磁耦合的n個各個線圈段中的每個確定所期望電流。確定施加給每個段的 已調(diào)節(jié)輸入信號，以在數(shù)字域中補償在線圈段之間的耦合，該施加導致每 個段在耦合之后承載所期望電流。根據(jù)所確定的已調(diào)節(jié)輸入信號產(chǎn)生RF脈 沖。將該RF脈沖發(fā)射到對應的線圈段。
根據(jù)另一方面，公開了一種磁共振方法。將預定的RF信號單獨施加給 多個電磁耦合的線圈元件中的每個。測量在線圈元件中由預定信號感應的 感應信號。生成系統(tǒng)矩陣，該矩陣描述了所施加的預定信號和所測量的感 應信號之間的關系。
根據(jù)另一方面，公開了一種磁共振設備。主磁體生成通過檢查區(qū)域的 主場。RF線圈系統(tǒng)包括電磁耦合的平行線圈段陣列。RF接收器從檢查區(qū) 域接收共振信號。耦合補償處理器在數(shù)字域內(nèi)補償在線圈段之間的耦合。
對本領域普通技術人員來說，若干其它的優(yōu)點和好處將在閱讀下面詳 細的說明書后變得顯而易見。
本發(fā)明可以以各種部件和部件的排列，以及各種處理操作和處理操作 的排列來構成。附圖只是用于說明優(yōu)選實施例并不構成對本發(fā)明的限制。

圖1概略地示出磁共振成像系統(tǒng)； 圖2概略地示出磁共振成像系統(tǒng)的詳細部分； 圖3概略地示出在磁共振系統(tǒng)部分中的能量路徑。
參照圖1，磁共振成像掃描器10包括限定檢查區(qū)域14的外殼12，其 中設置了患者或其它成像對象16。設置在外殼12內(nèi)的主磁體20在檢查區(qū) 域14中生成主磁場。通常，主磁體20是由低溫覆蓋24圍繞的超導磁體；然而，也可以使用電阻式主磁體或永久主磁體。將磁場梯度線圈30布置在
外殼12內(nèi)或上以在檢查區(qū)域14內(nèi)的主磁場上疊加所選磁場梯度。帶有環(huán) 繞屏蔽40的RF線圈系統(tǒng)或布置36圍繞檢查區(qū)域14設置。該線圈系統(tǒng)36 包括多個每個尺寸和位置不同的射頻線圈元件或段或線圈或梯級(mng)38。 線圈系統(tǒng)36可以是TEM線圈，混合TEM鳥籠型線圈，鳥籠型諧振器，環(huán) 諧振器布置等。在示范性實施例中，線圈系統(tǒng)36包括多個定位在預期檢査 體積周圍或內(nèi)部的諧振器38。例如，線圈系統(tǒng)36是圓柱形的，但是當然也 可以具有其它幾何形狀，例如，橢圓形截面，半圓形截面，半橢圓形截面 等。
繼續(xù)參照圖1，磁共振成像控制器50操作與梯度線圈30耦合的磁場梯 度控制器52，以將所選磁場梯度疊加在檢查區(qū)域14內(nèi)的主磁場上，并且還 操作每個與各個射頻線圈段38耦合的射頻發(fā)射器54，從而以大約磁共振頻 率將所選射頻激勵脈沖注入檢査區(qū)域14用于成像。 一個或多個射頻發(fā)射器 54是單獨控制的并具有不同的相位和幅度。射頻激勵脈沖在成像對象16內(nèi) 激勵磁共振信號，該磁共振信號被所選磁場梯度空間編碼。進一步，成像 控制器50操作一個或多個射頻接收器56，從而對所生成的和空間編碼的磁 共振信號進行解調(diào)，每個射頻接收器56是單獨控制的并與線圈系統(tǒng)36的 各個線圈段38連接。所接收的空間編碼的磁共振數(shù)據(jù)存儲在磁共振或MR 數(shù)據(jù)存儲器60中。
重建處理器62將所存儲的磁共振數(shù)據(jù)重建為躺在檢査區(qū)域14內(nèi)的成 像對象16或其所選部分的重建圖像。重建處理器62使用與數(shù)據(jù)采集中所 使用的空間編碼相一致的傅立葉變換重建技術或其它合適的重建技術。重 建圖像存儲在圖像存儲器64中，并在用戶界面66上顯示，通過局域網(wǎng)或 因特網(wǎng)發(fā)送，由打印機打印，或以其它方式利用。在所示的實施例中，用 戶界面66還可以使放射線學者或其它用戶與圖像控制器50交互以選擇， 修改或執(zhí)行成像序列。在其它實施例中，提供單獨的用戶界面來操作掃描 器10并顯示或否則操縱重建圖像。
所述磁共振成像系統(tǒng)10是說明性的例子。通常，基本上任何磁共振成 像掃描器都可以與所公開的射頻線圈結合。例如，該掃描器可以是開放式 磁體掃描器(open magnet scanner), 垂直腔掃描器(vertical bore scanner),低場掃描器，高場掃描器等。在圖l的實施例中，使用線圈系統(tǒng)36來發(fā)射 和接收磁共振序列的相位；然而，在其它實施例中，提供單獨的發(fā)射和接
收線圈，它們中的一個或兩個與射頻線圈設計中的一個或多個結合，并在 此公開設計方法。
繼續(xù)參照圖1，并進一步參照圖2，耦合補償處理器70確定已調(diào)節(jié)輸 入信號LLij，其實際上施加給發(fā)射器54以實現(xiàn)期望的所得到諧振器電流I， 該電流例如預先被確定并存儲在期望的電流存儲器72中。因為各個線圈段 或諧振器38耦合，在成像期間施加給一個元件的信號對其余這些元件有作 用。這樣，由于互耦在元件中的電流不同于所期望的電流分布。己調(diào)節(jié)信 號確定裝置74確定每個段38的已調(diào)節(jié)輸入信號LLdj (幅度和相位)，從而 得到承載了所期望電流I的每個段。
更具體地，在測量期間，系統(tǒng)矩陣確定器件或算法或過程82確定或測 量變換矩陣G和系統(tǒng)矩陣T， T是變換矩陣G的逆，并且限定給定頻率的 每個線圈元件的互相作用。變換矩陣G可以通過對每個諧振器38,，382,… 單獨施加所選標稱發(fā)射信號并例如通過測量在每個其它諧振器中的感應電 流或信號幅度和相位來測量對其它每個諧振器的感應耦合來確定。呵G]回，其中 等式(l)
lM代表所測量的電流； LL代表輸入信號，以及 G表示變換矩陣。
可以通過測量前向或反射能量來計算所得到的電流IM。或者，可以使 用選擇磁場B,的傳感器或拾取線圈84l5 842，…來測量在每個對應線圈元件 或諧振器中感應到的電流，以直接測量磁場Bp每個對應線圈元件或諧振 器提供了與現(xiàn)有磁場成比例的信號。
在軟件方面，在準備階段并在成像之前實現(xiàn)對系統(tǒng)矩陣T的確定。
已調(diào)節(jié)信號確定裝置74通過使用對系統(tǒng)矩陣T和在發(fā)射側的所期望信 號的乘法來確定用于發(fā)射器54的已調(diào)節(jié)輸入信號nadj:[Il，其中 等式(2)
T表示系統(tǒng)矩陣；
1Ldj是在發(fā)射側得到的信號；L是在每個發(fā)射器通道或線圈中所期望的電流。 所確定的已調(diào)節(jié)信號存儲在已調(diào)節(jié)信號存儲器86中。
在完全去耦的發(fā)射器陣列的理想情況下，系統(tǒng)矩陣T僅對角元素不等
于0。實際上，在最大的情況下，變換矩陣G的對角元素以外的元素具有
必需被補償?shù)姆橇阒?。因此，該矩陣必需被確定。
繼續(xù)參照圖2，示范性的兩通道TEM諧振器包括第一和第二諧振器38,, 382。每個諧振器38，，382與帶有電容器94的RF屏蔽40連接，并包括對應 的附著點或端口 A，B。電壓或信號發(fā)生處理器或裝置或器件100使RF發(fā)射 器54生成預定值的信號，其以順序的方式施加到每個諧振器38,，382的對 應端口A，B。例如，首先，信號發(fā)生處理器100產(chǎn)生施加到第一諧振器38, 的端口 A的信號。因為在第一和第二諧振器38,，382之間的互耦，電流不僅 在第一諧振器38,中流動，還在第二諧振器382中流動。信號確定裝置或處 理器或器件102例如利用對應的拾取線圈(pickup coils) 8化842確定在每 個諧振器中流動的電流的量和域相位。接下來，信號發(fā)生處理器100生成 施加到第二諧振器382的輸入端口 B的信號。信號確定裝置102例如利用 對應的第一和第二撿拾線圈84l5 842確定在每個諧振器38,, 382中流動的電 流的量和/或相位。使用該測量結果，確定變換矩陣G并存儲。使用變換矩
陣G的逆，可計算用于所期望電流[I]的適當?shù)妮斎胄盘朳liadj]。雖然在上述
例子中，所得到的變換矩陣G是對應于兩個諧振器的2X2矩陣，但是也可 以預想通常包括較大數(shù)量諧振器，例如8， 16或32個諧振器的線圈系統(tǒng)36。
在另一個實施例中，調(diào)諧線圈布置在檢查區(qū)域14周圍，用于向拾取線 圈發(fā)射預定射頻信號。例如，調(diào)諧線圈的數(shù)量等于拾取線圈84的數(shù)量，拾 取線圈用于接收預定的射頻信號。
繼續(xù)參照圖2，并進一步參照圖3，在強互耦的情況下，不能忽略的能 量的量可在發(fā)射器54的放大器110，112之間交換。例如，從對應的放大器 110， 112向第一和第二線圈段或諧振器38h 382供應前向能量114, 116。耦 合能量118在第一和第二線圈段38h 382之間建立。結果，除反射能量124， 126之夕卜，耦合能量120, 122從線圈38h 382流回到對應的放大器110, 112。 放大器IIO, 112通常包括當標稱額定功率超出時，例如，對于過量電流， 諸如當反射太大的能量時，或如果太大的能量從另一個通道耦合時將放大器110， 112關閉的關閉開關。為了防止放大器110, 112關閉，使用循環(huán)器 130， 132來克服關閉開關的斷開。循環(huán)器130, 132連接在對應的放大器110, 112和線圈段38,, 382之間以將耦合能量120, 122和反射能量124 126重新 引導為對應的負載140， 142。放大器110, 112的向前能量114， 116越過循 環(huán)器130, 132并且基本上不變地到達線圈元件38,， 382，同時反射能量120， 122和耦合能量124 126被引導為負載140， 142。在輸出端口處的功率放大 器的非線性輸入阻抗的情況下，非線性輸入阻抗通過互耦變換到諧振器， 這是不希望的。循環(huán)器防止在非線性輸入阻抗和諧振器之間的任何耦合。 以上述描述的方式，發(fā)射器陣列的耦合特性可通過測量來事先確定。 調(diào)節(jié)在成像期間通過每個發(fā)射器通道施加的信號來取消或補充感應信號， 其它放大器和諧振器使得在諧振器中所得到的電流是預期信號。該方法可 以用于在窄帶頻率中操作并具有多通道RF發(fā)射能力和使用線圈陣列的相 關應用的MR系統(tǒng)。該方法減輕了對于補償介電共振作用的多通道RF發(fā)射
和/或接收線圈陣列的緊迫設計需要。
當然，還可預計用類似的方式例如在重建過程中向接收信號施加校正。 在一個實施例中，提供獨立的發(fā)射和接收線圈，可計算接收側的系統(tǒng)矩陣T' 或通過阻抗變換從系統(tǒng)矩陣T中導出接收側的系統(tǒng)矩陣TT ，以便在校正接 收信號中使用。
在一個實施例中，線圈布置36包括每個由兩個不同頻率表征的線圈元 件38。以上述方式對于每個單獨頻率確定系統(tǒng)矩陣T。耦合補償處理器70
對于每個單獨頻率校正輸入信號。
已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述。顯然，可以根據(jù)對之前的 詳細說明書的閱讀和理解來進行修改和變更。意欲將本發(fā)明構建為包括所 有這樣的修改和變更，只要它們在所附權利要求書或其等同的范圍內(nèi)。
權利要求
1、一種磁共振成像系統(tǒng)(10)，包括耦合補償處理器(70)，用于補償在線圈布置(36)的n個各個線圈段(38)之間的感應磁耦合，所述耦合補償處理器包括已調(diào)節(jié)信號確定裝置(74)，用于確定所述線圈布置(36)的所述n個各個線圈段(38)中的每個的已調(diào)節(jié)輸入信號(Uadj)；以及發(fā)射系統(tǒng)(54)，用于根據(jù)所確定的已調(diào)節(jié)輸入信號(Uadj)產(chǎn)生RF脈沖，并將所述RF脈沖發(fā)射到對應的線圈段(38)，從而使得所發(fā)射的RF脈沖在數(shù)字域中補償在所述線圈段(38)之間的耦合。
2、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述耦合補償處理器(70)還包括電壓發(fā)生裝置(100)，用于控制所述發(fā)射系統(tǒng)(54)以產(chǎn)生具有預定 信號值的RF脈沖，并將所述RF脈沖順序地發(fā)射到每個所述線圈段(38) 或調(diào)諧線圈，所述調(diào)諧線圈與所述線圈布置(36)中的所述各個線圈段(38) 中的每個相對應；以及信號確定裝置(102)，用于確定感應信號的幅度和相位，所述感應信 號與在每個線圈段(38)或對應的拾取線圈中響應于每個所發(fā)射的RF脈沖 感應的電流對應。
3、 如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述耦合補償處理器(70)還包括系統(tǒng)矩陣確定算法(82)，用于確定系統(tǒng)矩陣(T)，該矩陣中的每個元 素表示所述預定信號和所確定感應信號中的一個。
4、 如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述已調(diào)節(jié)信號確定裝置(74) 通過使所述系統(tǒng)矩陣(T)與線圈段需要電流(I)相乘來確定所述已調(diào)節(jié)信號(Uadj):[uadJ:h[T]ffl，其中T表示所確定的系統(tǒng)矩陣；LLd.i是所述已調(diào)節(jié)輸入信號；以及 ]_是所述需要電流。
5、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述線圈布置(36)包括多個諧 振器(38)，所述諧振器圍繞檢查區(qū)域(14)沿圓周設置。
6、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，通過所述發(fā)射系統(tǒng)(54)的通道 獨立地驅動所述線圈布置(36)的每個段(38)，以選擇性地向所述檢查區(qū) 域(14)施加RP脈沖。
7、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述線圈布置(36)的每個段(38) 是獨立的接收元件，其與接收器(56)的通道連接以解調(diào)所接收的MR信
8、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述線圈布置(36)包括TEM 線圈，其包括平行于主磁場(B。)延伸的多個諧振器。
9、 一種磁共振成像方法，包括確定用于線圈布置(36)的n個各個線圈段(38)中的每個的所期望 電流()，所述線圈段彼此電磁耦合；確定施加到每個段的已調(diào)節(jié)輸入信號(LIadj)，從而在數(shù)字域中補償在 所述線圈段之間的耦合，所述施加導致每個段在耦合之后承載所期望電流 (P;根據(jù)所確定的已調(diào)節(jié)輸入信號(LZadj)產(chǎn)生RF脈沖；以及 將所述RF脈沖發(fā)射到對應的線圈段。
10、 如權利要求9所述的方法，其中，確定己調(diào)節(jié)輸入信號的所述步 驟包括在磁共振成像之前，生成預定值的信號；根據(jù)所生成的預定信號產(chǎn)生RF脈沖；將所述RF脈沖順序地發(fā)射到所述n個線圈段中的每個，從而在其它各 個線圈段中感應電流；以及確定與在每個線圈段中的感應電流對應的信號。
11、 如權利要求10所述的方法，其中，確定己調(diào)節(jié)輸入信號(Uadj) 的所述步驟還包括確定系統(tǒng)矩陣(T)，該矩陣中的每個元素代表所述預定信號和所確定 的感應信號中的一個；以及使所述系統(tǒng)矩陣與表示每個線圈段的所期望電流的矢量相乘。
12、 一種用于執(zhí)行權利要求9所述的步驟的磁共振掃描器。
13、 一種磁共振方法，包括向多個電磁耦合線圈元件中的每個單獨地施加預定的RF信號； 測量與在所述線圈元件中通過所述預定信號感應的電流對應的感應信 號；以及生成系統(tǒng)矩陣，該矩陣描述了所施加的預定信號和所測量的感應信號 之間的關系。
14、 如權利要求13所述的方法，還包括確定要施加給每個線圈元件以激勵并操縱磁共振的所期望RF電流； 接收由所施加電流感應的共振信號；以及根據(jù)所述系統(tǒng)矩陣調(diào)節(jié)所期望電流和所接收的共振信號中的一個，以 在數(shù)字域中補償在所述線圈段之間的耦合。
15、 如權利要求14所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)步驟包括 使所接收的共振信號與所述系統(tǒng)矩陣的變換相乘。
16、如權利要求13所述的方法，其中，將所述預定RF信號施加給多個諧振器中的每一個，并且使用與所述諧振器分離的拾取線圈測量所述感 應信號。
17、 一種用于執(zhí)行權利要求13所述的步驟的磁共振掃描器。
18、 一種磁共振設備，包括主磁體(20)，用于生成通過檢查區(qū)域(14)的主場(B0);RF線圈系統(tǒng)(36)，其具有平行線圈段(38)陣列，這些線圈段電磁孝禺^ ;RF接收器(56)，用于從所述檢査區(qū)域(14)接收共振信號；以及 耦合補償處理器(70)，用于在數(shù)字域中補償在所述線圈段(38)之間 的耦合。
19、 如權利要求18所述的設備，其中，所述補償處理器(70)包括 信號發(fā)生裝置(100)，用于使發(fā)射器(54)將預定RF電流脈沖單獨地施加給每個線圈段(38);信號確定裝置(102)，用于確定在每個線圈段(38)中響應于每個所 施加的預定電流脈沖感應的電流的函數(shù)；以及系統(tǒng)矩陣計算器(82)，用于確定矩陣(G，T)，所述矩陣描述了所施加 的電流和感應電流之間的關系。
20、 如權利要求19所述的設備，還包括MRI控制器(50)，用于確定在磁共振過程期間要由所述RF發(fā)射器(54)施加的所期望電流脈沖(P;以及處理器(74)，用于根據(jù)與所接收共振信號和所期望RF電流脈沖(p 中的一個相關的所述系統(tǒng)矩陣而操作，以生成輸入脈沖(LLdj)來補償在所 述線圈段(38)之間的耦合。
全文摘要
一種磁共振成像系統(tǒng)包括耦合補償處理器(70)，用于補償在線圈布置(36)的n個各個線圈段(38)之間的感應磁耦合。已調(diào)節(jié)信號確定裝置(74)確定所述線圈布置(36)的所述n個各個線圈段(38)中的每個的已調(diào)節(jié)輸入信號(U_adj)。發(fā)射系統(tǒng)(54)根據(jù)所確定的已調(diào)節(jié)輸入信號(U_adj)產(chǎn)生RF脈沖，并將所述RF脈沖發(fā)射到對應的線圈段(38)，從而使得所發(fā)射的RF脈沖在數(shù)字域中補償在所述線圈段(38)之間的耦合。
文檔編號G01R33/36GK101297212SQ200680039793
公開日2008年10月29日 申請日期2006年10月3日 優(yōu)先權日2005年10月27日
發(fā)明者I·格雷斯林, P·韋爾尼科爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司