專利名稱：磁共振設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于對放置在靜態且基本上均勻的主磁場中的身體進行磁共振(MR)成像的設備。
此外，本發明涉及MR成像方法以及MR成像設備的計算機程序。
在MR成像中，由射頻(RF)脈沖和切換的磁場梯度組成的脈沖序列被施加到物體(患者)上以生成相位編碼MR信號。已知的MR成像設備具有用于生成RF脈沖的合適發射天線，同時通過接收天線掃描MR信號以從物體獲得信息并重建其圖像。發射天線和接收天線通常在實體上為所使用MR設備的同一部分。
自從其初始研制以來，MR成像應用的臨床相關領域數量已得到極大增長。MR成像可應用于幾乎身體的每個部分，且其可用于獲得關于許多人體重要功能的信息。在MR掃描期間施加的脈沖序列完全確定重建圖像的特征，如物體的位置和取向、尺寸、分辨率、信噪比、對比度、運動靈敏度等。MRI設備的操作者不得不選擇合適的序列并不得不對各種應用調整其參數并使這些參數最佳化。
隨著目前MR成像在超過1.5特斯拉的靜磁場中進行，所謂的介質共振變成主要關注的問題。共振頻率(拉莫爾頻率)隨著磁場強度的增加而上升。從而，所施加RF脈沖在組織中的波長變得較小并變得與MR設備的RF天線尺寸和受檢身體解剖學結構相當。此外，必須考慮人體是不對稱的和非均勻結構并包含電損耗物質(主要是水)。因此，在RF天線和受檢身體組織之間出現非常強的電磁相互作用。該相互作用，通常被稱為介質共振，不僅影響身體內部RF輻射吸收的分布(所謂的SAR分布)，而且影響圖像均一性，因為激發受檢身體內部的核磁化的RF磁場(B1)的分布不再是均勻的。
由此易于意識到，需要一種改進的磁共振成像設備，該設備能夠采集和重建具有以超過1.5特斯拉高場強下的均勻圖像強度的高質量MR圖像。
根據本發明，公開一種用于對放置在靜態且基本上均勻的主磁場中的身體進行MR成像的設備。該設備的RF發射天線具有不同的共振模式，且該設備設置成確定身體的尺寸和/或長寬比，并通過包括RF脈沖的成像序列采集身體的MR圖像，其中基于身體的尺寸和/或長寬比控制在RF脈沖輻射期間激發的RF發射天線不同共振模式的相位和幅度。
本發明主要基于洞察到，射頻場的非均勻性程度主要取決于受檢身體的絕對尺寸和長寬比。例如，在更“圓”的患者中可獲得良好的圖像均勻性，而在更“扁”的患者內部，圖像強度較不均勻。已經發現，在受檢身體內部區域內，其中B1場較低從而圖像具有減少的強度，RF場不再表現為正交場。這是因為介質共振起到破壞正交RF場的兩個正交模式結構干涉的作用，從而在全部感興趣體積內不能獲得實際所需要的均勻B1場。當MR設備的RF發射天線的不同(正交)模式以為受檢身體的各個尺寸和/或長寬比定制的不同相位和幅度獨立于彼此受到激發時，就可根據本發明改進圖像均勻性。
本發明提供一種MR成像設備，該設備設置成根據事先確定的受檢身體的尺寸和/或長寬比控制RF發射天線共振模式的相位和幅度。因此，本發明能夠產生高質量MR圖像，該MR圖像在高磁場強度下具有顯著改進的圖像強度均勻性。
根據本發明，其有利地通過校準過程確定身體的尺寸和/或長寬比。該校準過程涉及采集三維或二維低分辨率圖像或至少兩個投影MR圖像。這樣，以每個患者為基礎進行校準只需要最少的用于信號采集的額外時間，因為為校準目的的所采集圖像質量只需滿足于確定例如受檢身體的寬度和高度。可從校準圖像中簡單計算出長寬比作為身體在兩個正交方向上的不同尺寸的比。
所提出的MR設備可有利地包括連接至該設備的兩個或更多分立發射通道的發射單元。每個這樣的發射通道可與RF接收天線的共振模式中的一個共振模式相關聯，其中提供至分立發射通道的RF信號的相位和幅度分別可由發射單元控制。根據本發明，這能夠基于預先確定的受檢身體的尺寸和/或長寬比控制RF發射天線不同共振模式的相位和幅度。
為進一步使根據本發明采集的圖像的圖像質量最佳化，MR設備可包括連接至兩個或更多接收通道的接收單元，每個接收通道與RF發射天線的一個共振模式相關聯。這樣，RF發射天線還用于從受檢身體采集信號的目的并使信號在天線的不同模式中獨立采集。介質共振效應不僅當在發射模式中激發核磁化時要考慮，而且當在接收模式中從受檢身體檢測MR信號時也要考慮。分立通道上的獨立接收允許對上述介質共振效應在MR設備的接收模式中的干擾影響進行補償。從而，MR設備可容易地設置成根據患者的尺寸和/或長寬比控制獨立采集信號的相位和幅度，例如通過在圖像重建期間對所采集的信號進行簡單數字后處理。
本發明的MR設備應當有利地包括帶有程序控制的計算機裝置，該程序控制設置成從使身體尺寸和/或長寬比與相應的相位和幅度值相關的函數(數學)關系或查找表選擇不同共振模式的相位和幅度。在MR設備可根據本發明進行使用之前只需要為其確定一次查找表或函數關系。這可例如通過與對圖像均勻性的不同長寬比的不同相位和幅度值相關聯的計算機模擬來實現。由這些模擬，可選擇發射天線不同模式的最合適相位和幅度值并將它們存儲到多個不同尺寸間隔和/或長寬比的查找表中。類似地，可由在具有不同尺寸和/或長寬比的一系列志愿者上測量的測量值建立適當的數學函數或查找表。
本發明不僅涉及設備還涉及對放置在靜態且基本上均勻主磁場內的身體至少一部分進行MR成像的方法，該方法包括以下步驟確定身體的尺寸和/或長寬比，和通過包括RF脈沖的成像序列采集身體的MR圖像，其中基于身體的尺寸和/或長寬比獨立控制在RF脈沖生成期間激發的RF發射天線不同共振模式的相位和幅度。
一種適于實行本發明MR成像過程的計算機程序可在普通計算機硬件上實施，其在臨床使用中用于控制適當的磁場共振掃描。該計算機程序可設置在適合的數據載體上，如CD-ROM或磁盤。可選擇地，其還可從因特網服務器由用戶下載。
可以推斷出，本發明的要點在于通過對MR成像設備RF天線設置的合適控制，就可能相當大地提高從高場MR系統獲得的MR圖像的圖像強度、對比度和均勻性，在高場MR系統中，介質共振和減少的RF穿透性會導致不需要的圖像質量問題。
下例附圖公開了本發明的優選實施例。然而，應當理解，附圖僅設計為用于解釋說明的目的，而不是作為對本發明的限制。
附圖中
圖1示出根據本發明的磁共振掃描器的實施例，圖2示出根據本發明的RF天線結構的實施例，圖3示出根據本發明的校準方案。
在圖1中，以框圖形式示出根據本發明的MR成像設備1。裝置1包括一組用于產生靜態且均勻主磁場的主磁線圈2和用于疊加具有可控強度并具有在選定方向上的梯度的附加磁場的三組梯度線圈3，4和5。通常，主磁場的方向標記為z方向，與其垂直的兩個方向為x方向和y方向。梯度線圈3，4和5通過電源11激勵。裝置1還包括RF發射天線6，例如，常規正交身體線圈，用于向身體7發射RF脈沖。作為正交線圈，天線6具有兩個共振模式，這兩個共振模式通常由具有相同幅度且相位差為90°的RF信號激發。根據本發明，天線6連接至用于控制天線6的兩個不同共振模式的相位和幅度的接收/發射單元8。接收/發射單元8進一步耦合至用于產生和調制RF脈沖的調制器9。如圖1所示，RF發射天線和接收天線在實體上為同一天線6。因此，發射/接收單元9設置成從待發射的RF脈沖中分離出接收到的信號。所接收到的MR輸入到解調器10。發射/接收單元8、調制器9和為梯度線圈3，4和5供電的電源11由控制系統12控制。控制系統12基于身體7的長寬比控制饋送到天線6的RF信號的相位和幅度。控制系統12通常是具有存儲器和程序控制器的微計算機。在本發明的實際實施中，尤其考慮身體7的長寬比確定和天線6共振模式合適的相位和幅度值的選擇，控制系統12包括具有如在此之前描述過程的程序。解調器10耦合至數據處理單元14，例如計算機，用于將所接收到的回波信號轉換成例如在視頻顯示單元15上可視的圖像。
圖2示出根據本發明的線圈結構。正交身體線圈16通過相應的端子連接到未在圖2中示出的MR裝置的分立通道I和Q。每個通道I和Q與線圈16的兩個正交共振模式中一個共振模式相關。線圈16用于激發檢查體積內的MR信號并用于檢測該信號。為每個通道I和Q的兩個發送/接收開關17和18做好準備。通過這些開關，線圈16的端子或者連接到功率放大器19，20的輸出端或者連接到感應RF前置放大器21，22，也就是說，取決于MR設備的操作模式。在發射模式中的RF脈沖輻射期間，通過發射單元23控制由各種通道供應至線圈16的RF信號TXI和TXQ的相位ΦI，ΦQ，和幅度AI，AQ。這允許調整對應于受檢身體長寬比的各個發射通道的相位ΦI，ΦQ，和幅度AI，AQ，從而根據本發明實現受激核共磁化的最佳均勻性。幅度和相位的獨立控制可或者通過如圖2所示的分立功率放大器19，20來實現，其中這些放大器分別處于發射單元23的控制下，或者通過利用受發射單元23控制的延遲線和衰減器的單個功率放大器RF輸出的受控分裂來實現。對于在通道I和Q上獨立接收信號RXI和RXQ為連接至接收單元24的分立RF前置放大器21，22做好準備。接收單元24不需要能夠控制信號RXI和RXQ的相位和幅度。所接收信號的相位和幅度對患者長寬比的適應可實現為在最終圖像重建期間的單純后處理步驟。
雖然圖2中示出的是正交身體線圈，應當理解，本發明的方法可應用于任何采用多共振模式的RF線圈設計。
圖3示出根據本發明的在預掃描校準過程期間采集和重建的MR切片圖像25，26。校準過程用于確定受檢身體的尺寸和或長寬比。MR圖像25示出更“圓”的身體27，而在圖像26中示出的身體28具有更“扁”的橫截面。各長寬比可易于由身體27，28的寬度W和高度H的商計算出。而后基于由此確定的尺寸和/長寬比根據圖像均勻性可使所采用的RF天線共振模式的相位和幅度最佳化。該適當的幅度和相位值可例如通過參考查找表獲得。該查找表反映RF天線不同共振模式的圖像均勻性、尺寸、長寬比和相位/幅度關系之間的已知關系。這能夠在醫學應用中基于每個患者達到MR圖像均勻性的有效最佳化。
權利要求
1.用于對放置在靜態且基本上均勻的主磁場中的身體(7)進行MR成像的設備，該設備具有向身體(7)輻射RF脈沖的RF發射天線(6)，該RF發射天線(6)具有不同的共振模式，該設備(1)設置成確定身體(7)的尺寸和/或長寬比，和通過包括RF脈沖的成像序列采集身體(7)的MR圖像，其中基于身體(7)的尺寸和/或長寬比控制在RF脈沖輻射期間激發的RF發射天線(6)不同共振模式的相位和幅度。
2.根據權利要求1所述的設備，其中該設備還設置成通過校準過程確定身體(27，28)的尺寸和/或長寬比，其中校準過程涉及采集低分辨率MR圖像(25，26)或者采集身體(27，28)的至少兩個投影MR圖像。
3.根據權利要求2所述的設備，其中從在校準過程期間采集的MR圖像(25，26)中計算出長寬比作為身體(27，28)在兩個正交空間方向上的不同尺寸(H，W)的比值。
4.根據權利要求1至3中任一個所述的設備，包括連接至該設備的兩個或更多分立發射通道(TXI，TXQ)的發射單元(23)，每個發射通道(TXI，TXQ)與RF發射天線(16)的共振模式中的一個共振模式相關聯，其中供應至分立發射通道(TXI，TXQ)的RF信號的相位(ΦI，ΦQ)和幅度(AI，AQ)可分別通過發射單元(23)控制。
5.根據權利要求1至4中任一個所述的設備，包括連接至該設備的兩個或更多分立接收通道(RXI，RXQ)的接收單元(24)，每個接收通道(RXI，RXQ)與RF發射天線(16)的共振模式中的一個共振模式相關聯。
6.根據權利要求1至5中任一個所述的設備，還包括帶有程序控制器的計算機裝置，該程序控制器設置成基于使身體尺寸和/或長寬比與相應的相位和幅度值相關聯的函數關系或查找表選擇不同共振模式的相位和幅度。
7.對放置在靜態且基本上均勻的主磁場內的身體至少一部分進行MR成像的方法，該方法包括以下步驟確定身體的尺寸和/或長寬比，和通過包括RF脈沖的成像序列采集身體的MR圖像，其中基于身體的尺寸和/或長寬比獨立控制在RF脈沖生成期間激發的RF發射天線不同共振模式的相位和幅度。
8.根據權利要求7所述的方法，其中通過校準過程確定身體的尺寸和/或長寬比，所述校準過程涉及采集低分辨率MR圖像或者采集身體的至少兩個投影MR圖像。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其中基于使身體尺寸和/或長寬比與相應的相位和幅度值相關聯的函數關系或查找表選擇不同共振模式的相位和幅度。
10.用于MR成像設備的計算機程序，該程序具有的指令用于確定放置在MR成像設備的靜態且基本上均勻的主磁場內的身體尺寸和/或長寬比，通過包括RF脈沖的成像序列控制身體的MR圖像數據的采集，基于身體的尺寸和/或長寬比選擇在RF脈沖生成期間激發的RF發射天線不同共振模式的相位和幅度。
11.根據權利要求10所述的計算機程序，還包括用于基于使身體尺寸和/或長寬比與相應的相位和幅度值相關聯的函數關系或查找表選擇不同共振模式的相位和幅度的指令。
全文摘要
本發明涉及一種用于對放置在靜態且基本上均勻的主磁場中的身體(7)進行MR成像的設備，該設備具有向身體(7)輻射RF脈沖的RF發射天線(6)，該RF發射天線(6)具有不同的共振模式。為提高高場MR成像的圖像均勻性，本發明建議設備(1)設置成確定身體(7)的尺寸和/或長寬比，并通過包括RF脈沖的成像序列采集身體(7)的MR圖像，其中基于身體(7)的尺寸和/或長寬比控制在RF脈沖輻射期間激發的RF發射天線(6)不同共振模式的相位和幅度。
文檔編號G01R33/36GK101027569SQ200580032250
公開日2007年8月29日 申請日期2005年9月13日 優先權日2004年9月24日
發明者P·R·哈維, W·M·普林斯, Z·翟, M·復德雷爾, G·H·范伊佩倫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司