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磁共振(MR)成像的設備。
此外，本發明涉及一種用于MR成像的方法，并且還涉及用于MR成像設備的計算機程序。
背景技術：
在MR成像中，一個對象(通常是患者的身體)被放置在靜止的并且基本上均勻的主磁場(B0)中，由切換的RF場(B1)和磁場梯度脈沖構成的脈沖序列被施加到該對象，以便生成經過相位編碼的磁共振信號，隨后掃描所述經過相位編碼的磁共振信號，以便從該對象獲得信息并且重建其圖像。自從最初開發出MRI之后，MRI應用的臨床相關的場的數量已經大大增多。MRI可以被應用于身體的幾乎每一部分，并且MRI可以被用來獲得關于人體的多個重要功能的信息。在MR掃描期間施加的所述脈沖序列完全確定所重建圖像的特性，比如所述對象體內的位置和指向、尺寸、分辨率、信噪比、對比度、對于移動的靈敏度等等。MRI設備的操作人員必須選擇適當的序列，并且必須對于對應的應用調節及優化其參數。
通常來說，MR成像設備包括用于在檢查區域內生成靜態場B0的超導主磁體、用于在所述成像序列期間生成切換的磁場梯度的梯度線圈以及RF線圈組件。已知的MR系統的RF線圈組件包括發射線圈以及一個或多個接收天線，所述發射線圈用來生成上面提到的B1場以用于激勵核自旋，所述一個或多個接收天線與所述發射線圈相結合地使用，以便檢測并接收來自所檢查的對象的MR信號。所述接收天線典型地連接到所述MR設備的接收鏈。該接收鏈包括RF放大器、衰減器、調制器、濾波器和數字化器，以便允許對所述MR信號進行窄帶、低噪聲檢測并且把所檢測到的MR信號轉換成數字信號樣本。最終通過計算機處理這些信號，并且將其轉換成所述對象的數字圖像。
在已知的并行MRI技術中，采用具有不同的空間靈敏度分布的多個接收天線，以便例如增強局部靈敏度或者減少用于診斷圖像的掃描時間。后者例如可以根據已知的SENSE技術來實現，這是通過與根據Nyquist理論完全覆蓋預定視場實際上所必需的經過相位編碼的磁共振信號相比，只采集所述經過相位編碼的磁共振信號的一個更小的集合。
上面描述的SENSE技術以及其他已知的并行MR成像技術已經被證明對于實際應用而言是非常高效的。因此，當今的MR系統越來越多地要求大量并行成像。這必然要求使用位于所述MR設備的檢查區域內的大量MR接收天線(線圈)，其中每個天線與單獨的接收通道相關聯。為了把各單獨的接收天線連接到所述MR設備的后端電子裝置(接收鏈)，需要許多線纜，其中所述后端電子裝置通常位于實際的檢查室的外部。這種線纜連接較為昂貴而且很占地方，當考慮到通常的MR設備的檢查體積內的有限空間時，這是一個很嚴重的問題。特別在被集成在移動患者支架內的接收天線的情況下，必要的線纜連接是一種技術上的挑戰，因此成本很高。在MR成像中所使用的天線越多，在所檢查的患者周圍操縱的線纜就變得越復雜。通常使用靠近所述檢查區域的所謂的組線盒(combiner box)，在所述組線盒內把來自各單獨的接收線圈的線纜捆束在一起。多功能線纜從所述組線盒通向所述MR設備的后端電子裝置。很自然地，這些多功能線纜以及相應的組線盒包括多個金屬部件和連線。一個已知的問題是這些金屬部件和連線往往會干擾所述檢查區域內的射頻場，并且可能會導致在對應的金屬部件和連線附近的所檢查的身體組織內的很高的局部特定吸收率(SAR)。這是與MR設備的操作安全有關的一個重要問題。例如，在靠近把所述接收天線連接到MR設備的中央處理單元的連線的區域內，患者可能會受到局部的皮膚灼傷。
例如從US 2003/0206019 A1中獲知，通過使用無線傳輸把所接收的MR信號從位于所述檢查區域附近的接收單元傳輸到MR設備的中央處理單元，可以省卻所述MR接收天線與所述MR設備的遠程信號處理電子裝置之間的線纜連接。為了建立所述接收天線與MR設備的后端電子裝置之間的無線遠程通信，所述已知系統的所述接收單元合并了適當的發射機，所述發射機把已調信號發射到與所述MR設備的中央信號處理電子裝置相關聯的遠程接收機。該已知系統的所述接收單元還包括可再充電的電池，以便為所述接收機和相關組件提供電功率。因此，在所述接收單元與所述已知的MR設備的后端電子裝置之間不需要任何線纜連接，甚至對于供電也不需要。為了保持給所述接收單元的電池充電，由所述已知的MR系統的發射線圈生成的RF脈沖被拾取并且被整流，以便提供必需的功率。
與所述已知系統的無線接收單元的供電相關聯的主要缺陷在于，為了給所述接收單元加電對所述RF發射場(B1)進行分接不可避免地會導致所述激勵RF場的不均勻。在所述檢查區域內的RF場受到干擾，結果發生非常不理想的圖像偽像。這一問題不能簡單地通過提供附加的RF功率以便對所述接收單元進行感應饋電來規避，因為這樣做又將以不可預測而且會產生干擾的方式影響核自旋的激勵。此外還必須考慮安全問題。因此，提高所述RF場的強度從而使其對于所述接收單元的供電以及對于核磁化的理想激勵總是充足的這一做法可能是不可接受的。所述已知技術的另一個問題在于，所述感應饋電只能在不進行信號采集的時間間隔期間才能發生。否則，用于所述已知系統的加電RF場將干擾靈敏的接收電子裝置，特別是干擾所述接收鏈的采樣裝置。這對于圖像質量又將產生非常不好的失真影響。結果，所述已知系統需要體積較大的電池以用于能量存儲，以便在MR信號采集周期期間確保充足的供電，因為此時所述感應饋電必須保持切斷。
因此，很容易理解，需要有一種用于MR成像的改進的設備，其允許利用無線操作的接收單元進行大量并行成像。因此，本發明的主要目的是提供一種MR設備，該MR設備被設置成對所述無線接收單元進行感應地加電，而不會干擾所檢查的對象的核自旋系統。本發明的另一個目的是提供一種MR成像設備，該MR成像設備不一定需要體積較大的能量存儲裝置(例如可再充電的電池)以用于所述無線接收單元的操作。
發明內容
根據本發明，提供了一種用于對置于檢查區域內的身體進行磁共振成像的MR設備。該設備包括用于在所述檢查區域內生成靜止的并且基本上均勻的主磁場的主磁體。提供了放置在所述檢查區域內或者放置在該檢查區域附近的多個接收單元，所述接收單元分別包括用于從所述身體接收MR信號的接收天線。各單獨的接收單元具有用于把所接收的MR信號無線發射到中央處理單元的發射機。本發明的設備還包括操作在可變采樣頻率下的采樣裝置，其用于對所接收的MR信號進行采樣并且用于將其轉換成數字信號樣本。本發明的一個本質特征在于提供了加電裝置，其在所述檢查區域內生成RF加電場(energizing field)，以便把電功率感應地提供給所述無線接收單元。該RF加電場的頻率被選擇成等于所述采樣頻率的整數倍。
本發明的主旨是允許把電功率連續傳送到所述無線接收單元，從而對于所述接收單元的操作不需要能量存儲容量，或者至少是大大減少了所需要的能量存儲容量。所述RF加電場的頻率應當不同于所述MR設備的共振(Larmor)頻率。這樣，有效地避免了所述加電輻射與所述核磁化之間的干擾。
本發明的設備的特征在于，所述RF加電場的頻率是所述采樣頻率的整數倍。因此，在對所述MR信號進行采樣的對應時間點，所述加電場的瞬時強度總是相同的。此外，所述RF加電場的波形應當被選擇成使得在每一個采樣周期內的積分是零(例如正弦波將是適當的)。因此，不必擔心在所述感應供電與靈敏的接收電子裝置之間的亂真干擾。本發明的RF加電場可以在整個圖像采集周期內都是激活的，而不會導致任何圖像失真。
在通常的MR系統中，所述MR信號的帶寬是可變的，并且其范圍是從大約500Hz到1.5MHz。由所述MR設備的用戶根據各種成像情形相應地指定所述采樣頻率。為了滿足采樣理論(Nyquist標準)的要求，根據本發明，所述RF加電場的頻率必須至少在2MHz到3MHz的范圍內是可變的。這樣，總是可以找到等于所述采樣頻率的整數倍的所述RF加電場的頻率值。有利的是，有可能基于所述MR設備的采樣裝置的可變設置實現對所述RF加電場的頻率的自動控制。
為了實際實現本發明，所述無線接收單元分別包括可解諧的(detunable)共振拾取電路以用于拾取所述RF加電場。共振電路使得所述感應饋電處理能夠達到最佳效率。所述拾取電路應當是可解諧的，以便令其共振頻率與所述RF加電場的可變頻率(如上所述，其由所述采樣頻率確定)相匹配。所述拾取電路可以合并有一個可變電容器(例如所謂的變容二極管)，以便允許自動控制的解諧。根據本發明的一個優選實施例，作為獨立設備的所述無線接收單元分別包括一個控制邏輯電路以便自動控制所述拾取電路的共振頻率，從而使得從所述RF加電場轉移的能量精確地匹配對應的無線接收單元所要求的功率。這樣做的優點在于，在圖像采集期間可以不受限制地選擇所述采樣頻率，并且所述MR設備的用戶完全不需要關心所述無線接收單元的操作及其供電。
本發明的MR設備的無線接收單元可以分別包括一個連接到所述拾取電路的可再充電的電池組或者儲能電容器。這些能量存儲裝置的容量相對于現有技術的設備可以被顯著減小。然而，特定的能量存儲可能是有用的，以便即使在所述接收單元的功率需求臨時增大的情況下仍然確保可靠的功能。
本發明不僅涉及設備，而且還涉及一種用于對被置于MR設備的檢查區域內的身體的至少一部分進行磁共振成像的方法，該方法包括以下步驟利用MR成像序列激勵所述身體內的核磁化，該MR成像序列包括RF脈沖和切換的磁場梯度；利用放置在所述檢查區域內或者放置在該檢查區域附近的多個無線接收單元從所述身體采集MR信號，所述接收單元分別包括接收天線和發射機，以用于把所接收的MR信號無線發射到遠離該檢查區域的中央處理單元；利用一定的采樣頻率對所接收的MR信號進行采樣，并且把所述信號樣本轉換成數字信號；在對所述MR信號進行采集和采樣期間，在所述檢查區域內連續生成RF加電場，從而把電功率感應地提供給所述無線接收單元，其中所述RF加電場的頻率被選擇成所述采樣頻率的整數倍；把所述數字信號發射到所述遠程中央處理單元；以及從所述數字信號樣本重建MR圖像。
可以有利地在用于控制磁共振掃描器的普通計算機硬件上實現適于實施本發明的成像程序的計算機程序。該計算機程序可以被提供在適當的數據載體上，比如CD-ROM或磁盤。或者，用戶可以從互聯網服務器下載所述計算機程序。
附圖公開了本發明的優選實施例。然而應當理解的是，附圖僅僅被設計成用于說明的目的，而不是對本發明進行限制。在附圖中圖1示出了根據本發明的磁共振掃描器的一個實施例；
圖2示意性地示出了根據本發明的多個接收單元和相應的加電裝置的安排。
具體實施例方式
在圖1中以方框圖的形式示出了根據本發明的磁共振成像設備1。該設備1包括一組主磁線圈2以及三組梯度線圈3、4和5，該組主磁線圈用于生成靜止且均勻的主磁場，各組梯度線圈用于疊加附加的磁場，所述附加的磁場具有可控的強度并且具有在所選方向上的梯度。傳統上，所述主磁場的方向被標記為z方向，與之垂直的兩個方向被標記為x方向和y方向。通過電源9為所述梯度線圈加電。該設備1還包括輻射發射器6、天線或線圈，其用于把射頻(RF)脈沖發射到放置在所述設備1的檢查區域內的身體7，該輻射發射器6耦合到調制器8以用于生成并調制所述RF脈沖。此外還提供了放置在所述設備1的檢查區域內或者放置在該設備1的檢查區域附近的接收單元10a、10b。每一個所述接收單元10a、10b分別包括接收天線11a、11b，以用于從所述身體7接收MR信號。這些接收天線11a、11b形成一個用于并行成像的目的的線圈陣列。所述接收天線11a、11b例如可以是具有不同的空間靈敏度分布的分開的表面線圈，正如SENSE成像所需要的那樣。通過集成在各單獨的接收單元10a、10b中的采樣裝置(未示出)對所接收的MR信號進行采樣，并且將其轉換成數字信號。所述接收單元10a、10b配備有信號發射天線12a、12b，其用于以多路復用的方式把所述數字信號無線射頻發射到相應的數據處理單元13(其例如是配備有無線電天線14的計算機)，以便例如根據已知的SENSE技術把所接收的數字磁共振信號轉換成圖像。可以在視覺顯示單元15上顯現該圖像。所述調制器8、發射器6以及用于所述梯度線圈3、4和5的電源9受到控制系統16的控制，以便生成用于并行成像的實際成像序列。所述控制系統16還連接到加電單元17，以便產生通過天線18朝向所述接收單元10a、10b輻射的RF加電場。所述RF加電場由所述接收單元10a、10b通過分開的接收天線(線圈)19a、19b拾取。從而把電功率感應地提供給所述無線接收單元10a、10b。在所示出的實施例中，所述加電單元17由所述MR系統16控制，從而根據本發明使得所述RF加電場的頻率是所述采樣頻率的整數倍。這樣，在整個成像程序期間，可以通過所述加電單元17把電功率連續地提供給所述接收單元10a、10b。
參照圖2，其中示出了根據本發明的多個接收單元10a、10b和加電裝置17的安排。所述接收單元10a、10b配備有接收線圈11a、11b，以用于從所檢查的患者的身體接收MR信號。所述接收線圈11a、11b連接到靈敏的模擬射頻前置放大器20a、20b。所述接收單元10a、10b還包括采樣和發射單元21a、21b，以用于對所接收的MR信號進行采樣，并且用于通過所述MR設備的無線射頻通信鏈路來射頻發射所述數字信號。為此目的，每一個所述接收單元10a、10b配備有無線電信號發射天線12a、12b。對所述接收單元10a、10b的感應饋電是通過加電單元17實現的。該加電單元17合并有AC電源22，其頻率可以根據本發明進行控制。利用線圈18生成相應的RF加電場。該場由所述接收單元10a、10b的線圈19a和19b拾取。線圈19a、19b與可變電容器24a、24b一起形成共振電路23a、23b。提供了控制邏輯電路25a、25b，以便根據所述接收單元10a、10b的各組件的瞬時功率需求自動控制所述拾取電路23a、23b的共振頻率。為此目的，所述控制邏輯電路25a、25b連接到所述拾取電路23a、23b的整流器26a、26b，從而使得所述邏輯電路25a、25b能夠測量由所述RF加電場在所述拾取電路23a、23b中感應的(整流后的)供電電壓。這樣就建立了用于對所述共振拾取電路23a、23b進行自動解諧的閉環控制電路。圖2中所示出的安排大致上對應于傳統的功率轉換器。其中的主要區別在于，在傳統的轉換器中，初級側與次級側例如通過變壓器磁軛緊密耦合，而在本發明的MR設備中則存在較大的氣隙27。這導致初級側(加電裝置17)與次級側(接收單元10a、10b)之間的較弱的耦合。對于本發明的一種實際的實現方式，獨立于所存在的接收單元10a、10b的數量令由所述AC源22生成的電流保持恒定，同時根據其單獨的功率需求自動調節所述獨立接收單元的所述拾取電路23a、23b。為了實現從所述加電單元17到所述接收單元10a、10b的最大功率輸送，通過所述控制邏輯電路25a、25b把所述拾取電路23a、23b精確地調諧到所述AC源22的頻率。如果需要較少的功率，則調節所述電容器24a、24b，從而使得所述拾取電路23a、23b不完全處于共振狀態。
權利要求
1.一種用于對置于檢查區域內的身體(7)進行磁共振成像的MR設備，該設備(1)包括主磁體(2)，其用于在所述檢查區域內生成靜止的并且基本上均勻的主磁場；放置在所述檢查區域內或者放置在該檢查區域附近的多個無線接收單元(10a，10b)，所述接收單元(10a，10b)分別包括用于從所述身體接收MR信號的接收天線(12a，12b)以及用于把所接收的MR信號無線發射到遠離所述檢查區域的中央處理單元(13)的發射機(21a，21b)；操作在可變采樣頻率下的采樣裝置(21a，21b)，其用于對所接收的MR信號進行采樣并且用于將其轉換成數字信號樣本；以及加電裝置(17)，其在所述檢查區域內生成RF加電場，以便把電功率感應地提供給所述無線接收單元(10a，10b)，其中該RF加電場的頻率是所述采樣頻率的整數倍。
2.權利要求1的MR設備，其中，所述RF加電場的頻率不同于所述MR信號的共振頻率。
3.權利要求1或2的MR設備，其中，所述無線接收單元(10a，10b)分別包括共振拾取電路(23a，23b)以用于拾取所述RF加電場，其中所述拾取電路(23a，23b)是可解諧的。
4.權利要求3的MR設備，其中，所述拾取電路(23a，23b)包括可變電容器(24a，24b)。
5.權利要求3或4的MR設備，其中，所述無線接收單元(10a，10b)分別包括控制邏輯電路(25a，25b)，以用于根據對應的無線接收單元(10a，10b)的功率需求自動控制所述拾取電路(23a，23b)的頻率。
6.權利要求3至5當中的任一條的MR設備，其中，所述無線接收單元(10a，10b)分別包括連接到所述拾取電路(23a，23b)的可再充電的電池組或儲能電容器。
7.一種用于對被置于MR設備(1)的檢查區域內的身體(7)的至少一部分進行MR成像的方法，該方法包括以下步驟利用MR成像序列激勵所述身體(7)內的核磁化，該MR成像序列包括RF脈沖和切換的磁場梯度；利用放置在所述檢查區域內或者放置在該檢查區域附近的多個無線接收單元(10a，10b)從所述身體(7)采集MR信號，所述接收單元(10a，10b)分別包括接收天線(11a，11b)和發射機(21a，21b)，以用于把所接收的MR信號無線發射到遠離該檢查區域的中央處理單元(13)；利用一定的采樣頻率對所接收的MR信號進行采樣，并且把所述信號樣本轉換成數字信號；在對所述MR信號進行采集和采樣期間，在所述檢查區域內連續生成RF加電場，從而把電功率感應地提供給所述無線接收單元(10a，10b)，其中所述RF加電場的頻率被選擇成所述采樣頻率的整數倍；把所述數字信號發射到所述遠程中央處理單元(13)；以及從所述數字信號樣本重建MR圖像。
8.權利要求7的方法，其中，所述RF加電場的頻率被選擇成不同于所述MR信號的共振頻率。
9.權利要求7或8的方法，其中，所述RF加電場的波形被選擇成使得在所述采樣周期內的積分為零。
10.用于MR設備的計算機程序，其具有用于執行以下操作的指令利用所述MR設備生成MR成像序列，該MR成像序列包括RF脈沖和切換的磁場梯度；指定并且控制RF加電場的頻率，以便在對MR信號進行采集和采樣期間把電功率感應地提供給所述MR設備的無線接收單元，其中所述RF加電場的頻率是所述采樣頻率的整數倍；處理經過采樣和數字化的MR信號；從所述數字信號樣本重建MR圖像。
全文摘要
本發明涉及一種用于對身體(7)進行磁共振成像的設備(1)，該設備(1)包括主磁體(2)，其用于在檢查區域內生成靜止的并且基本上均勻的主磁場；放置在所述檢查區域內或者放置在該檢查區域附近的多個無線接收單元(10a，10b)；以及操作在可變采樣頻率下的采樣裝置(21a，21b)，其用于對所接收的MR信號進行采樣并且用于將其轉換成數字信號樣本。為了提供一種被設置成在不干擾所檢查對象(7)的核自旋系統的情況下為所述無線接收單元(10a，10b)感應地加電并且對于所述無線接收單元(10a，10b)的操作不需要體積較大的能量存儲裝置的MR設備(1)，本發明提出提供加電裝置(17)，其用于在所述檢查區域內生成RF加電場，以便把電功率感應地提供給所述無線接收單元(10a，10b)，其中該RF加電場的頻率是所述采樣頻率的整數倍。
文檔編號G01R33/3415GK101088021SQ200580044180
公開日2007年12月12日 申請日期2005年12月14日 優先權日2004年12月21日
發明者M·J·A·M·范赫爾沃特, J·P·格羅恩, R·P·克萊霍斯特, C·L·G·哈姆 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司