專利名稱：用于生成rf場的方法和多通道rf發射器布置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種多通道RF發射器布置，其形式為，或者包括多個諸如 RF天線、天線元件、線圈或者線圈元件或者其它諧振器元件之類的RF發 射器，以生成RF場，特別是多個RF場分量，使得該RF場為復合RF場， 尤其在磁共振成像(MRI)系統中使用以激發核磁共振(NMR)，以及涉及 一種用于生成這樣的RF場的方法。
此外，本發明涉及多通道RF發射系統，其包括多個RF波形發生器和 RF放大器，用于生成RF發射信號以饋送給這樣的多通道RF發射器布覃， 尤其在MRI系統中作為RF勵磁系統使用。
本發明也涉及MRI系統，其包括這樣的多通道RF發射或者勵磁系統 以及這樣的多通道RF發射器布置。
背景技術：
WO 2004/061469公開了一種用于具有多個發射通道的MR設備的高 頻系統和包括多個諧振器元件的RF線圈布置，其中將每一個發射通道分配 給每個諧振器元件。每個發射通道可以單獨地控制，使得RF場可以在檢查 體積中生成并且具有可以被靈活的和多變的預選擇的場分布。
發明內容
已經揭示以上包括多個諧振器元件的RF發射器或線圈布置的缺點在 于，在需要對整個視場，也即至少基本整個檢査體積進行激發的情況下， 饋送給每一個諧振器元件的所有不同發射通道的相位和振幅必須精確地和 分別地校準以生成均勻的RF激發場。
另一個缺點在于具有均勻場(無負荷情況下的均勻場，因為負荷扭曲 該場)并經常需要在很多掃描中作為參考的單通道體線圈在以上 WO2004/061469所公開的RF發射器或線圈布置中并未提供。本發明的一個目的是提供一種多通道RF發射器布置，其形式為，或者
包括多個RF天線、天線元件、線圈或者線圈元件(諧振器)以及相關方法， 通過該方法整個視場，也即全局的或者廣闊的RF場的激發可以更加簡單地 實施并具有更加少復雜性的校準過程。
本發明的另一個目的是提供一種多通道RF發射系統以饋送給以上的 RF發射器布置，與以上已知的多通道RF發射系統相比該RF發射系統可 以在顯著降低成本下實現。
該目的通過根據權利要求1的多通道RF發射器布置，根據權利要求7 的多通道RF發射系統以及根據權利要求9的用于生成RF場的方法而解決。
根據本發明的這個解決方案在那些具有更高磁場強度MRI系統中是尤 其有益的，在該系統中所需的RF發射或激發信號的波長達到檢査對象的尺 度，使得檢査對象和不均勻RF激發場之內的波傳播或者介電共振效應可以 發生。這些不希望的效應，以及尤其是在MRI檢查期間的信號強度變化的 影響可以通過借助于根據本發明的多通道RF發射系統和多通道RF發射器 布置來發射空間上選擇性的RF脈沖而以簡單和劃算的方式進行有效補償。
此夕卜，可以應用RF脈沖的并行發射以及如發射感應(Transmit SENSE) (見Katscher等，"Transmit SENSE" in Magnetic Resonances in Medicine (2003)49: 144-150)和RF勻場(RF shimming)(見Ibrahim等，"Effect of RF coil excitation on field inhomogeneity at ultra high fields: a field optimized TEM resonator" in Magnetic Resonance Imaging (2001) Dec; 19(10): 1339-47) 之類的方法以便于任意形狀的或者空間復雜的RF場樣式的激發，并且可以 減少產生這樣的RF激發場所需的時間。
從屬權利要求公開了發明的有利實施例。
在MRI系統中使用相關的多通道RF發射器布置以激發核磁共振的情 況下，根據權利要求2和3的第一 RF發射器以及根據權利要求4到6的第 二RF發射器是尤其有利的。
將意識到本發明的特征易于以任何組合方式組合而不脫離由附加權利 要求所限定的本發明的范圍。
從以下參考附圖而給出的對本發明的優選和示例性實施例的描述，本 發明的其它細節、特征和優點將變得顯而易見。
圖1示出了根據本發明優選實施例的多通道RF發射器布置和多通道 RF發射系統的示意性框圖2示出了具有和不具有相位需求的激發樣式的期望的和獲得的幅值 之間的相關性。
具體實施例方式
通常，根據本發明的多通道RF發射器布置包括至少一個第一RF發射 器，其用于在MRI系統的至少基本整個檢查體積之內生成RF激發場(例 如，"全局的"或者廣闊的RF場)，以在檢查對象中激發核磁共振。這樣的 第一RF發射器已知的形式是圓柱形線圈并尤其是體線圈(BC)，其圓柱形 地環繞或者包圍該全局的或者廣闊的RF場，也即檢査體積。在水平MRI 系統(其在圖1中示例性的示出)的情況下，這樣的體線圈通常是所謂的 籠式線圈。其它體線圈是基于TEM諧振器的。在垂直MRI系統或者開放 式MRI系統的情況下，該體線圈通常以兩個平面天線結構的形式提供，其 中該兩個平面天線結構至少基本彼此平行地置于優選的圓柱形檢查體積的 軸向末端，使得全局的或者廣闊的RF場在該兩個平面天線結構之間延伸。
此外，根據本發明的多通道RF發射器布置包括至少一個但優選多個的 第二 RF發射器，其置于全局的或者廣闊的RF場之內以在檢查體積之內(也 即，全局的或者廣闊的RF場之內)生成各個局部RF激發場。局部RF激 發場可理解為在被相關的第二 RF發射器所包圍的檢查體積的空間或者區 域之內的RF激發場，以及在該相關第二 RF發射器外部的空間或者區域之 內的RF激發場，其中在該相關第二RF發射器外部的空間或者區域中，該 相關第二 RF發射器的RF激發場對于在檢查對象中局部激發核磁共振是基 本上集中和有效的。
第二RF發射器可以以RF天線元件、線圈、線圈元件、環、TEM元件 線圈和/或分段天線元件，或者其它諧振器元件的形式提供，其優選置于第 一RF發射器(尤其是體線圈)的平面或者表面之內，或者更接近于檢查對 象，也即在檢査體積的更里面。此外，RF發射表面線圈，其形式例如為放置于靠近預期視場或者成像
區域的可移動線圈或者墊片或者頭線圈，也可以作為第二RF發射器使用。 根據本發明的多通道RF發射系統通常包括多個RF發射通道，其數量 對應于第一和第二 RF發射器的總計數量。每個RF發射通道通常至少包括 波形發生器和功率放大器以給所連接的RF發射器饋送RP信號以激發檢査 對象之內的核磁共振。
由于與上述現有技術相反的事實，即只有該至少一個第一RF發射器必 須生成至少在基本整個檢查體積之內(也即，全局的或者廣闊的RF場)激 發磁共振的RF場，以及提供第二RF發射器以只生成局部RF激發場，因
此只有那些與第一 RF發射器中的一個連接的RF發射通道必須是高功率RF 發射通道(例如，大約10kW)，而其它與第二 RF發射器中的一個連接的 RF發射通道可以設計為生成相應減少的或者較低的或者中檔的功率(例如， 大約lkW)。由于RF放大器的價格隨增長的功率非線性增加，可實現整個 RF發射系統以及相應的整體MRI系統的可觀的成本降低。
借助于以上的多通道RF發射器布置與以上的多通道RF發射系統的結 合，可以通過利用各個RF發射器來并行地發射一些RF場分量以生成空間 分布以及甚至復雜的RF激發場樣式(或者復合RF場)。
在并行發射中，RF激發場由一些通過各自的天線(線圈)元件發射的 (局部)RF場分量構造。復合激發場作為重疊形成，特別是這些基于天線 的空間發射輪廓的局部RF場分量的線性組合。
根據本發明的另一方面，設置局部RF場分量從而根據RF場分量構造 的RF激發場的幅值精確符合所期望的激發樣式。在根據期望幅值樣式迭代 解出RF場分量中，加入額外的相位，或者該迭代由正在構造的場的幅值所 驅動。
通過解決逆問題來獲得額外的自由度，該自由度改善了幅值樣式的精 確性和/或該逆問題的穩定。
并行發射的標準方程是 <formula>formula see original document page 7</formula>其中戶des是期望的復數激發樣式，&是線圈11的復數靈敏度分布，以及A是線圈n的復數激發樣式。方程(1)可以通過例如在離散激發k-空間(由粗體，非斜體的字母指示)中的(規則的)偽-逆法(由+指示)被解出<formula>formula see original document page 8</formula>2)在此，P一包含了 iV個不同線圈的空間選擇RF脈沖，s^,是靈敏度矩陣， 以及P^,是k-空間中的期望激發樣式。對于這個發明，只對方程(1)的左 手側的幅值感興趣<formula>formula see original document page 8</formula>然而，方程(3)不能通過如之前的線性代數來解決，而必須應用迭代 解法。以下描述這樣的迭代解法的兩個不同例子。將一對不同的任意測試相位分布加于Pdes。該測試相位分布可隨機計 算，或者系統地使用不同的多項式組。對于每一個測試相位，相應的A由如之前的方程(2)計算。針對相應的所計算的尸n通過經由方程(1)進行 的模擬實驗而對每個測試相位進行基準。例如，Pdes的所計算的和所期望的 幅值之間的相關性可以用于這個基準。在實際試驗中，使用生成最佳基準 的A。對于標準復數的情況，方程(1)可以迭代的解出，例如，經由(非線 性)共軛梯度法。在此，在每個迭代步驟中，在計算出新的一組A之前， 將所計算的尸des和期望的Pdes進行比較。這個比較通常以復數方式進行。對 于這個發明，僅比較尸^的幅值。這個方法提供了比在(i)中描述的方法 更系統的方法來優化Pdes的相位。在這些迭代的兩個版本中，優選將發生的空間相位變化限制得足夠小 以避免顯著的體素內失相。這是容易實現的，因為相位變化的預先確定限 制被作為迭代中的約束條件。,本發明的疊加局部RF場以形成預定空間幅值樣式的這一方面可以應用來縮短2D以及3DRF脈沖。本發明的這個方面也可以不用來改善激發結果，而是減小RF脈沖的平 均B,振幅，也即，發生的SAR。本發明的這個方面可以用于為了空間選擇性的RF脈沖而使用并行發 射的所有應用。最突出的應用例子是B1不均勻性的補償。RF發射器布置包括兩個由已知的體線圈ll形成的第一RF發射器，以 及以小RF線圈或環12到16為形式的多個第二 RJF發射器，其中該小RP 線圈或環12到16沿著體線圈11的縱向和/或體線圈11的圓周方向分布或 分段。對于多通道發射應用，通常可以以常規正交模式使用的體線圈11優選 分別地使用它的兩個模式。因此它包括第一正交端口 QP1和第二正交端口 QP2，以生成兩個獨立提供和激發的正交模式，從而提供兩個第一RF發射 器。依照這個體線圈(籠式線圈)11的變化，為了在整個檢查體積之內增 加相對于生成RP激發場樣式而言的更多的自由度，可以將體線圈11本身 在它的縱向或z方向上分段。根據圖1，示例性地示出五個第二 RF發射器12到16，其中三個第二 RF發射器12、 14、 15的每一個在籠式線圈11的縱向或者軸向(z方向) 上分布或者分段，并且三個第二RF發射器13、 14、 16在籠式線圈11的圓 周方向上分布或者分段。根據圖1的多通道RF發射系統根據第一和第二 RF發射器的數量n包 括數量n個RF發射通道，其中每個RF發射通道至少包括RF功率放大器 21， 22， 23，…2n和波形發生器31， 32， 33，…3n。第一RF發射通道21、 31與籠式線圈11的第一正交端口 QP1連接， 并且第二 RF發射通道22、 32與籠式線圈11的第二正交端口 QP2連接， 其中其它的RF發射通道23， 33;…2n， 3n與第二 RF發射器12到16中 的每一個連接。因此，第一和第二RF發射通道21， 31; 22， 32必須是高功率通道， 同時如以上說明，其它RF發射通道23, 33;…2n， 3n是較低的(或者中 檔的)功率通道。將籠式線圈11 (正交線圈)以它的兩個獨立模式(正交模式)使用具 有的優點是，這些模式是固有去耦的。可以通過一些已知的方法來獲得第 二RF發射器12到16彼此去耦以及與第一RF發射器(籠式線圈)11的去去耦)并實現期望的所 有RF發射器的獨立靈敏度。可以通過例如以下參考中公開的一種方法或者 幾種方法的組合來實現第一和第二 RF發射器的去耦，以及第二 RF發射器 彼此的去耦Vemickel P， Findeklee C, Eichmann E， Gr&sslin I.: Active digital decoupling for multi-channel transmit MRI Systems. In: Proceedings of the 15th Annual Meeting of ISM腹，Berlin, Germany, 2007， p 170.Leussler Ch， Stimma J, R5schmann P.: The Bandpass Birdcage Resonator Modified as a Coil Array for Simultaneous MR Acquisition. In: Proceedings of the 5th Annual Meeting of ISMRM， Vancouver, Canada, 1997， p 176.Lee RF, Giaquinto RO， and Hardy CJ.: Coupling and Decoupling Theory and Its Application to the MRI Phased Array. In: Magn Reson Med 2002; 48:203-213.Kurpad KN， Boskamp EB， Wright SM.: A Parallel Transmit Volume Coil With Independent Control of Currents on the Array Elements. In: Proceedings of the 13th Annual Meeting of ISMRM, Miami, USA， 2005， pl3.Junge S, Seifert F， Wuebbeler Q Rinneberg H.: Current Sheet Antenna Array-a transmit/receive surface coil array for MRI at high fields. In: Proceedings of the 12th Annual Meeting of ISMRM, Kyoto, Japan, 2004, p 41.Jevtic J.: Ladder Networks for Capacitive Decoupling in Phased-Array Coils. In: Proceedings of the 9th Annual Meeting of ISMRM, Glasgow, Scotland, 2001, pl7.通過本發明，不僅可以提供簡單而便宜的多通道RF發射功能，還可以 實現已安裝的一通道MRI系統的簡易升級，以合并該多通道RF發射功能。如上所述，所描述的多通道RF發射器布置也解決了獨立發射靈敏度的 問題，其是高減少系數所必須的。RF發射通道數量的增加，例如通過將在 體線圈ll的圓周方向上的第二RF發射器13、 14、 16加倍，不會因而導致 更高的可能減少系數，因為靈敏度的相似性隨著鄰近RF發射器之間減小的 距離而增加。由于全局的和局部的RF激發，體線圈11和第二 RF發射器 12到16的靈敏度原則上是不同的。最后，正交體線圈ll以及它對于RF發射和接收的靈敏度可以在一些方法和過程中使用，例如在發射或者接收并行成像方法中作為參考，類似于例如上述的SENSE方法。在已知的多通道RF發射系統中，這個參考必 須人工生成，其需要額外的工作和測量時間或者可導致誤差。根據本發明， 正交體線圈參考對于所有的方法和步驟都仍然是可獲得的。圖2示出了對于具有零相位的(粗體圓點，標準方法)和最優化的任 意相位的(三角形，本發明)激發樣式的期望的和獲得的幅值之間的相關 性。使用模擬了 8-通道全身系統、圓形激發樣式以及螺旋形k-空間軌跡的 8個發射靈敏度。檢測了直到三階的不同多項式相位分布。對于R>2，任 意(多項式)相位分布比零相位得到顯著地更好的結果。對于R=8，這兩 種情況之間的相關性差別差不多是15%。雖然在圖和之前的描述中已經詳細地闡明和描述本發明，但是應將這 樣的闡明和描述認為是說明性或示例性的而不是限制性的，并且本發明不 限于公開的實施例。對前述中描述的本發明實施例的變型是可能的，并不 脫離由所附權利要求所限定的本發明范圍。本領域技術人員在實施所主張的發明時通過對圖、公開內容以及附加 權利要求的研究可以理解并實現對公開實施例的變型。在權利要求中，術 語"包括"并不排除其它部件或步驟，并且不定冠詞"一"或"一個"不 排除多個。單獨的處理器或其它單元可實現權利要求中所列舉的多個項目 的功能。在相互不同的從屬權利要求中列舉某些措施這一僅有事實并不表 示這些措施的結合不能被用于作為有利條件。可以將計算機程序儲存/分布 于適當的介質中，例如與其它硬件一起提供或者作為其它硬件一部分的光 存儲介質或固態介質，但是也可以其它形式分布，例如經由因特網或者其 它有線或者無線通訊系統。權利要求中的任何附圖標
權利要求
1、一種多通道RF發射器布置，其形式為，或者包括多個RF發射器，包括至少一個第一RF發射器(11)，其用于生成全局的或者廣闊的RF場；以及置于所述全局的或者廣闊的RF場之內的至少一個第二RF發射器(12到16)，其用于在所述全局的或者廣闊的RF場之內每個均生成局部RF場。
2、 根據權利要求1所述的多通道RF發射器布置，其中，以圓柱形線 圈或者體線圈(11)，或者兩個平面天線結構的形式提供所述第一RF發射 器，其中所述兩個平面天線結構彼此至少基本平行地置于圓柱形體積的軸 向末端，其中，所述全局的或者廣闊的RF場分別在由所述圓柱形線圈或者 體線圈(11)包圍的體積之內延伸或者在所述兩個平面天線結構之間的體 積之內延伸。
3、 根據權利要求1所述的多通道RF發射器布置，其中，以正交體線 圈(11)的兩個正交模式的形式提供兩個第一RF發射器。
4、 根據權利要求1所述的多通道RF發射器布置，其中，以RF天線 元件、線圈、線圈元件、環、TEM元件線圈和/或分段天線元件，或者RF 諧振器元件的形式提供至少一個第二 RF發射器(12到16)。
5、 根據權利要求1所述的多通道RF發射器布置，其中，提供多個第 二RF發射器(12到16)，其被置于所述第一 RF發射器(11)的平面或者 表面之內。
6、根據權利要求1所述的多通道RF發射器布置，其中，以RF發射 表面線圈的形式或者以可移動線圈或者墊片或者頭線圈的形式提供至少一 個第二RF發射器。
7、 一種多通道RF發射系統，其包括多個RF波形發生器(31， 32，… 3n)和至少一個高功率RF放大器(21， 22)和多個較低的或者中檔的功率 RF放大器(23…2n)，用于生成RF發射信號以饋送給根據權利要求1所述 的多通道RF發射器布置，其中，提供所述至少一個高功率RF放大器(21， 22)以對所述至少一個第一 RF發射器(11)進行饋送，提供所述較低的或 者中檔的功率RF放大器以對所述第二RF發射器(12到16)的每個進行 饋送。
8、 根據權利要求1所述的多通道RF發射器布置，將其布置為激活各 個RF發射器以產生各自的局部RF場，所述局部RF場疊加形成符合預定 空間幅值樣式的復合RF場。
9、 如權利要求8所述的多通道RP發射器布置，其中，在所述預定空 間幅值樣式的空間相位變化的預先確定最大梯度約束下建立所述局部RF 場以疊加出所述復合RF場。
10、 一種磁共振成像系統，包括根據權利要求1所述的多通道RF發射 器布置以及根據權利要求7或8所述的多通道RF發射系統。
11、 一種用于借助于根據權利要求1所述的多通道RF發射器布置來生 成RF場的方法，其中，并行地或者至少基本同時地執行所述全局的和局部 RF場的生成。
12、 一種計算機程序，包括計算機程序代碼，當所述程序在可編程微 型計算機中運行時，所述計算機程序代碼適于執行根據權利要求9所述的 方法或者適于在根據權利要求9所述的方法中使用。
全文摘要
公開了一種多通道RF發射器布置，其形式為，或者包括多個RF天線、天線元件、線圈或者線圈元件(11到16)，以生成RF場，尤其在磁共振成像(MRI)系統中使用以激發核磁共振(NMR)，并公開了一種用于生成這樣的RF場的方法。此外，公開了一種多通道RF發射系統，其包括多個RF波形發生器(31，32，…3n)和RF放大器(21，22，…2n)，用于生成RF發射信號以饋送給這樣的多通道RF發射器布置，尤其在MRI系統中作為RF勵磁系統使用。
文檔編號G01R33/32GK101675351SQ200880014574
公開日2010年3月17日 申請日期2008年4月25日 優先權日2007年5月4日
發明者P·韋爾尼科爾, U·卡切爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司