專利名稱：用于視圖梯度線圈的復(fù)合場(chǎng)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及磁共振，更特別地，涉及利用和與差的方法從視圖梯度線圈的復(fù)合場(chǎng)中產(chǎn)生圖像的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁共振成像系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生線性磁場(chǎng)梯度的梯度線圈，該線性磁場(chǎng)梯度用于空間編碼。梯度線圈典型地被設(shè)計(jì)為最佳的強(qiáng)度、轉(zhuǎn)換速率，以及有效的成像容積。梯度線圈的成像速度與產(chǎn)品的強(qiáng)度和轉(zhuǎn)換速率大致成比例。通常，有效的成像容積越大，成像速度越低。因此，為整個(gè)成像的執(zhí)行所設(shè)計(jì)的線圈比設(shè)計(jì)成最佳低容量的應(yīng)用中的線圈要少，諸如，例如，頭部應(yīng)用。
為了克服這個(gè)困難，提出了視圖梯度線圈的二重場(chǎng)。在視圖梯度線圈的二重場(chǎng)中，提供了用于每個(gè)梯度軸的一組兩個(gè)或多個(gè)電子分離線圈以及可以切換以便在兩個(gè)或多個(gè)不同的模式中執(zhí)行操作的單獨(dú)的一組線圈，借此與在較低的成像速度時(shí)提供大成像容積的其他模式相比，一種模式通過小成像容積提供較高的成像速度。
然而，由于主線圈和屏蔽線圈的物理空間的需求，視圖線圈的二重場(chǎng)不能獲得由用于優(yōu)化所給定成像容積的單個(gè)線圈所提供的性能。用于所給定成像容積的成像效率是成像速度(強(qiáng)度次數(shù)轉(zhuǎn)換速率)除以由梯度放大器提供的當(dāng)前次數(shù)電壓。主線圈和屏蔽線圈之間的間距越大，成像效率越高。
在決定視圖線圈的最佳二重場(chǎng)的布局以提供最高成像效率上存在許多嘗試。用于優(yōu)化視圖線圈二重場(chǎng)布局的一種方法是使用單一的主模型和屏蔽模型，并且在每個(gè)模型表面上創(chuàng)建兩個(gè)或多個(gè)可切換電路。這種方法存在的問題是有關(guān)場(chǎng)線性優(yōu)化的靈活性降低，或者換句話說，是在多路導(dǎo)線交叉構(gòu)造時(shí)的困難。
第二種方法使用兩組單獨(dú)的主線圈和屏蔽線圈。為一個(gè)成像容積提供一組主線圈和屏蔽線圈，并且為另一個(gè)成像容積提供另一組主線圈和屏蔽線圈。這種方法存在的問題是任一組線圈的效率很低，或者兩組線圈的效率都適度地降低。這種方法是通常被稱為“雙胞胎”的結(jié)構(gòu)。
近來，已經(jīng)開發(fā)了一種“主加校正器”的方法。在該主加校正器方法中，一個(gè)線圈(主線圈)用于兩個(gè)成像容積，而另一個(gè)線圈(校正線圈)用于提高成像容積。因此，用單獨(dú)的主線圈獲得小成像容積，而用主線圈和校正線圈同時(shí)操作可以獲得大成像容積。這種方法通過對(duì)每個(gè)容積使用兩組單獨(dú)的線圈提高了成像效率。然而，在該主加校正器結(jié)構(gòu)中，由主線圈的增益決定兩個(gè)容積的增益(每一個(gè)單元電流的梯度強(qiáng)度)，這有一個(gè)問題，因?yàn)橐话愕匾暂^高增益操作的主線圈具有較小的成像容積結(jié)構(gòu)而不是較大的成像容積結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供了一種操作具有第一線圈和第二線圈的磁共振成像系統(tǒng)以獲得成像容積的方法。該方法包括，在第一模式中，通過使用兩個(gè)線圈的場(chǎng)的和獲得成像容積，以及，在第二個(gè)模式中，通過使用兩個(gè)線圈的場(chǎng)的差獲得成像容積。
另一方面，提供了一種磁共振成像(MRI)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括至少一個(gè)第一線圈，以及至少一個(gè)與第一線圈電磁耦合的第二線圈。該成像系統(tǒng)被配置成用于在第一模式中操作以便通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的和獲得成像容積，以及在第二模式中操作以便通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的差獲得成像容積。
在另一方面，提供了一種利用磁共振系統(tǒng)使一個(gè)目標(biāo)成像的方法。該方法包括使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的和成像第一容積，以及使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的差成像第二容積。
在另一方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。該介質(zhì)被編碼以具有這樣的程序結(jié)構(gòu)命令計(jì)算機(jī)在第一模式中激勵(lì)第一線圈和第二線圈以便通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的和獲得成像容積，以及在第二模式中激勵(lì)第一線圈和第二線圈以便通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的差獲得成像容積。
另一方面，提供了一種計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)被配置成用來接收包括小模式和大模式的模式指示，當(dāng)指示為大模式時(shí)，在第一模式中激勵(lì)第一線圈和第二線圈以便通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的和獲得成像容積，以及當(dāng)指示為小模式時(shí)，在第二模式中激勵(lì)第一線圈和第二線圈以便通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的差獲得成像容積。


圖1是磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的示意框圖。
具體實(shí)施例方式
在此描述了一種方法和設(shè)備，其利用用于在MRI和NMR磁場(chǎng)發(fā)生器中使用的視圖梯度線圈的二重場(chǎng)的和與差的方法。對(duì)于每個(gè)軸使用兩個(gè)線圈并且這兩個(gè)線圈都用于小成像容積和大成像容積。然而在一個(gè)模式中，其中的一個(gè)線圈的磁場(chǎng)被反向。更具體地說，在第一模式中，通過使用兩個(gè)線圈的場(chǎng)的和獲得成像容積而在第二模式中，通過使用兩個(gè)線圈的場(chǎng)的差獲得成像容積。
正如在此使用的，單獨(dú)引用并放在元件或步驟之前的單詞“一個(gè)”將被理解為不排除多個(gè)元件或步驟，除非該排除被明確地引用。此外，參考本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施例”并不被解釋為排除其它也結(jié)合所引用特征的實(shí)施例的存在。另外，參考主線圈設(shè)想多個(gè)線圈，因此術(shù)語主線圈和多個(gè)主線圈在這里被交換地使用。同樣的原因，術(shù)語屏蔽線圈和多個(gè)屏蔽線圈在這里也被交換地使用。
圖1是磁共振成像(MRI)系統(tǒng)10的實(shí)施例的框圖，其中在此描述的系統(tǒng)和方法被執(zhí)行。MRI10包括一個(gè)操作員控制臺(tái)12，該控制臺(tái)包括鍵盤和控制面板14以及顯示器16。操作員控制臺(tái)12通過鏈接18與分離的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20通信從而允許操作員控制屏幕16上的圖像的產(chǎn)生和顯示。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20包括通過底板相互通信的多個(gè)模塊22。在該典型的實(shí)施例中，模塊22包括圖像處理器模塊24，CPU模塊26和存儲(chǔ)器模塊28，這里也涉及用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)陣列的幀緩沖器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20被鏈接到磁盤存儲(chǔ)單元30和磁帶驅(qū)動(dòng)器32以便方便地存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)和程序。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20通過高速串行鏈接36與分離的系統(tǒng)控制34通信。
系統(tǒng)控制34包括用底板(沒有示出)電耦合的多個(gè)模塊38。在該典型的實(shí)施例中，模塊38包括CPU模塊40和使用串行鏈接44與操作員控制臺(tái)12電耦合的脈沖發(fā)生器模塊42。鏈接44使在操作員控制臺(tái)12與系統(tǒng)控制34之間便于傳輸和接收命令，從而允許操作員輸入系統(tǒng)10將要執(zhí)行的掃描序列。脈沖發(fā)生器模塊42指示系統(tǒng)部件來執(zhí)行所需要的掃描序列，并且產(chǎn)生將要生成的射頻脈沖的定時(shí)、強(qiáng)度和形狀的數(shù)據(jù)指示，以及數(shù)據(jù)采集窗口的定時(shí)和長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)指示。脈沖發(fā)生器模塊42與梯度放大器系統(tǒng)46電耦合并且將掃描過程中產(chǎn)生的梯度脈沖的定時(shí)和形狀的信號(hào)指示提供給梯度放大器系統(tǒng)46。脈沖發(fā)生器模塊42也被配置成用于從生理采集控制器48中接收病人數(shù)據(jù)。在該典型的實(shí)施例中，生理采集控制器48被配置成用于從指示病人的生理狀況的多個(gè)傳感器中接收輸入，諸如但不局限于來自與病人連接的電極的ECG信號(hào)。脈沖發(fā)生器模塊42與掃描室接口電路50電耦合，該掃描室接口電路被配置成用于從指示病人狀況的各種傳感器以及磁系統(tǒng)中接收信號(hào)。掃描室接口電路50也被配置成傳輸命令信號(hào)，例如但不局限于，傳輸用于移動(dòng)病人到需要的位置的命令信號(hào)到病人定位系統(tǒng)52。
由脈沖發(fā)生器模塊42產(chǎn)生的梯度波形被輸入到包括GX放大器54、GY放大器56、以及GZ放大器58的梯度放大器系統(tǒng)46。每個(gè)放大器54，56，和58激發(fā)梯度線圈裝置60中相應(yīng)的梯度線圈來產(chǎn)生多個(gè)用于位置編碼獲取信號(hào)的磁場(chǎng)梯度。在該典型的實(shí)施例中，梯度線圈裝置60包括含有極化磁鐵64和整體射頻線圈66的磁鐵裝置62。
在使用中，位于系統(tǒng)控制34中的收發(fā)機(jī)模塊70產(chǎn)生通過射頻放大器72放大的多個(gè)電脈沖，該射頻放大器72通過使用發(fā)射/接收開關(guān)74與射頻線圈66電耦合。由病人中的激發(fā)核子所輻射的合成信號(hào)被射頻線圈66檢測(cè)并且通過發(fā)射/接收開關(guān)74傳送到前置放大器76。然后被放大的NMR(核磁共振)信號(hào)在收發(fā)機(jī)70的接收器部分中被解調(diào)、過濾、以及數(shù)字化。通過脈沖發(fā)生器模塊42的信號(hào)來控制發(fā)射/接收開關(guān)74，以便在傳送模式時(shí)將射頻放大器72電連接到線圈66，在接收模式時(shí)與前置放大器76連接。發(fā)射/接收開關(guān)74也使分離的射頻線圈(例如，表面線圈)能夠在發(fā)送或接收兩種模式下使用。
由射頻線圈66接收的NMR信號(hào)被收發(fā)機(jī)模塊70數(shù)字化并且被傳輸?shù)较到y(tǒng)控制34中的存儲(chǔ)器模塊78中。當(dāng)掃描結(jié)束時(shí)在存儲(chǔ)器模塊78中獲得原始的k空間數(shù)據(jù)陣列。該原始的k空間數(shù)據(jù)被重新安排成單獨(dú)的k空間數(shù)據(jù)陣列用于重建每一個(gè)心臟的相位圖，這些數(shù)據(jù)陣列中的每一個(gè)被輸入到陣列處理器80中，并被以傅立葉的形式轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像數(shù)據(jù)陣列。該圖像數(shù)據(jù)通過串行鏈接36被傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20，并在那里被存儲(chǔ)到磁盤存儲(chǔ)器30中。在一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)從操作員控制臺(tái)12中接收的命令，該圖像數(shù)據(jù)在磁帶驅(qū)動(dòng)器32上被存檔，在第二個(gè)實(shí)施例中，由圖像處理器24進(jìn)一步處理該圖像數(shù)據(jù)，將該圖像數(shù)據(jù)傳送到操作員控制臺(tái)12并且在顯示器16上顯示。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)軸使用兩個(gè)線圈或多個(gè)線圈，與主加校正器結(jié)構(gòu)類似。然而，與主加校正器結(jié)構(gòu)不同，兩個(gè)線圈均用于小成像容積和大成像容積，這是因?yàn)樵谝粋€(gè)模式中，其中的一個(gè)線圈的磁場(chǎng)被反向。在這個(gè)例子中，小成像容積的希望的場(chǎng)為B1，而大成像容積的希望的場(chǎng)為B2。此外，來自第一線圈的場(chǎng)被表示為C1并且來自第二線圈的磁場(chǎng)被表示為C2。然后選擇C1和C2并且使得C1+C2＝B1，而C1-C2＝B2。換句話說，通過使用兩個(gè)線圈的場(chǎng)的和獲得一個(gè)成像容積，并且通過使用兩個(gè)線圈的場(chǎng)的差獲得另一個(gè)成像容積。在該例子中，使用的術(shù)語“線圈”包括主線圈和屏蔽線圈。因此，雖然上面僅僅涉及兩個(gè)線圈，實(shí)際上存在兩組兩個(gè)線圈。這種“和與差”結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是用于場(chǎng)B1和B2的有效增益不必相同。因此在配置兩個(gè)不同成像容積的性能方面更加靈活。同時(shí)，雖然通過調(diào)節(jié)B1和B2之間的增益比例可以在主加校正器結(jié)構(gòu)上提高視圖模式的小場(chǎng)中的感應(yīng)系數(shù)，但是這種提高非常的小。該主加校正器結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是視圖線圈的大磁場(chǎng)具有較低的阻抗。因此該和與差結(jié)構(gòu)允許在小和大成像容積模式之間較好地折衷熱損失。
存在許多配置線圈C1和C2所要求的電流密度的方式。一個(gè)示例配置如下(1)假設(shè)P1，P2，S1，S2分別為1號(hào)和2號(hào)線圈的主半徑和屏蔽半徑。并且假設(shè)P1＜P2＜S1＜S2。
(2)通過假設(shè)主半徑和屏蔽半徑分別為P2和S1來獲得小成像容積線圈的電流密度。然后該電流密度被表示為D1。
(3)通過假設(shè)主半徑和屏蔽半徑分別為P2和S2來獲得大成像容積線圈的電流密度。然后該電流密度被表示為D2。
(4)根據(jù)E1＝0.5*(D1+D2)給出線圈C1的初始電流密度。
(5)根據(jù)E2＝0.5*(D1 D2)給出線圈C2的初始電流密度。
(6)然后定義用于半徑P2和S1的電流密度E1(用于線圈1)。然后該電流密度被轉(zhuǎn)換至在半徑P1和S1下的等效電流密度E1’?？梢允褂孟率龅倪^程來分析執(zhí)行該轉(zhuǎn)換。
線圈的電流密度被轉(zhuǎn)換為對(duì)于具有不同半徑的圓柱體的等效電流密度。電流密度模式的轉(zhuǎn)換與確定最佳屏蔽電流時(shí)使用的算法相同；并且基于由所給定的圓柱體電流密度產(chǎn)生的場(chǎng)的柱諧波級(jí)數(shù)展開。在CRC出版社，1999年出版的Jianming Jin的書“磁共振成像中的電磁分析和設(shè)計(jì)(Electromagnetic Analysisand design in Magnetic Resonance Imaging)”中描述了更多的原理。
原理如果半徑為a的圓柱體上的方位電流密度在z方向中的第m個(gè)傅立葉分量為jφm(k)=∫∞∞Σm=-∞m=∞e-imφe-ikzJφ(φ,z)dz,---[1]]]>然后圓柱體中的場(chǎng)的z分量為Bz(ρ,φ,z)=-μ0a2π∫-∞∞Σm=-∞m=∞eimφeikz|k|jφm(k)Im(|k|ρ)Km′(|k|a)dk.---[2]]]>對(duì)于半徑為b的屏蔽的屏蔽條件為bjbφm(k)Im′(|k|b)=-ajaφm(k)Im′(|k|a).---[3]]]>通過設(shè)置等式2獲得屏蔽線圈的場(chǎng)ajφm(k)Km′(|k|a)→ajaφm(k)Km′(|k|a)+bjbφm(k)K′(|k|b)---[4]]]>使用等式3，右邊可以寫成ajaφm(k)[Km′(|k|a)-K′(|k|b)Im′(|k|a)Im′(|k|b)].---[5]]]>為了將半徑分別為a和b的主線圈和屏蔽線圈的梯度線圈轉(zhuǎn)換為半徑分別為c和d的主線圈和屏蔽線圈的梯度線圈，然后對(duì)于新半徑上的主電流密度的條件，使得內(nèi)部場(chǎng)與以下相同cjcφm(k)[Km′(|k|c)-K′(|k|d)Im′(|k|c)Im′(|k|d)]=ajaφm(k)[Km′(|k|a)-K′(|k|b)Im′(|k|a)Im′(|k|b)]---[6]]]>這種轉(zhuǎn)換可以在不改變線圈中的場(chǎng)的情況下完成。
與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20鏈接的操作員控制臺(tái)12允許操作員在產(chǎn)生過程中選擇使用哪個(gè)模式和在屏幕16上的圖像顯示。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20接收該選擇并且根據(jù)所選擇的模式激勵(lì)線圈。如果操作員選擇大成像容積模式，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20接收該選擇，并且激勵(lì)第一線圈和第二線圈，以便通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的和來獲得成像容積。如果操作員選擇小成像容積模式，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20接收該指令，并且激勵(lì)第一線圈和第二線圈，以便通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的差來獲得成像容積。
因而，所描述的方法和系統(tǒng)提供了一種用于視圖梯度線圈的二重場(chǎng)的和與差的方法。雖然以上僅描述了視圖梯度線圈的二重場(chǎng)，可以理解的是，與該方法相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)同樣用于具有多于兩個(gè)的視圖場(chǎng)的梯度線圈。
因此，在此描述的方法和設(shè)備提供了以有效的成本的方式實(shí)現(xiàn)成像容積的有效轉(zhuǎn)換。在此描述的方法和設(shè)備的一個(gè)技術(shù)效果是，在此描述的方法和設(shè)備通過用于每個(gè)容積的兩個(gè)獨(dú)立的線圈組提高了成像效率。
雖然根據(jù)不同的具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改，利用該修改實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
部分列表


權(quán)利要求
1.一種操作具有第一線圈和第二線圈的磁共振成像系統(tǒng)(10)以獲得成像容積的方法，所述方法包括在第一模式中，通過使用所述兩個(gè)線圈的場(chǎng)的和獲得成像容積；以及在第二模式中，通過使用所述兩個(gè)線圈的場(chǎng)的差獲得成像容積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括通過第二線圈的磁場(chǎng)的反向?qū)⒌谝荒Ｊ睫D(zhuǎn)變?yōu)榈诙Ｊ健?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中小成像容積的場(chǎng)為B1，而大成像容積的場(chǎng)為B2，第一線圈的場(chǎng)被表示為C1而第二線圈的場(chǎng)被表示為C2，所述方法包括選擇C1和C2，使得C1+C2＝B1，而C1-C2＝B2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中P1和S1是第一線圈的主半徑和屏蔽半徑，P2和S2是第二線圈的主半徑和屏蔽半徑，并且P1＜P2＜S1＜S2，所述方法包括通過設(shè)定主半徑和屏蔽半徑分別為P2和S1來獲得小成像容積線圈的電流密度，并且用D1表示該電流密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括通過設(shè)定主半徑和屏蔽半徑分別為P2和S2來獲得大成像容積線圈的電流密度，并且用D2表示該電流密度。
6.一種磁共振成像(MRI)系統(tǒng)(10)，包括至少一個(gè)第一線圈；以及至少一個(gè)與所述第一線圈電磁耦合的第二線圈；所述成像系統(tǒng)被配置成在第一模式中操作時(shí)，通過使用所述第一線圈和所述第二線圈的場(chǎng)的和來獲得成像容積；以及在第二模式中操作時(shí)，通過使用所述第一線圈和所述第二線圈的場(chǎng)的差來獲得成像容積。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)(10)，其中小成像容積的場(chǎng)為B1，大成像容積的場(chǎng)為B2，所述第一線圈的場(chǎng)表示為C1而所述第二線圈的場(chǎng)表示為C2，并且選擇C1和C2使得C1+C2＝B1，而C1-C2＝B2。
8.一種利用磁共振系統(tǒng)(10)對(duì)一個(gè)目標(biāo)成像的方法，所述方法包括使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的和成像第一容積；以及使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的差成像第二容積。
9.一種利用程序編碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該程序被配置成命令計(jì)算機(jī)在第一模式中激勵(lì)第一線圈和第二線圈，通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的和來獲得成像容積；以及在第二模式中激勵(lì)第一線圈和第二線圈，通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的差來獲得成像容積。
10.一種計(jì)算機(jī)，被配置成接收包括小模式和大模式的模式指示；當(dāng)指示為大模式時(shí)，在第一模式中激勵(lì)第一線圈和第二線圈，以便通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的和來獲得成像容積；以及當(dāng)指示為小模式時(shí)，在第二模式中激勵(lì)第一線圈和第二線圈，以便通過使用第一線圈和第二線圈的場(chǎng)的差來獲得成像容積。
全文摘要
一種操作具有第一線圈和第二線圈的磁共振成像系統(tǒng)(10)以獲得成像容積的方法，包括在第一模式中，通過使用兩個(gè)線圈的場(chǎng)的和來獲得成像容積，以及，在第二模式中，通過使用兩個(gè)線圈的場(chǎng)的差來獲得成像容積。
文檔編號(hào)G01R33/38GK1647755SQ200410104739
公開日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者G·C·麥金農(nóng) 申請(qǐng)人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司