CN101171525A - Rf屏蔽mri扫描室的解谐 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁共振(MR)成像的***和方法。另外，本发明涉及一种材料的用途和计算机程序。为了能够以非常廉价和简单的方法提供一种防止MR成像***(1)的RF筒(3)中驻波的技术，提出了一种MR成像***(1)，其包括具有开放式磁体***(7)的MR成像装置(2)，其中MR成像装置(2)的运行产生具有MR频率的磁共振场，并且其还包括配置来包围MR成像装置(2)的RF筒(3)，其中RF筒(3)的壁(6)至少部分具有覆盖物(5，10)，所述覆盖物(5，10)适合于减小覆盖物(5，10)内MR频率的波长。
Description
本发明涉及一种磁共振(MR)成像的***和方法。另外，本发明涉及一种材料的用途和计算机程序。
在现有技术中已经多年熟知具有圆柱状磁体的MR成像***。而且具有开放式磁体***的MR成像***已经使用了一段时间。但是，该开放式***通常以例如0.2特斯拉的低磁场工作。这种低场***的MR频率通常为8.2MHz。
为提高图像质量，现在提出了采用较高磁场(1特斯拉)的开放式***。这种情况下，MR频率大概为42.3MHz。在US6,825,611B2中描述了包括这种开放式磁体***的MR成像装置。这种开放式磁体***由两个不同的部分(上部分和下部分)组成。待检查对象(患者)设置在那些部分之间。
由于开放式磁体***的设计，差不多自由地将由***RF发射器发射以激发质子自旋的磁场能量辐照至周围空间。为此，以及为了接收信号时屏蔽外部信号，将开放式磁体***置于法拉第筒(RF筒)内。但是，如果RF筒尺寸不合适，则将引起RF共振，而RF发射器将产生RF筒内的驻波。例如在1特斯拉-MR***中，质子-MR频率大约为42.3MHz，空气中的半波长大约为3.5m。对于RF具有“反射”壁的筒尺寸可产生驻波。
这些RF驻波将影响室内其它人(操作员、患者亲属等等)。这些人将接收不受欢迎的RF能量负荷。而且成像体积内RF场的正交性降低造成图像质量下降。此外，正交性下降将产生更为线性极化的RF磁场，对于给定的自旋激发其将对患者产生比完全圆形极化场更大的特定吸收率(SAR)。
当前的惯例是通过限制性很强的安装条件防止驻波，例如限制室内磁体***的位置，对固定高度应用导电假平顶，或者限制RF筒尺寸(宽度和长度)。但是，改变RF筒尺寸并不实用。
在US6,825,611B2中建议在所有壁、底板和顶的内侧应用泡沫层，该泡沫用作吸收体材料。但是，已经发现采用吸收体材料对图像质量具有负面作用。
本发明的目标在于提供一种允许以非常廉价和简单的方法防止驻波的技术。
通过根据本发明的MR成像***实现该目标。该***包括具有开放式磁体***的MR成像装置，其中MR成像装置的运行产生具有MR频率的磁共振场。该***还包括配置来包围MR成像装置的RF筒，其中RF筒的壁至少部分具有覆盖物，所述覆盖物适合于减小覆盖物内MR频率的波长。
还通过MR成像方法实现本发明的目标，其中MR成像装置用于产生MR图像，所述MR成像装置包括开放式磁体***，其中MR成像装置的运行产生具有MR频率的磁共振场，其中RF筒用于屏蔽目的，所述RF筒配置来包围MR成像装置，其中RF筒的壁至少部分具有覆盖物，所述覆盖物适合于减小覆盖物内MR频率的波长。
本发明的核心思想为以避免驻波的方法改变至少一个RF筒尺寸的有效长度(以RF波长的数量表示)。根据本发明，通过在RF筒至少部分壁内侧上提供覆盖物来实现这一点。所述覆盖物包括至少一种材料，在其中MR频率的波长远比在空气中短。
该新方法提供了一种廉价且简单的方案。通过采用廉价的覆盖物材料和相当简单的设计，可通过“延长”或“增宽”RF筒实现“波延迟”。因为可有效避免驻波，所以可尽量降低操作员等的RF能量照射。另外，图像质量提高，而不需要不必要地增加患者的SAR。没有发现对图像质量的负面影响。另一个优点在于，例如当安装或移动辅助设备时或者当操作人员在RF筒中移动时，MR成像对RF筒几何形状的变化非常不灵敏。
借助本发明，可以以下述方法“解谐”每个已有的RF筒，即将其结合开放式MR成像***来使用。例如，当以具有不同RF特性的新型MR成像***代替先前的MR成像***时，本发明可用于现有的RF筒。因此可以避免必须建造新RF筒。
应当理解，可对底板或者顶部提供覆盖物。但是，为壁提供覆盖物通常为最廉价的方法。
基于从属权利要求所限定的下述实施例，可进一步详述本发明的这些及其它方面。
根据本发明优选的实施例，覆盖物包括一种或多种高介电常数εr和/或高磁导率μr的材料。换言之，在所使用材料中MR频率的波长远比在空气中小。原则上可通过改变介电常数或者磁导率或者两者同时改变来实现这一点。换言之，使用一种“延迟材料”，即εr和μr与空气不同的材料。通过两种方案(εr/μr)可达到相同的效果。
由于经济原因，不经常使用磁导率高的覆盖物材料。例如，可使用大块铁或者放入泡沫等中的小颗粒铁。
下文将更详细描述使用介电常数高的覆盖物材料。
根据本发明另一个实施例，覆盖物包括一种或多种介电常数εr在从大约2到大约81范围内的材料。由于波长随εr的平方根变化，可根据实用原因设置下限。如果采用εr更小的材料，将需要极厚的覆盖物，其将负面影响RF筒内可利用的自由空间。因为其中一种最便宜材料(水)的εr大约为80(在18℃下接近于80.1)并且εr高于该值的任何其它材料和水比较起来都非常昂贵，所以εr的合理上限为81。
优选用于覆盖物的其它廉价材料为(括号内为εr值)：丙三醇(42.5)、甲醇(32.6)、湿土(29)、干木材(2-3)、玻璃(6-8)和几种塑料或泡沫。
根据材料不同，必须确定覆盖物的厚度从而可充分“延长”或者“增宽”RF筒(RF筒“解谐”)。
根据本发明另一个实施例，覆盖物包括层叠的水瓶板条箱。在该实施例中，仅仅使用数个水瓶板条箱。优选将其放在RF筒的一个壁上。空气和水的混合物形成覆盖物，其将引起RF波之间的破坏性干涉。
根据本发明另一个实施例，覆盖物不仅包括均匀材料的单独部分，而且包括至少两个从RF筒内侧向RF筒壁连续设置的部分，其中远离壁的部分的介电常数εr或者磁导率μr小于壁附近部分的介电常数εr或者磁导率μr。在该“多层”方案中根据RF波的反射采用不同材料。该方法的目标在于减少RF能量在空气/覆盖物界面上的反射。典型的实施例包括堆叠有多层材料的壁，这里与壁最接近的材料介电常数最高。换言之，防止了RF波在第一边界上的大量反射。
覆盖物的设计和覆盖物的定位是复杂的优化问题，根据本发明以仿真程序解决此问题。因此，还通过优化MR成像***的计算机程序实现本发明的目标，所述***包括具有开放式磁体***的MR成像装置，其中MR成像装置的运行产生具有MR频率的磁共振场，所述***还包括配置来包围MR成像装置的RF筒，其中RF筒的壁至少部分具有覆盖物，所述覆盖物适合于减小覆盖物内MR频率的波长，包括计算机程序指令，当在计算机上运行该计算机程序时，用来优化覆盖物的设计和/或位置。
可基于根据本发明的计算机程序指令实现根据本发明的必要技术效果。可将这样的计算机程序存储在载体例如CD-ROM上，或者可通过因特网或者另一个计算机网络获得。在执行之前，通过例如借助CD-ROM播放器从载体或者从因特网读取计算机程序，将计算机程序载入到计算机，并将其存储在计算机存储器中。计算机中包括中央处理器单元(CPU)、总线***、存储器装置例如RAM或者ROM等等、存储装置例如软盘或者硬盘单元等等、以及输入/输出单元。可替换地，例如可采用一个或多个集成电路在硬件中实施本发明的方法。
下文将通过示例并参考下面的实施例和附图详细描述本发明的这些和其它方面；其中：
图1示出了MR程序***的示意图(透视图)，
图2示出了描述RF筒“禁用面积”的示意图，
图3示出了具有覆盖物的RF筒的示意图(顶视图)，
图4示出了具有另一个覆盖物的RF筒的示意图(顶视图)。
图1示出了MR成像***1，其包括MR成像装置2和包围MR成像装置2的RF筒3。MR成像装置2包括开放式磁体***，其在1特斯拉下工作并且其MR频率大约为42MHz。在多数情况下根据本地条件来预先确定RF筒3的高度(H)、宽度(W)和长度(L)。典型的尺寸为5×5×3米。这样的尺寸在42MHz工作频率的情况下在RF筒3内引起RF驻波。
图2中示出的示图描述了不允许用于RF筒的“禁用面积”4。图2中的示图仅仅用作描述目的。可以看出，可允许4×4米的RF筒以及6×6米的RF筒。但是不允许5×5米的RF筒。
在所描述的实施例中，RF筒3示出了这种5×5米的设计，参见图3。借助本发明，可将RF筒3用于上述MR成像装置2，其包括磁体7和患者架8。为此，覆盖物5仅仅可应用至RF筒3的其中一个壁6。覆盖物5适合于减小覆盖物内MR频率的波长。为此，将多个容器9置于壁6前面，构成第二个“内壁”。容器9充满纯水。容器9的厚度T大约为20cm。考虑到水的εr(80)，该20cm的容器9和大约20cm*√80＝179cm的空气具有相同的效果。换言之，RF筒3的“有效长度”Leff(以RF波长表示)已经改变。没有驻波产生。如果将玻璃缸用作容器9，则可实现非常有装饰性的效果。
在另一种设置中，可采用“多层”方案，参见图4。再一次，使用包含水的容器9来提供第一“内壁”。另外，仅仅在第一“内壁”前提供第二覆盖物10。该第二覆盖物再次由多个容器11制成。容器11的厚度大约为15cm。该第二容器11包括εr介于水(80)和空气(1)之间的材料。例如第二容器11包括湿土(29)。可替换地，第二覆盖物10由15cm厚的玻璃(6-8)制成。在极为简单的实施例中，第二覆盖物10由层叠的水瓶板条箱制成，而水和空气的混合物用作具有中间εr的“材料”。
覆盖物5、10不必到达RF筒3的顶部。在许多情况下，不必完全覆盖壁6。某些情况下，甚至覆盖RF筒3的角，即覆盖两个壁的小部分就足够了。如果例如仅仅一半的壁面积被覆盖有20cm厚(对于42MHz而言大概对应于RF波长的1/4)的充水容器，则壁的覆盖部分上的RF波和未覆盖部分上的RF波之间产生破坏性干涉。因为这些干涉而不形成驻波。
除了在RF筒3真实壁6前面建造“内壁”5、10，还可能将覆盖物直接施加至RF筒壁6。如果，例如将泡沫用作覆盖材料，则可将泡沫例如喷溅在壁6上以形成(例如20cm)的覆盖层。
本领域技术人员将清楚本发明不限于上述示例性实施例的细节，本发明可体现为不偏离本发明实质或者必要属性的其它特殊形式。因此在各种意义上认为本发明为示例性而非限制性，由附加的权利要求而非上述说明来表示本发明的范围，而且期望所有属于权利要求等价物意义和范围内的变化都包括在其中。另外，明显的是词语“包括”不排除其它元件或者步骤，词语“一”不排除多个，以及单个元件例如计算机***或者另一个单元可完成在权利要求书中描述的多个装置的功能。权利要求书中的任何参考标记不应解释来限制所涉及的权利要求。
1 MR成像***
2 MR成像装置
3 RF筒
4 “禁用区”
5 覆盖物
6 壁
7 开放式磁体
8 患者架
9 容器
10 覆盖物
11 容器
Claims (9)
1.一种磁共振(MR)成像***(1)，包括：
-具有开放式磁体***(7)的MR成像装置(2)，其中MR成像装置(2)的运行产生具有MR频率的磁共振场，
-配置来包围MR成像装置(2)的RF筒(3)，
其中RF筒(3)的壁(6)至少部分具有覆盖物(5，10)，所述覆盖物(5，10)适合于减小覆盖物(5，10)内MR频率的波长。
2.根据权利要求1的MR成像***(1)，其中覆盖物(5，10)包括多种具有高介电常数εr和/或高磁导率μr的材料。
3.根据权利要求1的MR成像***(1)，其中覆盖物(5，10)包括多种介电常数εr在从大约2到大约81范围内的材料。
4.根据权利要求1的MR成像***(1)，其中覆盖物(5，10)包括水。。
5.根据权利要求1的MR成像***(1)，其中覆盖物(5，10)包括层叠的水瓶板条箱。
6.根据权利要求1的MR成像***(1)，其中覆盖物包括至少两个从RF筒(3)内侧向RF筒壁(6)连续设置的部分(5，10)，其中远离壁(6)的部分(10)的介电常数εr或者磁导率μr小于壁(6)附近部分(5)的介电常数εr或者磁导率μr。
7.一种磁共振(MR)成像方法，
其中MR成像装置(2)用于产生MR图像，所述MR成像装置(2)包括开放式磁体***(7)，
其中MR成像装置(2)的运行产生具有MR频率的磁共振场，
其中RF筒(3)用于屏蔽目的，所述RF筒(3)配置来包围MR成像装置(2)，以及
其中RF筒(3)的壁(6)至少部分具有覆盖物(5，10)，所述覆盖物(5，10)适合于减小覆盖物(5，10)内MR频率的波长。
8.一种具有高介电常数εr和/或高磁导率μr材料的用途，其用作至少部分覆盖RF筒(3)的壁(6)的覆盖材料，所述RF筒(3)配置来包围具有开放式磁体***(7)的MR成像装置(2)。
9.一种优化磁共振(MR)成像***(1)的计算机程序，所述***(1)包括具有开放式磁体***(7)的MR成像装置(2)，其中MR成像装置(2)的运行产生具有MR频率的磁共振场，所述***(1)还包括配置来包围MR成像装置(2)的RF筒(3)，其中RF筒(3)的壁(6)至少部分具有覆盖物(5，10)，所述覆盖物(5，10)适合于减小覆盖物(5，10)内MR频率的波长，包括：计算机程序指令，当在计算机上运行该计算机程序时，用来优化覆盖物(5，10)的设计和/或位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080430 |