CN105572612B - 一种提高多通道射频线圈性能的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高多通道射频线圈性能的方法，包括以下步骤：在磁共振扫描之前，将磁性超材料加入到多通道射频线圈中；在没有射频发射功率的情况下，采集所述多通道射频线圈中每一个通道的噪声；计算在加入所述磁性超材料后的所述多通道射频线圈的噪声耦合矩阵；在图像重建过程中，采用所述噪声耦合矩阵对所述多通道射频线圈耦合进行补偿。本发明提供的一种提高多通道射频线圈性能的方法，通过采集多通道射频线圈各个通道噪声并计算得到其噪声耦合矩阵，并在图像重建时采用噪声耦合矩阵补偿多通道射频线圈的耦合恶化，从而在多通道射频线圈加入磁性超材料时实现提升多通道射频线圈性能的目的，提高图像的信噪比和图像分辨率，提升图像质量。

Description

一种提高多通道射频线圈性能的方法
技术领域
本发明涉及磁共振成像，尤其涉及一种提高多通道射频线圈性能的方法。
背景技术
超材料性能主要通过介电常数、磁导率和折射率等电磁参数描述。而磁性超材料为微结构对电磁场产生磁响应的超材料，它具有可人工控制磁导率的特点。磁性超材料通过磁谐振结构(如开口谐振环)以及它的变形结构来实现对等效磁导率的调节。当电磁波入射时，开口谐振环能够在结构中形成等效的LC谐振回路，从而通过磁谐振来实现对电磁波的控制和束缚，对电磁场实现增强效果。
目前，磁性超材料在射频领域得到广泛应用，尤其是在磁共振成像(MagneticResonance Imaging，MRI)中应用。本领域技术人员采用磁性超材料设计了应用于磁共振成像的微结构，该种微结构为铝箔卷成的多层圆柱体，其中，铝箔的厚度为50μm，多层圆柱体的直径10mm、长度200mm，该多层圆柱体以每边为10个的方式再排列成一个六边形结构。该基于磁性超材料的微结构的共振频率为21.3MHz，应用于0.5T型的MRI设备，将该微结构放置于成像物和射频线圈之间，可以实现引导磁通量的作用，提高成像质量。另外，本领域技术人员还设计了一种三维结构的开口谐振环，每个开口谐振环均外接一个高精度(±1％)电容，达到所需频率的目的。该开口谐振环由微结构阵列组成，直径为15mm，共振频率为63.28Mhz，应用于1.5T型的MRI设备。
虽然，在实验中显示了磁性超材料可以提高磁共振成像质量和分辨率。然而，在临床应用中，将开口谐振环***至多通道射频线圈时，将导致各单元线圈之间的互感发生变化，其主要原因为：单元线圈在没有考虑加入磁性超材料的条件下进行解耦设计，以至于加入磁性超材料后线圈单元之间的解耦效果下降，导致多通道射频线圈的性能下降，不能起到提升图像质量的作用。
发明内容
本发明为解决现有技术中存在的技术问题，提供一种提高多通道射频线圈性能的方法，降低多通道线圈之间的耦合，解决采用磁性超材料的多通道射频线圈性能下降的问题，从而提高磁共振成像质量和分辨率。
一种提高多通道射频线圈性能的方法，包括以下步骤：
(1)在磁共振扫描之前，将磁性超材料加入到多通道射频线圈中；
(2)在没有射频发射功率的情况下，在磁共振成像***上采集所述多通道射频线圈中每一个通道的噪声图像mi(·)，其中1≤i≤L,这里L表示多通道线圈的通道数。
(3)计算在加入所述磁性超材料后的所述多通道射频线圈的噪声耦合矩阵Ψ；
(4)在图像重建过程中，采用所述噪声耦合矩阵对所述多通道射频线圈耦合进行补偿。
进一步地，步骤(2)中所述噪声图像的采样点大于1万个。
进一步地，步骤(3)中所述噪声耦合矩阵的计算公式为：其中，mi(·)表示第i个通道采集的噪声图像，表示mj(r)的共轭转置，1≤i,j≤L,这里L表示多通道线圈的通道数。
进一步地，步骤(4)中所述图像重建的公式为：所述I表示重建后图像。
进一步地，所述图像重建的公式中S为每一个通道的采集图像，C为多通道射频线圈的敏感度分布。
进一步地，当C等于S时，图像重建的简化公式为所述I表示重建后图像。
进一步地，所述磁性超材料为开口谐振环。
本发明的有益效果：
综上所述，本发明提供的一种提高多通道射频线圈性能的方法，通过采集多通道射频线圈各个通道噪声并计算得到其噪声耦合矩阵，并在图像重建时采用噪声耦合矩阵补偿多通道射频线圈的耦合恶化，从而在多通道射频线圈加入磁性超材料时实现提升多通道射频线圈性能的目的，提高图像的信噪比和图像分辨率，提升图像质量。
附图说明
图1是本发明实施例提高多通道射频线圈性能的方法的流程图。
图2是本发明实施例多通道射频线圈性能实验装置结构示意图。
图3是本发明实施例多通道射频线圈噪声耦合矩阵计算结果图。
图4(a)是本发明实施例多通道射频线圈未补偿前的信噪比图；(b)是本发明实施例多通道射频线圈补偿之后的信噪比图。
具体实施方式
为了更好地阐述本发明的技术特点和结构，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
参阅图1，一种提高多通道射频线圈性能的方法，包括以下步骤：
(S1)在磁共振扫描之前，将磁性超材料加入到多通道射频线圈中；多通道线圈是一个线圈有多个通道，分别来接收信号。譬如说：8通道射频线圈，它包含8个通道，这8个通道可以分别用来接收信号。
(S2)在没有射频发射功率的情况下，在磁共振成像***上采集多通道射频线圈中每一个通道的噪声图像。
(S3)计算在加入磁性超材料后的多通道射频线圈的噪声耦合矩阵；
(S4)在图像重建过程中，采用噪声耦合矩阵对多通道射频线圈耦合进行补偿。
具体地，步骤(S2)中的实施方法：在实际临床应用中，没有射频发射功率的情况为磁共振扫描之前或者磁共振扫描之后，或者为关闭多通道射频线圈的发射电源后，从而采集多通道射频线圈中每一个通道的噪声，为了提高结果的准确性，该噪声的采样点大于1万个。
步骤(S3)中的实施方法：根据步骤(S2)中的采集结果，计算在加入磁性超材料后的多通道射频线圈的噪声耦合矩阵，该噪声耦合矩阵的计算公式为：
其中，mi(·)表示第i个通道采集的噪声图像，表示mj(r)的共轭转置，0<i,j≤L,这里L表示多通道线圈的通道数。
步骤(S4)中的实施方法：在经过磁共振扫描后，多通道射频线圈接收到数据，通过数据对图像进行重建，在图像重建时，将噪声耦合矩阵带入图像重建中，补偿多通道射频线圈，减小因耦合恶化导致的多通道射频线圈性能下降，该图像重建的公式为：
式中，S为每一个通道的采集图像，C为多通道射频线圈的敏感度分布。
当C等于S时，图像重建的简化公式为：
需要说明的是，当加入磁性超材料后MRI设备进行成像时，本实施例避免了传统图像重建时噪声耦合矩阵采用单位阵的方式，而采用步骤(S3)中噪声耦合矩阵的计算结果，得到多通道射频线圈单元的耦合情况，从而在图像重建时通过图像重建公式对多通道射频线圈单元耦合恶化问题予以补偿，从而提高多通道射频线圈性能，提升图像质量。
为了验证本发明专利的有效性，在1.5T磁共振成像***上设计了如图2所示的实验装置。如图2所示，该实验装置包括设置于病床1上的超材料板2，以及搁置于所述超材料板2上的水模3；一体线圈4覆设于所述水模3上以及一脊柱线圈5通过导线(图中未示出)与所述磁共振成像***(图中未示出)连接。
上述实验装置具体组装方式为：先将超材料板2放置在病床1上，再将高为150毫米直径为115毫米的圆柱形水模3倒放在超材料板2上面，之后四通道的体线圈4放置在圆柱形水模3的上面。四通道的体线圈3和八通道的脊柱线圈5通过插头直接连接到磁共振成像***上。最后，在磁共振成像***上采集四通道的体线圈4和八通道的脊柱线圈5的信号和噪声。
另外，实验装置放置的磁性超材料板2为开口谐振环。需要说明的是，开口谐振环设置于与其垂直的变化磁场中，产生感应电磁场，此时的开口谐振环相当于电感，开口谐振环的两端设置有电容，电荷会在两端积聚，使开口谐振环形成谐振电路，开口谐振环两端产生的电偶极矩互相抵消，从而地提高磁导率。
本实施例在临床实验中，在1.5T型的MRI设备上进行扫描，在1.5T型的MRI设备上进行扫描，得到的噪声耦合矩阵如图3所示。利用本技术方法得到的图像与仅加入磁振超材料后成像的图像相比，如图4所示。结合表1可以看出，补偿之后信噪比在水模中有提升。因此，采用本技术方法得到图像的信噪比较高，提高了图像分辨率，提升图像质量。
表1感兴趣区域信噪比平均值比较。
感兴趣区域 未补偿平均信噪比 补偿后平均信噪比 信噪比提升
1 0.52 0.72 38.4％
2 0.38 0.57 50％
3 0.73 0.84 15％
备注：所述感兴趣区域是指医护人员希望检测的病患部位。
综上所述，本发明提供的一种提高多通道射频线圈性能的方法，通过采集多通道射频线圈各个通道噪声并计算得到其噪声耦合矩阵，并在图像重建时采用噪声耦合矩阵补偿多通道射频线圈的耦合恶化，从而在多通道射频线圈加入磁性超材料时实现提升多通道射频线圈性能的目的，提高图像的信噪比和图像分辨率，提升图像质量。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种提高多通道射频线圈性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在磁共振扫描之前，将磁性超材料加入到多通道射频线圈中；
(2)在没有射频发射功率的情况下，在磁共振成像***上采集所述多通道射频线圈中每一个通道的噪声图像；
(3)计算在加入所述磁性超材料后的所述多通道射频线圈的噪声耦合矩阵；
(4)在图像重建过程中，采用所述噪声耦合矩阵对所述多通道射频线圈耦合矩阵进行补偿。
2.根据权利要求1所述的提高多通道射频线圈性能的方法，其特征在于，步骤(2)中所述噪声图像的采样点大于1万个。
3.根据权利要求1所述的提高多通道射频线圈性能的方法，其特征在于，步骤(3)中所述噪声耦合矩阵Ψ的计算公式为：其中，mi(·)表示第i个通道采集的噪声图像，表示mj(r)的共轭转置，0<i,j≤L,这里L表示多通道线圈的通道数。
4.根据权利要求1所述的提高多通道射频线圈性能的方法，其特征在于，步骤(4)中所述图像重建的公式为：其中I表示位置r处最终重建图像，Ψ-1表示噪声耦合逆矩阵，S为每一个通道的采集图像，C为多通道射频线圈的敏感度分布，利用此重建公式就可以对多通道射频线圈通道间的耦合进行补偿。
5.根据权利要求4所述的提高多通道射频线圈性能的方法，其特征在于，当C等于S时，图像重建的简化公式为
6.根据权利要求1至5中任一所述的提高多通道射频线圈性能的方法，其特征在于，所述磁性超材料为开口谐振环。
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