CN107632278A - 磁共振***和磁共振成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁共振***和磁共振成像方法，***包括：主磁体；梯度线圈；射频线圈，用于产生射频激发脉冲；无源谐振线圈，设置于成像区域附近，用于根据射频激发脉冲在待成像区域产生射频干扰场，调节由射频激发脉冲在待成像区域形成的射频激发场的均匀度；图像重建单元。本发明的技术方案可以通过设置无源谐振线圈，以及调节谐振线圈对应的大小、空间位置和阻抗，实现调节射频激发场分布的方式、位置和强度。

Description

磁共振***和磁共振成像方法

技术领域

本发明涉及医学图像领域，特别涉及一种磁共振***和磁共振成像方法。

背景技术

对于磁共振***尤其是高场磁共振***来说，图像不均匀性是一个亟待解决的重要问题，其中射频脉冲发射场(B1场)不均匀是一个重要原因。例如射频B1场的均匀性取决于射频脉冲的波长、射频线圈以及其与成像对象的位置关系等，而射频线圈通常已经经过优化设计来提供较为均匀的射频脉冲分布，因此射频脉冲的波长成为影响射频场均匀性的主要影响因素。

由于相同频率的射频脉冲的波长在人体内的波长仅为在空气传导中的1/10至1/100，在人体内，人体的尺寸与波长接近时，可能造成不同部位的射频脉冲幅度不一样，进而造成局部的信号强度变化，在高场尤其是超高场磁共振图像上通常表现大尺寸部位信号强度分布不均匀这种物理现象通常也被称为波长效应。

对于低磁场强度的磁共振***(通常认为主磁场强度在1.5T以下)，1.5T磁场强度下的射频脉冲在空气中传导时其波长为468cm，而对于高场磁共振***(通常认为主磁场强度大于等于3T)其对应的射频脉冲波长则为234cm，由于高场磁共振的射频脉冲波长更短，与很多人体组织的波长大小相近，波长效应表现得更为明显。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种磁共振***和磁共振成像方法，解决射频激发场在人体内分布不均匀的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种磁共振***，包括：主磁体，用于在成像空间产生主磁场；梯度线圈，用于在所述成像空间产生梯度磁场；射频线圈，用于产生射频激发脉冲，根据所述射频激发脉冲对处于所述成像空间的成像对象的待成像区域进行射频激发，并用于接收由所述成像对象根据共振效应基于所述射频激发产生的磁共振信号；无源谐振线圈，设置于所述待成像区域附近，用于根据所述射频激发脉冲在所述待成像区域产生射频干扰场，调节由所述射频激发脉冲在所述待成像区域形成的射频激发场的均匀度；图像重建单元，基于所述射频线圈接收到的磁共振信号进行图像重建获得所述成像对象对应待成像区域的磁共振图像。

优选的，所述无源谐振线圈包括调谐电路和失谐单元。

优选的，所述无源谐振线圈包括一个电容、一个电阻，以及一对反并联设置的二极管，所述电容、所述电阻和所述一对反并联设置的二极管采用串联连接。

优选的，所述无源谐振线通过调节线圈单元的大小，实现所述电容大小的调节。

优选的，所述无源谐振线圈围绕所述成像空间的长轴设置有至少8个。所述无源谐振线圈围绕所述成像对象对称设置。

为解决上述问题，本发明还提供了一种磁共振成像方法，包括：由射频激发脉冲在待成像区域产生射频激发场；将至少一个无源谐振线圈布置在成像对象的所述待成像区域附近，所述无源谐振线圈根据所述射频激发脉冲在所述待成像区域产生干扰场；所述待成像区域的射频场分布由所述干扰场和所述射频激发场的叠加形成；基于所述待成像区域在所述叠加后形成的射频场分布进行磁共振信号采集，并根据图像重建获得磁共振图像。

优选的，基于所述待成像区域在所述叠加后形成的射频场分布相比所述射频激发场的射频场分布更加均匀。

优选的，所述将至少一个无源谐振线圈布置在成像对象的所述待成像区域附近包括：基于针对所述射频激发场的待匀场程度，确定所述无源谐振线圈的至少一个以下参数：无源谐振线圈个数、线圈单元大小、电容值、电阻值、所述无源谐振线圈与所述成像对象的距离；基于所述确定的参数，将至少一个无源谐振线圈布置在成像对象的所述待成像区域附近。

优选的，在所述基于所述待成像区域在所述叠加后形成的射频场分布进行磁共振信号采集时，通过所述无源谐振线圈的失谐单元将其调整为失谐状态。

与现有技术相比，本发明的技术方案提供一种磁共振***和磁共振成像方法，可以通过设置无源谐振线圈，以及调节谐振线圈对应的大小、空间位置和阻抗，实现调节射频激发场分布的方式、位置和强度。进一步的，由谐振线圈产生的干扰场将与射频线圈产生的激发场叠加，弥补了射频线圈激发场由于波长效应引起的激发场不均匀。进一步的，无源谐振线圈是完全的被动环路，不需要搭配额外的功率放大器。

附图说明

图1是本发明一些实施例的磁共振***的结构示意图；

图2是本发明一些实施例的无源谐振线圈位置的示意图；

图3是本发明一些实施例的无源谐振线圈产生干扰场的示意图；

图4是本发明一些实施例的无源谐振线圈的电路图；

图5本发明一些实施例的无源谐振线圈的结构图；

图6是本发明一些实施例的设置多个无源射频线圈的示意图；

图7是本发明一些实施例的磁共振成像方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的***所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1是本发明一些实施例的磁共振***的结构示意图，如图1所示，磁共振***100通常包括磁共振机架，机架内设置有主磁体101，主磁体101可以是由超导线圈构成，用来产生主磁场，在一些情况下主磁体也可以由永磁体构成。主磁体101可以用来产生主磁场，主磁场强度可以是0.2特斯拉(0.2T)、0.5特斯拉、1.0特斯拉、1.5特斯拉、3.0特斯拉、7.0特斯拉或者更高。在磁共振成像时，成像对象150会由患者床106进行承载，随着床板的移动，将成像对象150移入主磁场磁场分布较为均匀的成像空间105内。通常对于磁共振***，如图1所示，空间坐标系(即设备的坐标系)的z方向设置为与磁共振***机架的轴向相同，通常将患者的身长方向与z方向保持一致进行成像，磁共振***的水平平面设置为xz平面，x方向与z方向垂直，y方向与x和z方向均垂直。

在磁共振成像，脉冲控制单元111控制射频脉冲产生单元116产生射频脉冲，射频脉冲由放大器放大后，经过开关控制单元117，最终由体容积线圈103(body coil)或者局部线圈104(local coil)发出，对成像对象150进行射频激发(用来进行射频激发的脉冲可以称为射频激发脉冲)。当选用体容积线圈进行射频激发时，体容积线圈也可以称为容积发射线圈(VTC,Volume Transmit Coil)。成像对象150根据射频激发，会根据共振效应产生相应的射频信号(也可以称为磁共振信号)。具体的，在进行磁共振成像时，通常对成像对象150的某一个或多个具体的待成像区域(例如头部区域、胸腔区域、手臂区域、肩部区域、腿部区域或者脚踝区域等)进行射频激发，并接收该待成像区域产生的磁共振信号。在接收成像对象150根据激发产生的射频信号时，可以是由体容积线圈103或者局部线圈104进行接收，射频接收链路可以有很多条，射频信号发送到射频接收单元118后，进一步发送到图像重建单元121进行图像重建，形成成像对象150对应待成像区域的磁共振图像。

磁共振***100还包括梯度线圈102，梯度线圈可以用来在磁共振成像时对磁共振信号进行空间编码。脉冲控制单元111控制梯度信号产生单元112产生梯度信号，梯度信号通常会分为三个相互正交方向的信号：x方向、y方向和z方向，不同方向的梯度信号经过梯度放大器(113、114、115)放大后，由梯度线圈102发出，在成像空间105内产生梯度磁场。

脉冲控制单元111、图像重建单元121与处理器122、显示单元123、输入/输出设备124、存储单元125、通信端口126之间可以通过通信总线125进行数据传输，从而实现对磁共振成像过程的控制。其中，处理器122可以由一个或多个处理器组成。显示单元123可以是提供给用户用来显示图像的显示器。输入/输出设备124可以是键盘、鼠标、控制盒等相关设备，支持输入/输出相应数据流。存储单元125可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘等，存储单元125可以用来存储需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器122所执行的可能的程序指令。通信端口126可以实现与其他部件例如：外接设备、图像采集设备、数据库、外部存储以及图像处理工作站等之间进行数据通信。

本发明的技术方案提供了一种磁共振图像***，还包括了无源谐振线圈，无源谐振线圈设置在待成像区域附近，用来根据射频激发脉冲产生射频干扰场，射频干扰场可以用来调节由射频激发脉冲在待成像区域形成的射频激发场的均匀度。这里的无源谐振线圈可以指不需要电能供应，可以根据外部能量发生谐振或者部分谐振(谐振线圈的谐振频率不见得要和MR的频率一样)，进而干扰外部能量形态的线圈。

图2是无源谐振线圈位置的示意图，参见图2，无源谐振线圈200可以设置在成像对象150的待成像区域附近。结合图2和图3，此时若以体容积线圈103作为射频发射线圈向成像对象150发出射频激发脉冲，则无源谐振线圈200可以基于体容积线圈103发出的射频激发脉冲产生对应的射频干扰场。由体容积线圈130在成像对象150的待扫描区域处形成的射频激发场210会与由无源谐振线圈200在成像对象150的待扫描区域处形成的干扰场220进行叠加，从而实现由干扰场220对射频激发场210的调节功能，改善射频激发场210由于波长效应造成的激发场不均匀。

图4是本发明一些实施例的无源谐振线圈的结构示意图，参见图4，无源谐振线圈200可以等价于一个电容元件201和一个电阻元件202的串联连接。这里由一个电容元件和一个电阻元件组成调谐电路，在其他的实施方式中，也可以采用其他电子元件构成调谐电路，例如由一个电感元件和一个电阻元件构成调谐电路，一个电感元件、一个电容元件和一个电子元件构成调谐电路，以及更加复杂的设计。在一些实施例中，也可以不直接采用电容、或者电阻，而采用起到电容效果的类似部件，采用起到电电阻效果的类似部件。

无源谐振线圈200还可以包括一对反并联设置的二极管203和二极管204，反并联设置的一对二极管可以与其余部分串联连接。反并联设置的二极管作为无源谐振线圈的失谐单元，使得无源谐振线圈200在射频激发时处于工作状态，形成干扰场，而在射频线圈接收射频工作信号的时候使无源谐振线圈处于不工作(失谐)状态，从而对射频线圈接收磁共振信号不造成影响。在一些实施例中，失谐单元不局限于采用对于反并联的二极管，可以采用在射频激发时起到开关效果的类似部件。

对于无源谐振线圈的结构，进一步参见图5，其可以包括线圈单元205和失谐单元206，如之前描述，在一些情况下，线圈单元205可以等价于一个电容和一个电阻的串联设置。失谐单元206用来在射频线圈处于射频接收时使无源谐振线圈失谐。在具体应用过程中，线圈单元205的大小可以改变，通过改变线圈单元205的大小来实现无源谐振线圈等效电容值的调节，也可以用类似手段改变其等效电阻的大小，从而改变无源谐振线圈基于射频线圈的射频激发信号所产生的干扰场的射频分布。此外，也可以通过改变无源谐振线圈200与成像对象150的相对距离，改变干扰场的分布。

无源谐振线圈可以围绕成像对象设置有多个，如图6所示，无源谐振线圈200围绕成像空间的长轴设置有8个，各无源谐振线圈200围绕成像对象对称设置。每个无源谐振线圈200均可以基于射频线圈103发出的射频激发脉冲产生对应成像对象的干扰场220，干扰场210可调整由射频激发脉冲对于成像对象的射频激发场210的射频分布，两者会进行叠加，从而实现由干扰场220对射频激发场210的调节功能，改善射频激发场210由于波长效应造成的激发场不均匀。

本发明还提供了一种磁共振成像方法，图7是本发明一些实施例的磁共振成像方法流程图，包括：步骤S101，由射频激发脉冲在待成像区域产生射频激发场；步骤S102，将至少一个无源谐振线圈布置在成像对象的待成像区域附近，无源谐振线圈根据射频激发脉冲在待成像区域产生干扰场，待成像区域的射频场分布由干扰场和射频激发场的叠加形成；步骤S103，基于待成像区域在叠加后形成的射频场分布进行磁共振信号采集，并根据对所采集到的磁共振信号进行图像重建获得磁共振图像。

基于待成像区域在叠加后形成的射频场分布相比射频激发场的射频场分布更加均匀。

在步骤102布置无源谐振线圈时，可以根据射频线圈产生的射频激发场的不均匀程度(或者称为待匀场程度)确定无源谐振线圈的相关参数，参数可以是：无源谐振线圈个数、线圈单元大小、电容值、电阻值或者是无源谐振线圈与成像对象的距离。例如根据待成像区域的某个部分需要匀场，则在对应部分的外周方向设置无源谐振线圈；或者，例如根据射频激发场需要补偿的射频强度设置无源谐振线圈与成像对象之间的距离，需要补偿的强度越高，则将无源谐振线圈设置的离成像对象越近；又或者，例如根据射频激发场的不均匀程度设置线圈单元大小、电容值或者电阻值，通过改变对应数值，达到改变无源谐振线圈的谐振电路的参数，从而改变干扰场的分布情况。

在进行磁共振信号采集时，可以通过无源谐振线圈的失谐单元将无源谐振线圈调节为失谐状态，从而不会对磁共振信号采集的过程造成影响。

对于本发明磁共振成像方法的实施方式可以参考本发明磁共振***的实施方式，这里不再一一赘述。

本发明的技术方案提供一种磁共振***和磁共振成像方法，可以通过设置无源谐振线圈，以及调节谐振线圈对应的大小、空间位置和阻抗，实现调节射频激发场分布的方式、位置和强度。进一步的，由谐振线圈产生的干扰场将与射频线圈产生的激发场叠加，弥补了射频线圈激发场由于波长效应引起的激发场不均匀。进一步的，无源谐振线圈是完全的被动环路，不需要搭配额外的功率放大器。此外，本发明的技术方案在改变射频波的幅度时，是以点源的形式进行改变，因此自由度高、调整幅度的效果明显。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“子模块”、“引擎”、“单元”、“子单元”、“组件”或“***”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行***、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的***组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的***。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种磁共振***，其特征在于，包括：

主磁体，用于在成像空间产生主磁场；

梯度线圈，用于在所述成像空间产生梯度磁场；

射频线圈，用于产生射频激发脉冲，根据所述射频激发脉冲对处于所述成像空间的成像对象的待成像区域进行射频激发；

无源谐振线圈，设置于所述待成像区域附近，用于根据所述射频激发脉冲在所述待成像区域产生射频干扰场，调节由所述射频激发脉冲在所述待成像区域形成的射频激发场的均匀度；

图像重建单元，基于接收到的磁共振信号进行图像重建获得所述成像对象对应待成像区域的磁共振图像。

2.根据权利要求1所述的磁共振***，其特征在于，所述无源谐振线圈包括调谐电路和失谐单元。

3.根据权利要求1所述的磁共振***，其特征在于，所述无源谐振线圈包括一个电容、一个电阻，以及一对反并联设置的二极管，所述电容、所述电阻和所述一对反并联设置的二极管采用串联连接。

4.根据权利要求3所述的磁共振***，其特征在于，所述无源谐振线通过调节线圈单元的大小，实现所述电容大小的调节。

5.根据权利要求3所述的磁共振***，其特征在于，所述无源谐振线圈围绕所述成像空间的长轴设置有至少8个。

6.根据权利要求1-5任一项所述的磁共振***，其特征在于，所述无源谐振线圈围绕所述成像对象对称设置。

7.一种磁共振成像方法，其特征在于，包括：

由射频激发脉冲在待成像区域产生射频激发场；

将至少一个无源谐振线圈布置在成像对象的所述待成像区域附近，所述无源谐振线圈根据所述射频激发脉冲在所述待成像区域产生干扰场；所述待成像区域的射频场分布由所述干扰场和所述射频激发场的叠加形成；

基于所述待成像区域在所述叠加后形成的射频场分布进行磁共振信号采集，并根据对所采集到的磁共振信号进行图像重建获得磁共振图像。

8.根据权利要求7所述的磁共振成像方法，其特征在于，基于所述待成像区域在所述叠加后形成的射频场分布相比所述射频激发场的射频场分布更加均匀。

9.根据权利要求7所述的磁共振成像方法，其特征在于，所述将至少一个无源谐振线圈布置在成像对象的所述待成像区域附近包括：

基于针对所述射频激发场的待匀场程度，确定所述无源谐振线圈的至少一个以下参数：无源谐振线圈个数、线圈单元大小、电容值、电阻值或所述无源谐振线圈与所述成像对象的距离；

基于所述确定的参数，将至少一个无源谐振线圈布置在成像对象的所述待成像区域附近。

10.根据权利要求7所述的磁共振成像方法，其特征在于，在所述基于所述待成像区域在所述叠加后形成的射频场分布进行磁共振信号采集时，通过所述无源谐振线圈的失谐单元将其调整为失谐状态。