在磁共振測量中校正高頻場的方法
2023-12-08 18:01:51
專利名稱：在磁共振測量中校正高頻場的方法
技術領域：
本發明涉及一種校正高頻脈衝場強的方法，該高頻脈衝在磁共振測量中由磁共振測量裝置的天線發出。此外，本發明還涉及一種相應的磁共振測量裝置。
背景技術：
在也稱為核自旋斷層造影的磁共振斷層造影中，涉及的是已廣泛應用的、用於獲取有生命待檢查對象體內圖像的技術。為了利用這種技術獲取一幅圖像，必須首先將檢查對象的身體或者待檢查的身體部位置於儘可能均勻的靜態基本磁場，該磁場由磁共振測量裝置的基本磁場磁鐵產生。該基本磁場與在拍攝磁共振圖像期間快速接通的、用於位置編碼的梯度磁場疊加，該梯度磁場由所謂的梯度線圈產生。然後利用高頻天線向檢查對象體內輻射一定場強的高頻脈衝。該高頻脈衝的磁通量密度通常用B1表示，該脈衝形式的高頻場通常也簡稱為B1場。藉助於高頻脈衝在檢查對象中觸發磁共振信號，該信號由高頻接收天線接收。接收天線既可以是用來發射高頻脈衝的同一天線，也可以是單獨的接收天線。然後在接收的磁共振信號的基礎上產生檢查對象的磁共振圖像。這裡，磁共振圖像中的每個圖像點對應著一個小的身體體積，即所謂的「體素」(Voxel)。圖像點的每個亮度值或強度值與從該體素接收的磁共振信號的信號幅度相關。這裡，磁共振信號的強度除了其它之外也取決於輻射的B1場的強度。因此，所激勵的B1場的強度的波動將導致在接收的磁共振信號中注意不到的變化，這種變化可以使測量結果失真。
通常，在磁共振裝置中發射天線是作為共振天線構成的。通過不同的負荷這類天線被不同地衰減，這在恆定的供電功率下導致不同高度的高頻場強。這裡，影響天線的負荷除了其它之外主要取決於檢查對象相對於天線的位置。因此，在一個檢查過程中的兩個磁共振測量之間患者的重新定位或者患者本身無意識的移動，必然導致天線負荷的變化並因此在相同的供電功率下導致B1場的變化。出於這個原因，通常在患者重新定位時也重新調節發射功率，以便將B1場重新設置在正確的值上。這種調節測量是相對花銷大的。為此，通常改變發射功率，直到在發射脈衝的預定長度下在核磁化和均勻的基本磁場之間設置一個確定的、可以精確測量的觸發角(Flipwinkel)。然後，在觸發角已知和脈衝長度已知的情況下確定在有關的發射功率下實際出現的B1場。這裡通常標定一個180°的觸發角度α，即在這樣一種設置下核磁化與靜態磁鐵磁場反向，因為在這種情況下沒有垂直於基本磁場的磁場成分。但是，正是該橫向磁化允許容易地查明緊接激勵HF脈衝結束後在高頻線圈中感應的信號(自由感應衰減，FID)。因此為了調節B1場必須一直僅改變發射功率，直到接收的FID信號等於零。
這種方法的一個問題在於，在許多測量中，特別是在全身掃描中，例如在利用造影劑的條件下建立從身體中央直到腿部的血管的測量中，必須要求快速的測量過程。在這種快速進行的測量中在對患者重新定位時由於時間的原因不可以進行複雜的功率調節。因此，經常由於圖像質量的代價而放棄調節。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種校正方法以及一種磁共振裝置，利用該方法和裝置在檢查期間在不進行上述調節測量的條件下，也可以繼續將高頻脈衝的場強即B1場保持為常數。
按照本發明，上述技術問題是通過一種校正高頻脈衝場強的方法和磁共振測量裝置解決的，即，一種校正高頻脈衝場強的方法，該高頻脈衝在磁共振測量中由磁共振測量裝置的天線送出，其中，通過改變饋入到天線中的功率，將送出高頻脈衝時在天線中流動的電流調節到預定的額定值。以及一種磁共振測量裝置，其具有用於發射高頻脈衝的天線，一個調節裝置，用於通過改變饋入到天線中的功率，將在天線中流動的電流調節到預定的額定值上。
為此，按照本發明，該磁共振測量裝置具有一個調節裝置。藉助於該調節裝置通過供給天線的電功率的改變，將在發射高頻脈衝時在天線中流動的電流調節在預定的額定值上。這裡利用了這樣的事實，即天線上載荷的變化影響到天線損耗電阻的對應改變。如果不對供電功率進行校正，這會導致電流的對應改變。相反，B1場獨立於載荷總是與電流成比例變化。也就是說，按照一個非常良好的近似，發射天線中的恆定電流與恆定的B1場具有同樣的意義。因此，通過對供電功率的對應校正將電流調節到一個預定的額定值上可以按簡單的方式實現，發射一個對應的恆定B1場。
因此，所需的發射功率在檢查期間臺架移動時不必象迄今常見的那樣通過對應的磁共振實驗作事後校正。而是直接通過對電流的調節實現持久的校正。其中，該校正不是在一個獨立的序列中進行，而是在不延長測量時間的情況下，與正在進行的測量並行地實現的。所要做的只是在實際成像測量開始之前在患者定位時進行一次對供電功率的基本調節。為此，除了本文開始已經提到的調節方法外，還可以採用其它合適的方法。
在按照本發明方法的一個簡化的實施方式中，在整個磁共振測量中將電流保持在一個恆定的值上。也就是說，對電流採用一個額定值，該額定值在實際測量開始之前的對供電功率的基本調節中進行設置。這樣，將電流調節到一個恆定的值上可以相對簡單地進行。
在例如高於50MHz的高頻下，身體內部的場強額外地並與位置相關地通過渦流和介電的位移電流改變。這種效應不能通過簡單地將天線電流調節到一個恆定值上得到校正。但是，這種在測量期間檢查對象中出現的電流，也以類似於天線負載本身的方式取決於在場中的身體體積。因此，在一個優選的實施方式中，對在磁共振測量期間在天線中出現的電流變化，在調節中按照一定的規模進行欠補償或者過補償，以便使在測量期間由檢查對象體內出現的電流對高頻脈衝場強的影響至少部分地得到均衡。這例如可以通過將額定值根據當前確定的電流實測值(該實測值是天線負荷的量度)進行改變而成為可能。為此，例如可以將額定值按照一個確定的實驗獲得的係數，依據當前確定的實測值調高或者調低。為了獲得這樣的補償係數可以事前按照不同的檢查對象或者受檢者進行多個實驗序列。該補償係數一經確定之後，就可以採用按照本發明的方法以相對簡單的方式對在檢查對象中出現的附加電流進行相對好的補償。
在另一個特別優選的實施方式中，對電流進行相位敏感地調節，也就是說，不僅調節電流的幅度，而是還調節電流的相位。按照這種方式可以補償例如由於患者無意地使身體部位接近天線造成的、天線自身共振頻率的改變。因為在測量期間B1場中的相位變化使結果失真，這種對電流以及B1場的相位敏感的調節在功能磁共振成像(fMRI)領域的測量中特別具有意義，利用功能磁共振成像可以得到關於人和動物器官的活動的信息，因此在這種成像中必須特別對接收的磁共振信號的變化進行評價。
為了將電流調節到一個額定值上，僅需確定一個與電流成比例的、適當的反饋量並將其送至調節裝置，由該調節裝置對應地改變提供給天線的功率。為了確定適當的反饋量可用不同的方法。
在一個優選的實施方式中，使用多個場探測器，這些探測器靠近天線安裝並在輸出端與調節裝置連接。在這些探測器中，根據天線發射的場感應一個電壓，該電壓與場並因此與天線中的電流成比例。這些在探測器中感應的電壓被作為輸出信號傳輸至調節裝置。這裡「靠近天線」的概念理解為，場探測器在天線的發射區域，即靠天線足夠近的區域，從而在探測器中感應出足夠高的電壓信號。這裡，場探測器既可以位於天線空間的外部又可以在其內部。
原則上為了確定反饋量可以使用一個單一的場探測器。但是，優選地採用至少兩個按一個確定的相互角度安裝在天線上的場探測器，以便確定天線發射的圓極化場的兩個線極化分量。其中，場探測器優選地通過一個移相器與調節裝置連接，該移相器將場探測器的輸出信號進行疊加，以構成一個共同的反饋信號。這裡，場探測器輸出信號的相移須對應於場探測器相互間的角度設置進行選擇。也就是說，在使用兩個相互成90°角的場探測器的情況下，必須將輸出信號對應地利用一個90°移相器進行綜合，而在例如採用三個相互成120°角的場探測器的情況下，必須對應地使用120°移相器，等等。
對於兩個線極化分量使用至少兩個探測器，在圓極化的發射天線中是有意義的，以便也可以採集圓形的偏差和因此對所需要的發射幅度的相關影響。
因為待檢者的身體幾何形狀在水平和垂直軸上的區別最大，因此為了表示出這些方向上的負荷，將場探測器特別優選地相對於通過待檢者的水平切面按0°，90°，180°和/或270°的角度設置。這裡，場探測器優選地安裝在天線的外部，以避免場探測器導線與天線結構交叉。
在另一個優選的實施方式中，藉助於設置在天線饋線中的定向耦合器確定用於電流調節的反饋信號。對於僅有一條饋線的天線，相應地只需要一個定向耦合器。在具有多條饋線和對應數目的定向耦合器的天線中，定向耦合器的輸出端分別又與相應的移相器連接，以便將定向耦合器的輸出耦合信號以適當的相移進行疊加。藉助於這種在發射路徑中接入的定向耦合器，對提供給天線的電壓和反射電壓進行採集。由此，通過在導線上的變換間接地採集了在天線饋電點的關係。由於僅取決於天線幾何形狀的電感在測量期間保持恆定，所以在定向耦合器中感應的電壓也與在天線中的電流成比例，因此可以直接從定向耦合器感應的電壓信號中確定天線中的電流。
下面結合附圖根據實施方式對本發明作進一步說明。圖中相同的元件採用了相同的附圖標記。其中，圖1示出了按照本發明的磁共振測量裝置的天線按照第一實施方式的原理電路，該磁共振測量裝置包括一個具有調節裝置的、提供高頻脈衝的電路，圖2示出了按照本發明的磁共振測量裝置的天線按照第二實施方式的原理電路，該磁共振測量裝置包括一個具有調節裝置的、提供高頻脈衝的電路，圖3示出了按照本發明的磁共振測量裝置的天線按照第三實施方式的原理電路，該磁共振測量裝置包括一個具有調節裝置的、提供高頻脈衝的電路，圖4示出了按照本發明的磁共振測量裝置的天線按照第四實施方式的原理電路，該磁共振測量裝置包括一個具有調節裝置的、提供高頻脈衝的電路。
具體實施例方式
所有實施方式的出發點都是，天線1是一個在磁共振測量裝置中通常使用的、所謂「鳥籠型」(Birdcage-Typ)的發射天線1。該天線1是按照鳥籠形式構造的，並具有一個有兩個端環3的圓柱形狀，在端環3之間平行排列縱向條2。在端環3上每兩個平行排列的縱向條2之間接入電容元件。利用這種天線1可以產生相對均勻的、垂直於天線1的圓柱軸A延伸的圓極化B1場。
在檢查期間，將患者P沿天線1的圓柱軸A在天線空間中進行定位，其中，在兩次單獨拍攝之間，可將患者P的位置沿圓柱軸A改變，以便對患者P的不同身體區域進行檢查。為此，患者一般位於在一個平面E內設置(沒有示出)的檢查床上，該檢查床可以在圓柱軸A的方向上移動。通過患者P位置的改變，天線的負荷自動地被改變，因此天線1的衰減不同。
如果通過輸入導線12，13向天線1中輸入恆定的功率，則隨著衰減的變化在天線1中流動的電流I和因此的場強，即從天線1發射出的高頻脈衝的磁通量密度也變化。為了避免這點，在本發明所示的實施方式中分別通過改變發射功率將電流I調節在一個常數值上。
為此，在按照圖1的實施方式中藉助於兩個場探測器4，5(也稱為拾取探測器)確定一個與在天線中流動的電流I成比例的反饋信號RS。這裡，該場探測器4，5安裝在天線1外端環3的附近。這具有這樣的優點，即場探測器導線不與天線結構交叉。但是，原理上場探測器4，5也可以設置在縱向條2的附近。
在通過天線1發射高頻脈衝時，在場探測器4，5中感應一個與在天線中流動的電流I成比例的電壓。這裡，兩個場探測器4，5相互成90°地在圖中設置天線1前端環3上，使得兩個探測器4，5的兩個輸出信號S1，S2，即感應電壓，分別與天線1發出的、總計為圓極化的場的線極化分量成比例。這兩個輸出信號S1，S2藉助於一個90°移相器相互疊加，並由此構成一個共同的反饋信號RS。
該反饋信號RS在解調器10中轉換成直流電壓信號。然後，該直流電壓信號在比較器11中與一個控制信號或者控制值FS進行比較，該值最後構成為調節電流I的、對應於反饋信號RS的額定值。這樣，在比較器11的輸出端出現一個調節差值，該差值通過一個幅度調製器8與輸入的高頻控制信號HF結合。由此，該高頻控制信號HF在適當的方向上這樣地受到影響，即將饋入天線1中的功率這樣改變，使得在天線1中的電流保持恆定。由幅度調製器8輸出的高頻控制信號HF，在天線1之前按照通常的方式利用HF功率放大器7放大，並利用一個90°耦合器(90°混合體)6分割，使得在天線1中通過天線饋線12，13饋入適當的相互有90°相移的HF信號，以便綜合產生一個圓極化的B1場。
其中，對於來自探測器4，5的輸出信號S1，S2或者共同的反饋信號RS的調製、與控制信號FS的比較以及對發射信號的校正，可以使用模擬和/或數字的手段實現。
圖2示出了對按照圖1電路僅有細微改動的實施方式。這裡，沒有示出天線1和檢查對象P。天線1可以與圖1中的實施方式同樣地構成。
但是，與圖1中的實施方式不同的是，這裡沒有採用場探測器4，5來確定反饋信號。而是在天線饋線12，13中接入了定向耦合器14，15，這些定向耦合器分別從在有關的天線饋線12，13上正向和反向行進的波中耦合出信號S3a，S3b，S4a，S4b。一個定向耦合器14，15的、對應於正向和反向行進的波的耦合信號S3a，S3b，S4a，S4b分別在加法器16，17中相加，其中，事先將對應於反向行進的波的信號S3a，S4a在移相器18，19中按一個角度移相，這剛好補償了發射信號在沿從定向耦合器至天線並返回的相移。為此，對相移起作用的既有連接電纜的運行時間，又有在天線匹配網絡中的相移。這樣，在各加法器16，17的輸出出現信號S3，S4，該信號與在天線1上的有關饋線12，13的所屬饋電點上的電壓成比例。然後，這兩個信號S3，S4通過一個90°移相器相互耦合，並這樣構成一個將天線1的電流I調節到一個常數值上的反饋信號RS′。該反饋信號RS′的其它處理類似於圖1中的實施方式。按同樣的方式同樣地實現了根據反饋信號RS′對高頻控制信號HF的影響。
圖3示出了一種變形，其中，不僅計算電流I的幅度而且計算其相位，並在調節中加以考慮。利用這樣的調節也可以補償由患者影響的天線共振頻率的變化。這種天線共振頻率的變化可以例如這樣出現，即，位於天線內的患者移動和例如手等靠近天線1移動。
圖3的實施方式的出發點是，與在按照圖1的實施方式一樣，藉助於在天線處設置的場探測器4，5確定反饋信號RS。其中，這裡也是將來自於探測器的輸出信號S1，S2首先通過90°移相器9相互疊加，構成一個共同的反饋信號RS。
該反饋信號RS已經包含了關於電流I的幅度和關於電流I的相位的信息。因此，將反饋信號RS分割，並一方面與在圖1中的實施方式一樣送給解調器10，以便從中產生一個直流電壓信號，將該信號在比較器11中與控制值FS比較。然後，按照通常的方式將比較器11的輸出信號用來通過幅度調製器8按適當的方式對高頻控制信號HF產生影響。
此外，反饋信號RS被送至相位比較器22的輸入，在該比較器中將該反饋信號RS與輸入的高頻控制信號HF的相位進行比較。然後，差值信號送至調節器21的輸入，該調節器控制移相器20，該移相器設置在高頻控制信號HF至天線1的饋線上幅度調製器8和功率放大器7之間。然後，在移相器20中相應地對輸入的高頻控制信號HF的相位以正確的方式進行改變，以便補償天線共振頻率的變化和由此引起的天線1相位的變化。
圖4示出了另一個實施方式，該實施方式基本上如圖3中的實施方式構成。這兩種實施方式的唯一區別在於，這裡，控制信號FS也由高頻控制信號HF本身產生。為此，將為相位比較器22耦合出的高頻控制信號HF的部分也同時送至整流器23，該整流器對高頻控制信號HF進行整流並在輸出端為比較器11產生所希望的控制信號FS。該饋入的高頻控制信號HF特別適合於作為幅度額定值，因為這裡涉及的是非常精確的信號，其準確地具有對於發射正確的高頻脈衝所需要的脈衝形式。
除了在圖中所示的並在上面描述的變形外，在專業人員推斷的範圍內，可以對按照本發明的方法以及按照本發明的磁共振測量裝置按不同的方式進行變動，而不脫離本發明的範圍。例如可以採用其它天線形式替代鳥籠天線。同樣也可以按在一個簡單的實施方式中僅僅使用一個單一的探測器，來產生反饋信號，或者可以採用多個探測器。特別是對不同實施方式的組合也是可能的，例如通過一個或者多個定向耦合器耦合出反饋信號，然後進行相位敏感的調節。
權利要求
1.一種校正高頻脈衝場強的方法，該高頻脈衝在磁共振測量中由磁共振測量裝置的天線(1)送出，其特徵在於，通過改變饋入到天線(1)中的功率，將送出高頻脈衝時在天線(1)中流動的電流(I)調節到預定的額定值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在磁共振測量期間中將所述電流(I)保持在一個恆定值上。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，對在磁共振測量期間在天線(1)中出現的電流變化，在調節中進行欠補償或者過補償，以便使在測量期間由檢查對象體內出現的電流對高頻脈衝場強的影響至少部分地得到均衡。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特徵在於，在測量開始之前對供電功率進行基本的調節。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特徵在於，對在天線(1)中流動的電流(I)進行相位敏感的調節。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特徵在於，藉助於一個靠近天線(1)設置的場探測器(4，5)確定用於調節在天線(1)中流動的電流(I)的反饋信號(RS)。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，通過將至少兩個按相互間適當的角度安裝的場探測器(4，5)輸出信號(S1，S2)的帶有相移的疊加，來構成所述反饋信號(RS)。
8.根據權利要求6或7所述的方法，其特徵在於，將所述場探測器(4，5)按相對於通過待檢查人員(P)的水平切面(E)0°和/或90°和/或180°和/或270°的角度設置。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其特徵在於，藉助於設置在天線(1)饋線(12，13)中的定向耦合器(14，15)，確定用於調節在天線(1)中流動的電流(I)的反饋信號(RS′)。
10.一種磁共振測量裝置，其具有用於發射高頻脈衝的天線(1)，其特徵在於，其具有一個調節裝置，用於通過改變饋入到天線(1)中的功率，將在天線(1)中流動的電流(I)調節到預定的額定值上。
11.根據權利要求10所述的磁共振測量裝置，其特徵在於，其具有靠近天線(1)設置的場探測器(4，5)，該場探測器與所述調節裝置連接，並將由天線(1)在所涉及的場探測器(4，5)中感應的電壓作為輸出信號(S1，S2)傳遞至該調節裝置。
12.根據權利要求11所述的磁共振測量裝置，其特徵在於，其具有至少兩個場探測器(4，5)，用於確定由天線(1)發射的圓極化場的兩個線極化分量。
13.根據權利要求12所述的磁共振測量裝置，其特徵在於，所述場探測器(4，5)通過一個移相器(9)與所述調節裝置連接，該移相器將場探測器的輸出信號(S1，S2)進行疊加，以構成一個共同的反饋信號(RS)。
14.根據權利要求11至13中任一項所述的磁共振測量裝置，其特徵在於，將所述場探測器(4，5)以相對於通過待檢查人員(P)的水平切面(E)0°和/或90°和/或180°和/或270°的角度設置。
15.根據權利要求11至14中任一項所述的磁共振測量裝置，其特徵在於，將所述場探測器(4，5)設置在所述天線(1)的外部。
16.根據權利要求11至15中任一項所述的磁共振測量裝置，其特徵在於，其具有在天線饋線(12，13)中設置的定向耦合器(14，15)，該定向耦合器與所述調節裝置連接。
全文摘要
本發明涉及一種校正高頻脈衝場強的方法，該高頻脈衝在磁共振測量中由磁共振測量裝置的天線(1)發出。為此，通過改變在天線(1)中饋入的功率將由天線(1)中發出高頻脈衝時流動的電流(I)調節到一個預定的額定值。此外，本發明涉及一種磁共振測量裝置，其具有一個對應的調節裝置，用於調節在天線(1)中流動的電流(I)。
文檔編號G01R33/58GK1504760SQ20031011809
公開日2004年6月16日 申請日期2003年11月24日 優先權日2002年11月22日
發明者路德維格·埃伯勒, 馬庫斯·維斯特, 維斯特, 路德維格 埃伯勒 申請人:西門子公司