CN101815954A

CN101815954A - 涉及正向和反向极化的rf激励的mri

Info

Publication number: CN101815954A
Application number: CN200880109824A
Authority: CN
Inventors: S·魏斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2028-10-02
Also published as: CN101815954B; JP5710970B2; WO2009044361A3; RU2491567C2; US20100249572A1; US8406852B2; WO2009044361A2; JP2010540153A; RU2010117640A; EP2198318A2

Abstract

本发明涉及一种用于对安置在检查体积(7)内的身体(14)进行MR成像的系统(1)。所述系统(1)包括用于向所述身体(14)辐射RF信号的发射装置，用于控制所述磁场梯度和所述RF信号的产生的控制装置(20)，用于接收和采样MR信号的装置(17)，用于根据所述信号样本形成MR图像的重建装置(21)，以及具有用于接收由所述发射装置产生的RF信号的RF天线(24)’的辅助装置(23)，所述辅助装置例如是要被定位的导管。为了提供能够实现信号和/或功率到位于所述检查体积(7)之内的辅助装置(23)的安全、可靠以及非干扰性传输的MR系统，本发明提出所述系统(1)布置为经由所述发射装置来产生圆极化RF信号，其中RF信号具有可选择的旋转方向，即正向极化或者反向极化。

Description

涉及正向和反向极化的RF激励的MRI

技术领域

本发明涉及用于对安置在检查体积内的身体进行磁共振(MR)成像的设备。

此外，本发明涉及用于MR成像的方法，以及涉及用于MR设备的计算机程序。

背景技术

在MR成像中，包括RF信号(也称为B₁)和切换磁场梯度的序列被施加给安置在MR设备检查体积内的均匀磁场中的对象(患者)。以这一方式，生成MR信号，该信号借助于RF接收天线被侦测以从对象获得信息，并重建其图像。从其初始发展以来，MR成像应用的临床相关领域的数量已经大大增加了。MR成像可以应用于身体的几乎每个部分，并且它可以用于获得关于人体多个主要功能的信息。在MR扫描期间施加的成像序列在重建图像特性(例如对象中的位置和取向、尺寸、分辨率、信噪比、对比度、对于运动的灵敏度，等等)的确定中发挥了主要作用。MRI设备的操作者必须选择适当的序列，并且必须针对各个应用来调整和优化其参数。

在介入式和术中MR成像中，将高性能计算和新颖的治疗设备相结合。这些技术允许大范围的交互式MR引导介入和外科手术过程的实施。介入式MR成像的基本问题在于器械或者外科手术设备的可视化和定位。这可以利用有源技术，例如借助于附接在器械尖端上的RF微线圈，或者依赖于局部磁化率感应图像伪影的无源定位技术来完成。

有源定位方法允许对器械坐标的即时确定，并因而允许对器械的鲁棒跟踪。它进一步使得例如图像切片跟踪的功能可行。有源定位的缺点在于由于可作为RF天线并可导致危险组织加热的导电线缆的存在而导致的安全问题。

WO2005/103748A1公开了一种抑制与导电线缆中的电流感应有关的危险的方法，该线缆用于作为将辅助装置(例如介入式器械或者RF表面线圈)与MR系统连接的传输线。根据常规方法，将感应器引入连接线缆。这些感应器如此耦合从而它们形成了变压器。此外，将调谐和匹配网络整合到该线缆组件中以类似于已调谐的闭塞滤波器。这一布置抑制了将导致线缆的危险加热的感应电流。

与将已知的基于变压器的传输线整合到例如导管或者导丝中相关的缺点在于构建这些设备涉及相当大的硬件努力。

Celik等(“A Novel Catheter Tracking Method Using ReversedPolarization”，in Proc.Intl.Soc.Mag.Reson.Med.，vol.14，2006，page 264)提出了一种替代方法。反向圆极化被用于获得作为共振标记附接在介入式器械上的RF线圈的MR图像。用于在常规MR系统中作为RF天线的标准正交鸟笼线圈被设计为只接收正向圆极化的RF场，因为在被检查的身体中的质子也具有正向极化。这归因于氢原子核的正旋磁比。因而，被修改以只接收反向圆极化RF信号的标准鸟笼线圈将完全不从身体获得MR信号。然而，与介入式器械附接的RF线圈从被检查的身体接收MR信号，并辐射线性的极化RF场。线性的极化辐射可以被认为是正向和反向圆极化RF场的叠加。因而，设计为只接收反向极化RF辐射的修改的正交鸟笼线圈接收从与介入式器械附接的RF线圈辐射的信号，但是不获得来自周围身体组织的信号。以这一方式，生成只示出介入式器械位置的无背景图像。

前述技术的缺点在于特别设计为只接收的正交体线圈必须用于接收由作为共振标记与介入式器械附接的RF线圈所产生的反向圆极化RF信号。在成像和定位过程期间，该RF线圈通过身体组织的核磁化来被间接激发。因此，SNR(信噪比)是相对较低的，这是该已知方法的另一缺点。

在MR设备和介入式设备(或者任意其它辅助装置)之间提供信号或者功率传输路径而不干扰MR成像过程的另外选择是非共振(off-resonant)RF的使用。然而，非共振RF也具有一些缺点。非共振RF不能很容易地转换为在共振(on-resonant)RF。此外，如果非共振RF在MR设备的常规RF装置的带宽之外，那么额外的RF发射和接收装置就是必须的。另一方面，如果非共振RF在MR设备通常的RF链的带宽之内，那么可能出现对核自旋系统的不希望的干扰。

发明内容

因而，容易理解地是需要针对MR成像的改进设备和方法。因而本发明的目的在于提供能够实现信号和/或功率到位于检查体积之内的辅助装置的安全、可靠以及非干扰性传输的MR系统和MR方法。

根据本发明，公开了一种用于对安置在检查体积内的身体进行MR成像的系统。所述系统包括用于在所述检查体积中建立基本均匀的主磁场的装置，用于产生叠加在所述主磁场上的切换磁场梯度的装置，用于向所述身体辐射RF信号的发射装置，用于控制所述磁场梯度和所述RF信号的产生的控制装置，用于接收和采样MR信号的装置，用于根据所述信号采样形成MR图像的重建装置，以及具有用于接收由所述发射装置产生的RF信号的RF天线的辅助装置。根据本发明，MR系统布置为经由所述发射装置来产生圆极化RF信号，其中RF信号具有可选择的旋转方向(sense ofrotation)。

本发明的MR系统利用反向圆极化RF信号，经由MR设备的现有RF发射硬件来向位于检查体积之内的辅助装置发射信号或者传输功率。反向圆极化RF信号在检查体积之内产生不引起任何核磁化的激发的相应反向极化B₁场。这是因为-如以上提及-具有正旋磁比的原子核不受反向极化B₁场的影响。因而，信号的发射或者功率的传输不干扰实际的MR成像过程。根据本发明，可以选择RF信号的旋转方向。这意味着极化方向可以按要求在正向和反向之间切换。在正向模式中，产生具有正向圆极化的第一RF信号以激发被检查的身体之内的核磁化。在这一模式中MR成像照常执行。在反向模式中，产生具有反向圆极化的第二RF信号以在辅助装置的RF天线内感应出电压，而不激发核磁化，并且因而不干扰MR信号的产生和采集。

根据本发明的优选实施例，例如通过控制装置和/或重建装置的相应程序设计来将MR系统布置为采集由辅助装置响应于第二RF信号而产生的定位信号，以及从该定位信号计算辅助装置的位置。通过本发明的这一实施例，实现了安全的有源设备跟踪技术。向要被定位的辅助装置，其例如可是导管或者导丝或者任意其它类型的介入式器械，提供RF天线以形成共振标记(例如，包括螺线管线圈和电容器)。为了有源跟踪，向着其内引入要被定位的设备的被检查的身体发送具有反向极化的RF信号。这些RF信号将激发共振标记，从而导致具有线性极化的强烈局部B₁场。因此该线性极化局部B₁场在与共振标记紧密邻近的身体组织内激发核磁化。通过随后的数据采集，只从标记的直接周围环境中接收MR信号，而没有来自身体组织其余部分的任何背景信号。出于设备跟踪的目的，可简单采集并重建在x-，y-和z-方向上的投影。可选择地，可以采集并重建完整的MR图像，该MR图像只在标记的位置处示出图像亮度。这种MR图像可以用于计算在常规采集的MR图像上的色彩覆盖，以将标记相对于被检查的身体的解剖特征的位置可视化。本发明的设备跟踪方法具有的优点在于它可以与用于接收的任意RF线圈(包括表面线圈阵列)一起使用。与以上描述的已知方法相比，它不依赖于额外的用于MR信号接收的专用RF体线圈。进一步的优点在于本发明的技术提供了改进的SNR。这是因为可以选择反向极化RF信号的强度和持续时间来得到邻近共振标记的磁化的最大激发。

根据本发明的另一实施例，辅助装置是MR表面线圈。本发明的技术可以用于给无线表面线圈供电和/或控制无线表面线圈，而不干扰MR成像过程。功率和控制信号可以从MR设备的体线圈无线传输至表面线圈阵列，其中该表面线圈阵列在实际MR成像过程期间用于作为发射线圈。可向该表面线圈阵列的每个元件提供外部控制Q-开关以控制由各个元件发射的RF信号的强度。由于用于控制Q-开关的控制信号仅具有低功耗，因此它例如可以通过常规的非共振无线技术来实现。可选择地，可以利用以与实际(正向极化)RF激发时间交错的方式而产生的反向极化RF信号来发射控制信号。

本发明在常规MR扫描仪中的实施将要求对RF发射硬件的某些更改。经由所谓的正交混合对常规正交体线圈进行馈送，所述正交混合将由功率放大器提供的RF电流分为功率相等的两部分，并且给该部分中的一个添加90°的相移。将该两部分从两个不同点处馈送给线圈。通过简单的将RF电流的该两部分交换来实现由体线圈发射的圆极化RF辐射的可选择旋转方向。出于此目的，通常的硬布线正交混合可由可切换的悬重物替代。

根据本发明的优选实施例，MR系统的发射装置包括形成多线圈阵列的多个RF线圈，其中每个RF线圈由单独RF放大器和/或单独RF波形发生器来驱动。最近，已经引入具有多元件RF线圈阵列的MR系统以改进MR成像。因而，多元件RF线圈阵列是基于单独RF线圈的设置。例如，在成像序列期间可以控制B₁的均匀性从而补偿对由于被检查的身体不同介电特性而导致的场分布的变化影响。为了实现在检查体积内的可选择的B₁分布，经由不同的发射通道来驱动独立的线圈元件，通过该发射通道可以分别设置所辐射的RF信号的相位和幅值。针对本发明实施的这种多线圈阵列的使用是简单易懂的。反向极化RF信号的产生可以简单地通过在MR设备的软件中规定馈送给各个RF线圈的适当波形来实现。这种系统可以在正向和反向极化之间没有任意延迟地切换，并且甚至两种极化的同时发射也是可能的。

本发明不仅涉及MR设备，也涉及用于对安置在MR系统检查体积中的身体的至少一部分进行MR成像的方法。该方法包括以下步骤：

-通过产生一系列第一RF信号以及切换磁场梯度来在所述身体之内激发核磁化，所述第一RF信号具有正向圆极化，

-产生具有反向圆极化的至少一个第二RF信号以在所述MR系统的辅助装置的RF天线之内感应出电压，而不在所述身体之内激发核磁化，

-从所述身体采集MR信号，以及

-根据所采集的MR信号重建MR图像。

一种适于执行本发明的成像过程的计算机程序可以有利地在任意通用计算机硬件上实施，其目前临床用于磁共振扫描仪的控制。所述计算机程序可以提供在适当的数据载体上，例如CD-ROM或者磁盘。可选择地，它也可以由用户从因特网服务器上下载。

附图说明

附图公开了本发明的优选实施例。然而应理解的是，附图只是出于图示的目的，并且不是作为对本发明界限的定义。在图中：

图1示出了根据本发明的MR扫描仪；

图2示出了根据本发明的要被定位的介入式器械。

具体实施方式

在图1中，作为方框图示出了根据本发明的磁共振成像系统1。设备1包括用于产生固定和均匀主磁场的一组主磁线圈2，以及用于叠加具有可控强度并在所选择方向上具有梯度的额外磁场的三组梯度线圈3、4和5。习惯上，主磁场的方向标记为z-方向，与其垂直的两个方向标记为x-和y-方向。梯度线圈3、4、5经由电源6供电。设备1还包括用于在检查体积7中产生B₁场的RF多线圈阵列。该RF多线圈阵列包括六个独立线圈8、9、10、11、12、13，其彼此邻近地布置在检查体积7周围的圆柱形表面上。线圈8、9、10、11、12、13用于向身体14发射射频(RF)信号。六个线圈8、9、10、11、12、13中的每一个与RF切换模块15连接。经由切换模块15，相关联的线圈8、9、10、11、12、13与发射模块16或者信号接收模块17连接，也就是，取决于设备的操作模式(发射模式或者接收模式)。对于每个RF线圈8、9、10、11、12、13，MR系统1具有分别的RF放大器18和波形发生器19。接收模块17包括灵敏前置放大器、解调器和数字采样单元。根据上述发明，用于梯度线圈3，4和5的发射模块16和电源6由控制系统20控制来产生实际成像序列。控制系统通常是具有存储器和程序控制的微型计算机。对于本发明的实际实施，它包括具有成像过程描述的程序设计，其中按要求通过适当地控制波形发生器19和放大器18来产生正向和反向极化B₁场。信号接收模块17与例如计算机的数据处理单元21耦合，以将所接收的MR信号转换为图像。例如，可以使这一图像在可视显示单元22上可视。在所描述的实施例中，将导管23引入身体14中。向导管23提供用于接收经由线圈8、9、10、11、12、13产生的反向极化RF信号的RF天线(在图1中未画出)。

图2更加详细地示出了导管23的尖端。RF天线24作为共振标记以定位导管的尖端。天线24包括环绕导管23的腔管缠绕的螺线管线圈25，和电容器26。线圈25和电容器26形成调谐至拉莫尔频率的共振电路。为了跟踪导管尖端，将具有反向极化的RF信号经由MR设备的RF线圈8、9、10、11、12、13向着被引入导管23的被检查的身体14发送(见图1)。这些RF信号激发共振标记24导致了具有线性极化的强局部B₁场。于是该线性极化局部B₁场在紧邻导管尖端的身体14组织之内激发核磁化。作为下一步骤，以常规方式来采集MR信号，其中只从导管尖端周围的组织接收MR信号，而没有来自身体组织其余部分的任何背景信号。采集并重建在x-，y-和z-方向上的投影。最后，导管尖端的位置从所重建的投影得到并在MR设备的显示单元22上显示(见图1)。

Claims

1.一种用于对安置在检查体积(7)内的身体(14)进行MR成像的系统，所述系统(1)包括：

-用于建立所述检查体积中基本均匀的主磁场的装置(2)，

-用于产生叠加在所述主磁场上的切换磁场梯度的装置(3、4、5)，

-用于向所述身体(14)辐射RF信号的发射装置，

-用于控制所述磁场梯度和所述RF信号的产生的控制装置(20)，

-用于接收和采样MR信号的装置(17)，

-用于根据信号样本形成MR图像的重建装置(21)，以及

-具有用于接收由所述发射装置产生的RF信号的RF天线(24)的辅助装置(23)，

其中，所述系统(1)布置为经由所述发射装置来产生圆极化RF信号，所述RF信号具有可选择的旋转方向。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统(1)还布置为产生具有正向圆极化的一系列第一RF信号，以在所述身体(14)之内激发核磁化。

3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述系统(1)还布置为产生具有反向圆极化的至少一个第二RF信号，以在所述辅助装置(23)的所述RF天线内感应出电压，而不激发所述身体(14)内的核磁化。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述系统布置为采集由所述辅助装置(23)响应于所述第二RF信号而产生的定位信号，并且根据所述定位信号计算所述辅助装置(23)的位置。

5.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，所述辅助装置(23)是介入式器械，其包括作为共振RF天线(24)的螺线管线圈(25)和电容器(26)。

6.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其中，所述辅助装置是MR表面线圈。

7.如权利要求1-6中任一项所述的系统，其中，所述发射装置包括形成多线圈阵列的多个RF线圈(8、9、10、11、12、13)，每个RF线圈(8、9、10、11、12、13)由独立的RF放大器(18)和/或独立的RF波形发生器(19)来驱动。

8.一种用于对安置在MR系统(1)的检查体积(14)中的身体(14)的至少一部分进行MR成像的方法，所述方法包括以下步骤：

-通过产生一系列第一RF信号和切换磁场梯度来在所述身体(14)之内激发核磁化，所述第一RF信号具有正向圆极化，

-产生具有反向圆极化的至少一个第二RF信号，以在所述MR系统(1)的辅助装置(23)的RF天线(24)内感应出电压，而不在所述身体(14)之内激发核磁化，

-从所述身体(14)采集MR信号，以及

-根据所采集的MR信号重建MR图像。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述方法包括另外的步骤：采集由所述辅助装置(23)响应于所述第二RF信号而产生的定位信号，并且根据所述定位信号计算所述辅助装置(23)在所述检查体积(7)内的位置。

10.一种用于操作MR系统(1)的计算机程序，其中，所述计算机程序包括的指令用于：

-产生具有正向圆极化的第一RF信号，以激发核磁化，

-产生具有反向圆极化的第二RF信号，以在所述MR系统的辅助装置(23)的RF天线(24)内感应出电压，而不激发核磁化。