专利名称：同时多核磁共振成像的制作方法
同时多核磁共振成像 本发明涉及用于对在检查空间中放置的物体进行磁共振成像的
MR设备。
此外，本发明涉及用于MR成像的方法、并且涉及用于MR设备
的计算机程序。
在磁共振成像(MRI)中，将包括RF脉沖和切换磁场梯度在内 的脉冲序列施加到放置在MR设备的检查空间之内的均匀磁场中的对 象(患者)上。以此方式，生成相位编码的磁共振信号，借助于RF 接收天线来扫描所述相位编码的磁共振信号，以便从对象获取信息并 且重构其图像。从其最初发展开始，MRI在临床相关领域的应用数量 大大增加。MRI可应用于几乎每个身体部分，并且它可用于获得关于 人类身体的多个重要功能的信息。在MRI扫描期间所施加的脉沖序 列在诸如对象中的位置和方向、维度、分辨率、信噪比、对比度、运
动的灵敏度等之类的所重构图像特征的确定中担任重要的角色。为了 各个应用，MRI设备的操作者必须选择适当的序列、并且必须调整和 优化其参数。
近些年来，所谓的分子成像和诊断(MID)发展迅速。MID有时 定义为利用特定的分子用于图像对比以及用于诊断。此定义涉及对人 类对象中的细胞和分子级处理的在体(in-vivo)测量和特征化，并且 涉及对生物分子的分析，以筛选、诊断和监视人类健康状态和评定潜 在的风险。用于分子成像的重要先决条件是对分子目标和基因表达成 像的能力。此时，认为MR成像是在分子成像中最有前途的形式之一。 因此，期望MR成像在用于筛选、目标药物递送和治疗评估的MID 的临床使用中担任必要角色。最近，已经使用了高度灵敏的造影剂来 允许分子目标和基因表达的MR成像。如上所述，MRI可以用良好 的空间分辨率来可视化解剖结构，这适用于全部身体区域，并且将允 许可复制(reproducible)和定量的成^f象。还可将其用于血管内和针 孔图像-引导的药物递送。MR可例如通过频谱学来部分评定分子信 自重要的是应该注意到，使用MRI的MID将依赖于对来自不同核 素的信号的精确获取和配准。在临床实践中同时获取这种数据的能力 是非常有益的(如果不是必须的话)。另外，出于MID的目的，从 一种核素获取的信号数据可以用于增强或者校正从其他核素获取的数据。
US 6,081,120公开了一种RF线團布置，其可以不同共振频率进 行操作以便检测多个核素。已知的线圏布置利用与匹配和调谐电容组 相结合的可切换多层线團。已知设备的用户可通过操作相应的电子开 关来从线團部分以及匹配和调谐电容的不同组合中进行选择。可以以 此方式实现线團布置的共振频率的变化。
关于已知系统与MID相结合应用的一个缺点在于，一次仅能将RF 线圏布置调谐到单个共振频率。因此，不可能实际上同时获取处于不 同共振频率的MR信号。另一个缺点在于，已知系统需要精细的切换 电子设备。这些直接连接到已知MR设备中的RF线圈的电子设备可 能对于MR信号质量具有不利影响，并且还对整个系统可靠性具有不 利影响。
因此容易理解，出于MID的目的，需要一种允许在不同共振频 率处同时(即，并行)获取MR图像的改进的磁共振成像设备。因而， 本发明的主要目的在于提供一种MR设备，该MR设备被布置为同时 以两个或者多个不同核素的共振(拉莫)频率进行操作。
根据本发明，公开了 一种用于对放置在检查空间中的物体进行磁 共振成像的MR设备，所述MR设备包括主磁体，用于在检查空间 中生成静态且基本均匀的主磁场；以及RF线圈布置，用于在检查空 间中生成RF磁场和/或用于从物体接收MR信号。RF线圏布置包括 在检查空间中或者靠近检查空间邻近布置的多个独立的共振器元件。 邻近的共振器元件交替地调谐到至少两个不同MR共振频率之一，并 且每个共振器元件与MR设备中分离的信号发射和/或信号接收信道 相关联。
本发明的MR设备的实质特征在于，多个独立可调谐的共振器元 件邻近布置，其中共振器元件交替地调谐到两个或者多个不同核子(例 如和19F)的共振频率。不同的共振器元件分别连接到相应的发射机和/或接收机。因此，根据本发明的MR设备的优点在于，可能在 不同共振频率处对所检查对象进行实际同时的体成像和频谱学。不需 要复杂的切换电子设备用于此目的。
本发明的MR设备的进一步优点在于，该MR设备允许包括RF 脉冲和切换磁场梯度在内的单个成像序列同时用于多个不同核子。以 不同频率经由相应的调谐共振器元件来辐射相同的RF脉沖，并且使 用切换梯度来并行地获取对应核子的图像和光谮。同时获取简化了 MR 信号数据的配准。例如，当患者在不同核素的信号获取之间移动时， 这对于传统系统是个严重问题。尤其是，例如在其中必须根据重构的 图像确定干涉仪器位置的干涉MR中，所获取数据的不正确配准是非 常危险的。
由根据本发明的设备所允许的同时MR信号激发和获取具有的进 一步优点在于，可在每个独立的信道上采用稳定状态成像序列(所谓 的SSFP或者真FISP序列)来增加MR信号的幅度。它们的使用对 于本发明的设备是可能的，这是因为相对于已知技术、不必在不同MR 频率处进行不同成像序列的插值。以此方式，可以有效地克服由于核 素的丰富程度不同而导致的信号强度不足的问题。
根据本发明，因为分离的发射信道与每个共振器元件相关联，所 以在检查空间中可有利地以各自的频率来完全控制RF场分布。这是 因为通过在独立的发射信道上选择幅度和相位，可在线圏布置中生成 任何可想到的当前分布。为此目的，有利地是在环绕检查空间的表面 上分布共振器元件。例如，如果共振器元件在圆柱表面上分布，则非 常可能并行地以两个不同频率模仿传统圆柱鸟笼形线圈的场分布。例 如为了最大化磁场梯度的强度以及因此最大化在所检查的解剖结构位 置处的图像分辨率，不对称横截面的检查空间也是可能的。可应用相 同的原理来形成MR设备的头部或者表面线團阵列。可由MR设备中 的软件来控制每个独立发射通道的幅度和相位，因此使得能够进行RF 场分布(RF匀场(shimming))的直接交互控制。
因为借助于根据本发明的RF线圏布置而选择在检查空间中的RF 场的任意空间分布的可能性，所以可以在与不同核素相对应的激发核 磁性上施加独立的空间编码；这种编码可用于例如快速体成像(所谓 的发射SENSE方法)。本发明的MR设备更为有利的是，RF线團布置中的每个共振器 元件与分离的信号接收信道相关联。对于每个接收信道，可以根据所 检测的MR信号分离地形成子图像。可在稍后的阶段将这些子图像组 合起来以便形成整个图像。 一方面这对于改进信噪比是有利的，然后 可将独立的共振器元件并行地用作在两个不同频率处的协作线圈。另 一方面，还可能基于分配给独立共振器元件的空间灵敏度简档表来组 合这些独立的图像，因此在成像期间节省测量时间(所谓SENSE方 法)。
在本发明的实际应用中，将根据本发明的MR设备的两个或者多 个独立的共振器元件调谐到一个共振频率，而将两个或者多个其他共 振器元件调谐到另 一共振频率。如果调谐到相同共振频率的共振器元 件彼此电磁解耦合，则这是有用的。借助于在各自的共振器元件的导 体之间布置的电容和电感(解耦合网络)，可实现共振器元件的相互 解耦合。电磁解耦合确保经由一个发射信道进行的RF馈送仅在与这 个信道相关联的共振器元件中发生。类似地，假若存在充分的电磁解 耦合，则经由接收信道之一接收的MR信号可明确地作用于相应的共 振器元件。
如上所述，借助于MR成像序列来利用根据本发明的MR设备执 行MR信号激发和获取，所述MR成像序列包括经由分离的发射信道、 以两个或者多个不同MR共振频率同时生成的切换磁场梯度和RF脉 冲。还经由分离的信号接收信道以不同频率同时从所检查物体来获取 MR信号。然后，根据所获取的信号数据来重构MR图像，其中还生 成描述与不同MR共振频率相对应的不同核素的出现的单个图像。最 初可以将成像序列的参数(即，最显著地是切换磁场梯度的波形)选 择为由具有最低旋磁比的核素的期望图像分辨率来确定。然后，为要 检测的所有核素调整单独的RF激发带宽和信号采样带宽(确定视 域)，以便使用之前确定的梯度波形来实现期望的图像分辨率和图像 尺寸。以此方式，可利用单个梯度配置和图像获取来从两个或者多个 核素同时获取MR信号。
根据本发明，如果MR装置的每个共振器元件可以多重调谐到两 个或者多个共振频率，则这是尤其有利的。为此目的，可采用如在上 述文献US 6,081,120中公开的技术。例如，可以由仅包括两个双调谐
独立共振器元件的本发明系统来检测多达四种不同的核素。此外，每 个共振器元件的多重调谐是有利的，这是因为在图像获取处理的不同 阶段期间，可以或多或少地任意选择每个共振器元件来在不同共振频
率处进行操作。例如，在要同时检测两种核素^和19F的情况下，则 在第一获取周期中，可以将第一组共振器元件调谐到的共振频率， 而将第二组共振器元件调谐到19F的共振频率。在第二获取周期期间， 反转调谐机制。将第一组共振器元件调谐到19F的频率，而将第二组 调谐到的频率。然后，在图像重构期间，可组合在成像处理的这 两个阶段期间所获取的MR信号以便改进图像一致性。
本发明不但涉及一种设备，而且还涉及一种用于对MR设备的检 查空间中放置的物体的至少一部分进行磁共振成像的方法，所述方法 包括步骤借助于MR成像序列来在物体内激发核磁化，所述MR成 像序列包括切换磁场梯度和RF脉冲，其中借助于包括多个独立可调 谐共振器元件的RF线圏布置来以两个或者多个不同的MR共振频率 同时生成RF脉沖；经由与共振器元件相关联的分离信号接收信道来 以不同MR共振频率同时从物体获取MR信号；根据所获取的MR 信号来重构MR图像。
已知的是，不同核素具有不同(天然的)丰富程度。通常，必须 重复地获取和积累较低丰富程度的核素的MR信号，以便获得足够的 信噪比。因此通过本发明的方法，多次重复激发核磁性以及获取MR 信号的步骤是有用的。然后，以不同的重复比率来灵敏地重构与具有 不同丰富程度的核素相对应的不同MR图像。例如，可以有利地利用 高天然丰富程度的^，以便与较低丰富程度核子相对应的图像相比， 实现质子图像的较高帧率。可选地，可以不同图像分辨率获取和重构 不同丰富程度的核素的MR图像，以便考虑较低丰富程度核素的低MR
信号强度的问题。
有利地是，可以在任何普通计算机硬件上实现适用于执行本发明 的成像过程的计算机程序，其目前在临床使用中用于磁共振扫描仪的 控制。可以在诸如CD-ROM或者盘之类的适当数据栽体上提供所述 计算机程序。可选地，还可以由用户从因特网服务器上下载。
所附附图
公开了本发明的优选实施方式。然而应该理解，附图仅设计用于说明目的，而并非作为对本发明的限制的定义。附图示出了 根据本发明的磁共振扫描仪的实施方式。
在附图中，以框图示出了根据本发明的磁共振成像设备l。设备l包括 一组主磁线團2，用于生成静态且均匀的主磁场；以及三组梯 度线圏3、 4和5，用于叠加具有可控强度并具有选定方向的梯度的附 加磁场。传统i也，主磁场的方向标记为z-方向、两个垂直于此的方 向为x -方向和y -方向。梯度线團3、 4、 5经由电源6来供电。设 备l进一步包括RF线團布置，用于在检查空间7中生成RF场。RF 线圏布置包括在环绕检查空间7的圓柱形表面上彼此邻近布置的六个 独立可调谐共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13。共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13用于向物体14发射射频(RF)脉冲。将共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13交替地调整到两个不同MR共振频率之一。这意味着， 将元件8、 10、 12调谐到第一MR频率(例如，在各自的磁场强度Bo 处的iH的MR频率)，而将元件9、 11、 13调谐到第二频率(例如， 19F)。将六个共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13中的每个连接到RF 切换模块15。经由切换模块15，即取决于设备的操作模式(发射模 式或者接收模式)，将相关的共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13连 接到与各自的共振器元件相关联的信号发射信道16或者信号接收信 道17。对于每个共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13， MR设备1具有 独立的发射信道16 (每个包括以两个MR频率之一交替操作的功率 放大器)以及信号接收信道17 (每个包括以两个MR频率之一交替 操作的灵敏预放大器、解调器和数字采样单元)。由控制系统18来 控制用于梯度线圏3、 4和5的发射信道16和电源6，以便生成根据 上述发明的实际成像序列。控制系统通常是具有存储器和程序控制的 微计算机。对于本发明的实际实现，其包括具有成像过程描述的程序， 在该成像过程中，经由共振器元件8、 10、 12来在第一频率处、以及 经由共振器元件9、 11、 13来在第二频率处同时生成RF脉沖。信号 接收信道17耦合至例如为计算机的数据处理单元19，以便将所接收 的磁共振信号转换成为图像。此图像可通过例如可视显示单元20而 变得可见。
权利要求
1.一种用于对在检查空间(7)中放置的物体(14)进行磁共振成像的MR设备，所述设备(1)包括主磁体(2)，用于在所述检查空间(7)中生成静态且基本均匀的主磁场；以及RF线圈布置，用于在所述检查空间(7)中生成RF场和/或用于从所述物体(14)接收MR信号，其中所述RF线圈布置包括在所述检查空间(7)中或者所述检查空间(7)附近邻近设置的多个独立共振器元件(8、9、10、11、12、13)；邻近的共振器元件(8、9、10、11、12、13)交替调谐到两个或者多个不同MR共振频率之一；以及每个共振器元件(8、9、10、11、12、13)与所述MR设备(1)的分离信号发射(16)和/或信号接收信道(17)相关联。
2. 根据权利要求1所述的MR设备，其中所述共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)在环绕所述检查空间(7)的表面上分布。
3. 根据权利要求2所述的MR设备，其中所述共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)在圆柱形表面上分布。
4. 根据权利要求2所述的MR设备，其中所述检查空间(7)具 有不对称的横截面。
5. 根据权利要求1至4的任一项所述的MR设备，其中所述共 振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)形成头或者表面线團阵列。
6. 根据权利要求1至5的任一项所述的MR设备，其中将两个 或者多个独立共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)调谐到相同的MR 共振频率。
7. 根据权利要求6所述的MR设备，其中调节至所述相同MR 共振频率的共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)彼此电磁解耦合。
8. 根据权利要求1至7的任一项所述的MR设备，其中所述设 备U)还包括用于在所述检查空间(7)中生成磁场梯度的梯度线團(3、 4、 5)，所述设备被配置为借助于MR成像序列来激发所述物体(14)内的核磁化，所述MR成像序列包括经由所述分离的信号发射信道(16)而以所述两个或者多个不同MR共振频率同时生成的、切换磁场梯度和RF脉冲，经由所述分离信号接收信道(17)，以两个或者多个不同MR共振频率同时从所述物体获取MR信号，根据所获取MR信号来重构MR图像。
9. 根据权利要求8所述的MR设备，其中所述设备(1 )还布置 为重构单个MR图像，所述单个MR图^f象描述所述物体(14)中、与 所述不同MR共振频率相对应的不同核素的出现。
10. 根据权利要求8或者9所述的MR设备，其中所述设备(l) 还布置为根据具有较低旋磁比的核素的图像分辨率的要求，规定所述切换 磁场梯度序列的参数，基于所述切换磁场梯度的先前确定的参数，来调整用于两种核素 的RF脉冲序列和MR信号获取带宽的参数。
11. 根据权利要求1至10的任一项所述的MR设备，其中所述 共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)的每个多重调谐到两个或者多 个共振频率。
12. —种用于对在MR设备(1)的检查空间(7)中放置的物体 (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-借助于包括切换磁场梯度和RF脉冲的MR成像序列来激发所 述物体(14)内的核磁化，其中借助于包括多个独立可调谐共振器元 件(8、 9、 10、 11、 12、 13)的RF线圏布置来以两个或者多个不同 MR共振频率同时生成所述RF脉沖，-经由与所述共振器元件相关联的分离信号接收信道(17)来以 所述两个或者多个不同MR共振频率从所述物体(14)同时获取MR 信号，-根据所获取的MR信号来重构MR图像。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)在所述检查空间(7)之中或者所述检查空间(7) 附近邻近布置，并且交替地调谐到两个或者多个不同MR共振频率之
14. 根据权利要求12或者13所述的方法，其中所述方法还包括 在激发核磁化以及获取MR信号之前实现的以下步骤-根据与较低MR共振频率相对应的核素的图像分辨率的的要 求，规定所述切换磁场梯度序列的参数，-然后，基于所述切换磁场梯度的先前确定的参数，来确定用于 所有核素的RF脉冲序列和MR信号获取带宽的参数。
15. 根据权利要求12至14的任一项所述的方法，其中多次重复 所述激发核磁化以及获取MR信号的步骤，并且其中以不同的重复频 率来重构与具有不同丰富程度的核素相对应的不同MR图像。
16. —种用于MR设备的计算机程序，包括指令用于-生成包括切换磁场梯度和RF脉冲的MR成像序列，其中以两 个或者多个不同的MR共振频率同时生成所述RF脉冲；-对经由与RF线圏布置中的独立调谐共振器元件相关联的分离 信号接收信道、以两个或者多个MR共振频率同时获取的MR信号进 行处理；-根据所获取的MR信号来重构MR图像。
17. 根据权利要求16所述的计算机程序，还包括指令用于 -根据与较低MR共振频率相对应的核素的图像分辨率的要求，规定所述切换磁场梯度序列的参数，-基于所述切换磁场梯度的先前确定的参数，来调整用于所有核 素的RF脉冲序列和MR信号获取带宽参数。
全文摘要
本发明涉及一种对放置在检查空间(7)中的物体(14)进行磁共振成像的MR设备，所述设备(1)包括主磁体(2)，用于在检查空间(7)中生成静态且基本均匀的主磁场；以及RF线圈布置，用于在检查空间(7)中生成RF场和/或用于从物体(14)接收MR信号。为了提供这种被布置为同时在两个或者多个不同核素的共振(拉莫)频率处进行操作的MR设备，本发明建议RF线圈布置包括在检查空间(7)中或者检查空间(7)附近邻近设置的多个独立的共振器元件(8、9、10、11、12、13)，其中邻近的共振器元件(8、9、10、11、12、13)交替地调谐到两个或者多个不同MR共振频率之一，并且其中每个共振器元件(8、9、10、11、12、13)与MR设备(1)的分离的信号发射(16)和/或信号接收信道(17)相关联。
文档编号G01R33/32GK101208610SQ200680022869
公开日2008年6月25日 申请日期2006年6月21日 优先权日2005年6月24日
发明者C·勒斯勒, I·格拉斯林, P·R·哈维 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司