专利名称：用于线圈阵列的特殊吸收率优化控制的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于磁共振设备的发送阵列的线圈和梯度磁系统的控制
方法，其中
磁共振设备的控制装置分别相应于 一个激励脉冲来控制发送阵列的线圈和梯度石兹系统；
基于该分别相应于一个激励脉冲对发送阵列的线圈和梯度磁系统的控制，在^f兹共振设备的激励空间中产生具有第 一 实际非均匀性的磁化。
此外本发明还涉及一种计算机程序，其具有机器代码，该机器代码可以由磁共振设备的控制装置直接处理，并且通过控制装置执行该机器代码，使得控制装置实施这样的控制方法。本发明还涉及一种数据载体，其具有在该数据载体上存储的这样的计算机程序。
此外本发明还涉及一种磁共振设备的控制装置，其中该控制装置具有存储器，在该存储器中存储了这样的计算机程序，其中在该控制装置的运行中可以从存储器调用该计算机程序并且由控制装置来执行。
最后本发明涉及一种磁共振设备，其中
该磁共振设备具有基本磁铁、梯度磁系统、带有多个发送线圈的发送阵列和控制装置；
这些发送线圈可以由控制装置控制，从而借助这些发送线圈可以在磁共振设备的激励空间中产生磁化；
该控制装置如上所述被构造。
背景技术：
这样的内容是普遍公知的。
在具有大于约3T的基本磁场强度的磁共振设备中在患者身体内感应出极大的涡流。由此产生的后果是全身线圈的本来均匀的^f兹场分布仅在患者内部或多或少变得不均匀。个别情况下该不均匀性导致在特定身体区域的可靠成像成
5问题。
在传统的磁共振设备中可实现的场分布通过天线的控制预先固定给出。 期望的均匀磁化(=自旋的偏转)可以通过所谓的二维或三维激励脉冲实 现，其中高频波形和梯度脉沖波形被同时调制。该调制必须基于对高频场分布 的认识对每个患者重新确定。该方法在实践中被应用。但是该方法产生非常长
的发送脉沖(例如大于10ms)。
通过采用多通道发送系统可以类似于在接收时使用多通道系统而在发送 时对频率空间进4亍欠扫描。在这种情况下缺少的信息可以从线圈的不同的场特
性中获得。该过程作为概念"TX-SENSE"对专业人员是公知的。
迄今为止公知的二维或三维激励脉冲可以被"加速"。由此激励脉冲的持续 时间例如缩小到lms至4ms，从而使其具有对成像可用的长度。但是在这样的 激励脉冲情况下的问题是，甚至对未加速的TX-SENSE脉沖的SAR ( =specific absorption rate,特殊吸收率)和发送功率要求都相比传统的单通道发送系统要 高数倍(因数典型地约为20至30),并且此外对这样的脉沖的SAR和功率要 求大约以加速的平方上升。
例如在ISMRM2007第673和第674页公开的专业论文中，公知第一措施， 利用这些措施可以降低SAR。但是SAR还是明显高于单通道方案的SAR。
其它相关的现有技术例如W. A. Grissom等人的出版物"An Image Domain Approach for the Design of RF Pulses in Transmit SENSE", Proceedings International Society of Magnetic Resonance in Medicine 13(2005),第19页；Yudong Zhu的专业"i仑文"Parallel Excitation with an Array of Transmit Coils"，发表于 Magnetic Resonance in Medicince, Band 51(2004),第775至784页；Yudong Zhu的 专业论文"Parallel Excitation: Making SENSE of High-Field Body MRT，以及 US2005/134267A1。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种用于磁共振设备的发送阵列的线圈 的控制方法，以及与此相关的主题(计算机程序、数据载体、控制装置和磁共 振设备)，借助其可以明显降低SAR而且还能够实现良好的图像质量。
根据本发明，控制装置根据各个开始脉沖和在磁共振设备的激励空间中的 最大允许的非均匀性来确定各个激励脉沖。各个开始脉冲具有总持续时间。在
6控制装置按照各个开始脉冲来控制发送阵列的线圏和梯度磁系统的情况下，在磁共振设备的激励空间中产生磁化，该磁化具有比最大允许的非均匀性小的第二实际非均匀性。控制装置确定各个开始脉冲的中间位置，从而使各个开始脉冲被划分为第一脉沖分量和与此互补的第二脉沖分量。各个第一脉冲分量与各个开始脉沖的低能量部分相对应，各个第二脉冲分量与各个开始脉冲的高能部分相对应。控制装置在时间上延伸各个第二脉冲分量并由此在振幅上压缩各个第二脉冲分量。时间上被延伸且振幅上被压缩的各个第二脉沖分量与各个激励
脉冲相对应。控制装置这样确定中间位置，使得第一实际非均匀性刚好小于最大允许的非均匀性。
与此相应地，上述装置技术的技术问题通过相应的计算机程序解决，通过控制装置执行该计算机程序来实现这样的控制方法。这样的计算机程序存储在数据载体上。
在控制装置中在其存储器中存储了这样的计算机程序。磁共振设备具有这样的控制装置。
可以在时间上统一地延伸并由此在振幅上统一地压缩各个第二脉冲分量。但是具有优势的是，控制装置在时间上非线性地延伸各个第二脉冲分量。由此
可以进一步降低SAR。特别具有优势的是，各个第二脉冲分量的局部的能量越多，控制装置局部在时间上越多地延伸各个第二脉冲分量。通过该过程可以大大降低SAR。
时间上延伸的程度可以根据需要来确定。目前具有优势的是，控制装置将各个第二脉冲分量延伸到总持续时间。
整个开始脉沖例如可以在频率空间与二维或三维螺旋轨迹对应。在此具有优势的是，螺旋轨迹在频率空间从外部向内部延伸。
通常各个开始脉冲的各个第一脉冲分量在时间上位于各个开始脉沖的各个第二脉冲分量之前。但是作为例外也可以反过来。
可以固定预先给出最大允许非均勻性。但是优选将其预先给出到控制装置。
最大允许非均匀性可以大于5%。特别是可以位于5%和10%之间。优选第二实际非均匀性小于0.5%，特别是大约为0.25%。最大允许非均匀性和第二实际非均匀性的比值可以是相对大。特别是可以大于10: 1。
本发明的其它优点和细节从以下结合附图对本发明实施例的描述中得出。
在原理图中
图1示意性示出了磁共振设备的结构，
图2示意性示出了发送阵列的线圈，图3示出了流程图，
图4示例性示出了用于发送阵列的线圈的开始脉冲的振幅变化，图5至图7示出了与图4的开始脉冲共同起作用的梯度线圏的控制信号的不同图示，
图8示例性示出了用于如图4中的同一线圈的第二脉冲分量的振幅变化，图9至图11示出了与图8的第二脉冲分量共同起作用的梯度线圈的控制信号的不同图示，
图12示出了时间变换的例子。
具体实施例方式
根据图1，磁共振设备具有基本磁铁1。借助基本磁铁1在激励空间2中产生时间上静态的、空间上均匀的基本磁场。
此外磁共振设备还具有梯度^兹系统3。借助梯度磁系统3可以在激励空间2中在笛卡尔坐标系的三个轴方向上产生梯度^ 兹场。
此外磁共振设备还具有高频系统4。借助高频系统4可以将高频的、空间上基本均匀的激励场(高频场)施加到激励空间2中，从而激励置于激励空间2中的检查对象5 (通常是人5 )的磁共振。
高频系统4可以被构造为全身线圈。但是在本发明范围内高频系统4根据图2被构造为具有多个发送线圈6的发送阵列。发送线圈6可以单个(=单独)地被控制。
此外磁共振设备还具有控制装置7。控制装置7控制梯度磁系统3和高频系统4的发送线圈6。
通常控制装置被构造为软件可编程的控制器。由此其具有存储装置8,在其中存储了计算机程序9。在此计算机程序9可以在制造控制装置7时已经存储在存储装置8中。可替换地也可以将计算机程序9经过在图1中未示出的计
8算机连接(例如到因特网的连接)存储在存储装置8中。另外还可以将计算机
程序9存储在数据载体10上并且将数据载体10经过相应的接口耦合到控制装置7上，从而可以将计算机程序9从数据载体10中读出并且存储在存储装置8中。在此数据载体10在图1中仅仅示例性地作为CD-ROM示出。但是数据载体10还可以接受其它实施方式，例如被构造为USB记忆棒或存储卡。
计算机程序9以电子的、仅仅机器可读形式被存储在存储装置8中以及必要时还存储在数据载体10上。计算机程序9具有可以由控制装置7直接处理的机器代码11。在控制装置7的运行中，计算机程序9从存储装置8中被调用并且由控制装置7执行。由控制装置7执行计算机程序9,使得控制装置7实施以下结合图3详细解释的控制方法。在此事先指出，由于由控制装置7实施控制方法，因此至少控制发送线圈6。在许多情况下另外还控制梯度磁系统3。
根据图3，控制装置7在步骤S1中首先接受期望的检查类型T。然后控制
装置7在步骤S2中接受最大允许的非均匀性1*。在此最大允许的非均匀性1*
例如通过下列爿^式
"—爿max- ^min ( 1 )
乂min
来定义。在此Amax和Amin是在激励空间2内^兹化的最大及最小振幅A,该振幅可以在将激励脉沖P'施加到激励空间2时在整个脉冲持续时间之后在任意的时刻出现。可替换地最大允许的非均匀性1*也可以等价的方式来定义，例如通过磁化的标准偏差除以磁化的平均值来定义。
步骤S2只是可选的并且由此在图3中仅用虛线表示。可替换地，为了清楚地^L定最大允许的非均勾性I* ，可以将最大允许的非均匀性I*固定预先给出到控制装置7或者由控制装置7根据其它边界条件(特别是在步骤Sl中预先给出的检查类型T)自动地确定。不管用哪种方式来确定最大允许的非均匀性1*,最大允许的非均匀性P的值通常位于5%和10%之间，特别是可以大于5%。
在步骤S3中控制装置7为每个发送线圈6分别确定一个开始脉冲P以及用于梯度磁系统3的合适的控制。在此，开始脉冲P和控制的确定根据期望的检查类型T来进行。开始脉冲P在空间上和时间上一起定义磁化的振幅和相位。图4至图7示出
一个发送线圈6的开始脉冲P的振幅A与时间t的函数关系(图4 );x和y梯度磁场的变化与时间t的函数关系(图5和图6),以及由此产生的在频率空间中开始脉冲P的梯度轨迹。
高频脉冲P的相位关系没有一起示出。其同样在步骤S3中被确定。相应的过程对专业人员来说是普遍公知的。
从图4至图7特别可以看出，与梯度磁系统3的控制相关的整个开始脉冲
p在频率空间对应于二维或三维的螺旋轨迹。在此，根据梯度场在时间上的变
化螺旋轨迹在频率空间从外部向内部延伸。开始脉冲P的整个持续时间T'位于毫秒范围，例如根据图4至图6为2.8ms。
根据开始脉冲P和控制可以直接确定用于发送线圈6和梯度磁系统3的对应的控制信号S、 S'，从而控制装置7按照各个开始脉沖P来控制发送线圈6和梯度-兹系统3。如果采用该过程，则在激励空间2中产生的磁化具有相对小的实际非均匀性Il。该小的实际非均匀性Il小于最大允许非均匀性1*。特别地在最大允许非均匀性1*和小的实际非均匀性11之间的比值通常为大于10: 1的值。例如小的实际非均匀性Il可以低于0.5%，特别地大约为0.25%。
但是在本发明的范围内，不是根据开始脉冲P确定控制信号S、 S',而是控制装置7在步骤S4中确定各个开始脉冲P的中间位置Z。在此，中间位置Z对所有的开始脉冲P都是统一的。通过该过程，控制装置7在步骤S5中可以将各个开始脉冲p划分为第一脉沖分量Pl和第二脉沖分量P2,即在时间上位于中间位置Z之前的第一脉冲分量Pl以及在时间上位于中间位置Z之后的第二脉冲分量P2。根据图4至图7，中间位置Z例如为2.5ms。但是该位置"f义一义是示例性的。类似的过程被用于梯度磁系统3的控制。
从图4可以看出，第一脉沖分量Pl与各个开始脉冲P的低能部分对应，第二脉冲分量P2与各个开始脉冲P的高能部分对应。此外可以看出，各个开始脉冲P的第一脉冲分量Pl在时间上位于各个开始脉冲P的第二脉冲分量P2之前。
在根据本发明的过程范围内第一脉冲分量Pl是不重要的。在后面不再使用它。仅使用第二脉冲分量P2。由此在步骤S6中控制装置7选择第二脉冲分量P2。在图8至图11中，与整个开始脉冲P类似，在发送天线6的振幅A与时间t的函数关系中、x和y梯度与时间t的函数关系中以及在频率空间中的梯度轨迹中示出第二脉冲分量P2。
在步骤S7中控制装置7将第二脉沖分量P2在时间上延伸。其与此相应地在振幅A上压缩第二脉沖分量P2。在此，时间上的延伸和与此相应地在振幅A上的压缩对所有第二脉冲分量P2都关于统一的时基并以统一的方式进行。梯
度磁系统3的控制在时间上类似地延伸，但是不在振幅上压缩。
根据步骤S7,时间上的延伸进行到整个持续时间T'。这虽然是具有优势的， 但不是必须的。
在步骤S8中控制装置7按照其各个在时间上被延伸的并且在振幅A上被 压缩的第二脉冲分量P2来控制发送阵列4的线圈6和梯度磁系统3。由此，在 时间上被延伸的和在振幅A上^皮压缩的第二脉冲分量P2与各个激励脉冲P'相 对应。在此，通过控制装置7对发送线圏6的控制对每个发送线圈6单独地进 行。
由于按照各个激励脉冲P'来控制发送阵列4的线圈6和梯度磁系统3,因 此在激励空间2中达到实际的实际非均匀性I2。该实际的实际非均匀性I2大于 上面与开始脉沖P —起提到的小的实际非均匀性II。其值取决于中间位置Z的 位置。中间位置Z由控制装置7这样确定，使得实际的实际非均匀性I2刚好小 于最大允许非均匀性P。
由此通过按照本发明的过程实现了 ，控制装置7根据各个开始脉沖P和在 激励空间2中的最大允许非均匀性1*来确定各个激励脉冲P'。
在最简单的情况下，控制装置在步骤S7的范围内对第二脉沖分量进行在
时间t上的线性延伸和与此相关的对第二脉沖分量P2在振幅A上的线性压縮。
即以延伸系数k进行时间上的延伸和以系数k进行压缩，其中系数k (按照上
面的数字例子)由
^ 2.8m =1^933 ( 2 )
2.8附s-2.5附5 0.3
确定。但是优选控制装置7在步骤S7范围内对各个第二脉冲分量P2进行时间 上的非线性延伸。在此特别是，各个第二脉冲分量P2局部能量越多，控制装 置7就可以将各个第二脉冲分量P2局部地在时间上越多地延伸。为清楚起见， 在此指出，词"局部"与在各个第二脉沖分量P2内部的特定时刻相关。在这种情 况下，用于发送激励脉冲P'的发送线圈6的振幅A'根据下列关系产生
4')眉 (3)
图12示出了时间的相应可能的非线性变换。
与传统的解决方案相比，通过按照本发明的过程明显改善了可实现的磁化的均勻性。而且还能够实现相对短的激励脉冲P'。所需的峰值发送功率和与此
相关的SAR被降低到使得在激励空间2中同时的均匀磁化情况下的相应值接近 传统激励情况下可实现的值。
上面的描述只是用于解释本发明，并不是限制本发明。
权利要求
1. 一种用于磁共振设备的发送阵列(4)的线圈(6)和梯度磁系统(3)的控制方法，其中磁共振设备的控制装置(7)分别相应于一个激励脉冲(P′)来控制发送阵列(4)的线圈(6)和梯度磁系统(3)；基于该分别相应于一个激励脉冲(P′)对发送阵列(4)的线圈(6)和梯度磁系统(3)的控制，在磁共振设备的激励空间(2)中产生具有第一实际非均匀性(I2)的磁化；所述控制装置(7)借助相应的开始脉冲(P)和在磁共振设备激励空间(2)中的最大允许非均匀性(I*)来确定各个激励脉冲(P′)；各个开始脉冲(P)具有总的持续时间(T′)并且在所述控制装置(7)相应于各个开始脉冲(P)来控制发送阵列(4)的线圈(6)和梯度磁系统(3)的情况下，在磁共振设备的激励空间(2)中产生磁化，该磁化具有比最大允许非均匀性(I*)小的第二实际非均匀性(I1)；所述控制装置(7)确定各个开始脉冲的中间位置(Z)，从而使各个开始脉冲(P)分别被划分为第一脉冲分量(P1)和与此互补的第二脉冲分量(P2)；使各个第一脉冲分量(P1)与各个开始脉冲(P)的低能量部分相对应，将各个第二脉冲分量(P2)与各个开始脉冲(P)的高能量部分相对应；控制装置(7)将各个第二脉冲分量(P2)在时间上进行延伸并由此在振幅(A)上进行压缩；使各个在时间上被延伸的并且振幅(A)上被压缩的第二脉冲分量(P2)与各个激励脉冲(P′)相对应；控制装置(7)这样确定中间位置(Z)，使得第一实际非均匀性(I2)刚好小于最大允许非均匀性(I*)。
2. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于， 所述控制装置(7)在时间上非线性地延伸各个第二脉冲分量(P2)。
3. 根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，各个第二脉沖分量(P2)局部的能量越多，所述控制装置(7)就在时间 上局部地越多地延伸各个第二脉沖分量(P2)。
4. 根据权利要求l、 2或3所述的控制方法，其特征在于， 所述控制装置(7)将各个第二脉冲分量(P2)延伸到总持续时间(T')。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于， 整个开始脉冲(P)在频率空间与二维或三维螺旋轨迹相对应。
6. 根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于， 所述螺旋轨迹在频率空间从外部向内部延伸。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于， 所述开始脉冲(P)的各个第一脉冲分量(Pl )在时间上位于开始脉沖(P)的各个第二脉冲分量(P2)之前。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于， 预先为所述控制装置(7)给出最大允许非均匀性(1*)。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于， 所述最大允许非均匀性(1*)大于5%,特别是位于5%和10%之间。
10. 根据上述权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于， 所述第二实际非均匀性(II)小于0.5%,特别是大约为0.25%。
11. 根据上述权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于， 最大允许非均匀性(1*)和第二实际非均匀性(II)的比值大于10: 1。
12. —种计算机程序，其具有机器代码(ll)，该机器代码(ll)可以由 磁共振设备的控制装置(7)直接处理，并且通过该控制装置(7)执行该机器 代码(11),使得该控制装置(7)实施根据上述权利要求中任一项所述的控制 方法。
13. —种数据载体，其具有在该数据载体上存储的根据权利要求12所述 的计算机程序(9)。
14. 一种磁共振设备的控制装置，其中，该控制装置具有存储装置(8)， 在该存储装置(8)中存储了根据权利要求12所述的计算机程序(9)，其中该 控制装置在运行中可以从存储装置(8)调用该计算机程序(9)并且由该控制 装置来执行。
15. —种磁共振设备，其中该磁共振设备具有基本磁铁(1 )、梯度磁系统(3 )、带有多个发送线圈(6 ) 的发送阵列(4)和控制装置(7);这些发送线圈(6)和梯度磁系统(3)可以由控制装置(7)控制，从而借助发送线圈(6)和梯度磁系统(3)可以在磁共振设备的激励空间(2)中产生》兹化；该控制装置(7)根据权利要求14构造。
全文摘要
磁共振设备的控制装置按照激励脉冲控制发送阵列的线圈和梯度磁系统，以在激励空间中产生第一实际非均匀性的磁化。控制装置根据开始脉冲和激励空间的最大允许非均匀性确定激励脉冲。开始脉冲具有总持续时间。在控制装置按照开始脉冲控制发送阵列线圈和梯度磁系统时在激励空间中产生具有小于最大允许非均匀性的第二实际非均匀性的磁化。控制装置确定开始脉冲的中间位置，使开始脉冲分为第一脉冲分量和与此互补的第二脉冲分量。第一脉冲分量对应于开始脉冲低能部分，第二脉冲分量对应于高能部分。控制装置在时间上延伸并在振幅上压缩第二脉冲分量。时间上延伸且振幅上压缩的第二脉冲分量对应于激励脉冲。第一实际非均匀性刚好小于最大允许非均匀性。
文档编号G01R33/38GK101487881SQ20091000187
公开日2009年7月22日 申请日期2009年1月14日 优先权日2008年1月14日
发明者于尔根·尼斯特勒, 塞巴斯蒂安·沃尔夫, 德克·迪尔, 沃尔夫冈·伦兹, 马库斯·维斯特 申请人:西门子公司