Mri放射治疗装置的静态磁场的校正的制作方法

Mri放射治疗装置的静态磁场的校正的制作方法
【专利摘要】一种校正包括磁共振成像系统（302）和放射治疗系统（304）的MRI放射治疗装置（300）的磁场的方法。所述MRI系统包括用于在成像区域318内生成磁场的磁体（306）。所述磁体生成具有处于所述成像区域之外的零交叉（346、404）的磁场。所述医疗装置还包括被配置为绕旋转轴（333）旋转铁磁部件（336、510）的扫描架（332）。所述方法包括安装（100、200）位于垂直于所述旋转轴的径向路径（344、504）上的磁校正元件（348、900、1000）的步骤。在所述径向路径上定位所述磁校正元件，从而减小由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的磁场的变化。所述方法还包括重复地：测量（102、202、1204）所述成像区域内的磁场；确定（104、204、1206）所述成像区域内的磁场的变化；并且如果所述磁场的变化高于预定阈值，则调整（106、206、1208）所述磁校正元件沿所述径向路径的位置。
【专利说明】MRI放射治疗装置的静态磁场的校正
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及磁共振成像，具体而言涉及通过磁共振成像引导的放射治疗。
【背景技术】
[0002]磁共振成像(MRI)扫描器使用静态磁场将原子的核自旋对齐，以作为用于产生受检者体内的图像的程序的部分。在MRI扫描期间，由发射器线圈生成的射频(RF)脉冲对局部磁场造成干扰，并且由接收器线圈探测核自旋发射的RF信号。这些RF信号用于构造MRI图像。
[0003]磁共振图像的快速采集已经被成功地用于引导各种放射治疗模态。美国专利6198957描述了一种将线性加速器与MRI相结合的治疗装置。

【发明内容】

[0004]本发明在独立权利要求中提供了一种校正磁场医疗装置的方法和一种医疗装置。在从属权利要求中给出了实施例。
[0005]在MR放射治疗中，绕扫描架上的MR磁体旋转的辐射源含有铁磁材料，铁磁材料能够干扰成像体积内的磁场。本发明提供了各种不同的消除或减少这些场干扰的方法:一种方法基于BO磁场的零交叉，从而能够以使其净磁化为零的方式放置铁磁干扰元件或铁磁元件。另外两种方法采用无源(具有相反磁化的铁磁体)或者有源(磁场线圈)的补偿元件。
[0006]这些补偿方法可以提供的优点在于其独立于扫描架的位置和速度，因为BO磁场具有旋转对称，并且可以将补偿设备(如果存在)固定于旋转干扰元件。
[0007]文中使用的“计算机可读存储介质”包含任何可以存储可由计算设备的处理器执行的指令的有形存储介质。可以将所述计算机可读存储介质称为计算机可读非暂态存储介质。也可以将计算机可读存储介质称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括但不限于:软盘、磁硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储设备、USB拇指驱动器、随机存取存储设备(RAM)、只读存储设备(ROM)、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩盘(CD)和数字通用盘(DVD)，例如 CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW 或 DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还指计算机设备能够经由网络或通信链路访问的各种类型的记录介质。例如，可以在调制调解器、因特网或局域网上检索数据。
[0008]“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是任何可由处理器直接访问的存储器。计算机存储器的范例包括但不限于:RAM存储器、寄存器和寄存器文件。
[0009]“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储设备是任何非易失计算机可读存储介质。计算机存储设备的范例包括但不限于:硬盘驱动器、USB拇指驱动器、软盘驱动器、智能卡、DVDXD-ROM以及固态硬盘驱动器。在一些实施例中，计算机存储设备还可以是计算机存储器，反之亦然。[0010]文中使用的“处理器”包含能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。包括“处理器”的计算设备的引述应解释为能够包含超过一个处理器或处理核。例如，处理器可以是多核处理器。处理器还可以指处于单个计算机系统内的或者分布于多个计算机系统当中的处理器的集合。术语计算设备还应被解释为能够指每者均包括一个或多个处理器的计算设备的集合或网络。许多程序具有其由多个处理器执行的指令，这些处理器可以处于相同计算设备内，甚至可以跨越多个计算设备分布。
[0011]文中使用的“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。也可以将“用户接口”称为“人类接口设备”。用户接口可以向操作者提供信息或数据，和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使计算机能够接收来自操作者的输入，并且可以将来自计算机的输出提供给用户。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。数据或信息在显示器或图形用户接口上的显示是向操作者提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触控板、指示杆、图形输入板、操纵杆、游戏键盘、网络摄像机、耳机、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、跳舞板、遥控器以及加速度计的数据接收均为能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的范例。
[0012]文中使用的“硬件接口”包含能够使计算机系统的处理器与外部计算设备和/或装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算设备和/或装置发送控制信号或指令。硬件接口还可以使处理器与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的范例包括但不限于:通用串行总线、IEEE1394端口、并行端口、IEEE1284端口、串行端口、RS_232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口以及数字输入接口。
[0013]文中使用的“显示器”或“显示设备”包含适于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出可视、音频和/或触觉数据。显示器的范例包括但不限于:计算机监视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储管、双稳态显示器、电子纸、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子体显示板(PDP)、液晶显示器(IXD)、有机发光二极管显示器(0LED)、投影仪和头盔显示器。
[0014]文中将磁共振(MR)数据定义为在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线记录的原子自旋发射的射频信号的测量结果。文中将磁共振成像(MRI)图像定义为对磁共振成像数据内包含的解剖结构数据重建的二维或三维可视化。可以使用计算机执行这种可视化。
[0015]文中使用的医疗图像数据包含描述受检者的解剖结构的数据。磁共振图像是一种类型的医疗图像数据。
[0016]在一个方面中，本发明提供了一种校正医疗装置的磁场的方法。可以将磁场的校正解释为使磁场更加均匀或者减小由于铁磁物体关于磁场的移动而导致的磁场的变化。也可以将磁场的校正解释为减小由于铁磁元件或物体导致的磁场干扰。所述医疗装置包括用于采集来自成像区域的磁共振数据的磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括用于在所述成像区域内生成磁场的磁体。所述磁体还适于生成所述磁场从而使得所述磁场具有在所述成像区域之外的零交叉。本文使用的零交叉是磁场线的方向，尤其是极性发生变化的点。所述零交叉中的磁场可以是零或者具有接近零的值。所述磁场零交叉可以低于预定值。所述医疗装置还包括被配置为绕成像区域旋转的扫描架。所述扫描架被配置为绕旋转轴旋转。本文使用的扫描架包含适于令一个或多个物体绕旋转轴按环形路径旋转的装置。
[0017]在一些实施例中，所述磁场还可以具有对称轴。例如，所述磁体可以是具有通过成像区域中心的轴的圆柱型磁体。在一些实施例中，所述扫描架的旋转轴与所述磁体的轴对准。
[0018]所述医疗装置还包括铁磁部件。例如，所述铁磁部件可以是医疗仪器或处置设备的部分。所述扫描架还被配置为或者还适于令铁磁部件绕所述旋转轴旋转。校正磁场的目的在于减小成像区域的磁场和各个体素随铁磁部件绕旋转轴旋转而发生的变化。
[0019]所述方法包括安装位于垂直于所述旋转轴的径向路径上的磁校正元件的步骤。所述磁校正元件可以适于随着所述铁磁部件的旋转而通过所述扫描架进行旋转。所述径向路径经过所述铁磁部件的预定距离。在所述径向路径上定位所述磁校正元件，从而减小由所述铁磁部件绕所述旋转轴的旋转而导致的成像区域内的磁场的变化。例如，在一些情况下，当位于所述零交叉的一侧时，所述铁磁部件可以表示为偶极子。在一些实施例中，将所述磁校正元件沿所述径向路径置于所述零交叉的相对侧。其具有偶极矩的作用，这表示所述铁磁部件大体上抵消了所述磁校正元件的偶极矩。所述方法还包括针对至少一个扫描架旋转位置重复地测量所述成像区域内的磁场的步骤。在一些实施例中，在多个扫描架旋转位置处测量磁场。
[0020]所述方法还包括重复地使用所测量的磁场确定由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的磁场的变化的步骤。在一些实施例中，使用所测量的磁场确定由所述铁磁部件绕所述旋转轴的旋转而造成的所述成像区域内的磁场的变化。即，在一些实施例中，可以使扫描架停留在单个位置上，而在其他实施例中，可以将扫描架移动到多个位置上，并在这些位置中的每者上测量磁场。在一些实施例中，可以在安装铁磁部件之前测量磁场。在这种情况下，未必一定要旋转扫描架才能理解磁场的变化。所述方法还包括如果所述磁场的变化高于预定阈值则重复地调整所述磁校正元件沿所述径向路径的位置以迭代地减小所述磁场的变化的步骤。例如，这一目的可以通过调整并记录位置，之后使用这种数据以迭代的方式接近根本上减小了所述磁场的变化或者校正了所述磁场的位置而实现。
[0021]这一实施例可以是有利的，因为其提供了一种独立于扫描架的位置和速度校正铁磁部件的磁场的方法。
[0022]在另一实施例中，使用所测量的磁场确定由所述铁磁部件绕所述旋转轴的旋转而造成的所述成像区域内的磁场的变化。在这一实施例中，在多个扫描架旋转位置处测量所述成像区域内的磁场。
[0023]在另一实施例中，所述方法还包括在测量磁场之后重复地沿所述径向路径重新定位所述铁磁部件以迭代地减小由所述铁磁部件导致的成像区域内的磁场的变化的步骤。这一实施例是有利的，因为沿所述径向路径改变所述铁磁部件的位置也可以减小由所述铁磁部件所导致的磁场的变化。例如，能够相对于所述磁校正元件改变所述铁磁部件的位置，并且也可以将所述铁磁部件部分定位在所述零交叉的任意侧。在这种情况下，所述铁磁部件的一个部分的偶极矩可以抵消所述铁磁部件的另一部分的偶极矩。
[0024]在另一实施例中，所述方法还包括在测量磁场之后反复地沿所述径向路径重新定位所述铁磁部件以迭代地减小由所述铁磁部件导致的成像区域内的磁场的变化的步骤。这一实施例可以具有的优点在于，相对于所述磁校正元件和/或零交叉移动所述铁磁部件能够减小由所述铁磁部件造成的磁场的变化。
[0025]在另一实施例中，根据经验选择所述铁磁部件沿所述径向路径的位置。例如，可以通过保持磁场测量结果的记录，并使用该记录迭代地接近减小了所述磁场的变化的所述铁磁部件的位置来执行这一操作。
[0026]在另一实施例中，通过分析和模拟选择或确定所述铁磁部件沿所述径向路径的位置。例如，可以通过对所述磁体和所述铁磁部件建模而执行这一操作。
[0027]一种执行该操作的示范性方法是:
[0028]1、生成扫描架上的每一磁部件的等价磁模型(等价磁偶极子的位置和强度)。这能够通过对所述部件的详细的磁建模(如果已知所有的相关细节)或者通过实验室环境中的磁表征来完成
[0029]2、建立所述扫描架的模拟模型，其具有所述磁部件的处于它们适当位置处的等价磁偶极子
[0030]3、计算磁源的组合集合的成像体积内的场图
[0031]4、向模型添加补偿措施(根据本发明的磁物体、线圈)，并改变它们的强度和位置，直到所述模型预测净场干扰小于所要求的容限度
[0032]5、按所设计地建立一切并根据经验做出最终校正。
[0033]在另一实施例中，所述装置还包括电源。例如，所述电源可以提供直流电流。所述医疗装置还包括被配置为当由所述电源供应电流时生成补偿磁场的线圈。所述方法还包括在测量成像区域内的磁场之后重复地调整所述电源向所述线圈提供的电流以减小由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的磁场的变化的步骤。在一些实施例中，可以执行这种操作以减小由所述铁磁部件绕所述旋转轴的旋转而导致的磁场的变化。可以将所述线圈放置在多种位置上。例如，其可以被放置到所述铁磁部件的周围，并用于创建偶极子场，所述偶极子场可以大致或者大体抵消所述铁磁部件的偶极子场。在其他实施例中，可以将所述线圈放置于沿所述径向路径的其他位置上。电流的极性和强度能够用于使得所述线圈生成的偶极子场大致或大体抵消所述铁磁部件生成的偶极子场。这一实施例是有利的，因为其允许校正磁场而无需进行机械放置物体。
[0034]在另一实施例中，将所述线圈定位到所述铁磁部件周围。
[0035]在另一实施例中，将所述线圈定位在距所述径向路径的预定距离内。
[0036]在另一实施例中，所述磁场校正元件是被配置为当由电源供应电流时生成补偿磁场的线圈。
[0037]在另一实施例中,所述磁场校正元件是铁磁元件。
[0038]在另一实施例中，所述磁场校正元件是永磁体。
[0039]在另一实施例中，所述方法还包括安装至少一个额外的磁校正元件并针对所述至少一个额外的磁校正元件重复所述校正方法。这一实施例是有利的，因为可以针对任何数量的铁磁部件重复所述方法。
[0040]在另一实施例中，使用磁力计测量磁场。
[0041]在另一实施例中，使用磁共振成像系统测量磁场。例如，可以将模型置于成像区域或者成像区域的部分内，并且可以使用磁共振成像系统本身测量磁场均匀性。
[0042]在另一实施例中，根据经验确定所述磁校正元件沿所述径向路径的放置。
[0043]在另一实施例中，通过分析和模拟确定所述磁校正元件沿所述径向路径的放置。
[0044]在另一实施例中，存储在磁场测量过程中采集的数据。所述方法还可以包括检索所存储的数据并使用该数据确定由所述磁校正元件沿所述径向路径的位移而导致的磁场的变化的步骤。这可以是有利的，因为类似构造的磁体可以产生非常类似的磁场。一旦针对一个这样的磁体沿径向路径准确地放置了磁校正元件，这种数据就可以用于在不同的磁体中更加快速地放置类似的磁校正元件。
[0045]在另一方面中，本发明提供了一种医疗装置，其包括用于采集来自成像区域的磁共振数据的磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括用于在所述成像区域内生成磁场的磁体。所述磁体还适于生成所述磁场从而使得所述磁场具有在所述成像区域之外的零交叉。所述医疗装置还包括被配置为绕所述成像区域旋转的扫描架。所述扫描架被配置为绕旋转轴旋转。所述医疗装置还包括铁磁部件。所述扫描架还被配置为或者还适于绕所述旋转轴旋转所述铁磁部件。所述医疗装置可以包括一个以上的铁磁部件。所述医疗装置还包括位于垂直于所述旋转轴的径向路径上的磁校正元件。所述径向路径经过所述铁磁部件的预定距离。在所述径向路径上定位所述磁校正元件，从而减小由所述铁磁部件绕所述旋转轴的旋转而导致的成像区域内的磁场的变化。在一些实施例中，在所述径向路径上定位所述磁校正元件，从而减小由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的磁场的变化。先前已经描述了这一实施例的优点。
[0046]在另一实施例中，在所述径向路径上定位所述铁磁部件，从而减小由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的磁场的变化。
[0047]在另一实施例中，在所述径向路径上定位所述铁磁部件，从而减小由所述铁磁部件绕所述旋转轴的旋转导致的所述成像区域内的磁场的变化。
[0048]在另一实施例中，所述装置还包括电源。所述医疗装置还包括被配置为当由电源供应电流时生成补偿磁场的线圈。所述线圈可以生成补偿所述铁磁部件生成的偶极子场的补偿磁场。所述补偿磁场被配置为减小由所述铁磁部件绕所述旋转轴的旋转而导致的所述成像区域内的磁场的变化。先前已经讨论了这一实施例的优点。
[0049]在另一实施例中，所述装置还包括电源。所述医疗装置还包括被配置为当由电源供应电流时生成补偿磁场的线圈。所述补偿磁场被配置为减小由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的磁场的变化。先前已经讨论了这一实施例的优点。
[0050]在另一实施例中，将所述线圈定位到所述铁磁部件周围。
[0051]在另一实施例中，将所述线圈定位于距所述径向路径的预定距离内。
[0052]在另一实施例中，所述铁磁部件是放射治疗装置的部件。
[0053]在另一实施例中，所述铁磁部件是线性加速器或LINAC的部件。
[0054]在另一实施例中，所述铁磁部件是带电粒子束输送系统的部件。本文使用的带电粒子束输送系统是适于或者被构造为向目标发射带电粒子射束的系统。
[0055]在另一实施例中，所述铁磁部件是带电粒子光学器件的部件。
[0056]在另一实施例中，所述铁磁部件是弯转磁体的部件。
[0057]在另一实施例中，所述铁磁部件是聚焦磁体的部件。[0058]在另一实施例中，所述铁磁部件是准直器。
[0059]在另一实施例中，所述铁磁部件是准直器的部件。
[0060]在另一实施例中，所述铁磁部件是遮光器的部件。
[0061]在另一实施例中，所述铁磁部件是衰减器的部件。
[0062]在另一实施例中，所述铁磁部件是冷却系统的部件。
[0063]在另一实施例中，所述铁磁部件是电源的部件。
[0064]在另一实施例中，所述铁磁部件是诸如控制器的控制硬件的部件。
[0065]在另一实施例中，所述铁磁部件是束流收集器的部件。
【专利附图】

【附图说明】
[0066]在下文中将仅通过举例，并参考附图描述本发明的优选实施例，在附图中:
[0067]图1示出了图示根据本发明的实施例的方法的流程图；
[0068]图2示出了图示根据本发明的另一实施例的方法的流程图；
[0069]图3示出了根据本发明的实施例的医疗装置；
[0070]图4绘出了根据本发明的实施例的计算的磁场值；
[0071]图5图示了与磁体相邻的铁磁部件；
[0072]图6绘出了作为位置的函数的铁磁部件对成像区域内的磁场的影响；
[0073]图7图示了邻近磁体的铁磁部件和磁校正元件；
[0074]图8绘出了作为所述磁校正元件的位置的函数的所述铁磁部件和所述磁校正元件对成像区域内的磁场的影响；
[0075]图9图示了邻近磁体的铁磁部件和永磁体；
[0076]图10图示了邻近磁体的铁磁部件和补偿线圈；
[0077]图11绘出了作为提供给所述线圈的电流的函数的所述铁磁部件和所述线圈对成像区域内的磁场的影响；并且
[0078]图12示出了图示根据本发明的另一实施例的方法的流程图。
[0079]附图标记列表
[0080]300医疗装置
[0081]302磁共振成像系统
[0082]304放射治疗系统
[0083]306 磁体
[0084]308磁体的腔膛
[0085]310磁场梯度线圈
[0086]312磁场梯度线圈电源
[0087]314射频线圈
[0088]316收发器
[0089]318成像区域
[0090]320受检者
[0091]322受检者支撑物
[0092]324低温保持器[0093]326超导线圈
[0094]328补偿线圈
[0095]330减小的磁场区域
[0096]332扫描架
[0097]333旋转轴
[0098]334放射治疗源
[0099]335旋转驱动器
[0100]336准直器(铁磁部件)
[0101]338辐射束
[0102]340支撑物定位系统
[0103]342目标区域
[0104]344径向路径
[0105]346零交叉
[0106]348磁校正元件
[0107]350计算机系统
[0108]352处理器
[0109]354 硬件接口
[0110]356 用户接口
[0111]358计算机存储设备
[0112]360计算机存储器
[0113]370磁共振数据
[0114]372磁共振图像
[0115]374处置计划
[0116]376图像配准
[0117]378脉冲序列
[0118]380磁场测量结果
[0119]382控制模块
[0120]384命令发生模块[0121 ]386磁共振控制模块
[0122]388图像重建模块
[0123]390图像分割模块
[0124]400径向距离
[0125]402磁通密度
[0126]404零交叉
[0127]500坐标系原点
[0128]502X 轴
[0129]504Y 轴
[0130]506Z 轴
[0131]508磁体线圈[0132]510铁磁部件
[0133]600铁磁部件相对于原点的位置
[0134]602磁场强度
[0135]604磁场贡献的范围
[0136]606零交叉
[0137]700铁块(磁校正元件)
[0138]800磁场贡献的范围
[0139]802减小的场区域
[0140]900永磁体
[0141]1000 线圈
[0142]1100电流密度
[0143]1102磁场贡献的范围
[0144]1104减小的场区域
具体实施例
[0145]这些附图中的编号相似的元件是等价元件或执行相同功能。如果功能等价，先前论述过的元件未必会在后面的图中加以论述。
[0146]图1示出了图示根据本发明的实施例的方法的流程图。在步骤100中，安装磁校正元件，从而使所述磁校正元件位于垂直于旋转轴的径向路径上。在实际的实践当中，可以将所述磁校正元件定位为与所述径向路径相距短距离或预定距离。接下来，在步骤102中，测量成像区域内的磁场，以确定铁磁部件和磁校正元件对磁场的影响。在步骤104中,确定由所述铁磁部件造成的磁场的变化。在步骤104中，评估用于校正铁磁部件的偶极子场的磁校正元件的效用。接下来，在步骤106中调整所述磁校正元件沿所述径向路径的位置。迭代重复步骤102、104和106，以减小由铁磁部件导致的磁场的变化。当将由所述铁磁部件导致的磁场的变化减小至可接受的或者预定的水平时，所述方法结束。可以通过安装一个或多个额外的铁磁部件对所述方法进行扩展。还可以为每一增加的铁磁部件增加额外的磁校正元件。那么当将每一铁磁部件安装至医疗装置，可以针对每一铁磁部件重复图1所示的方法。
[0147]图2示出了图示根据本发明的另一实施例的方法的流程图。在步骤200中安装线圈。接下来，在步骤202中测量成像区域内的磁场。在步骤204中确定由铁磁部件导致的磁场的变化。在步骤206中任选调整线圈相对于径向路径的位置。在步骤208中任选调整提供给所述线圈的电流。步骤206和208允许以多种能够对磁场进行精细校正的方式执行磁场校正。
[0148]图3图示了根据本发明的实施例的医疗装置。所述医疗装置包括磁共振成像系统302。所述磁共振成像系统包括磁体306。图3所示的磁体是圆柱型超导磁体。所述磁体具有带有超导线圈的液氦冷却低温保持器。也可以使用永磁体或常导磁体。也能够使用不同类型的磁体，例如，也能够使用分裂圆柱形磁体以及所谓的开放磁体两者。分裂圆柱形磁体与标准圆柱形磁体类似，除了低温保持器分裂成了两个部分，从而允许接近磁体的等平面，这样的磁体可以例如与带电粒子束治疗结合使用。开放磁体具有两个磁体部分，两个部分中的一个处于另一个之上，其间具有大到足够容纳受检者的空间:两个部分区域的布置与亥姆霍兹线圈的布置类似。开放磁体是普遍使用的，因为其对受检者限制更少。在圆柱形磁体的低温保持器内有超导线圈的集合。在圆柱形磁体306的腔膛308内具有成像区域318，在那里磁场足够强而均匀，以执行磁共振成像。
[0149]在磁体的腔膛308内还有磁场梯度线圈310，其用于在磁共振数据的采集期间对磁体的成像区域内的磁自旋空间编码。将磁场梯度线圈310连接至磁场梯度线圈电源312。磁场梯度线圈旨在为具有代表性的。通常磁场梯度线圈410含有三个独立的线圈集合，以沿三个正交的空间方向进行空间编码。磁场梯度电源向磁场梯度线圈提供电流。提供给所述磁场线圈的电流作为时间的函数被控制，并且可以为倾斜或脉冲的。
[0150]与成像区域318相邻的是连接至收发器316的射频线圈314。受检者320也处于腔膛308内，其休止于受检者支撑物322上。射频线圈314适于操纵成像区域内的磁自旋的取向，并且接收来自也处于成像区域内的自旋的无线电发射。射频线圈314可以含有多个线圈元件。还可以将所述射频线圈称为信道或天线。可以通过单独的发射和接收线圈以及单独的发射器和接收器替代射频线圈314以及射频收发器316。应当理解，射频线圈314和射频收发器316是具有代表性的。射频线圈314也可以表示专用发射天线和专用接收天线。类似地，所述收发器也可以表示单独的发射器和接收器。
[0151]图3所示的医疗装置包括放射治疗系统304。磁体306是超导磁体,并包括具有若干超导线圈326的低温保持器324。还有补偿线圈328，其建立了围绕磁体306的具有降低的磁场330的区域。在这一实施例中放射治疗系统304旨在表示通常的放射治疗系统。这里所示的部件通常用于LINAC和X射线治疗系统。然而，利用较小的修改，例如使用分裂磁体，也能够使用该图图示带电粒子或β粒子放射治疗系统。存在扫描架332，其用于绕磁体306旋转放射治疗源334。通过旋转驱动器335将扫描架332绕旋转轴333旋转。存在通过扫描架332旋转的放射治疗源334。放射治疗源334生成通过准直器336的辐射束338。在该图中不出了由福射束338福射的标记为342的目标区域。随着福射源334绕旋转轴333旋转，始终对目标区域342进行辐射。还有支撑物定位系统340，其用于定位支撑物322，从而优化目标区域342相对于放射治疗系统304的位置。
[0152]将垂直于旋转轴333的径向路径示为通过铁磁部件336或准直器。将零交叉346示为位于径向路径344上。铁磁部件336位于零交叉346的一侧上，并且磁校正元件348位于零交叉346的另一侧上。将磁校正元件348示为位于径向路径344上。
[0153]还将医疗装置300示为包括计算机系统350。所述计算机系统包括处理器352、硬件接口 354、用户接口 356、计算机存储设备358和计算机存储器360。将处理器352连接至这些部件354、356、358、360，并能够与这些部件共同运行。将硬件接口 354示为连接至收发器316、电源312、旋转驱动器335和支撑物定位系统340。硬件接口 354允许处理器352向所有的这些部件312、316、335、340发送控制信号并从这些部件接收控制信号。
[0154]将计算机存储设备358示为含有使用磁共振成像系统302采集的磁共振数据370。还将计算机存储设备358示为含有从磁共振数据370重建的磁共振图像372。还将计算机存储设备358示为含有处置计划374。所述处置计划含有可由医疗装置300执行的指令，其使得所述医疗装置使用放射治疗源334处置受检者320。还将计算机存储设备358示为含有图像配准376。图像配准允许处理器352定位受检者320内的目标区域342。计算机存储设备358还含有至少一个脉冲序列378。脉冲序列378可以用于采集用于引导放射治疗源334的数据，和/或采集来自该图中未示出的模型的磁场测量结果。还将计算机存储设备358示为含有磁场测量结果380。磁场测量结果380可以用于迭代地选择磁场校正元件348的位置。
[0155]将计算机存储器360示为含有用于控制医疗装置300的操作和功能的计算机可执行代码。将计算机存储设备示为含有控制模块382。控制模块含有用于操作和控制医疗装置300的指令。还将计算机存储器360示为含有命令发生模块384。命令发生模块384适于使用处置计划374以及在一些实施例中的图像配准376，以生成令医疗装置300处置目标区域342的命令。将计算机存储器360示为还含有磁共振控制模块386。磁共振控制模块386适于生成命令，并使用脉冲序列378控制磁共振成像系统302的操作。还将计算机存储器360示为含有图像重建模块388。图像重建模块388含有用于从磁共振数据370重建磁共振图像372的计算机可执行代码。还将计算机存储器360示为含有图像分割模块390。图像分割模块390含有用于分割磁共振图像372并执行图像配准376的计算机可执行代码。
[0156]图3所示的实施例是示范性的，并且能够由扫描架旋转其他类型的铁磁部件。例如，对于带电粒子射束系统，扫描架能够旋转带电粒子光学器件。在这样的实施例中，能够利用允许带电粒子束自由穿过受检者的分裂磁体设计替代圆柱形磁体。
[0157]图4示出了磁共振成像系统的磁体的径向场分布。所述磁体是圆柱型磁体。在图4中示出了处于z=0平面内的Bz分量。X轴400以米为单位给出了 x、y、z坐标。y轴402以特斯拉为单位给出了磁通密度。标记为404的点是磁场强度变为零的点，因而是零交叉。
[0158]图5图示了与磁体相邻放置的铁磁部件510。示出了坐标系500的原点。成像区域位于坐标系500的原点附近。X坐标标记为502，y坐标系标记为504并且z坐标系标记为506。z坐标和X坐标偏离原点500。可以认为y轴是所述铁磁部件移动所沿的径向路径。存在相对于超导磁体线圈508的放置不出的铁磁部件510。磁体线圈508旨在表不用于生成图4所示的磁场的磁体。
[0159]图6图示了能够如何放置图5的铁磁部件510以减小其对成像区域内的磁场的影响。在该图中，以米为单位的径向距离是X轴，并被标记为600。y轴602以纳特斯拉为单位示出了磁场的Bz分量。标记为604的弯曲或阴影区域示出了当将铁磁部件510放置到具体的径向距离处时由铁磁部件510引起的磁场贡献的范围。所述铁磁部件将给成像区域的不同部分造成不同的影响。在该图中，能够看出，随着铁磁部件510移到零交叉606处，铁磁部件510对磁场的影响变为O。该图示出了铁磁部件510相对于零交叉的定位能够如何减小铁磁部件510对成像区域内的磁场的影响。
[0160]图7示出了与图5所示的类似的布置。但是，在这一范例中使用铁块700作为磁校正元件。
[0161]图8与图6所示类似。将铁块700移动到不同位置，而不是示出由铁磁部件510的变化的位置导致的对磁场贡献的范围800的影响。X轴804示出了校正元件或铁块700的位置。标记为800的曲线示出了由铁磁部件510和铁块引起的磁场贡献的范围。能够看出，当将铁磁部件700大致移到位置802上时，铁磁部件510和铁块700对成像区域内的磁场的影响被最小化。[0162]图9与图5和图7类似,但是其不出了一个备选实施例。在这一实施例中，永磁体900位于y轴上。永磁体900可以移动到不同位置上，并且可以用于消除或者至少部分消除由铁磁部件510导致的成像区域内的磁场的变化。
[0163]图10同样与图5、图7和图9类似，但是其示出了一个备选实施例。在图10所示的实施例中，线圈1000围绕铁磁元件510。线圈1000连接至直流电源，并用于生成大致抵消铁磁元件510的偶极子场的偶极子场。 [0164]图11示出了图10所示的实施例的效用。在图11所示的绘图中，X轴1100是提供给线圈的电流。y轴是以纳特斯拉为单位的磁场强度602。曲线1102示出了由于铁磁部件和通电线圈1100引起的在磁场中的贡献的范围。能够看出，当将所述电流设为1104处的值或者大致设为该值时，铁磁部件510对成像区域的影响被最小化。
[0165]图12示出了图示根据本发明的方法的另一实施例的流程图。所述方法在步骤1200中开始。接下来，在步骤1202中将第一场干扰元件安装于医疗装置。所述场干扰元件相当于铁磁元件。接下来，在步骤1204中，测量成像体积或者成像区域内的磁场分布。接下来是步骤1206中的决策框，其中将磁场测量结果与预定标准进行比较，以确定它们是否充分均匀。如果不充分均匀，那么执行框1208。在框1208中，改变所述铁磁部件的或者磁校正元件或线圈的径向位置。或者，也可以改变通过线圈的电流。在方框1208之后再次执行方框1204。在方框1204中，再次测量成像体积内的磁场分布。迭代地重复该循环，直到在方框1206中确定场充分均匀。当确定场充分均匀时执行决策方框1210。在这一方框中确定是否已经安装了所有元件，即所有的场干扰元件或铁磁元件。如果情况不是这样，那么接下来执行方框1212。在方框1212中，将下一场干扰元件或铁磁元件安装于所述系统。在安装了下一场干扰元件之后，重复步骤1204、1206和1208，直到场再次充分均匀。之后，重复方框1210。在方框1210中，如果已经安装了所有的元件，那么所述方法在方框1214中结束。
[0166]所述医疗装置可能需要将辐射源以及某种电子装置附着到围绕MR磁体的旋转扫描架上。该技术挑战在于使所述系统的两个部分(即辐射源和MRI磁体)之间的干扰最小化，同时仍然维持尽可能最高的成像和辐射剂量输送的精确度。
[0167]一方面，优选将磁共振(MR)磁体产生的磁场在线性加速器的移动所围绕的环形区域内尽可能小。另一方面，优选使辐射源独立于扫描架的位置或速度而不影响成像区域内的磁场。本发明的实施例可以通过提供补偿移动元件的场干扰的方法而解决解决后一方面的问题。
[0168]在组合式MR放射治疗中，可以在辐射源绕MR磁体旋转的同时在放射处置期间获取MR图像。因此，可以将若干含有铁磁材料的部件(例如，线性加速器、电源)固定到MR主磁场内的旋转扫描架上。由于这些物体的磁化，它们对成像区域内的静态均匀磁场造成了干扰，从而潜在地导致图像伪影和失真。由于造成干扰的物体在旋转，因而场干扰是时间依赖性的。线性加速器中的用于MR放射治疗的铁磁材料的量能够导致成像体积内的Bz场分量的远大于50nT的变化，这可能降低图像质量。
[0169]尽管能够通过静态匀场或者基于软件的图像处理在一定程度上补偿小的静态干扰，但是这些技术不适合由旋转扫描架上的物体导致的时间依赖性的干扰。
[0170]本发明以某种方式提供了一种对这些干扰进行补偿的手段，即成像体积内的磁场即使是在非静态条件下也重新充分均匀。
[0171]本发明可以包括该问题的三种不同的解决方案，其采用了:
[0172]I)以零交叉为特征的特定形状的BO磁场，其中，相对于所述的场的零交叉对(一个或多个)干扰物体进行专门定位，
[0173]2)以零交叉为特征的特定形状的BO磁场以及针对每个干扰物体的一个铁磁补偿元件，
[0174]3)干扰物体周围的有源补偿线圈
[0175]所述MR放射治疗系统可以包括有限数量的分离的磁物体(例如，变压器核、磁控管磁体、微波循环器)，对它们当中的每者进行局部、独立的磁偶极矩补偿。
[0176]在下文中，提出了三种进行场补偿的方法。在所有的范例性计算中，干扰物体都是固体铁圆柱，其中L=200mm，r=63.6mm (重量20kg)。这大致对应于用于MR放射治疗的线性加速器内的铁的量。将圆柱轴置于与扫描架环相切的z=0平面内。
[0177]使用实际的1.5T分裂线圈磁体设计(其在Z=O平面内的r=l.68m处表现出了 Bz场分量的零交叉)，利助有限元模拟软件执行图4、6、8和11中提出的计算。在图4中绘制出了不受干扰的磁体的径向场分布。在下文中描述的三种方法全都能够与这样的磁体设计一同使用，而第三种方法在没有Bz零交叉的情况下也是可行的。
[0178]残余磁场的变化的所有绘图(图5、7和11)均关于半径为0.25m的球形成像体积内的最小和最大场值。
[0179]I)第一种方法利用了主磁场内的处于干扰铁磁元件的位置上的零交叉，在图5和图6中图示了该方法。这种场配置可以具有的优点在于，将放置在场的零交叉的不同侧的铁磁部件以相反的方向磁化，从而使它们对成像体积内的场的贡献抵消，因而净磁偶极矩为零。整个成像体积内的场抵消质量依赖于准确的磁体设计和铁磁部件的几何结构。
[0180]在这种第一范例中只有一个能够沿径向位移的铁磁主体(绿色圆柱体10)。在图5中示出了作为所述圆柱体的径向位置的函数的所述主体对成像场的均匀性的影响。在这一范例中，将所述圆柱体大致放置在r=l.68m处，当定位方式是所述主体的一部分处于所述零交叉的一侧，且所述主体的一部分处于另一侧时，这形成良好的抵消，且残余场干扰充分低于50nT。
[0181]2)当干扰体的位置固定，因而不能选择使其处于Bz零交叉的点时，采用第二种方法，在图7和图8中图示了该方法。在这种情况下，处于所述零交叉的相对侧上的第二铁磁部件用于抵消第一铁磁部件的影响。通过改变这一补偿元件的径向位置，能够再次将净偶极矩选择为零。剩余的更高阶多极磁场至少下降如Ι/r5，因而其在成像体积内的影响可忽略。为了证明这一方法对主体的确切形状相当不敏感，这一范例中用于圆柱形干扰体的补偿元件是具有任意选择的尺寸200mmX 120mmX 30mm的矩形块(参考图7)。对于圆柱体的处于r=l.85m处的固定位置，发现所述块的最佳位置是r=l.603m。在图8中示出了作为所述补偿块的径向位置的函数的由所述铁磁部件导致的成像区域内的磁场的变化。从所述绘图中能够看出，能够容易地使所述成像区域内的场变化远低于50nT。
[0182]或者，能够由如图9所示的永磁体替代所述铁磁补偿块。选择永磁体的正确径向位置导致在成像体积内的类似的低残余场，同时所述永磁体的确切形状则无关紧要。使用永磁体，这一方案适于具有和没有磁场的零交叉的BO磁体。[0183]3)第三种方法基于借助包围物体的线圈内的电流对铁磁部件的影响的有源补偿。在图10和图11中图示了该方法。通过改变电流能够找到最佳的补偿。也能够当没有主磁场的零交叉可用时采用这种方法，因为补偿场的方向仅取决于电流的方向。图10示出了具有包围干扰圆柱体510的导体1000(具有IOmmX IOmm的截面积和400mmX 200mm的矩形面积)或线圈的示范性几何结构。在图11中绘出了所述圆柱体和线圈系统对成像区域内的磁场的残余场贡献的计算。在这种配置中，3 X 10~5Απ -2的电流密度(在实际系统中能够容易地实现)使得场干扰降低至充分低于50ηΤ。
[0184]当扫描架区域内的磁场非旋转对称时(即当其他接近MR扫描器的物体带来的静态场干扰具有相关的影响时)，旋转物体的磁化将依赖于旋转角。在这种情况下，仍然能够通过下述两种方式之一实现旋转磁物体的补偿:
[0185]a)能够以与上文描述的旋转物体相同的方式通过静态补偿元件补偿静态场干扰。这一程序必须发生在安装扫描架上的元件之前。
[0186]b)当使用补偿线圈(上述方法3)时，能够使电流具有角度依赖性，以考虑角度依赖性的磁化。在这种情况下，必须在多个不同的角度上重复下文所述的安装程序，以确定在角位置φ上的补偿电流I的函数Ι(φ)。
[0187]可以将本发明用于任何MR磁体构造，在那里主磁场的外侧区域内的铁磁元件对成像区域内的场均匀性造成干扰。当(一个或多个)干扰元件为非静态(如旋转扫描架的情况)时，本发明的实施例可以是有用的。
[0188]下述方法可以用于安装和校准所述系统:应当一个接一个地安装和补偿干扰物体。一旦对一个干扰物体进行了充分良好校准，就能够安装下一个元件，依此类推。针对元件中每个的校准序列是包括交替的场测量和再校准步骤的迭代程序。以与常规的MRI磁体的匀场相同的方式执行所述场测量，其中，在球面上进行若干试验测量。校准步骤依赖于选自下述方法的场补偿方法:
[0189]方法1:径向位移干扰元件。
[0190]方法2:径向位移补偿元件。
[0191]方法3:改变通过补偿线圈的电流。
[0192]尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。
`[0193]通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域技术人员在实施请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，“包括” 一词不排除其他元件或步骤，量词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储和/或分布在适当的介质上，所述介质例如是与其他硬件一起供应或作为其他硬件一部分供应的光学存储介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统。权利要求中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。
【权利要求】
1.一种校正医疗装置(300)的磁场的方法，其中，所述医疗装置包括用于采集来自成像区域(318)的磁共振数据(370)的磁共振成像系统(302)，其中，所述磁共振成像系统包括用于在所述成像区域内生成所述磁场的磁体(306)，其中，所述磁体还适于生成所述磁场从而使得所述磁场具有处于所述成像区域之外的零交叉(346、404)，其中，所述医疗装置还包括被配置为绕所述成像区域旋转的扫描架(332)，其中，所述扫描架被配置为绕旋转轴(333)旋转，其中，所述医疗装置还包括铁磁部件(336、510)，其中，所述扫描架还被配置为绕所述旋转轴旋转所述铁磁部件，其中，所述方法包括安装位于与所述旋转轴垂直的径向路径(344、504 )上的磁校正元件(348、900,1000)的步骤(100、200 )，其中，所述径向路径经过所述铁磁部件的预定距离，其中，在所述径向路径上定位所述磁校正元件，从而使得减小由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的所述磁场的变化，其中，所述方法还包括重复地执行下述操作的步骤: -针对至少一个旋转位置测量(102、202、1204)所述成像区域内的所述磁场； -使用所测量的磁场确定(104、204、1206)由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的所述磁场的变化； -如果所述磁场的变化高于预定阈值，则调整(106、206、1208)所述磁校正元件沿所述径向路径的位置，从而迭代地减小所述磁场的变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括重复地在测量所述磁场之后沿所述径向路径重新定位所述铁磁部件以迭代地减小由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的所述磁场的变化的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据经验选择所述铁磁部件沿所述径向路径的所述位置。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述装置还包括电源，其中，所述医疗装置还包括被配置为当由所述电源供应电流时生成补偿磁场的线圈(1000)，其中，所述方法还包括重复地在测量所述成像区域内的所述磁场之后调整由所述电源向所述线圈提供的所述电流以减小由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的所述磁场的变化的步骤。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述线圈定位于以下位置中的任意一个中:所述铁磁部件周围以及距所述径向路径的预定距离内。
6.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中，所述磁场校正元件是以下元件中的任意一种:被配置为当由电源供应电流时生成补偿磁场的线圈(1000)、铁磁元件(348、700)以及永磁体(900)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括安装至少一个额外的磁校正元件并针对所述至少一个额外的磁校正元件重复所述校正方法。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用以下任意一者测量所述磁场:磁力计以及所述磁共振成像系统。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据经验确定所述磁校正元件沿所述径向路径的放置。
10.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中，通过分析和模拟来确定所述磁校正元件沿所述径向路径的放置。
11.一种医疗装置(300)，包括:-用于采集来自成像区域(318)的磁共振数据(370)的磁共振成像系统(302)，其中，所述磁共振成像系统包括用于在所述成像区域内生成磁场的磁体(306 )，其中，所述磁体还适于生成所述磁场从而使得所述磁场具有在所述成像区域之外的零交叉(346、404); -被配置为绕所述成像区域旋转的扫描架(332)，其中，所述扫描架被配置为绕旋转轴(333)旋转， -铁磁部件(336、510)，其中，所述扫描架还被配置为绕所述旋转轴旋转所述铁磁部件， -位于与所述旋转轴垂直的径向路径上的磁校正元件(348、900、1000)，其中，所述径向路径经过所述铁磁部件的预定距离，其中，在所述径向路径上定位所述磁校正元件，从而使得减小由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的所述磁场的变化。
12.根据权利要求11所述的医疗装置，其中，在所述径向路径上定位所述铁磁部件，以减小由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的所述磁场的变化。
13.根据权利要求11或12所述的医疗装置，其中，所述装置还包括电源，其中，所述医疗装置还包括被配置为当由所述电源供应电流时生成补偿磁场的线圈(1000)，其中，所述补偿磁场被配置为减小由所述铁磁部件导致的所述成像区域内的所述磁场的变化。
14.根据权利要求13所述的医疗装置，其中，将所述线圈定位于以下位置中的任意一个中:所述铁磁部件周围以及距所述径向路径的预定距离内。
15.根据权利要求 11到14中任一项所述的医疗装置，其中，所述铁磁部件是以下中任何一者的部件:放射治疗装置(304)、线性加速器、带电粒子束输送系统、带电粒子光学器件、弯转磁体、聚焦磁体、准直器(336)、遮光器、衰减器、冷却系统、电源、控制硬件以及束流收集器。
【文档编号】G01R33/48GK103562740SQ201280026062
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年5月31日 优先权日:2011年5月31日
【发明者】T·E·阿姆托尔, J·A·奥弗韦格 申请人:皇家飞利浦有限公司