用于确定MR系统的性能退化的MR指纹识别的制作方法

本发明涉及磁共振成像，具体涉及对磁共振成像装置中的性能退化和/或故障的诊断。

背景技术：

磁共振(mr)指纹识别(fingerprinting)是一种应用在时间上分布的多个rf脉冲而使得它们引起来自不同材料或组织的信号对测量到的mr信号具有独特贡献的新的技术。来自一组或固定数量的物质的预先计算的信号贡献的有限库(dictionary)与测量到的mr信号进行比较，并且能够在单个体素内确定组成。例如，如果已知体素仅包含水、脂肪和肌肉组织，那么仅需要考虑来自这三种材料的贡献，并且仅需要数个rf脉冲来准确地确定体素的组成。

ma等人在nature，第495卷，第187至193页，doi:10.1038/nature11971上的期刊文章“magneticresonancefingerprinting”中介绍了磁共振指纹识别技术。在美国专利申请us2013/0271132a1和us2013/0265047a1中也描述了磁共振指纹识别技术。

技术实现要素：

本发明在独立权利要求中提供了操作磁共振成像系统的方法、磁共振成像系统以及计算机程序产品。在从属权利要求中给出了实施例。

ma等人的nature文章介绍了磁共振指纹识别的基本想法以及用于描述诸如库的这种技术的术语。在本文中，类似地使用磁共振指纹识别库的想法，然而，在已知体模上执行磁共振指纹识别。替代使用磁共振指纹识别库来识别体积或体素内的物质，推导磁共振成像系统或装置的各种部件的状态。如在本文中所使用的磁共振指纹识别库涵盖用于对已知体模执行测量并且具有各种磁共振成像系统性能状态和/或故障模式的变化的磁共振指纹识别库。

所述库中的条目是通过对磁共振成像系统的各种部件的性能的改变进行建模来构建的。例如，如果磁共振成像系统中的rf发射器正在完美地执行，那么将预期与在rf发射器正在开始经历性能退化或接近故障的情况下不同的测量到的磁共振信号。其他部件的性能的类似变化，诸如梯度电源、梯度线圈的状态、接收线圈、发射线圈或天线、磁体系统、患者桌台的操作、和/或生理系统。

如本领域技术人员将意识到的，本发明的各方面可以被实施为装置、方法或计算机程序产品。相应地，本发明的各方面可以采取如下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或者对本文中所有的笼统地称为“电路”、“模块”或“系统”的软件方面和硬件方面进行组合的实施例。此外，本发明的各方面可以采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品被实施在一个或多个计算机可读介质中，在所述计算机可读介质上实施了计算机可执行代码。

可以利用一个或多个计算机可读介质的任意组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。如在本文中所使用的‘计算机可读存储介质’涵盖可以存储能由计算设备的处理器执行的指令的任何有形存储介质。所述计算机可读存储介质可以被称作计算机可读非瞬态存储介质。所述计算机可读存储介质也可以被称作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也可以能够存储能够由计算设备的处理器存取的数据。计算机可读存储介质的范例包括，但不限于：软盘、硬磁盘驱动器、固态硬盘、闪速存储器、usb拇指驱动器、随机存取存储器(ram)、只读存储器(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)和数字多用盘(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也指能够由计算机设备经由网络或通信链路进行存取的各物类型的记录介质。例如，可以通过调制解调器、通过互联网或者通过局域网来检索数据。可以使用任何适当的介质来传送被实施在计算机可读介质上的计算机可执行代码，所述适当的介质包括但不限于：无线、有线、光纤电缆、rf等或者前述的任何合适的组合。

计算机可读信号介质可以包括具有被实施在其中的计算机可执行代码的传播的数据信号，例如，在基带中或者作为载波的部分。这样的传播的信号可以采取多种形式中的任意形式，包括但不限于：电磁、光学或者其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是如下任何计算机可读介质：其不是计算机可读存储介质并且其能够传输、传播或输送用于由指令执行系统、装置或设备使用或者与指令执行系统、装置或设备结合的程序。

‘计算机存储器’或‘存储器’是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是对于处理器可直接访问的任何存储器。‘计算机存储设备’或‘存储设备’是计算机可读存储介质的其他范例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储设备也可以是计算机存储器，或者反之亦然。

如在本文中所使用的‘处理器’涵盖能够执行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应当被解读为可能包含超过一个处理器或处理核。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指在单个计算机系统之内的或者被分布在多个计算机系统之间的处理器的集合。术语计算设备也应当被解读为可能指计算设备的集合或网络，所述计算设备中的每个计算设备均包括一个或多个处理器。计算机可执行代码可以由可以在相同的计算设备之内或者甚至可以被分布在多个计算设备上的多个处理器来执行。

计算机可执行代码可以包括令处理器执行本发明的一方面的机器可执行指令或程序。可以以一种或多种编程语言的任意组合来编写用于执行针对本发明的各方面的操作的计算机可执行代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言(诸如java、smalltalk、c++等)以及常规程序编程语言(诸如“c”编程语言或类似的编程语言)，并且被编译成机器可执行指令。在一些实例中，计算机可执行代码可以是高级语言的形式或者是预编译的形式，并且可以与解读器联合使用，所述解读器联机生成机器可执行指令。

计算机可执行代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为单机软件包、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，所述网络包括局域网(lan)或广域网(wan)，或者到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)的连接。

参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)以及计算机程序产品的流程图示和/或框图来描述本发明的各方面。应当理解，所述流程图、图示和/或框图的每个框或框的部分能够由在可应用时以计算机可执行代码的形式的计算机程序指令来实施。还应当理解，在不互相排斥时，可以组合不同流程图、图示和/或框图中的框的组合。这些计算机程序指令可以被提供到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实施在流程图和/或一个或多个框图框中指定的功能/动作的单元。

这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质能够指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备来以具体的方式起作用，使得被存储在计算机可读介质中的指令产生制品，所述制品包括实施在流程图和/或一个或多个框图框中指定的功能/动作的指令。

计算机程序指令也可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以引起要在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的一系列操作步骤，以产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实施流程图和/或一个或多个框图框中指定的功能/动作的过程。

如在本文中所使用的‘用户接口’是允许用户或操作者与计算机或计算机系统进行交互的接口。‘用户接口’也可以被称作‘人机接口设备’。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。用户接口可以使得来自操作者的输入能够被计算机接收到，并且可以向用户提供来自计算机的输出。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、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏手柄、网络摄像头、头戴式受话器、踏板、有线手套、遥控器以及加速度计对数据的接收是使得能够对来自操作者的信息或数据进行接收的用户接口部件的全部范例。

如在本文中所使用的‘硬件接口’涵盖使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置进行交互和/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。硬件接口也可以使得处理器能够与外部计算设备和/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。

如在本文中所使用的‘显示器’或‘显示设备’涵盖适用于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、听觉和/或触觉的数据。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)、等离子显示面板(pdp)、液晶显示器(lcd)、有机发光二极管显示器(oled)、投影仪以及头戴式显示器。

磁共振(mr)数据在本文中被定义为是在磁共振成像扫描期间使用磁共振装置的天线所记录的对由原子/原子核自旋所发射的射频信号的测量结果。磁共振数据是医学图像数据的范例。磁共振成像(mri)图像在本文中被定义为是对在磁共振成像数据之内所包含的解剖数据所重建的二维可视化或三维可视化。能够使用计算机来执行该可视化。

在一个方面中，本发明提供了一种操作磁共振系统以采集来自测量区内的体模的磁共振数据的方法。所述体模包括已知体积的至少一种预定物质。所述预定物质可以包括能够使用磁共振成像或其他核磁共振协议来检测的材料。所述磁共振系统包括用于存储所述脉冲序列指令的存储器。所述脉冲序列指令使所述磁共振系统根据磁共振指纹识别技术来采集所述磁共振数据。

所述脉冲序列指令指定一串脉冲序列重复。每个脉冲序列重复具有根据重复时间的分布选取的重复时间。每个脉冲序列重复包括根据射频脉冲的分布选取的射频脉冲。射频脉冲的所述分布使磁自旋以旋转到翻转角的分布。除了重复时间的分布之外，也可以改变其他参数，诸如翻转角、梯度以及其他参数。射频脉冲的所述分布使磁自旋以旋转到翻转角的分布。每个脉冲序列重复包括采样事件，其中，在所述脉冲序列重复的结束之前针对预定持续时间在采样时间处对所述磁共振信号进行采样。所述采样时间是根据采样时间的分布选取的。所述磁共振数据是在所述采样事件期间采集的。

所述方法包括通过利用脉冲序列指令控制所述磁共振系统来采集磁共振数据的步骤。所述方法还包括确定一个或多个性能退化状况的步骤。这可以通过将所述磁共振数据与磁共振指纹识别库进行比较来完成。所述性能退化状况描述磁共振成像系统或者各种部件的性能。所述磁共振指纹识别库包含响应于针对所述至少一种预定物质中的每种预定物质对所述脉冲序列指令的执行的、针对一组系统状态的磁共振信号的列表。所述系统状态能够被描述为影响信号演变的系统参数的组合。所述一组系统状态表示所述磁共振成像系统的不同部件的故障、失灵或性能退化状况。例如，所使用的天线或者各种射频部件的性能会随着时间流逝而具有退化的性能。这些对于诊断或确定什么部件正在引起磁共振系统的性能下降会是困难的。本发明的方法采用mr指纹识别技术来确定性能退化状况中的任意状况是否发生、故障或失灵是否发生、是孤立地还是组合地发生。此外，如果确定发生性能退化状况、故障或失灵，那么在mr指纹识别技术的基础上通过与mr指纹识别库的比较，也可以建立所确定的性能退化、故障或失灵的细节。

该方法可以是有益的，因为其使用已知的磁共振指纹识别技术来诊断磁共振系统中的故障和/或临界部件。对此，使用具有已知组成或结构的体模。能够针对磁共振系统的各种状况对磁共振信号进行建模。例如，如果射频放大器或收发器未正在符合规格地执行，则能够在该设备的降低的能力的情况下对所记录的信号进行建模，以生成磁共振指纹识别库中的识别那些潜在情况的适当条目。范例可以实现对系统的一个或多个故障或失效的准确确定。

在另一实施例中，所述脉冲序列指令包括多个节段。在这种情况下，所述脉冲序列指令被分解成可以被独立地执行的多个部分。所述磁共振指纹识别库被布置为用于确定所述一个或多个故障或临界情况的决策树，所述一个或多个故障或临界情况包括所述多个节段中的每个节段。所述决策树具有多个条目。所述多个条目中的每个条目由分支连接。例如，当到达所述条目中的一个条目时，可以存在所述脉冲序列指令的被执行的部分。

所得到的信号然后可以与对应于所述分支中的每个分支的性质/系统性能状态的磁共振信号进行比较。模式匹配或可以比较测量到的信号与库中的计算的信号的另一算法与所述分支中的每个分支相关联。这然后可以被用于决定要遵循所述决策树中的哪一分支。在遵循一分支之后，选取另一条目。该条目可以已经与所述脉冲序列指令的另一节段相关联。这然后被执行，并且遵循所述决策树，直至一个或多个故障被诊断。

所述脉冲序列指令的多个节段包括第一节段。所述决策树的多个条目包括与所述第一节段相对应的第一条目。所述方法还包括如下步骤：利用所述第一节段控制所述磁共振系统以采集所述磁共振数据的第一部分。所述方法还包括如下步骤：将所述磁共振数据的所述第一部分与所述决策树中的所述第一条目进行比较，以选取识别所述脉冲序列数据的后续节段的分支。在决策树内存在被构造为使得决策树被恰当地遍历的“局部”决策树库。

所述方法还包括如下步骤：通过利用后续节段重复地控制所述磁共振系统并且使用所述决策树的分支重新识别所述后续节段来遍历所述决策树以识别所述一个或多个故障。该方法可以具有如下益处：不需要利重复整个脉冲序列指令而是仅仅重复带来对关于磁共振系统的问题的快速诊断的节段。

在另一实施例中，所述一个或多个故障是两个或更多个故障或不符合规格的情况，并且被识别为所述一组系统状态的线性组合。在该技术中，通常被用于执行磁共振指纹识别的技术直接被用于识别故障或者关于磁共振系统发生故障的概率。理想地，将更希望具有针对每一种可能故障或故障的组合的库条目。这可能不总是可能的。使用线性或其他组合来对故障进行组合可以实现对未在库中的故障的组合的识别。

在另一实施例中，所述磁共振系统是磁共振成像系统。所述测量区是成像区。所述磁共振系统还包括用于生成所述测量区内的主磁场的磁体。所述磁共振系统还包括用于生成所述测量区内的梯度磁场以空间地编码所述磁共振数据的磁场梯度系统。所述脉冲序列指令还包括控制所述磁场梯度系统在对所述磁共振数据的采集期间执行对所述磁共振数据的空间编码的指令。所述空间编码将所述磁共振数据分成离散的体素。

所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过针对离散体素中的每个体素并且针对所述一组系统状态中的每个状态利用布洛赫(bloch)方程将所述预定物质中的每种物质建模为一个或多个自旋来计算所述磁共振指纹识别库。

在另一实施例中，所述至少一种预定物质是两种或更多种物质。所述体模包括针对所述两种或更多种物质中的每种物质以及针对所述一组系统状态的不同组合的单独腔室。具有多种物质可以是有用的，因为来自不同物质的磁共振信号可以是区别的。这可以提供能够被单独地使用的单独数据集，并且这可以实现对磁共振系统的故障或系统退化的更好的识别。例如，一个部分可以包含水、脂肪或油性组织体模，或者可以包含具有各种对比剂的水溶液。可以针对每种物质来创建磁共振指纹识别库，并且可以针对所述物质中的每种物质执行对故障或不符合规格的性能的识别。这可以实现针对两种或更多种物质中的每种物质的结果的比较。这可以将更大的置信度添加到所获得的结果。

在另一实施例中，所述磁共振系统是nmr或核磁共振波谱仪。所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过针对所述离散的体素中的每个体素并且针对所述一组系统状态中的每个状态利用布洛赫方程对所述预定物质中的每种物质进行建模来计算所述磁共振指纹识别库。

在另一实施例中，所述磁共振系统是nmr波谱仪。

在另一实施例中，所述磁共振系统是磁共振成像系统。

在另一实施例中，所述体模包括温度控制系统，所述温度控制系统还包括在对磁共振数据的采集期间将体模的温度维持在预定温度范围内。例如，电加热系统或提供具有在温度带内的温度的流体的加热系统可以被用于控制体模的温度。在其他范例中，空气或其他气体可以处在控制温度处，并且然后吹过所述体模的热交换系统。

在另一实施例中，所述磁共振系统包括用于将所述体模安装在测量区中的预定义的位置中的体模安装件。所述方法还包括在采集所述磁共振数据之前将所述体模放置到所述体模安装件中。例如，所述体模安装件可以是在预定义的位置中被安装到对象支撑体的安装装置。当对所述体模进行测量时，这可以帮助获得可再现的结果。这可以实现对磁共振系统内的脉冲或系统退化的更准确的确定。

在另一实施例中，每个脉冲序列重复包括根据梯度脉冲的分布选取的至少一个梯度脉冲。这可以在诊断梯度线圈和/或梯度线圈电源的故障方面是有用的。

在另一实施例中，所述方法还包括通过比较一个或多个性能退化状况向修复数据库提供维护指令。例如，所述修复数据库可以是电子系统或其他系统，其针对被诊断的具体退化状况提供详细的修复指令。

在另一实施例中，所述方法还包括执行所述维护指令以修复所述磁共振系统。这例如可以由维护或保养个体来执行。

在另一方面中，本发明提供了一种用于采集来自测量区内的体模的磁共振数据的磁共振系统。所述体模包括已知体积的至少一种预定物质。所述磁共振系统包括用于存储脉冲序列指令和机器可执行指令的存储器。所述脉冲序列指令使所述磁共振系统根据磁共振指纹识别技术来采集所述磁共振数据。

所述脉冲序列指令指定一串脉冲序列重复。每个脉冲序列重复具有根据重复时间的分布选取的重复时间。每个脉冲序列重复包括根据射频脉冲的分布选取的射频脉冲。射频脉冲的分布使磁自旋以旋转到翻转角的分布。每个脉冲序列重复包括采样事件，其中，在所述脉冲序列重复的结束之前针对预定持续时间在采样时间处对所述磁共振信号进行采样。所述采样时间根据采样时间的分布选取的。所述磁共振数据是在所述采样事件期间采集的。所述磁共振系统还包括用于控制所述磁共振系统的处理器。对所述机器可执行指令的执行使所述处理器通过利用脉冲序列指令控制所述磁共振系统来采集所述磁共振数据。

所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过将所述磁共振数据与所述磁共振指纹识别库进行比较来确定所述磁共振系统的一个或多个性能退化状况。所述磁共振指纹识别库包含响应于针对所述至少一种预定物质中的每种物质对所述脉冲序列指令的执行的、针对一组系统状态的磁共振信号的列表。所述一组系统状态表示所述磁共振成像系统的不同部件的故障、失灵和/或性能退化状况。所述性能退化状况或故障可以对应于导致独特磁共振信号或一组信号并且因此能够被检测到的系统参数的特定偏差。

在另一方面中，本发明提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于由处理器执行的机器可执行指令，所述处理器控制磁共振系统采集来自测量区内的体模的磁共振数据。所述体模包括已知体积的至少一种预定物质。所述磁共振系统包括用于存储脉冲序列指令的存储器。所述脉冲序列指令使所述磁共振系统根据磁共振指纹识别技术来采集所述磁共振数据。

所述脉冲序列指令指定一串脉冲序列重复。每个脉冲序列重复具有根据重复时间的分布选取的重复时间。每个脉冲序列重复包括根据射频脉冲的分布选取的射频脉冲。射频脉冲的所述分布使磁自旋以旋转到翻转角的分布。每个脉冲序列重复包括采样事件，其中，在所述脉冲序列重复的结束之前针对预定持续时间在采样时间处对所述磁共振信号进行采样。所述采样时间是根据采样时间的分布选取的。所述磁共振数据是在所述采样事件期间采集的。对所述机器可执行指令的执行使所述处理器通过利用脉冲序列指令控制所述磁共振系统来采集所述磁共振数据。

所述机器可执行指令的执行还使所述处理器通过将所述磁共振数据与磁共振指纹识别库进行比较来确定所述磁共振成像系统的一个或多个性能退化状况。所述磁共振指纹识别库包含响应于针对所述至少一种预定物质中的每种物质对所述脉冲序列指令的执行的、针对一组系统状态的磁共振信号的列表。所述一组系统状态表示所述磁共振成像系统的不同部件的可能故障、可能失灵和/或可能性能退化状况。

应当理解，只要组合的实施例不相互排斥，就可以组合本发明的前述实施例中的一个或多个。

附图说明

在下文中将仅通过范例的方式并且参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1图示了磁共振成像系统的范例；

图2图示了体模的截面；

图3示出了一流程图，所述流程图图示了操作图1的磁共振成像系统的方法；

图4图示了磁共振成像系统和脉冲序列；

图5图示了磁共振指纹识别库的生成；

图6图示了执行磁共振系统指纹识别的方法；并且

图7图示了决策树。

参考标记列表

100磁共振系统

104磁体

106磁体的膛

108测量区或成像区

110磁场梯度线圈

112磁场梯度线圈电源

114射频线圈

116收发器

118对象

120对象支撑体

122致动器

124体模

126体模安装件

128第一腔室

130第二腔室

132切片

136计算机系统

138硬件接口

140处理器

142用户接口

144计算机存储设备

146计算机存储器

150脉冲序列指令

152磁共振数据

154磁共振指纹识别库

156磁共振图像

158识别的性能退化状况

160控制模块

162磁共振指纹库生成模块

164图像重建模块

166修复数据库

300通过利用脉冲序列指令控制磁共振系统来采集磁共振数据

302通过将磁共振数据与磁共振指纹识别库进行比较来确定磁共振系统的一个或多个性能退化状况

400接收线圈

402rf脉冲

404梯度脉冲

408随机系统参数

410测量时间

500库和布洛赫模拟

502rf系统

504梯度系统

506接收系统

508磁体系统

510患者桌台

512生理系统

514其他系统

516自旋系统(体模)

518mr序列

600试验性mr-系统-指纹识别

602模式识别或库绘制

604系统和部件表征

606mr参数集

610系统传递函数

612系统传递函数

614系统传递函数

616最终系统接受标准

700决策树

702第一条目

704分支

706第三条目

708第四条目

710第五条目

712第一性能退化状况

714第二性能退化状况

716后续性能退化状况

具体实施方式

在这些附图中的相似标记的元件要么是等同的元件要么执行相同的功能。如果功能是等同的，那么在后面的附图中将不必讨论先前已经讨论过的元件。

图1示出了具有磁体104的磁共振成像系统100的范例。磁体104是超导圆柱型磁体104，所述超导圆柱型磁体具有穿过其的膛106。对不同类型的磁体的使用也是可能的；例如，使用分裂式圆柱磁体和所谓的开放式磁体两者也是可能的。分裂式圆柱磁体类似于标准圆柱磁体，除了低温恒温器已经被分裂成两个区段以允许进入磁体的等平面，这样的磁体例如可以与带电粒子束治疗结合使用。开放式磁体具有两个磁体区段，一个在另一个上面，其中，在其之间的空间足够大以接收对象：两个区段区域的布置类似于亥姆霍兹(helmholtz)线圈的布置。因为较少地限制对象，开放式磁体是受欢迎的。在圆柱磁体的低温恒温器内部，存在超导线圈的集合。在圆柱磁体104的膛106之内，存在成像区108，在所述成像区中，磁场足够强和均匀以执行磁共振成像。

在磁体的膛106内，还存在磁场梯度线圈110的集合，其被用于采集磁共振数据从而对磁体104的成像区108内的磁自旋进行空间地编码。磁场梯度线圈110被连接到磁场梯度线圈电源112。磁场梯度线圈110旨在为代表性的。通常，磁场梯度线圈110包含用于在三个正交空间方向上进行空间编码的线圈的三个分离的集合。磁场梯度电源将电流供应给磁场梯度线圈。被供应给磁场梯度线圈110的电流是根据时间来控制的并且可以是斜变的或脉冲式的。

邻近成像区108的是用于操纵成像区108内的磁自旋的取向并且用于接收也在成像区108内的自旋的无线电传输的射频线圈114。所述射频天线可以包含多个线圈元件。所述射频天线也可以被称为信道或天线。射频线圈114连接到射频收发器116。可以由单独的发射线圈和接收线圈以及单独的发射器和接收器来替换射频线圈114和射频收发器116。应当理解，射频线圈114和射频收发器116是代表性的。射频线圈114旨在也表示专用发射天线和专用接收天线。同样地，收发器116也可以表示单独的发射器和接收器。射频线圈114也可以具有多个接收/发射元件，并且射频收发器116可以具有多个接收/发射信道，对于发射路径，那些信道被链接到在图中未示出的个体放大器，并且针对接收部分，被链接到适当的前置放大器和对应的数字化技术，包括具有特定故障风险的所有个体部件。

对象支撑体120被附接到可选的致动器122，所述可选的致动器122能够移动对象支撑体以及对象或体模124通过成像区108。在磁体106的膛内存在通过两个体模安装件126被附接到对象支撑体120的体模124。例如，这些可以锁定到对象支撑体120中，并且提供体模124相对于磁体104的定义的几何形状或位置。在该范例中，体模124具有填充有第一物质的第一腔室128以及填充有第二物质的第二腔室130。这旨在是示范性的。例如，可以仅存在一个腔室或者可以存在超过两个腔室。当存在超过一个腔室时，切片132可以被定位为使得能够从两个腔室128、130接收数据。

收发器116、磁场梯度线圈电源112和致动器122都视为被连接到计算机系统136的硬件接口138。计算机存储设备144被示为包含用于执行磁共振指纹识别技术的脉冲序列指令150。计算机系统136还包括处理器140。处理器140被连接到硬件接口138。硬件接口138使得处理器140能够向磁共振成像系统100发送和接收的数据和命令。计算机系统136还包括与处理器140通信的用户接口142、计算机存储设备144和计算机存储器146。

计算机存储设备144和计算机存储器146的内容可以是可互换的。例如，计算机存储设备144的内容或部分内容可以在计算机存储器146中被复制，并且反之亦然。

脉冲序列指令150指定一串脉冲序列重复。每个脉冲序列重复具有根据重复时间的分布选取的重复时间。每个脉冲序列重复包括根据射频脉冲的分布选取的射频脉冲。射频脉冲的分布使磁自旋旋转到翻转角的分布。每个脉冲序列重复包括采样事件，其中，在所述脉冲序列重复的结束之前针对预定持续时间在采样时间处对磁共振信号进行采样。所述采样时间是根据采样时间的分布选取的。所述磁共振数据是在采样事件期间采集的。

计算机存储设备144还被示为包含磁共振数据152，所述磁共振数据152是使用脉冲序列指令150控制磁共振成像系统100来采集的。计算机存储设备144还被示为包含磁共振指纹识别库154。计算机存储设备144还被示为包含磁共振图像156，所述磁共振图像156是使用磁共振数据152和磁共振指纹识别库154来重建的。

计算机存储器146包含控制模块160，所述控制模块160包含如下这样的代码：如操作系统，或者使得处理器140能够控制磁共振成像系统100的操作和功能的其他指令。

计算机存储器146还被示为包含磁共振指纹库生成模块162。指纹生成模块162可以针对每个体素以及磁共振成像系统装置的各种状态使用布洛赫方程对一个或多个自旋进行建模，以构造磁共振指纹识别库154。计算机存储器146还被示为包含图像重建模块，所述图像重建模块使用磁共振数据152和磁共振指纹识别库154来重建磁共振图像156。例如，磁共振图像156可以是对象体模124内的预定物质中的一种或多种预定物质的空间分布的绘制。

计算机存储设备144还被示为包含识别的性能退化状况158，所述识别的性能退化状况158是使用磁共振数据152和磁共振指纹识别库154来识别的。

计算机存储器146还被示为包含修复数据库166，所述修复数据库166针对所识别的性能退化状况158提供修复指令。例如，一旦识别了性能退化状况，这就可以被用于查找从修复数据库166检索的修复指令。例如，这些可以被显示或被打印，并且被提供给保养个体以用于对磁共振成像系统100的维护或修复。

计算机存储设备144和计算机存储器146的内容可以被彼此部分地或完全地复制。在计算机存储设备144中示出的内容可以替代地在计算机存储器146中，并且反之亦然。

可以修改图1的范例，使得磁共振成像系统或装置100等价于核磁共振(nmr)波谱仪。在无梯度线圈110和梯度线圈电源112的情况下，装置100将在成像区108中执行0维测量。

图2示出了切片132位于其中的体模124的截面。能够看到，在该范例中，体模124是圆形的并且具有两个单独的腔室128、130。这可以被用于针对不同或区别的物质提供磁共振信号的两个单独的集合。这可以辅助更准确地确定性能退化状况。

图3示出了一流程图，该流程图图示了操作图1的磁共振成像系统100的方法的范例。首先，在步骤300中，通过利用脉冲序列指令150控制磁共振成像系统100来采集磁共振数据152。接下来，在步骤302中，通过将磁共振数据152与磁共振指纹识别库154进行比较来确定一个或多个性能退化状况158。例如，这可以通过包括来自故障或潜在不合规格行为的数据作为线性组合并将其匹配到磁共振数据或者通过遵循系统地选取磁共振指纹识别库的适当故障模式或状态的算法或决策树来完成。

mr指纹识别是获得mr参数或组织特异性信息以用于潜在的分类的新的且有前景的方法。其基于如下想法：基于具有特定mr相关的性质的mr活性物类对rf脉冲的独特序列的mr响应、可以包括适当的梯度转换方案的信号演变时段等来识别所述mr活性物类。基于先前生成的库，其包含能设想到的大多数可能的mr响应或者合理包括的至少尽可能多的mr响应，能够执行模式匹配以识别所述物类。

然而，能够以相反的方式应用该构思，具有(例如被布置在体模中的)已知物类中的一个或几个，所述已知物类关于其mr性质被充分地描述，经历特定的指纹识别-类型的mr序列，旨在表征总体mr系统性能和完整性，包括也能够表征其个体部件(如rf和梯度放大器、个体接收器、开关、患者床等)的能力。该方法可以潜在地促进更好的、更详细的并且更重要的主动系统维护方法，并且能够被称为mr-系统-指纹识别。

医学成设备必须被频繁地测试以证明诊断成像质量，从而确保临床标准。主动或防护性维护也是重要的方面，因为适当的构思表示潜在成本降低的方面。目前，在被安装在客户场所处的mri系统上，执行周期性图像质量测试(piqt)，其包括具有明确定义的但是不同的典型mr序列和对比度的一组明确定义的扫描，以促进基于后处理和图像处理导出的snr量度的自动演变，粗略地访问图像质量、几何准确性等。

该piqt是非常有用的，但是实际上仅询问有限量的系统相关的信息以及可能不反映系统和其子部件的整体状况/性能/形状/未来前景并且不一定指示潜在图像质量偏离的原因的非常特定的问题。为了获得关于系统性能和完整性的更好的概况，包括还获得部件由于急躁或缺失性能而处于出现故障风险的想法，更复杂的测试应当被设计为改善处于完美图像质量处的系统有效时间，并且更好地预测未来系统/部件故障，这将使得能够更好地提前规划保养并且进一步节省资源。因此，期望设计也能够定量地访问系统性能的差异的更好的测试，这将允许更具体地识别并潜在地校正系统性能问题。尽管特殊测试序列能够被设计为使得对个体系统参数/部件的偏差敏感，但是允许mr系统的所有不同的部件相互影响的更一般的测试能够导致更好的敏感性。

在本文中所公开的范例可以以相反的方式应用mr指纹识别的新构思。替代辨识样本的mr性质，想法是分析系统性质(包括子系统)，以帮助表征其状况、其对故障的敏感性、或者优选在实际系统退出将发生之前已经事先存在的潜在系统/部件故障以有助于执行正确维护，并且识别处于风险中的潜在部件。

为此目的，主要mr相关脉冲的专用序列、mr系统设置和事件被生成(由例如像rf脉冲、梯度脉冲、时间延迟、桌台位置的元素以及像增益、相位、频率等的变化的mr序列和变化的硬件参数/设置组成)，并且被应用以引起逐mr的明确定义的已知且稳定的对象(例如mr体模)对应的mr信号响应。那些响应主要经由系统的mr接收器和线圈来接收(其也能够是测试的一部分)，但是也能设想到额外的专用接收器/感测子系统(例如，在标准接收器链的大量故障的情况下)。能够关于被存储在适当的mr系统响应库中的已知响应来分析所测量到的mr信号，以找到模式相关性，从而识别实际部件故障或未来部件故障的征兆。

这种mr系统分析方法(其能够像piqt一样整夜执行而不花费重要的扫描时间)的可能特征在库中。相比于在mr指纹识别中使用的库，所述库基于大量的布洛赫模拟(包括所有种类的mr参数)以及以实际mr协议如何被执行的方式的一些了解，在本方法中，库是不同的。在此，组织或体模材料特异性mr参数是已知的，由(在给定室温或另一恒定温度下)要使用的探头或体模给出，但是mr系统部件的所有潜在偏差都可以被考虑、被合并并且最终被建模。如果这被充分完成，其允许基于对给定的预定义mr系统指纹识别序列的mr系统响应的特定特征来识别特定部件故障或部件退化。此外，获得关于个体系统参数的偏差的定量信息，该定量信息能够被用于成像扫描中的修正/系统校准目的，并且被集成在mr指纹识别库(系统特异性mrf库)中以改善图像质量/准确性。

为了预测整个mr设备不是对首先研究下的物体而是对系统/部件缺陷的响应，其行为必须被适当地建模。这通常经由关于与所给出的标称值的偏差的对应规范来完成。以这种方式，能够生成系统和其部件的不同实例或状态，其影响对特定输入mr序列挑战的mr响应。因此，例如对于rf放大器而言，能够假设与线性行为的不同偏差、不同功率损失、增益系数错失设置等。那些可能反映特定操作状态、老化阶段、不符规格的水平、应当通过其特性特征来识别的故障等。关于这些不同状态的知识可以通过在mr场保养处可用的知识、部件或者来自其他来源(像关于频繁故障特征或退化模式的大数据分析)的制造来供给。

范例的另一可能的要素是对适当的mr序列驱动方案的定义，所述mr序列驱动方案允许针对必须被解决的整个系统的潜在实例或状态而使mr响应中的差异最大化。最大差异允许高特异性以识别实际原因。为了定义最佳的mr序列，在“扫描器状态空间”中的导引搜索、一些直观了解以及一些暴力“试错”搜索可以是适当的。包含对个体系统参数以及系统参数的组合以及噪声测量敏感的节段(或子序列)的序列能够对综合性系统表征是有用的。

范例1：

在该mr-系统-指纹识别方法中使用已知mr性质的特别设计的体模，所述体模被放置在患者桌台上，在顶部上具有表面线圈阵列，被连接到mr扫描器的并行接收系统。专用序列被应用于该系统，当使用相控阵列和对应的接收器执行该序列时，mr序列被记录、被数字化并且被存储用于以后的分析，例如经由将mr响应链接到系统(子)部件的性能/状况/完整性的预先定义的库。在该特殊范例中，不需要空间分辨率，意味着不需要成像梯度。因此，在该范例中，能够被使用的非常简单的体模可以仅仅是填充有已知mr性质的掺杂质的水的简单球体。

在本范例中，基于测量到的数据、个体子系统(像rf放大器)的性质能够关于线性、增益、反射等更详细地进行分析。

范例2：

然而，更复杂的体模(像目前用于piqt的体模)可以是有用的。在另一范例中，在顶部上测试空间分辨率。这允许分析空间分辨率、几何准确性以及通常被piqt覆盖的所有其他方面的问题。为此目的，mr-系统-指纹识别序列必须以在空间上求解的方式来执行，并且基于库的数据演变可以逐像素地执行或者在特定感兴趣区域中执行。随后，类似于piqt的那些的传统测试例程能够被额外地应用于各种绘图并且也能够被应用于简单的核心mr图像。

进一步的细化不是立即测试整个系统，而是针对子部件使用特定测试。这将有助于降低复杂性和对应的参数空间。此外，在“序列”挑战被不适当地选择的情况下，如果不同子部件中的系统缺陷类似地出现在mr-系统-指纹识别模式中，则这将有助于消除潜在的不清楚。因此，针对子系统的恰当行为的特定测试能够被首先执行，跟随着另外的测试。作为一范例，替代在一般设置中同时一起测试梯度和更高阶补偿系统，将考虑在所有mr部件上执行对应的系统-指纹识别测试，不包括第一次执行中的正常梯度。在第二次执行中，在更高阶补偿已经被成功地系统指纹识别以正常工作之后，将包括梯度系统。这种“选择性”mr-系统-指纹识别流程也可以意味着使用专用响应库和系统探测mr序列来更具体地探查对应的系统状态空间。

这种新方法的潜在优点是个体系统部件的复杂依赖性和交互性反而也能够被建模并且被识别，这对于利用“线性”系统分析的现有方式进行感测是困难的。在常规情况下，每个个体部件被测试，但是以保持尽可能少的变量数量的独立、孤立的方式进行。以这种方式，即使结果被不足的图像质量所反映，可能也不会检测到由mr系统的两个或更多个部分的稍微不佳性能所产生的影响。

进一步可能的细化是不仅核心mr系统而且例如患者桌台或其他外围部件可以关于恰当的功能被分析。

在一个范例中，体模包含一个或若干个温度传感器。这些传感器可以用于两个目的：第一，在扫描之前的温度测量能够提供有用信息以改善对预期的测量信号的计算的准确性。第二，在指纹扫描期间对温度变化的测量能够监测功率沉积，能够作为指纹本身的一部分。

在又一范例中，出于使用所提出的mr-系统-指纹识别的保养目的，(简单的)测试发射器和/或接收器可以被添加到mr系统。该测试设备将允许在系统故障导致来自标准rf链的不足信号的情况下执行所提出的保养功能。低信号水平要不然将阻碍通过库对系统部件的特定解读。

图4示出了磁共振设置100和脉冲序列150的范例。磁共振设置100具有体模124和被标记为c1-c4的多个接收线圈400。脉冲序列150示出了若干特征。存在当脉冲序列402被用于激励体模124内的自旋时的指示。也可以使用由线404所指示的多个不同的梯度脉冲。线406指示磁共振系统的各种参数可以被改变的空间。取决于被执行的测试，可以改变不同的系统参数406。线408指示何时执行测量。

如上文所解释的，图4示出了用于mr-系统-指纹识别的mr设置/序列的范例：100体模和接收mr信号的个体接收线圈(c1-c4)。多个rf或梯度脉冲402被用于在已知体模中产生mr信号。在该测量期间，当使用mr扫描器的接收系统对已知对象的mr信号进行采样时，改变不同的系统部件参数(也通过150中的利用“？？”表示的轨迹指示)。

图5图示了用于生成磁共振系统指纹识别库500的模块162或方法。框500对应于构造的库以及用于执行框模拟的代码。可以针对具体自旋系统124和具体磁共振序列150来执行框系统。针对该已知的自旋系统124和已知的磁共振系统150，可以改变各种其他参数以提供库。例如，可以存在射频系统502、梯度系统504、接收系统506、磁体系统508、患者桌台510、生理系统512中的变化，或者也可以改变其他系统参数514。

图5示出了用于生成mr-系统-指纹识别库的范例。所有不同的mr系统部件(包括其不同的状态和参数(具体性质))形成多维空间，所述多维空间可以使用已知的对象和给定的mr序列(一系列不同的mr相关事件)影响mr试验的结果。模拟所有这些不同的影响源以形成反映整个系统(包括体模)对mr序列的潜在响应的库。

图6图示了用于形成磁共振系统指纹识别的一般方案。这被分成三个部分。第一部分600对应于对数据的试验或采集。部分2对应于模式识别或库绘制602。部分3对应于系统和部件表征604。第一步骤，对磁共振数据的试验性采集包括物理系统100、脉冲序列150以及各种磁共振参数集606的变化。在步骤602中，结果或所采集的磁共振数据然后与磁共振指纹识别库154进行比较。在步骤604中，该系统例如使用各种各样的系统传递函数610、612、614来表征。如果没有故障被识别，则这也可以对应于最终系统接受标准616。

图6示出了mr-系统-指纹识别方法的一般方案。使用(100)体模和采用(606)有用mr参数集(在此，翻转角和tr被示出用于图示)的适当的mr-系统-指纹识别mr序列(150)，得到的信号回答经由之前生成的库来分析(154)。模式识别将测量到的数据绘制为对应的系统传递函数610、612、614或者将用助于表征整个mri系统以及子部件的子集绘制为最终系统接受标准616。

图7图示了决策树700的范例。所述决策树可以被用于构建磁共振指纹识别库和脉冲序列指令。例如，所述决策树可以包括第一条目702。第一条目可以包括磁共振指纹识别库和脉冲序列指令的一部分。所述脉冲序列指令的对应于第一节点702的部分被执行，并且然后这些与磁共振指纹识别库进行比较。接下来，比较的结果可以在三个分支704的一个的选择中做出决策。分支被示为指向第三条目706、第四条目708和第五条目710。例如，与磁共振指纹识别库的比较可以导致该方法跟随到第三条目706。当到达第三条目706时，所述脉冲序列指令的另外的部分被执行并且然后与磁共振指纹识别库的另一部分或区域进行比较。这然后可以导致指向节点712和714的分支704。节点712对应于第一性能退化状况，并且节点714对应于第二性能退化状况。从节点708和710可以导致额外的或后续性能退化状况716。通过遵循故障的通过决策树700的路径，磁共振系统中的错误或退化状况可以被准确地且快速地识别。

测量到的mr信号可以与磁共振指纹识别库进行比较。通过针对具有磁共振系统的部件的性能的变化的指纹识别序列解布洛赫方程来创建所述库。

在一些范例中，在个体系统部件/模块中的故障被彼此去耦合。在其他范例中，不是这样的情况，例如如果某一部件(例如，rf发射放大器)被破坏，那么根本不能获得mr信号，但是即使这种简单情况不是特有的，意味着如果我们不测量mr信号，许多其他原因可能是合理的(rf放大器故障仅仅是其他选项中的一个)。

rf放大器的稍微退化可以被感测为许多其他mr系统部件的退化/失匹配/侵害。这强调不是所有个体系统部件都被去耦合。设想rf放大器的线性查找表被不适当地更新或者由于许多原因而过时(例如，rf放大器中的部件老化等)。这可以将其本身表现为snr的改变，snr的改变例如可以由接收系统中的故障、不适当工作的接收前置放大器、来自所有突发事件都生成接近拉莫尔频率的频率分量的一些电源的失去的隔离/屏蔽、泄露的法拉第笼(开门)、以及能够首先被特有地识别的许多其他问题引起。此外，如果特定子系统正在边界状态下工作，它可能以线性以及非线性的方式影响其他子系统-简言之还存在子系统耦合。

因此，并且也为了降低复杂性，可以设想多层系统分析。从某一水平的复杂性开始，多个不同的mr-系统-指纹识别序列能够被应用以同时地并且在其协同/共同动作中测试多个系统部件。这可以是有益的，因为在一些情况下，个体的隔离的部件可以合适地执行，但是问题刚好在它们必须一起工作时出现。基于这样的个体测试的后果和演变结果，使用适当的决策树，通过大量先验知识(大多数便携式系统故障、与其他部件的关系等)来驱动，以发出被规定为具体地探查系统特征的额外的且部分非常特定的指纹识别测试/序列。

另外的方面是系统响应根据时间(随着周、月)而改变，这也能够示出可以被理解为退化部件的指纹的非常特异性的特征，使得随着时间的响应跟踪(比实际的指纹识别序列大得多)也可以是有用的。

磁共振系统的不同部件可以以不同的方式表现故障。

rf系统中的系统退化：

-在老化的rf放大器的情况下，rf管特异性参数可以以改变rf输出的特有方式来更改(线性、最大功率等)。那些改变能够经由指纹识别来捕获。rf输出稳定性能够尤其是在升温期间以及在rf放大器操作的初始相位期间改变，能够被感测，并且与对应的老化/故障可能性相关联。

-rf发射身体线圈中的部件也可以随着时间而出现故障或改变。身体中的电弧或特定的电压下降能够导致严重的非线性影响。电弧能够引起mr测量信号中的能够在数据中被识别的严重尖峰。尖峰是非常普遍的事件，尖峰也能够有其他原因或交互原因(梯度切换、机械共振等)。

梯度系统中的系统退化：

-梯度放大器的故障通常通过非常特异性的系统部件测试而被容易地识别(但是梯度线圈的老化？)。

-存在机械问题，梯度切换包括导致该部分可能变松并且开始振荡的高机械力。接线的这种改变能够改变线圈的声学声音，而且此外还有涡电流行为以及潜在地能够通过指纹识别被拾取的性能和线性。

-如果在可能导致尖峰的指纹识别序列中使用高电压转换速率，则电弧将发生…

接收系统中的系统退化：

-老化部件能够导致接收线圈行为的改变，如：增加的噪声系数或总体下降、频率去谐、增加相邻线圈元件的耦合。

测试体模能够以不同的方式来构建。体模优选产生可再现的mr信号。其优选由被封装在紧密容器中使得其性质不随着时间而改变的一种或若干种众所周知的物质组成。体模也可以包括温度稳定系统，可能由加热元件、一个或若干个温度传感器、由具有高导热性和热容的材料(但是优选不是金属)(例如陶瓷材料)制作的内壳体、以及由隔热材料制作的外壳体组成。体模也可以被放置在mr扫描器中的众所周知的位置处。这可以通过将安装孔或夹具合并在患者桌台中来实现，其中，体模以可再现的方式被放置。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。

本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施，但是这并不指示不能有效地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。