局部匀场装置及补偿主磁场的不均匀性的方法与流程

1.本发明涉及一种局部匀场装置及补偿主磁场的不均匀性的方法。


背景技术：

2.医学影像是为了医疗或医学研究目的，对人体或人体某部位，以非入侵的方式获得内部组织影像的技术与处理过程，其已经变成了一种广泛使用的用于所有人体部位的重要的医学诊断技术。采用了医学影像技术的磁共振成像系统在患者所处的圆柱形测量空间内施加磁场，其中在基本磁场中，为了获得患者身体内部区域中的磁共振层照片，即借助磁共振技术生成的图像数据，需要将患者的身体暴露给尽可能均匀的静止主磁场。由此将患者身体内的核自旋平行对准基本磁场的方向。此外，例如在患者所处区域借助合适的高频天线将高频脉冲辐射到患者身体内，以借助该高频脉冲对患者的待激励的核自旋进行激励，从而通过施加高频场来激励磁共振信号的发射。
3.待获取的磁共振成像图片的质量主要取决于主磁场的均匀性，而且主磁场的均匀性尤其被用于脂肪抑制。在脂肪饱和序列中，存在两种射频脉冲，其中一种用于水信号成像，另一种是用于抑制脂肪信号的脂肪饱和脉冲。水和脂肪的这两种共振频率彼此相当接近，这造成在主磁场不均匀的情况下，水和脂肪的共振频率变得模糊不清，脂肪饱和脉冲难以抑制脂肪信号。在现有技术中，其中一种解决方式是在梯度线圈中集成匀场线圈，通过流过匀场线圈的匀场电流，对全局主磁场进行补偿，改善主磁场的均匀性，从而使得检查对象或患者的全身的主磁场更加均匀。然而，这种解决方式极为复杂而且成本昂贵，而且仍无法很好的解决检查对象局部区域的主磁场的不均匀性问题。另一种解决方式通过控制流过梯度线圈中的两个或更多个区段的电流，使得在成像序列和/或在获取成像信号数据期间，校正高阶磁场不均匀性。然而，这种解决方式虽然避免了使用匀场线圈，但是需要对流过梯度线圈的不同区段的电流进行独立地控制，这使得梯度线圈的操控复杂性更高。
4.此外，对于解剖结构复杂的部位，例如膝盖骨区域的不规则结构在组织与空气之间形成不规则的交界面，导致主磁场的场分布产生急剧变化，膝盖骨附近的主磁场失真。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种局部匀场装置及补偿主磁场的不均匀性的方法。根据本发明的局部匀场装置结构简单而且成本也低，能够使得在检查对象的局部区域中的主磁场更加均匀，有效解决在局部区域中的磁场失真的问题以及导致的脂肪饱和，进而使得该局部区域的成像质量更高。
6.本发明的一方面提供了局部匀场装置，该局部匀场装置包括：一局部线圈，被布置为覆盖一检查对象的一局部区域，以接收来自局部区域的磁共振信号；多个匀场线圈，其中多个匀场线圈被集成在局部线圈中或者被布置为包围局部线圈的至少一部分；以及一匀场控制器，被配置为根据在局部区域内的主磁场的强度分布，控制多个匀场线圈中的至少一个匀场线圈，以提供用于补偿在局部区域内的主磁场的分量的场分布。本发明的局部匀场
装置提供了良好的匀场效果，能够有效消除在检查对象的局部区域中由于待检查部位的不规则形状，在组织与空气之间形成不规则交界面而导致的主磁场分布不均匀。
7.根据本发明的局部匀场装置的示例性实施例，在多个匀场线圈被布置为包围局部线圈的至少一部分的情况下，局部匀场装置包括围绕局部线圈的套筒，其中多个匀场线圈被布置在套筒上。由此，局部匀场装置的匀场线圈能够被布置在局部线圈的外部，且紧密地围绕局部线圈的至少一部分，使得局部匀场装置的结构紧凑。
8.根据本发明的局部匀场装置的示例性实施例，多个匀场线圈包括多个螺线管形状的第一匀场线圈和多个鞍形的第二匀场线圈，其中，第一匀场线圈和第二匀场线圈被分层堆叠在套筒的筒壁上。在局部线圈外部的不同形状的匀场线圈提供了产生不同阶的磁场分量的可能性。
9.根据本发明的局部匀场装置的示例性实施例，第一匀场线圈被配置为产生2阶的磁场分量，并且第二匀场线圈被配置为产生3阶或者3阶以上的磁场分量。由此，多个匀场线圈中的不同部分能够单独地工作以产生不同阶的磁场分量。
10.根据本发明的局部匀场装置的示例性实施例，局部匀场装置还包括：一主磁场检测器，被配置为获取检查对象的局部区域的主磁场的强度分布。本发明的磁共振设备提供良好的匀场效果，能够有效消除在检查对象的局部区域附近出现的主磁场失真并且有效解决其所导致的脂肪饱和的问题。
11.根据本发明的局部匀场装置的示例性实施例，主磁场检测器还被配置为：通过扫描多个不同的检查对象的局部区域，收集相关于局部区域的主磁场的强度分布的数据。收集局部区域内的主磁场的强度分布有助于提高对该局部区域内的主磁场的补偿的精度。
12.根据本发明的局部匀场装置的示例性实施例，匀场控制器还被配置为：从获取的主磁场的强度分布中，提取主磁场的多阶谐波分量；以及计算多个匀场线圈中的至少一个匀场线圈待产生的场分布，使得至少一个匀场线圈产生的场分布能够抵消主磁场的多阶谐波分量中的至少一阶谐波分量。利用在该局部区域内的收集的主磁场的数据，将该主磁场场强分布分解成多阶谐波分量，以方便针对失真的主磁场进行精确的补偿。
13.根据本发明的局部匀场装置的示例性实施例，匀场控制器还被配置为：利用球谐函数，提取主磁场的多阶谐波分量。从而，以数学方式表示出失真的主磁场的多阶谐波分量，方便针对性地精准补偿主磁场。
14.根据本发明的局部匀场装置的示例性实施例，局部线圈是膝盖线圈。膝盖线圈能够提供对髌骨区域的匀场效果，进而解决髌骨附近主磁场不均匀的问题。
15.本发明的另一方面提供了借助以上描述的局部匀场装置补偿主磁场的不均匀性的方法，该方法包括：通过局部线圈接收来自检查对象的局部区域的磁共振信号；通过匀场控制器根据在局部区域内的主磁场的强度分布，确定多个匀场线圈中的至少一个匀场线圈待产生的场分布，其中多个匀场线圈被集成在局部线圈中或者被布置为包围局部线圈的至少一部分；以及通过匀场控制器控制多个匀场线圈中的至少一个匀场线圈，提供用于补偿在局部区域内的主磁场的分量的场分布。
16.根据本发明的补偿主磁场的不均匀性的方法的示例性实施例，接收来自检查对象的局部区域的磁共振信号包括：通过扫描多个不同的检查对象的局部区域，收集相关于局部区域的主磁场的强度分布的数据。
17.根据本发明的补偿主磁场的不均匀性的方法的示例性实施例，确定多个匀场线圈中的至少一个匀场线圈待产生的场分布包括：从获取的主磁场的强度分布中，提取主磁场的多阶谐波分量；以及计算多个匀场线圈中的至少一个匀场线圈待产生的场分布，使得至少一个匀场线圈产生的场分布能够抵消主磁场的多阶谐波分量中的至少一阶谐波分量。
18.根据本发明的补偿主磁场的不均匀性的方法的示例性实施例，提取主磁场的多阶谐波分量包括：利用球谐函数，提取主磁场的多阶谐波分量。
19.根据本发明的另一方面，本发明提供存储介质，包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行根据以上所描述的方法。
20.根据本发明的另一方面，本发明提供处理器，用于运行程序，其中，程序运行时执行根据以上所描述的方法。
附图说明
21.附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：
22.图1示出根据本发明的实施例的局部匀场装置的结构示意图。
23.图2示出根据本发明的实施例的安装有匀场线圈的局部线圈的示意图。
24.图3示出根据本发明的实施例的补偿主磁场的不均匀性的方法的流程示意图。
25.图4示出根据本发明的示例性实施例的补偿主磁场的不均匀性的方法的流程示意图。
26.附图标记说明：
27.11：局部线圈；
28.13：匀场线圈；
29.15：匀场控制器；
30.17：主磁场检测器；
31.20：套筒；
32.100：局部匀场装置。
具体实施方式
33.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他方案，都应当属于本发明的保护范围。
34.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含一系列单元的产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。
35.图1示出根据本发明的实施例的局部匀场装置100的结构示意图。在本发明的实施
例中，如图1所示，局部匀场装置100包括一局部线圈11、多个匀场线圈13以及一匀场控制器15。局部线圈11被布置为覆盖一检查对象的一局部区域，以接收来自该局部区域的磁共振信号。多个匀场线圈13被集成在局部线圈11中或者被布置为包围局部线圈11的至少一部分。匀场控制器15被配置为根据在该局部区域内的主磁场的强度分布，控制多个匀场线圈13中的至少一个匀场线圈13，以提供用于补偿在该局部区域内的主磁场的分量的场分布。
36.匀场控制器15还被配置为从获取的主磁场的强度分布中，提取获取的主磁场的多阶谐波分量。例如，以数学的方式描述检查对象或患者的膝盖骨(髌骨)附近的主磁场的特性，使用球谐函数作为基础以提取主磁场的不同谐波分量，即一阶、二阶、三阶以及更高阶的谐波分量，优选地提取五阶的谐波分量，即主磁场的一阶至五阶的谐波分量，以表征膝盖骨附近的主磁场。借助提取的五阶谐波分量，在球形区域中重新构建主磁场。
37.匀场控制器15还被配置为计算多个匀场线圈13中的至少一个匀场线圈13待产生的场分布，使得至少一个匀场线圈13产生的场分布能够抵消主磁场的多阶谐波分量中的至少一阶谐波分量。由多个匀场线圈13中的一个或者多个匀场线圈13产生的磁场谐波分量与该膝盖骨局部区域内主磁场的各相应谐波分量幅度相同、方向相反，从而抵消失真的主磁场。例如，每个匀场线圈13被设计为能够产生满足要求的磁场谐波分量，即每个匀场线圈13能够产生五阶谐波分量中的至少一阶谐波分量或者更多阶谐波分量。例如，多个匀场线圈13中的一个匀场线圈13能够被设计为用于产生一阶谐波分量和二阶谐波分量。由此，能够减少用于匀场的匀场线圈13的数量。由匀场线圈13所产生的磁场谐波分量的方向与从患者的膝盖骨附近的主磁场所提取的谐波分量的方向相反。
38.而且，对于不同的情况，可相应地使用一阶、二阶或者更高阶的匀场线圈13。例如，需要生成对主磁场的线性补偿，可仅使用用于产生一阶谐波分量磁场的匀场线圈13。对于该一阶匀场线圈13，通过创建与主磁场的一阶谐波分量幅度相同但符号相反(相反方向)的补偿磁场，在x、y和z方向上的磁场失真得以消除，保留均匀的主磁场。例如，为了消除患者的膝盖骨附近的失真主磁场，需要使用二阶或更高阶的匀场线圈13。例如，对于二阶匀场线圈13，通过创建与主磁场的二阶谐波分量幅度相同但符号相反(相反方向)的补偿磁场，在xy、zx、xy、z2以及x
2-y2方向上的主磁场失真得以消除，保留均匀的主磁场。
39.局部匀场装置100还包括主磁场检测器17，其被配置为获取检查对象的局部区域内的主磁场的强度分布。该主磁场检测器17还被配置为通过扫描一个或者多个检查对象的局部区域，收集相关于局部区域的主磁场的强度分布的数据。在一个实施例中，扫描一个患者的膝盖骨(髌骨)附近的主磁场，获取附近的主磁场强度分布的原始数据，便于由软件(例如，matlab)处理，获得扫描部位的磁场强度分布。在另一个实施例中，事先从多个不同的患者的膝盖骨附近获取主磁场的初始数据，以创建与该部位对应的磁场强度分布的大数据，用以分析和处理并获得主磁场的场强度分布，作为之后用于补偿主磁场的基础，这有助于进一步提高补偿的精度。
40.图2示出根据本发明的实施例的安装有匀场线圈13的局部线圈11的示意图。如图2所示，局部匀场装置100包括局部线圈11和安装在局部线圈11上的多个匀场线圈13。对于根据本发明的实施例的多个匀场线圈13，这些匀场线圈13能够被设置在局部线圈11的外部或者被集成在局部线圈11的内部。如果匀场线圈13被集成在局部线圈11的内部，线圈的尺寸不会增大，并且得以节省成本。或者，如果局部线圈11的内部空间不足，可在局部线圈11的
外部设置附加的保持器(例如，圆形套筒20)用于组装多个匀场线圈13，其中该圆形套筒20尽可能贴近地围绕局部线圈11，以获得良好局部匀场效果。例如，为了对检查对象的膝盖进行检查，可在膝盖线圈中集成多个匀场线圈13，或者设计紧密包绕膝盖线圈的套筒20，在套筒上分布多个匀场线圈13。
41.如图2所示，设计的圆形套筒20可与现有膝盖线圈配合使用，提供膝盖线圈的固定。包围在局部线圈11外面的圆形套筒20上分布了多个局部匀场线圈13，其包括多个螺线管形状的匀场线圈和多个鞍形的匀场线圈，这两种形状的匀场线圈13被分层堆叠在圆形套筒的20筒壁上。例如，多个螺线管形状的匀场线圈可以产生2阶的磁场分量，而且多个鞍形的匀场线圈可以产生3阶或3阶以上的磁场分量。圆形套筒20被安装有控制和供电线缆，从而给圆形套筒20上的匀场线圈13提供匀场电流。
42.图3示出根据本发明的实施例的补偿主磁场的不均匀性的方法的流程示意图。根据本发明实施例的方法包括：
43.步骤s101，通过局部线圈接收来自检查对象的局部区域的磁共振信号。例如，通过扫描患者的膝盖骨附近的主磁场，获取膝盖骨附近的主磁场强度分布的原始数据。
44.步骤s103，通过匀场控制器根据在局部区域内的主磁场的强度分布，确定被集成在局部线圈中或者被布置为包围局部线圈的至少一部分的多个匀场线圈中的至少一个匀场线圈待产生的场分布。通过分析获取的患者膝盖骨附近的主磁场强度分布数据，能够计算出用于多个匀场线圈的一个或者多个或者每个匀场线圈应该产生的场分布。
45.步骤s105，通过匀场控制器控制多个匀场线圈中的至少一个匀场线圈，提供用于补偿在局部区域内的主磁场的分量的场分布。由多个匀场线圈中的一个或者多个匀场线圈产生的场分布的方向与该膝盖骨局部区域内主磁场方向相反，用以抵消失真的主磁场。
46.图4示出根据本发明的示例性实施例的补偿主磁场的不均匀性的方法的流程示意图。在该示例性的实施例中，本发明的方法包括：
47.步骤s201，通过扫描多个不同的检查对象的局部区域，收集相关于局部区域的主磁场的强度分布的数据。例如，事先从多个不同的患者的膝盖骨附近获取主磁场的初始数据，以创建与该部位对应的磁场强度分布的大数据，用以分析和处理并获得主磁场的场强度分布，作为之后用于补偿主磁场的基础，这有助于进一步提高补偿的精度。
48.步骤s203，从获取的主磁场的强度分布中，利用球谐函数，提取主磁场的多阶谐波分量。为了以数学的方式描述例如患者的膝盖骨附近的主磁场的特性，使用球谐函数作为基础以提取主磁场的不同谐波分量，即一阶、二阶、三阶以及更高阶的谐波分量，优选地提取五阶的谐波分量，即主磁场的一阶至五阶的谐波分量，以表征膝盖骨附近的主磁场。借助提取的五阶谐波分量，在球形区域中重新构建主磁场。
49.步骤s205，计算多个匀场线圈中的至少一个匀场线圈待产生的场分布，使得至少一个匀场线圈产生的场分布能够抵消主磁场的多阶谐波分量中的至少一阶谐波分量。多个匀场线圈被集成在局部线圈中或者被布置为包围局部线圈的至少一部分。例如，多个匀场线圈中的一个匀场线圈能够被设计为用于产生一阶谐波分量和二阶谐波分量。由匀场线圈所产生的磁场谐波分量的方向与从患者的膝盖骨附近的主磁场所提取的谐波分量的方向相反。
50.步骤s207，通过匀场控制器控制多个匀场线圈中的至少一个匀场线圈，提供用于
补偿在局部区域内的主磁场的分量的场分布。匀场控制器控制向至少一个匀场线圈提供的匀场电流。例如，需要生成对主磁场的线性补偿，可仅使用用于产生一阶谐波分量磁场的匀场线圈。例如，为了消除患者的膝盖骨附近的失真主磁场，需要使用二阶或更高阶的匀场线圈。
51.在本发明所提供的实施例中，应该理解，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元或模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合可以是通过一些接口，模块或单元的间接耦合，可以是电性或其它的形式。
52.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。