借助高频信号对B0不均匀性进行校正的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于在磁共振断层成像设备中进行b0场校正的方法。

背景技术：

磁共振断层成像设备是为了对检查对象进行成像，利用外部强磁场将检查对象的核自旋对齐，并且通过交变磁场激励核自旋围绕该对齐进动的成像装置。自旋从该激励状态到具有较小的能量的状态的进动或返回作为响应又产生交变磁场，也称为磁共振信号，经由天线接收磁共振信号。

借助梯度磁场对这些信号进行位置编码，位置编码随后使得接收到的信号能够与体积元素相关联。然后对接收到的信号进行分析并且提供检查对象的三维成像显示。所产生的显示给出自旋的空间密度分布。

磁共振断层成像的质量主要与用于将核自旋对齐的b0静磁场的均匀性有关。在此，不均匀性导致所产生的图像的空间失真，因为通过梯度场进行位置编码也与磁场强度有关。图像对比度也受b0场不均匀性影响，因为在拉莫尔频率偏离激励脉冲的发射频率时，激励的强度也降低。由于同样的原因，不再能够将彼此靠近的拉莫尔频率正确地分开，并且脂肪例如看起来像游离的组织水。

b0不均匀性例如可能由场磁体本身、磁共振断层成像设备的材料或者由环境引起。这些干扰大多是静态的并且例如可以通过铁磁材料来校正。

为了对临时的场变化进行校正，还已知匀场线圈，可调节的恒定电流流过匀场线圈。

然而，在患者内由于组织的不同的磁化率也导致静态b0场中的不均匀性。这些不均匀性由于在身体中的位置以及由于磁场的基本特性通过外部的静磁体线圈仅能有条件地进行校正或者根本不能进行校正。尤其是如果不仅要在二维的层中，而且要在整个三维体积中，实现受组织磁化率干扰的b0场的均匀性，则借助以静态电流运行的外部的场线圈的可行性是有限的。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于在磁场不均匀的情况下改善图像采集的设备和方法。

该技术问题通过根据本发明的设备以及根据本发明的方法来解决。

根据本发明的方法在根据本发明的磁共振断层成像设备上实施，该磁共振断层成像设备具有控制单元、高频单元和发射天线。在一个步骤中，由控制单元确定发射信号，该发射信号适用于借助bloch-siegert(布洛赫-西格特)效应对检查体积中的静态b0磁场的不均匀性的影响进行校正。特别是将对拉莫尔频率的校正或偏移理解为对这种影响的校正。

根据bloch-siegert效应，已知在此通过磁共振断层成像设备的场磁体的静磁场b0在核自旋的位置处以及核自旋的磁矩处给出的拉莫尔频率，由于在该位置处具有不等于该局部的拉莫尔频率的频率的交变磁场，而在频率空间中发生偏移。在此，频率偏移与交变磁场的场强的平方成比例，并且间接地与校正信号的频率和局部的拉莫尔频率的差成比例。因此，可以根据给定位置处的b0偏差，依据校正信号的频率，来计算要实现的场强，利用其可以使拉莫尔频率偏移到没有b0不均匀的理想的拉莫尔频率或者理想的拉莫尔频率的方向上。以这种方式，也可以关于检查区域确定要实现的空间场强分布或功率分布。b0不均匀性例如可以例如根据检查区域中的患者的生理状况通过经验值进行估计，并且作为表格存储在磁共振断层成像设备中，或者也可以通过下面说明的利用磁共振断层成像设备进行的b0场测量来确定。也可以想到，例如通过多通道高频单元产生具有不同的频率的不同的信号分量。但是也可以想到，仅针对发射天线、例如身体线圈或者局部线圈的预先给定的场分布，确定发射信号的频率和幅值或者功率，其仅在检查体积中的选择的位置处对b0场不均性的影响进行校正。在此，当b0不均匀性对磁共振测量的影响显著减小，例如仅对应于小于由于实际的b0不均匀性而产生的偏差的50％、25％或10％的偏差时，理解为校正。

在所述方法的另一个步骤中，利用高频单元产生所确定的发射信号，并经由天线将其发射到检查体积中。优选天线和高频单元是用于激励脉冲的已有的高频发射器和发射天线、例如身体线圈或局部发射线圈。但是，例如当要通过校正交变场也通过激励脉冲来补偿b0不均匀性时，也可以想到单独的发射器和天线。在此，优选天线单独或者与高频单元组合可以实现可控的空间场强分布，例如还要借助本发明的实施方式示例性地描述的。结合多通道高频单元，也可以想到所产生的交变磁场的频率也在空间上发生变化。

根据本发明的方法使得能够以有利的方式灵活地校正b0不均匀性，特别是当b0不均匀性由磁化率变化引起时，其磁化不是无旋(rotationsfrei)的，因此至少在三维体积中不能通过传统的外部线圈来补偿。

根据本发明的磁共振断层成像设备共享由其实施的方法的优点。

本发明还给出其它有利的实施方式。

在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，确定发射信号的步骤还具有通过磁共振断层成像设备确定检查体积中的b0不均匀性的步骤。如下面在本发明中所描述的，这例如可以通过采集或者测量b0图来进行。但是例如也可以想到，在使用存储的信息的情况下控制单元基于位置和生理状况来估计b0不均匀性。例如可以存储针对人的身体一般化的b0图，其仅借助很少的参数、例如位置、身高、体重和周长进行标度，以估计b0不均匀性。

此外，确定发射信号的步骤包括通过控制单元确定发射信号的频率和空间分布的步骤。如已经描述的，拉莫尔频率由于bloch-siegert效果的偏移与由发射信号产生的交变磁场的场强的平方成比例，并且间接地与局部拉莫尔频率与发射信号的频率的差成比例。控制单元利用该等式来确定发射信号，从而至少部分地补偿b0场的不均匀性的影响。换言之，在经由天线发出发射信号时，在检查体积的至少一个位置处，使核自旋进动的频率向针对理想的均匀的b0场的b0值的拉莫尔频率的方向偏移，使得频率差例如减小50％、80％或90％以上。优选在多个位置进行校正。例如也可以想到，通过作为参数改变发射信号的幅值和/或频率，利用优化方法使平方偏差最小。如下面要描述的，也可以与位置有关地改变该幅值和频率。

因此，根据本发明的方法使得能够以有利的方式使对b0不均匀性的校正与患者匹配。

在根据本发明的方法的一个可以想到的实施方式中，所述方法在如下磁共振断层成像设备上实施，该磁共振断层成像设备的发射天线具有多个天线元件。该发射天线例如可以是具有多个可独立控制的区段的身体线圈，或者也可以是局部的发射线圈矩阵。也可以想到用于发射信号的具有天线阵列的单独的天线。在根据本发明的方法的该实施方式中，发射步骤具有如下步骤：确定高频单元和/或天线元件的配置，以近似地实现期望的空间分布。例如，高频单元可以具有多个独立的通道，这些通道也称为ptx。然后，这些通道供应不同的天线元件。然后，可以通过(相同频率下的)相位和幅值比，来控制发射信号的空间分布和其产生的不同位置处的场强。但是也可以通过高频单元或者发射天线中的可控的相位偏移元件，根据单个高频信号借助多个天线元件来实现受控的方向性。

但是也可以想到，通道的输出的频率是不同的，从而空间分布仅通过幅值以及控制的天线元件的选择而与其发射特性相关。

对于所有这些情况，可以利用电动力学定律，如已经在借助ptx进行激励时，来确定高频单元和/或发射天线的配置，该配置产生期望的幅值分布以及在需要时产生期望的频率分布。在根据本发明的方法的另一个步骤中，根据配置设置高频单元和/或发射天线。

最后，在另一个步骤中，利用高频单元产生所确定的发射信号，并且经由发射天线将其发射到检查体积中。在此，高频单元和/或发射天线的配置确保实现期望的空间分布。

发射天线的多个天线元件以有利的方式使得能够更准确并且更灵活地对校正进行控制。

在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，所述方法还包括借助磁共振断层成像设备确定b0图的步骤。这例如可以通过在不同的回波时间采集磁共振信号并且比较由此产生的图像来进行。还已知其它进行测量的方法。

然后，在根据本发明的方法的该实施方式中，在通过磁共振断层成像设备确定检查体积中的b0不均匀性时，例如通过根据b0图确定与恒定的额定b0值的偏差，来使用所采集的b0图。

如此确定的b0图再现了检查体积中的实际的b0不均匀性，优选是在存在真实患者的情况下。也可以想到，在使用根据本发明的方法的情况下，即利用高频校正信号，确定b0图，因此也可以采集或者迭代地改善校正的效果。因此，更准确地确定b0不均匀性，并且利用所述方法也可以以有利的方式更准确地进行校正。

在根据本发明的方法的一个可以想到的实施方式中，借助磁共振断层成像设备迭代地使用根据本发明的方法的校正确定b0图。在此，例如可以想到，将恒定的理想的、没有不均匀性的b0场假定为b0不均匀性的起始值。然后，在测量的迭代开始时，首先不输出用于校正拉莫尔频率的发射信号。在这些条件下，磁共振断层成像设备根据已知方法测量第一(真实)b0图，该第一(真实)b0图是用于确定用于依据根据本发明的方法校正拉莫尔频率的发射信号的基础。

在使用该发射信号的情况下采集第二b0图，根据该第二b0图确定仍然未通过发射信号校正的不均匀性，该第二b0图又用于依据根据本发明的方法确定第二发射信号。这迭代地重复，其中，来自迭代n-1的b0图始终是确定第n个发射信号的基础。

例如，如果所测量的b0不均匀性小于预定的中止值，后续步骤中的不均匀性不再减小，或者达到了最大的迭代次数，则可以中止。

在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，所述方法还具有确定在特定的b0不均匀性的情况下在检查体积中实现均匀的激励的激励脉冲的频率分布和功率的步骤。由于强的激励脉冲，例如由于sar负荷，但是也因为用于进行校正的发射信号的幅值的所需的非常大的值，或者也因为使用相同的高频单元和/或天线，可能需要在激励核自旋时以其它方式补偿b0不均匀性。这例如可以通过宽带激励脉冲来进行，宽带激励脉冲可以以不同的拉莫尔频率激励核自旋。在已知b0分布的情况下，例如可以借助离散傅立叶变换确定脉冲的形状。然后，在所述方法的一个步骤中，由高频单元产生该激励脉冲并经由激励天线发出。这例如可以是身体线圈，或者也可以是局部发射线圈。

在一个可以想到的实施方式中，根据本发明的磁共振断层成像设备的发射天线具有由天线元件构成的阵列。在此，优选天线元件处的发射信号的相位和/或幅值是可调节的。因此，可以以有利的方式实现bloch-siegert效应的位置相关性，并且更好地校正b0不均匀性。

在根据本发明的磁共振断层成像设备的一个可能的实施方式中，高频单元和/或发射天线具有保护设备。保护设备被设计为用于在同时发出发射信号和激励脉冲或相位编码脉冲时保护高频单元。例如可以想到，保护设备使得天线或者高频单元在发射信号的频率处共振，使得与没有保护设备的磁共振断层成像设备相比，激励脉冲或者相位编码脉冲的信号在用于发射信号的高频单元的信号输出端处衰减20db、40db、60db或者100db以上。也可以想到，在发射天线和/或高频单元上设置带阻滤波器(sperrkreis)作为保护设备，将带阻滤波器调谐为在激励脉冲或者相位编码脉冲的频率处共振，并且在高频单元的信号输出端处将其选择性地抑制20db、40db、60db或者100db以上。

保护设备以有利的方式利用以下事实：对于bloch-siegert效应，必须使用与磁共振断层成像设备的b0场下的要检查的核自旋的拉莫尔频率不同的频率，因此保护设备可以通过频率选择装置来保护高频单元。

通过宽带激励脉冲，可以有利地激励所有核自旋，而不会由于附加的校正信号而进一步增加sar负荷。

在根据本发明的方法的一个可以想到的实施方式中，在相位编码和/或读出期间进行发射步骤。特别是在相位编码期间，在磁共振断层成像设备的大多数检查方法中不向检查体积中发射高频信号或者从其接收高频信号。因此，可以在没有产生干扰的相互作用的情况下发射用于进行校正的发射信号。在此，优选这可以利用与激励脉冲相同的高频单元和发射天线进行。在此，在读出期间，即在接收并且记录磁共振信号的磁共振测量阶段期间，需要避免由于用于进行校正的发射信号产生的干扰。这例如可以通过在接收侧使用滤波器，通过适当地选择用于进行校正的发射信号的频率来实现。也可以想到间歇地进行发送/接收。

总的来说，有利的是，在脉冲列的尽可能长的时间内发射用于进行校正的发射信号。因此，可以以有利的方式减小校正的量值，由此减小场强或功率。

在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，在确定发射信号的步骤中，确定频率和/或幅值的时间相关性，使得通过在磁共振测量的持续时间内发出的发射信号，基本上以时间平均对拉莫尔频率进行校正。借助bloch-siegert效应，也可以想到，使核自旋进动的频率也超过理想的b0下的拉莫尔频率，或者对核自旋进动的频率进行过补偿，使得其也超过理想的b0下的拉莫尔频率。这使得能够利用频率和/或幅值的时间调制确定发射信号，然后还发出发射信号，使得在时间平均中通过具有过补偿的时间段对没有发射信号的时间段进行补偿。

以这种方式，例如可以在进行读出时调节发射，以便不干扰mr信号的接收，随后以有利的方式通过过补偿对偏差进行补偿。

附图说明

结合下面结合附图详细说明的对实施例的描述，上面描述的本发明的特性、特征和优点以及实现它们的方式将变得更清楚并且更容易理解。

图1示出了具有根据本发明的高频单元的磁共振断层成像设备的示例性示意图；

图2示出了用于实施根据本发明的方法的高频单元和局部线圈的示例性示意图；

图3示出了利用根据本发明的方法的磁共振测量的示例性时间流程；

图4示出了根据本发明的方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的磁共振断层成像设备1的一个实施方式的示意图。

磁体单元10具有场磁体11，场磁体11在接收区域中产生静磁场b0，用于对齐样品或患者100中的核自旋。接收区域布置在患者隧道16中，患者隧道16沿着纵向方向2延伸通过磁体单元10。可以借助患者床30和患者床30的移动单元36将患者100移动到接收区域中。场磁体11通常是可以提供具有高达3t的磁通密度、在最新的设备的情况下甚至更高的磁场的超导磁体。然而，对于较低的场强，也可以使用永磁体或者具有正常导电的线圈的电磁体。

此外，磁体单元10具有梯度线圈12，梯度线圈12被设计用于将磁场b0与可变磁场在三个空间方向上叠加，以对所采集的检查体积中的成像区域进行空间区分。梯度线圈12通常是由正常导电的金属丝构成的线圈，其可以在检查体积中产生彼此正交的场。

磁体单元10还具有身体线圈14，身体线圈14被设计用于向检查体积中辐射经由信号导线33馈送的高频信号，接收由患者100发出的共振信号，并且经由信号导线输出。但是优选用在患者隧道16中布置在患者100附近的局部线圈50代替身体线圈14来发出高频信号和/或进行接收。但是也可以想到将局部线圈50设计为用于进行发送和接收，因此可以省去身体线圈14。

控制单元20向磁体单元10供应用于梯度线圈12和身体线圈14的不同的信号，并且对接收到的信号进行分析。在此，磁共振断层成像设备控制器23协调各个子单元。

因此，控制单元20具有梯度控制器21，梯度控制器21被设计为用于经由馈电线向梯度线圈12供应可变电流，可变电流以时间协调的方式在检查体积中提供期望的梯度场。

此外，控制单元20具有高频单元22，高频单元22被设计用于产生具有预先给定的时间走向、幅值和谱功率分布的高频脉冲，用于激励患者100中的核自旋的磁共振。在此，可以实现千瓦范围内的脉冲功率。各个单元经由信号总线25彼此连接。

由高频单元22产生的高频信号经由信号连接线馈送到身体线圈14，并且发射到患者100的身体内，以便在那里激励核自旋。但是也可以想到，经由局部线圈矩阵50的一个或多个线圈绕组来发射高频信号。

但是按照根据本发明的方法可以想到，使用高频单元22和身体线圈14和/或局部线圈50来对拉莫尔频率进行校正。

然后，局部线圈矩阵50优选接收来自患者100的身体的磁共振信号，因为由于距离小，局部线圈50的信噪比(snr)好于通过身体线圈14接收的情况。在局部线圈50中对局部线圈矩阵50接收到的mr信号进行处理，并且将其转发到磁共振断层成像设备1的高频单元22，以进行分析和图像采集。优选为此使用信号连接线33，但是例如也可以想到无线传输。

在图2中示出了用于执行所述方法的高频单元22和局部线圈矩阵50的一个示例性实施方式。高频单元22具有多个振荡器和放大器来产生多个高频信号。通过单独的振荡器，可以相互独立地产生不同频率和相位的信号。在此，单独的放大器使得能够独立地设置幅值。下面，将振荡器和与其信号连接的放大器一起称为发送通道。具有发送通道的高频单元22也可以例如在ptx磁共振断层成像设备中用于激励核自旋。

将由高频单元22产生的高频信号转发到开关矩阵52。开关矩阵被设计为用于在高频单元22和局部线圈矩阵50的线圈绕组51之间建立信号连接，从而将高频信号转换为高频交变磁场。但是原则上也可以将天线线圈直接与高频单元22连接，但是于是存在固定的关联，并且可用天线线圈的最大数量等于通道的数量。

在此，开关矩阵52可以具有简单的开关元件，其在尽可能没有改变的情况下将信号从高频单元22转发到可选择的天线线圈或线圈绕组51。以这种方式可以改变发出的场的空间分布，并且可以利用已有的通道选择由多个线圈构成的区域，而不需要例如在空间上移动局部线圈矩阵。

但是也可以想到，开关矩阵52具有可调节或可接入的相位偏移器和/或加法元件和/或衰减器，其使得能够将来自高频单元22的输入信号组合成具有可变的相位和幅值的不同的新信号，其中，所产生的信号的数量、因此可以供应以信号的天线线圈的数量也可以大于通道的数量。原则上，利用这种开关矩阵也可以想到，只要信号具有相同的频率，就可以向具有多个天线线圈51的局部线圈矩阵50提供来自具有一个通道的高频单元的信号。这种开关矩阵52有利地增加了根据本发明的方法的灵活性和使用可能性，而不会由于高频单元中的许多通道而增加成本。

在此，开关矩阵52也可以是高频单元22的一部分，但是因此失去了高频单元22与局部线圈矩阵50之间的连接线数量较少的优点。

借助高频单元22、局部线圈矩阵50或者身体线圈14以及在需要的情况下借助开关矩阵52，可以为下面示出的方法产生一个频率的交变磁场或者不同的频率的多个场的多个空间分布。

在图3中示出了用于图像采集的磁共振测量的示例性时间流程。时间轴向右延伸。在上部的栏中给出了磁共振测量的各个阶段。测量周期、也称为脉冲列以通过激励脉冲激励核自旋开始，在此用tx表示。随后是用于对核自旋施加空间定向的相位编码enc。在表示为读出ro的阶段中，接收并记录或者分析磁共振信号。之后，在进行新的激励之前可以进行暂停，例如在暂停中核自旋弛豫。

在图3中，从上到下给出了针对不同信号的行。rf表示进行激励的高频信号。g给出了梯度线圈的梯度信号。最后，b1s表示根据本发明的用于校正b0不均匀性的高频信号。

最后，在图4中示出了根据本发明的方法的一个实施方式的示例性示意性流程图。

图4的根据本发明的用于校正b0不均匀性的方法分为两个主步骤s100和s200。在步骤s100中，首先通过控制单元20确定发射信号，该发射信号适用于借助bloch-siegert效应对检查体积中的不均匀性的影响进行校正。

为此，首先b0不均匀性必须是已知的。在此可以想到，首先在子步骤s105中通过进行测量利用磁共振断层成像设备1来采集b0图。为此，例如可以创建两个磁共振断层成像，在不同的回波时间测量这两个磁共振断层成像的磁共振信号。在步骤s110中，控制器可以根据b0图确定b0不均匀性。

但是也可以想到，根据患者的位置和其它参数通过存储的值来估计b0不均匀性。在此，存储的值优选基于生理模型或针对患者标度的测量值。

在子步骤s120中，控制单元确定发射信号的频率分布和空间分布，利用该频率分布和空间分布，根据bloch-siegert效应，通过该发射信号在检查体积中至少部分地补偿b0不均匀性的影响。在此，也可以想到，频率分布使得发射信号的频率在任何地方都是恒定的。

在这种情况下，空间幅值分布与b0不均匀性的平方成比例，并且可以直接确定目标分布。如果附加地频率是可变的，则例如可以使用数值优化方法，使用拉莫尔频率的偏差的平方作为误差，并且通过改变频率和场强使其最小化。在此，边界条件是关于s210说明的用于进行发射的线圈绕组51和无线电波的特性。

在最简单的情况下，可以想到，仅需要在单个点处进行校正，并且为此确定单个频率和(均匀的)场强。

随后，在主步骤s200中，必须通过发射来实现所确定的频率和空间分布。在此，例如可以使用在sar确定中使用的计算方法。

在子步骤s210中，控制单元根据麦克斯韦定律(maxwellschengesetze)和天线的几何形状，确定馈送给天线的信号的相位和幅值。对于不同的频率，如果使用这些频率，则这可以分别单独进行。在此，也可以再次使用优化方法，该优化方法使基于电动力学预期的分布与事先确定的目标分布之间的偏差最小化。由此，控制单元20确定高频单元22和/或天线元件的设置或配置，其随后产生并且辐射所确定的具有对应的相位和幅值的信号。

在子步骤s220中，控制单元22对高频单元22和/或天线或者开关矩阵进行设置，并且在子步骤s230中，触发所确定的发射信号的在高频单元22中的产生，使得根据所确定的天线元件的配置，将发射信号辐射到检查体积中，并且在那里如设置的校正拉莫尔频率。

如从图4中可以看到的，在磁共振测量中存在多个阶段，这些阶段没有磁共振断层成像所需的其它高频信号。特别是通过梯度进行编码期间的阶段特别适合于使用根据本发明的方法。在该时间点，还可以使用用于激励脉冲和发射信号的共同的高频单元22和天线来进行校正，因为这两个阶段相继发生。

在激励脉冲期间，还可以单独通过脉冲的频率展宽来补偿不均匀性。

在读出期间，即在测量磁共振信号期间，不允许拉莫尔频率处的信号对接收进行干扰。在此，可以想到根据所述方法进行校正，方式是接收器具有相应的输入滤波器，其阻挡或者抑制根据本发明的用于校正的发射信号，该发射信号具有除了理想的拉莫尔频率之外的频率。

也可以想到间歇地接收并且在此期间发送用于校正的发射信号。在此，在发送暂停时，可以通过发射信号的更高的幅值和/或更大的频率偏差来补偿拉莫尔频率的偏差，从而以时间平均实现正确或理想的拉莫尔频率。

虽然通过优选实施例进一步详细示出并描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，本领域技术人员可以得出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。