专利名称：磁共振设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于磁共振(MR)成像的设备。
此外，本发明涉及一种用于MR成像的方法，并且还涉及用于MR成像设备的计算机程序。
背景技术：
在MR成像中，一个对象(通常是患者的身体)被放置在静止的并且基本上均匀的主磁场(B0)中，由切换的RF场(B1)和磁场梯度脉冲构成的脉冲序列被施加到该对象，以便生成经过相位编码的磁共振信号，随后扫描所述经过相位编码的磁共振信号，以便从该对象获得信息并且重建其图像。自从最初开发出MRI之后，MRI应用的临床相关的场的数量已经大大增多。MRI可以被应用于身体的几乎每一部分，并且MRI可以被用来获得关于人体的多个重要功能的信息。在MR扫描期间施加的所述脉冲序列完全确定所重建图像的特性，比如所述对象体内的位置和指向、尺寸、分辨率、信噪比、对比度、对于移动的灵敏度等等。MRI设备的操作人员必须选择适当的序列，并且必须对于对应的应用调节及优化其参数。
通常来说，MR成像设备包括用于在检查区域内生成静态场B0的超导主磁体、用于在所述成像序列期间生成切换的磁场梯度的梯度线圈以及RF线圈组件。已知的MR系统的RF线圈组件包括发射线圈以及一个或多个接收天线，所述发射线圈用来生成上面提到的B1场以用于激励核自旋，所述一个或多个接收天线与所述发射线圈相结合地使用，以便检测并接收来自所检查的对象的MR信号。所述接收天线典型地连接到所述MR设备的接收链。该接收链包括RF放大器、衰减器、调制器、滤波器和数字化器，以便允许对所述MR信号进行窄带、低噪声检测并且把所检测到的MR信号转换成数字信号样本。最终通过计算机处理这些信号，并且将其转换成所述对象的数字图像。
在已知的并行MRI技术中，采用具有不同的空间灵敏度分布的多个接收天线，以便例如增强局部灵敏度或者减少用于诊断图像的扫描时间。后者例如可以根据已知的SENSE技术来实现，这是通过与根据Nyquist理论完全覆盖预定视场实际上所必需的经过相位编码的磁共振信号相比，只采集所述经过相位编码的磁共振信号的一个更小的集合。
上面描述的SENSE技术以及其他已知的并行MR成像技术已经被证明对于实际应用而言是非常高效的。因此，当今的MR系统越来越多地要求大量并行成像。这必然要求使用位于所述MR设备的检查区域内的大量MR接收天线(线圈)，其中每个天线与单独的接收通道相关联。为了把各单独的接收天线连接到所述MR设备的后端电子装置(接收链)，需要许多线缆，其中所述后端电子装置通常位于实际的检查室的外部。这种线缆连接较为昂贵而且很占地方，当考虑到通常的MR设备的检查体积内的有限空间时，这是一个很严重的问题。特别在被集成在移动患者支架内的接收天线的情况下，必要的线缆连接是一种技术上的挑战，因此成本很高。在MR成像中所使用的天线越多，在所检查的患者周围操纵的线缆就变得越复杂。通常使用靠近所述检查区域的所谓的组线盒(combiner box)，在所述组线盒内把来自各单独的接收线圈的线缆捆束在一起。多功能线缆从所述组线盒通向所述MR设备的后端电子装置。很自然地，这些多功能线缆以及相应的组线盒包括多个金属部件和连线。一个已知的问题是这些金属部件和连线往往会干扰所述检查区域内的射频场，并且可能会导致在对应的金属部件和连线附近的所检查的身体组织内的很高的局部特定吸收率(SAR)。这是与MR设备的操作安全有关的一个重要问题。例如，在靠近把所述接收天线连接到MR设备的中央处理单元的连线的区域内，患者可能会受到局部的皮肤灼伤。
例如从US 2003/0206019 A1中获知，通过使用无线传输把所接收的MR信号从位于所述检查区域附近的接收单元传输到MR设备的中央处理单元，可以省却所述MR接收天线与所述MR设备的远程信号处理电子装置之间的线缆连接。为了建立所述接收天线与MR设备的后端电子装置之间的无线远程通信，所述已知系统的所述接收单元合并了适当的发射机，所述发射机把已调信号发射到与所述MR设备的中央信号处理电子装置相关联的远程接收机。该已知系统的所述接收单元还包括可再充电的电池，以便为所述接收机和相关组件提供电功率。因此，在所述接收单元与所述已知的MR设备的后端电子装置之间不需要任何线缆连接，甚至对于供电也不需要。为了保持给所述接收单元的电池充电，由所述已知的MR系统的发射线圈生成的RF脉冲被拾取并且被整流，以便提供必需的功率。
与所述已知系统的无线接收单元的供电相关联的主要缺陷在于，为了给所述接收单元加电对所述RF发射场(B1)进行分接不可避免地会导致所述激励RF场的不均匀。在所述检查区域内的RF场受到干扰，结果发生非常不理想的图像伪像。这一问题不能简单地通过提供附加的RF功率以便对所述接收单元进行感应馈电来规避，因为这样做又将以不可预测而且会产生干扰的方式影响核自旋的激励。此外还必须考虑安全问题。因此，提高所述RF场的强度从而使其对于所述接收单元的供电以及对于核磁化的理想激励总是充足的这一做法可能是不可接受的。所述已知技术的另一个问题在于，所述感应馈电只能在不进行信号采集的时间间隔期间才能发生。否则，用于所述已知系统的加电RF场将干扰灵敏的接收电子装置，特别是干扰所述接收链的采样装置。这对于图像质量又将产生非常不好的失真影响。结果，所述已知系统需要体积较大的电池以用于能量存储，以便在MR信号采集周期期间确保充足的供电，因为此时所述感应馈电必须保持切断。
因此，很容易理解，需要有一种用于MR成像的改进的设备，其允许利用无线操作的接收单元进行大量并行成像。因此，本发明的主要目的是提供一种MR设备，该MR设备被设置成对所述无线接收单元进行感应地加电，而不会干扰所检查的对象的核自旋系统。本发明的另一个目的是提供一种MR成像设备，该MR成像设备不一定需要体积较大的能量存储装置(例如可再充电的电池)以用于所述无线接收单元的操作。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于对置于检查区域内的身体进行磁共振成像的MR设备。该设备包括用于在所述检查区域内生成静止的并且基本上均匀的主磁场的主磁体。提供了放置在所述检查区域内或者放置在该检查区域附近的多个接收单元，所述接收单元分别包括用于从所述身体接收MR信号的接收天线。各单独的接收单元具有用于把所接收的MR信号无线发射到中央处理单元的发射机。本发明的设备还包括操作在可变采样频率下的采样装置，其用于对所接收的MR信号进行采样并且用于将其转换成数字信号样本。本发明的一个本质特征在于提供了加电装置，其在所述检查区域内生成RF加电场(energizing field)，以便把电功率感应地提供给所述无线接收单元。该RF加电场的频率被选择成等于所述采样频率的整数倍。
本发明的主旨是允许把电功率连续传送到所述无线接收单元，从而对于所述接收单元的操作不需要能量存储容量，或者至少是大大减少了所需要的能量存储容量。所述RF加电场的频率应当不同于所述MR设备的共振(Larmor)频率。这样，有效地避免了所述加电辐射与所述核磁化之间的干扰。
本发明的设备的特征在于，所述RF加电场的频率是所述采样频率的整数倍。因此，在对所述MR信号进行采样的对应时间点，所述加电场的瞬时强度总是相同的。此外，所述RF加电场的波形应当被选择成使得在每一个采样周期内的积分是零(例如正弦波将是适当的)。因此，不必担心在所述感应供电与灵敏的接收电子装置之间的乱真干扰。本发明的RF加电场可以在整个图像采集周期内都是激活的，而不会导致任何图像失真。
在通常的MR系统中，所述MR信号的带宽是可变的，并且其范围是从大约500Hz到1.5MHz。由所述MR设备的用户根据各种成像情形相应地指定所述采样频率。为了满足采样理论(Nyquist标准)的要求，根据本发明，所述RF加电场的频率必须至少在2MHz到3MHz的范围内是可变的。这样，总是可以找到等于所述采样频率的整数倍的所述RF加电场的频率值。有利的是，有可能基于所述MR设备的采样装置的可变设置实现对所述RF加电场的频率的自动控制。
为了实际实现本发明，所述无线接收单元分别包括可解谐的(detunable)共振拾取电路以用于拾取所述RF加电场。共振电路使得所述感应馈电处理能够达到最佳效率。所述拾取电路应当是可解谐的，以便令其共振频率与所述RF加电场的可变频率(如上所述，其由所述采样频率确定)相匹配。所述拾取电路可以合并有一个可变电容器(例如所谓的变容二极管)，以便允许自动控制的解谐。根据本发明的一个优选实施例，作为独立设备的所述无线接收单元分别包括一个控制逻辑电路以便自动控制所述拾取电路的共振频率，从而使得从所述RF加电场转移的能量精确地匹配对应的无线接收单元所要求的功率。这样做的优点在于，在图像采集期间可以不受限制地选择所述采样频率，并且所述MR设备的用户完全不需要关心所述无线接收单元的操作及其供电。
本发明的MR设备的无线接收单元可以分别包括一个连接到所述拾取电路的可再充电的电池组或者储能电容器。这些能量存储装置的容量相对于现有技术的设备可以被显著减小。然而，特定的能量存储可能是有用的，以便即使在所述接收单元的功率需求临时增大的情况下仍然确保可靠的功能。
本发明不仅涉及设备，而且还涉及一种用于对被置于MR设备的检查区域内的身体的至少一部分进行磁共振成像的方法，该方法包括以下步骤利用MR成像序列激励所述身体内的核磁化，该MR成像序列包括RF脉冲和切换的磁场梯度；利用放置在所述检查区域内或者放置在该检查区域附近的多个无线接收单元从所述身体采集MR信号，所述接收单元分别包括接收天线和发射机，以用于把所接收的MR信号无线发射到远离该检查区域的中央处理单元；利用一定的采样频率对所接收的MR信号进行采样，并且把所述信号样本转换成数字信号；在对所述MR信号进行采集和采样期间，在所述检查区域内连续生成RF加电场，从而把电功率感应地提供给所述无线接收单元，其中所述RF加电场的频率被选择成所述采样频率的整数倍；把所述数字信号发射到所述远程中央处理单元；以及从所述数字信号样本重建MR图像。
可以有利地在用于控制磁共振扫描器的普通计算机硬件上实现适于实施本发明的成像程序的计算机程序。该计算机程序可以被提供在适当的数据载体上，比如CD-ROM或磁盘。或者，用户可以从互联网服务器下载所述计算机程序。
附图公开了本发明的优选实施例。然而应当理解的是，附图仅仅被设计成用于说明的目的，而不是对本发明进行限制。在附图中图1示出了根据本发明的磁共振扫描器的一个实施例；
图2示意性地示出了根据本发明的多个接收单元和相应的加电装置的安排。
具体实施例方式
在图1中以方框图的形式示出了根据本发明的磁共振成像设备1。该设备1包括一组主磁线圈2以及三组梯度线圈3、4和5，该组主磁线圈用于生成静止且均匀的主磁场，各组梯度线圈用于叠加附加的磁场，所述附加的磁场具有可控的强度并且具有在所选方向上的梯度。传统上，所述主磁场的方向被标记为z方向，与之垂直的两个方向被标记为x方向和y方向。通过电源9为所述梯度线圈加电。该设备1还包括辐射发射器6、天线或线圈，其用于把射频(RF)脉冲发射到放置在所述设备1的检查区域内的身体7，该辐射发射器6耦合到调制器8以用于生成并调制所述RF脉冲。此外还提供了放置在所述设备1的检查区域内或者放置在该设备1的检查区域附近的接收单元10a、10b。每一个所述接收单元10a、10b分别包括接收天线11a、11b，以用于从所述身体7接收MR信号。这些接收天线11a、11b形成一个用于并行成像的目的的线圈阵列。所述接收天线11a、11b例如可以是具有不同的空间灵敏度分布的分开的表面线圈，正如SENSE成像所需要的那样。通过集成在各单独的接收单元10a、10b中的采样装置(未示出)对所接收的MR信号进行采样，并且将其转换成数字信号。所述接收单元10a、10b配备有信号发射天线12a、12b，其用于以多路复用的方式把所述数字信号无线射频发射到相应的数据处理单元13(其例如是配备有无线电天线14的计算机)，以便例如根据已知的SENSE技术把所接收的数字磁共振信号转换成图像。可以在视觉显示单元15上显现该图像。所述调制器8、发射器6以及用于所述梯度线圈3、4和5的电源9受到控制系统16的控制，以便生成用于并行成像的实际成像序列。所述控制系统16还连接到加电单元17，以便产生通过天线18朝向所述接收单元10a、10b辐射的RF加电场。所述RF加电场由所述接收单元10a、10b通过分开的接收天线(线圈)19a、19b拾取。从而把电功率感应地提供给所述无线接收单元10a、10b。在所示出的实施例中，所述加电单元17由所述MR系统16控制，从而根据本发明使得所述RF加电场的频率是所述采样频率的整数倍。这样，在整个成像程序期间，可以通过所述加电单元17把电功率连续地提供给所述接收单元10a、10b。
参照图2，其中示出了根据本发明的多个接收单元10a、10b和加电装置17的安排。所述接收单元10a、10b配备有接收线圈11a、11b，以用于从所检查的患者的身体接收MR信号。所述接收线圈11a、11b连接到灵敏的模拟射频前置放大器20a、20b。所述接收单元10a、10b还包括采样和发射单元21a、21b，以用于对所接收的MR信号进行采样，并且用于通过所述MR设备的无线射频通信链路来射频发射所述数字信号。为此目的，每一个所述接收单元10a、10b配备有无线电信号发射天线12a、12b。对所述接收单元10a、10b的感应馈电是通过加电单元17实现的。该加电单元17合并有AC电源22，其频率可以根据本发明进行控制。利用线圈18生成相应的RF加电场。该场由所述接收单元10a、10b的线圈19a和19b拾取。线圈19a、19b与可变电容器24a、24b一起形成共振电路23a、23b。提供了控制逻辑电路25a、25b，以便根据所述接收单元10a、10b的各组件的瞬时功率需求自动控制所述拾取电路23a、23b的共振频率。为此目的，所述控制逻辑电路25a、25b连接到所述拾取电路23a、23b的整流器26a、26b，从而使得所述逻辑电路25a、25b能够测量由所述RF加电场在所述拾取电路23a、23b中感应的(整流后的)供电电压。这样就建立了用于对所述共振拾取电路23a、23b进行自动解谐的闭环控制电路。图2中所示出的安排大致上对应于传统的功率转换器。其中的主要区别在于，在传统的转换器中，初级侧与次级侧例如通过变压器磁轭紧密耦合，而在本发明的MR设备中则存在较大的气隙27。这导致初级侧(加电装置17)与次级侧(接收单元10a、10b)之间的较弱的耦合。对于本发明的一种实际的实现方式，独立于所存在的接收单元10a、10b的数量令由所述AC源22生成的电流保持恒定，同时根据其单独的功率需求自动调节所述独立接收单元的所述拾取电路23a、23b。为了实现从所述加电单元17到所述接收单元10a、10b的最大功率输送，通过所述控制逻辑电路25a、25b把所述拾取电路23a、23b精确地调谐到所述AC源22的频率。如果需要较少的功率，则调节所述电容器24a、24b，从而使得所述拾取电路23a、23b不完全处于共振状态。
权利要求
1.一种用于对置于检查区域内的身体(7)进行磁共振成像的MR设备，该设备(1)包括主磁体(2)，其用于在所述检查区域内生成静止的并且基本上均匀的主磁场；放置在所述检查区域内或者放置在该检查区域附近的多个无线接收单元(10a，10b)，所述接收单元(10a，10b)分别包括用于从所述身体接收MR信号的接收天线(12a，12b)以及用于把所接收的MR信号无线发射到远离所述检查区域的中央处理单元(13)的发射机(21a，21b)；操作在可变采样频率下的采样装置(21a，21b)，其用于对所接收的MR信号进行采样并且用于将其转换成数字信号样本；以及加电装置(17)，其在所述检查区域内生成RF加电场，以便把电功率感应地提供给所述无线接收单元(10a，10b)，其中该RF加电场的频率是所述采样频率的整数倍。
2.权利要求1的MR设备，其中，所述RF加电场的频率不同于所述MR信号的共振频率。
3.权利要求1或2的MR设备，其中，所述无线接收单元(10a，10b)分别包括共振拾取电路(23a，23b)以用于拾取所述RF加电场，其中所述拾取电路(23a，23b)是可解谐的。
4.权利要求3的MR设备，其中，所述拾取电路(23a，23b)包括可变电容器(24a，24b)。
5.权利要求3或4的MR设备，其中，所述无线接收单元(10a，10b)分别包括控制逻辑电路(25a，25b)，以用于根据对应的无线接收单元(10a，10b)的功率需求自动控制所述拾取电路(23a，23b)的频率。
6.权利要求3至5当中的任一条的MR设备，其中，所述无线接收单元(10a，10b)分别包括连接到所述拾取电路(23a，23b)的可再充电的电池组或储能电容器。
7.一种用于对被置于MR设备(1)的检查区域内的身体(7)的至少一部分进行MR成像的方法，该方法包括以下步骤利用MR成像序列激励所述身体(7)内的核磁化，该MR成像序列包括RF脉冲和切换的磁场梯度；利用放置在所述检查区域内或者放置在该检查区域附近的多个无线接收单元(10a，10b)从所述身体(7)采集MR信号，所述接收单元(10a，10b)分别包括接收天线(11a，11b)和发射机(21a，21b)，以用于把所接收的MR信号无线发射到远离该检查区域的中央处理单元(13)；利用一定的采样频率对所接收的MR信号进行采样，并且把所述信号样本转换成数字信号；在对所述MR信号进行采集和采样期间，在所述检查区域内连续生成RF加电场，从而把电功率感应地提供给所述无线接收单元(10a，10b)，其中所述RF加电场的频率被选择成所述采样频率的整数倍；把所述数字信号发射到所述远程中央处理单元(13)；以及从所述数字信号样本重建MR图像。
8.权利要求7的方法，其中，所述RF加电场的频率被选择成不同于所述MR信号的共振频率。
9.权利要求7或8的方法，其中，所述RF加电场的波形被选择成使得在所述采样周期内的积分为零。
10.用于MR设备的计算机程序，其具有用于执行以下操作的指令利用所述MR设备生成MR成像序列，该MR成像序列包括RF脉冲和切换的磁场梯度；指定并且控制RF加电场的频率，以便在对MR信号进行采集和采样期间把电功率感应地提供给所述MR设备的无线接收单元，其中所述RF加电场的频率是所述采样频率的整数倍；处理经过采样和数字化的MR信号；从所述数字信号样本重建MR图像。
全文摘要
本发明涉及一种用于对身体(7)进行磁共振成像的设备(1)，该设备(1)包括主磁体(2)，其用于在检查区域内生成静止的并且基本上均匀的主磁场；放置在所述检查区域内或者放置在该检查区域附近的多个无线接收单元(10a，10b)；以及操作在可变采样频率下的采样装置(21a，21b)，其用于对所接收的MR信号进行采样并且用于将其转换成数字信号样本。为了提供一种被设置成在不干扰所检查对象(7)的核自旋系统的情况下为所述无线接收单元(10a，10b)感应地加电并且对于所述无线接收单元(10a，10b)的操作不需要体积较大的能量存储装置的MR设备(1)，本发明提出提供加电装置(17)，其用于在所述检查区域内生成RF加电场，以便把电功率感应地提供给所述无线接收单元(10a，10b)，其中该RF加电场的频率是所述采样频率的整数倍。
文档编号G01R33/3415GK101088021SQ200580044180
公开日2007年12月12日 申请日期2005年12月14日 优先权日2004年12月21日
发明者M·J·A·M·范赫尔沃特, J·P·格罗恩, R·P·克莱霍斯特, C·L·G·哈姆 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司