专利名称：对磁场均匀性不足进行补偿的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明磁共振成像(MRI)的勻场技术，特别是涉及一种通过勻场技术对MRI磁场 的均勻性不足进行补偿的方法和装置。
背景技术：
对于医用MRI系统，需要将病人置于均勻的磁场中，使体内水分子的质子磁矩趋 于一个方向，成像区域经可被质子吸收的射频信号照射，通过施加射频序列和梯度序列，然 后接收返回的共振信号，进行信号处理后得到区域内组织的灰度图像。根据核磁共振条件， 成像磁体的主磁场需要达到较高的均勻度。主磁场越均勻，信噪比也会越高。随着MRI场强的不断提高，对信噪比的要求也在提高，因此勻场技术变得更加重 要。实际生产过程中，磁体的磁场无法达到核磁共振成像要求的均勻度水平，因此磁体装配 完成后必须进行勻场。一般医学全身成像的MRI磁体需要在磁场中心30到40厘米直径的 球域(DSV :diameter spherical volume)内形成均勻的净磁场。虽然磁场中心的球域内会形成均勻磁场，该均勻磁场可覆盖大部分的身体部位， 但是一些身体部位，比如肩部，仍有可能暴露在均勻磁场之外，而暴露在均勻磁场之外的身 体部位的成像质量会受到很大影响。针对这个问题，现有解决方案主要有以下几种(1)设计能够形成较大均勻磁场的磁体，以覆盖诸如肩部等身体部位，例如均勻磁 场达到50厘米以上直径的球域，然而这种方法是很非常昂贵的。(2)将病人在磁铁中合理布置，使诸如肩部等与诊断相关的身体部位位于均勻的 磁场区域内。这种方法所基于的条件是磁隙(magnet gap)有足够的空间，使得可以对病人 诸如肩部等身体部位成像。(3)采用局部勻场的方法，以在诸如肩部等身体部位处获得局部的均勻磁场，这方 面的技术公开在专利DE29805903/US6291998中。该方法存在一些缺点首先，局部布置的 勻场会产生磁力；其次，局部布置的勻场需要一定的空间和定位精度；第三，金属勻场会产 生涡电流，影响成像质量。
发明内容
本发明提供了一种对磁场不均勻性的不足进行补偿的方法，可局部扩展均勻磁场 区域，且具有便于实施、经济、无需更改现有磁体等特点。本发明提供了一种对磁场不均勻性的不足进行补偿的装置，可局部扩展均勻磁场 区域，且具有便于实施、经济、无需更改现有磁体等特点。因此，本发明提出了一种对磁场均勻性不足进行补偿的方法，包括确定待勻场的主磁场区域和至少一个附加磁场区域在空间中的位置和大小；对主磁场区域和至少一个附加磁场区域的磁场进行优化计算；根据所述优化计算的结果，在主磁场区域和至少一个附加磁场区域输出均勻磁场。其中，所述对主磁场区域和至少一个附加磁场区域的磁场进行优化计算包括计 算在主磁场和至少一个附加磁场中形成勻场时，最优化的勻场电流的分布或最优化的勻场 片的分布。其中，所述计算在主磁场区域和至少一个附加磁场区域中形成勻场时，最优化的 勻场电流的分布或最优化的勻场片的分布包括对于主磁场区域和至少一个附加磁场区域，分别求拉普拉斯方程V2B = 0的解，其 中B为期望在所述主磁场区域和至少一个附加区域中形成的勻场的磁感应强度；使所述拉普拉斯方程求解得到的所有谐波趋近于零，以获得最优化的勻场电流的 分布或最优化的勻场片的分布。其中，所述根据优化计算的结果在主磁场区域和至少一个附加磁场区域输出均勻 磁场包括根据计算出的最优化的勻场电流的分布，给不同阶数的勻场线圈通相应的电流； 或者，根据计算出的最优化的勻场片的分布，在勻场片固定器中布置多个勻场片。其中，所述主磁场区域与至少一个附加磁场区域中的所有区域在空间上相互独 立，或者其中一个或多个区域与其他区域有部分重叠。本发明还提供了一种对磁场均勻性不足进行补偿的装置，包括一个磁场区域确定单元，用于确定待勻场的主磁场区域和至少一个附加磁场区域 在空间中的位置和大小；一个磁场优化单元，用于对主磁场区域和至少一个附加磁场区域的磁场进行优化 计算；一个磁场输出单元，用于根据所述优化计算的结果，在主磁场区域和至少一个附 加磁场区域输出均勻磁场。优选地，所述磁场优化单元计算在主磁场和至少一个附加磁场中形成勻场时，最 优化的勻场电流的分布或最优化的勻场片的分布。优选地，所述磁场输出单元包括勻场电流控制单元和勻场片控制单元中的全部或 任一个，其中勻场电流控制单元，用于根据所述最优化的勻场电流的分布，给不同阶数的 勻场线圈通相应的电流；勻场片控制单元，用于根据所述最优化的勻场片的分布，在勻场片 固定器中布置多个勻场片。山以上技术方案可以看出，本发明对待勻场的主磁场区域和附加磁场区域进行优 化计算，在主磁场区域和附加磁场区域形成均勻磁场，从而在局部扩展了均勻磁场，而非向 各方向扩展均勻磁场。由于无需全方向扩展均勻磁场，本发明容易实现，更为经济。本发明 不需要改变现有磁体的结构，不需要添加额外部件，使磁体设计具有更大的自由度。本发明 不需要改变局部线圈来布置局部勻场，也不用添加额外的物理结构来保持局部勻场。
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更 清楚本发明的上述及其它特征和优点，相同的标号表示相同的部件，附图中图1是现有的通过勻场技术来扩展均勻磁场容积的示意图2是本发明的通过勻场技术来扩展均勻磁场容积的示意图；图3是本发明实施例的对磁场均勻性不足进行补偿的方法流程图；图4是三个待勻场的磁场区域；图5是本发明实施例的对磁场均勻性不足进行补偿的装置结构图。
具体实施例方式为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发 明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用 于限定本发明。图1是现有的通过勻场技术来扩展均勻磁场容积的示意图。在图1中，勻场片盘 (Shimtray)Il中容纳有勻场片12，中间是一个球域的均勻磁场。从图1可以看出，目前的 技术在考虑解决现有技术的问题时，都是立足于向各方向扩展均勻磁场的容积。其所希望 达到的目的是在一个更大的球域内形成均勻磁场，以满足对诸如肩部等身体部位成像的要 求。图2是本发明的通过勻场技术来扩展均勻磁场容积的示意图。本发明的发明人在 面对现有技术的问题时，同时也考虑到了现有解决方案上的一些缺陷和问题，提出了一个 创新性的思路，局部扩展均勻磁场的容积，而非向各方向扩展均勻磁场的容积。如图2所 示，根据本发明的一个实施例，在原有的均勻磁场的球域之外的两个区域内，形成两个附加 磁场区域21，这两个附加的磁场区域和原有的磁场区域内形成一个均勻磁场，覆盖诸如肩 部等身体部位，从而达到成像要求。在具体的实施例中，如图3所示，可以采用如下的步骤实现上述发明的思路步骤301，确定待勻场的磁场区域在空间中的位置和大小，待勻场磁场区域一般包 括原有的主磁场区域，以及至少一个附加磁场，在本实施例中有两个附加磁场区域。在主磁 场区域和两个附加区域内需要形成均勻磁场。此处主磁场区域和附加磁场区域通常为球 域，因此优选地，各磁场区域的大小以球的半径来表示。步骤302，对主磁场区域和至少一个附加磁场区域的磁场进行优化计算。在介绍具体的优化计算方法之前，需要介绍本发明可以采用的两种勻场方法。本 发明可以采用主动勻场(安装勻场线圈)，也可以采用被动勻场。主动勻场方式就是通过勻场线圈来勻场，计算不同阶数的勻场线圈应通多大的电 流使磁场在指定的区域满足一定的均勻性要求。被动勻场方式则是利用现有的勻场片(shim)来勻场。优化勻场片在勻场片固定 器(shimholder)中的分布，使勻场片产生的磁场尽可能地弥补指定的区域的磁场使之均 勻。不论使用主动勻场方式还是被动勻场方式，都要对指定区域的磁场进行优化计 算。下面介绍具体的优化计算方法。在勻场区域内，磁感性强度B满足拉普拉斯方程V2B = 0在不同的磁场区域内，上述微分方程的解分别是
在主磁场域
权利要求
1.一种对磁场均勻性不足进行补偿的方法，包括确定待勻场的主磁场区域和至少一个附加磁场区域在空间中的位置和大小；对主磁场区域和至少一个附加磁场区域的磁场进行优化计算；根据所述优化计算的结果，在主磁场区域和至少一个附加磁场区域输出均勻磁场。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行优化计算包括计算在主磁场和至少一个附加磁场中形成勻场时，最优化的勻场电流的分布或最优化 的勻场片的分布。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算包括对于主磁场区域和至少一个附加磁场区域，分别求拉普拉斯方程V2B = 0的解，其中B 为期望在所述主磁场区域和至少一个附加区域中形成的勻场的磁感应强度；使所述拉普拉斯方程求解得到的所有谐波趋近于零，以获得最优化的勻场电流的分布 或最优化的勻场片的分布。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据优化计算的结果在主磁场区域 和至少一个附加磁场区域输出均勻磁场包括根据计算出的最优化的勻场电流的分布，给不同阶数的勻场线圈通相应的电流； 或者，根据计算出的最优化的勻场片的分布，在勻场片固定器中布置多个勻场片。
5.根据所述权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述主磁场区域与至少 一个附加磁场区域中的所有区域在空间上相互独立，或者其中一个或多个区域与其他区域有部分重叠。
6. 一种对磁场均勻性不足进行补偿的装置，其特征在于，包括一个磁场区域确定单元，用于确定待勻场的主磁场区域和至少一个附加磁场区域在空 间中的位置和大小；一个磁场优化单元，用于对主磁场区域和至少一个附加磁场区域的磁场进行优化计算；一个磁场输出单元，用于根据所述优化计算的结果，在主磁场区域和至少一个附加磁 场区域输出均勻磁场。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述磁场优化单元计算在主磁场和至少 一个附加磁场中形成勻场时，最优化的勻场电流的分布或最优化的勻场片的分布。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述磁场输出单元包括勻场电流控制单 元和勻场片控制单元中的全部或任一个，其中所述勻场电流控制单元，用于根据所述最优化的勻场电流的分布，给不同阶数的勻场 线圈通相应的电流；所述勻场片控制单元，用于根据所述最优化的勻场片的分布，在勻场片固定器中布置 多个勻场片。
全文摘要
本发明公开了一种对磁场均匀性不足进行补偿的方法，其包括确定待匀场的主磁场区域和至少一个附加磁场区域在空间中的位置和大小；对主磁场区域和至少一个附加磁场区域的磁场进行优化计算；根据所述优化计算的结果，在主磁场区域和至少一个附加磁场区域输出均匀磁场。本发明还公开了一种实现上述方法的装置。采用本发明的方案，在主磁场区域和附加磁场区域形成均匀磁场，从而在局部扩展了均匀磁场，而非向各方向扩展均匀磁场。具有容易实现、更为经济的特点。而且，本发明不需要改变现有磁体的结构，不需要添加额外部件，使磁体设计具有更大的自由度；不需要改变局部线圈来布置局部匀场，也不用添加额外的物理结构来保持局部匀场。
文档编号G01R33/387GK101995560SQ20091016969
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者倪成, 陈进军 申请人:西门子迈迪特(深圳)磁共振有限公司