校准梯度放大器的方法、磁共振装置和计算机程序产品与流程

本发明涉及一种用于校准磁共振装置的梯度放大器的方法、磁共振装置和计算机程序产品。

背景技术：

1、在医学技术中，借助磁共振(mr)的成像、也称为磁共振断层扫描(mrt，英语magnetic resonance imaging，mri)的突出优点在于较高的软组织对比度。在此，通常将人类或者动物患者定位在磁共振装置的成像容积中。在磁共振测量期间，通常借助磁共振装置的高频天线单元将高频的激励脉冲发射到患者中。

2、需要与之区分的是通过磁共振装置的磁体线圈单元产生的磁场，所述磁场通常包括静态的主磁场和/或梯度磁场。也称为b0场的主磁场由例如超导的主磁体产生。梯度磁场由磁共振装置的梯度线圈单元产生并且通常用于位置编码。梯度线圈单元可以包括多个梯度线圈，其中，所述多个梯度线圈中的每个设计用于产生朝特定的空间方向的或者沿着特定的梯度轴、例如x、y和z的(部分)梯度磁场。因此，这些空间方向通常相应于磁共振装置的梯度轴。

3、通过所产生的激励脉冲在患者中激励核自旋，由此触发位置编码的磁共振信号。所述磁共振信号由磁共振装置接收并且用于磁共振成像的重建。

4、已知被分段为多个线圈段的梯度线圈，其中，分别通过梯度放大器(英语gradientpower amplifier，gpa)为每个线圈段提供电流，即供电。

5、对这些线圈段的均匀供电才能够产生沿空间方向的希望的梯度式的磁场。在此通常希望的是，所产生的梯度磁场尽可能沿相应的空间方向是线性的并且不产生或者只产生可忽略的更高空间阶次( ordnung)的量值。

6、然而，如果产生针对梯度轴的线圈段的各个单独的梯度放大器的电流是不同的，则可能出现更高空间阶次的场量值。所产生的磁场则不再是完全梯度式的。可能的影响尤其可能是：

7、·磁共振成像的变形(英语distortion)，因为通常的图像重建以严格呈梯度式的磁场为出发点。

8、·shim线圈中的耦合输入：如果产生的磁场分布与用于磁场均匀化的可能存在的线圈的磁场分布相应(所谓的shim线圈)，则所产生的场可能在这些线圈中产生电流并且损坏这些线圈以及连接在所述线圈上的电子器件。

9、·在梯度线圈的部件上产生可能导致过大的机械应力的扭矩和力。

10、梯度放大器通常具有尽可能准确的电流传感器，所述电流传感器监测实际产生的电流并且用于调节所述电流。然而，这些电流传感器例如由于制造产生的构件公差可能具有不准确性。如果为梯度轴的部分线圈供电的梯度放大器的各个单独的电流传感器的准确性彼此有偏差，则由它们产生的电流可能彼此有偏差，这可能导致所提到的问题。

11、梯度线圈的各个单独的段中的变化(例如不同的电阻)同样也可能导致，由所述段产生的部分场的叠加可能产生不希望的更高空间阶次的场分量。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，改善由通过多个梯度放大器供电的梯度线圈产生的梯度磁场，尤其是梯度磁场的空间线性。

2、该技术问题按本发明通过用于校准磁共振装置的梯度放大器的方法、磁共振装置和计算机程序产品解决。

3、因此建议一种用于校准磁共振装置的梯度放大器的方法。在此，磁共振装置包括至少一个用于产生梯度磁场的梯度线圈。所述至少一个梯度线圈中的至少一个包括至少两个线圈段，所述线圈段设计用于，(共同地)产生具有沿一个(共同的)空间方向的磁场梯度的一个(共同的)梯度磁场。因此，所述至少两个线圈段配属于一个与所述空间方向相应的梯度轴。

4、磁共振装置针对所述至少两个线圈段分别包括(专有的)梯度放大器，所述梯度放大器设计用于为相应的(即分别配属的)线圈段提供电流(即供电)。对分别通过所述至少两个线圈段中的至少一个线圈段产生的多个磁场分布进行测量，其中，为了测量所述多个磁场分布中的每个磁场分布，通过相应的梯度放大器为产生相应的磁场分布的至少一个线圈段提供预设的电流。通过多个测量到的磁场分布的比较来校准所述梯度放大器。

5、通过校准梯度放大器可以减小梯度线圈的可能存在的非线性。尤其可以完全地或者部分地补偿梯度放大器和/或梯度线圈的制造公差。尤其可以在针对每个梯度轴使用多于一个梯度放大器的磁共振装置中校正电流不对称性。

6、磁共振装置例如包括三个梯度线圈，其中，所述三个梯度线圈分别设计用于产生沿着不同空间方向或者沿着不同梯度轴的磁场梯度，其中，三个空间方向或者梯度轴彼此正交地定向。磁共振装置例如包括三个梯度线圈，尤其是用于产生具有沿x方向的磁场梯度的梯度磁场的第一梯度线圈、用于产生具有沿y方向的磁场梯度的梯度磁场的第二梯度线圈和用于产生具有沿z方向的磁场梯度的梯度磁场的第三梯度线圈。x方向、y方向和z方向可以是彼此垂直定向的。梯度磁场的向量优选具有沿同一空间方向、例如z方向的定向。

7、优选地，针对所述三个梯度线圈中的每个梯度线圈执行梯度放大器的校准，所述梯度线圈的线圈段由至少两个梯度放大器提供电流。(如果梯度线圈例如只包括一个梯度放大器，则对这一个梯度放大器通常不需要或者不能执行在此建议的校准)。

8、优选通过校准所述梯度放大器，拉平(egalisieren)预设电流与实际电流之间的可能存在的偏差，因此尤其是所述实际电流的偏差对于同一梯度线圈的所有线圈段是相同的，尤其变为零。

9、为产生相应磁场分布的至少一个线圈段提供的预设的电流尤其是标称电流和/或希望电流。因此，预设的电流不需要是通过相应的梯度放大器为至少一个线圈段提供的实际电流。尤其通过校准所述梯度放大器校正标称电流和/或希望电流与实际的(流过至少一个线圈段的)电流之间的可能存在的偏差。尤其通过校准梯度放大器拉平标称电流和/或希望电流与实际的(流过线圈段的)电流之间的可能存在的偏差，因此偏差有利地对于同一梯度线圈的所有线圈段是相同的。

10、为产生相应的磁场分布的至少一个线圈段提供的预设的电流尤其具有预设的标称的和/或希望的电流强度。其不需要是通过配属的梯度放大器为至少一个线圈段提供的实际的电流强度。通过校准梯度放大器尤其校正了标称的和/或希望的电流强度与实际的(流过至少一个线圈段的)电流强度之间的可能存在的偏差。尤其通过校准梯度放大器拉平标称的和/或希望的电流强度与实际的(流过线圈段的)电流强度之间的可能存在的偏差，因此偏差有利地对于同一梯度线圈的所有线圈段是相同的。

11、校准的目标不是必须使得实际的电流等于标称电流，而是调整分别流过一个梯度线圈或者一个梯度轴的不同线圈段的电流。

12、梯度放大器的校准尤其可以包括确定至少一个校正系数。所述至少一个校正系数可以应用在预设的(标称的和/或希望的)电流上，尤其与所述电流相乘。

13、所述梯度线圈的至少一个包括至少两个线圈段。例如，第一梯度线圈可以包括两个线圈段，第二梯度线圈可以包括两个线圈段并且第三梯度线圈可以包括两个线圈段。然而，梯度线圈也可以只包括一个线圈段或者两个以上的线圈段。然而，所建议的磁共振装置包括至少一个具有一个以上的线圈段的梯度线圈。例如，第一和第二梯度线圈可以分别只包括一个线圈段并且第三梯度线圈可以包括四个线圈段。

14、线圈段优选包括具有接口的导体布置结构，以便将线圈元件连接在梯度放大器上。当电流流经导体布置结构时，有利地产生磁场、尤其是梯度磁场。梯度磁场在理想情况下是这样的磁场，所述磁场的强度(梯度磁场向量的数值)沿一个空间方向线性地变化。通过校准梯度放大器，有利地实现了梯度轴的梯度磁场的总场和/或组合场是尽可能线性的。

15、每个线圈段优选产生梯度磁场、尤其是具有梯度式的分量的磁场。这样的梯度磁场在现实中通常不是完全线性的，而是也可能包括非线性部分、尤其是对更高空间阶次的贡献。在理想情况下，当各个单独的线圈段被相同程度地供电时，所述线圈段相互补偿。相同梯度线圈的线圈段的梯度磁场优选具有沿相同空间方向的磁场梯度。由相同梯度线圈的多个线圈段产生的梯度磁场优选相互补充为合成的梯度磁场(总场)，该梯度磁场优选主要具有梯度式的分量。

16、每个线圈段优选由专有的梯度放大器提供电流。例如，如果第一梯度线圈具有两个线圈段，则磁共振装置针对这两个线圈段中的每个线圈段包括专有的梯度放大器。属于同一梯度线圈的多个线圈段的多个梯度放大器也可以理解为部分梯度放大器，因为它们分别为这个梯度线圈或者梯度轴提供部分的梯度放大作用。

17、梯度放大器优选由磁共振装置的系统控制单元控制。例如，系统控制单元向梯度放大器发送电的控制信号，以便控制这个梯度放大器。

18、磁场分布优选与空间位置相关地至少描述了磁场、在此是梯度磁场的强度和/或方向。例如，磁场的强度和/或方向配属于空间坐标，例如(x,y,z)。优选地，对于磁共振装置的由待校准的梯度放大器提供电流的每个线圈段，测量配属的磁场分布。

19、为了测量线圈段的磁场分布，配属的梯度放大器向线圈元件提供预设的电流。尤其是，预设的电流流经线圈段的导体布置结构，从而产生磁场。对不同线圈段的场分布的测量优选依次相续地进行。

20、梯度放大器的校准尤其可以包括梯度放大器的校核(abgleich)。多个测量到的磁场分布的比较尤其可以包括对测量到的磁场分布的分析。多个测量到的磁场分布的比较例如可以由磁共振装置的系统控制单元进行。尤其将同一梯度轴的磁场分布(由线圈段产生)相互比较。在此，尤其不将不同梯度轴的磁场分布(由线圈段产生)相互比较。

21、通过校准的梯度放大器，优选能够进行磁共振测量。尤其是，可以通过校准的梯度放大器来记录磁共振信号。有利的是，由这种磁共振信号产生的磁共振成像具有较低程度的伪影。

22、优选的是，预设电流的电流强度对于每个待校准的梯度放大器(标称地)是相同的。由此可以特别容易地比较多个测量到的磁场分布以校准梯度放大器。

23、即使预设电流的(标称和/或希望的)电流强度对于每个待校准的梯度放大器来说是相同的，实际的电流强度也可能不同。有利的是，预设电流的(标称和/或希望的)电流强度与实际电流强度之间的可能存在的偏差可以通过梯度放大器的校准得到校正。有利的是，通过梯度放大器的校准，预设电流的(标称和/或希望的)电流强度和各个单独的线圈段的实际电流强度之间的可能存在的不同偏差被拉平或者说均衡。

24、优选的是，所述预设电流具有暂时恒定的电流强度。例如，在用于测量多个磁场分布的磁共振序列的一部分期间或者在整个磁共振序列期间、即例如也在用于位置编码的可能的梯度脉冲期间(例如用于层的选择、相位编码和/或频率编码)，电流强度是恒定的。

25、然而也可以考虑的是，预设电流的电流强度在梯度放大器之间是不同的，即至少一个待校准的梯度放大器为其配属的线圈段提供的电流强度不同于其它待校准的梯度放大器为其配属的线圈段提供的电流强度。有利的是，在比较所得的多个测量到的磁场分布时考虑不同的电流强度。

26、优选的是，用于每个待校准的梯度放大器的预设电流的电流强度大于1安培、尤其是几安培。有利的是，预设电流的电流强度足够大，以使所产生的场分布实现可测量的效果，例如实现磁共振信号的测量的信号相位的变化，由所述磁共振信号确定磁场分布。

27、当然，梯度放大器设计用于在预设电流之外为相应的线圈段提供进一步的电流贡献。这些进一步的电流贡献例如可以是用于根据(预设的)磁共振序列施加梯度脉冲的电流。由此，(用于校准梯度放大器的)预设电流可以尤其理解为针对用于根据(预设的)磁共振序列施加梯度脉冲的电流的电流偏置。

28、尤其是梯度线圈的至少两个线圈段可以包括至少三个线圈段，其中，多个磁场分布中的至少一个由所述至少三个线圈段中的至少两个线圈段(共同)产生。例如，如果梯度轴的梯度线圈被分为两个以上的线圈段并且因此由两个以上的单独的梯度放大器供电，如果对于每个梯度轴总共存在四个梯度放大器，则预设电流也可以被施加到不同组的梯度放大器上，例如两个梯度放大器上。然后，对所得到的磁场分布的比较尤其可以按组地进行。

29、优选地，梯度放大器的校准包括确定用于梯度放大器的至少一个校正系数，其中，所述梯度放大器在考虑到至少一个校正系数的情况下在校准状态下为相应的线圈段提供电流。

30、所述至少一个校正系数尤其可以应用于磁共振成像序列。在校准状态下则尤其可以检测磁共振信号，由所述磁共振信号可以产生一个或者多个磁共振成像，所述磁共振成像比在没有校准梯度放大器的情况下具有更少的伪影。

31、所述至少一个校正系数尤其可以包括多个被归一化的校正系数。尤其可以相对于多个校正系数的总和实现归一化，例如，校正系数的总和产生预设的值、例如1。

32、优选地，多个磁场分布的测量通过磁共振方法实现，例如双回波方法和/或具有不同回波时间的单回波方法。尤其是，所述多个磁场分布的测量包括借助磁共振装置检测磁共振信号，其中，根据磁共振信号确定所述多个磁场分布。有利的是，多个磁场分布的测量在不使用外部传感器，而是只通过在临床运行中通常可供磁共振装置使用的器件的情况下实现。

33、例如，在双回波方法中可以由回波之间的相位差来计算磁场分布。为此，例如可以使用基于梯度回波或者自旋回波的磁共振序列。有利的是，预设电流保证了通过相应的梯度放大器产生磁场分布，然后对所述磁场分布的效果进行测量。磁共振序列的可能存在的其它梯度脉冲尤其可以如通常那样被利用(ausgespielt)。

34、有利的是，这些磁共振信号，即能够根据其产生多个磁场分布的磁共振信号以适当的、尤其是较高的读取带宽进行检测。由此可以有利地实现，用于产生相应磁场分布的预设电流在相关区域中只造成较小的或者可忽略的空间变形(verzeichnung)。

35、适当的读取带宽尤其取决于所施加的电流有多大以及各个单独段的场如何分布。读取带宽优选这样高，使得在所使用的磁共振序列的读取梯度的方向上不会由于通过电流产生的场分布而形成明显的畸变(verzerrungen)。优选地，读取带宽为至少100赫兹/像素，尤其是至少300赫兹/像素，尤其是至少500赫兹/像素。

36、有利的是，多个磁场分布的测量通过磁共振序列实现，其中，根据磁共振序列实现沿以下方向的相位编码，在所述方向上，相应的梯度放大器产生最大的磁场变化或者与分析最相关的磁场变化。

37、优选的是，相位编码的方向与磁场梯度的空间方向的方向相同，该磁场梯度通过至少两个线圈段产生，所述线圈段的磁场分布被测量用于校准配属的梯度放大器。因此，相位编码的方向优选地选择为，使得所述方向指向与相应梯度轴相同的方向。其背景是，沿相位编码方向通常不会出现由于磁场变化产生的畸变。因此，如果线圈段例如在x方向上产生场的变化(即如果它是x梯度线圈的段)，则相位编码方向应该指向x方向。

38、优选地，所述多个测量到的磁场分布的比较包括确定比较程度、尤其是相似性度量。所述相似性度量优选描述磁场分布的相似性。在此，例如可以量化相应的磁场分布在某些区域中彼此不同的程度。有利的是，以将相似性度量最大化为目的实现梯度放大器的校准，即这样影响相应磁场分布，使得磁场分布在某些区域中尽可能大程度地相似。

39、优选的是，在考虑到梯度线圈的分段、尤其是考虑到梯度线圈的至少两个线圈元件的局部的布局的情况下，对多个测量到的磁场分布进行比较。

40、梯度线圈的分段尤其可以考虑到由梯度线圈的相应线圈段产生的理论磁场走向。

41、线圈段的局部的布局尤其可以由线圈段在磁共振装置内的位置和/或区域决定。

42、优选地，多个测量到的磁场分布的比较包括多个磁场分布中的至少两个磁场分布在预设的几何位置上的比较。这样的位置例如可以是点、直线和/或平面。优选的是，这个几何位置是两个磁场分布在理想情况下应该相同的位置。

43、例如，如果用于梯度轴x的梯度线圈被这样分段，使得各个单独的线圈段在中央横向层(即在z＝0处)理想地产生相同的磁场分布，则可以在z＝0处直接比较通过配属的梯度放大器产生的磁场分布作为相似性度量。例如可以分析在x方向上产生的磁场分布的走向。

44、优选的是，所述至少两个线圈段和/或通过所述至少两个线圈段产生的磁场分布具有(局部的)对称性，其中，所述多个测量到的磁场分布的比较在考虑到所述对称性的情况下实现。

45、例如，两个线圈段的对称性可以通过由第一线圈段产生的第一磁场分布和由第二线圈段产生的第二磁场分布在点、直线或者平面处的镜象来描述。

46、优选重复执行所述多个磁场分布的测量和梯度放大器的校准，其中，所述多个磁场分布的测量在考虑到之前执行的校准的情况下实现。

47、优选地，这些步骤被这样反复地迭代，直到确定结果的收敛。例如可以使用收敛标准作为迭代的中断标准，所述收敛标准要求所确定的校正系数与在之前迭代中计算的值相差不超过特定的值或者特定的系数。

48、优选的是，所述至少一个校正系数为了应用在接下来的迭代中、尤其在确定的步骤中被改变。例如从迭代到迭代的改变是0.5％。优选将由此确定的相似性度量与之前迭代的相似性度量进行比较。尤其可以这样反复地执行迭代，直到确定各个单独的梯度放大器所产生的场分布之间的最大相似性。

49、优选在不同的迭代循环中对特定的校正系数进行插值和/或平均，以确定最终的校正系数。例如，从具有最高和次高的相似性度量值的迭代中进行插值。这个方法尤其适合于一个梯度轴的梯度线圈被分成两段、即具有两个线圈段的情况。

50、此外，建议一种磁共振装置，所述磁共振装置设计用于执行之前描述的方法。

51、所建议的磁共振装置的优点基本上与用于校准磁共振装置的梯度放大器的方法的优点相对应，这些优点已在上文详细说明。在此提到的特征、优点或者备选的实施方式可以转用到磁共振装置上并且反之亦然。

52、磁共振装置尤其可以包括系统控制单元，所述系统控制单元适用于比较多个测量到的磁场分布和/或校准梯度放大器。为此，系统控制单元例如可以包括一个或者多个处理器和/或存储模块。

53、还建议一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括程序并且能够直接装载到磁共振装置的可编程的系统控制单元的存储器中，具有程序装置(programmmittel)，以便当所述程序在磁共振装置的系统控制单元中实施时，实施之前描述的方法。