一种有效矫正磁共振成像系统的主磁场的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种有效矫正磁共振成像系统的主磁场的方法。
【背景技术】
[0002] 磁共振成像（MagneticResonanceImaging,MRI)系统的成像空间（也叫 diameterofthespecialvolume,DSV)的主磁场需要达到近乎完美的均勾度的要求（几 个百万分之一的变化，partspermillion(ppm，l(T6,百万分之一））。磁共振成像系统的成 像空间中的高均勾度的强磁场的产生往往需要用到超导（superconducting,SC)技术。理 论上的超导磁体设计能够在磁共振成像系统的成像空间中提供理想的优质磁场环境。然 而，在MRI超导磁体的制造过程中，不可避免的一些生产误差会引起磁场的不均匀性（通常 达到几百个ppm)，这就需要能够有效矫正磁共振成像系统的主磁场的方法加以修正，这也 称为匀场。矫正磁共振成像系统的主磁场的不均匀度也就是通过一系列的匀场技术使所述 磁共振成像系统的成像空间内的主磁场的均匀度尽可能的提高。现实中，因为各种因素的 存在，比如匀场片的热稳定性、产品的性价比的原因等，需要在匀场所要付出的代价和系统 的主磁场的均匀度之间作一个权衡来对磁共振成像系统的主磁场设定一个期望的均匀度 即目标均匀度，通过匀场使得该系统的主磁场在成像空间中的均匀度达到目标均匀度。磁 共振成像系统的成像空间的主磁场的均匀度在以上设定的目标均匀度以内时应可以实现 该磁共振成像系统各种成像功能而不影响其磁共振图像的质量。就像文献（YuriLvovsky andPeterJarvis，"SuperconductingSystemsforMRI-PresentSolutionsandNew Trends"IEEETrans.Appl.Supercond.，VOL. 15,NO. 2,JUNE2005)中提到一样，对于超导磁 体而言，在直径为50cm的成像空间以内，主磁场的均勾度达到大约10ppm(磁场的峰-峰 值）以内已经变成了一项技术要求。
[0003] 磁共振成像系统的主磁场的矫正可以通过无源勾场（passiveshimming,PS)和 /或有源勾场（activeshimming,AS)实现。有源勾场是应用带有电流的线圈去矫正磁共 振成像系统的主磁场的不均匀性。有源匀场能够有效地矫正磁共振系统的低阶谐波磁场 的不均匀性，但是在高阶匀场方面就不是很实用，并且有源匀场的实施一般需要很高的价 格。相比较而言，无源匀场更加经济，应用实施也相对灵活。无源匀场技术是指设计一系 列铁磁材料（通常是钢）来产生大小相同但是符号相反的磁场去抵消或者去除原有磁场 的不均匀性。铁磁材料被磁化之后在空间产生的磁化磁场的计算可以参照文献（F.Liu，J. Zhu,L.Xia,andS.Crozier,aAhybridfield-harmonicsapproachforpassiveshimming designinMRI,"IEEETrans.Appl.Supercond.，vol. 21，No. 2,pp. 60 - 67, 2011)，也可以参 照文献（F.RomeoandD.I.Hoult,"Magnetfieldprofiling:Analysisandcorrecting coildesign, "Magn.Reson.Med.，vol. 1，no. 1，pp. 44 - 65,Mar. 1984.)，以及其它科技文 献。在实际的无源匀场中，用以匀场的匀场片（铁磁材料）一般被放置在一些预先设计好 的抽屉中，抽屉位于主磁体的内壁。无源匀场本身因为匀场片和成像空间的采样点的数量 都达到几百个之多具有很高的复杂度，是一个病态的问题。匀场片在主磁场的作用下磁化 产生磁场进行匀场的同时也会产生涡流效应而影响匀场的结果。在MRI无源匀场的实践 过程中，为了找到一个可接受的结果，匀场过程通常都要反复进行许多次，这使得匀场成为 MRI工程流程中的很费时的一项工作。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的问题是提供一种有效矫正磁共振成像系统的主磁场的方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：本发明有效矫正磁共振成像 系统的主磁场的方法包括：
[0006] 建立磁共振成像系统的敏感系数矩阵，所述敏感系数矩阵包括第一成像空间的敏 感系数矩阵和第二成像空间的敏感系数矩阵，其中，所述第一成像空间是指磁共振成像系 统的整个成像空间，所述第二成像空间是指由所述第一成像空间中位于病床上方的那部分 与所述第一成像空间中被病床所截得的截面共同构成的空间；
[0007] 并且，还包括如下步骤：
[0008] (a)测量出所述第一成像空间的球体表面的所有采样点的初始磁场的磁通密度的 分布情况，然后，对所述第一成像空间的球体表面的所有采样点处的磁场的磁通密度进行 解卷积得到所述第一成像空间的磁场的主要谐波分量；接着，将所述第一成像空间中位于 病床以下的那部分成像空间的球体表面的所有采样点的磁场的磁通密度的分布情况映射 到所述第一成像空间中被病床所截得的截面而得到该截面的所有采样点的初始磁场的磁 通密度的分布情况，并由此得到第二成像空间的表面的所有采样点的初始磁场的磁通密度 的分布情况，所述第二成像空间的表面的采样点包括由所述第一成像空间中位于病床以下 的那部分成像空间的球体表面的采样点以球坐标中相同的径向和炜向的角坐标映射到所 述截面而得到的采样点以及第一成像空间中位于病床上方的那部分成像空间的球体表面 的米样点；
[0009] (b)根据所述步骤（a)得到的第一成像空间的球体表面的所有采样点的初始磁场 的磁通密度的分布情况，判断第一成像空间中位于病床以下的那部分成像空间是否存在大 于所述磁共振成像系统的主磁场的目标均匀度的田型谐波分量：如果存在，则根据第二成 像空间的敏感系数矩阵来设置第二成像空间的表面的采样点的磁场约束，以使第二成像空 间的表面的所有采样点的初始磁场和匀场片产生的磁场加和之后得到的磁场的均匀度在 所述磁共振成像系统的主磁场的目标均匀度以内，然后执行步骤（c);如果不存在，则根据 第一成像空间的敏感系数矩阵设置所述第一成像空间的球体表面的采样点的磁场约束，以 使第一成像空间的球体表面的采样点的初始磁场和匀场片产生的磁场加和之后得到的磁 场的均匀度在所述磁共振成像系统的主磁场的目标均匀度以内，然后执行步骤（d);
[0010] (C)用匀场片的厚度的加权和作为目标函数来建立最小化优化模型；根据步骤 (b)中设置的所述第二成像空间的表面的采样点的磁场约束和匀场片的厚度的约束对所述 优化模型进行约束；然后根据约束后的优化模型，用线性规划算法优化各个匀场片的厚度， 然后执行步骤（e);
[0011] (d)用匀场片的厚度的加权和作为目标函数来建立最小化优化模型；根据步骤 (b)中设置的所述第一成像空间的球体表面的采样点的磁场约束和匀场片的厚度的约束对 所述优化模型进行约束；然后根据约束后的优化模型，用线性规划算法优化各个匀场片的 厚度，然后执行步骤（f);
[0012] (e)根据各个匀场片的优化后的厚度分布装载匀场片，然后测量第二成像空间的 表面的采样点的磁场的磁通密度的分布情况，判断所述第二成像空间的磁场