專利名稱：改進發(fā)送側加速的體積選擇磁共振成像的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及在醫(yī)學中用于對患者進行檢查的核自旋斷層造影(同義語磁共振斷層造影MRT)。本發(fā)明尤其涉及用于改進發(fā)送側加速的基于PPA的體積選擇的成像方法的方法和核自旋斷層造影設備。
背景技術：
MRT基于核自旋共振的物理現(xiàn)象，并作為成像方法成功地應用于醫(yī)療和生物物理學已有超過20年的歷史。在該檢查方法中，對物體施加強的恒定磁場。由此使物體內原本無規(guī)則取向的原子的核自旋定向。高頻場可以將該“有序”的核自旋激勵成特定的振蕩。該振蕩在MRT中產生可借助適當?shù)慕邮站€圈接收的實際測量信號。通過采用由梯度線圈產生的不均勻磁場，可以在所有3個空間方向對測量信號進行空間編碼。該方法允許任意選擇待成像的立體，由此可以獲得在所有方向上的人體截面圖像。MRT作為醫(yī)學診斷中的截面圖像方法，突出的首先是通用多方面的對比能力的“非介入”檢查方法。由于其對軟組織的優(yōu)秀表現(xiàn)性，MRT已發(fā)展成為比X射線計算機斷層造影(CT)優(yōu)秀得多的方法。當今MRT基于自旋回波序列和梯度回波序列的應用，其在秒至分鐘數(shù)量級的測量時間內能夠獲得出色的圖像質量。
在MRT中數(shù)據(jù)的記錄是在所謂的(接收)k空間(同義詞頻域)中進行的。在所謂的圖像空間中的MRT圖像借助付立葉變換與k空間中的MRT數(shù)據(jù)關聯(lián)。在k空間中展開的對象的位置編碼可以不同的方式進行，但最常用的是笛卡兒或投影掃描。編碼借助梯度在所有3個空間方向上進行。
對對象的高頻激勵可以基于類似的位置編碼在進行體積選擇的激勵期間通過采用梯度場進行。激勵的位置可變的強度，即與位置相關的觸發(fā)角對于小的觸發(fā)角來說在一級近似中與在發(fā)送k空間中對經傅立葉變換的HF信號的接收情況類似。時間有效的體積選擇激勵迄今僅能在一個空間方向上進行，即以層選擇的形式進行，因為相應的k空間軌跡對應于3Dk空間中的一條線。
多維體積選擇激勵用于多維k空間軌跡展開。這與在接收情況下的2D和3D相位編碼類似，需要數(shù)倍的時間并在目前阻礙了體積選擇激勵的應用，例如在光譜學中的應用或在高場設備中使觸發(fā)角分布均勻化的應用。
用于縮短在笛卡兒掃描的接收情況下的圖像測量時間的有效方法基于耗時的相位編碼步驟數(shù)NY的減少以及對多個信號采集線圈的采用，這被稱為所謂的“部分平行采集”并在以下用PPA表示。該原理可以用于利用徑向或螺旋形掃描的數(shù)據(jù)采集方法中，其中降低了耗時的角度步驟的數(shù)目N以及螺旋臂的數(shù)目或長度。以下將在不限制發(fā)送和接收情況的一般性的情況下考察笛卡兒k空間掃描。為了區(qū)分發(fā)送和接收k空間軌跡，用符號κ(希臘字符k)表示前者。
常規(guī)接收側PPA成像的基本思想是，不是由一個線圈，而是利用例如線圈陣列形式的線形、環(huán)形或矩陣形圍繞對象設置的組件線圈來記錄k空間數(shù)據(jù)。線圈陣列的每個在空間上獨立的組件由于其幾何形狀都提供一定的空間信息，這些信息可以用來通過將同時采集的線圈數(shù)據(jù)加以組合而得到完整的位置編碼。這意味著從一個記錄的k空間行可以確定k空間中多個“被消除(ausgelassene)”的行。
因此接收側的PPA方法采用包含在線圈裝置組件中的空間信息，以便部分替代耗時的相位編碼梯度的串接。由此圖像測量時間相應于減小的數(shù)組的行數(shù)與常規(guī)(即完整的)數(shù)組的行數(shù)的比例而減少。在典型的PPA采集中相比于常規(guī)的采集僅采集k空間行的一部分(1/2，1/3，1/4，等等)。然后采用對k空間數(shù)據(jù)的特殊再現(xiàn)以再現(xiàn)缺失的行，由此僅以部分時間獲得完整視場(FOV)的圖像。FOV根據(jù)系數(shù)2π/k由觀察的k空間的大小來確定。
如SENSE或GRAPPA的用于笛卡兒數(shù)據(jù)采集的已建立的PPA方法需要所謂的傅立葉移位定理(Fourier-Shift-Theorem)，其中通過組合單個線圈的信號對核共振信號沿相位編碼方向施加了附加的相位Δkyy。由此在頻域中產生一新的行ky，對其不必進行清楚的測量，由此降低了測量時間。
在所有PPA方法中必要時還附加地采集校正數(shù)據(jù)點(附加測量的中央?yún)⒖夹?，這些數(shù)據(jù)點可以加上實際的測量數(shù)據(jù)并且縮減的數(shù)組又可以在其基礎上成為完整的。
最近對發(fā)送器一側的PPA成像方法也建議采用附加的加速的體積選擇激勵。對此的前提條件是多個同時運行的發(fā)送線圈，它們以其圍繞檢查對象的設置形成一個PPA發(fā)送線圈陣列。通過(類似于在接收k空間中沿欠掃描的接收軌跡的加速的接收側PPA數(shù)據(jù)采集)在發(fā)送κ空間中沿欠掃描發(fā)送軌跡對檢查區(qū)域進行激勵，可以實現(xiàn)發(fā)送線圈側的加速，但該激勵還產生相應于完整發(fā)送軌跡的激勵特性。為此必須在發(fā)送線圈陣列的各個元件中采用單獨確定的HF脈沖形狀。在以“Transmit-SENSE”為題的文章(U.Katscher，P.Bornert，C.Leussler，JS.Van den Brink，Transmit SENSE，Magnetic Resonance in Medicine，2003 Jan；49(1)144-150)中公開了一種這樣的確定的可能性，并提出了與接收側SENSE方法的并行。其缺點在于，必須知道所有參與的發(fā)送線圈的靈敏度特性(發(fā)送線圈敏感性)。對發(fā)送線圈敏感性的測量技術確定表現(xiàn)出一個中心的問題，因為無法獨立于接收敏感性來對其進行測量。就是對于采用同一高頻線圈來用于激勵和接收來說，也不能從發(fā)送線圈靈敏度和接收線圈敏感性相同出發(fā)，因為尤其是在高場強時發(fā)送場和接收場是明顯不同的。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種方法和實施該方法的設備，以改進加速的體積選擇激勵的性能，并且不需要了解線圈敏感性或不需要清楚地確定線圈敏感性，尤其是在發(fā)送和接收采用不同的線圈陣列的情況下。
本發(fā)明的技術問題通過一種用于為發(fā)送線圈陣列確定特定于發(fā)送線圈的HF激勵脈沖的方法，用于對用核自旋斷層造影設備進行檢查的患者的組織區(qū)域進行加速的基于PPA的體積選擇激勵，該核自旋斷層造影設備具有基本磁場磁鐵、梯度線圈系統(tǒng)、發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列，該方法具有下列步驟a)沿一在發(fā)送κ空間中基于加速系數(shù)AF減小的第一發(fā)送軌跡通過發(fā)送線圈陣列的第一線圈輻射第一體積選擇高頻激勵脈沖序列；b)同時利用接收線圈陣列的所有線圈從被激勵的組織區(qū)域沿接收k空間的完整的接收軌跡接收由該第一高頻激勵產生的核自旋共振響應信號；c)用發(fā)送線圈陣列的所有其它線圈逐個重復執(zhí)行步驟a)和b)；d)同時沿另一在發(fā)送κ空間中減小的發(fā)送軌跡通過發(fā)送線圈陣列的所有線圈輻射第二體積選擇高頻激勵脈沖序列；以及然后e)同時利用接收線圈陣列的所有線圈從被激勵的組織區(qū)域沿接收k空間的同一完整的接收軌跡接收由該第二高頻激勵產生的核自旋共振響應信號；f)在AF＞2的情況下重復步驟d)和e)直至所有減小的發(fā)送軌跡共同構成一個完整的發(fā)送軌跡；g)基于所有測量的響應信號確定組合系數(shù)；h)基于確定的組合系數(shù)計算特定于發(fā)送線圈的高頻激勵脈沖，這些高頻激勵脈沖在輻射的同時沿第一減小的發(fā)送軌跡通過發(fā)送線圈陣列的多個或全部線圈產生所期望的激勵特性。
在此根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選完整的發(fā)送軌跡和完整的接收軌跡是相同的。
但還可以優(yōu)選使發(fā)送軌跡和接收軌跡不同，但根據(jù)本發(fā)明使它們在其k空間坐標中具有幾何關系，該幾何關系使得可以基于接收軌跡計算組合系數(shù)并基于第一發(fā)送軌跡應用該組合系數(shù)。
優(yōu)選發(fā)送軌跡和/或接收軌跡在k空間中具有笛卡兒形狀，或者發(fā)送軌跡和/或接收軌跡在k空間中為線形或螺旋形。
同樣具有優(yōu)點的是，采用唯一的一個線圈陣列作為發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列，即發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列相同。
此外本發(fā)明還涉及一種基于測量的或估計的發(fā)送線圈陣列的發(fā)送線圈敏感性為發(fā)送線圈陣列確定特定于發(fā)送線圈的HF激勵脈沖的方法，用于對用核自旋斷層造影設備進行檢查的患者的組織區(qū)域進行加速的基于PPA的體積選擇激勵，該核自旋斷層造影設備具有基本磁場磁鐵、梯度線圈系統(tǒng)、發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列，該方法具有下列步驟a)測量或估計發(fā)送線圈陣列的發(fā)送靈敏性；b)基于該發(fā)送線圈的發(fā)送靈敏性對發(fā)送線圈陣列的每個單獨的線圈沿基于加速系數(shù)AF減小的第一發(fā)送軌跡以及對發(fā)送線圈陣列的線圈組合沿其它AF-1個減小的發(fā)送軌跡產生虛擬的校正測量值；c)基于該虛擬的校正測量值確定組合系數(shù)；d)基于確定的組合系數(shù)計算特定于發(fā)送線圈的高頻激勵脈沖，這些高頻激勵脈沖在輻射的同時沿第一減小的發(fā)送軌跡通過發(fā)送線圈陣列的多個或全部線圈產生所期望的激勵特性。
在剛描述的方法中，必要時優(yōu)選發(fā)送軌跡具有在k空間中的笛卡兒形狀，或發(fā)送軌跡在k空間中為線形或螺旋形。
此外本發(fā)明還涉及一種用于實施上述方法的設備。
本發(fā)明還涉及一種計算機軟件產品，當其在與核自旋斷層造影設備連接的計算裝置上運行時可以實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
以下結合附圖借助實施例對本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和特性進行描述。其中示出

圖1示意性示出用于實施本發(fā)明方法的按照本發(fā)明的MRT設備；圖2A示意性示出(一維)層選擇激勵；圖2B示意性示出(兩維)體積選擇激勵；圖3分別示意性示出一個PPA發(fā)送線圈陣列的線圈沿第一減小的發(fā)送軌跡的發(fā)送和相應的同時利用PPA接收線圈陣列的所有線圈的接收；圖4示意性示出PPA發(fā)送線圈陣列的所有線圈沿第二和第三減小的發(fā)送軌跡的同時發(fā)送和相應的利用PPA接收線圈陣列的所有線圈的同時接收；圖5示意性示出利用基于按照本發(fā)明的校正方法確定的HF激勵脈沖沿第一減小的發(fā)送軌跡在保持所期望的體積選擇激勵特性的情況下的PPA發(fā)送線圈陣列的所有線圈的同時發(fā)送；圖6示出對于AF＝2的第一和第二減小的發(fā)送軌跡的實部；圖7示出被均勻激勵(左側)和加速選擇激勵(右側)的對象的層。
具體實施例方式
圖1示意性示出具有按照本發(fā)明的發(fā)送和接收特性的磁共振成像設備或核自旋斷層造影設備。在此該核自旋斷層造影設備的結構的大部分相應于常規(guī)的斷層造影設備?；敬艌龃盆F1產生時間不變的強磁場，用于極化或校準對象的檢查區(qū)域(如人體的檢查部位)中的核自旋。核自旋測量所需的高度均勻的基本磁場定義在測量空間V中，人體的被檢查部位被置于其中。為了支持均勻性要求，尤其是為了消除不隨時間改變的影響，在適當?shù)奈恢蒙显O置由鐵磁材料制成的所謂的填隙片。隨時間變化的影響通過由填隙片電源控制的填隙片線圈2消除。
在基本磁場磁鐵1中采用由多個繞組(即所謂的部分繞組)構成的梯度線圈系統(tǒng)3。每個部分繞組都由一個放大器提供電流，以在笛卡爾坐標系的各個方向上分別產生一個線性梯度場。在此梯度場系統(tǒng)3的第一部分繞組產生x方向上的梯度Gx，第二部分繞組產生y方向上的梯度Gy，而第三部分繞組產生z方向上的梯度Gz。每個放大器包括一個數(shù)字模擬轉換器，其由序列控制器18控制，用于及時產生梯度脈沖。
在梯度場系統(tǒng)3內設置了高頻天線4，該高頻天線4將由高頻功率放大器輸出的高頻脈沖轉換為交變磁場，以激勵待檢查對象或對象的待檢查區(qū)域中的原子核并使核自旋定向。高頻天線4由例如PPA成像系統(tǒng)的組件線圈的線性排列形式的多個HF發(fā)送線圈和多個HF接收線圈構成。高頻天線4的HF接收線圈還將由進動的核自旋發(fā)出的交變場、即通常由一個或多個高頻脈沖和一個或多個梯度脈沖組成的脈沖序列引起的核自旋回波信號，轉換為電壓，該電壓通過放大器7輸入高頻系統(tǒng)22的高頻接收信道8。高頻系統(tǒng)22還包括一個或多個發(fā)送信道(它們被綜合在組件9中)，在其中產生用于激勵磁核共振的高頻脈沖。為了在發(fā)送側加速激勵必須至少有兩個獨立的發(fā)送信道可用。在此，根據(jù)設備計算機20預先給定的脈沖序列，在序列控制器18中將各高頻脈沖數(shù)字化地表示為復數(shù)序列。該數(shù)列分別作為實部和虛部通過輸入端12輸入到高頻系統(tǒng)22中的數(shù)字模擬轉換器，并由該數(shù)字模擬轉換器輸入到發(fā)送信道9。在發(fā)送信道9中，將該脈沖序列調制為高頻載波信號，其基本頻率對應于測量空間內核自旋的共振頻率。
通過發(fā)送-接收轉接器6實現(xiàn)發(fā)送運行和接收運行的轉換。高頻天線4的HF發(fā)送線圈將用于激勵核自旋的高頻脈沖入射到測量空間V中，HF接收線圈對產生的回波信號進行掃描。在高頻系統(tǒng)22的接收信道8中對相應獲得的核共振信號進行相敏解調，并通過相應的模擬數(shù)字轉換器分別轉換為測量信號的實部和虛部。通過圖像計算機17，從這樣獲得的測量數(shù)據(jù)中再現(xiàn)圖像。對測量數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)和控制程序的管理都通過設備計算機20進行。根據(jù)預先給定的控制程序，序列控制器18監(jiān)控各期望的脈沖序列的產生以及相應的對k空間的掃描。序列控制器18在此尤其是控制梯度的及時接通、具有特定相位和振幅的高頻脈沖的發(fā)送以及對核共振信號的接收。高頻系統(tǒng)22和序列控制器18的時基由合成器19提供。通過終端21選擇用于產生核自旋圖像的相應控制程序，并顯示所產生的核自旋圖像，該終端21包括鍵盤以及一個或多個顯示屏。
為了能夠利用MRT設備進行發(fā)送側和接收側的基于PPA的測量，需要尤其是在相位編碼的方向(y方向)上不是僅采用一個線圈，而是采用由多個發(fā)送和接收線圈構成的裝置。這些所謂的組件線圈分別與一個發(fā)送線圈陣列和一個接收線圈陣列連接，其中，兩個陣列的線圈相對相鄰地設置，或重疊及套疊地設置。組件線圈的空間設置無疑是非常復雜的。為了使線圈陣列的線圈能夠單獨激勵，每個發(fā)送線圈需要用于調制的硬件裝置，例如自身的可實時調節(jié)的衰減元件或由數(shù)字模擬轉換器、頻率調節(jié)器和HF放大器組成的自身的發(fā)送器。對于單獨接收每個接收線圈需要具有自身的分別由前置放大器、混合器和模擬數(shù)字轉換器構成的接收器。
按照本發(fā)明的方法在發(fā)送側加速的PPA方法中采用如GRAPPA的自動校準方法，以改進尤其是加速的體積選擇激勵的性能，無須清楚地確定或估計發(fā)送線圈敏感度。
在最簡單的情況下體積選擇激勵這樣實現(xiàn)在輻射例如正弦形HF激勵脈沖時接通恒定的層選擇梯度。該恒定梯度將正弦形HF脈沖轉換到k空間。由此該激勵產生在位置空間中近似矩形的層特性(圖2A)，其例如對應于感興趣的被檢查患者的層。一般情況下可以期望任意形狀的激勵特性，其通過在κ空間中采用一個或多個沿著多維發(fā)送軌跡的HF激勵脈沖得到。由此確定的κ空間函數(shù)又近似地相當于所期望的激勵特性的傅立葉變換。κ空間軌跡可以類似于成像序列(例如回波平面成像，EPI)由適當?shù)奶荻入娐奉A先給出(由此采用2D正弦形函數(shù)例如在投影中給出位置空間中的矩形激勵特性-圖2B)。
這樣的體積選擇激勵的意圖可以是各種各樣的，其中例如在光譜學MR試驗中僅激勵選出的區(qū)域，或在常規(guī)MRT成像中通過改變觸發(fā)角來局部地改變激勵的強度，以例如改善在高流密度下(如＞3特斯拉)的HF激勵的均勻性。
同樣如在一般情況下三維k空間軌跡在接收情況下需要很多時間，這樣的體積選擇激勵在發(fā)送κ空間中也需要相應多的時間去激勵所期望的層特性。公知方法(如Transmit-SENSE)的目的在于如如下簡述地將接收側PPA成像轉換到發(fā)送的情況通常通過采用欠掃描激勵軌跡實現(xiàn)發(fā)送側PPA成像技術的加速，而且在各發(fā)送元件中對HF信號進行相應的調制期間采用發(fā)送線圈陣列，以保持相同的激勵特性。
從核自旋斷層造影設備出發(fā)，核自旋斷層造影設備除了基本磁場磁鐵和梯度線圈系統(tǒng)外還具有由C線圈構成的PPA發(fā)送線圈陣列以及由D線圈構成的PPA接收線圈陣列。為了實現(xiàn)對被檢查患者身體區(qū)域的發(fā)送側加速的基于PPA的體積選擇激勵，目前采取下述步驟-通過PPA發(fā)送線圈陣列的相應線圈在發(fā)送κ空間中沿發(fā)送軌跡同時輻射多個C體積選擇HF激勵脈沖，-通過PPA接收線圈陣列的相應線圈在接收k空間中沿讀出軌跡從被激勵的組織區(qū)域同時接收核自旋共振信號，-通過將接收k空間中的測量數(shù)據(jù)變換到位置空間而產生位置空間中該組織區(qū)域的圖像，其中，在所有發(fā)送線圈中體積選擇HF激勵脈沖是不同的，并采用表現(xiàn)在常規(guī)體積選擇激勵中可能使用的每個軌跡的欠掃描部分的發(fā)送軌跡。在Transmit-SENSE中必須基于發(fā)送線圈靈敏度代數(shù)地確定特定于線圈的HF激勵脈沖，在此，對發(fā)送線圈靈敏度的確定是很成問題的。
出于這個原因按照本發(fā)明的方法在于，以對沿各分段的HF激勵脈沖的線性組合的形式代數(shù)地形成欠掃描(減小的)激勵軌跡的缺失的分段，而不必顯式地應用發(fā)送線圈的敏感性，根據(jù)GRAPPA，對未測量的k空間行的代數(shù)再現(xiàn)基于所獲得的組合系數(shù)矩陣來實現(xiàn)。因此，按照本發(fā)明的方法被稱為“Transmit-GRAPPA”。在本發(fā)明的方法Transmit-GRAPPA中，基于校正數(shù)據(jù)以各κ空間分段的線性組合形式來表示缺失的κ空間分段。每個線圈的HF激勵脈沖又通過根據(jù)以下的公式(5)的常規(guī)體積選擇HF脈沖的分段的線性組合給出。
為了理解下面對常規(guī)GRAPPA方法進行簡述為了優(yōu)化欠掃描k空間軌跡的再現(xiàn)質量和SNR，根據(jù)GRAPPA的再現(xiàn)從例如N個不完全測量的數(shù)組(直至附加測量的中央?yún)⒖夹械那窉呙璧木€圈圖像；線圈1至線圈N)中又產生仍在k空間中的、本身又分別為完全的N個數(shù)組(線圈圖像)。由此對各線圈圖像的傅立葉變換導出N個不含皺褶(einfaltungsfrei)的單線圈圖像，其在位置空間的組合(例如借助平方和再現(xiàn))導致就SNR和信號分辨率來說優(yōu)化的圖像。
在N個組件線圈下重又導致N個完全的單線圈數(shù)組的GRAPPA再現(xiàn)基于不完全數(shù)組的所測量的行的線性組合，其中首先是確定為此所需的(線性)系數(shù)。為此嘗試將不完全數(shù)組的常規(guī)測量(即不去除)的行這樣進行線性組合，使得附加測量的參考行(即校正數(shù)據(jù)點)與它們盡可能好地相適應。由此該參考行用作目標函數(shù)，常規(guī)測量(可能分布在不同組件線圈的不完全數(shù)組中)的行越多，該目標函數(shù)匹配得就越好。
這意味著在GRAPPA再現(xiàn)的范圍內必須將N個組件線圈的不完全數(shù)組再映射在N個組件線圈上以使這些數(shù)組完全。這種“映射”通過向量矩陣乘法代數(shù)地實現(xiàn)，其中，向量表示常規(guī)測量的k空間行，而矩陣表示所確定的組合系數(shù)矩陣。即換言之，如果所測量的行的線性組合基于系數(shù)矩陣給出對參考行(校正數(shù)據(jù)點)的很好近似，則利用該矩陣同樣可以很好地再現(xiàn)同階(ranggleiche)消除(并由此而不被測量)的行。這些系數(shù)常常被稱為加權系數(shù)，參考行具有關于線圈敏感性的信息。
以下將示出，如何應用如GRAPPA的自動校準方法來改進加速的體積選擇激勵的性能而不必顯式地確定發(fā)送敏感性。
設 為通過HF激勵脈沖 在線圈c(c＝1...C)中引起的對對象磁化 的調制，其中 是空間坐標， 是在發(fā)送κ空間中的空間激勵的本機振蕩頻率坐標。該場的本機振蕩頻率顯示分別用小寫字母表示 以及 其中 是在接收k空間中的本機振蕩頻率的坐標。
此外，假設組件線圈陣列由D個接收線圈組成，它們具有線圈敏感特性 或 (d＝1...D)以及加速系數(shù)AF。因此由 將發(fā)送κ空間軌跡分布到HF激勵的AF個分段 (n＝1...AF)，這基本上類似于接收情況下的平行成像的情況，例如類似于在笛卡兒試驗中對每個發(fā)送的行消除AF-1個κ空間行。通過 在線圈c中造成的對對象磁化的調制可以表示成 或 此外還假設，當同時對所有發(fā)送元件采用 時會造成均勻組合的激勵或對各分段造成相應的調制 和對所有分段造成 (在k空間顯示中用 和 表示)，它們分別由下式給出Tn(x→)=Σc=1CTcn(x→)---(1a)]]>T(x→)=Σn=1AFTn(x→).---(1b)]]>在通過發(fā)送線圈c由 輻射之后在接收線圈d中接收的信號 (不考慮弛豫)可用下式表示sc,dn(k→)=m(k→)⊗tcn(k→)⊗rd(k→)---(2)]]>其中表示k空間卷積運算符。
為了確定同時在C個發(fā)送線圈中沿n＝1的κ空間激勵軌跡發(fā)送的、用于使所期望的激勵完整的HF激勵脈沖的信號變化，以下舉例給出按照本發(fā)明的對于2D激勵的建議-利用每個線圈沿分段n＝1單獨發(fā)送 并同時用所有接收線圈沿同樣的k/κ空間激勵軌跡接收數(shù)據(jù) -利用所有發(fā)送線圈分別沿著HF軌跡n＝2...AF的其它分段同時發(fā)送 并同時利用所有接收線圈按照下式接收數(shù)據(jù) sdn(k→)=m(k→)⊗tn(k→)⊗rd(k→)---(3)]]>
-確定標量系數(shù)(組合系數(shù)) n＝2...AF，從而滿足以下條件Σc=1CΣp,qfc1→n(p,q)·sc,d1(k→-p·AF·Δk→y-q·Δk→x)=sdn(k→)---(4)]]>例如，對于p∈[-1...1]和q∈[-2...2]。
在加速激勵期間利用所有線圈c＝1...C同時沿軌跡n＝1發(fā)送，下式成立σc1(κ→)=Σn=1AFΣp,qfc1→n(p,q)·σ1(k→-p·AF·Δκ→y-q·Δκ→x)---(5)]]>其中，對p、q采用與公式(4)相同的區(qū)域。應注意的是，在該例中不限制發(fā)送和接收的一般性而采用同一軌跡。同樣不限制一般性地還可以有公式(4)和(5)的其它線性組合方式。
以下借助圖3-5描述本發(fā)明的方法圖3左上方示出的發(fā)送線圈陣列由四個繞圓形檢查對象均勻設置的發(fā)送線圈組成。向內指向對象的箭頭將向對象發(fā)送或輻射HF激勵脈沖的行為符號化。圖3右側示出由兩個繞同一對象設置的接收線圈組成的接收線圈陣列。向外指向的箭頭將對在由發(fā)送線圈發(fā)送的HF激勵后由對象發(fā)出的核共振響應信號的接收符號化。
本發(fā)明方法的第一步驟由兩個子步驟組成，首先在通過第一發(fā)送線圈發(fā)送HF脈沖序列 時，該脈沖序列沿發(fā)送κ空間中減小的第一發(fā)送軌跡(n＝1)引起HF激勵。發(fā)送的脈沖被顯示為黑的并用圓圈標記；發(fā)送通過白色箭頭表示。減小的發(fā)送軌跡在發(fā)送線圈陣列右側兩維地顯示在發(fā)送κ空間的坐標系中，其中，在HF激勵下選擇加速系數(shù)AF＝3，如兩個在κy方向被消除的虛線表示的κ空間行所示。該第一減小的發(fā)送軌跡用n＝1表示。
第二子步驟為在接收k空間中通過接收線圈陣列的所有線圈來測量或接收由HF激勵在對象內引起的響應信號。
接收在所有接收線圈中沿完全的(未縮減的)接收軌跡同時(通過向外示出的白箭頭表示)進行，該接收軌跡兩維地示于圖3右側的接收k空間的坐標系中。該由發(fā)送線圈c＝1的沿減小的發(fā)送軌跡n＝1的HF激勵在接收線圈d＝1中作用的或引起的接收數(shù)組用 表示。接收線圈d＝2的接收數(shù)組用 表示。
現(xiàn)在將兩個子步驟相應于發(fā)送線圈的數(shù)目進行重復(例如圖3的下半部兩個發(fā)送線圈的發(fā)送)，直至對每個發(fā)送線圈都相應地獲得了接收數(shù)組，其中，(減小的)發(fā)送軌跡和接收軌跡總是保持相同。因此對于四個發(fā)送線圈和兩個接收線圈的情況將在四個發(fā)送-接收周期中共獲得八個接收數(shù)組
s1,11(k→),s1,21(k→),s2,11(k→),s2,21(k→),s3,11(k→),s3,21(k→),s4,11(k→),s4,21(k→).]]>本發(fā)明方法的第二步驟在圖4中示出，其中，在第一子步驟中所有發(fā)送線圈同時引起HF激勵，并且是沿第二減小的發(fā)送軌跡(n＝2)，其優(yōu)選與步驟1中的第一減小的軌跡(n＝1)不重疊。該第二發(fā)送軌跡示于圖4上部發(fā)送線圈陣列右側的圓圈中。對于該激勵也在所有接收線圈中同時采集相應的接收數(shù)組。重復該第二步驟，直至所有減小的發(fā)送軌跡從n＝1至AF共同構成一個完整的發(fā)送軌跡。對于AF＝3和具有兩個線圈的接收線圈陣列在兩個另外的發(fā)送-接收周期中共給出四個另外的接收數(shù)組sd=1n=2(k→),s22(k→),s13(k→),s23(k→)]]>(c下標被去掉了，因為在該步驟中所有C個發(fā)送線圈都同時參與)。
最后，從第一和第二步驟的接收數(shù)組中產生類似于GRAPPA的、可以確定組合系 的方程組，該組合系數(shù)將步驟1的測量數(shù)據(jù)映射為步驟1和步驟2的測量數(shù)據(jù)。借助該在某種意義上與GRAPPA再現(xiàn)矩陣的系數(shù)相似的組合系數(shù)又可以計算特定于發(fā)送線圈的HF激勵脈沖，由所有線圈同時發(fā)送的這些HF激勵脈沖一方面給出減小的發(fā)送軌跡n＝1，另一方面可以根據(jù)期望的激勵特性進行激勵。圖5中示出這些代數(shù)確定的HF激勵脈沖σ11(κ→),σ21(κ→),σ31(κ→),]]>GRAPPA自動校準方法的應用只須在校準階段在接收側采集少數(shù)k空間行。圖6示出對此的模擬，其中示出為了校準的目的采用加速系數(shù)AF＝2，以及采用8元件鳥籠陣列來發(fā)送具有較低分辨率的圖像(左側圖像n＝1，右側圖像n＝2)。在這種情況下采用大小為32×32的數(shù)據(jù)矩陣以確定線性組合系數(shù)。如從圖7可見(左側圖是非選擇的)在加速的選擇激勵下產生的特性對應于很好的所期望的(選擇的)圓形特性(右側圖)。
盡管上述自動校準方法相對于利用顯式或近似確定的發(fā)送敏感性工作的方法具有明顯的優(yōu)勢，但對采用的組合系數(shù)的確定和應用完全也可以基于顯式確定的和適當估計的發(fā)送敏感性。由發(fā)送敏感性實際上可以隨時而簡單地計算與 或 和 等價的參數(shù)。
這例如可以通過在用 標示的第一減小的發(fā)送軌跡上對各發(fā)送線圈的發(fā)送線圈敏感性的傅立葉變換進行分析，并在用 標示的其余減小的發(fā)送軌跡上對所有發(fā)送線圈敏感性的組合的傅立葉變換進行分析實現(xiàn)。該參數(shù)可以理解為虛擬的校準測量值。
同樣可以基于所采用的或任意假設的接收線圈陣列的接收線圈敏感性來模擬如上述的校準實驗，以獲得虛擬的測量值 和 這樣，組合系數(shù)的確定與應用就與本文開始所述的方法完全類似。
綜上所述，開發(fā)了一種為確定用于并行發(fā)送的多維HF脈沖的基于GRAPPA形式的簡單規(guī)則。在該概念基礎上可以對單個線圈導出HF脈沖(利用自動校準方法)，從而無需象目前的方法那樣對各線圈的發(fā)送特性進行絕對量化。對C個發(fā)送線圈的線圈結構所需的僅是對其中用一個單個線圈發(fā)送的減小的發(fā)送軌跡的C次采集，然后是AF-1次另外的對發(fā)送的其余減小的軌跡的采集。分別用所有接收線圈來接收。由于所有這些采集都可以是低分辨率的實驗，該過程應是很快的，并因此而可以對不同的層位置或HF脈沖變化簡單地重復。這尤其在高場強時應是很有幫助的，此時發(fā)送場的特性明顯不同于接收場的特性，并且在實驗中對負荷的變化更敏感。
但如果成功地測量或估計了發(fā)送線圈的敏感性，也可以基于該發(fā)送線圈敏感性應用所描述的用于計算特定于發(fā)送線圈的HF脈沖的方法。
權利要求
1.一種用于為發(fā)送線圈陣列確定特定于發(fā)送線圈的高頻激勵脈沖的方法，用于對用核自旋斷層造影設備進行檢查的患者的組織區(qū)域進行加速的基于部分平行采集的體積選擇激勵，該核自旋斷層造影設備具有基本磁場磁鐵、梯度線圈系統(tǒng)、發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列，該方法具有下列步驟a)通過發(fā)送線圈陣列的第一線圈沿發(fā)送κ空間中基于加速系數(shù)AF減小的第一發(fā)送軌跡輻射第一體積選擇高頻激勵脈沖序列；b)利用接收線圈陣列的所有線圈從被激勵的組織區(qū)域沿接收k空間中的完整的接收軌跡同時接收由該第一高頻激勵產生的核自旋共振響應信號；c)用發(fā)送線圈陣列的所有其它線圈逐個重復執(zhí)行步驟a)和b)；d)同時通過發(fā)送線圈陣列的所有線圈沿另一在發(fā)送κ空間中減小的發(fā)送軌跡輻射第二體積選擇高頻激勵脈沖序列；然后e)利用接收線圈陣列的所有線圈從被激勵的組織區(qū)域沿接收k空間中的同一完整的接收軌跡同時接收由該第二高頻激勵產生的核自旋共振響應信號；f)在AF＞2的情況下重復步驟d)和e)，直至所有減小的發(fā)送軌跡共同構成一個完整的發(fā)送軌跡；g)基于所有測量的響應信號確定組合系數(shù)；h)基于確定的組合系數(shù)計算特定于發(fā)送線圈的高頻激勵脈沖，這些高頻激勵脈沖在通過發(fā)送線圈陣列的多個或全部線圈同時沿第一減小的發(fā)送軌跡輻射時產生所期望的激勵特性。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，完整的發(fā)送軌跡和完整的接收軌跡相同。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)送軌跡和接收軌跡不同，但其k空間坐標具有幾何關系，該幾何關系使得可以基于接收軌跡計算組合系數(shù)并基于第一發(fā)送軌跡應用該組合系數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，發(fā)送軌跡和/或接收軌跡在k空間中具有笛卡兒形狀。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，發(fā)送軌跡和/或接收軌跡構成為k空間中的線形或螺旋形。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列相同。
7.一種用于為發(fā)送線圈陣列確定特定于發(fā)送線圈的高頻激勵脈沖的方法，用于對用核自旋斷層造影設備進行檢查的患者的組織區(qū)域進行加速的基于部分平行采集的體積選擇激勵，該核自旋斷層造影設備具有基本磁場磁鐵、梯度線圈系統(tǒng)、發(fā)送線圈陣列和接收線圈陣列，該方法具有下列步驟a)測量或估計發(fā)送線圈陣列的發(fā)送靈敏性；b)基于該發(fā)送線圈的發(fā)送靈敏性對發(fā)送線圈陣列的每個單獨的線圈沿基于加速系數(shù)AF減小的第一發(fā)送軌跡以及對發(fā)送線圈陣列的線圈組合沿另外AF-1個減小的發(fā)送軌跡產生虛擬的校正測量值；c)基于該虛擬的校正測量值確定組合系數(shù)；d)基于確定的組合系數(shù)計算特定于發(fā)送線圈的高頻激勵脈沖，這些高頻激勵脈沖在通過發(fā)送線圈陣列的多個或全部線圈同時沿第一減小的發(fā)送軌跡輻射時產生所期望的激勵特性。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，發(fā)送軌跡在k空間中具有笛卡兒形狀。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，發(fā)送軌跡構成為k空間中的線形或螺旋形。
10.一種用于實施根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的方法的設備。
11.一種計算機軟件產品，其特征在于，當其在與核自旋斷層造影設備連接的計算裝置上運行時，可以實現(xiàn)根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定特定于發(fā)送線圈的HF激勵脈沖的方法，具有步驟沿第一減小的發(fā)送軌跡通過第一發(fā)送線圈輻射第一體積選擇HF激勵脈沖序列；用所有接收線圈從被激勵的組織區(qū)域沿完整的接收軌跡同時接收由第一HF激勵產生的核自旋共振響應信號；對所有其它發(fā)送線圈重復上述步驟；同時沿另一減小的發(fā)送軌跡通過所有發(fā)送線圈輻射第二體積選擇HF激勵脈沖序列；利用所有接收線圈從被激勵的組織區(qū)域沿同一完整的接收軌跡同時接收由該第二HF激勵產生的核自旋共振響應信號；在AF＞2時重復前兩個步驟直至所有減小的發(fā)送軌跡共同構成一個完整的發(fā)送軌跡；基于所有測量的響應信號確定組合系數(shù)；基于確定的組合系數(shù)計算特定于發(fā)送線圈的HF激勵脈沖。
文檔編號G01R33/3415GK1851494SQ20061007774
公開日2006年10月25日 申請日期2006年4月24日 優(yōu)先權日2005年4月22日
發(fā)明者馬克·格里斯沃爾德, 斯蒂芬·卡能吉瑟 申請人:西門子公司