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專利名稱：同時多核磁共振成像的制作方法
同時多核磁共振成像 本發(fā)明涉及用于對在檢查空間中放置的物體進行磁共振成像的
MR設備。
此外，本發(fā)明涉及用于MR成像的方法、并且涉及用于MR設備
的計算機程序。
在磁共振成像(MRI)中，將包括RF脈沖和切換磁場梯度在內(nèi) 的脈沖序列施加到放置在MR設備的檢查空間之內(nèi)的均勻磁場中的對 象(患者)上。以此方式，生成相位編碼的磁共振信號，借助于RF 接收天線來掃描所述相位編碼的磁共振信號，以便從對象獲取信息并 且重構其圖像。從其最初發(fā)展開始，MRI在臨床相關領域的應用數(shù)量 大大增加。MRI可應用于幾乎每個身體部分，并且它可用于獲得關于 人類身體的多個重要功能的信息。在MRI掃描期間所施加的脈沖序 列在諸如對象中的位置和方向、維度、分辨率、信噪比、對比度、運
動的靈敏度等之類的所重構圖像特征的確定中擔任重要的角色。為了 各個應用，MRI設備的操作者必須選擇適當?shù)男蛄小⒉⑶冶仨氄{(diào)整和 優(yōu)化其參數(shù)。
近些年來，所謂的分子成像和診斷(MID)發(fā)展迅速。MID有時 定義為利用特定的分子用于圖像對比以及用于診斷。此定義涉及對人 類對象中的細胞和分子級處理的在體(in-vivo)測量和特征化，并且 涉及對生物分子的分析，以篩選、診斷和監(jiān)視人類健康狀態(tài)和評定潛 在的風險。用于分子成像的重要先決條件是對分子目標和基因表達成 像的能力。此時，認為MR成像是在分子成像中最有前途的形式之一。 因此，期望MR成像在用于篩選、目標藥物遞送和治療評估的MID 的臨床使用中擔任必要角色。最近，已經(jīng)使用了高度靈敏的造影劑來 允許分子目標和基因表達的MR成像。如上所述，MRI可以用良好 的空間分辨率來可視化解剖結(jié)構，這適用于全部身體區(qū)域，并且將允 許可復制(reproducible)和定量的成^f象。還可將其用于血管內(nèi)和針 孔圖像-引導的藥物遞送。MR可例如通過頻譜學來部分評定分子信 自重要的是應該注意到，使用MRI的MID將依賴于對來自不同核 素的信號的精確獲取和配準。在臨床實踐中同時獲取這種數(shù)據(jù)的能力 是非常有益的(如果不是必須的話)。另外，出于MID的目的，從 一種核素獲取的信號數(shù)據(jù)可以用于增強或者校正從其他核素獲取的數(shù)據(jù)。
US 6,081,120公開了一種RF線團布置，其可以不同共振頻率進 行操作以便檢測多個核素。已知的線圏布置利用與匹配和調(diào)諧電容組 相結(jié)合的可切換多層線團。已知設備的用戶可通過操作相應的電子開 關來從線團部分以及匹配和調(diào)諧電容的不同組合中進行選擇。可以以 此方式實現(xiàn)線團布置的共振頻率的變化。
關于已知系統(tǒng)與MID相結(jié)合應用的一個缺點在于，一次僅能將RF 線圏布置調(diào)諧到單個共振頻率。因此，不可能實際上同時獲取處于不 同共振頻率的MR信號。另一個缺點在于，已知系統(tǒng)需要精細的切換 電子設備。這些直接連接到已知MR設備中的RF線圈的電子設備可 能對于MR信號質(zhì)量具有不利影響，并且還對整個系統(tǒng)可靠性具有不 利影響。
因此容易理解，出于MID的目的，需要一種允許在不同共振頻 率處同時(即，并行)獲取MR圖像的改進的磁共振成像設備。因而， 本發(fā)明的主要目的在于提供一種MR設備，該MR設備被布置為同時 以兩個或者多個不同核素的共振(拉莫)頻率進行操作。
根據(jù)本發(fā)明，公開了 一種用于對放置在檢查空間中的物體進行磁 共振成像的MR設備，所述MR設備包括主磁體，用于在檢查空間 中生成靜態(tài)且基本均勻的主磁場；以及RF線圈布置，用于在檢查空 間中生成RF磁場和/或用于從物體接收MR信號。RF線圏布置包括 在檢查空間中或者靠近檢查空間鄰近布置的多個獨立的共振器元件。 鄰近的共振器元件交替地調(diào)諧到至少兩個不同MR共振頻率之一，并 且每個共振器元件與MR設備中分離的信號發(fā)射和/或信號接收信道 相關聯(lián)。
本發(fā)明的MR設備的實質(zhì)特征在于，多個獨立可調(diào)諧的共振器元 件鄰近布置，其中共振器元件交替地調(diào)諧到兩個或者多個不同核子(例 如和19F)的共振頻率。不同的共振器元件分別連接到相應的發(fā)射機和/或接收機。因此，根據(jù)本發(fā)明的MR設備的優(yōu)點在于，可能在 不同共振頻率處對所檢查對象進行實際同時的體成像和頻譜學。不需 要復雜的切換電子設備用于此目的。
本發(fā)明的MR設備的進一步優(yōu)點在于，該MR設備允許包括RF 脈沖和切換磁場梯度在內(nèi)的單個成像序列同時用于多個不同核子。以 不同頻率經(jīng)由相應的調(diào)諧共振器元件來輻射相同的RF脈沖，并且使 用切換梯度來并行地獲取對應核子的圖像和光譖。同時獲取簡化了 MR 信號數(shù)據(jù)的配準。例如，當患者在不同核素的信號獲取之間移動時， 這對于傳統(tǒng)系統(tǒng)是個嚴重問題。尤其是，例如在其中必須根據(jù)重構的 圖像確定干涉儀器位置的干涉MR中，所獲取數(shù)據(jù)的不正確配準是非 常危險的。
由根據(jù)本發(fā)明的設備所允許的同時MR信號激發(fā)和獲取具有的進 一步優(yōu)點在于，可在每個獨立的信道上采用穩(wěn)定狀態(tài)成像序列(所謂 的SSFP或者真FISP序列)來增加MR信號的幅度。它們的使用對 于本發(fā)明的設備是可能的，這是因為相對于已知技術、不必在不同MR 頻率處進行不同成像序列的插值。以此方式，可以有效地克服由于核 素的豐富程度不同而導致的信號強度不足的問題。
根據(jù)本發(fā)明，因為分離的發(fā)射信道與每個共振器元件相關聯(lián)，所 以在檢查空間中可有利地以各自的頻率來完全控制RF場分布。這是 因為通過在獨立的發(fā)射信道上選擇幅度和相位，可在線圏布置中生成 任何可想到的當前分布。為此目的，有利地是在環(huán)繞檢查空間的表面 上分布共振器元件。例如，如果共振器元件在圓柱表面上分布，則非 常可能并行地以兩個不同頻率模仿傳統(tǒng)圓柱鳥籠形線圈的場分布。例 如為了最大化磁場梯度的強度以及因此最大化在所檢查的解剖結(jié)構位 置處的圖像分辨率，不對稱橫截面的檢查空間也是可能的。可應用相 同的原理來形成MR設備的頭部或者表面線團陣列。可由MR設備中 的軟件來控制每個獨立發(fā)射通道的幅度和相位，因此使得能夠進行RF 場分布(RF勻場(shimming))的直接交互控制。
因為借助于根據(jù)本發(fā)明的RF線圏布置而選擇在檢查空間中的RF 場的任意空間分布的可能性，所以可以在與不同核素相對應的激發(fā)核 磁性上施加獨立的空間編碼；這種編碼可用于例如快速體成像(所謂 的發(fā)射SENSE方法)。本發(fā)明的MR設備更為有利的是，RF線團布置中的每個共振器 元件與分離的信號接收信道相關聯(lián)。對于每個接收信道，可以根據(jù)所 檢測的MR信號分離地形成子圖像。可在稍后的階段將這些子圖像組 合起來以便形成整個圖像。 一方面這對于改進信噪比是有利的，然后 可將獨立的共振器元件并行地用作在兩個不同頻率處的協(xié)作線圈。另 一方面，還可能基于分配給獨立共振器元件的空間靈敏度簡檔表來組 合這些獨立的圖像，因此在成像期間節(jié)省測量時間(所謂SENSE方 法)。
在本發(fā)明的實際應用中，將根據(jù)本發(fā)明的MR設備的兩個或者多 個獨立的共振器元件調(diào)諧到一個共振頻率，而將兩個或者多個其他共 振器元件調(diào)諧到另 一共振頻率。如果調(diào)諧到相同共振頻率的共振器元 件彼此電磁解耦合，則這是有用的。借助于在各自的共振器元件的導 體之間布置的電容和電感(解耦合網(wǎng)絡)，可實現(xiàn)共振器元件的相互 解耦合。電磁解耦合確保經(jīng)由一個發(fā)射信道進行的RF饋送僅在與這 個信道相關聯(lián)的共振器元件中發(fā)生。類似地，假若存在充分的電磁解 耦合，則經(jīng)由接收信道之一接收的MR信號可明確地作用于相應的共 振器元件。
如上所述，借助于MR成像序列來利用根據(jù)本發(fā)明的MR設備執(zhí) 行MR信號激發(fā)和獲取，所述MR成像序列包括經(jīng)由分離的發(fā)射信道、 以兩個或者多個不同MR共振頻率同時生成的切換磁場梯度和RF脈 沖。還經(jīng)由分離的信號接收信道以不同頻率同時從所檢查物體來獲取 MR信號。然后，根據(jù)所獲取的信號數(shù)據(jù)來重構MR圖像，其中還生 成描述與不同MR共振頻率相對應的不同核素的出現(xiàn)的單個圖像。最 初可以將成像序列的參數(shù)(即，最顯著地是切換磁場梯度的波形)選 擇為由具有最低旋磁比的核素的期望圖像分辨率來確定。然后，為要 檢測的所有核素調(diào)整單獨的RF激發(fā)帶寬和信號采樣帶寬(確定視 域)，以便使用之前確定的梯度波形來實現(xiàn)期望的圖像分辨率和圖像 尺寸。以此方式，可利用單個梯度配置和圖像獲取來從兩個或者多個 核素同時獲取MR信號。
根據(jù)本發(fā)明，如果MR裝置的每個共振器元件可以多重調(diào)諧到兩 個或者多個共振頻率，則這是尤其有利的。為此目的，可采用如在上 述文獻US 6,081,120中公開的技術。例如，可以由僅包括兩個雙調(diào)諧
獨立共振器元件的本發(fā)明系統(tǒng)來檢測多達四種不同的核素。此外，每 個共振器元件的多重調(diào)諧是有利的，這是因為在圖像獲取處理的不同 階段期間，可以或多或少地任意選擇每個共振器元件來在不同共振頻
率處進行操作。例如，在要同時檢測兩種核素^和19F的情況下，則 在第一獲取周期中，可以將第一組共振器元件調(diào)諧到的共振頻率， 而將第二組共振器元件調(diào)諧到19F的共振頻率。在第二獲取周期期間， 反轉(zhuǎn)調(diào)諧機制。將第一組共振器元件調(diào)諧到19F的頻率，而將第二組 調(diào)諧到的頻率。然后，在圖像重構期間，可組合在成像處理的這 兩個階段期間所獲取的MR信號以便改進圖像一致性。
本發(fā)明不但涉及一種設備，而且還涉及一種用于對MR設備的檢 查空間中放置的物體的至少一部分進行磁共振成像的方法，所述方法 包括步驟借助于MR成像序列來在物體內(nèi)激發(fā)核磁化，所述MR成 像序列包括切換磁場梯度和RF脈沖，其中借助于包括多個獨立可調(diào) 諧共振器元件的RF線圏布置來以兩個或者多個不同的MR共振頻率 同時生成RF脈沖；經(jīng)由與共振器元件相關聯(lián)的分離信號接收信道來 以不同MR共振頻率同時從物體獲取MR信號；根據(jù)所獲取的MR 信號來重構MR圖像。
已知的是，不同核素具有不同(天然的)豐富程度。通常，必須 重復地獲取和積累較低豐富程度的核素的MR信號，以便獲得足夠的 信噪比。因此通過本發(fā)明的方法，多次重復激發(fā)核磁性以及獲取MR 信號的步驟是有用的。然后，以不同的重復比率來靈敏地重構與具有 不同豐富程度的核素相對應的不同MR圖像。例如，可以有利地利用 高天然豐富程度的^，以便與較低豐富程度核子相對應的圖像相比， 實現(xiàn)質(zhì)子圖像的較高幀率。可選地，可以不同圖像分辨率獲取和重構 不同豐富程度的核素的MR圖像，以便考慮較低豐富程度核素的低MR
信號強度的問題。
有利地是，可以在任何普通計算機硬件上實現(xiàn)適用于執(zhí)行本發(fā)明 的成像過程的計算機程序，其目前在臨床使用中用于磁共振掃描儀的 控制。可以在諸如CD-ROM或者盤之類的適當數(shù)據(jù)栽體上提供所述 計算機程序。可選地，還可以由用戶從因特網(wǎng)服務器上下載。
所附附圖
公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。然而應該理解，附圖僅設計用于說明目的，而并非作為對本發(fā)明的限制的定義。附圖示出了 根據(jù)本發(fā)明的磁共振掃描儀的實施方式。
在附圖中，以框圖示出了根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像設備l。設備l包括 一組主磁線團2，用于生成靜態(tài)且均勻的主磁場；以及三組梯 度線圏3、 4和5，用于疊加具有可控強度并具有選定方向的梯度的附 加磁場。傳統(tǒng)i也，主磁場的方向標記為z-方向、兩個垂直于此的方 向為x -方向和y -方向。梯度線團3、 4、 5經(jīng)由電源6來供電。設 備l進一步包括RF線團布置，用于在檢查空間7中生成RF場。RF 線圏布置包括在環(huán)繞檢查空間7的圓柱形表面上彼此鄰近布置的六個 獨立可調(diào)諧共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13。共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13用于向物體14發(fā)射射頻(RF)脈沖。將共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13交替地調(diào)整到兩個不同MR共振頻率之一。這意味著， 將元件8、 10、 12調(diào)諧到第一MR頻率(例如，在各自的磁場強度Bo 處的iH的MR頻率)，而將元件9、 11、 13調(diào)諧到第二頻率(例如， 19F)。將六個共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13中的每個連接到RF 切換模塊15。經(jīng)由切換模塊15，即取決于設備的操作模式(發(fā)射模 式或者接收模式)，將相關的共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13連 接到與各自的共振器元件相關聯(lián)的信號發(fā)射信道16或者信號接收信 道17。對于每個共振器元件8、 9、 10、 11、 12、 13， MR設備1具有 獨立的發(fā)射信道16 (每個包括以兩個MR頻率之一交替操作的功率 放大器)以及信號接收信道17 (每個包括以兩個MR頻率之一交替 操作的靈敏預放大器、解調(diào)器和數(shù)字采樣單元)。由控制系統(tǒng)18來 控制用于梯度線圏3、 4和5的發(fā)射信道16和電源6，以便生成根據(jù) 上述發(fā)明的實際成像序列。控制系統(tǒng)通常是具有存儲器和程序控制的 微計算機。對于本發(fā)明的實際實現(xiàn)，其包括具有成像過程描述的程序， 在該成像過程中，經(jīng)由共振器元件8、 10、 12來在第一頻率處、以及 經(jīng)由共振器元件9、 11、 13來在第二頻率處同時生成RF脈沖。信號 接收信道17耦合至例如為計算機的數(shù)據(jù)處理單元19，以便將所接收 的磁共振信號轉(zhuǎn)換成為圖像。此圖像可通過例如可視顯示單元20而 變得可見。
權利要求
1.一種用于對在檢查空間(7)中放置的物體(14)進行磁共振成像的MR設備，所述設備(1)包括主磁體(2)，用于在所述檢查空間(7)中生成靜態(tài)且基本均勻的主磁場；以及RF線圈布置，用于在所述檢查空間(7)中生成RF場和/或用于從所述物體(14)接收MR信號，其中所述RF線圈布置包括在所述檢查空間(7)中或者所述檢查空間(7)附近鄰近設置的多個獨立共振器元件(8、9、10、11、12、13)；鄰近的共振器元件(8、9、10、11、12、13)交替調(diào)諧到兩個或者多個不同MR共振頻率之一；以及每個共振器元件(8、9、10、11、12、13)與所述MR設備(1)的分離信號發(fā)射(16)和/或信號接收信道(17)相關聯(lián)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的MR設備，其中所述共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)在環(huán)繞所述檢查空間(7)的表面上分布。
3. 根據(jù)權利要求2所述的MR設備，其中所述共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)在圓柱形表面上分布。
4. 根據(jù)權利要求2所述的MR設備，其中所述檢查空間(7)具 有不對稱的橫截面。
5. 根據(jù)權利要求1至4的任一項所述的MR設備，其中所述共 振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)形成頭或者表面線團陣列。
6. 根據(jù)權利要求1至5的任一項所述的MR設備，其中將兩個 或者多個獨立共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)調(diào)諧到相同的MR 共振頻率。
7. 根據(jù)權利要求6所述的MR設備，其中調(diào)節(jié)至所述相同MR 共振頻率的共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)彼此電磁解耦合。
8. 根據(jù)權利要求1至7的任一項所述的MR設備，其中所述設 備U)還包括用于在所述檢查空間(7)中生成磁場梯度的梯度線團(3、 4、 5)，所述設備被配置為借助于MR成像序列來激發(fā)所述物體(14)內(nèi)的核磁化，所述MR成像序列包括經(jīng)由所述分離的信號發(fā)射信道(16)而以所述兩個或者多個不同MR共振頻率同時生成的、切換磁場梯度和RF脈沖，經(jīng)由所述分離信號接收信道(17)，以兩個或者多個不同MR共振頻率同時從所述物體獲取MR信號，根據(jù)所獲取MR信號來重構MR圖像。
9. 根據(jù)權利要求8所述的MR設備，其中所述設備(1 )還布置 為重構單個MR圖像，所述單個MR圖^f象描述所述物體(14)中、與 所述不同MR共振頻率相對應的不同核素的出現(xiàn)。
10. 根據(jù)權利要求8或者9所述的MR設備，其中所述設備(l) 還布置為根據(jù)具有較低旋磁比的核素的圖像分辨率的要求，規(guī)定所述切換 磁場梯度序列的參數(shù)，基于所述切換磁場梯度的先前確定的參數(shù)，來調(diào)整用于兩種核素 的RF脈沖序列和MR信號獲取帶寬的參數(shù)。
11. 根據(jù)權利要求1至10的任一項所述的MR設備，其中所述 共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)的每個多重調(diào)諧到兩個或者多 個共振頻率。
12. —種用于對在MR設備(1)的檢查空間(7)中放置的物體 (14)的至少一部分進行MR成像的方法，所述方法包括以下步驟-借助于包括切換磁場梯度和RF脈沖的MR成像序列來激發(fā)所 述物體(14)內(nèi)的核磁化，其中借助于包括多個獨立可調(diào)諧共振器元 件(8、 9、 10、 11、 12、 13)的RF線圏布置來以兩個或者多個不同 MR共振頻率同時生成所述RF脈沖，-經(jīng)由與所述共振器元件相關聯(lián)的分離信號接收信道(17)來以 所述兩個或者多個不同MR共振頻率從所述物體(14)同時獲取MR 信號，-根據(jù)所獲取的MR信號來重構MR圖像。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述共振器元件(8、 9、 10、 11、 12、 13)在所述檢查空間(7)之中或者所述檢查空間(7) 附近鄰近布置，并且交替地調(diào)諧到兩個或者多個不同MR共振頻率之
14. 根據(jù)權利要求12或者13所述的方法，其中所述方法還包括 在激發(fā)核磁化以及獲取MR信號之前實現(xiàn)的以下步驟-根據(jù)與較低MR共振頻率相對應的核素的圖像分辨率的的要 求，規(guī)定所述切換磁場梯度序列的參數(shù)，-然后，基于所述切換磁場梯度的先前確定的參數(shù)，來確定用于 所有核素的RF脈沖序列和MR信號獲取帶寬的參數(shù)。
15. 根據(jù)權利要求12至14的任一項所述的方法，其中多次重復 所述激發(fā)核磁化以及獲取MR信號的步驟，并且其中以不同的重復頻 率來重構與具有不同豐富程度的核素相對應的不同MR圖像。
16. —種用于MR設備的計算機程序，包括指令用于-生成包括切換磁場梯度和RF脈沖的MR成像序列，其中以兩 個或者多個不同的MR共振頻率同時生成所述RF脈沖；-對經(jīng)由與RF線圏布置中的獨立調(diào)諧共振器元件相關聯(lián)的分離 信號接收信道、以兩個或者多個MR共振頻率同時獲取的MR信號進 行處理；-根據(jù)所獲取的MR信號來重構MR圖像。
17. 根據(jù)權利要求16所述的計算機程序，還包括指令用于 -根據(jù)與較低MR共振頻率相對應的核素的圖像分辨率的要求，規(guī)定所述切換磁場梯度序列的參數(shù)，-基于所述切換磁場梯度的先前確定的參數(shù)，來調(diào)整用于所有核 素的RF脈沖序列和MR信號獲取帶寬參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對放置在檢查空間(7)中的物體(14)進行磁共振成像的MR設備，所述設備(1)包括主磁體(2)，用于在檢查空間(7)中生成靜態(tài)且基本均勻的主磁場；以及RF線圈布置，用于在檢查空間(7)中生成RF場和/或用于從物體(14)接收MR信號。為了提供這種被布置為同時在兩個或者多個不同核素的共振(拉莫)頻率處進行操作的MR設備，本發(fā)明建議RF線圈布置包括在檢查空間(7)中或者檢查空間(7)附近鄰近設置的多個獨立的共振器元件(8、9、10、11、12、13)，其中鄰近的共振器元件(8、9、10、11、12、13)交替地調(diào)諧到兩個或者多個不同MR共振頻率之一，并且其中每個共振器元件(8、9、10、11、12、13)與MR設備(1)的分離的信號發(fā)射(16)和/或信號接收信道(17)相關聯(lián)。
文檔編號G01R33/32GK101208610SQ200680022869
公開日2008年6月25日 申請日期2006年6月21日 優(yōu)先權日2005年6月24日
發(fā)明者C·勒斯勒, I·格拉斯林, P·R·哈維 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司