专利名称：通过并行传输mri中的时间平均的sar热点减少的制作方法
技术领域：
本申请涉及磁共振方法的领域。它尤其适用于利用多个发射线圈对患者成像并特别参考其加以描述。
背景技术：
在MR成像期间施加的射频(RF)脉冲由于RF功率或能量被吸收而导致对组织的潜在加热。射频能量被沉积到组织中的速率定义为比吸收率(SAR)并一般是以瓦每千克(W/kg)为单位测量的。随着场强增加，RF功率沉积和相关联的局部比吸收率(SAR)也增加。例如，将场强从1.5特斯拉(T)加倍到3T导致SAR增加到四倍。因此，法定要求SAR极限以确保患者安全。在具有高电导率的组织中，例如肌肉、脊髓和眼睛中，或在具有高介电常数的组织界面处，例如肌肉-脂肪或肌肉-骨骼界面处，出现热点或集中能量沉积的区域。SAR成为很多MR成像应用的限制因素，因为它取决于场强、RF功率、翻转角、发射线圈类型和身体尺寸。在多次拍摄MR序列中，通常将同样的RF脉冲反复很多次，以便采集图像。例如，一些序列要求在收集每条线的k空间数据之前施加同样的RF激励脉冲。在序列期间，也可以多次施加其他RF脉冲，例如准备脉冲、RF操控脉冲等。可以通过限制幅度并增加RF脉冲的持续时间来限制热点的大�。徊还谔囟ǔ上裥蛄兄校员榷热【鲇赗F激励脉冲的翻转角，增加持续时间可能产生运动伪影。在具有多个独立控制的发射(Tx)元件的MR扫描器中，每个脉冲都是所有元件贡献的组合。这在设计RF脉冲中提供了更大的灵活性。例如，可以将电场信息并入RF脉冲设计中以使SAR最小化。由于RF脉冲设计中额外的自由度，可以从大的解空间中选择最小SAR的RF脉冲。对于N通道Tx系统和小的翻转角，可以如下以矩阵表示法将激励模式写为m = Ab(方程 1)其中m描述目标激励模式，A是系统矩阵，b是个体Tx元件的级联RF脉冲bn(l ^n^N)的矩阵。假设受检者体内的RF场线性响应于驱动场的电流，可以在脉冲样本中以二次形式表达SAR:SAR=bTQb (方程 2)其中1"表示共轭转置，Q是从麦克斯韦方程计算的与特定受检者体积对应的块对角正定矩阵。在具有大翻转角的体系中，该激励非线性响应于RF�。梢哉攵苑窍咝缘髡匠�1。提出的一种局部SAR热点减少的方法(Graesslin I等人[2008] ISMRM16 :621)将关于初始RF脉冲的空间SAR分布的知识并入到Q以及方程Ζ/βΖ)的不严格的最小化中，使得m = Ab。使用相对于全局SAR最佳的初始RF脉冲，经由如下方式实现单个热点的减少Q=E AiQ区域⑴(方程3)其中Qi是指明不同热点区域之间折衷关系的实数加权因子。不过，在GraesslinI等人的[2008]ISMRM 16 :621中，在多次拍摄成像序列期间反复施加同一 RF脉冲bn，在同一地方重复产生热点，其中累积效应可能是不合需要的。本申请提供了新的改进方法和设备，克服了上述问题和其他问题。
发明内容
根据一个方面，一种磁共振方法包括施加磁共振序列，所述磁共振序列包括能够导致一个或多个SAR热点的反复或重复B1脉冲。改变反复B1脉冲的组成，使得对于后续施加反复B1脉冲，SAR热点改变位置。根据另一方面，一种磁共振系统包括连接到N个发射元件的N个RF发射器，发射元件与患者接收区域相邻设置。控制处理器被编程为控制发射元件，以在磁共振序列期间施加反复A脉冲的多个变体，其中所述反复B1脉冲的变体在患者体内的不同位置导致SAR热点。磁共振接收器接收由磁共振序列生成的共振信号。共振信号处理器处理共振信号并在显示器上显示图像。一个优点是，可以实现占空比和翻转角的增大，以缩短采集时间并改善图像对比度。另一个优点是可以加快RF脉冲。另一个优点是可以利用更高的场强。另一个优点是改善了患者的安全性。在阅读并理解了下述详细说明的情况下，本领域普通技术人员将认识到本发明的进一步的优点。
附图仅仅是为了例示可能的实施例，不被视为限制性的。图1是磁共振成像系统的示意性图示；图2是作为磁共振序列的一部分，生成各版本的反复RF脉冲的过程的流程图；图3图示了患者体内不同RF脉冲的个体空间分布；图4A和4B图示了来自初始RF脉冲的SAR分布(4A)和局部SAR减少的结果0B)。
具体实施例方式参考图1，磁共振成像系统10包括主磁体12，其生成通过检查区域14的时间上均勻的Btl场。主磁体可以是环形或膛型磁体、C形开放磁体、其他设计的开放磁体等。与主磁体相邻设置的梯度磁场线圈16用于沿着相对于Btl磁场的选定轴生成磁场梯度。与检查区域相邻设置射频线圈或线圈阵列18，包括多个离散的RF元件IS1US2. . . 18n。在多线圈阵列中，每个离散的RF元件是可以独立操作的RF线圈。扫描控制处理器20控制梯度控制器22，使梯度线圈在成像区域上施加选定的磁场梯度脉冲，其可以适于选定的磁共振成像或光谱学序列。扫描控制器20还控制N个离散的RF发射器. . 24N，使得RF元件IS1US2. . . 1 共同生成磁共振激励和操控B1脉冲。每个B1脉冲都是分别来自RF元件IS1US2. · · 1 的个体脉冲Vb2. . .bN(未示出)的叠加。扫描控制器还控制一个或多个RF接收器沈(包括N个离散的RF接收器、262. . . 26N)，其经由发射/接收开关连接到RF元件IS1US2. . . 18n以从其接收磁共振信号。
从接收器沈接收的数据被暂时存储在数据缓冲器观中并由磁共振数据处理器30处理。磁共振数据处理器能够执行现有技术公知的各种功能，包括图像重建(MRI)、磁共振波谱分析(MRS)、导管或介入式器械定位等。在存储器中，例如医疗设备的患者档案文件32中存储重建磁共振图像、光谱学读出信息、介入式器械位置信息和其他已处理的MR数据。图形用户界面或显示装置34包括用户输入装置，临床医师可以用其控制扫描控制器20，以选择扫描序列和协议，显示MR数据等等。在典型的磁共振序列中，在多次拍摄成像序列期间反复施加RF激励和操控B1脉冲。如果在每次重复中脉冲是相同的，在患者的关键区域中可能发生一个或多个静态SAR热点。可以选择加权因子q (方程幻以进行优化并将(一个或多个)局部SAR热点移动到选定的患者的非关键区域，例如四肢。SAR热点的减少取决于激励模式、缩减因数、患者模型/参数、梯度轨�：突颊呶恢�。应当指出，除了方程2和3之外，也想到了用于计算SAR的替代方法。通过利用多次拍摄成像序列的时间自由度进一步减少SAR。因为每个脉冲B1都是个体脉冲分量bp b2. . . bN的组合或和，因此可以利用被不同地加权的个体分量生成同样有效的B1脉冲，以生成不同脉冲分量的组合。在连续应用中，共同施加分量！^、!^ . .bN的不同组合，获得B1脉冲相同的期望目标激励模式或变型或配置。将序列分割成L个区域，其中应用不同版本的激励脉冲《(1 < 1 < L)。因为分量的不同计算成为每种变体，所以B1脉冲在每种变型中具有SAR的不同空间分布。当在MR序列中反复应用RF脉冲时且每次应用不同变体之一时，通过求时间平均使得总平均SAR趋于平稳。因此，可以增大允许的RF占空比或扫描翻转角，这样能够进行更快的采集并改进MRI/MRS的对比度。这种减小SAR的方法利用了多次拍摄成像序列的时间自由度。连续施加RF脉冲分量共同产生了期望的目标激励模式，每种RF脉冲变型诱发不同的SAR空间分布，由此通过求时间平均使得全局SAR趋于平稳。用于局部SAR减少的这种方法对于SAR受限的扫描是重要的，例如，具有高缩减因子的发射SENSE，在更高场强下，变焦成像、动脉自旋标记或局部刺激。在将患者放在扫描器内部或重新放置时，执行校准扫描以校准B1分量bi、b2. . . bN。使用校准扫描以生成B1图，从其可以计算个体脉冲分量bi、b2. . . bN。计算B1分量bi、b2. . . bN的多种组合，获得将在选定序列中反复应用的每个B1脉冲，但其(一个或多个)SAR热点在患者体内的不同非关键位置处并得到最小化。在B1场分量存储器36中存储B1分量的这些组合，以在选定成像序列期间以顺次、随机等方式访问。参考图2，磁共振序列包括一个或多个重复施加的B1脉冲。在施加序列之前，执行能量分布检查，以查看B1脉冲是否在对吸收的RF能量高度敏感或灵敏的一个或多个区域中生成SAR热点，所述区域例如是眼睛、脊柱和患者躯干中的各种器官。改变B1脉冲的组成以便改变SAR热点的位置。生成多个版本的反复B1脉冲并存储在存储器36中，使得SAR最小化且热点在多个位置。通过首先执行导航扫描(pilot scan)40以产生患者模型来生成各版本。导航扫描可以是低分辨率MR扫描、移动床成像扫描或多站扫描。患者模型包括患者相关信息，例如物理属性、相对于发射元件的患者位置、患者体积之内的电磁场等。使用患者模型模拟SAR 42并定位局部SAR热点44。或者，使用导航扫描用于从预先计算的模型的数据库选择模型。模拟电磁场可能很漫长；因此，可以基于导航扫描、患者信息等从数据库中选择表示与患者最近匹配的预先计算的模型。如果预先计算的模型与患者偏离太大，那么引入额外的安全裕度，例如，模拟患者之内的电磁场。任选地，可以将患者模型分成多个区域，在每个区域中模拟SAR。为模拟的区域分配各种权重并重新组合以生成期望的SAR分布。期望的SAR分布对应于期望的B1脉冲或目标激励模式m(方程1)。从对应于m的大的解空间中选择46不同版本的重现或重复B1脉冲，使得局部热点位于患者的不同区域中。任选地，可以采用略微不同的目标激励模式以进一步增大解空间并实现更高的SAR减少性能。可以将过程迭代多次以为磁共振序列生成充分大数量的RF脉冲。向患者施加48SAR最佳的磁共振序列，从而能够测量MR数据并重建50成患者的图像表示。参考图3，示出了针对不同RF脉冲的个体SAR分布用于比较，其中使用L = 4的不同的B1脉冲进行时间平均。参考图4A和4B，初始Bl脉冲得到SAR分布M。优化SAR得到了改进的Bl脉冲，其导致SAR分布52，该分布将骨盘区域中的热点限制到68%。通过这种方式，优化SAR并将热点的位置移动到非关键区域。在一个实施例中，在施加序列之前定义SAR热点并分配到患者模型中的位置。将患者模型划分成多个区域，经过模拟将B1脉冲设计成在每个区域中具有SAR热点的位置。针对SAR得到最小化且SAR分布不同的每种划分计算反复B1脉冲的不同版本。在另一实施例中，利用初始的SAR优化的B1脉冲控制SAR热点，优化的&脉冲是在迭代过程中细化的。利用初始患者模型模拟SAR。在定位局部热点之后，利用局部热点的位置，例如以加权方式，更新患者模型的计算。然后利用更新的患者模型模拟SAR，以定义重新优化的B1脉冲。迭代该过程，直到已经计算出充足的B1脉冲。在另一实施例中，具有低SAR水平的区域被定位并并入计算中，从而配置B1脉冲以在这些位置中生成局部热点。使用初始患者模型模拟SAR响应。定位SAR低点并以加权方式并入患者模型中，从而在低SAR点的位置生成另一版本B1脉冲的SAR热点。更新患者模型计算，直到计算充足的RF脉冲为止。在另一实施例中，将患者模型划分成若干区域，将局部热点分配到区域中的位置。针对第一区域模拟SAR，并更新患者模型计算以在分配的位置生成热点。迭代该过程，直到患者模型并入了分配的SAR热点为止。在另一实施例中，将患者模型划分成若干区域。一些区域被加权并并入反映期望SAR分布的患者模型中。选择反复&脉冲的版本，从而获得期望SAR分布的最佳近似。迭代该过程，直到已经计算出充足的RF脉冲。在另一实施例中，将患者模型划分成若干区域。针对它们之间的相似性分析区域，例如，对于特定发射元件的类似的敏感度或发射元件的特定RF模式。考虑到了主成分分析或其他分析方法。对区域加权并组合成反映期望SAR分布的模型。选择最好地近似期望SAR分布的反复RF脉冲的版本。迭代该过程，直到已经计算出充足的RF脉冲。在另一实施例中，将患者模型划分成若干区域。针对它们之间的相似性分析区域，例如，对于特定发射元件的类似的敏感度或发射元件的特定RF模式。考虑到了主成分分析或其他分析方法。选择反复RF脉冲的版本以将这些区域中的SAR热点限制到特定值。迭代该过程，直到已经计算出充足的RF脉冲。在另一实施例中，针对对高SAR值敏感的区域，例如可以采用高电磁场的区域，分析患者模型。选择反复RF脉冲的版本以将这些区域中的SAR热点限制到选定水平。迭代
在另一实施例中，针对对高SAR值敏感的区域，例如可以采用高电磁场的区域，分析患者模型。对区域加权并组合成反映期望SAR分布的模型。选择最好地近似期望SAR分布的反复RF脉冲的版本。迭代该过程，直到已经计算出充足的RF脉冲。已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读并理解了前述详细说明的情况下，其他人可以想到修改和变型。旨在将本发明解释为包括所有此类落在权利要求及其等同要件的范围内的修改和变型。在权利要求中，不应当任何放置在括号内的附图标记解释为限制所述权利要求。“包括”一词不排除存在权利要求列举的元件或步骤之外的元件或步骤。元件前的单数冠词不排除存在复数个这样的元件。可以利用包括几个分立元件的硬件，也可以利用适当编程的计算机实现所公开的方法。在列举了几个装置的系统权利要求中，可以在同一个计算机可读软件或同一个硬件内体现这些装置中的几个。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。
权利要求
1.一种成像方法，其中施加磁共振序列，所述磁共振序列包括能够导致比吸收率(SAR)热点的反复施加的射频B1脉冲，所述方法包括改变重复B1脉冲的组成，使得对于后续施加重复B1脉冲，所述SAR热点改变位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁共振序列从被所述磁共振序列检查的受检者生成一系列磁共振信号，并且所述方法还包括将所述磁共振信号重建成图像。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在施加所述磁共振序列之前，生成使得SAR最小化和/或SAR热点在多个位置的多个版本的重复B1脉冲。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，生成各版本的重复RF脉冲包括执行导航扫描以生成患者模型；模拟对每种版本的重复B1脉冲的SAR响应；基于所述SAR模拟确定SAR热点的位置；以及选择要用于所述磁共振序列的所述多个版本的重复B1脉冲。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述各版本的重复RF脉冲中的每个包括从离散数量的独立控制发射元件(181; IS2. . . 18n)发射的离散数量的射频模式分量(b1; b2. . . bN)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述患者模型包括关于患者物理属性以及患者相对于所述多个独立控制发射元件(181; IS2. . . 18n)的位置的数据。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，由下式确定针对N通道发射系统模拟的所述SAR响应，其中N是离散数SAR=bTQb其中，Q = Σ iQiQ区域⑴其中b是N个独立控制发射元件(181; IS2. . . 18n)的级联B1脉冲分量bn(l < η彡N)的矩阵，Q是对应于特定受检者体积的矩阵，而^是指明不同热点区域之间的折中关系的加权因子。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，生成所述各版本的重复B1脉冲还包括在模拟所述SAR响应之前对所述Q矩阵进行初始化；基于所述SAR模拟确定SAR低点的位置；更新所述患者模型计算以通过加权的方式并入所述SAR低点的位置；在SAR低点的位置生成SAR热点；以及生成各版本的重复B1脉冲，直到计算出充足的版本。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，模拟所述SAR响应还包括将所述患者模型划分成能够计算所述SAR的多个区域；针对每个区域模拟对若干版本的重复B1脉冲中的每个的SAR响应；以及生成各版本的重复B1脉冲，直到计算出充足的版本。
10.根据权利要求4所述的方法，其中，生成所述各版本的重复B1脉冲还包括更新所述患者模型计算以通过加权的方式并入所述热点的位置；以及生成各版本的重复B1脉冲，直到计算出充足的版本。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，生成各版本的重复B1脉冲还包括将所述患者模型划分成多个区域；任选地，执行经划分的模型的分析以确定相似性；以加权的方式组合经划分的模型，所述加权方式使得SAR热点分布最小化并生成期望的SAR热点分布；选择所述多个版本的重复B1脉冲以近似所述期望的SAR分布；以及生成各版本的重复B1脉冲，直到计算出充足的版本。
12.根据权利要求3所述的方法，其中，生成各版本的重复B1脉冲还包括分析所述患者模型以确定高SAR敏感度的区域；生成所述高SAR敏感度的区域的模型；任选地，以使SAR热点分布最小化的加权的方式组合所述模型；选择最好地近似期望的SAR分布的所述多个版本的重复B1脉冲；以及生成各版本的重复B1脉冲，直到计算出充足的版本。
13.一种磁共振系统，包括多个RF发射器(241； 242· · · 24n)；以及控制处理器(20)，其被编程为执行根据权利要求1所述的方法。
14.一种承载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序控制被配置成执行根据权利要求1所述的方法的磁共振系统的处理器。
15.一种磁共振系统，包括与患者接收区域(14)相邻设置的N个RF发射元件α81;182...18Ν)，其中N是复数离散数；N个RF发射器Ol，242. . . 24n)，每个与所述RF发射元件之一连接；控制处理器(20)，其被编程为控制所述发射元件，以在磁共振序列期间施加重复B1脉冲的多个变体，所述重复B1脉冲的所述变体能够在患者体内的不同位置导致SAR热点；配置成接收由所述磁共振序列生成的磁共振信号的磁共振信号接收系统06)；配置成处理所接收的磁共振信号的共振信号处理器(30)；以及配置成显示所述磁共振信号处理的结果的显示器(32)。
全文摘要
磁共振序列包括重复施加的能够导致比吸收率(SAR)热点的射频B1脉冲。改变重复B1脉冲的组成，以生成各版本的重复B1脉冲，使得对于后续施加重复B1脉冲，SAR热点改变位置。为了生成各版本的B1脉冲，执行导航扫描以生成患者模型。对SAR对所述各版本的重复B1脉冲的每个的响应进行模拟以确定(一个或多个)SAR热点的位置。选择要用于所述磁共振序列中的多个版本的重复B1脉冲。
文档编号G01R33/3415GK102369453SQ201080015567
公开日2012年3月7日 申请日期2010年3月31日 优先权日2009年4月1日
发明者F·施韦泽, I·格雷斯林, P·R·哈维, P·博尔纳特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
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