专利名称：对梯度线圈工作感应的磁场漂移进行建模的系统及方法
技术领域：
本发明的实施例通常涉及MR成像，更具体而言涉及对梯度线圈工作感应的 (induced)磁场和/或谐波漂移(drift)进行建模的系统及方法。
背景技术：
在MRI和NMR系统中，多个线圈运送产生高强度相对均质磁场的电流。该场可被称为主场或者Btl场。当诸如人体组织的物质经受均勻磁场(极化场Btl)时，该组织中自旋 (spin)的单独磁矩试图与该极化场对齐，但围绕它以其特征Larmor频率按随机顺序旋进。 如果物质或组织经受在x_y平面且接近Larmor频率的磁场(激励场B1)，则净对齐矩或“纵向磁化” Mz可旋转或“翻倒(tip)”到x-y平面从而产生净横向磁矩Mt。在激励信号B1结束之后通过所激励自旋放射信号，且该信号可被接收并进行处理以形成图像。当利用这些信号来产生图像时，采用磁场梯度((ix、Gy以及Gz)。典型地，按照其中这些梯度根据所使用特定定位方法而改变的测量周期序列对待成像区域进行扫描。将得到的所接收NMR信号集合数字化并进行处理，以便利用多种众所周知重建技术中之一来重建图像。梯度磁场((ix、Gy以及Gz)并不是均质的，其大小沿每个相应轴线而改变。在圆柱形磁体(magnet)系统中，产生主要场的线圈轴向对齐。典型地，在主场线圈内部将梯度线圈径向布置在管状空间中。在典型布置中，梯度线圈包括嵌入在诸如树脂的密封(potted) 材料中的阻性导线。无源勻场(passive shimming)布置通常采用垫片盘(shim tray)，这些垫片盘以平行于磁体轴线的方向容纳在梯度线圈密封材料中形成的槽(slot)内。垫片盘包括多个沿其长度的凹口(pocket)。垫片块，典型地是平坦的方形或矩形钢块，被放置在凹口内，然后将垫片板装填到梯度线圈中。梯度线圈的操作通常涉及取决于所使用脉冲序列的一系列快速“接通-断开 (on-off) ”转换。已观察到梯度工作会在工作期间引起Btl场漂移和谐波漂移，结果会损害图像质量。这种梯度工作对其中大量钢垫片用于维持均质性的完全无源勻场磁体尤其有害。由梯度线圈的工作引起的Btl漂移和谐波漂移经由不同机构与磁体系统内的各种部件具有复杂的相关性。图1示出将梯度工作与磁场漂移和谐波漂移相关的框图。第一框 2表示在MR扫描序列期间出现的梯度工作。例如，梯度工作可出现在自旋回波MR序列中， 其中根据脉冲序列为MR系统的梯度线圈供电，使得能够为患者或扫描对象的特定切片获得MR数据。梯度工作2能够通过多个贡献(contributing)因素6弓丨起B。和谐波漂移4， 这些贡献因素包括热孔贡献(warm bore contribution)8、由于压力变化10的贡献以及由于MR系统中无源垫片12的贡献。Btl和谐波漂移4会导致受损的图像质量。热孔贡献8能够由例如涡流发热(heating) 14以及例如对流和传导的其它发热机构16引起。压力变化10能够由例如从梯度线圈到氦管的感应涡流的热传递引起，所述热传递增加氦管中的压力。氦管内氦的温度变化也可引起压力变化10发生改变。此外，由于涡流发热18以及其它发热机构20，无源垫片12可影响Btl和谐波漂移4。图2是示出经由无源垫片对磁场漂移和谐波漂移的贡献的框图。由梯度线圈产生的转换电磁场22会在钢、铁或其它铁磁垫片中感应导致欧姆损耗沈的涡流M，所述欧姆损耗在垫片观中引起温度升高。此外，来自热梯度表面和梯度冷却水的热传递将改变垫片温度，并由此改变垫片磁化。垫片通常沿易磁化轴线(easy axis)被主场磁化至饱和，并作为偶极子在视场(FOV :field-0f-VieW)内对Btl场和谐波起作用。软磁材料的饱和磁化是温度相关的；因此，由垫片产生的磁场是温度相关的，并且会发生变化30。能够通过所示梯度线圈的工作进行改变的饱和磁化变化30对磁场漂移和谐波漂移32起作用。因此，希望提供能够为MR成像和图像重建表征和补偿磁场漂移和/或谐波漂移的系统和方法。
发明内容
根据本发明的一方面，一种磁共振成像(MRI)设备包括MRI系统和计算机。MRI系统包括配置成生成磁场的磁体、多个梯度线圈以及受脉冲�？榭刂埔越玆F信号传送到RF 线圈组件从而获得MR图像的RF收发器系统和RF开关。计算机编程成获得要在MR扫描期间应用的脉冲序列，以及确定该脉冲序列的多个梯度脉冲的功率谱。计算机还编程成计算归因于在应用脉冲序列期间通过多个梯度线圈应用多个梯度脉冲的磁场漂移，并且在MR 扫描期间应用所述脉冲序列。计算机进一步编程成基于脉冲序列的应用获取MR数据，基于所计算磁场漂移校正所获得MR数据，以及基于所校正MR数据重建图像。根据本发明的另一方面，一种方法包括确定要在MR扫描期间在脉冲序列中应用的多个梯度脉冲的功率谱，确定由于在脉冲序列期间应用多个梯度序列的主磁场磁场漂移，以及在MR扫描期间应用所述脉冲序列。该方法还包括基于脉冲序列的应用获得MR数据，基于磁场漂移校正所获得MR数据，以及基于所校正MR数据重建图像。根据本发明的另一方面，在其上存储了计算机程序的非临时计算机可读介质包括指令，该指令在被计算机运行时，使计算机确定要在MR扫描期间在脉冲序列中应用的多个梯度脉冲的功率谱，以及表征主磁场与功率谱的至少一个频率的相关性以便得到主磁场漂移。该指令还使计算机在MR扫描期间应用该脉冲序列，基于脉冲序列的应用获得MR数据， 基于主磁场漂移校正所获得MR数据，以及基于所校正MR数据重建图像。从以下详细描述和附图，各种其它特征及优点将变得显而易见。
附图示出当前预期用于实现本发明的实施例。在附图中图1是将梯度工作与磁场漂移和谐波漂移相关的框图。图2是示出通过无源垫片对磁场漂移和谐波漂移的贡献的框图。图3是根据本发明实施例示出由于磁场和/或谐波漂移而校正所获MR数据的技术的流程图。图4是根据本发明实施例示出脉冲序列图的曲线图。图5是根据本发明实施例的图4中脉冲序列图的功率谱的曲线图。
图6是供与本发明实施例一起使用的示范MR成像系统的示意框图。
具体实施例方式本发明的实施例提供对梯度线圈工作感应的磁场漂移和谐波漂移进行表征与建模的系统及方法。基于磁场漂移和谐波漂移的模型，其在MR扫描期间的实时补偿可被执行以提高图像质量。表征梯度线圈工作包括将Btl和/或谐波漂移表征为频率的函数。一旦确定将~ 和/或谐波漂移表征为频率的函数，则能够由等式1表征Btl和/或谐波漂移的适当(due) 任意PSD功率谱PW(f)。虽然下面描述的本发明实施例可针对Btl漂移，但本领域技术人员将领会可用谐波漂移对其进行替代。对于每个梯度轴线，由下式给出由于给定脉冲序列图(PSD)功率谱(PW)的Btl漂移<SD(/) = PW(f) · 5。(/)(等式 1)在时域中，等式1变成卷积积分。由下式给出对时间量t应用的对每个PSD的Btl 漂移贡献
tB^SD(t) = \PW{t-f)B,(t')dt'(等式 2)
0在均勻时间Δ t采样，能够通过求和估计(approximate)卷积积分(等式2)=(等式幻
JB0的频率相关性能够被分解为三个主分量1)由于无源垫片发热的贡献(Β/-)， 2)由于热孔(WB)发热的贡献(B。 )，以及3)由于压力变化的贡献(Bqp)。由下式给出B。频率相关性的表达式B0(f) = Blhim(f) + Βζ\η + <(/)(等式 4)B0 (f)的每个分量(即~shim(f)為“⑴，和Bqp (f))能够通过从基于物理模型的解析或数值模拟确定相应分量或者通过实验测量来表征。来自垫片的对Btl漂移的主要贡献是由于作为温度变化结果的磁化变化。以下论述根据本发明的实施例示出以解析方式确定由于垫片上涡流的Btl漂移。假设A(ri)是由于在第i个垫片位置的梯度的磁矢势(magnetic vectorpotential) ο 那么，A(ri; Zi, t) = A(ri z^e^1(等式 5)由下式给出具有传导率ο的第i个垫片上的焦耳热PtzjdCrA^EtZi)(等式 6)由于J(I^zi)二Zi),(等式 7)所以，等式6可以改写为P(I^Zi) = OE(IVZi)2(等式 8)根据麦克斯韦方程，由下式给出由于时变磁场的电场
权利要求
1.一种磁共振成像(MRI)设备，包括 MRI系统(10)，具有配置成生成磁场的磁体(54)； 多个梯度线圈(50)；和RF收发器系统(58)和RF开关(6 ，受脉冲模块(38)控制以将RF信号传送到RF线圈组件(56)从而获得MR图像；以及计算机(20)，编程成 获得要在MR扫描期间应用的脉冲序列； 确定所述脉冲序列的多个梯度脉冲的功率谱；计算归因于在应用所述脉冲序列期间通过所述多个梯度线圈应用所述多个梯度脉冲的磁场漂移；在所述MR扫描期间应用所述脉冲序列； 基于所述脉冲序列的应用获取MR数据； 基于所计算磁场漂移校正所获得MR数据；以及基于所校正MR数据重建图像。
2.根据权利要求1所述的MRI设备，其中，MRI系统还包括与所述多个梯度线圈相邻定位的多个无源垫片块(12)；以及其中，所述计算机00)在被编程成计算所述漂移时编程成基于所述无源垫片块(12) 的发热计算所述漂移。
3.根据权利要求1所述的MRI设备，其中，所述计算机00)还编程成获得漂移频率相关性模型；以及其中，所述计算机00)在被编程成计算所述漂移时编程成基于所述功率谱的至少一个频率并基于所述漂移频率相关性模型计算所述漂移。
4.根据权利要求3所述的MRI设备，其中，所述漂移频率相关性模型的第一分量包括由于无源垫片块发热的贡献；其中，所述漂移频率相关性模型的第二分量包括由于热孔发热的贡献；以及其中，所述漂移频率相关性模型的第三分量包括由于压力变化的贡献。
5.根据权利要求4所述的MRI设备，其中，所述计算机OO)编程成从基于物理模型的解析模拟确定所述第一分量。
6.根据权利要求4所述的MRI设备，其中，所述计算机OO)编程成从基于物理模型的解析模拟确定所述第二分量。
7.根据权利要求4所述的MRI设备，其中，所述计算机OO)编程成从基于实验测量确定所述第三分量。
8.根据权利要求4所述的MRI设备，其中，所述漂移频率相关性模型的第四分量包括由于氦温度变化的贡献。
9.根据权利要求3所述的MRI设备，其中，所述计算机(20)在被编程成获取所述漂移频率相关性模型时编程成从存储在计算机可读存储介质上的数据库获取所述漂移频率相关性模型。
10.根据权利要求1所述的MRI设备，其中，所述计算机OO)在编程成计算所述漂移时编程成计算BO漂移。
全文摘要
对梯度线圈工作感应的磁场漂移进行建模的系统和方法包括计算机(20)，该计算机编程成获取要在MR扫描期间应用的脉冲序列，并且确定脉冲序列的多个梯度脉冲的功率谱。计算机(20)还编程成计算归因于在应用脉冲序列期间通过多个梯度线圈应用多个梯度脉冲的磁场漂移，并在MR扫描期间应用脉冲序列。该计算机(20)还编程成基于脉冲序列的应用获得MR数据，基于所计算磁场漂移校正所获MR数据，以及基于所校正MR数据重建图像。
文档编号G01R33/58GK102445676SQ20101062513
公开日2012年5月9日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年10月5日
发明者M·H·哈查图里安, T·J·哈文斯, T·K·基丹, 张震宇, 江隆植 申请人:通用电气公司
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