專利名稱：磁場控制的填隙的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種MR系統(tǒng)的磁體組件的B0受控的填隙的方法，具體涉及這樣的一種填隙MR系統(tǒng)的磁體組件的方法，它用于一旦磁體組件被裝配好且不需要機(jī)械調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)具有必要信號(hào)強(qiáng)度的接近均勻的磁場。
背景技術(shù)：
通常知道，當(dāng)諸如人體組織的物質(zhì)在均勻的磁場(極化場B0)中時(shí)，在所述組織中的自旋的單個(gè)磁力矩試圖沿著這個(gè)極化域排列，而且以它們的特征Larmor頻率以隨機(jī)的順序圍繞其旋進(jìn)。如果所述物質(zhì)或組織進(jìn)入在x-y平面中并且接近Larmor頻率的磁場(激勵(lì)磁場B1)，則凈對(duì)齊力矩或“縱向磁化”MZ可以被旋轉(zhuǎn)或“插入”到x-y平面中以產(chǎn)生凈橫向磁力矩Mt。在激勵(lì)信號(hào)B1被終止后受激自旋發(fā)出信號(hào)，并且可以接收和處理這個(gè)信號(hào)以形成圖像。
當(dāng)利用這些信號(hào)來產(chǎn)生圖像時(shí)，使用磁場梯度(Gx、Gy和Gz)。通常，要成像的區(qū)域被測(cè)量周期的序列掃描，其中這些梯度按照所使用的特定定位方法來改變。結(jié)果產(chǎn)生的一組所接收的NMR信號(hào)組被數(shù)字化并被處理，以使用許多公知的重建技術(shù)之一來重建圖像。
在建立和構(gòu)造MR組件的磁體組件期間，在磁體組件的材料構(gòu)成中的制造容差和偏差導(dǎo)致通過無磁體組件的填隙建立的不均勻的B0場。作為磁制造處理的結(jié)果，磁體產(chǎn)生從每百萬(ppm)幾百個(gè)到幾千ppm的很不均勻的場和大大超出范圍的非準(zhǔn)確的中心磁場不是罕見的。如果MR系統(tǒng)要求強(qiáng)均勻磁場和準(zhǔn)確的中心磁場值，則這些變化的重要性是很顯然的，其中所述強(qiáng)均勻磁場通常在40-50cm球形體積內(nèi)小于10ppm的變化，所述準(zhǔn)確的中心磁場值通常小于0.5％的變化。
填隙是用于從B0場去除不均勻性的通常處理。填隙對(duì)于MR系統(tǒng)是重要的，因?yàn)槠骄鵅0場強(qiáng)度必須在系統(tǒng)的RF硬件的某個(gè)窗口內(nèi)。圖1中以圖形示出了填隙效果的簡單示例。如圖所示，沒有填隙的磁體組件產(chǎn)生由曲線2表示的磁場。磁場的變化是很清楚的。如所廣泛公知的，這些變化負(fù)面地影響MR圖像的數(shù)據(jù)獲取和重建。因此，確定產(chǎn)生由曲線4表示的填隙場，它抵消或補(bǔ)償在磁場中的變化。填隙場4與磁場2的組合理想上獲得由曲線6表示的均勻和均衡的B0場。
填隙處理包括在磁體組件內(nèi)的填隙元件的精確布置，以便產(chǎn)生多個(gè)小磁場來補(bǔ)償在B0場中的變化。填隙元件包括諸如填隙線圈或永久磁體的有源填隙件以及諸如鐵芯的無源填隙件。在超導(dǎo)磁體組件中的填隙線圈是普通的，可以通過調(diào)整其上的電流來控制填隙?？梢酝ㄟ^調(diào)整磁體的質(zhì)量和極性來控制永久磁體的填隙特征，并且可以通過調(diào)整并入到磁體組件中的鐵的質(zhì)量來控制鐵芯的填隙效果。
不論所使用的填隙元件的類型如何，通常的制造和填隙過程測(cè)量磁體組件的B0場，然后通過精確地布置填隙元件來填隙磁體組件。但是，填隙元件的布置不考慮填隙對(duì)中心B0場的平均場強(qiáng)度的影響。即，填隙關(guān)注場中的均勻性，并且對(duì)磁體組件的機(jī)械調(diào)整隨后進(jìn)行，而與處理關(guān)于平均場強(qiáng)度的問題無關(guān)。例如，在永久的磁MRI系統(tǒng)中，機(jī)械調(diào)整可以包括改變?cè)诖朋w組件的磁軛之間的空隙。但是，這些機(jī)械調(diào)整可以充分地偏離磁體設(shè)計(jì)，以便反作用諸如散射場的性能特征。而且，對(duì)磁體組件的機(jī)械改變或調(diào)整是耗時(shí)的，并花成本來處理，它在足夠的填隙之前經(jīng)常需要重復(fù)幾次。事實(shí)上，填隙處理花幾天來完成不是罕見的。其他的手段包括在磁體組件內(nèi)機(jī)械器件的實(shí)現(xiàn)以提高或降低B0場。這個(gè)器件一般被稱為“B0插頭(B0 plug)”，它提高到磁體組件的整體重量、大小和成本。
因此期望具有一種系統(tǒng)和方法，它們能夠規(guī)定MR磁體組件的填隙，以便避免對(duì)磁體組件耗時(shí)和大的成本機(jī)械變化。也期望設(shè)計(jì)一個(gè)模型，其中同時(shí)處理峰值到峰值的均勻性和中央場的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過下列方式克服了上述的缺陷提供一種對(duì)MR成像系統(tǒng)的磁體組件的填隙的方法，以便可以使用其中最小的不均勻性來建立期望的B0場強(qiáng)。利用這種方法，可以實(shí)現(xiàn)磁體組件的足夠的填隙而不需要在已經(jīng)裝配好磁體組件后對(duì)磁體組件的機(jī)械改變。所述方法可以由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行一組計(jì)算機(jī)程序的指令，所述方法分析來自期望B0場的改變和沿著磁體組件或B0場的多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的不均勻性。然后在每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行比較以確定填隙或加權(quán)系數(shù)，以便在數(shù)據(jù)獲取期間獲得期望的B0場強(qiáng)度和目標(biāo)場均勻性。有源和/或無源的填隙元件可以隨后在每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)被并入磁體組件，以便實(shí)現(xiàn)期望的整體場強(qiáng)和最小的整體場均勻性。所述填隙或加權(quán)系數(shù)用于確定在每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)使用的“填隙材料”的數(shù)量。
“填隙材料”按照填隙元件的類型而改變。例如，對(duì)于有源填隙元件，即填隙線圈，填隙材料對(duì)應(yīng)于施加到線圈的電流的數(shù)量。通過改變施加到線圈的電流的數(shù)量，可以改變對(duì)于磁場有貢獻(xiàn)的數(shù)量。結(jié)果，可以獨(dú)立地控制填隙線圈，以便精確地控制場貢獻(xiàn)。對(duì)于無源填隙元件，即，鐵填隙件或永久磁體，填隙材料對(duì)應(yīng)于被加到磁體組件的磁元件的數(shù)量。
因此，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，一種填隙MR成像系統(tǒng)的磁體的方法包括步驟確定具有多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的B0場的期望B0場強(qiáng)；確定B0場的最小可接受場不均勻性。所述方法也包括步驟在每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)確定來自期望B0場強(qiáng)的場強(qiáng)改變和來自最小可接受場不均勻性的不均勻改變的至少一個(gè)。B0場的每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)然后被填隙，以便至少一個(gè)實(shí)際B0場強(qiáng)至少接近期望的B0場強(qiáng)，并且實(shí)際的場不均勻性不超過最小可接受場不均勻性。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)了計(jì)算機(jī)程序，用于開發(fā)用于MR成像系統(tǒng)的磁體組件的填隙模型，所述計(jì)算機(jī)程序表示一組指令，它們當(dāng)被計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)使得計(jì)算機(jī)映射由組裝的磁體組件產(chǎn)生的B0場。從所述映射，識(shí)別在B0場內(nèi)的多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)或一組諧波。所述指令組然后使得計(jì)算機(jī)確定在每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)需要的填隙量，以便B0場的期望場強(qiáng)被保持，并且同時(shí)實(shí)質(zhì)地刪除在B0場內(nèi)的不均勻性。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造MR成像系統(tǒng)的磁體組件的方法。所述方法包括步驟構(gòu)造永久磁體組件，它被設(shè)計(jì)來產(chǎn)生具有大約所感興趣范圍內(nèi)的期望場強(qiáng)的B0場。然后確定沿著B0場的場強(qiáng)的變化。然后最小化場強(qiáng)的變化而不要求對(duì)永久磁體組件進(jìn)行機(jī)械調(diào)整。
通過下面的詳細(xì)說明和附圖，本發(fā)明的各個(gè)其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


附解當(dāng)前考慮來用于執(zhí)行本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是一系列曲線，用于圖解由磁體組件產(chǎn)生的磁場、通過并入到磁體組件的填隙元件產(chǎn)生的填隙場、以及當(dāng)磁場與填隙場組合時(shí)期望的均勻B0場；圖2是用于本發(fā)明的MR成像系統(tǒng)的示意方框圖；圖3是一個(gè)流程圖，給出填隙MR成像系統(tǒng)的磁體組件以便最小化對(duì)組裝的磁體組件的機(jī)械調(diào)整的步驟；和圖4是一個(gè)流程圖，用于由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行的高級(jí)行為，以確定按照本發(fā)明的MR磁體組件的最小填隙。
具體實(shí)施例方式
參見圖2，其中示出了并入本發(fā)明的優(yōu)選的磁共振成像(MRI)系統(tǒng)10的主要部件。系統(tǒng)的操作是由操作員控制臺(tái)12控制的，操作員控制臺(tái)12包括鍵盤或其他輸入器件13、控制板14和顯示屏幕16?？刂婆_(tái)12通過鏈路18與獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20通信，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20使得操作員能夠控制在顯示屏幕16上的圖像的產(chǎn)生和顯示。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20包括多個(gè)模塊。它們彼此通過底板20a通信。這些包括圖像處理器模塊22、CPU模塊24和存儲(chǔ)器模塊26，所述存儲(chǔ)器模塊26在本領(lǐng)域內(nèi)被稱為幀緩沖器，用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)陣列。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20鏈接到用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)和程序的盤存儲(chǔ)器28和磁帶驅(qū)動(dòng)器30，并且通過高速串行鏈路34與獨(dú)立的系統(tǒng)控制32通信。輸入器件13可以包括鼠標(biāo)、操縱桿、鍵盤、軌跡球、觸摸啟動(dòng)屏幕、光條形碼讀入器、語音控制或任何類似或等同的輸入器件，并且可以用于交互的幾何規(guī)定。
系統(tǒng)控制32包括與底板32a連接在一起的一組模塊。這些包括CPU模塊26和脈沖產(chǎn)生器模塊38，脈沖產(chǎn)生器模塊38通過串行鏈路40連接到操作員控制臺(tái)12。系統(tǒng)控制32通過鏈路40從操作員接收指示要執(zhí)行的掃描序列的命令。脈沖產(chǎn)生器模塊38操作系統(tǒng)部件以執(zhí)行期望的掃描序列，并且產(chǎn)生數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)指示所產(chǎn)生的RF脈沖的定時(shí)、強(qiáng)度和形狀以及接收獲取窗口的定時(shí)和長度。脈沖產(chǎn)生器模塊38連接到一組梯度放大器42，用于指示在掃描期間產(chǎn)生的梯度脈沖的定時(shí)和形狀。脈沖產(chǎn)生器模塊38也可以從生理獲取控制器44接收病人數(shù)據(jù)，所述生理獲取控制器44從多個(gè)連接到病人的不同傳感器接收信號(hào)，諸如來自附接到病人的電極的ECG信號(hào)。并且最后，脈沖產(chǎn)生器模塊38連接到掃描室接口電路46，掃描室接口電路46從與病人的條件和磁體系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的各個(gè)傳感器接收信號(hào)。病人定位系統(tǒng)48通過掃描室接口電路46接收命令以將病人移動(dòng)到期望的位置來掃描。
由脈沖產(chǎn)生器模塊38產(chǎn)生的梯度波形被應(yīng)用到具有Gx、Gy和Gz放大器的梯度放大器系統(tǒng)42。每個(gè)梯度放大器激勵(lì)在一般地指定為50的梯度線圈組件中的對(duì)應(yīng)物理梯度線圈，以產(chǎn)生用于空間編碼所獲取的信號(hào)的磁場梯度。梯度線圈組件50形成磁體組件52的一部分，所述磁體組件52包括極化磁體54和整體RF線圈56。在系統(tǒng)控制32中的收發(fā)器模塊58產(chǎn)生脈沖。所述脈沖被RF放大器60放大并且被發(fā)送/接收開關(guān)62耦合到RF線圈56。由病人中被激勵(lì)的原子核發(fā)出的結(jié)果信號(hào)可以被同一RF線圈56檢測(cè)到，并且通過發(fā)送/接收開關(guān)62耦合到前置放大器64。被放大的MR信號(hào)在收發(fā)機(jī)58的接收機(jī)部分中被解調(diào)、濾波和數(shù)字化。發(fā)送/接收開關(guān)62被來自脈沖產(chǎn)生器模塊38的信號(hào)控制，以便在發(fā)送模式期間將RF放大器60連接到線圈56，并且在接收模式期間將前置放大器64連接到線圈56。發(fā)送/接收開關(guān)62也可以使得獨(dú)立的RF線圈(例如表面線圈)能夠用于發(fā)送或接收模式中。
由RF線圈56拾取的MR信號(hào)中收發(fā)器模塊58數(shù)字化，并且被傳送到系統(tǒng)控制32中的存儲(chǔ)器模塊66。當(dāng)在存儲(chǔ)器模塊66中已經(jīng)獲取了原始的k空間數(shù)據(jù)的陣列時(shí)完成掃描。這個(gè)原始k空間數(shù)據(jù)被重新布置到用于每個(gè)要重建的圖像的獨(dú)立k空間數(shù)據(jù)陣列，并且其中每個(gè)被輸入到陣列處理器68，陣列處理器68操作來將數(shù)據(jù)傅立葉變換為圖像數(shù)據(jù)的陣列。這個(gè)圖像數(shù)據(jù)通過串行鏈路34被傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20，其中它被存儲(chǔ)在諸如盤存儲(chǔ)器28的存儲(chǔ)器中。響應(yīng)于從操作員控制臺(tái)12接收的命令，這個(gè)圖像數(shù)據(jù)可以在長期存儲(chǔ)器中被歸檔，例如在磁帶驅(qū)動(dòng)器30上，或者它可以被圖像處理器22進(jìn)一步處理，并且被傳送到操作員控制臺(tái)12和在顯示器16上顯示。
本發(fā)明將被描述為控制通過MR成像系統(tǒng)的磁體組件產(chǎn)生的B0場的填隙方法。雖然本發(fā)明將被描述為通過處理或技術(shù)操作的系列步驟，但是本發(fā)明可以按照計(jì)算機(jī)程序的可執(zhí)行指令由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)或處理器等同地執(zhí)行。另外，將描述本發(fā)明將相對(duì)于永久磁體的填隙，但是本發(fā)明可以等同地應(yīng)用到其他磁體類型，其中包括但不限于超導(dǎo)磁體。而且，以下的填隙處理可以在工廠、在安裝地點(diǎn)或其組合中被執(zhí)行。
現(xiàn)在參見圖3，用于填隙MR磁體組件的制造處理70的步驟伴隨著構(gòu)造和組裝磁體組件在72開始。在構(gòu)造磁體組件時(shí)，測(cè)試B0場在74產(chǎn)生，并且進(jìn)行分析，以便在B0場中的變化或不均勻性以及場強(qiáng)可以被處理，并且如果可能的話可以被校正。如上所述，作為材料屬性的偏差和制造處理中的容限的結(jié)果，組裝的磁體組件的磁場經(jīng)常不均勻。而且，與磁體組件較近布置的鐵磁體物體可能負(fù)面地影響場均勻性，因此必須被考慮。
從在74產(chǎn)生的場映射，B0場可以被分析以確定是否場強(qiáng)和均勻性在指定的限制76內(nèi)。如果兩者在限制76、78內(nèi)，則完成填隙處理70并且在80結(jié)束，并且磁體組件并入MR組件和進(jìn)行后續(xù)的向下處理。但是，如果場強(qiáng)或場均勻性在可接受的限制76、82之外，則填隙處理70繼續(xù)，并且在84系統(tǒng)和填隙限定被輸入一個(gè)或多個(gè)被編程來確定填隙參數(shù)的計(jì)算機(jī)。
所述限定輸入包括期望的B0場強(qiáng)和最小可接受的場均勻性。其他輸入包括磁體系統(tǒng)幾何限定以及填隙限定。所述填隙限定包括對(duì)于每種潛在的填隙件的物理限制和在磁體內(nèi)的填隙件的布置。例如，對(duì)于有源填隙件，限定可以包括可以施加到填隙以控制場貢獻(xiàn)的最大或最小的可接受電流。在另一個(gè)示例中，可能對(duì)于諸如鐵芯的無源填隙件輸入質(zhì)量限定。如下更詳細(xì)而言，在86，這些限定被填隙算法利用來確定填隙件布置、填隙件類型和填隙件數(shù)量。
因?yàn)閳鰪?qiáng)和期望的場均勻性被輸入作為填隙限定，因此在86的填隙件布置、類型和數(shù)量的確定，使得按照算法的輸出的填隙件的實(shí)現(xiàn)不導(dǎo)致對(duì)B0場強(qiáng)的實(shí)質(zhì)改變或者在考慮到場均勻性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)期望的B0場強(qiáng)。因此，對(duì)于磁體進(jìn)行機(jī)械變化或改變以提高或降低場強(qiáng)是不必的。因此，在步驟86識(shí)別的每個(gè)位置或目標(biāo)點(diǎn)在88安裝填隙件，并且在每個(gè)填隙位置應(yīng)用的“填隙材料”的數(shù)量同樣從在86的算法或模型之外所知的。如上所述，使得“填隙材料”的數(shù)量作為整體，獲得期望的場強(qiáng)，并且實(shí)質(zhì)地實(shí)現(xiàn)均勻性。
B0場的驗(yàn)證隨后在74進(jìn)行，并且重新產(chǎn)生B0場映射。然后再次在步驟76進(jìn)行分析以確定是否場強(qiáng)和不均勻性在可接受的限制內(nèi)。如果這樣，則填隙處理在80完成和結(jié)束。如果不是這樣，則填隙處理繼續(xù)，并且對(duì)所應(yīng)用的填隙件重新運(yùn)行填隙算法和調(diào)整。但是，避免了對(duì)磁體組件的機(jī)械調(diào)整，如上所述。
現(xiàn)在參見圖4，其中示出了參照?qǐng)D3上述的填隙算法的行為的高級(jí)圖解。由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行的所述算法或技術(shù)90在92開始，并且在94接受系統(tǒng)和填隙限定輸入。從系統(tǒng)和填隙限定，在96配成目標(biāo)函數(shù)。定義可以采取許多形式之一的所述目標(biāo)函數(shù)來確定在磁體組件中需要的填隙的最小數(shù)量，以便去除場不均勻性和獲得場強(qiáng)，或者合適的話保持期望的場強(qiáng)。下面更詳細(xì)地說明目標(biāo)函數(shù)的兩個(gè)示例。
在配成適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)函數(shù)之后，在98應(yīng)用在94的限定輸入。從對(duì)于目標(biāo)函數(shù)的限定，在100確定理想的方案。所述理想的方案給出了在磁體組件內(nèi)的多個(gè)位置或目標(biāo)點(diǎn)需要的填隙數(shù)量。但是必須考慮到可能在每個(gè)位置識(shí)別的精確填隙的量是不可能的。例如，鐵填隙件被制造為具有改變的質(zhì)量程度。因此，不可能存在具有被識(shí)別為“理想的”精確特定填隙值的鐵填隙件。因此，在102必須離散化理想的方案以處理在“理想的”填隙值和可用的填隙值之間的變化。從所述離散化處理，填隙位置和填隙數(shù)量被輸出，以便可以執(zhí)行參照?qǐng)D3所述的填隙處理。
如上所述，填隙算法可以利用多個(gè)被設(shè)計(jì)用于同時(shí)處理場不均勻性和場強(qiáng)的目標(biāo)函數(shù)之一。例如，可以使用線性編程(LP)手段或?qū)崿F(xiàn)方式或最小二方法。在一種LP手段中，目標(biāo)函數(shù)可以被定義為Minimize Obj＝∑Vi(Ii+-Ii-)+∑Wj*Yj (方程1)。
所述函數(shù)被限制或具有下述限定-Imax≤Ii-≤0 (方程2)；0≤Ii+≤Imax(方程3)；YL≤Yj≤YU(方程4)；BL≤AX≤BU(方程5)；其中Ii-、Ii+是用于有源填隙件的狀態(tài)變量，諸如電阻、超導(dǎo)或永久磁體填隙件。對(duì)于填隙線圈，這些是在線圈中需要的適當(dāng)符號(hào)的電流的數(shù)量。對(duì)于永久磁體填隙件，這些是適當(dāng)極性的永久磁體材料的數(shù)量。
Yj是用于無源填隙件的狀態(tài)變量。這些是位于每個(gè)位置的無源填隙件的數(shù)量。
Vi是有源填隙件的加權(quán)系數(shù)；Wi是用于無源填隙件的加權(quán)系數(shù)；A是在每個(gè)填隙位置的有源和無源的填隙強(qiáng)度矩陣，或者以對(duì)于每個(gè)填隙點(diǎn)的場貢獻(xiàn)的形式或者以包括B0貢獻(xiàn)的球諧函數(shù)的形式；X是所有的狀態(tài)變量的向量；BL和BU是以場(高斯、Tesla)或諧波(ppm)的形式的限定下和上邊界向量。這些是定義場均勻性和期望的中心場(B0)的實(shí)際限定。
應(yīng)當(dāng)注意，方程5可以被特征化為|AX-B目標(biāo)|ε，其中B目標(biāo)是目標(biāo)場或諧波，ε是可允許的容差向量。
在另一種LP手段中，下面的目標(biāo)函數(shù)可以被定義和用于確定或計(jì)算有用的方案。
Minimize Obj＝∑aiXi+T+βQ (方程6)；所述函數(shù)受到下述限定 (方程7)； (方程8)； (方程9)； (方程10)；0≤Xi≤ti(方程11)；Q、T、B平均≥0 (方程12)；其中Xi是用于有源填隙的狀態(tài)變量，諸如電阻、超導(dǎo)或永久磁體填隙件。對(duì)于填隙線圈，這些是在線圈中需要的適當(dāng)符號(hào)的電流的量。對(duì)于永久磁體填隙件，這些是適當(dāng)極性的永久磁體材料的數(shù)量。
ai是用于填隙的加權(quán)系數(shù)，并且可以對(duì)于所有的填隙是恒定的，或按照類型或甚至獨(dú)立的填隙件而改變。
ΔBij是在每個(gè)填隙位置的有源和無源元件的填隙強(qiáng)度矩陣，或者以對(duì)于每個(gè)填隙點(diǎn)的場貢獻(xiàn)的形式，或者以球諧函數(shù)的形式。
B下和B上是以場形式的限定下和上有界向量。這些是實(shí)際的限定，它限定場均勻性和期望的中心場(B0)。
B平均、Q和T是解算器(solver)變量，它們分別表示平均場、在B0目標(biāo)窗口上或下的數(shù)量、以及在PPM目標(biāo)上或下的數(shù)量。
ti表示每個(gè)填隙的最大值限定，可以是例如最大電流、質(zhì)量或體積。
β是在均勻性和B0目標(biāo)之間的加權(quán)系數(shù)；以及B輸入是在每個(gè)點(diǎn)測(cè)量的場值。
LP手段是優(yōu)選的，因?yàn)樗玫娇焖俸妥罴训慕狻６?，LP手段使得可以靈活地設(shè)置在期望的B0級(jí)上的窗口以及B0場級(jí)對(duì)均勻性的重要性的相對(duì)加權(quán)。對(duì)于諧波的限定可以類似地被加上，或取代方程(7)和(8)而被使用。
另一種手段是實(shí)現(xiàn)最小二乘解。利用這種手段，得到的解不必然是最佳的。因此，可能不能獲得期望的場特征和中心場強(qiáng)。這個(gè)手段的具體情況如下Minimize Obj＝∑Vi*(Bi-Bi_目標(biāo))2+∑Wj*Yj2(方程13)；受到下列限定YL≤Yj≤YU(方程14)；其中Bi是在目標(biāo)點(diǎn)的預(yù)測(cè)場或預(yù)測(cè)諧波和B0(第0階諧波是B0)；Bi_目標(biāo)是在目標(biāo)點(diǎn)的期望場或期望的諧波和B0(第0階諧波是B0)；Yj是用于填隙的狀態(tài)變量。這些是在每個(gè)位置的無源或永久磁體填隙材料的數(shù)量或每個(gè)填隙線圈需要的電流量。
Vi是用于場或諧波要求的加權(quán)系數(shù)；Wj是用于填隙材料的加權(quán)系數(shù)。
每種手段識(shí)別期望的場強(qiáng)和期望的均勻性來作為對(duì)填隙解的限定。而且，每個(gè)手段從對(duì)于場強(qiáng)和場不均勻性的限定以及對(duì)于填隙的類型和可用的填隙材料的數(shù)量的限定來確定解。因此，可以得到解，它獲得適當(dāng)?shù)木鶆蛐院推谕闹行膱?，因此避免了?duì)于磁體組件的機(jī)械調(diào)整。另外，利用上述手段，在多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)或位置確定與期望場強(qiáng)或均勻性的偏離。從這個(gè)偏離或誤差，在每個(gè)填隙位置需要的填隙材料的數(shù)量可以被最小化。而且，可以根據(jù)在每個(gè)確定位置的每個(gè)填隙件的場貢獻(xiàn)量或根據(jù)在每個(gè)確定位置的包括每個(gè)填隙件的B0貢獻(xiàn)的球諧函數(shù)來求得填隙解。這些手段分別被考慮為“目標(biāo)場手段”和“目標(biāo)諧波手段”。
因此，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種填隙MR成像系統(tǒng)的磁體的方法包括步驟確定具有多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的B0場的期望B0場強(qiáng)；確定B0場的最小可接受場不均勻性。所述方法也包括步驟確定在每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的來自期望B0場強(qiáng)的場強(qiáng)變化和來自最小可接受場不均勻性的不均勻性變化的至少一個(gè)。B0場的每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)隨后被填隙，以便實(shí)際B0場強(qiáng)的至少一個(gè)至少接近期望的B0場強(qiáng)，并且實(shí)際的場不均勻性不超過最小可接受場不均勻性。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)了計(jì)算機(jī)程序，用于開發(fā)用于MR成像系統(tǒng)的磁體組件的填隙模型，所述計(jì)算機(jī)程序表示一組指令，它們當(dāng)被計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)映射由組裝的磁體組件產(chǎn)生的B0場。從所述映射，識(shí)別在B0場內(nèi)的多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)或一組諧波。所述指令組然后使得計(jì)算機(jī)確定在每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)需要的填隙量，以便B0場的期望場強(qiáng)被保持，并且同時(shí)實(shí)質(zhì)地刪除在B0場內(nèi)的不均勻性。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種制造MR成像系統(tǒng)的磁體組件的方法。所述方法包括步驟構(gòu)造永久磁體組件，它被設(shè)計(jì)來產(chǎn)生具有大約所感興趣范圍內(nèi)的期望場強(qiáng)的B0場。然后確定沿著B0場的場強(qiáng)的變化。然后最小化場強(qiáng)的變化而不要求對(duì)永久磁體組件進(jìn)行機(jī)械調(diào)整。
本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，并且可以識(shí)別除了明確表達(dá)的那些之外，多種等同物、替代或修改是可能的，并且在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)MR成像系統(tǒng)(10)的磁體進(jìn)行填隙的方法，所述方法包括步驟確定具有多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的B0場(74)的期望的B0場強(qiáng)；確定B0場(74)的最小可接受場不均勻性；確定在每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(86)的來自期望的B0場強(qiáng)的場強(qiáng)改變和來自最小可接受(76，78)場不均勻性的不均勻改變中的至少一個(gè)；對(duì)多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的至少一部分進(jìn)行填隙(88)，以便實(shí)際B0場強(qiáng)至少接近期望的B0場強(qiáng)，并且實(shí)際的場不均勻性不超過最小可接受場不均勻性。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中填隙(88)的步驟包括向?qū)?yīng)于所述多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(86)的至少一部分的磁體組件加上無源填隙元件和/或有源填隙元件之一。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中加上步驟包括在所述多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(86)的至少一個(gè)向磁體組件(52)中并入填隙線圈，并且確定要施加到填隙線圈的電流量，以便控制填隙線圈對(duì)B0場(74)的磁場的貢獻(xiàn)。
4.按照權(quán)利要求3的方法，還包括步驟構(gòu)造填隙線圈，以便由填隙線圈貢獻(xiàn)的磁場的諧波補(bǔ)償B0場(74)中的不均勻性。
5.按照權(quán)利要求2的方法，其中加上步驟包括在所述多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(86)的至少一個(gè)的磁體組件(52)中并入永久磁體和鐵芯之一，其中永久磁體和鐵芯之一具有質(zhì)量，所述質(zhì)量被確定為最小地滿足對(duì)B0場強(qiáng)的貢獻(xiàn)和補(bǔ)償B0場(74)中的不均勻性。
6.按照權(quán)利要求2的方法，還包括步驟根據(jù)在每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(86)的來自期望的B0場強(qiáng)的場強(qiáng)改變和來自最小可接受(76，78)場不均勻性的不均勻改變的至少一個(gè)來確定多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(86)中的每個(gè)的填隙系數(shù)。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其中確定填隙系數(shù)的步驟包括確定下有界向量和上有界向量，所述下有界向量和上有界向量表示期望的B0場強(qiáng)和來自最小可接受場不均勻性的至少一個(gè)的最小和最大限定(76，78)。
8.按照權(quán)利要求7的方法，還包括步驟確定在多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(86)的每個(gè)的場貢獻(xiàn)和/或在多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(76)的每個(gè)的球諧函數(shù)的至少一個(gè)，并且確定每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的會(huì)聚向量，以便所述會(huì)聚向量乘以在多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的每個(gè)的場貢獻(xiàn)和球諧函數(shù)之一，而得到落入下有界向量和上有界向量之間的積。
9.按照權(quán)利要求9的方法，其中確定會(huì)聚向量的步驟包括確定在每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)需要的填隙總量，以獲得至少接近期望的B0場強(qiáng)的實(shí)際的B0場強(qiáng)和不超過最小可接受(76，78)場不均勻性的實(shí)際場的不均勻性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)MR成像系統(tǒng)(10)的磁體組件(52)填隙(88)的方法，以便可以使用其中的最小不均勻性來建立期望的B0場(74)強(qiáng)。利用這個(gè)方法，可以獲得磁體組件(52)的足夠的填隙，而不需要在已裝配好磁體組件(52)后對(duì)磁體組件(52)進(jìn)行機(jī)械變動(dòng)。本發(fā)明分析來自期望的B0場(74)的變動(dòng)和沿著磁體組件或B0場(74)的多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的不均勻性。然后在每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行比較以確定填隙或加權(quán)系數(shù)，以便獲得期望的整體B0場(74)強(qiáng)和目標(biāo)場均勻性。然后，有源和/或無源的填隙元件可以在每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)并入磁體組件(52)，以便實(shí)現(xiàn)期望的整體場強(qiáng)和最小的整體場均勻性。
文檔編號(hào)G01R33/3875GK1534306SQ200410028758
公開日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月21日
發(fā)明者黃金華, 徐步新, 比詹·多里, 布魯斯·安, 安, 多里 申請(qǐng)人:Ge醫(yī)藥系統(tǒng)環(huán)球科技公司