磁共振场飘补偿方法、调节方法、场飘补偿系统以及磁共振系统转让专利
申请号 : CN201911139875.9
文献号 : CN112824921A
文献日 : 2021-05-21
发明人 : 杨绩文 , 刘曙光
申请人 : 上海联影医疗科技股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种磁共振场飘补偿方法,应用于磁共振系统,所述磁共振系统包括梯度线圈与补偿线圈,其特征在于,包括:
S10,提供场飘温升模型,所述场飘温升模型为关于所述梯度线圈的温度与场飘的关系模型;
S20,获取所述磁共振系统未运行时所述梯度线圈的初始温度;
S30,激发所述磁共振系统,并获取所述梯度线圈在任一时刻的工作温度;
S40,根据所述初始温度与所述工作温度,计算所述工作温度与所述初始温度的温升;
S50,基于所述温升与所述场飘温升模型,获得所述温升对应的场飘;
S60,获取所述补偿线圈的敏感度s,并根据I=-f(t)/s获得补偿电流I,其中,f(t)为所述温升对应的所述场飘;
S70,将所述补偿线圈的电流设置为所述补偿电流I。
2.如权利要求1所述的磁共振场飘补偿方法,其特征在于,所述场飘温升模型包括关于所述温升与所述场飘的关系曲线f(t)=k(t)(t-t0),其中,f(t)为所述场飘,t为所述工作温度,t0为所述初始温度,k(t)为系数。
3.如权利要求2所述的磁共振场飘补偿方法,其特征在于,所述步骤S10包括:S110,对所述磁共振系统进行匀场;
S120,所述磁共振系统完成匀场后,放入测试水模进行扫描;
S130,获取所述磁共振系统的初始中心频率与所述梯度线圈的初始温度;
S140,激发所述磁共振系统运行,获取不同时刻的中心频率,并根据所述初始中心频率获取不同时刻对应的场飘;
S150,获取不同时刻的所述梯度线圈的温度,并根据所述初始温度获取不同时刻对应的温升,直至所述梯度线圈的温度稳定;
S160,根据不同时刻的所述场飘与所述温升,获取所述场飘温升模型,其中,所述场飘与所述温升一一对应。
4.如权利要求3所述的磁共振场飘补偿方法,其特征在于,在所述步骤S160中,通过最小二乘法或支持向量机算法对不同时刻的所述场飘与所述温升进行曲线拟合,获得所述场飘温升模型。
5.一种磁共振系统调节方法,所述磁共振系统包括磁体和梯度线圈,所述磁体产生主磁场,所述梯度线圈中或者周围设有补偿线圈,所述补偿线圈用于产生局部磁场,所述方法包括:
在所述梯度线圈产生梯度脉冲前,获取所述梯度线圈的初始温度;
在所述梯度线圈产生梯度脉冲后或同时,获取所述梯度线圈的工作温度;
根据所述梯度线圈的初始温度、工作温度确定所述梯度线圈的温升;
根据所述温升,计算所述主磁场的场飘,所述梯度的温度变化与所述主磁场的场飘具有设定关系;
根据所述主磁场的场飘设置所述补偿线圈的参数,以使得所述补偿线圈产生的局部磁场完全或基本补偿所述主磁场的场飘。
6.如权利要求5所述的磁共振系统调节方法,其特征在于,所述补偿线圈的参数包括补偿线圈的电流或者所述补偿线圈相对于所述梯度线圈的分布。
7.一种场飘补偿系统,其特征在于,包括:温度监测装置(10),设置于所述磁共振系统的梯度线圈,用于监测所述梯度线圈的温度;
场飘补偿控制装置(20),与所述温度监测装置(10)连接,用于获取所述梯度线圈的温度,根据所述梯度线圈的温度变化获取场飘,并根据所述场飘获取补偿电流;
补偿线圈电源(30),与所述场飘补偿控制装置(20)连接,且所述补偿线圈电源(30)与所述磁共振系统的补偿线圈连接,用于将所述补偿线圈的电流设置为所述补偿电流。
8.一种磁共振系统,其特征在于,包括:磁体,环绕形成孔腔并用于产生主磁场;
梯度线圈,设置在所述孔腔内并用于产生形成梯度场的梯度脉冲,所述梯度线圈在产生梯度脉冲前后会产生温升,且所述温升使所述主磁场产生场飘;
补偿线圈,临近所述梯度线圈设置,且通过所述补偿线圈能够产生局部磁场,所述局部磁场能够完全或基本补偿所述主磁场的场飘。
9.如权利要求8所述的磁共振系统,其特征在于,还包括:传感器,设置在所述梯度线圈上以用于监测所述梯度线圈的初始温度和/或工作温度,所述温升包括所述梯度脉冲未产生前的初始温度与所述梯度脉冲产生后的工作温度的差值;
补偿线圈电源,与所述补偿线圈电连接用于为所述补偿线圈提供补偿电流,且所述补偿电流根据所述温升确定。
10.如权利要求8所述的磁共振系统,其特征在于,还包括:处理器,适用于在梯度脉冲产生后获取主磁场分布图,且通过所述主磁场分布图获取所述主磁场的场飘。
说明书 :
磁共振场飘补偿方法、调节方法、场飘补偿系统以及磁共振
系统
技术领域
背景技术
共振现象。射频脉冲的中心频率是磁共振成像中的一个很敏感的参数,如果中心频率不准
确会直接导致得到的磁共振图像错位。当磁共振系统在运行序列时,梯度线圈发热会导致
磁共振系统中心频率改变,即发生场飘。其中,场飘主要是由于梯度线圈内部的被动匀场材
料温度升高后磁性下降而引起的。
的温度。但是,随着磁共振系统运行长时间高强度序列时,水冷的冷却能力已经饱和,匀场
材料的温度将会继续升高,仍然会存在场飘的问题。
发明内容
场飘问题的场飘补偿方法、成像方法、场飘补偿系统以及磁共振系统。
数。
局部磁场,所述方法包括:
线圈的温度。所述场飘补偿控制装置与所述温度监测装置连接,用于获取所述梯度线圈的
温度,根据所述梯度线圈的温度变化获取场飘,并根据所述场飘获取补偿电流。所述补偿线
圈电源与所述场飘补偿控制装置连接,且所述补偿线圈电源与所述磁共振系统的补偿线圈
连接,用于将所述补偿线圈的电流设置为所述补偿电流。
梯度脉冲,所述梯度线圈在产生梯度脉冲前后会产生温升,且所述温升使所述主磁场产生
场飘。所述补偿线圈临近所述梯度线圈设置,且通过所述补偿线圈能够产生局部磁场,所述
局部磁场能够完全或基本补偿所述主磁场的场飘。
产生前的初始温度与所述梯度脉冲产生后的工作温度的差值。所述补偿线圈电源与所述补
偿线圈电连接用于为所述补偿线圈提供补偿电流,且所述补偿电流根据所述温升确定。
所述初始温度是指所述磁共振系统未进行序列运行时的所述梯度线圈的温度。在所述步骤
S30中,激发所述磁共振系统运行后,由于梯度线圈内部的被动匀场材料温度升高而导致所
述梯度线圈发热。从而,梯度线圈发热导致磁共振系统中心频率发生改变,形成场飘。其中,
场飘是指某一时刻的中心频率与初始中心频率的变化量。在所述步骤S40中,所述温升为任
一时刻的所述梯度线圈的工作温度与所述初始温度的变化量,为正。
S60中,根据公式据I=-f(t)/s可以获得所述补偿电流I。在所述步骤S70中,将所述补偿线
圈的电流设置为所述补偿电流。此时,所述补偿电流I为负值,可以理解为所述补偿电流是
由所述场飘产生的。通过将所述补偿线圈的电流设置为所述补偿电流,可以使得所述补偿
线圈产生与所述场飘大小相同,正负相反的中心频率,从而使得所述补偿线圈产生的磁场
与场飘引起的磁场飘移相抵消。通过所述磁共振场飘补偿方法补偿后的所述磁共振系统的
中心频率场飘为0Hz,使得所述磁共振系统维持在一个固定的中心频率,进而保持所述磁共
振系统的中心频率的稳定性。
了所述磁共振系统的工作效率。
附图说明
件300、谱仪系统400、计算机系统500。
具体实施方式
请,并不用于限定本申请。
间接连接(联接)。在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、
“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关
系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示
或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解
为对本申请的限制。
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
梯度线圈在产生梯度脉冲前后会产生温升(温度变化),梯度的温升会使主磁场产生场飘
(主磁场的中心频率发生偏移/飘移)。或者,在磁共振系统运行时时,由于病人对背景磁场
的影响、磁性介质温度的影响,主磁场的中心频率也会有一定的飘移。为了补偿上述梯度的
温使主磁场产生的场飘,本申请在临近梯度线圈的位置设置补偿线圈,通过该补偿线圈能
够产生局部磁场,且局部磁场能够完全或基本补偿所述主磁场的场飘。
主磁场的中心频率影响最大。本发明实施例的技术方案用来解决主磁场的中心频率 场
飘的问题。
工作温度的差值。补偿线圈电连接有补偿线圈电源,该补偿线圈电源用于为补偿线圈提供
补偿电流,且补偿电流根据梯度的温升确定。
局部磁场完全或基本补偿所述主磁场的场飘。可选地,补偿线圈的参数可包括补偿线圈的
电流或者所述补偿线圈相对于梯度线圈的分布。
的工作温度;根据梯度线圈的初始温度、工作温度确定梯度线圈的温度升;根据所述温升,
计算主磁场的场飘,梯度的温度变化与主磁场的场飘具有设定关系。
差值,确定主磁场的场飘。
序列运行时的所述梯度线圈的温度。在所述步骤S30中,激发所述磁共振系统运行后,由于
梯度线圈内部的被动匀场材料温度升高而导致所述梯度线圈发热。从而,梯度线圈发热导
致磁共振系统中心频率发生改变,形成场飘。其中,场飘是指某一时刻的中心频率与初始中
心频率的变化量。在所述步骤S40中,所述温升为任一时刻的所述梯度线圈的工作温度与所
述初始温度的变化量,为正。
S60中,根据公式据I=-f(t)/s可以获得所述补偿电流I。其中,敏感度s为当线圈通1安培电
流时,测量线圈产生的磁场,此即为线圈的敏感度。在所述步骤S70中,将所述补偿线圈的电
流设置为所述补偿电流。此时,所述补偿电流I为负值,可以理解为所述补偿电流是由所述
场飘产生的。通过将所述补偿线圈的电流设置为所述补偿电流,可以使得所述补偿线圈产
生与所述场飘大小相同,正负相反的中心频率,从而使得所述补偿线圈产生的磁场与场飘
引起的磁场飘移相抵消。通过所述磁共振场飘补偿方法补偿后的所述磁共振系统的中心频
率场飘为0Hz,使得所述磁共振系统维持在一个固定的中心频率,进而保持所述磁共振系统
的中心频率的稳定性。
了所述磁共振系统的工作效率。
k(t)为系数。
时刻获取所述工作温度,并将所述工作温度与所述初始温度作比较,获得在某一时刻对应
的温升。通过所述场飘温升模型,获得所述温升对应的所述场飘,即可获知在某一时刻所述
场飘为多少。
可以对应着不同的所述场飘温升模型,但仍然满足关于所述温升与所述场飘的关系曲线f
(t)=k(t)(t-t0)关系。因此,在通过所述磁共振场飘补偿方法进行场飘补偿时,可以针对
每一个不同的所述磁共振系统进行更加准确地场飘补偿,获得更加准确地磁共振图像。
和溶于所述水中的有机溶质。在所述步骤S130中,所述初始中心频率和所述初始温度为所
述磁共振系统未运行高功率序列时进行检测的,用以作为初始参考数据。在所述步骤S140
中,激发所述磁共振系统运行高功率的序列,间隔一定时间进行检测,间隔时间可以为2分
钟~6分钟。从而可以获取不同时刻对应的中心频率,并与所述初始中心频率对比,获得不
同时刻对应的所述场飘。在所述步骤S150中,根据不同时刻的所述梯度线圈的温度,并与所
述初始温度对比,获得不同时刻对应的所述温升。在所述步骤S160中,所述场飘与所述温升
一一对应,可以理解为在某一时刻对应的所述场飘与所述温升。
通过所述S110至所述步骤S160更加准确地获取所述磁共振系统在运行时所述场飘与所述
温升的形成一一对应关系,构建所述场飘温升模型。
进而更加准确地拟合出所述场飘温升模型。
升数据(小样本),就可以进行曲线拟合,获得更加准确地所述场飘温升模型。其中,对不同
时刻的所述场飘与所述温升进行曲线拟合获得所述场飘温升模型时,可以采用matlab软
件、c/c++软件等进行非线性曲线拟合。
述磁共振系统获得的磁共振图像更加准确。
为79HZ。假设所述补偿线圈的敏感度为0.5Hz/mA,则根据公式I=-f/s计算获得所述补偿电
流为-158mA。根据所述补偿电流-158mA给所述补偿线圈设置-158mA电流,可以使得所述补
偿线圈产生与所述场飘大小相同,正负相反的中心频率,从而使得所述补偿线圈产生的磁
场与场飘引起的磁场飘移相抵消。通过所述磁共振场飘补偿方法补偿后的所述磁共振系统
的中心频率场飘为0Hz,使得所述磁共振系统维持在一个固定的中心频率,进而保持所述磁
共振系统的中心频率的稳定性。
于监测所述梯度线圈的温度。所述场飘补偿控制装置120与所述温度监测装置110连接,用
于获取所述梯度线圈的温度,根据所述梯度线圈的温度变化获取场飘,并根据所述场飘获
取补偿电流。所述补偿线圈电源130与所述场飘补偿控制装置120连接。所述补偿线圈电源
130与所述磁共振系统的补偿线圈连接,用于将所述补偿线圈的电流设置为所述补偿电流。
述场飘补偿控制装置120设置有所述场飘温升模型,基于所述场飘温升模型和所述梯度线
圈的温度,获取对应的所述场飘。所述场飘补偿控制装置120根据所述场飘计算获取所述补
偿线圈对应的所述补偿电流,并控制所述补偿线圈电源130设置所述补偿线圈的电流为所
述补偿电流,以产生与场飘大小相同,正负相反的中心频率,从而使得所述补偿线圈产生的
磁场与场飘引起的磁场飘移相抵消,从而这样便可以保持所述磁共振系统中心频率的稳定
性。
Unit,MPU)、嵌入式片上系统(System on Chip,SoC)。所述补偿线圈电源130控制输入端与
所述场飘补偿控制装置120连接,用于接收所述场飘补偿控制装置120发送的电流指令。所
述补偿线圈电源130输出控制端与所述补偿线圈连接,用于控制调节所述补偿线圈的电流
为所述补偿电流,进而通过改变所述补偿线圈产生的磁场对所述磁共振系统进行场飘补
偿。
立的自动调节,无需序列介入,可以减少序列的复杂度,且不会额外增加扫描时间。
度,根据所述梯度线圈的温度变化计算所述场飘,并根据所述场飘计算所述补偿电流。所述
电源控制模块122与所述数据处理模块121连接,用于获取所述补偿电流。所述电源控制模
块122与所述补偿线圈电源130连接,用于根据所述补偿电流控制所述补偿线圈电源130,所
述补偿线圈电源130控制所述补偿线圈的电流设置为所述补偿电流。
模块121获得所述温升,并基于所述场飘温升模型获得所述温升对应的所述场飘。所述数据
处理模块121根据所述场飘计算获得所述补偿电流,并将所述补偿电流信息传输至所述电
源控制模块122。所述电源控制模块122根据所述补偿电流控制所述补偿线圈电源130,进而
将所述补偿线圈的电流设置为所述补偿电流。
Unit,MPU)、嵌入式片上系统(System on Chip,SoC)。所述电源控制模块122包括但不限于
中央处理器(Center Processor Unit,CPU)、嵌入式微控制器(Micro Controller Unit,
MCU)、嵌入式微处理器(Micro Processor Unit,MPU)、嵌入式片上系统(System on Chip,
SoC)。或者,所述数据处理模块121与所述电源控制模块122可以集中集成在一个微控制单
元上。
主要包含梯度电流放大器(AMP)、梯度线圈;射频组件300主要包括射频发射模块和射频接
收模块;谱仪系统400主要包括脉冲序列发生器、梯度波形发生器、发射机和接收机等,而计
算机系统500用于控制系统运行和最终成像,其成像的大体过程为:计算机系统500存储和
发送需要执行的扫描序列(scan sequence)的指令,脉冲序列发生器根据扫描序列指令对
梯度波形发生器和发射机进行控制,梯度波形发生器输出具有预定时序和波形的梯度脉冲
信号,该信号经过Gx、Gy和Gz梯度电流放大器,再通过梯度组件200中的三个独立通道Gx、
Gy、Gz,每个梯度放大器激发梯度线圈组中对应的一个梯度线圈,产生用于生成相应空间编
码信号的梯度场,以对磁共振信号进行空间定位;谱仪系统400中的脉冲序列发生器还执行
扫描序列,输出包括射频发射的射频脉冲的计时、强度、形状等数据以及射频接收的计时和
数据采集窗口的长度到发射机,同时发射机将相应射频脉冲发送至射频组件300中的体发
射线圈产生B1场,在B1场作用下病人体内被激发的原子核发出的信号被射频组件300中的
接收线圈感知到,然后通过发送/接收开关传输到前置放大器,放大的磁共振信号经过解
调、过滤、AD转换等数字化处理,然后传输到计算机系统500的存储模组。当存储模组获取一
组原始的k-空间数据后,扫描结束。原始的k-空间数据被重新整理成与每个将被重建的图
像对应的单独的k-空间数据组,每个k-空间数据组被输入到阵列处理器,进行图像重建后
结合磁共振信号,形成一组图像数据。在上述成像过程中,射频脉冲、梯度场和信号采集时
刻等相关各参数的设置及其在时序上的排列成为MRI脉冲序列。
决上述问题,本申请的梯度组件200中还设置有补偿线圈。如图6a所示,梯度线圈包括设置
在内层的主线圈、设置在外层的次线圈(屏蔽线圈),补偿线圈设置在两者之间。如图6b所
示,补偿线圈设置在梯度线圈的外侧。补偿线圈的参数可调节,以使得补偿线圈产生的局部
磁场完全或基本补偿主磁场的场飘。
磁体两侧区域的被激发的补偿线圈数量。
场的成像视野主要位于孔径的中间位置,该部分对于成像的影响最大,磁场均匀性对于成
像效果具有决定性。本申请中在中间位置密集设置补偿线圈,可有效提高磁场均匀性。
线圈的敏感度s,并根据I=-f(t)/s获得补偿电流I。并且,将补偿线圈的电流设置为补偿电
流I。此时,通过将补偿线圈的电流设置为补偿电流I,可以使得补偿线圈产生的局部磁场完
全或基本补偿磁场的场飘,从而保持磁共振系统工作的稳定性。
值图中像素的灰度值统计值,获取场飘。例如,差值图中灰度值为零的点即对应当前磁场中
心频率与预设的磁场中心频率相等;差值图中灰度值越大,则当前磁场中心频率与预设的
磁场中心频率偏差越大。本实施例的场飘获取方法,不仅可得到由于梯度温升导致的场飘,
还可得到由于病人对背景磁场的影响、磁性介质温度的影响等多种因素对主磁场场飘的影
响,自适应性更强。另一方面,考虑到磁共振系统使用一段时间后,局部区域主磁场中心频
率下降,有可能会超出系统允许的带宽,本申请实施例采用补偿线圈对主磁场中心频率进
行补偿,无需对磁共振系统主磁体重新升场,仅需要调整补偿线圈的电流即可,从而减小系
统的维护成本。
在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保
护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。