具有局部SAR 约束的并行发射射频脉冲设计制造技术

本发明专利技术涉及一种设计用于磁共振成像(MRI)系统的并行发射射频(RF)脉冲的方法，包括将待由MRI系统扫描的对象的模型压缩为多个体素集群，各体素集群限定关于体素集群的局部特定吸收率(SAR)具有峰值灵敏度的一个虚拟观察点，以及，基于极小化准则的近似限定并行发射RF脉冲，极小化准则具有基于各虚拟观察点的峰值灵敏度的局部SAR成分，近似则由关于虚拟观察点的局部SAR值的加权和构成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及磁共振成像(MRI)系统，以及，更特别地，本专利技术涉及适合于MRI系统中使用的并行发射RF脉冲。
技术介绍
磁共振成像(MRI)是ー种医学成像技术，广泛用于观察人体的结构及功能。MRI系统提供软组织对比度，诸如用于诊断许多软组织病症。MRI系统通常实施ー种两阶段法。第一阶段是激励阶段，在对象中建立磁共振信号。为此，使诊查的身体经受主磁场Btl作用，以使组织中核子的单个磁矩或自旋与极化场的轴(惯例为z轴)对准。主磁场还促使磁矩以其特征拉莫尔频率绕该轴共振进动。然后，如果该组织经受频率接近拉莫尔频率的射频(RF)激励脉冲B1,贝U x-y平面中的磁场使净排列矩(net aligned moment)Mz重新定向、翻转(flip)、或者倾斜(tip)成或朝向x-y平面,产生净横向磁矩Mxy,所谓的自旋磁化(spinmagnetization)。第二阶段是采集阶段，在終止激励脉冲B1之后，系统接收被激励核子松弛返回与z轴对准时所发射的电磁信号。成对地重复这两个阶段，以获取足够的数据来构建图像。通常定制(tailor)激励相位，以将激励脉冲定位到对象内的特定区域，诸如3D厚片或相对薄的2D切片。随后的采集阶段对有关3D厚片的所有三维局部区域或者有关薄切片的仅平面中的局部区域进行编码。典型地，按ー序列測量周期扫描待成像区域，在測量周期中磁场梯度(Gx、Gy和Gz)根据所使用的特殊定位方法改变。也使用定制RF脉冲来定位激励。含有这些RF脉冲和梯度的扫描序列存储在由商品化的MRI扫描仪存取的程序库中，MRI扫描仪以I. 5特斯拉或更低的主磁场强度工作，以满足许多不同临床应用的需要。用MRI系统采集的MR信号是诊查的对象在傅里叶空间或者本领域通常称为“k-空间”中的信号样本。各MR測量周期或脉冲序列，典型地沿该脉冲序列的采样轨迹特征采样k-空间的一部分。大多数脉冲序列按有时称为“自旋-扭曲”、“傅里叶”、“直线”或“坐标”扫描的光栅扫描状模式采样k-空间。自旋-扭曲扫描技术在采集MR自旋回波信号之前采用可变幅相编码磁场梯度脉冲，以便在此梯度方向对空间信息进行相位编码。例如，在ニ维实现(“2DFT”)中，通过沿ー个方向应用相位编码梯度Gy，在该方向编码空间信息，然后，在与相位编码方向正交的方向有读出磁场梯度Gx的情况下，采集自旋回波信号。在自旋回波采集编码空间信息期间，读出梯度于正交方向呈现。在典型的2DFT脉冲序列中，在測量周期的序列中或者在扫描期间获取的“视图”中，使相位编码梯度脉冲Gy的幅度以AGy増大，以产生ー组k-空间MR数据，由其可以重建整个图像。大多数MRI扫描仪使用单通道RF激励线圈来使自旋磁性倾斜离开其平衡状态并开始ー个测量周期。通常，使用射频(“RF”)激励脉冲来激励下列区域之一内的所有自旋励磁线圈内(非选择性激励)、通过对象的单切片(切片选择激励)、或者只在特定区域内诸如小立方体内(三维空间选择激励)。在空间选择、空间定制激励中，在存在对MRI系统(其为空间和选择性激励过程中的仪器)的主磁场施加时变梯度的梯度波形的情况下，发射RF脉冲。总体上，梯度场可以视为导致曲线在激励k-空间中的横越(traversal)，路径可以通过k-空间的所有三维空间(kx、ky和kz)，这在某些假设下实质上是三维傅里叶域。在激励k-空间的这种横越期间，与梯度波形协カ发挥作用的RF脉冲能量可以视为沿此k-空间激励轨迹曲线沉积RF能量。因此，RF脉冲产生ー种激励，其调制(按相位、按幅值、或按二者)为激励k-空间中位置的函数(kx、ky以及kz)。所得到的激励经常与此沉积能量的傅里叶逆变换密切相关。例如，按ー种典型的切片选择RF脉冲，在z方向施加恒定梯度场，同时，通过MRI系统的单激励线圈发射成形如辛格(“sine”)函数的RF脉冲。在这种情况下，梯度场促使RF脉冲能量在激励k-空间的kz方向沿单线(“辐(spoke) ” )也就是通过k-空间位置(0，0，kz)的直线沉积。由于沉积在激励k-空间中的能量与所产生磁化的翻转角之间的傅 里叶关系，kz中的这种辛格状沉积只激励组织薄片内的那些磁自旋。简而言之，根据这种典型RF脉冲得到的磁化在片内是恒定程度激励，而在片外则没有任何激励。近来已经使用了更高磁场强度的扫描仪以改进图像信噪比和对比度。然而，在例如7特斯拉的主磁场强度下，RF激励磁场B1+的大小出现空间上的变化。跨越感兴趣区的激励中的这种不合需要的非均匀性通常称为“中心增亮”、“ B1+不均匀性”或者“翻转角度不均匀性”。通过激励空间反向的不均匀性，新一代MRI系统已经产生具有空间定制激励模式的RF脉冲来减缓B1+不均匀性。在这些系统中，在不同的独立射频发射通道上并行发射多个单独的射频脉冲串。単独的RF信号然后施加至単独的发射通道，例如，全身天线的单独线杆。称为“并行发射”或“并行激励”的这种新近方法充分利用了多単元RF线圈阵列的不同空间轮廓之中的变化。除减缓B1+不均匀性之外，并行激励也使其他几种重要应用包括挠性成形激励体积成为可能。关于RF的设计以及关于并行激励的梯度波形，已经提出了许多方法，例如，诸如下列披露U. Katscher 等人“Transmit SENSE，，，Magnetic Resonancein Medicine,Vol.49, p. 144-150(2003) ;Y. Zhu “Parallel Excitation with an Arrayof TransmitCoils”, Magnetic Resonance in Medicine, Vol.51, p.775-784 (2004) ;M. Griswold 等人“Autocalibrated Accelerated Parallel Excitation(Transmit-GRAPPA)，，，Proceedingof the 13th Annual Meeting of ISMRM, p. 2435(2005);以及 W. Grissom 等人“SpatialDomain Method for the Design of RFPulses in Multicoil Parallel Excitation，，，Magnetic Resonance in Medicine, Vol. 56，p.620-629 (2006)。成功的实现在多通道硬件上已得到证明，包括下列描述P. Ullmann等人“Experimental Analysis of Parallel Excitation Using Dedicated Coil SetupsandSimultaneous RF Transmission on Multiple Channels，，，Magnetic ResonanceinMedicine，Vol. 54，p. 994-1001 (2005) ;D. Xu 等人“A Noniterative Method toDesignLarge-Tip-Angle Multidimensional Spatia丄丄y—Selective Radio FrequencyPulses forParallel Tra本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设计用于磁共振成像(MRI)系统的并行发射射频(RF)脉冲的方法，所述方法包括：将关于待由所述MRI系统扫描的对象的模型压缩为多个体素群集，各体素群集限定关于所述体素集群的局部特定吸收率(SAR)具有峰值灵敏度的一个虚拟观察点；以及基于极小化准则的近似限定所述并行发射RF脉冲，所述极小化准则具有基于各虚拟观察点的所述峰值灵敏度的局部SAR成分，所述近似包括关于所述虚拟观察点的局部SAR值的加权和。

【技术特征摘要】
2011.04.08 US 13/083,3421.一种设计用于磁共振成像(MRI)系统的并行发射射频(RF)脉冲的方法，所述方法包括 将关于待由所述MRI系统扫描的对象的模型压缩为多个体素群集，各体素群集限定关于所述体素集群的局部特定吸收率(SAR)具有峰值灵敏度的一个虚拟观察点；以及 基于极小化准则的近似限定所述并行发射RF脉冲，所述极小化准则具有基于各虚拟观察点的所述峰值灵敏度的局部SAR成分，所述近似包括关于所述虚拟观察点的局部SAR值的加权和。2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述模型包括ー些体素，以及，其中，压缩所述模型包括 计算关于所述模型各体素的空间矩阵，所述空间矩阵是吸收灵敏度的表征； 将关于各虚拟观察点的上界矩阵限定为所述虚拟观察点的所述空间矩阵与按调谐所述压缩步骤的高估因子缩放的単位矩阵的和。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述最小化准则包括按所述高估因子缩放的所述并行发射RF脉冲总功率的成分表征。4.根据权利要求2所述的方法，进ー步包括选择所述高估因子。5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述模型包括ー些体素，以及，其中，压缩所述模型包括评估关于所述模型各体素的空间矩阵的本征值，所述空间矩阵是吸收灵敏度的表征。6.根据权利要求I所述的方法，其中，限定所述并行发射RF脉冲包括迭代所述最小化准则的近似。7.根据权利要求I所述的方法，其中，所述最小化准则的近似基于ー组加权因数。8.根据权利要求7所述的方法，其中，将各加权因数应用于所述虚拟观察点各自之一的所述峰值灵敏度。9.根据权利要求7所述的方法，其中，限定所述并行发射RF脉冲包括对于给出的RF脉冲和增大所述局部SAR值的预测方向，基于所述虚拟观察点的局部SAR值，更新所述ー组加权因数。10.一种设计并行发射射频(RF)脉冲的方法，所述并行发射射频(RF)脉冲用于磁共振成像(MRI)系统以及用于待由所述MRI系统扫描的对象的模型的方法，所述模型经由ー些体素限定，所述方法包括 计算关于所述模型各体素的空间矩阵，所述空间矩阵是吸收灵敏度的表征； 限定所述模型中所述体素的多个集群，各集群具有ー个虚拟观察点，代表对关于所述集群中各体素的局部特定吸收率(SAR)的最大灵敏度；以及 选择使设计准则的近似最小化的所述并行发射RF脉冲，所述设计准则具有基于各虚拟观察点的所述峰值灵敏度的局部SAR成分，所述近似包括关于所述虚拟观察点的局部SAR值的加权和。11.根据权利要求10所述的方法，其中，限定所述多个集群包括将关于各虚拟观察点的上界矩阵限定为所述虚拟观察点的所述空间矩阵与按调谐所述压缩步骤的高估因子缩放的单位矩阵的和。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述设计准则包括按所述高估因子缩放的所述并...

【专利技术属性】
技术研发人员：M格布哈特，L沃尔德，E阿德尔斯坦森，J李，
申请(专利权)人：西门子公司，马萨诸塞综合医院公司，麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：