在磁共振测量中校正高频场的方法

专利名称：在磁共振测量中校正高频场的方法
技术领域：
本发明涉及一种校正高频脉冲场强的方法，该高频脉冲在磁共振测量中由磁共振测量装置的天线发出。此外，本发明还涉及一种相应的磁共振测量装置。
背景技术：
在也称为核自旋断层造影的磁共振断层造影中，涉及的是已广泛应用的、用于获取有生命待检查对象体内图像的技术。为了利用这种技术获取一幅图像，必须首先将检查对象的身体或者待检查的身体部位置于尽可能均匀的静态基本磁场，该磁场由磁共振测量装置的基本磁场磁铁产生。该基本磁场与在拍摄磁共振图像期间快速接通的、用于位置编码的梯度磁场叠加，该梯度磁场由所谓的梯度线圈产生。然后利用高频天线向检查对象体内辐射一定场强的高频脉冲。该高频脉冲的磁通量密度通常用B1表示，该脉冲形式的高频场通常也简称为B1场。借助于高频脉冲在检查对象中触发磁共振信号，该信号由高频接收天线接收。接收天线既可以是用来发射高频脉冲的同一天线，也可以是单独的接收天线。然后在接收的磁共振信号的基础上产生检查对象的磁共振图像。这里，磁共振图像中的每个图像点对应着一个小的身体体积，即所谓的“体素”(Voxel)。图像点的每个亮度值或强度值与从该体素接收的磁共振信号的信号幅度相关。这里，磁共振信号的强度除了其它之外也取决于辐射的B1场的强度。因此，所激励的B1场的强度的波动将导致在接收的磁共振信号中注意不到的变化，这种变化可以使测量结果失真。
通常，在磁共振装置中发射天线是作为共振天线构成的。通过不同的负荷这类天线被不同地衰减，这在恒定的供电功率下导致不同高度的高频场强。这里，影响天线的负荷除了其它之外主要取决于检查对象相对于天线的位置。因此，在一个检查过程中的两个磁共振测量之间患者的重新定位或者患者本身无意识的移动，必然导致天线负荷的变化并因此在相同的供电功率下导致B1场的变化。出于这个原因，通常在患者重新定位时也重新调节发射功率，以便将B1场重新设置在正确的值上。这种调节测量是相对花销大的。为此，通常改变发射功率，直到在发射脉冲的预定长度下在核磁化和均匀的基本磁场之间设置一个确定的、可以精确测量的触发角(Flipwinkel)。然后，在触发角已知和脉冲长度已知的情况下确定在有关的发射功率下实际出现的B1场。这里通常标定一个180°的触发角度α，即在这样一种设置下核磁化与静态磁铁磁场反向，因为在这种情况下没有垂直于基本磁场的磁场成分。但是，正是该横向磁化允许容易地查明紧接激励HF脉冲结束后在高频线圈中感应的信号(自由感应衰减，FID)。因此为了调节B1场必须一直仅改变发射功率，直到接收的FID信号等于零。
这种方法的一个问题在于，在许多测量中，特别是在全身扫描中，例如在利用造影剂的条件下建立从身体中央直到腿部的血管的测量中，必须要求快速的测量过程。在这种快速进行的测量中在对患者重新定位时由于时间的原因不可以进行复杂的功率调节。因此，经常由于图像质量的代价而放弃调节。

发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种校正方法以及一种磁共振装置，利用该方法和装置在检查期间在不进行上述调节测量的条件下，也可以继续将高频脉冲的场强即B1场保持为常数。
按照本发明，上述技术问题是通过一种校正高频脉冲场强的方法和磁共振测量装置解决的，即，一种校正高频脉冲场强的方法，该高频脉冲在磁共振测量中由磁共振测量装置的天线送出，其中，通过改变馈入到天线中的功率，将送出高频脉冲时在天线中流动的电流调节到预定的额定值。以及一种磁共振测量装置，其具有用于发射高频脉冲的天线，一个调节装置，用于通过改变馈入到天线中的功率，将在天线中流动的电流调节到预定的额定值上。
为此，按照本发明，该磁共振测量装置具有一个调节装置。借助于该调节装置通过供给天线的电功率的改变，将在发射高频脉冲时在天线中流动的电流调节在预定的额定值上。这里利用了这样的事实，即天线上载荷的变化影响到天线损耗电阻的对应改变。如果不对供电功率进行校正，这会导致电流的对应改变。相反，B1场独立于载荷总是与电流成比例变化。也就是说，按照一个非常良好的近似，发射天线中的恒定电流与恒定的B1场具有同样的意义。因此，通过对供电功率的对应校正将电流调节到一个预定的额定值上可以按简单的方式实现，发射一个对应的恒定B1场。
因此，所需的发射功率在检查期间台架移动时不必象迄今常见的那样通过对应的磁共振实验作事后校正。而是直接通过对电流的调节实现持久的校正。其中，该校正不是在一个独立的序列中进行，而是在不延长测量时间的情况下，与正在进行的测量并行地实现的。所要做的只是在实际成像测量开始之前在患者定位时进行一次对供电功率的基本调节。为此，除了本文开始已经提到的调节方法外，还可以采用其它合适的方法。
在按照本发明方法的一个简化的实施方式中，在整个磁共振测量中将电流保持在一个恒定的值上。也就是说，对电流采用一个额定值，该额定值在实际测量开始之前的对供电功率的基本调节中进行设置。这样，将电流调节到一个恒定的值上可以相对简单地进行。
在例如高于50MHz的高频下，身体内部的场强额外地并与位置相关地通过涡流和介电的位移电流改变。这种效应不能通过简单地将天线电流调节到一个恒定值上得到校正。但是，这种在测量期间检查对象中出现的电流，也以类似于天线负载本身的方式取决于在场中的身体体积。因此，在一个优选的实施方式中，对在磁共振测量期间在天线中出现的电流变化，在调节中按照一定的规模进行欠补偿或者过补偿，以便使在测量期间由检查对象体内出现的电流对高频脉冲场强的影响至少部分地得到均衡。这例如可以通过将额定值根据当前确定的电流实测值(该实测值是天线负荷的量度)进行改变而成为可能。为此，例如可以将额定值按照一个确定的实验获得的系数，依据当前确定的实测值调高或者调低。为了获得这样的补偿系数可以事前按照不同的检查对象或者受检者进行多个实验序列。该补偿系数一经确定之后，就可以采用按照本发明的方法以相对简单的方式对在检查对象中出现的附加电流进行相对好的补偿。
在另一个特别优选的实施方式中，对电流进行相位敏感地调节，也就是说，不仅调节电流的幅度，而是还调节电流的相位。按照这种方式可以补偿例如由于患者无意地使身体部位接近天线造成的、天线自身共振频率的改变。因为在测量期间B1场中的相位变化使结果失真，这种对电流以及B1场的相位敏感的调节在功能磁共振成像(fMRI)领域的测量中特别具有意义，利用功能磁共振成像可以得到关于人和动物器官的活动的信息，因此在这种成像中必须特别对接收的磁共振信号的变化进行评价。
为了将电流调节到一个额定值上，仅需确定一个与电流成比例的、适当的反馈量并将其送至调节装置，由该调节装置对应地改变提供给天线的功率。为了确定适当的反馈量可用不同的方法。
在一个优选的实施方式中，使用多个场探测器，这些探测器靠近天线安装并在输出端与调节装置连接。在这些探测器中，根据天线发射的场感应一个电压，该电压与场并因此与天线中的电流成比例。这些在探测器中感应的电压被作为输出信号传输至调节装置。这里“靠近天线”的概念理解为，场探测器在天线的发射区域，即靠天线足够近的区域，从而在探测器中感应出足够高的电压信号。这里，场探测器既可以位于天线空间的外部又可以在其内部。
原则上为了确定反馈量可以使用一个单一的场探测器。但是，优选地采用至少两个按一个确定的相互角度安装在天线上的场探测器，以便确定天线发射的圆极化场的两个线极化分量。其中，场探测器优选地通过一个移相器与调节装置连接，该移相器将场探测器的输出信号进行叠加，以构成一个共同的反馈信号。这里，场探测器输出信号的相移须对应于场探测器相互间的角度设置进行选择。也就是说，在使用两个相互成90°角的场探测器的情况下，必须将输出信号对应地利用一个90°移相器进行综合，而在例如采用三个相互成120°角的场探测器的情况下，必须对应地使用120°移相器，等等。
对于两个线极化分量使用至少两个探测器，在圆极化的发射天线中是有意义的，以便也可以采集圆形的偏差和因此对所需要的发射幅度的相关影响。
因为待检者的身体几何形状在水平和垂直轴上的区别最大，因此为了表示出这些方向上的负荷，将场探测器特别优选地相对于通过待检者的水平切面按0°，90°，180°和/或270°的角度设置。这里，场探测器优选地安装在天线的外部，以避免场探测器导线与天线结构交叉。
在另一个优选的实施方式中，借助于设置在天线馈线中的定向耦合器确定用于电流调节的反馈信号。对于仅有一条馈线的天线，相应地只需要一个定向耦合器。在具有多条馈线和对应数目的定向耦合器的天线中，定向耦合器的输出端分别又与相应的移相器连接，以便将定向耦合器的输出耦合信号以适当的相移进行叠加。借助于这种在发射路径中接入的定向耦合器，对提供给天线的电压和反射电压进行采集。由此，通过在导线上的变换间接地采集了在天线馈电点的关系。由于仅取决于天线几何形状的电感在测量期间保持恒定，所以在定向耦合器中感应的电压也与在天线中的电流成比例，因此可以直接从定向耦合器感应的电压信号中确定天线中的电流。


下面结合附图根据实施方式对本发明作进一步说明。图中相同的元件采用了相同的附图标记。其中，图1示出了按照本发明的磁共振测量装置的天线按照第一实施方式的原理电路，该磁共振测量装置包括一个具有调节装置的、提供高频脉冲的电路，图2示出了按照本发明的磁共振测量装置的天线按照第二实施方式的原理电路，该磁共振测量装置包括一个具有调节装置的、提供高频脉冲的电路，图3示出了按照本发明的磁共振测量装置的天线按照第三实施方式的原理电路，该磁共振测量装置包括一个具有调节装置的、提供高频脉冲的电路，图4示出了按照本发明的磁共振测量装置的天线按照第四实施方式的原理电路，该磁共振测量装置包括一个具有调节装置的、提供高频脉冲的电路。
具体实施例方式
所有实施方式的出发点都是，天线1是一个在磁共振测量装置中通常使用的、所谓“鸟笼型”(Birdcage-Typ)的发射天线1。该天线1是按照鸟笼形式构造的，并具有一个有两个端环3的圆柱形状，在端环3之间平行排列纵向条2。在端环3上每两个平行排列的纵向条2之间接入电容元件。利用这种天线1可以产生相对均匀的、垂直于天线1的圆柱轴A延伸的圆极化B1场。
在检查期间，将患者P沿天线1的圆柱轴A在天线空间中进行定位，其中，在两次单独拍摄之间，可将患者P的位置沿圆柱轴A改变，以便对患者P的不同身体区域进行检查。为此，患者一般位于在一个平面E内设置(没有示出)的检查床上，该检查床可以在圆柱轴A的方向上移动。通过患者P位置的改变，天线的负荷自动地被改变，因此天线1的衰减不同。
如果通过输入导线12，13向天线1中输入恒定的功率，则随着衰减的变化在天线1中流动的电流I和因此的场强，即从天线1发射出的高频脉冲的磁通量密度也变化。为了避免这点，在本发明所示的实施方式中分别通过改变发射功率将电流I调节在一个常数值上。
为此，在按照图1的实施方式中借助于两个场探测器4，5(也称为拾取探测器)确定一个与在天线中流动的电流I成比例的反馈信号RS。这里，该场探测器4，5安装在天线1外端环3的附近。这具有这样的优点，即场探测器导线不与天线结构交叉。但是，原理上场探测器4，5也可以设置在纵向条2的附近。
在通过天线1发射高频脉冲时，在场探测器4，5中感应一个与在天线中流动的电流I成比例的电压。这里，两个场探测器4，5相互成90°地在图中设置天线1前端环3上，使得两个探测器4，5的两个输出信号S1，S2，即感应电压，分别与天线1发出的、总计为圆极化的场的线极化分量成比例。这两个输出信号S1，S2借助于一个90°移相器相互叠加，并由此构成一个共同的反馈信号RS。
该反馈信号RS在解调器10中转换成直流电压信号。然后，该直流电压信号在比较器11中与一个控制信号或者控制值FS进行比较，该值最后构成为调节电流I的、对应于反馈信号RS的额定值。这样，在比较器11的输出端出现一个调节差值，该差值通过一个幅度调制器8与输入的高频控制信号HF结合。由此，该高频控制信号HF在适当的方向上这样地受到影响，即将馈入天线1中的功率这样改变，使得在天线1中的电流保持恒定。由幅度调制器8输出的高频控制信号HF，在天线1之前按照通常的方式利用HF功率放大器7放大，并利用一个90°耦合器(90°混合体)6分割，使得在天线1中通过天线馈线12，13馈入适当的相互有90°相移的HF信号，以便综合产生一个圆极化的B1场。
其中，对于来自探测器4，5的输出信号S1，S2或者共同的反馈信号RS的调制、与控制信号FS的比较以及对发射信号的校正，可以使用模拟和/或数字的手段实现。
图2示出了对按照图1电路仅有细微改动的实施方式。这里，没有示出天线1和检查对象P。天线1可以与图1中的实施方式同样地构成。
但是，与图1中的实施方式不同的是，这里没有采用场探测器4，5来确定反馈信号。而是在天线馈线12，13中接入了定向耦合器14，15，这些定向耦合器分别从在有关的天线馈线12，13上正向和反向行进的波中耦合出信号S3a，S3b，S4a，S4b。一个定向耦合器14，15的、对应于正向和反向行进的波的耦合信号S3a，S3b，S4a，S4b分别在加法器16，17中相加，其中，事先将对应于反向行进的波的信号S3a，S4a在移相器18，19中按一个角度移相，这刚好补偿了发射信号在沿从定向耦合器至天线并返回的相移。为此，对相移起作用的既有连接电缆的运行时间，又有在天线匹配网络中的相移。这样，在各加法器16，17的输出出现信号S3，S4，该信号与在天线1上的有关馈线12，13的所属馈电点上的电压成比例。然后，这两个信号S3，S4通过一个90°移相器相互耦合，并这样构成一个将天线1的电流I调节到一个常数值上的反馈信号RS′。该反馈信号RS′的其它处理类似于图1中的实施方式。按同样的方式同样地实现了根据反馈信号RS′对高频控制信号HF的影响。
图3示出了一种变形，其中，不仅计算电流I的幅度而且计算其相位，并在调节中加以考虑。利用这样的调节也可以补偿由患者影响的天线共振频率的变化。这种天线共振频率的变化可以例如这样出现，即，位于天线内的患者移动和例如手等靠近天线1移动。
图3的实施方式的出发点是，与在按照图1的实施方式一样，借助于在天线处设置的场探测器4，5确定反馈信号RS。其中，这里也是将来自于探测器的输出信号S1，S2首先通过90°移相器9相互叠加，构成一个共同的反馈信号RS。
该反馈信号RS已经包含了关于电流I的幅度和关于电流I的相位的信息。因此，将反馈信号RS分割，并一方面与在图1中的实施方式一样送给解调器10，以便从中产生一个直流电压信号，将该信号在比较器11中与控制值FS比较。然后，按照通常的方式将比较器11的输出信号用来通过幅度调制器8按适当的方式对高频控制信号HF产生影响。
此外，反馈信号RS被送至相位比较器22的输入，在该比较器中将该反馈信号RS与输入的高频控制信号HF的相位进行比较。然后，差值信号送至调节器21的输入，该调节器控制移相器20，该移相器设置在高频控制信号HF至天线1的馈线上幅度调制器8和功率放大器7之间。然后，在移相器20中相应地对输入的高频控制信号HF的相位以正确的方式进行改变，以便补偿天线共振频率的变化和由此引起的天线1相位的变化。
图4示出了另一个实施方式，该实施方式基本上如图3中的实施方式构成。这两种实施方式的唯一区别在于，这里，控制信号FS也由高频控制信号HF本身产生。为此，将为相位比较器22耦合出的高频控制信号HF的部分也同时送至整流器23，该整流器对高频控制信号HF进行整流并在输出端为比较器11产生所希望的控制信号FS。该馈入的高频控制信号HF特别适合于作为幅度额定值，因为这里涉及的是非常精确的信号，其准确地具有对于发射正确的高频脉冲所需要的脉冲形式。
除了在图中所示的并在上面描述的变形外，在专业人员推断的范围内，可以对按照本发明的方法以及按照本发明的磁共振测量装置按不同的方式进行变动，而不脱离本发明的范围。例如可以采用其它天线形式替代鸟笼天线。同样也可以按在一个简单的实施方式中仅仅使用一个单一的探测器，来产生反馈信号，或者可以采用多个探测器。特别是对不同实施方式的组合也是可能的，例如通过一个或者多个定向耦合器耦合出反馈信号，然后进行相位敏感的调节。
权利要求
1.一种校正高频脉冲场强的方法，该高频脉冲在磁共振测量中由磁共振测量装置的天线(1)送出，其特征在于，通过改变馈入到天线(1)中的功率，将送出高频脉冲时在天线(1)中流动的电流(I)调节到预定的额定值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在磁共振测量期间中将所述电流(I)保持在一个恒定值上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对在磁共振测量期间在天线(1)中出现的电流变化，在调节中进行欠补偿或者过补偿，以便使在测量期间由检查对象体内出现的电流对高频脉冲场强的影响至少部分地得到均衡。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在测量开始之前对供电功率进行基本的调节。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，对在天线(1)中流动的电流(I)进行相位敏感的调节。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，借助于一个靠近天线(1)设置的场探测器(4，5)确定用于调节在天线(1)中流动的电流(I)的反馈信号(RS)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过将至少两个按相互间适当的角度安装的场探测器(4，5)输出信号(S1，S2)的带有相移的叠加，来构成所述反馈信号(RS)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，将所述场探测器(4，5)按相对于通过待检查人员(P)的水平切面(E)0°和/或90°和/或180°和/或270°的角度设置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，借助于设置在天线(1)馈线(12，13)中的定向耦合器(14，15)，确定用于调节在天线(1)中流动的电流(I)的反馈信号(RS′)。
10.一种磁共振测量装置，其具有用于发射高频脉冲的天线(1)，其特征在于，其具有一个调节装置，用于通过改变馈入到天线(1)中的功率，将在天线(1)中流动的电流(I)调节到预定的额定值上。
11.根据权利要求10所述的磁共振测量装置，其特征在于，其具有靠近天线(1)设置的场探测器(4，5)，该场探测器与所述调节装置连接，并将由天线(1)在所涉及的场探测器(4，5)中感应的电压作为输出信号(S1，S2)传递至该调节装置。
12.根据权利要求11所述的磁共振测量装置，其特征在于，其具有至少两个场探测器(4，5)，用于确定由天线(1)发射的圆极化场的两个线极化分量。
13.根据权利要求12所述的磁共振测量装置，其特征在于，所述场探测器(4，5)通过一个移相器(9)与所述调节装置连接，该移相器将场探测器的输出信号(S1，S2)进行叠加，以构成一个共同的反馈信号(RS)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的磁共振测量装置，其特征在于，将所述场探测器(4，5)以相对于通过待检查人员(P)的水平切面(E)0°和/或90°和/或180°和/或270°的角度设置。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的磁共振测量装置，其特征在于，将所述场探测器(4，5)设置在所述天线(1)的外部。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的磁共振测量装置，其特征在于，其具有在天线馈线(12，13)中设置的定向耦合器(14，15)，该定向耦合器与所述调节装置连接。
全文摘要
本发明涉及一种校正高频脉冲场强的方法，该高频脉冲在磁共振测量中由磁共振测量装置的天线(1)发出。为此，通过改变在天线(1)中馈入的功率将由天线(1)中发出高频脉冲时流动的电流(I)调节到一个预定的额定值。此外，本发明涉及一种磁共振测量装置，其具有一个对应的调节装置，用于调节在天线(1)中流动的电流(I)。
文档编号G01R33/58GK1504760SQ20031011809
公开日2004年6月16日 申请日期2003年11月24日 优先权日2002年11月22日
发明者路德维格·埃伯勒, 马库斯·维斯特, 维斯特, 路德维格 埃伯勒 申请人:西门子公司