专利名称：磁共振成像设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种磁共振成像(MRI)设备，它包括一个RF线圈系统，所述系统包含有用来从感兴趣的区域检测RF信号的M个RF线圈(M是一个大于2的整数)，该设备还包括用来接收和处理检测到的RF信号的N个接收器通道(N是大于1而小于M的整数)。
本发明亦关于一种磁共振成像(MRI)方法，包括使用包括M个RF线圈的RF线圈系统从感兴趣的区域检测RF信号的步骤(M是大于2的整数)，以及使用N个接收器通道接收和处理检测到的RF信号(N是大于1而小于M的整数)。
背景技术：
在本文起始段落中提及的那些类型的MIR设备和MIR成像方法是众所周知的并被广泛应用。使用磁体来产生一个穿过检测区域的暂时稳定、均匀磁场，并且包括有RF线圈系统的射频(RF)单元被用来将RF信号发射到检测区域，以诱发和操纵排列于检测区域内的偶极子的磁共振和/或用来从排列于检测区域内的偶极子接收RF信号。
文章《SENSESensitivity Encoding For Fast MRI》(KlaasP.Pruessmann等人，Magnetic Resonance In Medcine，42952-962(1999))介绍了借助多个接收器线圈的阵列大大提高磁共振成像性能的概念。在所述文章中，介绍了敏感度编码(SENSE)，它建立在下述事实基础上，即接收器敏感度通常具有与通过线性场梯度得出的傅里叶处理互补的编码效果。通过利用多个接收器线圈的阵列，得以降低扫描时间并且提高分辨率。上述方法利用了稀疏取样(undersample)或k空间取样缩减以及已知的单个线圈敏感度曲线。由于取样是使用大于奈奎斯特准则所规定的步长大小进行的，因此在傅里叶变换过程中(总是必然地)会出现所谓的重叠，以致理论上从物理图象空间中得到的两个不同的点不能够相互区分开来。
在实践中，所检查的解剖区域需要更多的线圈单元和接收器通道，这些线圈和接收器通道作为硬件设置在MRI设备中。飞利浦制造和销售的MRI设备-Gyroscan NT在实践中也得到了应用，该设备能够通过应用六个接收器通道，同时处理多达六个协同/相控阵列线圈。但是某些应用可能需要更多的接收器通道和RF线圈。如果RF线圈数多于接收器通道就必须选择线圈以分配给可用的接收器通道。大量的接收器通道在理论上是可行的并且能够导致较短的采集时间或较高的分辨率。但是每一个额外的接收器通道会显著增加MRI设备的成本，并且接收器通道数量的每一次变化都必须对整个系统进行重新设计，因为这样会需要更大的带宽。
在本领域中，对于具有例如八个RF线圈的RF线圈系统而言，通常的情况是，通过对从具有正交模式的相对的RF线圈获得的RF信号进行组合，将这八个RF线圈映射到四个接收器通道上。不过，这样的组合对于上述提到的SENSE方法不是最佳的，因为应用SENSE缩减时必然要呈现的空间点都要同样地在一个接收器通道中被编码。
发明内容
本发明的一个目的就是提供一种本文起始段落中提到的那种类型的磁共振成像(MRI)设备以及磁共振成像方法，该设备和方法用来对SENSE方法进行优化，并且能够对MRI设备提供一种廉价、鲁棒和可靠的支持，具有比RF线圈系统中的单元数目更少的接收器通道。
为了能够获得这个目标，依照本发明的磁共振成像设备以及磁共振成像方法的特征在于，对至少两个RF线圈进行组合，以用单个的接收器通道接收上述RF线圈的RF信号，其中选择上述至少两个RF线圈，以便沿着线圈敏感度编码的主轴提供最大的空间变化线圈敏感度。
本发明是基于通过应用扫描的优选定向和/或SENSE缩减方向的知识，选择来自RF线圈的RF信号的组合方式。SENSE方法使用线圈敏感度曲线的空间清晰度来编码空间信息。从空间中几个位点得到的数据将在已编码(under-encoded)图像中整合。为了便于SENSE呈现，所要呈现数据的点处的敏感度应当尽可能地区分开来。这在单独的RF线圈或线圈组合体检测检查物体时能够得到很好的实现，例如一位患者或患者的一个部分，通过尽可能不同的方式能够最好的达到这一点。最好是，基于相应的解剖角度和最佳的图像平面/定位以及相关的折叠/SENSE返折方向，选择一个固定的组合，以便将RF线圈数量M缩减到接收器通道数量N；即，最好依据最佳的线圈敏感度编码轴选择一种组合，以便使用RF线圈系统进行主要的检查。
依据本发明的磁共振成像设备的一个特定的实施例特征在于，成对的两个RF线圈分别被组合并连接到单独的接收器通道，其中至少一个RF线圈没有与任何一个其它的RF线圈相组合。在实际应用中已经显示出这样一个实施例，其中一个或更多的RF线圈保持独立，从而从所述线圈接收到的RF信号不与从另一个或另几个RF线圈获得的RF信号相组合进入一个共用接收器通道，由此获得较好的信噪比(SNR)。
依据本发明的磁共振成像设备的一个特定的实施例的特征在于，RF线圈系统包括有8个RF线圈，MRI设备包括有6个接收器通道，其中各自包含两个RF线圈的两对线圈分别与两个接收器通道相组合，同时余下的4个RF线圈与剩下的4个接收器通道相组合。这样的一个RF线圈系统适于用来进行患者头部的扫描，8个RF线圈最好以鸟笼的形式围绕头部排列。另一个应用是心脏成像，其中各自包含4个RF线圈的两圈线圈分别围绕患者身体排列。这种MRI设备有益实施，特别是RF线圈的有益组合在权利要求3至10中加以限定，并通过下面的图解进行更为详细地解释。但是，这一发明并不局限于这些特定的实施例，而能够应用于任何一个其它的RF线圈数多于接收器通道数的MRI设备。
在下面将结合附图详细解释本发明的特定实施例，其中图1显示一个概括解释SENSE方法的图表，图2显示一个已知头部线圈装置的实施例，图3示意显示本发明RF线圈系统的第一实施例，图4示意显示本发明RF线圈系统的第二实施例，图5示意显示本发明RF线圈系统的第三实施例，图6示意显示本发明RF线圈系统的第四实施例。
具体实施例方式
图1解释了用于介绍本发明的几个术语。其中显示一个二维卡笛尔栅格(cartesian grid)，该栅格放置在z-y方向上。Z方向可以被认为是切片选择方向，y方向可以认为是相位编码方向。已知的方法应用敏感度编码并利用在稀疏取样或k-空间取样缩减以及已知的单个线圈敏感度曲线。这样在两个维度上都缩小了视场(FOV)1。缩小后的FOV2中的像素3代表形成卡笛尔栅格的像素的叠加。如图1所示例子中四个这样的像素位于整个FOV1中。于是实际的混淆度为4。从而在单独的线圈重建图像中生成混淆像素，不过，可以利用每一个线圈的不同敏感度曲线来进行呈现。对此有一些约束。应用SENSE对k空间取样的缩减和随后图像有效的呈现仅可以在多接收器线圈的方向上获得，即，在缩减方向上。SENSE重建算法将呈现图像。混淆或叠影虚像于是在同一方向产生，例如，在叠影方向。
图2显示一个已知的包括8个RF线圈11-18的RF线圈系统的实施例，它们以鸟笼的样式围绕着患者头部4，并且包括额外的已知装置，用于选择并组合从这8个RF线圈11-18获得的RF信号到四个接收器通道C1、C2、C3、C4。可以看出，从每一个单独的RF线圈得到的RF信号首先由预放大器5进行预放大，接着在两个RF线圈对的RF信号通过一个RF加法器/组合器7组合到一个单独的接收器通道中之前由相移器6进行移相。依据已知的建议，在头部4相反的方向设置的RF线圈的RF信号被组合到一个接收器通道中，即，从RF线圈11和15获得的RF信号被组合到接收器通道C1中，从RF线圈12和16获得的RF信号被组合到接收器通道C2中，从RF线圈13和17获得的RF信号被组合到接收器通道C4中以及从RF线圈14和18获得的RF信号被组合到接收器通道C3中。这形成一组LR(＝左/右)线圈11、15，一组AP(＝前/后)线圈13、17，和与AP和LR方向斜向排列的两组线圈12、16和14、18。
如图2所示的RF线圈系统对于SENSE方法而言不是最佳的，这是由于应用SENSE缩减时必须被呈现的空间点在一个单独的接收器通道中进行编码，这不能足够适当地表明不同的复合线圈敏感度模式，以允许展现。因此建议，依照本发明，通过这样的方式组合来自于RF线圈的RF信号最大的空间变化线圈敏感度是沿着线圈敏感度编码的主轴提供的。这意谓着，依据本发明，依据对在感兴趣的主要解剖区域扫描的优选主要方向和SENSE缩减方向的观察或了解从RF线圈选择来自RF线圈的RF信号的固定组合方式。沿着适宜的或实际的SENSE缩减方向尽可能地提供这种特征。这种组合方式的特定的实施例在图3至6中示意性地示出。
这一实施例应用脑部解剖加以讨论。这里，至少在柱形系统，主要的扫描在叠影方向LR(大约70％)，接着是AP(大约20％，特别是EPI)。强烈偏爱某些方向，然后可以进行“硬线”选择，来从8个线圈中选出4个组合到2个通道中。这是本发明的要点。
图3表示来自包括8个RF线圈11-18的RF线圈系统的RF线圈的RF信号的组合的第一实施例。对于所有这些的实施例，假设6个接收器通道是可用的，但是本领域技术人员可以轻松地进行向更多或更少RF线圈和/或接收器通道的推广。为了将8个RF线圈11-18映射到这6个接收器通道上，组成了分别包含两个RF线圈的两对线圈，每对的RF信号各自组合到一个单独的接收器通道中，同时余下的四个RF线圈的RF信号各自被输入到一个独立的接收器通道中。
依据图3所示第一实施例，RF线圈12和16的RF信号组合到一个接收器通道中，而RF线圈14和18的RF信号组合到一个接收器线圈中。余下的RF线圈保持独立并分别与四个剩下的接收器通道相连接。在这一实施例中，对于前/后(AP)和左/右(LR)轴线斜向排列的RF线圈的RF信号被组合，同时平行或垂直于上述方向的RF线圈11、13、15、17的RF信号保持独立。
如图4所示第二实施例中，RF线圈12和16的RF信号，以及RF线圈14和18的RF信号被组合到分开的接收器通道中。在例如AP方向被选为SENSE缩减方向时，这样的不对称组合将是最佳的。在这种情况下，在考虑相位特性的时候，这样的组合是有益的。可以看出，第一对RF线圈13和17平行于SENSE缩减方向，同时第二对RF线圈对与SENSE缩减方向斜行排列，但是位置临近第一对RF线圈13和17。
一种更为对称的组合如图5所示。其中对RF线圈12和18的RF信号组合并且将RF线圈14和16的RF信号组合到一个独立的接收器通道中。当选择AP方向作为SENSE缩减方向时，而且在这种情况下，RF信号按对组合的RF线圈12、14、16和18的排列方式是斜向于SENSE缩减方向的。但是，与图3所示实施例相反，每一对中的一个RF线圈平行于另一对的一个RF线圈。
图6中示意性地示出了第四实施例。其中RF线圈13和14的RF信号组合并且RF线圈17和18的RF信号组合到一个独立的接收器通道中。在实际应用中已经显示这种相邻的RF线圈的组合，特别具有90度相移，会导致高的SNR。
注意如上面描述和显示的具有8个RF线圈的RF线圈系统的MRI设备应该被理解为是一个特殊的例子，而不应将本发明限定于这样的特定的RF线圈系统。相反，本发明可以应用于任何一个具有一个RF线圈数大于接收器通道数的RF线圈系统的MRI设备。另外，线圈的组合方式也可以与上面所显示和描述的组合不一样。通常，单个线圈组单元需要尽可能与主要感兴趣的解剖部位的主SENSE缩减方向对齐。
在头部线圈排列中，其中成像平面通常对于LR轴成约20度角，覆盖AP方向的RF线圈需要在这一方向呈线状。在诸如心脏成像应用中，单独的RF线圈需要最佳覆盖心脏最常用的截面位置，象短轴、长轴、四腔视角以及它们相应的叠影或SENSE缩减方向。可以想象最佳放置的RF线圈是自动移动并且选择，以最优化几何因素。这取决于单独RF线圈的几何起始点。假设RF线圈系统包括两圈各四个RF线圈，以便与6个接收器通道相组合，位于身体右前和/或后部分的RF线圈被认为对于长轴视角所需要的敏感度作用不大。这些能够，例如，进行组合。但是，这需要一些额外的研究，有赖于RF线圈的大小和他们的拓扑学。总地来讲，RF线圈的组合原因是，例如，对于接收器通道数目少于RF线圈单元数目的旧MR系统的传统设备支持，通过这种方法，剩余的组合RF线圈在感兴趣的主轴上确实具有尽可能高的空间清晰度的特征。
权利要求
1.一种磁共振成像设备，包括一个RF线圈系统，包括M个RF线圈，用来从感兴趣的区域中检测出RF信号，M为大于2的整数；以及N个接收器通道，用于接收和处理检测到的RF信号，N是大于1而小于M的整数，其特征在于，对至少两个RF线圈进行组合，以使用一个单独的接收器通道来接收所述RF线圈的RF信号，其中选择所述至少两个RF线圈，以便在线圈敏感度编码的主轴上提供最大空间变化线圈敏感度。
2.按照权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于，分别组合包含两个RF线圈的线圈对并且将其与一个独立的接收器通道相连接，其中至少一个RF线圈不与其他任何一个RF线圈相组合。
3.按照权利要求1所述的磁共振成像设备，其特征在于所述RF线圈系统包括有8个RF线圈，其中配备6个接收器通道以及其中分别组合包含两个RF线圈的线圈对，以分别使用两个独立接收器通道接收所述RF线圈对的RF信号。
4.按照权利要求3所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述8个RF线圈排列成环状，特别地形成鸟笼状头部线圈排列。
5.按照权利要求3所述的磁共振成像设备，其特征在于，分别组合包含两个RF线圈的线圈对，所述线圈对与敏感度编码的主轴斜向排列，特别是前-后和左-右轴。
6.按照权利要求5所述的磁共振成像设备，其特征在于，第一对的RF线圈彼此平行排列，第二对RF线圈彼此平行排列并垂直于第一对的RF线圈。
7.按照权利要求5所述的磁共振成像设备，其特征在于第一对RF线圈彼此垂直排列，第二对RF线圈彼此垂直排列，其中所述第二对的RF线圈的每一个线圈与第一对的一个RF线圈平行排列。
8.按照权利要求3所述的磁共振成像设备，其特征在于第一对RF线圈与敏感度编码的主轴平行放置，而第二对RF线圈与敏感度编码的主轴倾斜放置。
9.按照权利要求8所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述第一或所述第二对的RF线圈分别是并列的。
10.按照权利要求8所述的磁共振成像设备，其特征在于，所述第一或所述第二对的RF线圈分别是彼此平行的。
11.一种磁共振成像方法，包括以下步骤使用包括M个RF线圈的RF线圈系统检测来自于感兴趣区域的RF信号，其中M为大于2的整数，以及使用N个接收器通道接收并处理所检测到的RF信号，N为大于1且小于M的整数；其特征在于，对至少两个RF线圈进行组合，以使用一个单个的信号接收器通道接收所述RF线圈的RF信号，其中选择所述至少两个RF线圈，以便在线圈敏感度编码的主轴上提供最大空间变化线圈敏感度。
全文摘要
本发明涉及一种磁共振成像设备，该设备包括一个RF线圈系统，后者包括M个RF线圈(11－18)用来检测兴趣区域的RF信号，M是大于2的整数，该设备还包括N个接收器通道用来接收和处理检测到的RF信号，N是大于1而小于M的整数。根据本发明，对至少两个RF线圈(12，16；14，18)进行组合，以使用一个接收器通道接收所述RF线圈的RF信号，其中选择所述至少两个RF线圈，以便在线圈敏感度编码的主轴上提供最大的空间变化线圈敏感度。所建议的MRI设备提供一个最佳的解决方案使得它能够应用于SENSE方法。总的想法是沿最佳或实际的SENSE缩减方向拥有尽可能大的独立性并且在沿感兴趣的临床主轴上尽可能地表现空间清晰度。
文档编号G01R33/561GK1662824SQ03814426
公开日2005年8月31日 申请日期2003年6月11日 优先权日2002年6月21日
发明者J·S·范登布林克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司