阅读说明：本技术 操作mri装置的方法 (Method of operating an MRI apparatus ) 是由 S.比伯 A.班普顿 M.威斯特 A.德奥利韦拉 V.莫德尔 J.尼斯特勒 A.波特哈斯 于 2019-08-21 设计创作，主要内容包括：本发明描述了一种操作MRI装置(1)的方法,该方法包括以下步骤：基于第一容限窗口(W1)识别第一磁体目标频率(f<Sub>T1</Sub>)；并且基于第二容限窗口(W2)识别第二磁体目标频率(f<Sub>T2</Sub>)；选择磁体目标频率(f<Sub>T1</Sub>,f<Sub>T2</Sub>)中的一个；并且将MRI装置(1)的磁体(10)励磁到所选择的磁体目标频率(f<Sub>T1</Sub>,f<Sub>T2</Sub>)。本发明进一步描述了一种MRI装置(1)和一种用于执行该方法的步骤的计算机程序产品。(The invention describes a method of operating an MRI apparatus (1), the method comprising the steps of: identifying a first magnet target frequency (f) based on a first tolerance window (W1) T1 ) (ii) a And identifying a second magnet target frequency (f) based on a second tolerance window (W2) T2 ) (ii) a Selecting a magnet target frequency (f) T1 ，f T2 ) One of (a); and exciting the magnet (10) of the MRI device (1) to the selected magnet target frequency (f) T1 ，f T2 ). The invention further describes an MRI apparatus (1) and a computer program product for performing the steps of the method.)

操作MRI装置的方法

技术领域

本发明描述了一种操作MRI装置的方法。本发明进一步描述了一种MRI装置。

背景技术

磁共振成像(MRI)系统领域的发展已导致低场系统的进步，由于低场系统较小的占地面积，其可以是优选的。低场系统可以是开放式的，可以允许介入过程，并且更便宜。术语“低场系统”通常指代具有至多1.0特斯拉的磁场强度的系统。磁场强度超过1.0特斯拉的MRI系统通常被称为“高场系统”。目前正在开发的低场系统的磁场强度甚至可以低于1.0特斯拉，并且甚至可以低于0.5特斯拉。

当首次在现场安装MRI系统时，执行励磁(ramp)过程以在主线圈绕组中建立主磁场(也称为静态背景场)。在初始化安装励磁过程之后，使用匀场线圈进行必要的调整以考虑本地环境。通常，借助于放置在装置中的合适位置的探针确定目标频率(即主磁体的中心频率)。为了允许由于元件老化引起的磁场的不可避免的衰减——通常在每年数百ppm的量级，该目标频率通常超过体线圈的中心频率一定量，该量足以确保主磁场的中心频率尽可能长时间地保持在体线圈中心频率之上。

在任何超导MRI系统中，由于磁体的剩余电阻，磁场的衰减是不可避免的。场衰减意味着主磁场的中心频率逐渐偏离初始设置。最终，有必要重新励磁系统。在高场系统中，体线圈和射频系统的带宽非常大(例如，体线圈带宽为±100kHz或更多)，以至于在场衰减不合规范之前可能需要数年时间。通常，必须更快地安排另一个服务过程，诸如冷头交换。为了执行这样的服务过程，磁体在任何情况下都必须被降磁(ramp down)和充磁(rampup)，因此有机会重新校准系统。

在励磁磁体之前，识别主磁场的目标频率。通常设置最高可能目标频率并使用匀场线圈进行主磁场的微调。通过设置最高可能目标频率，衰减窗口(频率漂移到允许频带的下端所花费的时间)尽可能长。如上所述，该方法适用于具有高带宽的系统。然而，低场系统的带宽显著窄于高场系统的带宽，仅在10kHz-25kHz的量级，从而设置磁体目标频率的现有技术方法限于更短的“衰减窗口”。因为衰减窗口较窄，所以低场MRI系统的磁体频率在较短的时间内衰减到不合规范的水平。这意味着低场MRI系统通常必须更频繁地励磁。

理想地，体线圈的中心频率将与主磁场的频率相同。然而，对于低场磁体，反射效应会降低系统的准确度，并且中心频率会降低。

第一超导低场MRI系统通常被实现为垂直场系统，其特征在于相对低效的体线圈。已知这些早期的低场垂直系统不如可比较的水平场系统(具有笼式体线圈)可靠，从而必须相对频繁地安排服务检查。在这些服务过程中，检查主磁场的频率，并在必要时重新励磁系统。在低场系统中，可能需要执行间歇性的励磁过程，例如在基础设施问题的情况下，诸如断电或冷却问题布置的问题等。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服上述问题的励磁MRI装置的方法。

该目的由操作MRI装置的权利要求1的方法实现，并且由权利要求8的MRI装置实现。

根据本发明，操作MRI装置的方法包括以下步骤：基于第一容限窗口识别第一磁体目标频率；基于第二容限窗口识别第二磁体目标频率，该第二容限窗口超过第一容限窗口；选择磁体目标频率中的一个；并且，在规定时间，将MRI装置的磁体励磁到所选择的磁体目标频率。

如上所述，用于励磁过程的目标频率受到由射频系统的带宽定义的容限窗口的上边界的约束。在本发明的上下文中，第一容限窗口应被理解为具有与第二容限窗口不同的带宽，即一个容限窗口窄于另一个容限窗口。因此，两个可能的目标频率也将不同。取决于规定的励磁过程的性质，在励磁过程期间选择和使用两个目标频率中更适当的。

可以假设容限窗口显著不同，即第一容限窗口的宽度与第二容限窗口的宽度相差显著的数量，例如至少10kHz-100kHz。

在规定时间励磁磁体，由此应理解为意味着在MRI装置的操作期间连续监测磁场，并且当检测到磁场已经衰减到接近下限的水平时，可以向操作者发出警报，然后操作者可以在下一个方便的机会安排励磁过程。

根据本发明，MRI装置包括：第一频率确定部件，用于基于第一容限窗口识别第一磁体目标频率；以及第二频率确定部件，用于基于第二容限窗口识别第二磁体目标频率，其中第二容限窗口超过第一容限窗口。装置进一步包括选择单元，其被实现为适当地选择磁体目标频率中的一个；以及励磁控制器，用于启动励磁过程以将磁体励磁到所选择的磁体目标频率。

本发明的MRI装置的一个优点是可以显著地更经济地运行，因为可以延长连续励磁事件之间的时间间隔，从而减少停机时间(在此期间不能进行MRI扫描)。

上述MRI装置的单元或模块，特别是频率确定单元和选择单元，可以完全或部分地实现为在MRI装置的控制单元的处理器上运行的软件模块。主要以软件模块的形式实现可以具有以下优点：可以以相对较少的努力更新已经安装在现有MRI系统上的应用，以执行本申请的方法步骤。本发明的目的还由一种计算机程序产品来实现，该计算机程序产品具有计算机程序，该计算机程序可直接加载到MRI装置的控制单元的存储器中，并且该计算机程序产品包括程序单元，以当由控制单元执行该程序时进行本发明方法的步骤。除了计算机程序之外，这样的计算机程序产品还可以包括诸如文档和/或附加组件的其它部分，以及诸如硬件密钥(电子狗等)的硬件组件，以使访问软件便利。

诸如记忆棒、硬盘或其它便携式或永久安装的载体的计算机可读介质可以用于传输和/或储存计算机程序产品的可执行部分，以便这些可以从MRI装置的处理器单元读取。处理器单元可包括一个或多个微处理器或其等同物。

如在以下描述中所揭示的，从属权利要求给出了本发明的特别有利的实施例和特征。可以适当地组合不同权利要求类别的特征以给出本文未描述的其它实施例。

本发明的方法可以应用于任何适当的MRI装置，例如在具有超导磁体、永磁体或电磁体的MRI装置中。然而，具有超导磁体的低场MRI装置在更大程度上受益于本发明的方法。因此，但不以任何方式限制本发明，在下文中，可以假设MRI装置的磁体是超导磁体。

还可以假设MRI装置是低场MRI装置。在本发明特别优选的实施例中，磁体的场强至多1.0T，更优选地场强至多0.3T。如上所述，中场或高场MRI装置的RF带宽通常非常大，但是低场装置的带宽显著更窄，并且例如可以小到10kHz。在本发明的其它优选实施例中，MRI装置具有RF带宽不超过50kHz的体线圈。

如上所述，第一容限窗口具有与第二容限窗口不同的带宽。在本发明的另一优选实施例中，第一容限窗口相对较窄，并且当可以精确确定磁体频率时应用第一容限窗口。优选地，第一容限窗口具有至多5kHz的带宽，更优选地具有至多0.1kHz的带宽。例如，当可以使用场探针估计磁体频率时，可以应用第一容限窗口。通过将场探针放置在MRI装置中的合适位置，例如在均匀体积中或甚至放置在B0场的等中心中，可以在电源处的电流和/或电压与检测到的回波频率之间建立直接关系，从而允许以高准确度确定磁体频率。因此，可以将磁体励磁到在窄容限窗口的上边界附近的目标频率。在磁体频率衰减到下限之前，励磁到更高的目标频率将确保更长的持续时间(即更宽的衰减窗口)。

在本发明的其它优选实施例中，第二容限窗口相对较宽并且具有至多50kHz的带宽，更优选地具有至多10kHz的带宽。因此，第二容限窗口导致较低的目标频率。尽管这可能似乎是一个缺点，但发明人已经认识到能够使用低准确度分流器估计磁体频率并执行显著更短的励磁过程的优点可以比更短衰减窗口的缺点重要。

例如，当使用场探针将磁体励磁到高精度时，使用第一容限窗口。替代地，当使用阵列匀场设备(在初始安装过程期间使用以建立匀场绘图的具体场探针布置)来励磁磁体时，使用第一容限窗口。这种类型的励磁过程更准确，但磁体需要很长时间才能达到较高的第一目标频率。这样的励磁过程通常需要专业知识，并由有资质的人员进行。

优选地，当在不存在MR回波频率的情况下(即在不使用场探针或测量来自体线圈的反射信号的情况下)对磁体励磁时，或者当在不存在任何用户交互的情况下进行励磁过程时，选择第二目标频率。例如，可以仅使用磁体电源(MPSU)来进行到第二频率的励磁过程，即，在励磁和估计磁体频率的瞬时值的同时通过使用经济但不准确的分流器来测量MPSU的电流或电压以确定励磁序列何时完成。这种不太准确的励磁过程花费较短的时间来达到较低的第二目标频率，并且当用户不可用于给出用户输入时可能是优选的，这可能发生在当磁体要自主励磁时。这样的情况的示例可能是，在导致磁体降磁的断电或冷却中断(因为冷却系统需要电源)之后充磁磁体。当电源恢复并且冷却系统再次可靠地操作时，在不需要任何用户在场的情况下磁体可以自主地充磁。

可以预定义(即由制造商定义)用于不同目标频率的容限窗口。定义合适的容限窗口的各种参数可以例如供应给客户，并且可以储存在系统中，或者可以由系统硬件带有。

目标频率由体线圈RF带宽的上边界和适当的容限窗口定义。这确保了目标频率始终是下一个规定的励磁事件最高可能目标频率。这有助于增加MRI系统寿命期间励磁事件之间的平均间隔，并减少系统停机时间。

RF带宽的上边界可以设置为固定参数，也可以在调整期间或制造阶段对它进行测量。它可以储存在软件中，例如作为系统参数。替代地，RF带宽的上边界可以是由主要硬件组件(例如体线圈)指定的个别参数，并且然后由中央控制系统从那里读出。

本发明的一个优点是可以基于用户输入选择第一或第二励磁机构，或者系统可以取决于连接到系统的硬件建立两个励磁部件中哪一个最适当。例如，可以从可由MRI控制器读取的线圈代码自动辨识匀场阵列探针的存在，然后MRI控制器将自动选择较窄的容限窗口。将使用场探针或匀场阵列设备进行充磁，并且可以从频率测量校准MPSU传感器或分流器的读数。

在本发明的一个优选实施例中，在励磁过程期间，基于由电流传感器测量的磁体电流确定磁体频率。电流传感器优选地包括连接在MPSU和磁体之间的电流表分流器。电流表分流器可以通过与动圈式电流计并联的已知且非常小的电阻器来测量大电流值。这样的电流表分流器有利地是经济的，但当它是新的时具有显著的不准确度，例如500ppm的量级。由于长期老化影响，不准确度甚至会进一步增加到5,000ppm。可以从分流器测量的电流导出磁体频率。由于分流器的准确度相对较差，所测量的磁体电流可能偏离磁体实际电流500-5,000ppm，从而导出的磁体频率将偏离实际磁体频率500-5,000ppm。即使如此，对磁体频率的这种粗略估计也可以允许确定用于励磁过程的目标频率。对磁体电流使用这样的粗略估计是对励磁到更高目标频率所需更长时间的权衡。

作为使用低准确度电流传感器来估计磁体电流并导出磁体频率的替代方案，可以基于来自霍尔传感器的场测量来估计磁体频率。此处，磁体频率以相对不准确的方式导出，因为霍尔传感器通常只能在有限准确度内测量B0场，并且估计的场强可以与实际场强相差500-50,000ppm。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，本发明的其它目的和特征将变得显而易见。然而，应该理解，附图仅仅是为了说明的目的而设计的，而不是作为本发明的限制的定义。

图1示出了根据本发明实施例的超导低场MRI装置的简化电路图；

图2示出根据本发明实施例的MRI装置的简化框图；

图3图示了基于窄容限窗口确定目标频率；

图4图示了基于宽容限窗口确定目标频率。

在图中，相同的数字始终指代相同的对象。图中的对象不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了超导低场MRI装置1的极大简化的电路图。装置包括主磁体10，其生成非常均匀的主磁场B0。图2示出了指示主磁体10的MRI装置1的简化框图。可以假设存在附加的通常布置，即体线圈BC、匀场线圈和若干梯度线圈。MPSU 10P用于在充磁过程期间向磁体10供应电流I₁₀。包括与旁路电阻器并联的超导开关的开关组件17示出为连接在主磁体线圈两端。在充磁过程中开关闭合，以便少量电流通过旁路电阻。当达到期望的磁场强度时，开关打开。

在该示例性实施例中，电流传感器S被实现为电流表分流器并且包括分流器18和电流计19，电流计19被布置为测量通过分流器18的电流。测量的电流I₁₀'基本上对应于通过磁体10的电流I₁₀。通过分流器调节微小损耗，磁体电流I₁₀可以确定为500-5,000ppm的准确度。电流传感器组件将随时间老化，并且可以量化该老化并且用于适当地调整测量的电流值。

MRI系统1包括各种模块和单元，其中大部分将是技术人员已知的并且在此不需要解释。系统1可以带有一组参数(诸如体线圈RF带宽W_BC和容限窗口W1、W2)以用于计算目标频率。任何这样的参数都可以储存在合适的存储器模块中。图2示出了两个频率确定模块11、12，每个频率确定模块11、12被实现为基于容限窗口W1、W2，体线圈RF带宽W_BC和适当的输入变量来识别磁体目标频率f_T1、f_T2。为了计算较高的第一目标频率f_T1，第一频率确定模块11的输入变量是当在充磁期间将探针放置在体线圈BC内时从体线圈BC反射的测量的RF信号f_BC'。为了计算较低的第二目标频率f_T2，第二频率确定模块12的输入变量是由电流表分流器S测量的磁体电流I₁₀'。

提供选择模块13以选择适合于下一个重新励磁过程的计算的磁体目标频率f_T1、f_T2中的一个。提供励磁控制模块14以启动励磁过程以使主磁体10励磁到所选择的磁体目标频率f_T1、f_T2。单元和模块可以实现为MRI装置1的中央控制系统的一部分。

图3是幅度相对于频率的曲线图，图示了基于窄容限窗口W1的励磁过程的目标频率f_T1的计算。在这种情况下，体线圈射频带宽W_BC的上边界可以设置为固定参数，或者可以在调谐过程期间或在制造阶段期间测量。例如，体线圈RF带宽W_BC可以是50kHz的量级。该信息可以储存在软件中作为系统参数，或者可以是体线圈带有的参数，例如在是体线圈系统的一部分的诸如EEPROM或闪速存储器的存储器模块中。可以由MRI装置的控制器从这样的存储器模块读出体线圈RF带宽W_BC。

在这种相对准确的方法中，将探针放置在体线圈BC中并计算磁体频率f₁。

然后可以将第一目标频率f_T1表示为

举例来说，可以使用探针估计磁体的频率f₁为大约20MHz。使用30kHz的已知体线圈RF带宽W_BC和1kHz的已知窄窗口W1，使用等式(1)确定下一个励磁事件的目标频率f_T1为20.014500MHz。

图4是幅度与频率的曲线图，图示了基于宽容限窗口W2的励磁过程的第二目标频率f_T2的计算。射频带宽W_BC的上边界已知，如上面图3所示。宽容限窗口W2也是已知的。使用使用图1的分流器S测量的相对不准确的电流I₁₀'来估计磁体频率f₂。

然后可以将第二目标频率f_T2表示为

举例来说，可以使用分流器估计磁体的频率f₂为大约20MHz。使用30kHz的已知体线圈RF带宽W_BC和10kHz的已知宽窗口W2，使用等式(2)确定下一个励磁事件的目标频率f_T2为20.01MHz。

例如，当要进行自主充磁序列时，或者当不存在用户可用于放置场探针时，可以使用该粗计算的目标频率f_T2。

尽管已经以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多附加的修改和变化。

为了清楚起见，应该理解，在本申请中使用“一”或“一个”并不排除多个，并且“包括”不排除其它步骤或元件。提及“单元”或“模块”并不排除使用多于一个单元或模块。