CN112858974A - 局部区域的匀场方法、局部线圈及磁共振成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例中公开了一种局部区域的匀场方法、局部线圈及磁共振成像装置。其中局部区域的匀场方法，包括：在局部线圈内部放置一硅钢片部件；施加主磁场时，所述硅钢片部件在所述主磁场内感应出一个局部磁场，所述局部磁场能够对所述主磁场在所述局部线圈区域的不均匀性进行匀场补偿。本发明实施例中的技术方案能够提高局部区域的磁场均匀性，进一步确保磁共振成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像领域，特别是一种局部区域的匀场方法、局部线圈及磁共振成像装置。
背景技术
磁共振成像(MRI，Magnetic Resonance Imaging)装置是基于磁体产生的磁场，利用核磁共振现象获取分子结构及人体内部的结构信息等。根据磁共振成像原理，为了得到高质量的MR图像，要求MRI装置中的磁体在某特定空间即检测区域内提供一个均匀度非常高的磁场。其中，主磁场(B0场)的均匀性是影响成像质量的重要因素，特别是对脂肪抑制来说。在压脂序列中，有两种射频脉冲，一种是用于正常水信号成像的脉冲，另一种是用于抑制脂肪信号的压脂脉冲。水和脂肪的两个共振频率非常接近，如果B0场不均匀，水和脂肪的共振频率模糊，压脂脉冲便很难精确抑制脂肪信号。
虽然B0场的均匀性在磁体的中心位置很容易实现，但在磁体的偏心位置磁场的均匀性将很难保证。例如，膝关节是MRI检查中的重要扫描部位，在MRI系统中，为了获得良好的图像质量，研制了专用的膝盖线圈来接收患者膝关节的MRI信号，特别是对于受伤的膝关节，髌骨是重要的感兴趣区域，对良好的图像质量要求很高。但往往髌骨脂肪抑制不好，究其原因发现是髌骨处的B0场不均匀。
为了解决这个问题，通常需要在MRI装置的磁体中放置匀场装置，如匀场壳(shimshell)，用以对B0场的不均匀性进行补偿。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例中一方面提出了一种局部区域的匀场方法，另一方面提出了一种局部线圈和磁共振成像装置，用以提高局部区域的磁场均匀性，进一步确保磁共振成像质量。
本发明实施例中提出的一种局部区域的匀场方法，包括：在局部线圈内部放置一硅钢片部件；施加主磁场时，所述硅钢片部件在所述主磁场内感应出一个局部磁场，所述局部磁场能够对所述主磁场在所述局部线圈区域的不均匀性进行匀场补偿。
在一个实施方式中，所述硅钢片部件的大小和结构按照如下方法确定：基于局部线圈获取复数个扫描对象的原始成像数据，基于所述原始成像数据得到对应扫描部分的场强分布，根据所述场强分布确定主磁场在所述局部线圈内的磁场变化量；根据所述磁场变化量确定可以产生反向磁场变化量的硅钢片的大小和结构。
在一个实施方式中，所述局部线圈包括：膝盖线圈、肩线圈或颈部线圈。
在一个实施方式中，所述局部线圈为膝盖线圈时，所述硅钢片部件包括：位于所述局部线圈内部对应膝盖上方的至少一个长条形硅钢片。
在一个实施方式中，所述至少一个长条形硅钢片为：对应膝盖形状的相同或不同长度的复数个长条形硅钢片。
在一个实施方式中，所述局部线圈为膝盖线圈时，所述硅钢片部件包括：位于所述局部线圈内部对应膝盖上方的一个圆形硅钢片。
本发明实施例中提出的一种局部线圈，包括：局部线圈主体；和位于所述局部线圈主体内的硅钢片部件，所述硅钢片部件能够在主磁场内感应出一个局部磁场，所述局部磁场能够对所述主磁场在所述局部线圈区域的不均匀性进行匀场补偿；其中，硅钢片部件的大小和结构根据主磁场在所述局部线圈内的磁场变化量确定。
在一个实施方式中，所述硅钢片的大小和结构按照如下方法确定：基于局部线圈获取复数个扫描对象的原始成像数据，基于所述原始成像数据得到对应扫描部分的场强分布，根据所述场强分布确定主磁场在所述局部线圈内的磁场变化量；根据所述磁场变化量确定可以产生反向磁场变化量的硅钢片的大小和结构。
在一个实施方式中，所述局部线圈包括：膝盖线圈、肩线圈或颈部线圈。
在一个实施方式中，所述局部线圈为膝盖线圈时，所述硅钢片部件包括：位于所述局部线圈内部对应膝盖上方的至少一个长条形硅钢片。
在一个实施方式中，所述至少一个长条形硅钢片为：对应膝盖形状的相同或不同长度的复数个长条形硅钢片。
在一个实施方式中，所述局部线圈为膝盖线圈时，所述硅钢片部件包括：位于所述局部线圈内部对应膝盖上方的一个圆形硅钢片。
本发明实施例中提出的一种磁共振成像装置，包括：上述任一实施方式中所述的局部线圈。
从上述方案中可以看出，由于本发明实施例中，在局部线圈上的适当位置加硅钢片可以补偿磁场巨变区域，如髌骨附近B0场的畸变，可以有效地解决局部线圈如膝盖线圈的脂肪抑制问题。与其他方法相比，这种方法成本低，复杂性也很低。此外，由于采用无源性连接，因此硅钢片可以很方便地集成到现有的MR局部线圈中。该方法不仅有效地解决了某些局部区域的脂肪抑制问题，而且可以引领局部线圈如膝盖线圈的研发创新。
具体实现时，硅钢片的结构形式可以有多种，实现比较灵活。例如对于膝盖线圈来说，其可以为长条形，也可以为圆片形。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为本发明一个例子中膝盖扫描部分的场强分布。
图2为本发明一个例子中硅钢片的B0场变化的幻影扫描结果图。
图3为本发明一个例子中利用加入硅钢片的膝盖线圈对水模进行成像后的图像。
图4A至图5B为本发明一个例子中加硅钢片和不加硅钢片、使用加抑脂脉冲和不加抑脂脉冲的序列的磁共振图像的对比图。其中，图4A和图4B采用加抑脂脉冲的序列，
图5A和图5B采用不加抑脂脉冲的序列，图4A和图5A为利用未加入硅钢片的膝盖线圈对志愿者进行成像得到的图像，图4B和图5B为利用加入了硅钢片的膝盖线圈对志愿者进行成像得到的图像。
图6为本发明实施例中一种局部区域的匀场方法的示例性流程图。
图7为本发明实施例中一种局部线圈的示例性结构图。
其中，附图标记如下：
| S601～S602 | 步骤 |
| 710 | 局部线圈主体 |
| 720 | 硅钢片部件 |
| 721～725 | 硅钢片 |
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
本发明实施例中，考虑到虽然在MRI装置的磁体中放置有匀场装置，但目前的匀场装置主要是对大范围的场不均匀性进行补偿。对于边缘区域或某些局部区域(如膝盖、肩膀、颈部等区域)，由于B0场变化较快，这使得匀场装置在这部分区域的匀场效果并不是很理想。虽然某些应用中，考虑在局部线圈内设置一个用于针对该局部线圈所处区域进行匀场处理的第二线圈，或者是在边缘区域放置用于对大范围的场的边缘不均匀性进行匀场处理的匀场补偿装置。但目前为止，针对膝关节这种局部区域的匀场处理还没有找到一个简单且令人满意的解决方案。
为此，本发明实施例中，考虑在局部线圈内采用一种无源补偿方法，即无需走线和联电的非线圈实现方案，经过一系列思考及实验等创造性的劳动之后，提出采用硅钢片来实现局部匀场处理。硅钢片是磁铁的一种，但其只在有磁场的环境下，才会表现出明显的磁性，并且其不需要与任何器件相连接。以膝盖线圈为例，通过放置在膝盖线圈内部的顶部靠近膝盖的位置，在主磁场中感应出一个用于补偿不同膝盖的通用匀场磁场。
为了了解硅钢片在局部需要产生多少磁场，需要髌骨附近的B0场的大数据，为此可以通过扫描一些志愿者来采集这些大数据。扫描时，可选择场图序列得到原始的成像数据，然后用Matlab对这些原始成像数据进行处理，可得到如图1所示的扫描部分的场强分布。上述过程中，也可以获取一些患者的历史原始成像数据，然后用Matlab对这些历史原始成像数据进行处理，得到对应扫描部分的场强分布。
可以看出，从膝盖中心位置向髌骨方向，B0场的变化加剧。髌骨边缘与膝盖中心之间的近似场差约为230Hz。以1.5T系统为例，回波时间TE＝64ms的情况下，针对主磁场的总赫兹为63.6×106赫兹的情况下，膝盖中心到髌骨的B0场变化量的计算方法可如式(1)所示：
由式(1)的计算结果可知，当TE＝64ms时，膝盖中心到髌骨的B0场变化量约为3.6ppm(百万分之一)。根据实验结果，将不同尺寸的硅钢片放在膝盖线圈的顶部位置，进行体模扫描，可得到使B0变化约3.6ppm的最佳结果。同时，为了避免膝盖线圈信噪比的影响，硅钢片的体积不能太大。
经过分析和比较，最后确定的硅钢片可以得到如图2所示的B0场变化的幻影扫描结果图。可以看出，加入硅钢片后，B0场发生了变化。大约有15个黑带，每个黑带等于0.25ppm，所以15个黑带等于3.75ppm，这个数据非常接近3.6ppm的理想值。
为了验证匀场效果，本发明实施例中，首先利用模体(phantom)进行磁共振成像。具体实现时，模体可以为水模或油模等。如图3所示，图3为本发明一个例子中利用加入硅钢片的膝盖线圈对水模进行成像后的图像。可以看出，水模成像的边界清晰、信噪比均匀。
此外，本发明实施例中，由于将硅钢片放置在能产生反向磁场的线圈上，即与线圈直接接触，还需要考虑另一个问题，即硅钢片不会影响线圈的图像质量。所以需要比较磁共振图像加硅钢片和不加硅钢片的情况，并且使用的序列有加抑脂脉冲和不加抑脂脉冲的序列，如图4A至图5B所示，其中，图4A和图4B采用加抑脂脉冲的序列，图5A和图5B采用不加抑脂脉冲的序列，图4A和图5A为利用未加入硅钢片的膝盖线圈对志愿者进行成像得到的图像，图4B和图5B为利用加入了硅钢片的膝盖线圈对志愿者进行成像得到的图像。可见，在髌骨区域，与图4A中没有硅钢片的线圈图像相比，加入了硅钢片的线圈没有脂肪饱和问题。并且从图4B和图5B的结果可以得出结论，硅钢片几乎对线圈的质量没有影响。
图6为本发明实施例中一种局部区域的匀场方法的示例性流程图。如图5所示，该方法可包括如下步骤：
步骤S601，在局部线圈内部放置一硅钢片部件。其中，硅钢片部件的大小和结构可根据主磁场在所述局部线圈内的磁场变化量确定。具体可包括：基于局部线圈获取复数个扫描对象的原始成像数据，基于所述原始成像数据得到对应扫描部分的场强分布(例如，可以用Matlab对这些原始成像数据进行处理，得到对应扫描部分的场强分布)，根据所述场强分布确定主磁场在所述局部线圈内的磁场变化量；根据所述磁场变化量确定可以产生反向磁场变化量的硅钢片的大小和结构。
具体实现时，因为硅钢片部件不需要与任何器件相连接，且不涉及走线的问题，所以只要是能够保证硅钢片部件在局部线圈内部的位置固定即可。具体安装时，可有多种实现方法。例如，可以用胶或其他方式将硅钢片部件固定在局部线圈的内壳表面上。局部线圈可以为膝盖线圈或肩线圈或颈部线圈等。例如，如果局部线圈为膝盖线圈，则硅钢片部件可位于膝盖线圈内部对应膝盖正上方的位置。
具体实现时，硅钢片部件可有多种结构形式。例如，仍以膝盖线圈举例，该硅钢片部件可包括：位于所述局部线圈内部对应膝盖上方的至少一个长条形硅钢片。例如，可以是对应膝盖正上方的一个长条形硅钢片，也可以是对应膝盖形状的相同或不同长度的复数个长条形硅钢片。例如，可包括：对应膝盖正上方的长条形第一硅钢片和位于第一硅钢片两侧的两个长条形第二硅钢片。其中第二硅钢片比第一硅钢片短。或者包括：对应膝盖上方对称布置的两个相同长度的长条形硅钢片。此外，该硅钢片部件也可以是位于所述局部线圈内部对应膝盖上方的一个圆形硅钢片。当然，硅钢片的大小、数量和位置等还可以有其他的实现方式，实际应用中可根据实际需要进行选择。
步骤S602，在施加主磁场时，所述硅钢片部件在所述主磁场内感应出一个局部磁场，所述局部磁场能够对所述主磁场在所述局部线圈区域的不均匀性进行匀场处理。
图7为本发明实施例中一种局部线圈的示例性结构图。其中，局部线圈可以为膝盖线圈或肩线圈或颈部线圈等。如图7所示，本发明实施例中的局部线圈可包括：局部线圈主体710；和位于所述局部线圈主体710(本实施例中以膝盖线圈为例)内的硅钢片部件720。
其中，所述硅钢片部件720能够在主磁场内感应出一个局部磁场，所述局部磁场能够对所述主磁场在所述局部线圈区域的不均匀性进行匀场补偿。其中，硅钢片部件的大小和结构根据主磁场在所述局部线圈内的磁场变化量确定。具体可包括：基于局部线圈获取复数个扫描对象的原始成像数据，然后用Matlab对这些原始成像数据进行处理，得到对应扫描部分的场强分布，根据所述场强分布确定主磁场在所述局部线圈内的磁场变化量；根据所述磁场变化量确定可以产生反向磁场变化量的硅钢片的大小和结构。
具体实现时，硅钢片部件可有多种结构形式。针对不同的局部线圈其可以有不同的结构形式。例如，当局部线圈为膝盖线圈时，该硅钢片部件720可包括：位于所述局部线圈710内部对应膝盖上方的至少一个长条形硅钢片。例如，可以是对应膝盖正上方的一个长条形硅钢片，也可以是对应膝盖形状的相同或不同长度的复数个长条形硅钢片，如图中示出的721～725。例如，可包括：对应膝盖正上方的长条形第一硅钢片和位于第一硅钢片两侧的两个长条形第二硅钢片。其中第二硅钢片比第一硅钢片短。或者包括：对应膝盖上方对称布置的两个相同长度的长条形硅钢片。当然，硅钢片的大小、数量和位置等还可以有其他的实现方式，实际应用中可根据实际需要进行选择。
此外，该硅钢片部件也可以是位于所述局部线圈内部对应膝盖上方的一个圆形硅钢片。
本发明实施例中还提出一种磁共振成像装置，其可包括如上所述任一实施方式中的局部线圈。
从以上分析可以看出，在局部线圈上的适当位置加硅钢片可以补偿磁场巨变区域，如髌骨附近B0场的畸变，可以有效地解决局部线圈如膝盖线圈的脂肪抑制问题。与其他方法相比，这种方法成本低，复杂性也很低。此外，由于采用无源性连接，因此硅钢片可以很方便地集成到现有的MR局部线圈中。该方法不仅有效地解决了某些局部区域的脂肪抑制问题，而且可以引领局部线圈如膝盖线圈的研发创新。
具体实现时，硅钢片的结构形式可以有多种，实现比较灵活。例如对于膝盖线圈来说，其可以为长条形，也可以为圆片形。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种局部区域的匀场方法，其特征在于，包括：
在局部线圈内部放置一硅钢片部件(S601)；
施加主磁场时，所述硅钢片部件在所述主磁场内感应出一个局部磁场，所述局部磁场能够对所述主磁场在所述局部线圈区域的不均匀性进行匀场补偿(S602)。
2.根据权利要求1所述的局部区域的匀场方法，其特征在于，所述硅钢片部件的大小和结构按照如下方法确定：基于局部线圈获取复数个扫描对象的原始成像数据，基于所述原始成像数据得到对应扫描部分的场强分布，根据所述场强分布确定主磁场在所述局部线圈内的磁场变化量；根据所述磁场变化量确定可以产生反向磁场变化量的硅钢片的大小和结构。
3.根据权利要求1所述的局部区域的匀场方法，其特征在于，所述局部线圈包括：膝盖线圈、肩线圈或颈部线圈。
4.根据权利要求3所述的局部区域的匀场方法，其特征在于，所述局部线圈为膝盖线圈时，所述硅钢片部件包括：位于所述局部线圈内部对应膝盖上方的至少一个长条形硅钢片。
5.根据权利要求4所述的局部区域的匀场方法，其特征在于，所述至少一个长条形硅钢片为：对应膝盖形状的相同或不同长度的复数个长条形硅钢片。
6.根据权利要求3所述的局部区域的匀场方法，其特征在于，所述局部线圈为膝盖线圈时，所述硅钢片部件包括：位于所述局部线圈内部对应膝盖上方的一个圆形硅钢片。
7.一种局部线圈，其特征在于，包括：
局部线圈主体(710)；和
位于所述局部线圈主体(710)的硅钢片部件(720)，所述硅钢片部件(720)能够在主磁场内感应出一个局部磁场，所述局部磁场能够对所述主磁场在所述局部线圈区域的不均匀性进行匀场补偿；其中，硅钢片部件(720)的大小和结构根据主磁场在所述局部线圈内的磁场变化量确定。
8.根据权利要求7所述的局部线圈，其特征在于，所述硅钢片部件(720)的大小和结构按照如下方法确定：基于局部线圈获取复数个扫描对象的原始成像数据，基于所述原始成像数据得到对应扫描部分的场强分布，根据所述场强分布确定主磁场在所述局部线圈内的磁场变化量；根据所述磁场变化量确定可以产生反向磁场变化量的硅钢片的大小和结构。
9.根据权利要求8所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈包括：膝盖线圈、肩线圈或颈部线圈。
10.根据权利要求9所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈为膝盖线圈时，所述硅钢片部件(720)包括：位于所述局部线圈内部对应膝盖上方的至少一个长条形硅钢片。
11.根据权利要求10所述的局部线圈，其特征在于，所述至少一个长条形硅钢片为：对应膝盖形状的相同或不同长度的复数个长条形硅钢片(721～725)。
12.根据权利要求9所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈为膝盖线圈时，所述硅钢片部件(720)包括：位于所述局部线圈内部对应膝盖上方的一个圆形硅钢片。
13.一种磁共振成像装置，其特征在于，包括：如权利要求7至12中任一项所述的局部线圈。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210528 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |