专利名称：用于涉及并行mri的多核mr图像重构的rf天线装置和方法
技术领域：
本发明涉及在多核MRI (磁共振成像)系统或者MR (磁共振)扫描器中使用的多核RF天线装置，用于发射用来激发核磁共振(NMR)的RF激发信号(B1场)，和/或用于接收NMR弛豫信号，其中，将RF天线调谐到具有至少两个不同回磁比的例如虫、14队叩、13(、23似、391(、17O和例如129Xe的超极化气体或具有核自旋的其它同 位素的至少两个不同种类的核(即，“多核”)的拉莫尔频率。此外，本发明涉及MR图像重构单元，包括该RF天线装置，用于在多核MRI系统或MR扫描器中使用，用于多核MR图像重构。最后，本发明涉及用于特别是借助于以上的RF天线装置来重构多核MR图像的方法，和包括以上的RF天线装置和/或MR图像重构单元的多核MRI系统或MR扫描器。
背景技术：
在MRI系统或MR扫描器中，使通常是病人的检查对象暴露于均匀的主磁场(B。场)，以使得检查对象内的核的磁矩倾向于围绕施加的Btl场的轴旋转(拉莫尔旋进)，并具有平行于Btl场的所有核的特定净磁化。旋进的速率称为拉莫尔频率，拉莫尔频率取决于涉及的核的特定物理特性和施加的Btl场的强度，特定物理特性即它们的回磁比。回磁比是在核的磁矩与自旋之间的比。通过发射RF激发脉冲(B1场)，激发了核的自旋并将其引入相位中，并且获得了它们的净磁化从Btl场的方向的偏转，以便产生相对于净磁化的纵向分量的横向分量，RF激发脉冲(B1场)正交于Btl场，借助于RF发射天线而产生，并与感兴趣的核的拉莫尔频率相匹配。在RF激发脉冲终止后，净磁化的纵向和横向分量的驰豫过程开始，直到净磁化返回到其平衡状态。借助于MR/RF接收天线来检测由横向驰豫过程发出的MR驰豫信号。为基于时间的幅度信号的接收到的MR信号被傅立叶变换为基于频率的MR谱信号并被处理以便产生检查对象内的感兴趣的核的MR图像。为了获得检查对象内的切片或体积的空间选择，和接收的从感兴趣的切片或体积发出的MR信号的空间编码，在Btl场上叠加梯度磁场，其具有与Btl场相同的方向,但在正交的x-、y_和Z-方向上具有梯度。归因于拉莫尔频率取决于施加在核上的磁场的强度的事实，核的拉莫尔频率相应地沿并随着总的叠加的Btl场的梯度减小而减小(并且反之亦然)，以便通过适当地调谐发射的RF激发脉冲的频率(并通过相应地调谐MR/RF接收天线的共振频率)，并通过相应地控制梯度场，可以获得在沿x-、y-和Z-方向上的每一个梯度的某一位置处的切片内的核的选择，且借此在整体上获得在对象的某一体素内的核的选择。以上RF (发射和/或接收)天线以所谓的MR体线圈(也称为全身线圈)和所谓的MR表面线圈的形式已知，MR体线圈固定安装在用于成像整个检查对象的MRI系统的检查空间内部，而MR表面线圈直接布置在待检查的局部区或区域上并以例如柔性垫或套管或笼(头部线圈或鸟笼线圈)的形式来构造。
至于检查空间的形状，可以区分两类MRI系统或MR扫描器。第一类是所谓的开放式MRI系统(竖直系统)，其包括检查区，并位于竖直C-臂装置的末端之间。第二类是MRI系统，也称为轴向MRI系统，其包括水平延伸的管形或圆柱形检查空间。US 4，799，016公开了一种双频NMR表面线圈，具有第一圆柱形笼式线圈和第二圆柱形笼式线圈，使第一圆柱形笼式线圈在较低RF频率共振，使第二圆柱形笼式线圈在较高RF频率共振，其中，两个笼式线圈都沿中心轴围绕感兴趣的公共区域，并且较低RF频率是磷的拉莫尔频率且较高RF频率是氢的拉莫尔频率。借此，可以接收并显示对于同一检查对象的来自两个不同种类的核的两个单独的NMR信号。

发明内容
已经证明不同种类的核的磁共振成像，核尤其是用于对检查对象的组织进行成像的水质子，连同其它核，如14N、31P、13C、23Na、39K、170和如129Xe的超极化气体，是用于诊断组织损伤并监控组织生存能力和功能的有力手段。例如，已经揭露了作为用于评估人脑部内细 胞完整性损失的适当手段的钠(23Na)的MR成像。已经揭露了磷(31P)的MR成像，以允许研究肌骨疾病。诸如氟(19F)的本来不存在于人体中的其它核可以用作用于小分子、药物或干细胞的敏感标记。在这些及其它的情况下，期望特别是对常规水质子MR图像连同至少一个上述其它特定核的同时MR成像，用于例如导航、运动矫正，及用于将相关特定核的分布绘制到病人的解剖学论文上。然而，以上核的回磁比(“伽玛”)以及因此拉莫尔频率彼此大规模地不同。根据某些MR图像重构技术，这会导致独立的核分布的相应MR图像的不同视场(F0V)。在给定的主磁场强度和梯度磁场强度，由以下关系给出编码的FOV
!■……II.
/I / I I/ = .................................................................................
I V..../ Y - rp
0其中，GP(t)表示时变相位编码的梯度磁场，Tp是施加的相位编码的梯度磁场的总的持续时间，并且Y是相应核的回磁比。在同时多核MR成像中，所有相关的核都固有地暴露于相同的梯度磁场Gp(t)。因此，每一个涉及的核的独立的回磁比导致不同的视场(F0V)。例如，如23Na的低回磁比导致相对大的F0V，而如1H的较高回磁比导致相对小的FOV0其结果是，在该不同核(“多核”)的同时MR测量或者成像情况下，会引入严重的背向折叠(back-folding)伪像，特别是在具有较高回磁比的核的图像中，尤其是在相对较小的编码FOV不足以覆盖MR成像装置中对象的感兴趣的区域中的相应的核分布的空间范围的情况下。本发明潜在的一个目的是找到此问题的解决方案，即使得能够实现具有不同回磁比的种类的核(“多核”)的MR测量或MR图像重构，但优选地对所有核使用相同的梯度磁场，而不会在公共MR图像中引起对任何涉及的核的不期望的背向折叠伪像，或者其它干扰。本发明潜在的另一个目的是提供用于多核MR图像重构的RF天线装置和方法及单
元，借助于它，可以如以上示例性地提及地为具有不同回磁比的至少两不同种类的核同时
产生MR图像，而不会在公共MR图像中引起不期望的背向折叠伪像。
本发明潜在的另一个目的是提供用于多核MR图像重构的RF天线装置和方法及单元，用于同时产生水质子和至少一个以上提及的其它种类的核的MR图像，而不会在水质子图像和其它种类的核的图像中引起不期望的背向折叠伪像。根据权利要求I由一种多核RF天线装置来解决这些目的，该装置包括第一天线，用于发射用来激发具有第一回磁比(Ym)的第一种类的核的磁共振的RF激发信号，和/或用于接收来自所述第一种类的核的MR弛豫信号；以及第二天线，用于发射用来激发具有第二回磁比(Yhi)的第二种类的核的磁共振的RF激发信号，和/或用于接收来自所述第二种类的核的MR弛豫信号，其中，所述第一回磁比(Yuj)低于所述第二回磁比(YHI)，并且其中，所述第一天线具有第一数量(1 )的天线元件，且所述第二天线具有第二数量(nHI)的天线元件，所述天线元件均分别在所述第一种类的核和所述第二种类的核的相关拉莫尔频率共振，其中，所述第二数量与所述第一数量之间的比(nHI/nM)约等于或等于或大于所述第二回磁比与所述第一回磁比之间的比(Y hi/ Ylo)o
借助于此RF天线装置，由第二天线发射的RF激发信号和/或接收的MR弛豫信号是空间灵敏度编码的，因为第二天线相对于第一天线具有较大数量的天线元件，使得，简而言之，例如通过借助于已知的并行成像(灵敏度编码)技术来重构第二种类的核的MR图像，可以使第二天线的视场至少基本上扩展到第一天线的视场范围。通常，第二天线的天线元件的数量大于第一天线的天线元件的数量，第二天线的天线元件至少基本上空间分布在整个第一天线的天线特性或敏感区域中或遍及其中，整个第一天线的天线特性或敏感区域即第一天线的天线元件的公共天线特性或敏感区域，使得获得与在检查对象(或其感兴趣的区域)内的相关第二种类的核的分布有关的更多不同信息及相应地第二天线的增大的(空间)灵敏度分布。讨论中的天线的灵敏度区域是天线(接收模式中)从其对磁共振信号敏感的区域。反之亦然，可以由与第一天线成空间关系的第二天线的天线元件的适当空间分布获得发射的和/或接收的RF/MR信号的期望的空间灵敏度编码。此外，相对于第一天线的天线元件的尺寸和形状，可以将第二天线的天线元件的增大的尺寸或适应的形状额外地用于以上的分布，以便获得第二天线的期望增大的灵敏度分布。然而，优选地，根据现有技术选择两个天线的天线元件的尺寸和形状来获得期望的RF/MR共振特性。灵敏度分布描述天线的灵敏度的空间依赖性，S卩，作为敏感度区域中位置的函数的天线的灵敏度水平。此外，根据权利要求11通过一种方法来解决这些目的，该方法用于依据由以上RF天线装置接收的MR弛豫信号来重构检查对象中第一种类和第二种类的核的分布的多核MR图像，尤其是借助于已知的并行成像技术，诸如SENSE auto-SENSE、SMASH、GRAPPA等。通常，并行成像涉及在磁共振的获得中的扫描k-空间的欠采样，及基于天线的灵敏度分布的混叠信号(aliased signal)的展开。在此情况下，为了防止产生的MR图像中的背向折叠伪像，尤其是如果检查对象或感兴趣区域大于天线的得到的视场，优选地将并行成像系数R(即，欠采样的程度)选择为等于或大于第二回磁比与第一回磁比之间的比(Yhi/^)。反之亦然，如果检查对象或感兴趣的区域小于天线的视场，则也可以将并行成像系数R选择为小于以上的比。结果，优选地结合MR图像重构单元使用根据本发明的RF天线装置，用于借助于并行成像技术来重构多核MR图像。根据权利要求14，此方法优选地借助于计算机程序来进行。
这些解决方案的另一个优点在于可以将相同的梯度磁场用于所有种类的核，使得能够实现所有种类的核的同时MR成像。从属权利要求公开了本发明的有利实施例。应当意识到，本发明的这些特征易于不脱离由所附权利要求所定义的本发明的范围以任意组合进行组合。依据参照附图给出的本发明的优选的和示例性的实施例的以下描述，本发明的另外的细节、特点和优点会变得显而易见。


图I示出了 MRI系统的示意性侧视图；以及
·
图2示出了根据本发明的RF发射和/或接收天线装置的实例。
具体实施例方式图I示出了包括根据本发明的RF发射和/或接收天线的磁共振成像(MRI)系统或磁共振(MR)扫描器的基本部件。在图I中，竖直(开放式)系统示为具有在C-臂结构的上下端之间的检查区10。在检查区10的上面和下面设置了相应的主磁体系统20、30，用于产生实质上均匀的主磁场(B(!场)，以对待检查的对象中的核自旋进行配向(align)。对于多核MRI系统,磁通密度(磁感应)应在若干特斯拉的数量级，例如至少约3特斯拉，因为除了 1H以外的核的MR弛豫信号相对较弱，这归因于它们通常在检查对象内的密度低。主磁场实质上在垂直于病人P的纵轴的方向上(即，在X方向上)延伸穿过病人P。通常，平面或至少近似平面的RF发射天线装置40 (尤其是RF表面共振器形式)用来产生MR频率处的RF发射激发脉冲(B1场)，所述RF发射天线装置40位于至少一个磁体系统20、30处或在其上。平面或至少近似平面的RF接收天线装置50用来从相关核接收随后的MR弛豫信号。此RF天线装置也可以由布置在至少一个磁体系统20、30处或在其上的RF表面共振器来形成。如果至少一个公共RF/MR天线装置，尤其是RF表面共振器适当地在发射和接收之间切换，那么它也可以用于RF脉冲发射和MR信号的接收二者，或者这两个RF天线装置40、50均可以用于公共RF脉冲的交替发射和MR信号的接收。 此外，为给定检查提供了电气附件设备或者辅助装备。该设备，例如为除永久内置的平面RF接收天线50 (即，体线圈)外，或作为永久内置的平面RF接收天线50的替代，的MR局部或表面线圈60形式的RF接收天线，并且其直接布置在病人P上或者待检查的对象的区或特定区域上。该RF/MR表面线圈60优选地构造为柔性垫或套管或笼，并且可以包括根据本发明的RF发射和/或接收天线装置，或者以此形式来提供，用于发射RF激发脉冲和/或用于接收MR弛豫信号。可以以根据本发明的RF天线装置的形式来提供至少一个上述RF发射和/或接收天线装置40、50、60 (即，全身或局部RF天线装置)。最后，对于接收的从核发出的MR弛豫信号的空间选择和空间编码，还提供了多个梯度磁场线圈70、80，如上解释的，借助它们，产生在正交的x-、y_和Z-方向上的三个梯度磁场。
以上及随后的原理和考虑也适用于轴向或水平MRI系统的情况，其中，在轴向上引导病人或另一个检查对象通过圆柱形或管形检查空间10。使根据本发明的磁体和RF发射和/或接收天线装置的形状和大小以已知的方式适应圆柱形或管形检查空间的形状。根据本发明的多核RF天线装置优选地仅用于接收MR驰豫信号，而对于发射RF激发信号，优选地使用例如全身线圈形式的另一个RF天线装置。然而，根据本发明的RF天线装置也可以用于发射RF激发信号，并且以下仅作为示例性实例对RF接收天线装置给出的解释相应地适用于RF发射天线装置。通常，根据本发明的RF天线装置包括至少两个天线，其中，针对每一个天线的共振频率将每一个天线调谐到每一种类的核的拉莫尔频率，该核即具有相同回磁比的核(或者仅略有不同的回磁比，对该略有不同的回磁比，视场中得到的差异可以是容许的，且在该核的同时MR成像的情况下，不会出现相当多的背向折叠伪像)。此外，每一个天线可以具有一个或多个天线元件，S卩，例如线圈或线圈元件的导体 结构或段，其每一个都于相应的拉莫尔频率共振，并且为其每一个都优选地提供了自己的电子RF/MR接收(或发射和/或接收)单元，如公知的MR接收器(或者发射器和/或接收器)，以便提供多个可独立操作的RF接收(或者发射和/或接收)信道。更具体地，根据本发明的RF天线装置包括第一天线，其设置为用于从具有第一回磁比以及因此第一拉莫尔频率的第一种类的核接收MR驰豫信号；以及至少一第二天线，其设置为用于从具有第二回磁比以及因此第二拉莫尔频率的另一种类的核接收MR驰豫信号。此外，假设第二回磁比高于第一回磁比，以使得第二天线对于第二种类的核的视场小于第一天线对于第一种类的核的视场。可以相应地设置第三和另外的天线，用于从具有其它回磁比的种类的核接收MR驰豫信号，特别地假定其它回磁比高于第一回磁比。为第二天线(及如果存在第三天线等的话，相应地第三天线等)提供多个天线元件，其每一个都在第二拉莫尔频率共振。通常，以公知的方式布置第一和第二天线(并且因此还有第二天线的天线元件)，以使得它们可以在对象或者对象的感兴趣的区域中激发核磁共振和/或从对象或者对象的感兴趣的区域接收MR驰豫信号。优选地，针对第二天线的天线元件的安置或位置，将其分布遍及第一天线的至少一部分天线特性(灵敏度场)中。此分布优选地是均勻的，使得天线元件具有例如彼此之间至少基本上相等的距离。第二天线的天线元件可以彼此重叠，或者它们重叠或不重叠地彼此相邻地安置。此外，第一和第二天线优选地均以线圈或线圈装置或在二维平面中延伸的其它平面导体结构的形式来提供。在该情况下，优选地在同一平面或彼此平行的平面中布置第一和第二天线。第二天线的天线元件也优选地为线圈或线圈的部分或另一导体结构，并布置在公共的平面中，该平面优选地平行于第一天线的导体结构沿以延伸的平面。 然而，也可以以圆柱形线圈的形式来提供根据本发明的RF天线装置的天线，尤其是用于轴向MRI系统中，其中，第一天线和第二天线优选地相对于彼此以同轴布置安置，在轴向和/或圆周方向上至少部分地彼此围绕，并围绕检查空间。在该情况下，相应地将第一天线和第二天线的天线元件的导体结构均布置在圆柱形的曲面上，其中，圆柱形具有不同的直径。选择第二天线的天线元件的数量、及优选地关于它们相对于第一天线的位置的独立的安置和它们关于它们的尺寸和/或第二天线自身的尺寸的大小的确定中的至少一个，使得对第二种类的核获得来自对象或对象的感兴趣的区域内的所有位置或区域的MR驰豫信号的足够大的空间灵敏度编码，并使得通过基于由第二天线的所有天线元件接收的(空间)灵敏度编码的MR驰豫信号的MR图像重构(其借助于MR图像重构单元来进行)(并行成像重构)，可以优选地使得到的第二天线的总视场至少基本上在空间上延伸到第一天线的视场的范围，二者都遍及MR成像装置中的对象或对象的感兴趣的区域。考虑到种类的核的回磁比的差异来选择每一个天线中的天线元件的数量，因为假如对两种类的核使用了一个公共的天线，那么此差异越大，则在两个天线的得到的视场的伸展范围之间的差异也越大。通常，已经揭露了在两个天线(S卩，第一和第二天线)的情况下，在两个天线之间的天线元件的数量的比优选地至少与两种类的核的回磁比的比成比例(具体地约等于或者大于)，优选地被MR图像产生的相位编码维数DIM相乘
权利要求
1.多核RF天线装置，包括第一天线，用于发射用来激发具有第一回磁比(的第一种类的核的磁共振的RF激发信号，和/或用于接收来自所述第一种类的核的MR弛豫信号；以及第二天线，用于发射用来激发具有第二回磁比(Yhi)的第二种类的核的磁共振的RF激发信号，和/或用于接收来自所述第二种类的核的MR弛豫信号，其中，所述第一回磁比(Yw)低于所述第二回磁比(YHI)，并且其中，所述第一天线具有第一数量(1 )的天线元件(1)，且所述第二天线具有第二数量(nHI)的天线元件(2、3、4、5)，所述天线元件(I ;2、3、4、5)均分别在所述第一种类的核和所述第二种类的核的相关拉莫尔频率共振，其中，所述第二数量与所述第一数量之间的比( /! )约等于或大于所述第二回磁比与所述第一回磁比之间的比(Yhi/Y l。)。
2.根据权利要求I所述的多核RF天线装置， 其中，为了重构三维MR图像，所述第二数量与所述第一数量之间的比(nHI/nLQ)约等于或大于所述第二回磁比与所述第一回磁比之间的比(Yhi/乘以系数2。
3.根据权利要求I所述的多核RF天线装置， 其中，以平面导体结构的形式提供所述第一天线和/或所述第二天线的所述天线元件(I ;2、3、4、5)。
4.根据权利要求I所述的多核RF天线装置， 其中，以线圈的形式提供所述第一天线和/或所述第二天线的所述天线元件(I ;2、3、4、5)。
5.根据权利要求I所述的多核RF天线装置， 其中，由线圈(I)形式的一个天线元件提供所述第一天线，并且由沿着所述第一天线的所述天线元件(I)的环境布置的均为线圈(2、3、4、5)形式的若干天线元件提供所述第二天线。
6.根据权利要求I所述的多核RF天线装置， 其中，所述第一天线和所述第二天线的所述天线元件(I ;2、3、4、5)各安置于平面中，并且其中，两个平面彼此平行，或者提供一个公共的平面。
7.根据权利要求I所述的多核RF天线装置， 其中，所述第一天线和所述第二天线的所述天线元件(I ;2、3、4、5)各安置于圆柱形的表面上，其中，以相对于彼此同轴的关系来布置所述圆柱形。
8.根据权利要求I所述的多核RF天线装置， 其以用于竖直或轴向MRI系统中的全身线圈的形式来提供。
9.根据权利要求I所述的多核RF天线装置， 其以用于MRI系统中的表面线圈或鸟笼线圈或乳房线圈的形式来提供。
10.根据权利要求I所述的多核RF天线装置， 其中，所述第一种类的核选自由包括14N、31P、13C、23Na、39K、170和如129Xe的超极化气体的核构成的组，并且所述第二种类的核是1H核。
11.用于重构分别具有第一回磁比和第二回磁比的第一种类的核和第二种类的核的分布的多核MR图像的方法，其中，所述第一回磁比小于所述第二回磁比，并且其中，基于分别由根据权利要求I所述的多核RF天线装置的第一天线和第二天线接收的MR驰豫信号来重构所述第一种类的核和所述第二种类的核的MR图像，并且其中，基于由所述第二天线的所述天线元件接收的空间灵敏度编码的MR驰豫信号来重构所述第二种类的核的MR图像。
12.根据权利要求11所述的方法， 其中，通过基于由所述第二天线的独立的天线元件接收的灵敏度编码的MR驰豫信号的MR图像重构，将所述第二天线的视场至少基本上扩展到所述第一天线的视场的范围。
13.根据权利要求11所述的方法， 其中，同时在一个公共的MR图像中进行所述第一种类的核和所述第二种类的核的MR成像。
14.用于重构多核MR图像的计算机程序，包括计算机程序代码，当在可编程计算机上运行所述程序时，所述计算机程序代码适于执行根据权利要求11所述的方法或者用于根据权利要求11所述的方法中。
15.多核MR成像系统或者MR扫描器，包括根据权利要求I所述的RF天线装置。
全文摘要
公开了一种在多核MRI系统或者MR扫描器中使用的多核RF天线装置，用于发射用来激发核磁共振(NMR)的RF激发信号(B1场)，和/或用于接收用来重构多核MR(磁共振)图像的NMR弛豫信号，其中，将RF天线调谐到具有至少两个不同回磁比的至少两个不同种类的核的拉莫尔频率，核例如是1H、14N、31P、13C、23Na、39K、17O和如129Xe的超极化气体或者具有核自旋的其它同位素。此外，公开了一种用于特别借助于以上的RF天线装置来重构多核MR图像的方法。所述方法涉及通过并行MRI重构来减小具有较高回磁比的核素的背向折叠伪像。
文档编号G01R33/36GK102762997SQ201180010486
公开日2012年10月31日 申请日期2011年2月4日 优先权日2010年2月22日
发明者C·施特宁, J·E·拉米尔, P·博尔纳特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司