СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ МНОГОДИАПАЗОННЫХ РЧ ИМПУЛЬСОВ
METHOD OF GENERATING MULTI-BAND RF PULSES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к магнитно-резонансной томографии, в частности, к способу генерации многодиапазонных радиочастотных (РЧ) импульсов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Многодиапазонное возбуждение ускоряет сканирования многослойной магнитно-резонансной томографии (МРТ) посредством возбуждения и получения более чем одного среза, например, одновременно. Однако, вследствие ограничения РЧ оборудования, многодиапазонные возбуждения демонстрируют артефакты от боковых полос в полученных изображениях, в частности, когда используют многодиапазонные возбуждения с высокочастотной модуляцией и/или сканирования с высокой мощностью. Например, артефакты от боковых полос могут происходить в результате спектров или сигналов боковых полос, которые налагаются на или попадают в главный лепесток.
Патентная заявка США US 2011/0267053 относится к способу 3-мерной визуализации с использование быстрого спинового эха (TSE), при котором несколько плоскопараллельных слоев сканируют в такой последовательности, что данные собираются от нескольких слоев в пределах каждого TR-интервала (интервала между повторами импульсной последовательности).
Патентная заявка США US 2014/0167752 относится к последовательности UTE (ультракороткое время эхо), которая использует половину РЧ импульса, и в которой сигналы боковых лепестков погашаются посредством добавления положительных и отрицательных градиентных импульсов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Различные варианты осуществления обеспечивают усовершенствованный способ генерации многодиапазонных РЧ импульсов, усовершенствованный компьютерный программный продукт, усовершенствованную систему магнитно-резонансной томографии (МРТ) и усовершенствованный генератор РЧ импульсов, описанные как сущность изобретения в независимых пунктах формулы изобретения. Полезные варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
В одном аспекте изобретение относится к способу подавления боковых полос в системе МРТ. Способ содержит обеспечение (этап a)) первого многодиапазонного РЧ импульса для одновременного возбуждения, по меньшей мере, двух срезов в субъекте в первой и второй полосе частот и сбор данных с использованием сигналов системы МРТ от возбужденных двух срезов и, по меньшей мере, одного дополнительного сигнала в третьей полосе частот, при этом дополнительный сигнал происходит в результате возбуждения боковой полосой среза, отличающегося от двух срезов. Например, сигналы могут быть магнитно-резонансными сигналами, которые могут собираться одновременно. С использованием собранных сигналов можно реконструировать частотный спектр или частотный профиль, который показывает частоту и амплитуду сигналов от возбужденных двух срезов. Система МРТ может содержать магнит для формирования основного магнитного поля с зоной визуализации, при этом, по меньшей мере, часть субъекта находится внутри зоны визуализации.
Способ дополнительно содержит использование (этап b)) первого многодиапазонного РЧ импульса для определения дополнительного сигнала в данных; и получение (этап c)) члена предварительной компенсации из первого многодиапазонного РЧ импульса и дополнительного сигнала, добавление члена предварительной компенсации к первому многодиапазонному РЧ импульсу для получения второго многодиапазонного РЧ импульса, с заменой тем самым первого многодиапазонного РЧ импульса вторым многодиапазонным РЧ импульсом для подавления, по меньшей мере, части дополнительного сигнала. Добавление может содержать складывание члена предварительной компенсации с первым многодиапазонным РЧ импульсом. Вывод члена предварительной компенсации из первого многодиапазонного РЧ импульса и дополнительного сигнала может содержать вывод члена предварительной компенсации из первого многодиапазонного РЧ импульса, амплитуды дополнительного сигнала и/или третьей полосы частот. То есть изобретение достигает подавления, по меньшей мере, части дополнительного сигнала при возбуждении, по меньшей мере, двух срезов в субъекте вторым многодиапазонным РЧ импульсом.
Формулировка «определение» относится к прогнозированию, обнаружению, измерению и/или идентификации.
Возбуждение может ограничивать наклон или возбуждение намагничивания посредством первого многодиапазонного РЧ импульса некоторыми областями или срезами. Формулировка «полоса частот» относится к частотному диапазону, который отображается в толщину среза в конкретном местоположении. Определение «многодиапазонный» относится к нескольким частотным диапазонам (нескольким срезам). Термин «срез» относится к области, подвергаемой селективному и/или рефокусирующему возбуждению. Термин «срез» относится к физической области или пространственному распределению намагничивания, представляемого МР изображением или спектром.
Приведенные признаки могут обеспечивать преимущество обеспечения предупредительного способа устранения или подавления ненамеренно возбуждаемых срезов. Иначе говоря, настоящий способ может обеспечивать априорную коррекцию боковых полос, которые происходят в результате ненамеренного возбуждения срезов. Это может повысить качество собранных МР данных и может сэкономить обрабатывающие ресурсы, которые в ином случае потребовались бы для апостериорной коррекции боковых полос в реконструированных изображениях.
В соответствии с одним вариантом осуществления, определение дополнительного сигнала содержит возбуждение двух срезов с использованием первого многодиапазонного РЧ импульса; реконструкцию изображения с использованием собранных МР данных для двух срезов в ответ на первый многодиапазонный РЧ импульс; и идентификацию, с использованием реконструированного изображения, дополнительного сигнала. Признаки данного варианта осуществления могут выполняться во время калибровочного сканирования системы МРТ. Калибровочное сканирование обычно выполняют до диагностического сканирования субъекта. Данный вариант осуществления может иметь преимущество обеспечения точного способа идентификации дополнительных сигналов (называемых, в общем, в настоящей заявке сигналами боковых полос или боковыми лепестками, или сигналами боковых лепестков).
В соответствии с одним вариантом осуществления, система МРТ содержит РЧ усилитель для усиления РЧ импульсов, генерируемых в системе МРТ, при этом определение дополнительного сигнала содержит: возбуждение двух срезов с использованием первого многодиапазонного РЧ импульса; прием первого многодиапазонного РЧ импульса на выходе РЧ усилителя или на выходе РЧ катушки системы МРТ; применение Фурье-преобразования или моделирования Блоха к принятому первому многодиапазонному РЧ импульсу для получения частотного спектра принятого первого многодиапазонного РЧ импульса; и идентификацию дополнительного сигнала в частотном спектре. Например, РЧ усилитель и/или РЧ катушка могут быть выполнены с возможностью своего выходного сигнала (РЧ импульса) в генератор РЧ импульсов системы МРТ, который идентифицирует дополнительный сигнал. Признак данного варианта осуществления может выполняться во время калибровочного сканирования или во время диагностического сканирования. Например, во время диагностического сканирования, система МРТ может управляться так, что подается второй многодиапазонный РЧ импульс после замены первого многодиапазонного РЧ импульса, т.е. первый многодиапазонный РЧ импульс может и не подаваться. Данный способ позволяет избежать полного цикла работы системы МРТ (т.е. отработать без возбуждения срезов и реконструкции изображений) для идентификации дополнительных сигналов.
В соответствии с одним вариантом осуществления, определение дополнительного сигнала содержит прием от пользователя системы МРТ данных, указывающих на то, что дополнительный сигнал является сигналом боковой полосы в третьей полосе частот. Например, прием данных может происходить в ответ на приглашение пользователю указать дополнительные сигналы, которые могут происходить в результате подачи первого многодиапазонного РЧ импульса.
В соответствии с одним вариантом осуществления, определение дополнительного сигнала содержит обеспечение архивных данных, характеризующих один или более многодиапазонных РЧ импульсов и соответствующих частотных спектров; идентификация многодиапазонного РЧ импульса из одного или более многодиапазонных РЧ импульсов, который соответствует первому многодиапазонному РЧ импульсу; и идентификация дополнительного сигнала с использованием частотного спектра, соответствующего идентифицированному многодиапазонному РЧ импульсу. Например, второй многодиапазонный РЧ импульс можно выбрать как многодиапазонный РЧ импульс из одного или более многодиапазонных РЧ импульсов, чей соответствующий частотный спектр соответствует ожидаемому частотному спектру первого многодиапазонного РЧ импульса, не имеющего дополнительных сигналов. Данный вариант осуществления может иметь преимущество обеспечения автоматического способа идентификации дополнительного сигнала (боковых полос).
В соответствии с одним вариантом осуществления, идентификация содержит: определение геометрии или размера субъекта; использование найденной геометрии или размера для определения периферической зоны около первой и второй полос частот в частотном спектре; идентификацию дополнительного сигнала внутри периферической зоны. Геометрия или размер субъекта определяются и содержат геометрию или размер участка субъекта, который визуализируется, например, который находится внутри зоны визуализации системы МРТ. Данное решение может обеспечивать эффективный способ подавления только сигналов боковых полос, которые могут негативно повлиять на искомое изображение. Например, сигнал боковой полосы, который может и не наводить эффект артефакта в зоне изображения, которая охватывает участок субъекта, который визуализирован, можно не обрабатывать или не идентифицировать.
В соответствии с одним вариантом осуществления, первый многодиапазонный РЧ импульс определяется в виде , при этом второй многодиапазонный РЧ импульс определяется в виде ,
где
k
k
является членом предварительной компенсации, s означает регулировочный параметр, представляющий отношение между амплитудой одного из сигналов в первой или второй полосе частот и амплитудой дополнительного сигнала в (2k+1) полосе частот, φ означает разность фаз между дополнительным сигналом и одним из сигналов от двух срезов, N определяет число, по меньшей мере, одного дополнительного сигнала. Амплитуда сигнала в заданной полосе частот может быть амплитудой на центральной частоте заданной полосы частот. В другом примере амплитуда сигнала в заданной полосе частот может быть площадью под данным сигналом. Один из сигналов в первой или второй полосе частот может выбираться случайным образом. В другом примере один из сигналов в первой или второй полосе частот может быть сигналом, имеющим полосу частот ближе к третьей полосе частот. В другом примере один из сигналов в первой или второй полосе частот может быть сигналом, имеющим наибольшую амплитуду. Например, один из сигналов в первой или второй полосе частот и амплитуда дополнительного сигнала в третьей полосе частот могут быть нормированными (например, по одинаковой плотности фотонов в дополнительном срезе, а также в одном из двух срезов, соответствующих одному из сигналов в первой и второй полосе частот) перед получением отношения амплитуд нормированных сигналов.
В соответствии с одним вариантом осуществления, второй многодиапазонный РЧ импульс определяется в виде  где m(f,t) является гармонической функцией, и Фурье-преобразование g(f,t) m(f,t) по t дает отклик, близкий к 1 при f и -f, и близкий к 0 в любом другом случае, и .
Данные варианты осуществления могут обеспечивать альтернативные способы для определения члена предварительной компенсации, которые можно перекрестно проверять друг по другу.
В соответствии с одним вариантом осуществления, способ дополнительно содержит: повторение определения дополнительного сигнала и получения этапа c) с использованием второго многодиапазонного РЧ импульса в качестве первого многодиапазонного РЧ импульса на этапе b), пока подавляемая, по меньшей мере, часть дополнительного сигнала не оказывается выше, чем предварительно заданная минимальная амплитуда сигнала боковой полосы.
Это может иметь преимущество дополнительного уменьшения нежелательного бокового лепестка или дополнительных сигналов для нескольких сигналов от главных лепестков.
q
В соответствии с одним вариантом осуществления, способ дополнительно содержит возбуждение двух срезов с использованием второго многодиапазонного РЧ импульса для реконструкции сигналов от РЧ катушек системы МРТ, при этом реконструкцию сигнала от РЧ катушки из РЧ катушек RF выполняют в соответствии с формулой , где: q относится к срезу из двух срезов и дополнительного среза, S означает чувствительность РЧ катушки для q, f является нормированной амплитудой сигнала при q, и x является сигналом из q. Так как в данном случае еще могут быть остающиеся боковые лепестки после выполнения первого способа подавления, описанного в предыдущих вариантах осуществления, настоящий способ может иметь преимущество ослабления или исключения артефактов из изображений главных лепестков, которые могут быть обусловлены остающимися боковыми лепестками. Кроме того, поскольку сигналы главных лепестков не равны, и разность отражается в «f» в формуле реконструкции, то разности в главных лепестках также могут корректироваться. Например, система МРТ может содержать, по меньшей мере, одну РЧ катушку на срез из двух срезов и дополнительный срез. Данный вариант осуществления может выполняться во время физического сканирования.
В другом аспекте изобретение относится к компьютерному программному продукту, содержащему компьютерно-выполняемые команды для выполнения этапов способа по любому из предшествующих вариантов осуществления.
В другом аспекте изобретение относится к генератору РЧ импульсов для системы магнитно-резонансной томографии (МРТ) для подавления боковых полос, в котором первый многодиапазонный РЧ импульс обеспечивается для одновременного возбуждения, по меньшей мере, двух срезов в субъекте в первой и второй полосе частот и для сбора, с использованием системы МРТ, сигналов от возбужденных двух срезов и, по меньшей мере, одного дополнительного сигнала в третьей полосе частот, при этом дополнительный сигнал происходит в результате возбуждения на боковой полосе среза, отличающегося от двух срезов. Генератор РЧ импульсов предназначен для использования первого многодиапазонного РЧ импульса для определения дополнительного сигнала; вывода члена предварительной компенсации из первого многодиапазонного РЧ импульса и дополнительного сигнала, добавления члена предварительной компенсации к первому многодиапазонному РЧ импульсу, чтобы получить второй многодиапазонный РЧ импульс, с заменой тем самым первого многодиапазонного РЧ импульса вторым многодиапазонным РЧ импульсом для подавления, по меньшей мере, части дополнительного сигнала.
В другом аспекте изобретение относится к системе МРТ для сбора магнитно-резонансных данных, содержащей генератор РЧ импульсов в соответствии с предыдущим вариантом осуществления.
Как будет очевидно специалисту в данной области техники, аспекты настоящего изобретения могут осуществляться в форме устройства, способа или компьютерного программного продукта. Соответственно, аспекты настоящего изобретения могут принимать форму полностью аппаратного варианта осуществления, полностью программного варианта осуществления (включая микропрограммное обеспечение, резидентное программное обеспечение, микрокод и т.п.) или варианта осуществления, сочетающего программный и аппаратный аспекты, которые могут именоваться все, в общем, в настоящей заявке «схемой», «модулем» или «системой». Кроме того, аспекты настоящего изобретения могут принимать форму компьютерного программного продукта, осуществленного на одном или более компьютерно-читаемых носителях, содержащих компьютерно-выполняемый код, реализованный на них.
Аспекты настоящего изобретения описаны со ссылкой на изображения блок-схем последовательностей операций и/или блок-схем способов, устройств (систем) и компьютерных программных продуктов в соответствии с вариантами осуществления изобретения. Следует понимать, что каждый блок или участок блоков блок-схемы последовательности операций, изображений и/или блок-схем может быть реализован командами компьютерной программы в форме компьютерно-выполняемого кода, когда применимо. Кроме того, следует понимать, что, в отсутствие взаимного исключения, комбинации блоков на разных блок-схемах последовательностей операций, изображениях и/или блок-схемах можно объединять. Упомянутые команды компьютерной программы могут подаваться в процессор универсального компьютера, специализированный компьютер или другое программируемое устройство обработки данных для создания такой аппаратной платформы, что команды, которые выполняются процессором компьютера или другого программируемого устройства обработки данных, создают средство для реализации функций/операций, указанных в блоке или блоках блок-схемы последовательности операций и/или блок-схемы.
Можно использовать любую комбинацию из одного или более компьютерно-читаемых носителей. Компьютерно-читаемый носитель может быть компьютерно-читаемым носителем сигнала или компьютерно-читаемым носителем для хранения данных. Термин «компьютерно-читаемый носитель для хранения данных» в контексте настоящей заявки охватывает любой физический носитель для хранения данных, который может хранить команды, которые могут выполняться процессором компьютерного устройства. Компьютерно-читаемый носитель для хранения данных может называться компьютерно-читаемым долговременным носителем для хранения данных. Компьютерно-читаемый носитель для хранения данных может также называться физическим компьютерно-читаемым носителем. В некоторых вариантах осуществления, компьютерно-читаемый носитель для хранения данных может быть также способен хранить данные, которые допускают выборку процессором компьютерного устройства. Примеры компьютерно-читаемых носителей для хранения данных включают в себя, но без ограничения: гибкий диск, накопитель на жестких магнитных дисках, твердотельный жесткий диск, флэш-память, USB флэш-накопитель, оперативную память (RAM), постоянную память (ROM), оптический диск, магнитооптический диск и регистровый файл процессора. Примеры оптических дисков включают в себя компакт-диски (CD) и цифровые видеодиски (DVD), например CD-ROM (компакт-диск постоянной памяти), CD-RW (перезаписываемый компакт-диск), CD-R, DVD-ROM (цифровой видеодиск постоянной памяти), DVD-RW (перезаписываемый цифровой видеодиск) или DVD-R (записываемый цифровой видеодиск). Термин компьютерно-читаемый носитель для хранения данных относится также к различным типам записывающих носителей, допускающих выборку компьютерным устройством по сети или каналу связи. Например, данные могут выбираться посредством модема, по сети Интернет или по локальной сети. Компьютерно-выполняемый код, реализованный на компьютерно-читаемом носителе, может передаваться с использованием подходящего носителя, включая, но без ограничения, беспроводную, проводную линию, волоконно-оптический кабель, РЧ сигнал и т.п., или любую подходящую комбинацию вышеупомянутых носителей.
Компьютерно-читаемый носитель сигнала может включать в себя распространяющийся информационный сигнал с компьютерно-выполняемым кодом, реализованным на данном сигнале, например, в основной полосе частот или в виде части несущего сигнала. Данный распространяющийся сигнал может принимать любую из множества различных форм, включая, но без ограничения, электромагнитный, оптический сигнал, или их любое подходящее сочетание. Компьютерно-читаемый носитель сигнала может быть любым компьютерно-читаемым носителем, который не является компьютерно-читаемым носителем для хранения данных, и который может передавать, распространять или транспортировать программу для использования системой, установкой или устройством выполнения команд, или в связи с данными системой, установкой или устройством.
«Компьютерная память» или «память» является примером компьютерно-читаемого носителя для хранения данных. Компьютерная память является любой памятью, которая непосредственно доступна процессору. «Компьютерное запоминающее устройство» или «запоминающее устройство» является дополнительным примером компьютерно-читаемого носителя для хранения данных. Компьютерное запоминающее устройство является любым энергонезависимым компьютерно-читаемым носителем для хранения данных. В некоторых вариантах осуществления компьютерное запоминающее устройство может быть также компьютерной памятью или наоборот.
«Пользовательский интерфейс» в контексте настоящей заявки представляет собой интерфейс, который позволяет пользователю или оператору взаимодействовать с компьютером или компьютерной системой. «Пользовательский интерфейс» может также называться «человеко-машинным интерфейсом». Пользовательский интерфейс может предоставлять информацию или данные оператору и/или принимать информацию или данные от оператора. Пользовательский интерфейс может допускать, чтобы ввод от оператора принимался компьютером, и может предоставлять выходные данные из компьютера пользователю. Другими словами, пользовательский интерфейс может позволять оператору управлять или манипулировать компьютером, и интерфейс может позволять компьютеру указывать последствия операторского контроля или манипулирования. Отображение данных или информации на дисплее или графическом пользовательском интерфейсе является примером представления информации оператору. Прием данных при посредстве клавиатуры, мыши, трекбола, сенсорной панели, координатно-указательного устройства, графического планшета, джойстика, игровой панели, веб-камеры, головной гарнитуры, переключающих рычагов, управляющих рулей, педалей, электронной перчатки, танцевального коврика, удаленного пульта доступа и акселерометра представляет собой примеры компонентов пользовательского интерфейса, которые допускают прием информации или данных от оператора.
«Аппаратный интерфейс» в контексте настоящей заявки включает в себя интерфейс, который позволяет процессору компьютерной системы взаимодействовать с и/или управлять внешним компьютерным устройством и/или установкой. Аппаратный интерфейс может позволять процессору посылать управляющие сигналы или команды во внешнее компьютерное устройство и/или установку. Аппаратный интерфейс может также позволять процессору обмениваться данными с внешним компьютерным устройством и/или установкой. Примеры аппаратного интерфейса включают в себя, но без ограничения: универсальную последовательную шину, порт IEEE 1394, параллельный порт, порт IEEE 1284, последовательный порт, порт RS-232, порт IEEE-488, соединение Bluetooth, беспроводное подключение к локальной сети, соединение TCP/IP, соединение сети Ethernet, интерфейс управляющего напряжения, интерфейс MIDI, аналоговый входной интерфейс и цифровой входной интерфейс.
«Процессор» в контексте настоящей заявки включает в себя электронный компонент, который способен выполнять программу или компьютерно-выполняемую команду. Ссылки на компьютерное устройство, содержащее «процессор», следует интерпретировать как возможно содержащее более, чем один процессор или процессорное ядро. Процессор может быть, например, многоядерным процессором. Термин процессор может также относиться к группе процессоров, находящейся в одной компьютерной системе или распределенной по нескольким компьютерным системам. Термин «компьютерное устройство» следует также интерпретировать как, возможно, относящийся к группе или сети компьютерных устройств, содержащих, каждое, процессор или процессоры. Многие программы содержат команды, выполняемые несколькими процессорами, которые могут находиться в одном и том же компьютерном устройстве, или которые могут быть даже распределены по нескольким компьютерным устройствам.
Данные магнитно-резонансного изображения определяются в настоящей заявке как являющиеся данными измерений радиочастотных сигналов, испускаемых атомными спинами субъекта/объекта, зарегистрированными антенной магнитно-резонансного устройства во время сканирования магнитно-резонансной томографии. Изображение магнитно-резонансной томографии (МРТ) определяется в настоящей заявке как реконструированная двух- или трехмерная визуализация анатомических данных, содержащихся в данных магнитно-резонансной томографии. Данная визуализация может выполняться с помощью компьютера.
Следует понимать, что один или более из вышеупомянутых вариантов осуществления изобретения можно объединять, при условии, что объединяемые варианты осуществления не являются взаимно исключающими.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
В последующем, предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны исключительно в качестве примера и со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг. 1 - изображение системы магнитно-резонансной томографии,
Фиг. 2 - блок-схема последовательности операций способа исключения или подавления сигнала боковых полос,
Фиг. 3 - представление профиля срезов,
Фиг. 4 - представление профиля срезов до и после применения, по меньшей мере, частично, настоящего способа,
Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций примерного способа определения сигнала боковых полос,
Фиг. 6 - блок-схема последовательности операций другого примерного способа определения сигнала боковых полос, и
Фиг. 7 - представление профиля срезов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В последующем, элементы, обозначенные похожими числовыми позициями на фигурах, либо являются одинаковыми элементами, либо выполняют эквивалентную функцию. Элементы, которые были описаны раньше, не обязательно будут описаны для последующих фигур, если они имеют эквивалентную функцию.
Различные конструкции, системы и устройства схематически изображаются на фигурах только с целью пояснения и так, чтобы не мешать пониманию настоящего изобретения деталями, которые широко известны специалистам в данной области техники. Тем не менее, прилагаемые фигуры включены в заявку для описания и пояснения наглядных примеров раскрываемого предмета изобретения.
Фиг. 1 изображает примерную систему 100 магнитно-резонансной томографии. Система 100 магнитно-резонансной томографии содержит магнит 104. Магнит 104 является сверхпроводящим магнитом цилиндрического типа с туннелем 106 через него. Возможно также применение разнотипных магнитов, например, можно также применять разъемный цилиндрический магнит и так называемый открытый магнит. Разъемный цилиндрический магнит подобен стандартному цилиндрическому магниту, за исключением того, что криостат разбит на две секции, чтобы обеспечивать возможность доступа к изоплоскости магнита, и такие магниты можно применять, например, в сочетании с терапией пучком заряженных частиц. Открытый магнит содержит две секции магнита, одну над другой, с пространством между ними, которое является достаточно большим для вмещения субъекта 118, при этом схема расположения зоны двух секций аналогична схеме расположения катушки Гельмгольца. Открытые магниты широко распространены потому, что субъект меньше стеснен. Внутри криостата цилиндрического магнита находится группа сверхпроводящих катушек. Внутри туннеля 106 цилиндрического магнита 104 находится зона 108 визуализации, в которой магнитное поле является достаточно сильным и однородным для осуществления магнитно-резонансной томографии.
Внутри туннеля 106 магнита находится также набор градиентных магнитных катушек 110, которые применяются при сборе магнитно-резонансных данных, чтобы пространственно кодировать магнитные спины целевого объема внутри зоны 108 визуализации магнита 104. Градиентные магнитные катушки 110 подключены к источнику 112 питания градиентных магнитных катушек. Градиентные магнитные катушки 110 приведены как репрезентативные. Градиентные магнитные катушки 110 обычно содержат три отдельных набора катушек для пространственного кодирования в трех ортогональных пространственных направлениях. Источник питания градиентных магнитных катушек подает ток в градиентные магнитные катушки. Ток, подаваемый в градиентные магнитные катушки 110, управляется в зависимости от времени и может быть пилообразным или импульсным.
Система МРТ 100 дополнительно содержит передающую РЧ катушку 114 над субъектом 118 и вблизи зоны 108 визуализации для генерации РЧ импульсов возбуждения. Передающая РЧ катушка 114 может включать в себя набор поверхностных катушек или других специализированных РЧ катушек. Передающую РЧ катушку 114 можно использовать попеременно для передачи РЧ импульсов, а также для приема магнитно-резонансных сигналов, например, передающая РЧ катушка 114 может быть реализована как передающая многоэлементная катушка, содержащая множество передающих РЧ катушек. Передающая РЧ катушка 114 соединена с РЧ усилителем 115. РЧ усилитель 115 соединен с генератором 164 РЧ импульсов. Генератор 164 РЧ импульсов может генерировать многодиапазонный РЧ импульс для одновременного возбуждения нескольких срезов в субъекте 118, например, внутри зоны 108 визуализации (например, подобно тому, как в подходе Caipirinha).
Источник 112 питания градиентных магнитных катушек и генератор 164 РЧ импульсов подсоединены к аппаратному интерфейсу 128 компьютерной системы 126. Компьютерная система 126 дополнительно содержит процессор 130. Процессор 130 соединен с аппаратным интерфейсом 128, пользовательским интерфейсом 132, компьютерным запоминающим устройством 134 и компьютерной памятью 136.
Компьютерная память 136 показана как содержащая модуль 160 управления. Модуль 160 управления содержит компьютерно-выполняемый код, который позволяет процессору 130 управлять работой и функционированием системой 100 магнитно-резонансной томографии. Упомянутый модуль поддерживает также основные операции системы 100 магнитно-резонансной томографии, например, сбор магнитно-резонансных данных.
Компьютерное запоминающее устройство 134 показано как содержащее архивные данные 170, например, в форме базы данных, характеризующие один или более многодиапазонных РЧ импульсов и соответствующие частотные спектры. Частотный спектр может быть откликом (например, реконструированным изображением) системы МРТ 100 на многодиапазонный РЧ импульс из одного или более многодиапазонных РЧ импульсов. Частотный спектр можно получить с помощью моделирования отклика системы МРТ 100, когда подается многодиапазонный РЧ импульс. Моделирование может быть основано на модели системы МРТ 100. В другом примере, частотный спектр можно получить с использованием калибровочного или диагностического сканирования с использованием системы МРТ 100.
В ответ на подачу многодиапазонного РЧ импульса в срезы, система МРТ 100 может реконструировать частотный спектр (или профиль срезов), содержащий сигналы от возбужденных срезов. Однако вследствие, по меньшей мере, нелинейности частотной характеристики РЧ усилителя 115 и/или передающей РЧ катушки 114, в частотном спектре может присутствовать, по меньшей мере, один дополнительный сигнал (сигнал боковой полосы), возникающий в результате возбуждения (т.е. возбуждения боковой полосой) среза, отличающегося от срезов. Следует отметить, что подавление боковых полос в соответствии с настоящим изобретением достигается независимо от происхождения нежелательной боковой полосы. То есть независимо от причины появления нежелательных боковых полос, подавление осуществляется одинаковым способом посредством члена предварительной компенсации. Несовершенства РЧ усилителя являются всего лишь одним примером причины появления боковых полос, но решение по изобретению для их подавления не зависит от точного источника.
Фиг. 2 представляет блок-схему последовательности операций способа для устранения или подавления дополнительного сигнала. Пример дополнительного сигнала 309-312, а также сигналов 307-308 (называемых также главными лепестками или сигналами главных лепестков) из намеченных/искомых срезов показаны на профиле срезов или в частотном спектре 300 на фиг. 3. Исключительно для простоты описываются только два среза, возбуждаемые многодиапазонным импульсом, например, в первой 301 и второй 303 полосах частот. И дополнительный сигнал 309 может происходить в результате, например, возбуждения дополнительного (нежелательного) среза в третьей полосе 305 частот.
Многодиапазонный РЧ импульс может быть получен в виде суммы двух отдельных форм РЧ импульсов.
Многодиапазонный РЧ импульс можно записать в следующем виде:
где  определяет форму импульса, и  является функцией частотной модуляции.
На этапе 201 многодиапазонный РЧ импульс (т.е. вышеописанный первый многодиапазонный РЧ импульс) может быть использован генератором 164 РЧ импульсов для определения дополнительного сигнала 309-312. Определение дополнительного сигнала 309-312 может содержать, например, прогнозирование дополнительного сигнала и/или идентификацию дополнительного сигнала 309-312, например, в частотном спектре 300, полученном или реконструированном системой МРТ 100 в ответ на подачу многодиапазонного РЧ импульса.
Например, определение дополнительного сигнала 309-312 может выполняться до выполнения или завершения МРТ сканирования, т.е. перед возбуждением двух срезов с помощью системы МРТ 100. Дополнительные сведения о способах определения дополнительного сигнала описаны со ссылкой на фиг. 5-6.
Количество, по меньшей мере, одного дополнительного сигнала 309-312 может зависеть от, например, геометрии визуализируемого участка субъекта 118 и/или амплитуды дополнительного сигнала. Например, если визуализируют головной мозг, то дополнительный сигнал можно идентифицировать в периферической области, например, нескольких сантиметров, которая согласуется с геометрией или размером головного мозга. В другом примере, на фиг. 3, дополнительный сигнал 309 можно идентифицировать как находящийся вблизи или внутри визуализируемой области, а другие дополнительные сигналы 310-312 могут и не идентифицироваться.
k
xy
k
На этапе 203, член  предварительной компенсации может быть выведен из многодиапазонного РЧ импульса  и из дополнительного сигнала, например, из третьей полосы 305 частот и/или амплитуды 313 дополнительного сигнала 309. Член предварительной компенсации может быть выведен так, что, когда подается (модифицированный) многодиапазонный РЧ импульс, полученный сигнал предварительной компенсации в третьей полосе 305 частот складывается так, что он взаимно компенсируется с дополнительным сигналом 309, обусловленным нелинейностью РЧ усилителя 115 и/или РЧ катушки 114. Таким образом, дополнительный сигнал 309 может подавляться, по меньшей мере, частично. Член предварительной компенсации может определяться в форме следующей модели  боковых полос, где s означает регулировочный параметр, представляющий отношение между амплитудой (например, измеренная интенсивность или амплитуда сигнала может быть связана с квадратом xy-намагничивания M) главной полосы, например, 307 или 308, и амплитудой боковой полосы 309. Амплитуда сигнала (например, боковой полосы 309 или главной полосы 307) может содержать амплитуду в полосе центральной частоты, покрытой сигналом. В другом примере амплитуда сигнала может содержать его площадь.  дает частоту боковой полосы для боковой полосы k 309.  означает разность фаз между боковой полосой k 309 и главной полосой 307 или 308. N устанавливает число боковых полос (т.е. дополнительных сигналов), подлежащих компенсации.
Член  может складываться с многодиапазонным РЧ импульсом , например, вычитаться из него, чтобы получить модифицированный многодиапазонный РЧ импульс (т.е. вышеописанный второй многодиапазонный РЧ импульс) . Например, при последующем МРТ сканировании, многодиапазонный РЧ импульс может быть заменен модифицированным многодиапазонным РЧ импульсом для подавления, по меньшей мере, части дополнительного сигнала 309. Результат настоящего способа представлен, например, на фиг. 4. Фиг. 4 представляет два пространственных спектра (полученных при 6-кГц частотной модуляции) до 400A и после 400B подачи модифицированного многодиапазонного РЧ импульса. Как показано на фиг. 4, идентифицированный дополнительный сигнал 401A, по меньшей мере, частично подавлен, при сравнении с соответствующим сигналом 401B после того, как применен способ (т.е. после того, как подан модифицированный многодиапазонный РЧ импульс).
Например, член предварительной компенсации может приниматься генератором 164 РЧ импульсов в ответ на запрос пользователю системы МРТ 100 на модификацию многодиапазонного РЧ импульса. В другом примере член предварительной компенсации может быть получен эмпирически посредством экспериментов, повторяемых, пока не обеспечивается искомое подавление дополнительного сигнала. Повторяемые эксперименты могут выполняться с использованием, например, калибровочных сканирований посредством системы МРТ 100. В другом примере член предварительной компенсации может быть автоматически выведен или получен с использованием архивных данных; при этом архивные данные хранят или содержат многодиапазонный РЧ импульс в связи с членом предварительной компенсации.
В другом примере член компенсации можно получить как гармоническую функцию. В данном случае модифицированный многодиапазонный РЧ импульс может определяться в виде , где m(f,t) является полиномиальной функцией, и Фурье-преобразование g(f,t) m(f,t) по t дает отклик, близкий к 1 при f и -f, и близкий к 0 в любом другом случае.
В другом примере настоящего изобретения, в настоящей заявке раскрывается способ исправления или устранения проблемы сигналов боковых лепестков посредством итерационной компенсации многодиапазонного РЧ импульса до того, как начинается последовательность визуализации. Для этого, можно повторять этапы 201 и 203, пока подавляемая, по меньшей мере, часть дополнительного сигнала не оказывается выше, чем предварительно заданная минимальная амплитуда сигнала боковой полосы. Например, минимальная амплитуда сигнала боковой полосы (подлежащего подавлению) может содержать 99% от дополнительного сигнала, так что дополнительный сигнал полностью подавляется. В другом примере минимальная амплитуда сигнала боковой полосы может составлять 95% от дополнительного сигнала. В ходе первого повторения (или итерации) этапов 201-203, второй РЧ импульс с предшествующего этапа 203 можно использовать как первый РЧ импульс на этапе 201 текущего повторения или итерации. В данном случае, член предварительной компенсации может быть переопределен в виде следующей модели боковой полосы:
Данный член может подавлять боковые лепестки (т.е. дополнительные сигналы) как на четных, так и на нечетных частотах (±k*f, k=0, 1, 2, 3 и т.д) боковых лепестков (например, лепестках, показанных на профиле 709 срезов на фиг. 7). Это может быть особенно полезно, когда многодиапазонный РЧ импульс предназначен для возбуждения более, чем двух срезов, например, 4 срезов, как показано для 4 сигналов 701 главных лепестков на фиг. 7. Этапы 201-203 (и их повторения) могут быть подготовительной стадией перед тем, как начинается последовательность визуализации. Подготовительная стадия может быть, например, калибровочным сканированием или предварительным сканированием для определения условий визуализации и/или данных, используемых для реконструкции изображения и т.д., которые можно использовать для физического сканирования. Подготовительную стадию можно выполнять отдельно от клинического или основного сканирования. Подготовительную стадию можно выполнять перед клиническим или физическим сканированием. Термин «физическое сканирование», «клиническое сканирование» или «основное сканирование» может относиться к сканированию для визуализации заданного диагностического изображения, например, T1-взвешенного изображения.
Например, на данной подготовительной стадии первый многодиапазонный РЧ импульс на этапе 201 может быть передан и немедленно принят обратно с выхода спектрометра системы МРТ (выхода передатчика (TX)) и/или передающих портов РЧ усилителя (например, 115) для каждого повторения этапов 201-203. Сигнал с выхода передатчика или передающего порта РЧ усилителя используется для определения дополнительного сигнала или сигналов боковых лепестков. Разность между первым многодиапазонным РЧ импульсом, переданным в передатчик и/или РЧ усилитель, и принятым импульсом или сигналом из передатчика и/или РЧ усилителя можно добавлять к первому многодиапазонному РЧ импульсу для формирования второго многодиапазонного РЧ импульса на этапе 203.
В конце подготовительной стадии второй многодиапазонный РЧ импульс может быть частично или полностью скомпенсирован в том смысле, что дополнительный(ые) сигнал(ы) подавляются, по меньшей мере, частично и может(гут) применяться в последовательности визуализации.
Однако, несовершенств аппаратуры иногда невозможно избежать, и после подготовительной стадии еще могут оставаться небольшие боковые лепестки. Поэтому, в последующем описан способ для развертывания срезов в боковых лепестках при реконструкции изображения, например, при физическом сканировании. Данный способ можно применять в сочетании с подготовительной стадией или отдельно от нее (например, это может избавить от использования итерационной реконструкции изображения).
В традиционных способах реконструкции изображения боковые лепестки могут не учитываться в матрице реконструкции. Однако на практике, после подготовительной стадии еще могут оставаться боковые лепестки, например, 4 боковых лепестка (309-312), показанных на фиг. 3. В случае, изображенном на фиг. 3, если используется традиционная матрица реконструкции, то формируются только два изображения (соответствующие главным лепесткам 307-308); однако, сигналы из 4 боковых лепестков могут вкладываться в изображения от главных лепестков, и поэтому существуют артефакты.
Для учета боковых лепестков и разных углов переворота в главных лепестках, матрицу (или формулу) реконструкции определяют в виде:
c,q
q,1
c,1
«1» в формуле означает, что матрица содержит только один столбец, где q означает число, которое изменяется от 1 до числа главных лепестков плюс существенные боковые лепестки (т.е. боковые лепестки, имеющие амплитуды выше, чем предварительно заданная максимальная амплитуда шума), S означает чувствительность катушки c на срезе q. x является пространственно-зависимым сигналом от среза q, Cозначает сигнал в приемной катушке c. f используется для исправления различий углов переворота во всех лепестках (главных и боковых лепестках). «f» вычисляется из РЧ сигнала, собранного на подготовительной стадии. f представляет нормированные измеренные амплитуды сигналов всех лепестков (главных лепестков и боковых лепестков) после подготовительной стадии. Нормирование выполняется по одному значению, которое может быть, например, значением, используемым для вычисления требуемого угла переворота, например, 1640. В другом примере нормирование может выполняться по максимальной или средней амплитуде из амплитуд сигналов главных лепестков и/или сигналов боковых лепестков. Например, в случае профиля 700 срезов на фиг. 7, который содержит 4 главных лепестка 701 и 4 боковых лепестка 703-707, «f» является 8-элементной таблицей (и q=1, 2, 3… или 8), значения которой являются нормированными амплитудами сигналов для сигналов 701-707.
После того как реконструкция выполнена, формируется 8 изображений вместо 4 изображений, формируемых при обычной реконструкции. 4 сигнала боковых лепестков реконструируются как 4 отдельных изображения и отбрасываются. Поэтому изображения главных лепестков свободны от артефактов. Кроме того, поскольку сигналы главных лепестков не равны, и разность отражается в «f» в формуле реконструкции, то разности в главных лепестках также корректируются. Данный подход может корректировать различия яркости в 4 главных лепестках. Например, данный подход может корректировать неравные амплитуды двух главных лепестков, показанных на фиг. 4.
В зависимости от требования к IQ (качеству изображения), скорости визуализации и от степени несовершенства аппаратуры, можно применить по отдельности или в сочетании предварительное искажение импульса или исправление реконструкции.
Благодаря использованию модифицированной матрицы реконструкции, все срезы, включающие в себя срезы боковых лепестков, могут быть развернуты без артефактов, при условии, что число катушек больше, чем q. Разность сигналов, обусловленная разными углами переворота, также корректируется посредством «f».
Фиг. 3 представляет профиль 300 срезов (из данных моделирования), где, например, при 2f=16 кГц, формируется сигнал бокового лепестка ~10%. Теоретический или предусмотренный профиль срезов (т.е. без аппаратного ограничения, например, ограничения по РЧ усилителю) будет содержать только два сигнала 307 и 308.
Фиг. 5 представляет блок-схему последовательности операций способа для определения дополнительного сигнала 309, 401A.
На этапе 501 может подаваться многодиапазонный РЧ импульс для одновременного возбуждения двух срезов.
На этапе 503, в ответ на поданный многодиапазонный РЧ импульс могут быть собраны МР (магнитно-резонансные) данные с помощью системы МРТ 100.
На этапе 505 может быть реконструировано изображение с использованием собранных МР данных.
На этапе 507 генератор 164 РЧ импульсов может идентифицировать сигналы, имеющие ненулевую амплитуду, например, имеющие амплитуду выше предварительно заданного минимального значения амплитуды, в реконструированном изображении. Генератор 164 РЧ импульсов может определять полосу частот идентифицированных сигналов и сравнивать ее с первой и второй полосами частот. В случае если найденная частота отличается (например, не накладывается или, по меньшей мере, частично накладывается) от первой или второй полос частот, соответствующий сигнал может быть дополнительным сигналом (нежелательным сигналом боковой полосы).
Фиг. 6 представляет блок-схему последовательности операций способа для автоматического определения дополнительного сигнала 309, 401A.
На этапе 601 генератор 164 РЧ импульсов может идентифицировать в архивных данных 170 типовой многодиапазонный РЧ импульс из одного или более многодиапазонных РЧ импульсов, который соответствует многодиапазонному РЧ импульсу.
На этапе 603 генератор 164 РЧ импульсов может идентифицировать дополнительный сигнал с использованием частотного спектра 300, соответствующего идентифицированному типовому многодиапазонному РЧ импульсу.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИОННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
100 система магнитно-резонансной томографии
104 магнит
106 туннель магнита
108 зона визуализации
110 градиентные магнитные катушки
112 источник питания градиентных магнитных катушек
114 радиочастотная катушка
115 РЧ усилитель
118 субъект
126 компьютерная система
128 аппаратный интерфейс
130 процессор
132 пользовательский интерфейс
134 компьютерное запоминающее устройство
136 компьютерная память
160 модуль управления
164 генератор РЧ импульсов
170 архивные данные
300 профиль срезов
301-305 полоса частот
307-308 сигналы главных полос (главных лепестков)
309-312 сигналы боковых полос (боковых лепестков)
313 амплитуда
400A-B профиль срезов
401A-B сигнал боковых полос
700 профиль срезов
701 сигналы главных лепестков
703-707 сигналы боковых лепестков