[發(fā)明專利]一種高場(chǎng)磁共振梯度控制器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110555516.2
• 申請(qǐng)日: 2021-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN113296037A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦云;吳林;張濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/385
• 分類號(hào): G01R33/385;G01R33/48;A61B5/00;A61B5/055
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開一種高場(chǎng)磁共振梯度控制器，應(yīng)用于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明通過高速光纖鏈路與譜儀主控單元進(jìn)行通信，譜儀主控單元將梯度控制器所需參數(shù)下發(fā)給梯度控制器，梯度控制器的取指譯碼模塊輸出梯度波形參數(shù)、梯度預(yù)加重參數(shù)、一階勻場(chǎng)參數(shù)、高階勻場(chǎng)參數(shù)和B0主頻補(bǔ)償參數(shù)等；梯度波形參數(shù)輸入梯度波形生成模塊，經(jīng)該模塊輸出數(shù)字梯度波形信號(hào)，數(shù)字梯度波形信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬梯度波形信號(hào)；梯度預(yù)加重參數(shù)在梯度預(yù)加重模塊中計(jì)算得到預(yù)加重補(bǔ)償量；一階勻場(chǎng)參數(shù)在一階勻場(chǎng)模塊中計(jì)算得到一階勻場(chǎng)補(bǔ)償量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁共振梯度控制器技術(shù)。

背景技術(shù)

作為磁共振成像設(shè)備的重要組成部分,主磁體負(fù)責(zé)在給定的空間范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)高均勻度的靜磁場(chǎng),而該區(qū)域磁場(chǎng)的均勻度直接影響成像質(zhì)量的好壞，由于在主磁體加工制造和裝配過程中存在誤差,同時(shí)不可避免地會(huì)受到周圍的鐵磁材料的干擾,使得主磁場(chǎng)的均勻性受到嚴(yán)重影響,降低圖像空間分辨率。因此,磁共振系統(tǒng)經(jīng)常采用主動(dòng)勻場(chǎng)的技術(shù)手段，對(duì)成像區(qū)域主磁場(chǎng)進(jìn)行校正，以達(dá)到滿足高空間分辨率成像所需的磁場(chǎng)均勻度。主動(dòng)勻場(chǎng)大體又分為兩種：一階主動(dòng)勻場(chǎng)和高階主動(dòng)勻場(chǎng)，以下簡稱一階勻場(chǎng)和高階勻場(chǎng)。一階主動(dòng)勻場(chǎng)就是在原有主磁場(chǎng)上疊加一個(gè)線性磁場(chǎng)用來補(bǔ)償磁場(chǎng)的不均勻，可以直接用梯度線圈實(shí)現(xiàn)此功能，方法就是在X、Y、Z軸梯度線圈上施加適當(dāng)?shù)碾娏鳌８唠A勻場(chǎng)需要配置專用高階勻場(chǎng)線圈，產(chǎn)生空間上呈二階或更高階分布的局部磁場(chǎng)，可抵消主磁場(chǎng)中的高階分量，高階勻場(chǎng)線圈與一階勻場(chǎng)的梯度場(chǎng)共同作用，使得主磁場(chǎng)更加均勻。而在一些低場(chǎng)磁共振設(shè)備上，一般不提供高階勻場(chǎng)線圈，因此只能由X、Y、Z軸梯度線圈實(shí)現(xiàn)一階勻場(chǎng)。

磁共振領(lǐng)域一般將3T及以上場(chǎng)強(qiáng)的磁共振統(tǒng)稱為高場(chǎng)磁共振。在高場(chǎng)磁共振運(yùn)行時(shí)，掃描物體內(nèi)部的磁場(chǎng)不均勻性會(huì)引起顯著的頻率位移和散相，成像空間分辨率會(huì)受到更嚴(yán)重的磁敏感效應(yīng)影響而降低。除此之外，掃描對(duì)象運(yùn)動(dòng)和磁體指標(biāo)自身波動(dòng)會(huì)造成掃描對(duì)象內(nèi)部空間磁場(chǎng)分布的不均勻變化，這種二次磁場(chǎng)變化將在成像數(shù)據(jù)里引入復(fù)雜的生理噪聲，降低成像圖像空間分辨率。只有實(shí)時(shí)地補(bǔ)償磁場(chǎng)的偏移，才能從根本上解決這個(gè)問題。精細(xì)腦科學(xué)研究與重大腦疾病早期診斷對(duì)腦成像的空間分辨率提出了越來越高的要求。在基礎(chǔ)腦神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，經(jīng)常需要對(duì)大腦進(jìn)行磁共振高空間分辨率成像，由于梯度勻場(chǎng)線圈離腦部距離較遠(yuǎn)，靜態(tài)勻場(chǎng)效率非常有限，使用動(dòng)態(tài)勻場(chǎng)可以更好地提高勻場(chǎng)效率。一般通過B0場(chǎng)主頻動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和一階片層勻場(chǎng)等技術(shù)手段來實(shí)時(shí)補(bǔ)償磁場(chǎng)變化，進(jìn)而提升磁場(chǎng)均勻度。

由于頻率位移在超高場(chǎng)下的放大，局部磁場(chǎng)不均勻性更加嚴(yán)重，一階勻場(chǎng)變得難以彌補(bǔ)愈加顯著的局部不均勻磁場(chǎng)，對(duì)體型更小的動(dòng)物如獼猴，尺寸遠(yuǎn)小于人，因而需要更高空間階數(shù)的磁場(chǎng)分量來實(shí)現(xiàn)更有效的勻場(chǎng)，一般通過二階和二階以上的多組高階梯度勻場(chǎng)線圈共同作用，以達(dá)到更佳的勻場(chǎng)效果。

由于在磁共振系統(tǒng)中存在金屬介質(zhì)，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，當(dāng)磁場(chǎng)中的梯度發(fā)生變化時(shí)，在磁場(chǎng)中的金屬表面會(huì)產(chǎn)生電流以抵抗磁場(chǎng)的變化，這些電流會(huì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。在這個(gè)過程中感應(yīng)出的電流也就是渦流，它表現(xiàn)為一種隨時(shí)間指數(shù)衰減的形式。這些渦流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)原磁場(chǎng)的變化起到減弱的作用，使得磁共振信號(hào)的選層、相位和頻率梯度都發(fā)生偏移，這三個(gè)梯度磁場(chǎng)共同完成圖像在空間中的定位，在磁共振系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。磁場(chǎng)的偏移會(huì)導(dǎo)致最后得到的回波信號(hào)產(chǎn)生失真，進(jìn)而影響最終的成像結(jié)果，使其產(chǎn)生偽影畸變，一般對(duì)三軸梯度波形信號(hào)進(jìn)行渦流效應(yīng)的預(yù)補(bǔ)償(下文統(tǒng)稱梯度預(yù)加重)，以消除渦流效應(yīng)對(duì)成像質(zhì)量的影響，因此梯度預(yù)加重技術(shù)對(duì)磁共振成像具有重要意義。

綜上所述，在高場(chǎng)磁共振系統(tǒng)中，B0場(chǎng)主頻動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、一階片層勻場(chǎng)、高階動(dòng)態(tài)勻場(chǎng)和梯度預(yù)加重等技術(shù)對(duì)改善成像質(zhì)量特別是提升圖像空間分辨率有非常重要的影響。

傳統(tǒng)的高場(chǎng)梯度控制器結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般從低場(chǎng)簡單升級(jí)而來，沒有針對(duì)高場(chǎng)磁共振梯度系統(tǒng)的需求做定制化的研制。從公開的文獻(xiàn)得知，現(xiàn)有的高場(chǎng)梯度控制器通常存在以下短板：

不支持一階片層勻場(chǎng)和高階動(dòng)態(tài)勻場(chǎng)功能；