具有频率可变的发射脉冲的磁共振设备

摘要

磁共振设备的控制装置（6）向转换装置（U）输出低频基本信号（p

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于磁共振设备的运行方法，

-其中控制装置向转换装置输出低频基本信号，

-其中控制装置在向转换装置输出该基本信号期间向振荡器输出振 荡器控制信号，

-其中振荡器向转换装置输出与振荡器控制信号对应的频率信号，

-其中转换装置借助所述基本信号将所述频率信号转换为高频发射 脉冲，并且将所述发射脉冲输出到磁共振发射天线，

-其中磁共振发射天线向磁共振设备的检查空间施加与所述发射脉 冲对应的高频场。

本发明还涉及一种计算机程序，该计算机程序包括可以直接由用于磁 共振设备的控制装置处理的机器代码，通过控制装置对所述机器代码的处 理引起所述控制装置根据这种运行方法运行磁共振设备。

本发明还涉及一种用于磁共振设备的控制装置，所述控制装置被编程 为使得该控制装置根据这种运行方法来运行磁共振设备。

本发明还涉及一种磁共振设备，其中所述磁共振设备具有至少一个基 本磁体、控制装置和至少一个发射通道，其中，所述发射通道具有至少一 个磁共振发射天线、振荡器、功率放大器和调制器。

背景技术

上述主题是普遍公知的。每个磁共振设备都在发射运行中这样运行。

磁共振系统使用发射链中的实时调节器，以便将发射脉冲的高频振幅 保持为恒定。这种调节器典型地使用在RFPA输出上给出的信号作为调节 参数，所述信号向下混合到基带。作为调节参数对同样位于基带范围中的 信号进行修改。

这种调节器的带宽通常是有限的。典型的带宽处于大约100kHz。这 足以无失真地输出经过振幅调制的高频脉冲（具有在几kHz范围中的带 宽）。虽然对于偏心激励来说需要在多达250kHz的范围中的频率偏移。这 种频率偏移借助振荡器来实现，所述振荡器输出对应改变的频率信号。因 此该频率偏移对于所述调节来说是透明的。

在经过频率调制的脉冲情况下，也进行基带中的调制。如果在此最终 产生的高频脉冲的带宽大于调节器带宽，则要么所述脉冲不再无失真地输 出要么导致调节器的断开。这种脉冲的示例是HS脉冲（hyperbolic secant， 双曲正割）。另一个示例是所谓的FOCI脉冲。

尤其是在应当同时运行多个磁共振发射天线、也就是应当进行阵列运 行时会产生问题。因为尤其是用于发射阵列的动态脉冲通常具有高的带 宽。这种脉冲在具有调节的磁共振系统中不能被正确输出或者只能在有限 的范围中正确输出。

在现有技术中不存在使用具有大于调节器带宽的带宽的发射脉冲的 可能性。更确切地说只能要么限制HS脉冲的带宽，要么不能使用具有过 高带宽的脉冲。

发明内容

本发明的任务是实现对应的可能性。因此应当实现使用这种具有高带 宽的脉冲的可能性，即使基本信号仅具有小的带宽。

该任务通过按照本发明的运行方法来解决。

根据本发明，本文开头所述类型的运行方法这样来构成，即所述控制 装置在基本信号被输出到调制器期间对输出到振荡器的振荡器控制信号 进行改变，以及发射脉冲具有比基本信号更大的带宽。

本发明基于以下认识，即可以将基本脉冲p′(t)或与此等价的发射脉冲 P′(t)看做作为两个部分的乘积的时间(t)的函数，也就是经过振幅调制的部 分p(t)(基本信号)和经过频率调制和/或相位调制的部分s=exp(iΦ(t))（频率 信号），其中所述调制通过振荡器控制信号Φ(t)来确定。

由此得到两个参数（即基本信号和振荡器控制信号），以达到相同的 结果（发射脉冲）。由此可以改变参数“振荡器控制信号”，以达到基本信 号的带宽小于发射脉冲的带宽。

通常，发射脉冲的生成以两阶段进行。因此优选地规定，

-基本信号和频率信号在转换装置内被输送给调制器，

-所述调制器借助基本信号将频率信号调制为高频基本脉冲，并且将 基本脉冲在转换装置内输出到功率放大器，以及

-功率放大器将基本脉冲放大为发射脉冲。

可能的是，控制装置借助振荡器控制信号仅控制频率信号的频率。替 换地可能的是，控制装置借助振荡器控制信号仅控制频率信号的相位。但 是优选地，控制装置借助振荡器控制信号控制两个参数。

在理论上可以考虑对发射脉冲的生成纯受控地进行。但是优选的进行 调节。在这种情况下规定，

-控制装置将基本信号作为额定信号输出到基本调节器，

-功率放大器将发射脉冲除了输出到磁共振发射天线之外还输出到 解调器，

-振荡器将频率信号除了输出到调制器之外还输出到解调器，

-解调器借助频率信号将发射脉冲解调为低频信号，并且将该低频信 号作为实际信号输出到基本调节器，以及

-基本调节器借助额定信号和实际信号确定待输出到调制器的低频 调节信号并且输出到调制器。

基本调节器具有调节器带宽。由于本发明的运行方式，即发射脉冲具 有比基本信号更大的带宽，在本发明运行方法的范围中调节器带宽大于基 本信号的带宽就足以。相反，不需要使调节器带宽大于发射脉冲的带宽。 更确切地说，可能的是调节器带宽小于发射脉冲的带宽。

可能的是，基本信号和振荡器控制信号事先确定。在这种情况下例如 可以将基本信号和所属的振荡器控制信号存储在控制装置中，从而只需要 再调用基本信号和所述振荡器控制信号。替换地可能的是，向控制装置预 先给定期望发射脉冲的特征，并且将要或者已经预先给定针对可能的基本 信号的限制和/或针对振荡器控制信号的分布的限制，并且借助预先给定的 特征和限制自主地确定振荡器控制信号的分布。

在一种优选的设计中规定，将要或已经向控制装置预先给定振荡器控 制信号的一组基本分布，并且控制装置将振荡器控制信号的分布确定为这 些基本分布的线性组合。通过该设计，用于确定基本信号和分别所属的振 荡器控制信号的计算开销被最小化。

可能的是，控制装置无级地改变振荡器控制信号。替换地，所述改变 可以分级地进行。替换或附加的可能的是，控制装置将基本信号向调制器 的输出划分为具有预定长度或预定最小长度的多个时间段，而且振荡器控 制信号随不同的时间段而变化，但是在一个时间段内保持不变。

本发明的任务还通过开头所述类型的计算机程序解决。该计算机程序 在这种情况下被构成为，使得通过控制装置对机器代码的处理引起控制装 置根据本发明的运行方法运行磁共振设备。

该任务还通过一种控制装置解决，该控制装置被编程为，使得该控制 装置根据本发明的运行方法运行磁共振设备。

该任务还通过一种开头所述类型的磁共振设备解决，其中控制装置根 据本发明被编程。

附图说明

本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现它们的方法和方式在结 合下面对实施例的描述时更为清楚和明显更好理解，实施例将结合附图来 详细阐述。在此以示意图：

图1示出了磁共振设备，

图2示出了发射通道，

图3至图6示出了时序图，

图7示出了另一个发射通道，

图8至图10示出了流程图，以及

图11至图14示出了时序图。

具体实施方式

根据图1，磁共振设备具有基本磁体1。基本磁体1在磁共振设备 的检查空间2中生成时间上静态的和空间上基本上均匀的基本磁场。通 常还存在梯度磁体系统3，借助所述梯度磁体系统可以叠加时间上静态 的、但在空间上变化的磁场。这在本发明的范围中也是可能的，但是不 是很重要。如果存在梯度磁体系统3，则其一般具有三个用于改变在三 个主方向上的磁场的子系统。

此外，磁共振设备具有至少一个磁共振发射天线4。可能的是，仅 存在唯一的一个磁共振发射天线4，例如所谓的整体发射天线（body  coil，体线圈）。替换地，如图1所示可以存在多个磁共振发射天线4。 但是图1所示数量的4个磁共振发射天线4仅是纯示例性的。

这些磁共振发射天线4替换地可以单个地或者同时地（在发射阵列 的含义下）运行。借助磁共振发射天线4可以激励送入检查空间2中的 检查对象5以发射磁共振信号。

磁共振设备由控制装置6控制。控制装置6至少控制磁共振发射天 线4、磁共振接收天线（在图中未示出）以及梯度磁体系统3（如果存 在的话）。该控制装置可以包括其他控制功能并且必要时还进行对所接 收的磁共振信号的分析。

控制装置6构成为可用软件编程的装置。其功能性通过用于对控制 装置6编程的计算机程序7来确定。计算机程序7可以例如通过数据载 体8输送给控制装置6，计算机程序7以（仅以）可机器读取的形式存 储在该数据载体8上。计算机程序7包括可直接由控制装置6处理的机 器代码9。通过控制装置6对机器代码9的处理引起控制装置6根据下 面结合图2详细阐述的运行方法运行磁共振设备。

图2示出了磁共振设备的单个发射通道，即从控制装置6直到磁共 振发射天线4的信号路径，或在多个磁共振发射天线4的情况下从控制 装置6直到磁共振发射天线4之一或统一运行的一组磁共振发射天线4 的信号路径。

根据图2，控制装置6将基本信号p^*输出到转换装置U。基本信号 p^*是低频的。其具有相对小的带宽，例如25kHz。

此外，控制装置6将振荡器控制信号Φ输出到振荡器11。振荡器 11将频率信号s输出到转换装置U。频率信号s与振荡器控制信号Φ对 应。

振荡器控制信号Φ控制由振荡器11输出到转换装置U的频率信号 s的频率和/或相位。向振荡器11输出振荡器控制信号Φ以及对振荡器 信号s进行相应的影响，而控制装置6将基本信号p^*输出到转换装置U。

转换装置U接收基本信号p^*和频率信号s。转换装置U借助基本 信号p^*（一般以振幅调制的形式）将频率信号s转换为发射脉冲P′。发 射脉冲P′是高频的。尤其是，发射脉冲P′具有在磁共振设备的拉莫尔频 率附近的频率。转换装置U将发射脉冲P′输出到磁共振发射天线4。磁 共振发射天线4向检查空间2施加与发射脉冲P′对应的高频场。

一般地，转换装置U在内部具有调制器10和功率放大器12。在转 换装置U内，基本信号p^*和频率信号s首先被输送给调制器10。调制 器10借助基本信号p^*（一般以振幅调制的形式）将频率信号s转换为 基本脉冲p′。基本脉冲p′已经是高频的。尤其是，基本脉冲与发射脉冲 P′类似已经具有在磁共振设备的拉莫尔频率附近的频率。调制器10将基 本脉冲p′输出到功率放大器12。功率放大器12以放大因子k将基本脉 冲p′放大为发射脉冲P′。

就目前所阐述的，本发明磁共振设备的结构和作用方式与现有技术 的磁共振设备的结构和作用方式相同。但与现有技术不同，在各自的发 射脉冲P′期间，也就是在控制装置6将基本信号p^*输出到调制器10（参 见图3）的同时，振荡器控制信号Φ作为时间t的函数不是保持恒定的， 而是（参见图4、5和6）由控制装置6改变。尤其是，控制装置6可以 在各自的发射脉冲P′期间控制频率信号s的频率f（参见图4和5）和/ 或相位（参见图6）。由此可以实现的是，发射脉冲P′(以及与发射脉 冲一起的基本脉冲p′)具有比基本信号p^*更大的带宽。例如，发射脉冲 P′可以具有大约150kHz的带宽。

可以与对目前对图2阐述相应地仅受控地生成发射脉冲P′并且输出 到磁共振发射天线4。但是优选地，与图7的表示相应地进行对发射脉 冲P′的振幅的调节。

图7基于图2。因此一致的元件下面就不再阐述。但是此外存在基 本调节器13和解调器14。基本调节器13根据需要例如可以构成为P 调节器、PI调节器、PT1调节器等。基本调节器具有调节器带宽，例如 100kHz。解调器14与调制器10相反地工作。

根据图7，控制装置6将基本信号p^*作为额定信号输出到基本调节 器13。功率放大器12将发射脉冲P′（或发射脉冲的一部分）输出到解 调器14。因此功率放大器12将信号脉冲P′既输出到磁共振发射天线4 又输出到解调器14。

振荡器11还将其频率信号s输出到调制器10。但是此外振荡器11 将频率信号s输出到解调器14。解调器14借助频率信号s将发射脉冲P′ 解调为低频信号p。低频信号p由解调器14作为实际信号输出到基本调 节器13。基本调节器13因此能够借助额定信号和实际信号确定调节信 号并且输出到调制器10。调节信号（与基本信号p^*同样）是低频的。

调节器带宽必须大于基本信号p^*的带宽。调节器带宽还可以大于发 射脉冲P′的带宽。但是优选的，调节器带宽小于发射脉冲P′的带宽。例 如调节器带宽可以如已经提到的处于大约100kHz。

可能的是，基本信号p^*和振荡器控制信号Φ的所允许的组合在各自 的基本信号p^*期间事先固定地存储在控制装置6内。在这种情况下（参 见图8），控制装置6在步骤S1中接收对待输出的发射脉冲的选择。在 步骤S2中，控制装置6从内部存储器（未示出）调用相应的基本信号 p^*和相应的振荡器控制信号Φ。在步骤S3中，控制装置6将基本信号 p^*和振荡器控制信号Φ输出到相应的部件10、11。

替换地可能的是，控制装置6确定各自的基本信号p^*和相应的振荡 器控制信号Φ本身。这种情况下，根据图9的控制装置6在步骤S11中 预先给定期望发射脉冲的特征。控制装置6在步骤S11中接收相应的特 征。

在步骤S12中，控制装置6预先给定用于可能基本信号p^*的限制。 例如控制装置6可以预先给定最大容许的带宽或最大容许的振幅。替换 地，可以向控制装置6事先预先给定相应的限制。

替换或附加于步骤S12地，可以向控制装置6在步骤S13中预先给 定用于振荡器控制信号Φ的限制，例如最大改变速度或最小容许的和/ 或最大容许的值。例如也可以预先给定更换时刻或表征该更换时刻的限 制。在此也可以替换地事先预先给定控制装置6的相应限制。

控制装置6确定基本信号p^*和振荡器控制信号Φ。例如，根据图9 的控制装置6首先在步骤S14中规定振荡器控制信号Φ的分布。控制装 置6在步骤S14的范围中当然要考虑振荡器控制信号Φ的限制。

然后控制装置6可以在步骤S15中借助所给定的期望发射脉冲的特 征和规定的振荡器控制信号Φ确定基本信号p^*的所属分布。然后在步骤 S16中控制装置6检查针对基本信号p^*的限制是否得到遵守。如果限制 得到遵守，则对基本信号p^*和振荡器控制信号Φ的确定结束。在这种情 况下，基本信号p^*和振荡器控制信号Φ在步骤S17中由控制装置6输 出。否则控制装置6转移到步骤S18，在该步骤中控制装置6改变所规 定的振荡器控制信号Φ的分布。

当然相反的措施也是可能的，也就是规定基本信号p^*，然后确定所 属的振荡器控制信号Φ并且检查所确定的振荡器控制信号Φ是否遵守给 定的限制。

在图9的措施的设计中，例如可以向控制装置6预先给定一组基本 分布，例如作为级数为0,1，...,n的切比雪夫多项式。在这种情况下（参 见图10），修改步骤S14和S18，使得控制装置6在步骤S14中将振荡 器控制信号Φ的分布规定为基本分布的线性组合，并且在步骤S 18中改 变该线性组合的系数。

当然还可以采用其它措施。例如，控制装置6可以将基本信号p^*的持续时间划分为单个时间段，其中预先给定单个时间段的最小长度和 /或预先给定时间段的最大数量。在每个时间段内，例如各自的振荡器控 制信号Φ可以是恒定的或者最大线性地或最大平方地或最大立方地等 等改变。在线性分布的情况下，作为附加的条件可以定义，逐个时间段 地进行振荡器控制信号的连续过渡。在立方的或较高分布的情况下，作 为附加的条件可以定义，逐个时间段地进行振荡器控制信号的连续并且 附加可微分的过渡。其它功能的预先给定也是可能的，例如预先给定本 身定义了样条曲线的支持点。

与是向控制装置6预先给定还是由其确定振荡器控制信号的时间分 布无关地，振荡器控制信号Φ的不同类型的时间分布是可能的。例如可 能的是，控制装置6根据图4和6以及图11既无级地又连续地改变振 荡器控制信号Φ。

替换地，例如可以由控制装置6将根据图12的振荡器控制信号Φ 的分布划分为具有预定长度或预定最小长度的时间段（例如基本信号p^*的总持续时间被划分为4个相同大小的片段，或者划分为一定数量的时 间段，其中每个时间段具有基本信号p^*的持续时间的至少10%）。在这 种情况下，控制装置6可以针对每个时间段确定振荡器控制信号Φ的一 个（1）值，其中振荡器控制信号Φ的该值虽然可以逐个时间段地改变， 但是在各自的时间段内保持恒定。

按照相反的方式，根据图13替换地还可能的是，控制装置6虽然 可以随时改变振荡器控制信号Φ，但是控制振荡器控制信号Φ的可能/ 容许值是分级的。同样，参见图14替换的还可能的是，既进行向时间 段的时间划分，又只能分级地改变振荡器控制信号Φ。

如上所述针对唯一的发射通道阐述了磁共振设备的运行方式。但是 该运行方式能以类似的方式应用于多个发射通道。如果存在多个发射通 道，调制器10和功率放大器12以及必要时的基本调节器13和解调器 14针对每个发射通道单独地存在。振荡器11可能用于多个发射通道或 者可能甚至用于所有发射通道。替换地，振荡器11还可以针对每个发 射通道单独地存在。

本发明具有很多优点。最重要的优点在于，基本信号p^*的带宽小于 基本脉冲p′或发射脉冲P′的带宽。由此与现有技术相反，可以具有比较 大带宽的发射脉冲P′也经过调节地输出到磁共振发射天线4，尽管调节 器带宽相对地受限。如果振荡器控制信号Φ可以足够快地改变，则可能 甚至对通过功率放大器12引起的失真进行预补偿。另一个优点在于， 与现有技术相反，可能基本信号p^*具有负振幅（与180°的相移相应） 并且由此在确定基本信号p^*时给定其他自由度。

虽然通过优选实施例详细图解和描述了本发明，但是本发明不受所 公开的示例的限制，并且其它变型可以由专业人员从中推导出，而不会 脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

1基本磁体

2检查空间

3梯度磁体系统

4磁共振发射天线

5检查对象

6控制装置

7计算机程序

8数据载体

9机器代码

10调制器

11振荡器

12功率放大器

13基本调节器

14解调器

f频率

k放大因子

p^*基本信号

p低频信号

P′基本信号

p′发射脉冲

s频率信号

S1至S18步骤

t时间

U转换装置

Φ振荡器控制信号

相位