磁共振主磁体磁场均匀度检测方法

摘要

一种磁共振主磁体磁场均匀度检测方法，该方法包括如下步骤：a、在射频接收线圈外围设置多个包裹有屏蔽层的磁场检测传感器，用于测量传感器所在位置的静态磁场；b、设置各磁场检测传感器的空间位置坐标；c、设定磁共振中心频率校正程序；d、对于测量得到的成像区域的主磁场分布，在球坐标系下进行勒让德多项式展开，得到实际磁场分布的球谐函数表达式；e、求解表达式中各项前的常数系数；f、分别将要评估均匀度的目标区域内各坐标点的坐标导入表达式中可获得相应的磁场分布及目标区域内磁场分布规律和磁场的均匀度分布规律。该方法可测量磁共振设备有效区域内位于不同平面的多个位置的磁场强度，可有效提高磁共振主磁体均匀度检测效率。

说明书

【技术领域】

本发明涉及医学诊断用的磁共振技术领域，特别是涉及一种磁共振主磁体磁场均匀度检测方法。

【背景技术】

磁共振成像作为重要的医学成像技术之一，以其高空间分辨率及良好的空间定位等其他影像学技术无法比拟的优势广泛应用于科学研究、临床医学等诸多领域。磁共振成像系统中，主磁场均匀度是一个重要指标。磁场均匀度在很大程度上决定着磁共振图像的质量好坏，不均匀磁场会对图像产生严重的伪影，从而导致结果的不准确。磁场均匀性作为重要指标，对实验结果以及一些高度依赖均匀场的序列能否正确实现起到关键的作用。为了获得更准确的数据，需要对磁场进行测量。

【发明内容】

本发明旨在提供一种可测量磁共振设备有效区域内位于不同平面的多个位置的磁场强度，从而可有效提高磁共振主磁体均匀度检测效率的磁共振主磁体磁场均匀度检测方法。

为实现上述目的，本发明提供一种磁共振主磁体磁场均匀度检测方法，该方法包括如下步骤：

a、在射频接收线圈外围设置多个包裹有屏蔽层的磁场检测传感器，用于测量传感器所在位置处的静态磁场；

b、设置所述各磁场检测传感器的空间位置坐标，在直角坐标系下表示为(x

c、设定磁共振中心频率校正程序，校正后的磁共振实际中心频率为F,则对应的第n个传感器测量到的磁场强度为：

B

其中，F为校正后的磁共振实际中心频率,γ＝42.58MHz/T；

d、对于测量得到的成像区域的主磁场分布，将其在球坐标系下进行勒让德多项式展开，得到实际磁场分布的球谐函数表达式，展开的多项式为：

其中，B

利用球谐函数，提取主磁场的多阶谐波分量，主磁体磁场在直角坐标系(x,y,z)下,按球谐函数级数分解为下列含前九项常数系数的函数表达式：

B

其中，x，y，z为坐标值,A

利用球谐函数对磁场检测传感器测量得到的各坐标点处的磁场数据进行拟合，根据表达式(2)各项前的系数，推出下列矩阵表达式：

B

即：

其中B

A＝U

其中A为系数矩阵，U

e、求解表达式(2)中各项前的常数系数(A

f、分别将要评估均匀度的目标区域内各坐标点的坐标(x，y，z)导入表达式(2)中可获得相应的磁场分布及目标区域内磁场分布规律和磁场的均匀度分布规律。

步骤c中，磁共振中心频率校正程序设定的步骤为：

c01、谱仪给每个传感器施加一定带宽的射频脉冲激励，设置脉冲的中心频率初始值F

c02、当|△F|＞0时，将电子电路信号源的输出频率更改为F

c03、重复步骤c01-步骤c02，直到最终测得的电子电路信号源输出频率与主磁体对应磁共振频率的频率差△F为0，或者在设定的误差范围内，则完成磁共振中心频率校正。

步骤d中，计算精度随球谐函数级数被分解的函数表达式级数项增加而递增。

步骤e中，求解表达式(2)中各项前的常数系数(A

e01、给定常数系数矩阵[A

e02、将偏差△B

对上述方程采用最小二乘法计算可得系数矩阵A的偏差值：ΔA

e03、初始值系数矩阵A

e04、将新的系数矩阵A

e05、求B

所述磁场检测传感器设置在射频接收线圈外部的支撑体上，该支撑体为中空柱状、球状或弧状体。

所述磁场检测传感器包括螺线管线圈、密封的富含H质子的样品容器及匹配电路，所述螺线管线圈缠绕在所述样品容器上，该螺线管线圈与匹配电路电连接。

每个所述磁场检测传感器的周围都包裹有屏蔽层，用于屏蔽样品管中小水模的磁共振信号。

所述匹配电路由多个电容与电感连接而成，其中，匹配电路的输入端经电容C1、C2、C3与所述螺线管线圈相连接，其输出端通过电感L1、L2，电容C4、C5连接到信号输出用的同轴电缆。

本发明的贡献在于，本发明通过将多个磁场检测传感器置于射频线圈外部的任意位置，并呈弧面或平面排布，因而可测量磁共振设备有效区域内位于不同平面的多处位置的磁场强度，从而提高了磁共振主磁体均匀度检测的效率。本发明通过球谐函数法，将主磁体磁场拆分成多级磁场的叠加，提高了磁共振设备磁体均匀度检测的精度，整个过程无需人为操作，简化了磁场均匀度检测操作流程。

【附图说明】

图1是本发明的部分装置结构示意图。

图2是磁场检测传感器分布立体示意图。

图3是磁场检测传感器分布平面示意图。

图4是磁场检测传感器结构示意图。

图5是匹配电路的电路图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

如图1、图2所示，本发明的方法通过设置在射频接收线圈外部的支撑体20上的若干磁场检测传感器10实现。本实施例中，在射频接收线圈外围设置多个磁场检测传感器，用于测量对应位置处的磁场数据。所述磁场检测传感器10设置在射频接收线圈外部的支撑体20上，该支撑体可以是中空柱状体，也可以是球状或弧状体。本实施例中，该支撑体为中空柱状体。所述多个磁场检测传感器10环绕所述支撑体间隔嵌设于侧壁内的不同位置,各传感器可同时采集磁场数据，提高了测量效率。如图3所示，所述磁场检测传感器10包括螺线管线圈11、密封的水模样品容器12及匹配电路13，该样品容器中的样品也可以为硅橡胶、油模等富含H质子的小样品。所述水模样品容器12可以是玻璃管或陶瓷管，其穿置于所述螺线管线圈11内，该螺线管线圈11则与匹配电路13电连接。所述匹配电路13由多个电容与电感连接而成，其中，匹配电路13的输入端经电容C1、C2、C3与所述螺线管线圈11相连接，其输出端通过电感L1、L2，电容C4、C5连接到信号输出用的同轴电缆14。为了避免检测传感器本身对人体成像的影响，需要将传感器放置在具成像区域较远的地方。每个磁场检测传感器周围均包裹有屏蔽层，传感器中的螺线管线圈是收发一体的，小水模的磁共振信号会被屏蔽层屏蔽，小水模中不会感应到人体的磁共振信号。

如图1、图2所示，所述支撑体20设于磁共振主磁体100内，用于为磁共振设备提供静态磁场。在磁共振主磁体100上设有射频线圈30，用于接收磁共振信号，该射频线圈30置于磁共振主磁体内中部目标区域.所述的多个磁场检测传感器10用于实时测量x方向、y方向、z方向三个维度的磁场，其设置在射频线圈30外围上距成像区域较远的位置。所述磁场检测传感器10与谱仪连接，谱仪对各磁场检测传感器施加一定带宽的射频脉冲，射频脉冲的中心频率为主磁体中心磁场对应的磁共振频率F

本发明的磁共振主磁体磁场均匀度检测方法包括如下步骤：

S1、如图1、图2、图3所示，本实施例中，在射频接收线圈外围设置8个磁场检测传感器，用于测量对应位置处的磁场数据。所述磁场检测传感器10设置在射频接收线圈外部的支撑体20上，该支撑体可以是中空柱状体，也可以是球状或弧状体。本实施例中，该支撑体为中空柱状体。所述多个磁场检测传感器10环绕所述支撑体间隔嵌设于侧壁内的不同位置,各传感器可同时采集磁场数据，提高了测量效率。

S2、设置所述各磁场检测传感器的空间位置坐标，以主磁体的正中心为坐标原点，对每个磁场检测传感器坐标进行编号，从第一个磁场检测传感器开始，其空间坐标编号为(x

S3、设定磁共振中心频率校正程序，其具体步骤为：

S31、谱仪给每个传感器施加一定带宽的射频脉冲，脉冲的中心频率为主磁体中心磁场对应的磁共振频率F

S32、|△F|＞0时，将电子电路信号源的输出频率更改为F

S33、重复上述步骤，直到最终测得的电子电路信号源输出频率与主磁体对应磁共振频率的频率差△F为0，或者在一个可接受的误差范围，完成磁共振中心频率校正。

校正后的磁共振实际中心频率为F,则对应的第n个传感器测量到的磁场强度B

B

其中，F为校正后的磁共振实际中心频率,γ＝42.58MHz/T。

S4、对于测量得到的成像区域的主磁场分布，将其在球坐标系下进行勒让德多项式展开，得到实际磁场分布的球谐函数表达式，展开的多项式为：

其中，B

利用球谐函数，提取主磁场的多阶谐波分量，主磁体磁场在直角坐标系(x,y,z)下,按球谐函数级数分解为下列主要前九项函数表达式：

B

其中，x，y，z为坐标值,A

S5、利用球谐函数对磁场检测传感器测量得到的各坐标点处的磁场数据进行拟合，根据表达式(2)各项前的系数，推出下列矩阵表达式：

B

即：

其中B

则系数矩阵A为：

A＝U

其中A为系数矩阵，U

S6、求解表达式(2)中各项前的常数系数(A

其步骤为：

S61、给定常数系数矩阵[A

即：△B

S62、将偏差△B

对上述方程采用最小二乘法计算可得系数矩阵A的偏差值：

ΔA

S63、初始值系数矩阵A

S64、将新的系数矩阵A

S65、求B

S7、分别将各坐标点的坐标(x，y，z)导入球谐函数级数表达式(1)中可获得相应的磁场分布及目标区域内磁场分布规律和磁场的均匀度分布规律。

通过本发明方法获得磁场分布规律和磁场的均匀度分布规律的具体应用实例如下：

通过以上方法，经测量校正后的磁共振实际中心频率F为(单位：MHz)：

磁场检测传感器对应的采样点坐标(单位：m)：

将相应坐标带入系数矩阵表达式，求得：

A0＝2.1104；

A1＝1.5*10

A2＝2*10

A3＝10*10

A4＝8*10

A5＝6*10

A6＝10*10

A7＝4*10

A8＝5*10

则对于目标区域中的坐标点(X,Y,Z)：

X＝0.1000 0.0707 0.0000

Y＝0.0000 0.0707 0.1000

Z＝0.0000 0.0000 0.0000

可推算出相应点位置的磁场(单位：T)：

B

由此得到目标区域内磁场均匀度分布规律。通过球谐函数法，将主磁体磁场拆分成多级磁场的叠加，提高了磁共振设备磁体均匀度检测的精度，整个过程无需人为操作，简化了磁场均匀度检测操作流程。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。