用于多信道发射机的多频带射频/磁共振成像脉冲设计的利记博彩app
【专利说明】用于多信道发射机的多频带射频/磁共振成像脉冲设计 相关申请的交叉引用
[0001] 本申请要求W下两件美国临时专利申请的权益：2013年1月25日提交的第 61/756, 775 号、题为"SYSTEMANDMET册DFORMULTIBANDRADIOFREQ肥NCYMAG肥TIC RESONANCEIMAGINGPUL沈DESIGNFORU沈WITHAMULTICHAN肥LTRANSMITTER(用于多信 道发射机的多频带射频磁共振成像脉冲设计的系统和方法）"W及2013年12月11日提交 的第61/914, 775号、题为"SYSTEMANDMET册DFORMULTIBANDRADIOFREQUENCYMAG肥TIC RESONANCEIMAGINGPUL沈DESIGNFORU沈mHAMULTICHAN肥LTRANSM口TER(用于多 信道发射机的多频带射频磁共振成像脉冲设计的系统和方法）"。 关于联邦赞助研究的声明
[0002] 本发明通过政府支持、依据国家健康协会获奖的RR008079、邸015894和M册91657 而作出。政府对本发明有特定的权利。 发明背景
[0003] 发明领域是用于磁共振成像（"MRI")的系统和方法。具体而言，本发明设及用于 设计、优化和填补用于MRI中的多频带射频（"RF")脉冲的系统和方法。
[0004] MRI中的高及超高磁场（诸如3特斯拉（3T)和7特斯拉（7T)的场）的最近可用 性已经能W不断增加的空间分辨率来进行人脑的解剖学及功能性MRI( "fMRI")研究，且 在fMRI应用的情况下，能对神经元活性升高的站点启用保真度。然而，即使在采用单脉冲 切片采集法、诸如回波成像（"EPI")时，在整个人脑上获得运种高分辨率fMRI数据会遇 到长空间重复时间（"TRs")的不期望结果。已经使用如下方法来解决上述问题：即，通过 使用多切片、二维EPI策略的并行成像原理，进行多切片的同时多频带（"MB")RF激发，其 中对同时采集的切片进行后续去混叠。该方法允许空间TR(volumeTR)直接降低一个因子 (称为MB因子），该因子等于同时激发的切片的数目。
[000引 MB方法的使用已经在基于任务的fMRI和休息状态MRI中取得了显著成功，导致休 息状态网络的改进检测W及掲露运种网络的临时动态的新分析策略。采用该方法还显著降 低在扩散成像技术中通常会很长的成像采集时间，所述扩散成像技术诸如高角扩散加权成 像（"HA畑I")和扩散频谱成像（"DSI")。如此，MBRF脉冲的使用已经使运些成像技术 的使用对于像人类连接体项目（HumanConnectomeProject)运样的工作来说变得切实可 行和不可或缺。在运些应用中，去混叠过程所容忍的可实现MB因子可W通过使用EPI中的 梯度标志将同时采集的切片沿相位编码维度部分地移位而显著改进。注意到，MB方法可与 除EPIW外的空间编码策略一同使用，诸如一次（例如，闪光FLASH) -个k空间行地采集 的梯度回叫回波、快速自旋回波等等。此外，MB方法可应用于除fMRIW外的成像应用，一 般包括其中基本上同时采集多个切片的任何成像应用。
[0006] 然而，尽管有运些收获，但是高（3T和4T)磁场和超高（7T及更高）磁场下的切片 加速多频带方法的优选使用被发射Bl("BI+")不同质性和功率沉积约束条件所妨碍。信噪 比（"SNR")和图像对比度变得空间不均匀，且在一些位置处由于不均匀Bl+而变得次优， 所述不均匀Bl+由于在运些场强下存在行波行为而产生的破坏性干扰的结果从而产生。运 些BI+不同质性已在4T处特别是7T处很好地记录，但在3T处足够强W引起大脑中央和外 围部分之间的SNR差异，特别是在基于自旋回波（"SE")的序列中。类似地，特别是在超高 磁场下和/或在采用SE序列时，最大可实现的切片加速度因子可受功率沉积所限制。当切 片数量和空间TR被保持相同时，多频带方法与常规的单切片激发相比不沉积更多功率，即 使峰值功率会随MB因子呈二次地递增；然而，通过MB因子加速导致功率沉积中的MB倍增 加，运对可实现的加速度产生限制。
[0007] 运些限制在临床诊断中人体躯干及四肢的成像中也是最重要的。特别是，使用诸 如满轮自旋回波（也称为快速自旋回波及相关衍生物）等序列的成像在用多频带方法实现 时会经受功率沉积和Bl+不同质性，其中所述序列是大脑、躯干及四肢成像中大量临床扫 描的基础。
[0008] 因此，会期望提供一种用于为多信道传输应用、设计和提供多频带RF脉冲的方 法，其中所设计的多频带RF脉冲与当前可用的多信道、多频带RF技术相比已经减少了Bl+ 不同质性且降低了功率沉积（包括降低的全局SAR、降低的峰值局部SAR和/或降低的峰值 RF功率）。 发明概述
[0009] 本发明通过提供一种指示磁共振成像（"MRI")系统来生成多个多频带射频 ("RF")脉冲的方法，克服了上述缺陷。该方法包括预计算阶段，在此阶段选择对要被每一 个多频带RF脉冲所激发的切片数量进行定义的多频带因子，确定要设计的多频带RF脉冲 的数量，W及确定要基于所选择的多频带因子和所确定的多频带RF脉冲数目而激发的多 个板。该方法包括通过为多频带RF线圈中的每一个信道确定RF幅度调制数量和RF相位 调制数量来设计多频带RF脉冲。运些值通过使包括复数值向量的原函数最小化来确定，所 述原函数包含每一个脉冲的RF脉冲幅度调制和RF脉冲相位调制。所述原函数还包含系统 矩阵，所述系统矩阵说明多信道RF线圈中每一个信道的空间敏感度轮廓、多频带RF脉冲中 每一个激发频带的磁场图、W及每一个多频带RF脉冲的磁场梯度数量。MRI系统针对使用 通过运一最小化确定的RF幅度调制和RF相位调制来产生多频带RF脉冲。
[0010] 本发明另一方面是提供一种指示磁共振成像（"MRI")系统来产生多频带射频 ("RF")脉冲的方法。该方法包括通过为多频带RF线圈中的每一个信道确定RF幅度调制 和RF相位调制来设计多频带RF脉冲。运些值通过使包括复数值向量的原函数最小化来确 定，所述原函数包含RF脉冲幅度调制和RF相位调制。所述原函数还包含系统矩阵，所述系 统矩阵说明多信道RF线圈中每一个信道的空间敏感度轮廓W及多频带RF脉冲中每一个激 发频带的磁场图。MRI系统针对使用通过运一最小化确定的RF幅度调制和RF相位调制来 产生多频带RF脉冲。
[0011] 本发明的W上及其他方面和优点将从W下说明书中显而易见。在说明书中，参考 形成说明书一部分的附图，其中通过图示示出本发明的优选实施例。然而，运种实施例不必 要表示本发明的完全范围，因此参考权利要求书且在此解释本发明的范围。 附图简述
[001引图IA是用于激发两个板化Iab=。的一个多频带（"MB")射频（"RF")脉冲化 =1)的板指示的示例；
[001引图IB示出W下板指示的示例：用于激发S个板化Iab=如的一个MBRF脉冲化 =I)、用于激发四个板（Ndgb= 4)的两个MBRF脉冲化=。、用于激发六个板（Ndgb= 6) 的两个MBRF脉冲化=。、用于激发六个板（Ndgb= 6)的立个MBRF脉冲化=如、W及 用于激发九个板（Ndgb= 9)的S个MBRF脉冲化=3);
[0014] 图2A和2B示出用于激发四个板化Iab= 4)的两个MBRF脉冲化=。的不同板 指示，其中板位置未空间交织；
[0015] 图3A和3B描述了板内的切片位置的示例；
[001引图4是磁共振成像（"MRI")系统的示例的框图拟及
[0017]图5是射频（"RF")系统的示例的框图，所述射频系统形成图4的MRI系统的一 部分并且包括多信道发射机和接收机。 发明的详细描述
[001引提供了一种用于多信道发射（"pTx")多频带（"MB")脉冲设计的方法，所述方法 解决了发射Bl("BI+")不同质性和RF功率沉积的上述问题。所述方法能够产生pTxMB 脉冲设计，该设计能同时在多个离散切片中提供显著改进的BI+同质化而无需使用相对于 单信道圆极化（"CP")模式应用较高的RF功率。脉冲设计也能够实现功率沉积的节约。 因此，本发明能够改进Bl同质性而得到改进的SNR和对比噪声比（"CNR")，而同时减少目 标功率沉积，运可W包括全局SAR、峰值局部SAR和/或峰值RF功率。
[0019] 通常，在多信道MB激发中可W采用两种策略来查找基础RF脉冲的射频（"RF") 大小和相位调制（即，RF填充值）W便减轻Bl+不同质性。一种策略，在此称为频带联合 设计，是为全部M个单频带（"SB")脉冲获得一组公共的信道专用RF填充值，所述全部M 个单频带脉冲被组合W同时激发M个切片。该解决方案可W使用携带MB脉冲形状的单个 信道发射机来应用，所述所述MB脉冲形状然后被分成多个不同信道并且经受信道专用的 相位和幅度变化。在该方法中，MB脉冲的M个SB脉冲中的每一个SB脉冲经历相同的信道 专用相位和幅度变化。另一种策略，在此称为频带专用设计，是为多信道发射机的每一个信 道计算用于M个SB脉冲的每一个SB脉冲的一组不同的填充值。W下将依次讨论运些方法 的每一种。
[0020]在针对均匀激发（旨P，均匀IBl+1)的频带联合方法中，M-频带Q-信道激发的RF 填充值可W通过求解W下幅值最小平方问题来获得：
(1);
[00川其中
[002引W及 (2);
o)。
[0023] 在公式（I) - (3)中，A是组合的复数值矩阵，其中4">=1，2，...，1)是包括第111 个频带的个别信道的Bl+空间敏感度轮廓和AB。图的系统矩阵;W是复数值向量，其中Wq(q =1，2，...，曲是第q个信道的RF填充值；d是表示期望的横向磁化的标量；W及A是正 则化参数。
[0024] 在频带专用的方法中，可W求解：
(4) I
[00幼其中
(5) ;
[002引 W及
(6) 。
[0027] 在公式（4) - (6)中，Af…是块对角矩阵，其中Am是对角元素矩阵，而Wf…是级联 向量，其中Wm(m= 1，2,...，M)是第m个频带的个别信道的RF填充值的向量。
[0028] 值得注意，构成最终加总MB脉冲的M个基础RF脉冲随着引入的时间而具有不同 的相位演化（即，不同斜率的线性相位坡度）W便定向同时激发的M个切片的每一个切片 的频移。因此，根据Parseval的理论，给定时间段内的功率沉积由所采集的切片数量来确 定，无论切片是使用MB方法还是使用常规的单切片激发过程来采集。结果，
项的使 用是对于频带专用pTxMB脉冲设计中的总RF功率的最优约束条件。类似地，W下项可用 作全局SAR的最优约束条