专利名称：用于确定临界热点的灵敏度矩阵的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定热点的灵敏度矩阵以便随后在为磁共振断层造影设备的高频发射系统的单独可控的天线元件确定控制信号历程时使用的方法，-其中，对每个热点来说，相应灵敏度矩阵的元素代表在位于高频发射系统的影响范围中的对象的该热点对互相关矩阵的相应元素的灵敏度，-其中，该互相关矩阵分别包括多个天线元件值之一与这些天线元件值之一的共轭复数的乘积作为元素，-其中，每个天线元件值是相应天线元件在特定时刻的控制信号的特征，-使得对于每个热点，可以通过相应灵敏度矩阵的元素与互相关矩阵的对应元素的乘积之和来分别确定一个SAR值。本发明还涉及一种包括机器代码的计算机程序，该机器代码可由计算机直接执行并且该机器代码通过计算机的执行引起该计算机执行这种方法。本发明还涉及一种计算机，该计算机被编程为使得该计算机在运行时执行这种方法。
背景技术：
磁共振断层造影设备是普遍公知的。磁共振断层造影设备具有至少一个基本磁体、高频发射系统以及高频接收系统。借助基本磁体在检查空间中建立时间上恒定和空间上基本均勻的基本磁场。借助高频发射系统，向检查空间施加高频发射脉冲。由此，被置入检查空间并且在检查空间中置于高频发射脉冲下的检查对象被激励到磁共振。所激励的磁共振被借助高频接收系统接收。该高频发射系统和高频接收系统可以是相互分离的装置。 作为替换，可以使用组合的发射和接收系统。一般来说，磁共振断层造影设备还具有梯度系统，以便能对磁共振信号进行位置编码。但这在本发明的范围内具有次要意义。在现有技术中公知，高频发射系统可以具有多个天线元件，这些天线元件可被控制装置单独地施加相应的控制信号历程。在这种高频发射系统运行时-在该高频发射系统中用于每个天线元件的控制信号历程都可以具有任意的脉冲形状(幅度和相位的变化)，在体内产生电场的多种多样的叠加可能。由此，如果应当监视局部SAR( = specific absorption rate，特定吸收率)或针对给定脉冲预先计算该局部SAR，则会产生非常高的复杂度。但是，为了检查对象(一般是患者)的安全，对局部SAR的监视是强制需要的，并且在局部线圈中也通过相应的规定被要求了。因此，在具有多个单独可控的天线元件的高频发射系统中对叠加的电场的监视尤其是关键的，因为这些电场线性叠加，但是局部的功率释放与所产生的电场的平方成比例。局部SAR—般是不可直接测量的。因此要依赖于(复杂的)电导率分布产生合适的身体模型并且利用这些模型来计算通过相应的天线元件在该模型的各个位置上引起的场。这种计算在现有技术中例如用所谓的FDTD( = FiniteDifferential Time Domain，有
4限差分时域)方法来执行。在现有技术中要尝试将检查对象分为多个体素。对每个体素确定由各个天线元件引起的电场强度以及电场强度的叠加。所考察的体素的数量是很大的。在一些模型中，要考察50000个体素，部分甚至远远超过100000个体素(在极端情况下有几百万个体素)。考虑到要进行的计算的复杂度以及大量要执行的计算，在这种措施中不考虑实时监视或者即使在线能力也不考虑。因此，人们致力于减少计算开销。在DE1020090M077. 2中描述了一种借助所产生的电场来确定所谓的主控制点体素(Haupt-Aufpunkt-Voxel)的方法，在该主控制点体素中电场达到绝对最大值。此外，还确定各个天线元件的其中达到该绝对最大值的相位关系。此外，选择与上述相位关系有所差异的相位关系。对于这些新的相位关系，确定至少一个所谓的附加控制点体素，在该附加控制点体素中所产生的整个电场从现在开始达到相对最大值。在其它方法中，既存储主控制点体素又存储至少一个附加控制点体素，并且既监视主控制点体素中的电场又监视至少一个附加控制点体素中的电场。该方法相对于常规的现有技术已经是显著的进步。但是在该方法中无法以安全性保证，对于在对象的所有点上的任意控制信号历程来说不会超过临界的SAR。在DE102009030721. 4中，同样描述了一种用于确定SAR的方法，其中，仅在选择的热点上进行监视，其中热点的数量在100和1000之间的范围内变化。这些热点在该方法中
基于实验值来确定。该措施也是显著的进步。尤其是该措施可以在线进行并且甚至可能实时进行。但在DE102009030721. 4的教导中决定性的是，要正确选择热点，使得可以安全地避免在对象的未被监控的位置上出现太高的SAR值。对于如何正确选择热点，DE102009030721. 4没有提供启示。DE1020090M077. 2以及DE102009030721.4都在本发明的申请日还没有公开。因
此它们不是普遍可获得的现有技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，实现可用于确定对象的(相对较少的)临界热点， 也就是确定待监视的位置的可能性，使得可以安全地避免在对象的未被监视的位置上出现太高的SAR值。该技术问题通过一种具有权利要求1的特征的方法解决。该方法的优选实施方式是从属权利要求2至9的主题。根据本发明，构造本文开头所述类型的方法，使得计算机将通过多个体素定义的对象的所有体素都分组到集群(Cluster)，将每个集群恰好分配给一个热点，并针对每个热点确定相应的灵敏度矩阵，使得对被分配给相应热点的集群的每个体素来说，为该热点确定的灵敏度矩阵与为该体素给定的灵敏度矩阵之差是半正定的(positiv semidefinit)。可以将体素的灵敏度矩阵提供给计算机，例如借助相应的文件提供给计算机。但优选的是，计算机自己确定体素的灵敏度矩阵。按照类似的方式，可以将对象的体素从外部提供给计算机。但通常计算机自己确定对象的体素。
为了对体素分组，优选地，计算机首先分别将一个还未被分配给集群的体素分配给新的集群作为第一体素，然后作为第二体素向该新的集群分配所有还未被分配给集群并且为该第一体素给定的灵敏度矩阵与为第二体素给定的灵敏度矩阵之差关于小于0的界限来说是印silon半正定的体素。概念“印silon半正定”意味着，平方厄密共轭矩阵 (quadratische hermitische Matrix)的最小本征值大于相应的界限。优选地，计算机基于为相应第一体素确定的灵敏度矩阵来确定要为相应热点确定的灵敏度矩阵。该措施导致相对快速地为相应的热点找到灵敏度矩阵。优选地，计算机确定这样的体素作为集群的第一体素，即该体素的灵敏度矩阵具有最大的本征值。该确定标准(当然)仅涉及那些在该确定时刻还未分配给集群的体素。所述界限(即第二体素相对于第一体素关于该界限是印silon半正定的)可以对所有集群都是相同的。作为替换，该界限可以在功能上取决于为第一体素给定的灵敏度矩阵的最大本征值。可以将体素的灵敏度矩阵本身，作为替换，在体素的灵敏度矩阵中引入权重因子， 该权重因子是由使用者取决于体素地向计算机预定的。该措施所具有的优点是，对于特定的体素来说可以容许SAR增大，或者在特定的体素中仅容许SAR减小。在本发明的优选实施方式中，由使用者向计算机预定分组标准，以及计算机在考虑该分组标准的情况下将对象的体素分组到集群。例如，可以由使用者向计算机预定应当形成特定数量的集群，使得预定所述界限-即第一和第二体素的灵敏度矩阵之差关于该界限是印silon半正定的，等等。该技术问题还通过一种具有权利要求10的特征的计算机程序解决。根据本发明， 该计算机程序包括机器代码，该机器代码可以由计算机直接执行，并且该机器代码通过计算机的执行引起该计算机执行本发明的方法。该计算机程序可以按照机器可读的形式存储在数据载体上。该数据载体可以是计算机的组成部分。该技术问题还通过一种计算机解决，该计算机被编程为使得该计算机在运行时执行本发明的方法。
其它优点和细节由以下结合附图对实施例的描述给出。附图按照原理图图1示意性示出了磁共振断层造影设备，图2示意性示出了高频发射系统，图3示出了用于确定热点及其灵敏度矩阵的确定结构，图4示出了流程图，图5示出了灵敏度矩阵，图6示出了互相关矩阵，图7示出了流程图，图8示意性示出了集群的形成，以及图9和图10示出了流程图。
具体实施例方式根据图1，要在磁共振断层造影设备2中检查对象1。磁共振断层造影设备2具有基本磁体3，该基本磁体在检查空间4中产生例如1. 5特斯拉的强基本磁场。该基本磁场在时间上是恒定的，在空间上是基本上均勻的。对象1将借助高频发射系统5被施加激励脉冲并由此激励到磁共振。例如借助局部线圈6检测所激励的磁共振并且输送给分析装置 (未示出)。根据图2，高频发射系统5具有多个天线元件7” . . 78。所有天线元件7” . . 78都可被独立运行。这些天线元件通常还被称为发射天线。根据图2，天线元件7i...78的数量是8。但是，也可以具有更多或更少的天线元件7^..7^ —般来说至少具有4个天线元件 7 7
ι 1 · · · I g ο每个天线元件都被用相应的控制信号历程U1U)... U8 (t)控制。这些控制信号历程^(0...队(0可互相独立地由控制装置7'调节。由于由各个天线元件7i...78引起的电场的叠加，在对象1中感应出本身与相应的功率相关联的电流。该功率不允许超过特定的极限值，例如10W/kg。功率密度在此不仅不允许被全局(也就是涉及整个对象1)超过。 而且功率密度对局部(即涉及对象1的例如Icm3的相对小区域)也不允许超过所述极限值。为此，确定通过控制信号历程U1 (t). . . U8⑴的整体在对象1的所选择的热点8上引起了什么样的功率密度。如果在该热点8上的该功率密度低于特定的极限值，则在对象 1的所有其它位置上的功率密度也低于特定的极限值。对热点8的确定或者说对表征灵敏度矩阵S的热点8的确定，是本发明的主题。为了确定热点8以及所属的灵敏度矩阵S，根据图3用计算机程序10对计算机9 编程。计算机程序10包括可由计算机9直接执行的机器代码11。计算机程序10例如可以通过移动数据载体12 (USB存储棒，CD-ROM, SD存储卡等等)输送给计算机9。在数据载体 12上以(一般是仅以)可机器读取的形式存储计算机程序10。作为替换，可以通过与计算机网络的连接将计算机程序10输送给计算机9。计算机程序10同样以(仅以)可机器读取的形式被接收到数据载体13中，该数据载体13是计算机9的组成部分，例如在计算机的硬盘中或在计算机的工作存储器中，并且由此对计算机9编程。基于用计算机程序10的编程，计算机9执行用于确定热点8的灵敏度矩阵S的方法，下面将结合图4详细解释该方法。根据图4，计算机9在步骤Sl中接收对于对象1的选择以及对象1相对于高频发射系统5的设置。例如，为了选择对象1相应地指定人的大小、重量和状态，并且可以针对对象1相对于高频发射系统5的设置而预定位置高度和移入宽度(参见图1的箭头14和 15)。在步骤S2中，计算机9确定对象1的体素16。计算机9这样来确定对象1的体素 16，即，使得体素16密集地覆盖整个对象1。在图1中示例性示出很少的几个体素16。步骤S2只是可选的，并且可以被替换地取消。在这种情况下，必须以其它方式让计算机9知道体素16。例如可以通过可由计算机9访问的文件让计算机9知道体素16。重要的是，体素16密集地覆盖对象1。在步骤S3中，计算机9为对象1的每个体素16确定灵敏度矩阵S'。灵敏度矩阵S'的一个示例在图5中示出。灵敏度矩阵S'具有(至少)nXn个矩阵元素s' n...s' 88，其中η是可单独控制的天线元件7” . . 78的数量。如果相应于图2的图示例如存在8个天线元件7” . . 78，则灵敏度矩阵S'相应于图5的图示而具有(至少)8χ8 = 64个矩阵元素s' n...s' 88。灵敏度矩阵S'此外是厄密共轭的。因此对于任意下标i，j都存在以下关系
权利要求
1.一种用于确定热点(8)的灵敏度矩阵( 以便随后在为磁共振断层造影设备(2)的高频发射系统(5)的单独可控的天线元件(7” · · 78)确定控制信号历程(U1 (t) · · · U8 (t))时使用的方法，-其中，对每个热点(8)来说，相应灵敏度矩阵(S)的元素代表在位于高频发射系统 (5)的影响范围中的对象⑴的该热点⑶对互相关矩阵⑷的相应元素(kn...k88)的灵敏度，-其中，该互相关矩阵(K)分别包括多个天线元件值(U1... U8)之一与这些天线元件值 (U1. · · U8)之一的共轭复数的乘积作为元素(kn. · · k88)，-其中，每个天线元件值(U1...U8)是相应天线元件(7”.78)在特定时刻(t)的控制信号(U1. · · U8)的特征，-使得对于每个热点(8)，能够通过相应灵敏度矩阵( 的元素与互相关矩阵(K)的对应元素(kn. . . k88)的乘积之和来分别确定一个SAR值，-其中，计算机(9)将通过多个体素(16)定义的对象⑴的所有体素(16)都分组到集群，将每个集群恰好分配给一个热点(8)，并且针对每个热点(8)确定相应的灵敏度矩阵 (S)，使得对被分配给相应热点(8)的集群的每个体素(16)来说，为该热点(8)确定的灵敏度矩阵(S)与为该体素(16)给定的灵敏度矩阵(S')之差是半正定的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算机(9)确定体素(16)的灵敏度矩阵(S')。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述计算机(9)确定所述对象(1)的体素(16)。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，为了对体素(16)分组，所述计算机 (9)首先分别将一个还未被分配给集群的体素(16)作为第一体素(16)分配给新的集群， 然后作为第二体素(16)向该新的集群分配所有还未被分配给集群并且为该第一体素(16) 给定的灵敏度矩阵(S")与为第二体素(16)给定的灵敏度矩阵(S')之差关于界限(ε ) 来说是印silon半正定的体素(16)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算机(9)基于为相应第一体素 (16)给定的灵敏度矩阵(S")来确定要为相应热点(8)确定的灵敏度矩阵(S)。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述计算机(9)确定这样的体素(16) 作为第一体素(16)，S卩，该体素的灵敏度矩阵(S')具有最大的本征值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述界限(O在功能上取决于为第一体素(16)给定的灵敏度矩阵(S')的最大本征值。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在体素(16)的灵敏度矩阵(S)中引入权重因子(w)，该权重因子是由使用者取决于体素地向计算机(9)预定的。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，由使用者(17)向计算机(9)预定分组标准(G)，以及计算机(9)在考虑该分组标准(G)的情况下将对象⑴的体素(16)分组到集群。
10.一种计算机程序(11)，该计算机程序包括机器代码，该机器代码能够由计算机(9) 直接执行，并且该机器代码通过计算机(9)的执行引起该计算机(9)执行根据上述权利要求之一所述的方法。
11.根据权利要求10所述的计算机程序，其特征在于，该计算机程序以机器可读的形式存储在数据载体(12，1 上。
12.根据权利要求11所述的计算机程序，其特征在于，所述数据载体(1 是计算机 (9)的组成部分。
13.一种计算机，其特征在于，该计算机被编程为使得该计算机在运行时执行根据权利要求1至9之一所述的方法。
全文摘要
本发明要确定热点(8)的灵敏度矩阵(S)。相应灵敏度矩阵(S)的元素代表在位于高频发射系统(5)的影响范围中的对象(1)的该热点(8)对互相关矩阵(K)的相应元素(k11...k88)的灵敏度。该互相关矩阵(K)分别包括多个天线元件值(U1...U8)之一与这些天线元件值(U1...U8)之一的共轭复数的乘积作为元素(k11...k88)。计算机(9)将通过多个体素(16)定义的对象(1)的所有体素(16)都分组到集群，将每个集群恰好分配给一个热点(8)，并针对每个热点(8)确定相应的灵敏度矩阵(S)，使得对被分配给相应热点(8)的集群的每个体素(16)来说，为其确定的灵敏度矩阵(S)与为该体素(16)给定的灵敏度矩阵(S′)之差是半正定的。
文档编号G01R33/561GK102193078SQ201110055568
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月8日 优先权日2010年3月12日
发明者加布里埃尔.艾克菲尔德, 马赛厄斯.格布哈特 申请人:西门子公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
