用于不均匀磁场中的磁共振成像的利用频率扫描脉冲的相位编码的制作方法

用于不均匀磁场中的磁共振成像的利用频率扫描脉冲的相位编码
1.相关申请的交叉引用
2.本技术根据35u.s.c.
§
119(e)要求2020年3月9日提交的名称为systems and methods for limiting k-space truncation in a single-sided mri scanner的美国临时专利申请第62/987,292号的优先权权益，该申请的全部公开内容以引用方式并入本文。


背景技术：

3.单侧或开放磁共振成像(mri)扫描仪通常具有沿着从单侧mri设备延伸到视场中的纵向轴线的永久或固有的梯度磁场。永久梯度磁场可以由稀土磁体和永磁体的面上的两组梯度线圈产生。该取向允许在磁体的面上方的视场内成像。通过设计具有这种形状因子的系统，可以在不必封闭被成像区域的情况下进行成像。因此，随后可以在不使患者进入孔的情况下进行成像，从而允许扫描仪与其他医疗装置(诸如活检机器人)一起使用。对于幽闭恐怖症患者来说，在常规的封闭式mri扫描仪的成像孔外进行成像也是更舒适的。单侧mri也可以是便携式的，并且可以对定位在视场内的任何事物进行成像。
4.尽管单侧扫描通常需要表面梯度线圈与单侧扫描仪一起使用，但是这可能导致沿着z轴的变化视场、漂移回波和/或最终导致k空间的截断，这可能引起模糊并且有效地限制由单侧mri扫描仪获得的图像质量。


技术实现要素：

5.在本公开的一个方面，一种用单侧磁成像设备对具有至少两个切片的板进行成像的方法，该单侧磁成像设备限定从磁成像设备延伸到视场中的固有梯度磁场，该方法包括发射包括低到高频率扫描的频率扫描激励脉冲；在频率扫描激励脉冲期间进行相位编码；以及调谐在频率扫描激励脉冲期间从板中的相邻切片累积的相位的量。
6.在本公开的另一个方面，一种磁成像设备，包括永磁体；梯度线圈组；电磁体；射频线圈，其中固有梯度磁场相对于第一轴线从磁成像设备延伸到视场中，其中第一轴线垂直于永磁体；以及控制电路，该控制电路被配置用于对具有至少两个切片的板进行成像，其中所述成像包括：发射包括低到高频率扫描的频率扫描激励脉冲；在频率扫描激励脉冲期间进行相位编码；以及调谐在频率扫描激励脉冲期间从板中的相邻切片累积的相位的量。
附图说明
7.在所附权利要求中具体阐述了各个方面的新颖特征。然而，通过结合附图参考以下描述，可以最好地理解关于组织和操作方法的所描述方面。
8.图1是根据本公开的各个方面的mri扫描仪的透视图。
9.图2是根据本公开的各个方面的图1的mri扫描仪的分解透视图，其中暴露了外壳内的永磁体组件和梯度线圈组。
10.图3是根据本公开的各个方面的图1的mri扫描仪的正视图。
11.图4是根据本公开的各个方面的图1的mri扫描仪的正视图。
12.图5是根据本公开的各个方面的图1的mri扫描仪的永磁体组件的透视图。
13.图6是根据本公开的各个方面的图1所示的mri系统的梯度线圈组和永磁体组件的正视图。
14.图7说明了根据本公开的各个方面的用于通过单侧mri扫描仪对特定外科手术和介入进行成像的患者的示例性定位。
15.图8是根据本公开的各个方面的单侧mri系统的控制示意图。
16.图9是根据本公开的各个方面的沿着z轴的磁梯度的示意图。
17.图10是根据本公开的各个方面的沿着x轴的x梯度的图形表示。
18.图11是根据本公开的各个方面的对说明沿着z轴的变化视场的图像切片和不说明沿着z轴的变化视场的图像切片进行比较的mri图像的集合。
19.图12是根据本公开的各个方面的当移动通过相位表时回波在时间上的位置的图形表示。
20.图13是根据本公开的各个方面的对沿着z轴的切片中的变化视场进行补偿的脉冲序列的图。
21.图14是根据本公开的各个方面的扫描频率脉冲的代表性曲线图。
22.图15是根据本公开的各个方面的说明沿着z轴的切片中的变化视场的脉冲序列中的步骤的流程图。
23.图16是根据本公开的各个方面的mri图像切片的集合。
24.图17是根据本公开的各个方面的mri图像切片的集合。
25.附图并非旨在按比例绘制。在几个视图中，对应的附图标记表示对应的部分。为了清楚起见，不是每个部件都在每个图中标出。本文阐述的范例以一种形式说明了本发明的某些实施方案，并且这些范例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
26.申请人还拥有2021年3月9日提交的名称为pulse sequences and frequency sweep pulses for single-sided magnetic resonance imaging的国际专利申请，该申请要求2020年3月9日提交的名称为systems and methods for adapting driven equilibrium fourier transform for single-sided mri的美国临时专利申请第62/987,286号的优先权，这两个专利申请以其相应的全部内容以引用方式并入本文。
27.以下国际专利申请以其相应的全部内容通过引用并入本文：
28.·
2020年2月14日提交的名称为systems and methods for ultralow field relaxation dispersion的国际申请第pct/us2020/018352号，现为国际公开第wo2020/168233号；
29.·
2020年2月24日提交的名称为systems and methods for performing magnetic resonance imaging的国际申请第pct/us2020/019530号，现为国际公开第wo2020/172673号；
30.·
2020年2月24日提交的名称为pseudo-birdcage coil with variable tuning and applications thereof的国际申请第pct/us2020/019524号，现为国际公开第wo2020/
172672号；
31.·
2020年3月25日提交的名称为single-sided fast mri gradient field coils and applications thereof的国际申请第pct/us2020/024776号，现为国际公开第wo2020/198395号；
32.·
2020年3月25日提交的名称为systems and methods for volumetric acquisition in a single-sided mri system的国际申请第pct/us2020/024778号，现为国际公开第wo2020/198396号；
33.·
2020年6月25日提交的名称为systems and methods for image reconstructions in magnetic resonance imaging的国际申请第pct/us2020/039667号，现为国际公开第wo2020/264194号；
34.·
2021年1月22日提交的名称为mri-guided robotic systems and methods for biopsy的国际申请第pct/us2021/014628号；以及
35.·
2021年2月19日提交的名称为radio frequency reception coil networks for single-sided magnetic resonance imaging的国际申请第pct/us2021/018834号。
36.2018年12月13日公开的名称为unilateral magnetic resonance imaging system with aperture for interventions and methodologies for operating same的美国专利申请公开第2018/0356480号以其全部内容通过引用并入本文。
37.在详细解释mri系统和方法的各个方面之前，应当注意，说明性示例在应用或使用上不限于附图和说明书中所说明的部件的构造和布置的细节。说明性示例可以在其他方面、变化和修改中实施或结合，并且可以以各种方式实践或执行。此外，除非另有说明，否则本文使用的术语和表达是为了方便读者描述说明性示例的目的而选择的，而不是为了限制本发明。此外，应当理解，下述方面、方面的表达和/或示例中的一者或多者可以与其他下述方面、方面的表达和/或示例中的任一者或多者组合。
38.根据各个方面，提供了一种mri系统，所述mri系统可以包括可以从磁体的面偏移的独特成像区域。与传统的mri扫描仪相比，这种偏移和单侧mri系统的限制较少。此外，这种形状因子可以具有内置或固有的磁场梯度，从而在感兴趣区域上产生一系列磁场值。换句话说，固有磁场可以是不均匀的。单侧mri系统的感兴趣区域中磁场强度的不均匀性可以超过200百万分率(ppm)。例如，单侧mri系统的感兴趣区域中磁场强度的不均匀性可以在200ppm与200000ppm之间。在本公开的各个方面，感兴趣区域中的不均匀性可以大于1000ppm，并且可以大于10000ppm。在一个示例中，感兴趣区域中的不均匀性可以是81000ppm。
39.固有磁场梯度可以由mri扫描仪内的永磁体产生。例如，单侧mri系统的感兴趣区域中的磁场强度可以小于1特斯拉(t)。例如，单侧mri系统的感兴趣区域中的磁场强度可以小于0.5t。在其他实例中，磁场强度可以大于1t，并且可以是例如1.5t。与典型的mri系统相比，这个系统可以在较低的磁场强度下工作，从而允许放宽rx线圈设计约束和/或允许与mri扫描仪一起使用额外机制，例如机器人。例如，在2021年1月22日提交的名称为mri-guided robotic systems and methods for biopsy的国际申请第pct/us2021/014628号中进一步描述了示例性mri引导的机器人系统。
40.图1至图6描绘了mri扫描仪100和其部件。如图1和图2所示，mri扫描仪100包括外
壳120，所述外壳具有凹入的面或前表面125。在其他方面，外壳120的面可以是平坦的和平面的。前表面125可以面向由mri扫描仪成像的对象。如图1和图2所示，外壳120包括永磁体组件130、rf发射线圈(tx)140、梯度线圈组150、电磁体160和rf接收线圈(rx)170。在其他实例中，外壳120可以不包括电磁体160。此外，在某些实例中，rf接收线圈170和rf发射线圈140可以并入组合的tx/rx线圈阵列中。
41.主要参考图3至图5，永磁体组件130包括磁体阵列。形成永磁体组件130的磁体阵列被配置为覆盖mri扫描仪100的前表面125或面向患者的表面(参见图3)，并且在图4中示出为水平条。永磁体组件130包括平行配置的多个圆柱形永磁体。主要参考图5，永磁体组件130包括由支架134固持在一起的平行板132。所述系统可以在支架136处附接到mri扫描仪100的外壳120。平行板132中可以有多个孔洞138。永磁体组件130可以包括任何合适的磁性材料，包括但不限于稀土基磁性材料，诸如钕基磁性材料。
42.永磁体组件130限定进入孔隙或孔135，所述进入孔隙或孔可以使得从外壳120的相对侧穿过外壳120接近患者。在本公开的其他方面，在外壳120中形成永磁体组件的永磁体阵列可以是无孔的，并且限定永磁体的不间断或连续布置，而没有穿过其限定的孔。在又其他实例中，外壳120中的永磁体阵列可以形成一个以上的穿过其中的孔/进入孔隙。
43.根据本公开的各个方面，永磁体组件130在沿着z轴的感兴趣区域190中提供磁场b0，如图1所示。z轴垂直于永磁体组件130。换句话说，z轴从永磁体组件130的中心延伸，并且限定磁场b0的远离永磁体组件130的面的方向。z轴可以限定初级磁场b0方向。初级磁场b0可以沿着z轴(即固有梯度)远离永磁体组件130的面并且在图1中箭头所指示的方向上减小。
44.在一个方面，永磁体组件130在感兴趣区域190中的磁场的不均匀性可以是大约81000ppm。在另一方面，永磁体组件130在感兴趣区域190中的磁场强度的不均匀性可以在200ppm到200000ppm之间，并且在某些实例中可以大于1000ppm，并且在各种实例中大于10000ppm。
45.在一个方面，永磁体组件130的磁场强度可以小于1t。在另一方面，永磁体组件130的磁场强度可以小于0.5t。在其他实例中，永磁体组件130的磁场强度可以大于1t，并且可以是例如1.5t。主要参考图1，y轴从z轴上下延伸，x轴从z轴左右延伸。x轴、y轴和z轴都彼此正交，并且每个轴的正方向由图1中的对应箭头指示。
46.rf发射线圈140被配置为发射rf波形和相关联的电磁场。来自rf发射线圈140的rf脉冲被配置为通过产生有效磁场(称为b1)来旋转由永磁体130产生的磁化，所述有效磁场与永磁场的方向(例如，正交平面)正交。
47.主要参考图3，梯度线圈组150包括两组梯度线圈152、154。梯度线圈组152、154定位于永磁体组件130和感兴趣区域190中间的永磁体组件130的面或前表面125上。每组梯度线圈152、154包括在孔135的相对侧上的线圈部分。参考图1中的轴，梯度线圈组154可以是例如对应于x轴的梯度线圈组，梯度线圈组152可以是例如对应于y轴的梯度线圈组。如本文进一步描述的，梯度线圈152、154使得能够沿着x轴和y轴进行编码。
48.根据各个方面，使用图1至图6所说明的mri扫描仪100，可以根据解剖扫描的类型将患者定位在任何数目的不同位置。图7示出了用mri扫描仪100扫描骨盆的示例。为了执行扫描，可以将患者210放置在处于切石术位置的表面上。如图7所说明，对于骨盆扫描，可以
将患者210定位为使其背部靠在桌子上，并且将腿抬起以抵靠扫描仪100的顶部静置。骨盆区域可以直接定位于永磁体组件130和孔135的前部，并且感兴趣区域190在患者210的骨盆区域中。
49.现在参考图8，示出了单侧mri系统300的控制示意图。单侧mri扫描仪100和/或其部件(图1至图6)可以在本公开的各个方面并入mri系统300中。例如，成像系统300包括永磁体组件308，所述永磁体组件在各种实例中可以类似于永磁体组件130(见图2至图5)。成像系统300还包括rf发射线圈310，所述rf发射线圈可以类似于例如rf发射线圈140(见图3)。此外，成像系统300包括rf接收线圈314，所述rf接收线圈可以类似于例如rf接收线圈170(见图3)。在各个方面，rf发射线圈310和/或rf接收线圈也可以定位于mri扫描仪的外壳中，并且在某些实例中，rf发射线圈310和rf接收线圈314可以组合成集成的tx/rx线圈。系统300还包括梯度线圈320，该梯度线圈被配置为生成梯度场以便于对视场312中的对象进行成像。
50.单侧mri系统300还包括计算机302，所述计算机与光谱仪304进行信号通信，并且被配置为在计算机302与光谱仪304之间发送和接收信号。
51.由永磁体308产生的主磁场b0远离永磁体308并且远离rf发射线圈310延伸到视场312中。视场312包括正在由mri系统300成像的对象。
52.在成像过程中，主磁场b0延伸到视场312中。有效磁场(b1)的方向响应来自rf发射线圈310的rf脉冲和相关电磁场而改变。例如，rf发射线圈310被配置为选择性地将rf信号或脉冲发射到视场中的对象，例如组织。这些rf脉冲改变了样本(例如患者组织)中的自旋所经历的有效磁场。当rf脉冲开启时，自旋共振所经历的有效场完全是rf脉冲，有效地抵消了静态b0场。rf脉冲可以是例如啁啾或频率扫描脉冲，如本文进一步描述的。
53.此外，当视场312中的对象被来自rf发射线圈310的rf脉冲激励时，对象的进动产生感应电流或mr电流，所述感应电流或mr电流被rf接收线圈314检测到。rf接收线圈314可以将激励数据发送到rf前置放大器316。rf前置放大器316可以提升或放大激励数据信号，并且将它们发送到光谱仪304。光谱仪304可以将激励数据发送到计算机302，用于存储、分析和图像构建。例如，计算机302可以组合多个存储的激励数据信号以创建图像。
54.信号也可以从光谱仪304经由rf功率放大器306中继到rf发射线圈310，并且经由梯度功率放大器318中继到梯度线圈320。rf功率放大器306放大信号并将其发送到rf发射线圈310。梯度功率放大器318放大梯度线圈信号并将其发送到梯度线圈320。
55.例如，本文中描述了用于诸如利用单侧mri扫描仪100和系统300在不均匀场中有效地收集核磁共振谱和磁共振图像的系统和方法。
56.利用单侧或开放mri进行成像带来许多挑战。通常，单侧系统中的两组梯度线圈(参见图6)被放置在永磁体组件的面上。因此，梯度的幅度将随着远离永磁体组件的面移动而下降。因此，对于给定的相位编码阵列，当沿着永磁场b0的轴线移动时，视场将改变。换句话说，单侧扫描仪中的脉冲梯度线圈具有沿着永久梯度的方向的小分量。
57.图9是mri扫描仪100的沿着z轴的磁场梯度的示意图500。永磁体130具有沿着z轴的固有梯度。z梯度的强度随着远离永磁体130移动而减小。在示意图中可以看到z梯度随着远离永磁体移动而弯曲，导致梯度的强度降低。mri扫描仪100对多个切片成像以产生板。每个切片都被激励以便以不同频率成像。较低的频率激励离永磁体较远的切片的组织，而较
高的频率激励离磁体较近的切片中的组织。在示意图中，板或轴向图像由从切片0到切片n的多个切片制成。每个切片具有对应的频率f0至fn，其中f0是小于fn的频率。
58.由于梯度沿着z轴的变化方式，每个切片具有不同的视场。变化视场使不同切片中的相同对象看起来沿着z维度中的切片收缩和生长，因为梯度的量值也沿着z轴变化。这导致图像在转换成轴向图像时由于它们由塌缩在一起的若干不同尺寸的图像构成而显得更模糊。因此，板中的切片需要具有相同的视场和相同的尺度以产生高质量轴向图像。另外，在y轴和x轴中存在由梯度线圈产生的磁梯度，并且梯度被类似地成形并沿着x轴和y轴具有类似的效果。
59.参考图10，图形表示600提供了当沿着x轴移动时x梯度变化的方式的示例。由于沿着轴线移动而引起的x梯度的变化被显示为不同的线类型，其范围从沿着z轴的3cm到8.6cm的距离。换句话说，梯度的斜率将根据距磁体的面的距离而变化。变化的量值可以是显著的。换句话说，图像中的对象尺寸在沿着z轴的仅1英寸的移动上可以改变多达2倍。x轴上的零沿着z轴位于磁体的中心。当远离沿着x轴移动的z轴移动时，梯度的值可以显著改变。沿着x轴移动越远，梯度量值变得越大。
60.重申，单侧mri扫描仪中梯度磁场的影响是值得注意的。例如，沿着永久梯度的纵向轴线(即，z轴)激励对象(例如，组织)的厚切片将导致对象的尺度或成像尺寸随着沿着z轴移动而改变。沿着z轴具有任何厚度的3d图像将按比例缩放到较小尺寸，即，即，将在较低频率切片处表现为收缩，该较低频率切片是远离永磁体定位的切片。当相邻切片被组合在一起时，这导致图像的显著模糊，因为不同尺寸的特征被相互叠加。
61.由于梯度随着远离磁体移动而改变，视场将随着远离磁体的面移动而改变。将具有不同视场的切片组合到板中导致特征变得模糊。图11示出mri图像切片，其中一组说明沿着z轴的变化视场，而一组不说明。换句话说，图700示出如果不说明沿着z轴的变化视场，则被扫描的对象的尺度如何变化。列a(左)中的切片示出当沿着z轴移动时尺寸改变的结构。列b(右)示出保持接近相同尺寸的结构，因为变化视场已经被适当地说明。
62.由于z梯度，列a中的对象的尺寸在沿着z轴远离永磁体移动时变大。将这些切片组合到轴向图像或板中产生模糊的图像，因为相邻切片中的对象的尺寸由于视场变化而改变。换句话说，对象将看起来沿着z维度收缩和生长，因为梯度的量值也沿着z变化。这导致图像在转换成轴向图像或板时由于它们由塌缩在一起的若干不同尺寸的图像构成而显得更模糊。通过说明视场变化，对象的尺度保持接近相同，并且当组合到板中时产生更清晰的图像。
63.单侧mri系统的永久梯度磁场超出变化视场的附加影响是在用表面梯度线圈进行图像编码期间自旋回波的变化位置。在单侧mri系统中，图像编码通过相位编码来完成；频率编码仅用永久梯度完成。用单侧mri系统收集的信号是自旋回波的一些变化，其中mri扫描仪的采集窗口设置为将回波置于中间。为了形成回波，在激励之后累积的相位必须在采集开始时重新聚焦。
64.现在参考图12，回波的位置随着移动通过相位表而改变，因为每个x梯度脉冲或y梯度脉冲也将沿着z增加一些相位，这随后必须用永久梯度重新聚焦。随着图像的分辨率增加，回波将开始接近采集窗口的边缘。图形表示800示出自旋回波如何相对于相位编码的量在时间上移动。黑线810示出采集窗口的中心。如果时间和相位未被正确说明，则自旋回波
可能在采集窗口之外并被错过，从而有效地截断k空间和图像质量。
65.当不施加脉冲梯度时，自旋回波将在重新聚焦脉冲之后发生，其中时间在由激励脉冲的持续时间和激励脉冲与重新聚焦脉冲之间的延迟确定之后。如果在该周期期间应用相位编码，则其赋予系统的相位不应被重新聚焦。用表面梯度线圈完成的相位的x分量和y分量在自旋回波序列期间将不会重新聚焦，从而确保信号在空间上编码。然而，相位编码还会将z相位赋予到信号上。该z相位沿着与永久梯度相同的轴线，这意味着其存在将在回波形成时改变。
66.如果在回波形成之前需要重新聚焦沿着z轴的相位，则当回波形成时，将脉冲梯度与z相位相加将改变。例如，如果在激励之后施加梯度，那么将在激励脉冲和重新聚焦脉冲之间累积的相位将等于由于永久梯度累积的相位和由于脉冲梯度累积的相位的总和。如果脉冲梯度与永久梯度是相同的符号，则两者将相加。因此，在重新聚焦脉冲之后，将需要更多的时间使回波发生，因为永梯度的相位和脉冲梯度的相位都将由永梯度重新聚焦。这将使回波出现得比其他情况下更晚。脉冲梯度越强，回波出现得越晚。改变脉冲梯度的符号也可以具有相反的效果，使得回波比预期更快出现。这可以对成像序列具有灾难性影响。
67.在成像序列中，对固定时间量定义采集周期。在不以许多其他方式改变脉冲序列的情况下，不能任意改变采集周期的长度。例如，大多数单侧扫描仪通过收集一系列自旋回波来工作，其中重新聚焦脉冲之间的时间保持尽可能短。这意味着重新聚焦脉冲之间的采集周期也保持尽可能小。因此，如果回波的位置随着通过成像序列前进而改变，那么回波将可能在采集周期开始之前或之后发生。这意味着用于该相位编码的信号将丢失。
68.作为通过脉冲x和y梯度添加到信号的z相位的结果，有效地存在可以实现的最大分辨率，而不必增加脉冲序列的回波间隔。当脉冲梯度强时，在k空间的边缘处产生的回波可能丢失，从而导致信号幅度比其他情况更早下降的k空间。k空间被有效地截断，这通常导致需要收集更宽的采集，这将需要牺牲信噪比(snr)以获得更长的回波时间。
69.总之，使用具有单侧mri扫描仪的表面梯度线圈(为了使扫描仪成为单侧扫描仪所必需的事物)导致沿着z轴的变化视场、漂移回波，并且最终导致k空间的截断。这有效地限制了单侧mri扫描仪的图像质量。
70.根据本公开的各个方面，可以通过在频率扫描或啁啾激励脉冲期间应用相位编码来补偿增加的相位。频率扫描脉冲可在脉冲期间的不同时间影响在不同频率下的自旋。这意味着也可以通过在激励脉冲期间应用相位编码来向不同频率赋予不同的相位量。在脉冲开始时激励的自旋可以比在脉冲结束时激励的自旋累积更多的相位，在脉冲结束时激励的自旋累积很少的相位。
71.根据各个方面，如果更远离永磁体的自旋首先被激励，并且如果在频率扫描激励脉冲期间应用相位编码，则那些更远离的自旋可以累积比更靠近永磁体的自旋更多的相位，更靠近永磁体的自旋可以最后被激励。这可以反转来自表面梯度线圈的自旋累积相位的通常方式，从而允许抵消沿着z轴的梯度强度的正常变化。通过精确地调谐在频率扫描激励期间以及在后续相位编码期间累积的相位的量，可以沿着永磁体的z轴向x-y平面施加均匀量的相位。
72.图13示出脉冲序列900，该脉冲序列被配置为补偿由表面梯度线圈(参见例如，图6中的梯度线圈152、154)产生的沿着z轴的切片中的变化视场。通过在频率扫描激励脉冲期
间应用相位编码来实现该补偿。在各种实例中，本文所述的频率扫描脉冲是具有线性频率扫描的啁啾或啁啾脉冲。啁啾激励脉冲可以定义从低到高的线性频率扫描。还设想到其他单调低到高频率增加。低频率激励更远离永磁体组件的组织(参见例如图2中的永磁体组件130)，而高频率激励更靠近永磁体组件的组织，因此在脉冲结束时，更远离磁体的切片将被相位编码更多的时间，从而补偿较弱的梯度。脉冲序列中的第一脉冲902是频率扫描激励脉冲902，其中啁啾频率扫描方向设置为从低到高。x和y方向上的梯度分别开始使918和922失相，并由脉冲序列中的第二脉冲904重新聚焦。在整个脉冲序列期间，z中的梯度是恒定的。第二脉冲904是重新聚焦x和y梯度的重新聚焦脉冲。在第二脉冲904之后，发生光谱回波906，其中x和y梯度分别使920和924失相。在光谱回波906之后，然后用啁啾回波链908读出信号。啁啾回波链908包括第三脉冲910、自旋回波912、第四脉冲914和光谱回波916。在一个方面，第三脉冲910可以是第二重新聚焦脉冲，并且第四脉冲914可以是第二激励脉冲。
73.在该实施方式中，变化视场在激励脉冲期间被过度补偿，然后与相位编码平衡。需要精确地调谐在频率扫描期间累积的相位的量以将均匀量的相位施加到正成像的切片的x-y平面。换句话说，需要精确地调谐每个切片中的相位的量以说明变化视场。换句话说，需要调整每个切片中的对象的尺度，使得所有切片具有尺度相同的对象。例如，可以通过在沿着x-z或y-z轴收集2d图像的同时调整在频率扫描脉冲期间施加的梯度脉冲的功率来执行调谐。梯度功率可以增加，直到对象的尺寸不沿着z轴改变。然后，可以将切片组合到高质量板图像中，而不会由于组合而出现任何模糊。
74.图14示出扫描频率脉冲或啁啾脉冲的代表性曲线图1000，其中扫描方向设置为从低到高。具有设置为从低到高的扫描方向的啁啾激励脉冲是频率扫描激励脉冲的示例。具有设置为从低到高的扫描方向的啁啾脉冲的频率以低频率开始，并且频率在脉冲的持续时间内随时间增加。脉冲可以在期望的最低频率下开始，并且一旦达到最大期望频率就结束。图形1000中的脉冲频率可以是与基带频率的负到正的频率偏移。换句话说，频率从负扫描到正加上基带频率。例如，对于 /-100khz的频率扫描，扫描是从基带频率减去100khz到基带频率加上100khz。
75.啁啾脉冲的频率可以从最小(最低)所需频率变化到最大(最高)所需频率。脉冲的扫描速率是脉冲中最高频率与最低频率之间的差除以最高频率与最低频率之间经过所需的时间。在一个方面，由在扫描频率脉冲序列900中使用的扫描频率脉冲所覆盖的频率范围可以是从-20khz到20khz，即40khz的范围，其中中心频率逐板变化。例如，板可以以2.62mhz、2.75mhz、2.65mhz、2.72mhz、2.79mhz、2.69mhz等为中心。对于以2.62mhz为中心的板，啁啾脉冲将从2.60mhz扫描到2.64mhz，即40khz范围。在本公开的其他方面，可以在频率扫描脉冲中使用低至10khz到高达200khz的带宽。此外，在各种实例中，扫描范围可以小于40khz。
76.再次参考图9，f0可对应于啁啾脉冲的最低频率，并且fn可对应于啁啾脉冲的最高频率。啁啾脉冲首先激励更远离永磁体组件的组织，例如切片0位置处的组织，并且稍后激励靠近永磁体组件的组织，诸如切片n位置处的组织。换句话说，相邻切片包括近侧切片和远侧切片，其中近侧切片比远侧切片更靠近磁成像设备定位，并且远侧切片中的目标在近侧切片中的目标之前被激励。啁啾脉冲的频率范围可对应于正成像的板的切片。
77.再次参考图13，第一脉冲902是具有设置为从低到高的扫描方向的啁啾激励脉冲。
在激励更靠近永磁体组件的切片中的组织之前，该脉冲激励更远离永磁体组件的切片中的组织。通过在啁啾激励期间进行相位编码，在不同频率下累积了不同的相位量。具体地，与更靠近永磁体组件的切片相比，更远离永磁体组件的切片累积更多相位。换句话说，离永磁体组件较远的切片中的目标累积的相位比离永磁体组件较近的切片中的目标多。在频率扫描激励脉冲期间进行相位编码以及对每个切片中累积的相位的调谐可以说明每个切片中的相位，并且防止回波漂移到采集窗口810之外(图12)。在说明沿着z轴的切片中的变化视场之后，可以将切片组合到板中以产生高质量轴向图像，其中每个切片中的对象的尺度是相同的尺寸。
78.图15是用以说明沿着z轴的切片中的变化视场的脉冲序列中的步骤的流程图1100。在1110处，该过程开始于产生固有梯度磁场，该固有梯度磁场相对于z轴(图1)从磁成像设备的一侧延伸到视场中。然后，在1120处，发射频率扫描激励脉冲，其包括低到高频率扫描。该脉冲首先激励在更远离单侧mri扫描器的位置/切片处的组织，最后激励在更靠近mri扫描仪的位置处的组织。在1130处，相位编码在1120的频率扫描激励脉冲期间开始。相位编码可以在频率扫描激励脉冲期间进行，以在频率扫描的不同频率中累积不同的相位量。切片与频率有关，并且更远离磁成像设备的频率比更靠近成像设备的切片累积更多的相位。最后，在1140处，调谐在频率扫描激励脉冲期间累积的相位的量，以沿着磁体的z轴向x-y平面施加均匀量的相位。换句话说，在频率扫描期间在切片中累积的相位的量被调谐，使得可以调整每个切片的变化视场。例如，可以通过在沿着x-y或y-z平面收集2d图像的同时调整在啁啾脉冲期间施加的梯度脉冲的功率来执行调谐。梯度功率可以增加，直到对象的尺寸不沿着z轴改变。在调谐步骤之后，用啁啾回波链读出信号。例如，说明变化视场的目标是使每个切片中的对象具有相同的尺度。在不说明视场的变化的情况下，相邻切片中的对象将由于视场因梯度而变化的方式而看起来更大或更小。将切片与不同的视场产生模糊的轴向图像或板。说明沿着z轴的视场变化允许将切片组合到高质量轴向图像或板中。
79.通过以这种方式对图像进行编码，可以解决单侧mri系统的若干问题，这可以允许更广泛地应用单侧mri系统。以这种方式进行编码可防止自旋回波漂移，这防止它们漂移远离采集窗口。这可以进一步防止k空间被截断，并且因此允许单侧mri系统收集较高分辨率图像。视场也可以停止沿着z轴改变，这使沿着z轴组合图像切片更有效，从而导致更高的snr和更短的扫描时间。
80.图16示出图像切片的集合1200。顶行1210中的图像a、b和c也示出来自沿以着z轴改变的x和y梯度收集的3d图像的轴向切片。当梯度显著改变时，如顶行1210中的图像a和b所示，轴向切片看起来模糊。当梯度变化减小时，如顶行1210中的图像c所示，图像看起来更清晰。利用变化视场进行成像限制了可以在不急剧降低图像质量的情况下使用的最大切片厚度，因为将切片与不同视场组合产生模糊的轴向图像。底行1220示出从与顶行1210相同的3d图像获取的三个冠状切片。对于图像d和e，幻象沿着一条轴线的尺寸明显变化。尺寸的变化是由于视场的变化。图像f示出当通过图15中描述的过程说明变化视场时的对象。
81.类似地，图17示出具有由图15中描述的过程说明的视场的图像切片的集合1300。利用流程图1100的过程进行成像导致不同切片上一致的视场。这允许组合切片而不使图像模糊。利用流程图1100的过程进行成像还在时间上对准回波，从而防止它们漂移到采集窗口之外，这增加了分辨率。
82.前述过程和技术还可与其他单侧扫描仪和/或不均质磁场一起使用，以允许更快的数据和/或图像采集。
83.实施例
84.本文所描述主题的各个方面在以下编号的示例中阐述。
85.实施例1
–
一种用单侧磁成像设备对具有至少两个切片的板进行成像的方法，其中固有梯度磁场从磁成像设备延伸到视场中，该方法包括：发射包括低到高频率扫描的频率扫描激励脉冲；在频率扫描激励脉冲期间进行相位编码；以及调谐在频率扫描激励脉冲期间从板中的相邻切片累积的相位的量。
86.实施例2
–
根据实施例1所述的方法，其中相邻切片包括近侧切片和远侧切片，其中近侧切片比远侧切片更靠近磁成像设备定位，并且其中远侧切片中的目标在近侧切片中的目标之前被激励。
87.实施例3
–
根据实施例2所述的方法，其中该方法被配置为补偿固有梯度磁场，使得远侧切片中的目标累积与近侧切片中的目标相同的相位。
88.实施例4
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根据实施例1、2和3中任一项所述的方法，其中将不同的相位量应用于频率扫描中的不同频率。
89.实施例5
–
根据实施例1、2、3和4中任一项所述的方法，其中在频率扫描激励脉冲期间进行的相位编码防止回波漂移到采集窗口之外。
90.实施例6
–
根据实施例1、2、3、4和5中任一项所述的方法，其中用单侧磁成像设备收集高分辨率图像且不存在k空间截断。
91.实施例7
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根据实施例1、2、3、4、5和6中任一项所述的方法，其中视场中的磁场强度小于1特斯拉。
92.实施例8
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根据实施例1、2、3、4、5、6和7中任一项所述的方法，其中磁场的不均匀性在200ppm与200,000ppm之间。
93.实施例9
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一种磁成像设备，其包括：永磁体；梯度线圈组；电磁体；射频线圈，其中固有梯度磁场相对于第一轴线从磁成像设备延伸到视场中，其中第一轴线垂直于永磁体；以及控制电路，该控制电路被配置用于对具有至少两个切片的板进行成像，其中所述成像包括：发射包括低到高频率扫描的频率扫描激励脉冲；在频率扫描激励脉冲期间进行相位编码；以及调谐在频率扫描激励脉冲期间从板中的相邻切片累积的相位的量。
94.实施例10
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根据实施例9所述的磁成像设备，其中相邻切片包括近侧切片和远侧切片，其中近侧切片比远侧切片更靠近磁成像设备定位，并且其中远侧切片中的目标在近侧切片中的目标之前被激励。
95.实施例11
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根据实施例10所述的磁成像设备，其中将不同的相位量应用于不同频率。
96.实施例12
–
根据实施例11所述的磁成像设备，其中远侧切片中的目标累积与近侧切片中的目标相同的相位。
97.实施例13
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根据实施例9、10、11和12中任一项所述的磁成像设备，其中在频率扫描激励脉冲期间进行的相位编码防止回波漂移到采集窗口之外。
98.实施例14
–
根据实施例9、10、11、12和13中任一项所述的磁成像设备，其中用单侧磁成像设备收集高分辨率图像且不存在k空间截断。
99.实施例15
–
根据实施例9、10、11、12、13和14中任一项所述的磁成像设备，其中视场中的磁场强度小于1特斯拉。
100.实施例16
–
根据实施例9、10、11、12、13、14和15中任一项所述的磁成像设备，其中磁场的不均匀性在200ppm与200,000ppm之间。
101.实施例17-根据实施例9、10、11、12、13、14、15和16中任一项所述的磁成像设备，其中射频线圈包括射频发射线圈和射频接收线圈。
102.虽然已经说明和描述了几种形式，但是申请人并不打算将所附权利要求的范围限制或限定到这样的细节。在不脱离本公开的范围的情况下，本领域技术人员可以实施并且将想到这些形式的许多修改、变化、改变、替换、组合和等效物。此外，与所描述的形式相关联的每个元件的结构可以可选地被描述为用于提供由所述元件执行的功能的构件。此外，在公开了某些部件的材料的情况下，可以使用其他材料。因此，应当理解，前面的描述和所附权利要求旨在覆盖所有这些落入所公开形式的范围内的修改、组合和变化。所附权利要求旨在覆盖所有这些修改、变化、改变、替换、修改和等效物。
103.前面的详细描述已经通过使用框图、流程图和/或示例阐述了各种形式的装置和/或过程。在这种框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的范围内，本领域技术人员将会理解，这种框图、流程图和/或示例中的每个功能和/或操作可以通过各种硬件、软件、固件或实际上它们的任何组合来单独和/或共同实施。本领域的技术人员将认识到，本文所公开的形式的一些方面可以全部或部分地等效地在集成电路中实施，作为在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)，作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，作为固件，并且根据本公开，设计电路系统和/或为软件和/或固件编写代码将完全在本领域技术人员的技能范围内。此外，本领域技术人员将会理解，本文所描述的主题的机制能够以各种形式作为一个或多个程序产品来分发，并且本文所描述的主题的说明性形式适用，而不管用于实际执行分发的信号承载介质的具体类型。
104.用于对逻辑进行编程以执行各种所公开方面的指令可以存储在系统中的存储器内，诸如动态随机存取存储器(dram)、高速缓存、闪存或其他存储装置。此外，指令可以经由网络或通过其他计算机可读介质来分发。因此，机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机制，但不限于软盘、光盘、光盘、只读存储器(cd-rom)和磁光盘、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、磁卡或光卡、闪存存储器或用于通过电、光、声或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)在互联网上传输信息的有形的、机器可读的存储装置。因此，非暂时性计算机可读介质包括适于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输电子指令或信息的任何类型的有形机器可读介质。
105.如在本文的任何方面中使用的，术语“控制电路”可以指例如硬连线电路系统、可编程电路系统(例如，包括一个或多个单独的指令处理核心的计算机处理器、处理单元、处理器、微控制器、微控制器单元、控制器、数字信号处理器(dsp)、可编程逻辑装置(pld)、可编程逻辑阵列(pla)或现场可编程门阵列(fpga))、状态机电路系统、存储由可编程电路系统执行的指令的固件，以及它们的任何组合。控制电路可以共同地或单独地体现为形成更
大系统的一部分的电路系统，例如集成电路(ic)、专用集成电路(asic)、片上系统(soc)、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、服务器、智能电话等。因此，本文所使用的“控制电路”包括但不限于具有至少一个分立电路的电路系统、具有至少一个集成电路的电路系统、具有至少一个专用集成电路的电路系统、形成由计算机程序配置的通用计算装置的电路系统(例如，由至少部分执行本文所描述的过程和/或装置的计算机程序配置的通用计算机，或者由计算机程序配置的微处理器，其至少部分地执行本文所描述的过程和/或装置)、形成存储装置的电路系统(例如，随机存取存储器的形式)、和/或形成通信装置的电路系统(例如，调制解调器、通信开关或光电装备)。本领域的技术人员将认识到，本文所描述的主题可以以模拟或数字方式或其某种组合来实现。
106.如在本文的任何方面中使用的，术语“逻辑”可以指被配置为执行任何前述操作的应用程序、软件、固件和/或电路系统。软件可以体现为软件包、代码、指令、指令集和/或记录在非暂时性计算机可读存储介质上的数据。固件可以体现为在存储装置中硬编码(例如，非易失性)的代码、指令或指令集和/或数据。
107.如在本文的任何方面中使用的，术语“部件”、“系统”、“模块”等可以指计算机相关的实体，可以是硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件。
108.如在本文的任何方面中所使用的，“算法”指的是导致期望结果的自洽的步骤序列，其中“步骤”指的是对物理量和/或逻辑状态的操纵，所述物理量和/或逻辑状态可以采取能够被存储、传输、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式，尽管这不是必须的。通常将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等。这些和类似的术语可以与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量和/或状态的方便的标签。
109.网络可以包括分组交换网络。通信装置能够使用选定的分组交换网络通信协议相互通信。一个示例性通信协议可以包括以太网通信协议，其能够允许使用传输控制协议/互联网协议(tcp/ip)进行通信。以太网协议可以符合或兼容由电气和电子工程师协会(ieee)于2008年12月发布的名为“ieee 802.3标准”的以太网标准和/或这个标准的后续版本。替代地或另外，通信装置能够使用x.25通信协议相互通信。x.25通信协议可以符合或兼容由国际电信联盟-电信标准化部门(itu-t)颁布的标准。替代地或另外，通信装置能够使用帧中继通信协议相互通信。帧中继通信协议可以符合或兼容国际电报电话咨询委员会(ccitt)和/或美国国家标准协会(ansi)颁布的标准。替代地或另外，收发器能够使用异步传输模式(atm)通信协议相互通信。atm通信协议可以符合或兼容atm论坛于2001年8月发布的名称为“atm-mpls网络互通2.0”的atm标准和/或这个标准的后续版本。当然，不同的和/或以后开发的面向连接的网络通信协议在本文同样被考虑。
110.除非特别声明，否则从前述公开内容中显而易见的是，应当理解，贯穿前述公开内容，使用诸如“处理”、“计算(computing)”、“计算(calculating)”、“确定”、“显示”等术语的讨论指的是计算机系统或类似电子计算装置的动作和过程，其将计算机系统的寄存器和存储器内表示为物理(电子)量的数据操纵和转换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他这种信息存储、传输或显示装置内的物理量的其他数据。
111.一个或多个部件在本文中可以被称为“配置为”、“可配置为”、“可操作/可操作以”、“适配/可适配”、“能够”、“可符合/符合”等。本领域的技术人员将会认识到，“配置为”通常可以包含活动状态部件和/或非活动状态部件和/或待机状态部件，除非上下文另有要
求。
112.术语“近侧”和“远侧”在本文中是指临床医生操纵外科器械的手柄部分或外壳。术语“近端”指最靠近临床医生和/或机器人手臂的部分，术语“远端”指远离临床医生和/或机器人手臂的部分。还应当理解，为了方便和清楚起见，本文可以针对附图使用诸如“竖直”、“水平”、“上”和“下”的空间术语。然而，机器人手术工具被用于许多方向和位置，并且这些术语不旨在是限制性的和/或绝对的。
113.本领域技术人员将认识到，通常，本文所使用的术语，尤其是在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语，通常旨在作为“开放的”术语(例如，术语“包括(including)”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当解释为“至少具有”，术语“包括(includes)”应当解释为“包括但不限于”，等等)。本领域技术人员将进一步理解，如果打算引入特定数目的权利要求叙述，则这种意图将在权利要求中明确叙述，并且如果没有这种叙述，则不存在这种意图。例如，为了有助于理解，以下所附权利要求可以包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”来介绍权利要求叙述。然而，这种短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词“一”或“一个”引入的权利要求叙述将包含这种引入的权利要求叙述的任何特定权利要求限制为仅包含一个这种叙述的权利要求，即使当同一权利要求包括引入短语“一个或多个”或“至少一个”以及不定冠词例如“一(a)”或“一(an)”(例如，“一”和/或“一”通常应被解释为表示“至少一个”或“一个或多个”)；这同样适用于用于介绍权利要求叙述的定冠词的使用。
114.此外，即使明确叙述了特定数目的引入的权利要求叙述，本领域的技术人员也将认识到，这种叙述通常应被解释为表示至少所叙述的数目(例如，没有其他修饰语的“两个叙述”的简单叙述通常表示至少两个叙述，或者两个或更多个叙述)。此外，在使用类似于“a、b和c等中的至少一者”的约定的那些实例中，一般来说，这种结构旨在使本领域技术人员理解所述约定(例如，“具有a、b和c中的至少一者的系统”将包括但不限于具有仅a、仅b、仅c、a和b一起、a和c一起、b和c一起、和/或a、b和c一起等的系统)。在使用类似于“a、b或c等中的至少一者”的约定的那些实例中，一般来说，这种结构旨在使本领域技术人员理解所述约定(例如，“具有a、b或c中的至少一者的系统”将包括但不限于具有仅a、仅b、仅c、a和b一起、a和c一起、b和c一起、和/或a、b和c一起等的系统)。本领域的技术人员将进一步理解，通常表示两个或多个可选术语的分离词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应该理解为考虑了包括术语中的一个术语、任一术语或两个术语的可能性，除非上下文另有规定。例如，短语“a或b”通常被理解为包括“a”或“b”或“a和b”的可能性。
115.关于所附权利要求，本领域技术人员将理解，其中所叙述的操作通常可以以任何顺序执行。此外，尽管各种操作流程图是按顺序呈现的，但是应当理解，各种操作可以以不同于所说明顺序的其他顺序来执行，或者可以同时执行。这种交替排序的示例可以包括重叠、交错、中断、重新排序、递增、预备、补充、同时、反向或其他不同的排序，除非上下文另有规定。此外，诸如“响应于”、“相关”或其他过去时态形容词的术语通常不旨在排除这种变体，除非上下文另有规定。
116.值得注意的是，对“一个方面”、“一方面”、“一范例”、“一个范例”等的任何引用意味着结合所述方面描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个方面中。因此，在整个说明书的不同地方出现的短语“在一个方面”、“在一方面”、“在一范例中”和“在一个范例中”不
一定都指同一方面。此外，特定的特征、结构或特性可以在一个或多个方面以任何合适的方式组合。
117.本说明书中引用的和/或任何申请数据表中列出的任何专利申请、专利、非专利出版物或其他公开材料都通过引用并入本文中，只要并入的材料与本文不矛盾。因此，在必要的程度上，如本文明确阐述的公开内容取代了通过引用并入本文的任何冲突材料。据说通过引用并入本文但是与现有定义、陈述或本文阐述的其他公开材料相冲突的任何材料或其部分将仅在所并入的材料与现有公开材料之间不发生冲突的程度上被并入。
118.总之，已经描述了采用本文所描述的概念所带来的许多好处。出于说明和描述的目的，已经呈现了一种或多种形式的前述描述。它并不旨在穷举或限制所公开的精确形式。根据上述教导，修改或变化是可能的。选择和描述一种或多种形式是为了说明原理和实际应用，从而使本领域普通技术人员能够利用各种形式和各种修改，以适合预期的特定用途。这里提交的权利要求旨在限定整体范围。