專利名稱：用于磁共振成像設(shè)備的rf線圈系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種RF信號的發(fā)射和/或接收的裝置，其用于磁共振成像(下文中通常將其稱為“RF線圈系統(tǒng)”)，其被構(gòu)造為永久裝配于磁共振成像設(shè)備中的RF線圈(體線圈)，或被構(gòu)造為所謂的專用RF線圈(即，作為設(shè)置于被檢查區(qū)域之上或周圍的單獨RF線圈，例如頭部線圈、肩部線圈、柔性表面線圈等)，以及涉及一種配備有所述RF線圈系統(tǒng)的磁共振成像設(shè)備。
磁共振(MR)成像設(shè)備特別用于病人的檢查和治療。通過穩(wěn)定主磁場(B0場)排列被檢查組織的核自旋，然后通過垂直于主磁場的并具有MR或拉莫爾(Larmor)頻率的類似脈沖的B1磁場對其激勵。此外，為了定位，核自旋也受梯度磁場的影響。接收和評估通過激勵感應(yīng)的RF弛豫信號，從而以已知方式于此重構(gòu)相關(guān)組織的圖像。
基本上可以區(qū)別兩種構(gòu)造類型一方面是所謂的軸向系統(tǒng)，其中病人被引入基本上水平方向定向的管狀檢查區(qū)域。通過沿著檢查區(qū)域的周圍設(shè)置的磁性線圈產(chǎn)生磁場，主磁場然后以病人的縱軸方向橫穿病人。
另一方面，是所謂的開路MR成像設(shè)備(垂直系統(tǒng))，在該設(shè)備中產(chǎn)生主磁場，一般來說，在兩個極板之間，極板是一個在另一個上面的排列的，并在其之間是限定病人的垂直圓筒形檢查區(qū)域。主磁場(B0場)基本上以垂直于病人的縱軸的方向(即，垂直地)橫穿病人。然后病人保持幾乎適合于從所有面接近的狀態(tài)，即，即使在成像過程中，從而也可以執(zhí)行介入式檢查。
RF線圈系統(tǒng)被永久裝配于所述系統(tǒng)(所謂RF體線圈)中，從而產(chǎn)生B1磁場(RF場)，并接收RF弛豫信號；這種線圈的構(gòu)造和定位對圖像質(zhì)量具有決定性作用，特別是信噪比和分辨率。
此外，也可以使用專用(單獨)RF線圈，例如，比如頭部線圈、肩部線圈等；還有些這類線圈至少部分為柔性表面線圈或墊，并可將其設(shè)置于病人的被檢查區(qū)域的周圍或區(qū)域之上。
在這方面，非常重要的是，使盡可能均勻的RF場橫穿被成像的整個檢查區(qū)域，或者RF線圈系統(tǒng)的接收特性在該區(qū)域中盡可能地恒定。此外，RF線圈系統(tǒng)的視場(FOV)應(yīng)該盡可能精確地延伸，該延伸穿越至少基本上恒定的B0場的空間和產(chǎn)生梯度磁場的梯度線圈的有用空間，以盡可能完全和恒定地暴露該最終限定的有用檢查區(qū)域(并且僅該區(qū)域)，從而用于免干擾成像。
例如，美國專利6,150,816給出了一種RF線圈系統(tǒng)，其由彼此電氣絕緣的至少第一、第二和第三RF線圈構(gòu)成，并可對線圈單獨激勵，并且以便在軸向上彼此交迭設(shè)置線圈，用這種方式可以使其之間不存在磁耦合。其目的不僅是提供改善的信噪比，而且提供RF線圈系統(tǒng)擴展的和可切換的視場。
然而，該系統(tǒng)的缺點是，與視場在軸向上的長度相比，該線圈系統(tǒng)在軸向上的長度較大，即，特別是希望在視場的軸端點處，RF場或接收特性盡可能恒定的變化和急劇下降的時候。
因此，本發(fā)明通常的目的是提供一種用于產(chǎn)生B1場和/或用于接收RF弛豫信號的裝置(通常稱為RF線圈系統(tǒng))，以此使有用的檢查區(qū)域暴露在發(fā)射或接收特性(場特性)方面具有高度的一致性的視場下。
本發(fā)明顯著的目的是提供這種RF線圈系統(tǒng)，該系統(tǒng)是為以軸向系統(tǒng)為形式的MR成像設(shè)備而提出的，以此產(chǎn)生的場特性適于軸向上至少基本上恒定的B0場的尺寸和適于梯度磁場，并在軸端點處相對急劇地減小，同時在該方向上采用RF線圈系統(tǒng)的相對小的尺寸。
最后，本發(fā)明的另一目的是提供這種RF線圈系統(tǒng)，該系統(tǒng)是為以垂直系統(tǒng)為形式的MR成像設(shè)備而提出的，以此獲得的場特性適于在檢查區(qū)域的徑向上至少基本上恒定的B0場的尺寸和適于梯度磁場，并且在徑向端點處相對急劇地減小。
通過由多個共振導(dǎo)體元件形成、用于磁共振成像、用于RF信號的發(fā)射和/或接收的裝置(RF線圈系統(tǒng))，根據(jù)權(quán)利要求1獲得該目的。
這樣，RF線圈系統(tǒng)基本上組成波共振器。該解決方案的特殊優(yōu)點在于這樣的事實在軸向系統(tǒng)中，可以這樣以大約系數(shù)2地增大對該RF線圈系統(tǒng)的軸長度的RF線圈系統(tǒng)的軸向上視場的尺寸比率。
此外，依據(jù)該解決方案，不僅可以實現(xiàn)永久裝配于系統(tǒng)中的RF線圈，而且可以實現(xiàn)先前提到的專用RF線圈。
該解決方案的進一步的優(yōu)點包括這樣的事實與已知RF線圈系統(tǒng)相比，可以以相對簡單和經(jīng)濟的方式對其構(gòu)造。
從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明有利的進一步的實施例。
在權(quán)利要求2和3中給出的實施例允許以相對簡單和經(jīng)濟的方式獲得期望的發(fā)射和接收特性。
權(quán)利要求4中給出的實施例提供了可以以簡單的方式執(zhí)行調(diào)諧至被檢查組織的MR頻率的優(yōu)點。權(quán)利要求5中描述的實施例中給出了調(diào)諧至MR頻率的替代方式。該實施例基于這樣的事實RF線圈系統(tǒng)的共振頻率基于共振導(dǎo)體元件之間的各自距離和/或它們到罩的距離。
權(quán)利要求6和7給出了RF線圈系統(tǒng)的實施例，其試圖永久裝配于軸向系統(tǒng)中或試圖用作RF體積線圈，而在權(quán)利要求8中給出的實施例試圖用于垂直系統(tǒng)或RF表面線圈。當(dāng)然，權(quán)利要求6、7和8中給出的實施例可以與權(quán)利要求4和/或5的實施例結(jié)合。
根據(jù)參照附圖給出的優(yōu)選實施例的下面的描述，本發(fā)明的進一步細(xì)節(jié)、特點和優(yōu)點將變得更明顯。其中

圖1是具有依據(jù)本發(fā)明的第一RF線圈系統(tǒng)的體線圈示意性三維表示；圖2是體線圈圓周從內(nèi)部的平面視圖；圖3是體線圈的橫截面圖；圖4示出了在平面之上導(dǎo)體的磁場強度的變化；圖5示出了在平面之上導(dǎo)體的磁場強度的變化；圖6示出了第一RF線圈系統(tǒng)中磁場強度的典型變化；圖7是用于以垂直系統(tǒng)為形式的MR成像設(shè)備的第二RF線圈系統(tǒng)的平面視圖。
圖1示意性說明了包括電氣傳導(dǎo)材料的外部RF罩1的正交體線圈(QBC)。
在RF罩1的內(nèi)部圓周上配備依據(jù)本發(fā)明的RF線圈系統(tǒng)的第一實施例。該RF線圈系統(tǒng)包括沿著圓周分布的第一組導(dǎo)體元件201、202、203…以及也沿著圓周分布的第二組導(dǎo)體元件211、212、213…。全部導(dǎo)體元件以檢查區(qū)域的軸向(z方向)延伸，并具有相同的長度。在z方向上以基本上相同的基準(zhǔn)(level)設(shè)置一組導(dǎo)體元件。
然而，為了實現(xiàn)給定的場特性，導(dǎo)體元件也可以具有不同的長度和/或位于z方向不同的基準(zhǔn)上。
如此設(shè)置兩組導(dǎo)體元件，以使它們在z方向上彼此相對地偏置，因此在檢查區(qū)域的圓周方向上看，導(dǎo)體元件部分地彼此交迭，并因此彼此耦合。在圓周方向上看，導(dǎo)體元件201、202、…；211、212、…然后交替地屬于第一組和第二組。假設(shè)，導(dǎo)體之間的耦合在不相互交迭時也存在，但在這種情況下，場特性可能不如現(xiàn)在均勻。
導(dǎo)體元件201、202、…；211、212、…所在圓周的電氣有效長度通過周圍材料(例如，如下文所述的調(diào)諧結(jié)構(gòu)和病人屏蔽)的介電常數(shù)確定，該長度是成比例的，以便使它近似對應(yīng)RF頻率(拉莫爾(Larmor)頻率)的波長λ。
此外，為了以低頻利用RF線圈系統(tǒng)，可以添加進一步的介質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而減小它對于給定圓周的電氣長度。
導(dǎo)體元件201、202、…；211、212、…的長度是成比例的，從而使這些元件在RF頻率處共振，并因此與已知的RF線圈系統(tǒng)相反，沿著導(dǎo)體元件201、202、…；211、212、…出現(xiàn)非恒定的電流分布。
通過共振導(dǎo)體形成每一個導(dǎo)體元件201、202、…；211、212、…，并且優(yōu)選地，金屬箔的單極元件具有λ/4的長度。位于兩組導(dǎo)體的交迭區(qū)域處的單極元件的末端是開路的，而單極元件的相反設(shè)置(即，軸向外部)端耦合至RF罩1。
單極元件的軸向內(nèi)部端也可以經(jīng)電容器連接至RF罩1，以減小它們的電氣長度，從而使在這些區(qū)域中電流不會下降到零值。這些區(qū)域中RF線圈系統(tǒng)的場特性的變化能夠這樣更適合地適于軸向外部區(qū)域中的變化。
圖2是展開狀態(tài)下的RF罩1的平面圖，即從檢查區(qū)域的內(nèi)部。在這種表示中可以再次識別單極元件201、202、…、208；211、212、…、218的兩個部分交迭的組20、21。
通過以z方向移動單極元件201、202、…、208和以(-z)方向移動單極元件211、212、…、218，增大組20、21的交迭區(qū)域和減小RF線圈系統(tǒng)的共振頻率，可以調(diào)諧RF線圈系統(tǒng)至被檢查組織的拉莫爾(Larmor)頻率。以(-z)方向移動單極元件201、202、…、208和以z方向移動單極元件211、212、…、218減小了組20、21的交迭區(qū)域和增大了共振頻率?？商娲蚋郊拥兀ㄟ^改變單極元件201、202、…、208以及211、212、…、218和RF罩1之間的距離可以獲得至拉莫爾(Larmor)頻率的調(diào)諧。增加距離導(dǎo)致共振頻率減小，反之亦然。
下文中說明調(diào)諧RF線圈系統(tǒng)至被檢查組織的拉莫爾(Larmor)頻率的另一種可能性。在圖2中，為每一組20、21配備介質(zhì)材料的調(diào)諧結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)以類似條帶的元件22、23為形式(其是封閉的，以形成卷起狀態(tài)中的環(huán))；該調(diào)諧結(jié)構(gòu)基本上垂直于單極元件的縱向方向延伸，并具有和每組20、21中的單極元件201、202、203、…、208或211、212、213、…、218的數(shù)量相一致的周期性循環(huán)增大的寬度和/或厚度。在這種情況下，示出的元件22、23(或環(huán)的)的一側(cè)具有用于這種用途的鋸齒形狀。
此外，元件或環(huán)22、23(一起或彼此獨立)設(shè)置為在RF罩1的圓周方向(在這種情況下和箭頭A一致)上偏移(或轉(zhuǎn)動)，使得不管位置如何，具有較小或較大寬度的環(huán)22或23的分段將位于每一單極元件201、202、203、…、208或211、212、213、…、218的區(qū)域中，這樣修改單極元件的部件的特性阻抗。
通過以圓周方向轉(zhuǎn)動介質(zhì)環(huán)22、23可以這樣調(diào)諧RF線圈系統(tǒng)至被檢查組織的拉莫爾(Larmor)頻率。
圖3是在圖1中示出的RF線圈系統(tǒng)的橫截面圖(x/y平面)。圖3示出了RF罩1以及第一組20的共振單極元件201、202、…、208。沒有示出介質(zhì)材料(調(diào)諧結(jié)構(gòu))的環(huán)22、23。
圖3也示出了多個二極管(例如引腳(pin)二極管)D1、D2、…、D8，其每次通過檢查區(qū)域的軸向上的單極元件201、202、…、208的外端點耦合至RF罩1。單極元件201、202、…、208的相反設(shè)置的自由端點通過電感彼此連接，例如，對RF信號構(gòu)成非常高阻抗的扼流圈(未示出)。
通過在RF罩1和通過扼流圈連接的單極元件201、202、…、208的自由端之間施加偏置電壓可對二極管D1、D2、…、D8提供傳導(dǎo)性或阻塞二極管。在傳導(dǎo)狀態(tài)中，單極元件201、202、…、208經(jīng)二極管D1、D2、…、D8連接至RF罩1，從而以期望的方式操作RF線圈系統(tǒng)。當(dāng)通過偏置電壓的合適改變阻塞二極管D1、D2、…時，RF線圈系統(tǒng)失諧。例如，當(dāng)不同的RF線圈系統(tǒng)用于發(fā)射和接收時，以及當(dāng)阻止此刻處于非激活態(tài)的RF線圈系統(tǒng)通過共振或耦合效應(yīng)，干擾激活狀態(tài)下的RF線圈系統(tǒng)時，這是有意義的。
最后，在圖3中，在檢查區(qū)域中提供環(huán)繞病人的另一RF罩24(病人罩)。這避免病人暴露于相對高的電場中，其在單極元件的自由端處出現(xiàn)，從而引起高的特定吸收率(SAR)。
如上面參照調(diào)諧結(jié)構(gòu)22、23所述，如果該罩配備的橫截面呈周期性循環(huán)變化，并當(dāng)罩被設(shè)置以可轉(zhuǎn)動時，罩24也可以用作用于RF線圈系統(tǒng)的調(diào)諧結(jié)構(gòu)。
如已經(jīng)說明的，由于RF頻率處的共振長度，所述RF線圈系統(tǒng)確保沿著導(dǎo)體元件的電流分布不是恒定的，而是以類似余弦的方式變化的。
圖4和5說明了對磁場強度H變化的最終影響。圖4示出了設(shè)置于傳導(dǎo)平面E之上、具有恒定的電流分布的導(dǎo)體L的情況下的變化，而圖5示出了在這種導(dǎo)體L中、類似余弦電流分布的情況下的變化。
在入/4單極元件的情況下，單極元件中的電流具有在位于軸向的末端處的最大值，并且其耦合至RF罩1，而在內(nèi)部開路端的方向上，電流以基本上類似余弦的方式下降至最小值或零。
每組20、21的單極元件彼此電和磁耦合，并具有在不同的操作模式下的共振。這些操作模式允許在垂直于檢查區(qū)域的軸的平面(x/y平面)中產(chǎn)生非常恒定的磁場。兩組單極元件的設(shè)置導(dǎo)致這些操作模式每次被分成操作的偶數(shù)模式和奇數(shù)模式。
在操作的奇數(shù)(低)模式中，在臨近單極元件中以z方向流動的電流具有相同的相位，并每次在位于RF線圈系統(tǒng)的z方向上的(軸)末端顯示出最大值，從而在z方向上獲得整體上基本上恒定的磁場變化，并且與已知RF線圈系統(tǒng)相比，在該方向上的視場明顯較大。
通過在RF線圈系統(tǒng)的兩個軸端點處增加另外的單極元件組(未示出)，即，如果另外組的單極元件中的電流相對于第一或第二組20、21的臨近單極元件中的電流顯示出180度的相移，可以獲得更加急劇的下降，并因此獲得在z方向上場特性的基本上更象矩形的變化。
圖6示意性示出了在x/z(或x/z)平面中的RF罩1內(nèi)部，通過第一RF線圈系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場強度Hy的變化，也示出了兩個單極元件201、205。與已知的鳥籠線圈(例如，頭部線圈)相比，可以增大視場對線圈長度的的比率，例如近似系數(shù)2的幅度增加。
依據(jù)本發(fā)明的原理也可以用于先前所述的開路MR成像設(shè)備(垂直系統(tǒng))。圖7示出了以RF線圈系統(tǒng)為形式的本發(fā)明的第二實施例，其作為在MR成像設(shè)備的垂直-圓柱形檢查區(qū)域的至少一個軸端的區(qū)域處的發(fā)射和/或接收天線而被剛性設(shè)置。
該RF線圈系統(tǒng)也配備有再次用作用于一組共振導(dǎo)體元件301、302、…、312的載體的RF罩1a。設(shè)置導(dǎo)體元件以從RF罩1a的中心徑向延伸。在這種情況下，導(dǎo)體元件301、302、…、312的徑向外端也耦合至RF罩1a。
通過各自的二極管(未示出)可以再次實現(xiàn)這種耦合。通過對RF信號構(gòu)成非常高的阻抗的電感，相反設(shè)置的徑向內(nèi)部端點然后被彼此連接。如果必須，通過應(yīng)用依據(jù)前面描述的偏置電壓可以失調(diào)該RF線圈系統(tǒng)。
此外，依據(jù)前面的說明，導(dǎo)體元件301、302、…、312的徑向內(nèi)部端點是開路的，或如圖7所示，經(jīng)電容器C1、C2、…、C12連接至RF罩1a，以減小他們的電氣長度，從而在這些區(qū)域，電流不會下降至值零。可以這樣獲得場變化，其在徑向方向上更恒定。
在該實施例中，導(dǎo)體元件301、302、…、312再次優(yōu)選地是取金屬箔片的入/4單極元件，該元件可以在徑向朝外的方向上變得更寬。此外，先前關(guān)于RF線圈系統(tǒng)的第一實施例中給出的說明對于該RF線圈系統(tǒng)的操作也是如此。
通過沿平行于它們的徑向延伸方向，移動導(dǎo)體元件301、302、…、312和/或通過改變它們到罩1a的距離，可以調(diào)諧該RF線圈系統(tǒng)至被檢查組織的拉莫爾(larmor)頻率。
此外，該實施例可以再配備有依據(jù)前面描述的調(diào)諧結(jié)構(gòu)，例如以一個或多個同心環(huán)為形式的調(diào)諧結(jié)構(gòu)，其具有沿著圓周周期性變化的寬度和/或厚度，并且由介質(zhì)材料構(gòu)成。
在該實施例中，導(dǎo)體元件可以通過沿著導(dǎo)體元件的長度設(shè)置的電容器彼此連接，從而修改它們的耦合，并因此使RF線圈系統(tǒng)的場特性適于給定的需求。
為了完整的目的，需要指出，為了產(chǎn)生循環(huán)極化的磁場，在依據(jù)本發(fā)明的RF線圈系統(tǒng)中，電源可隨具有合適相移的RF信號向多個導(dǎo)體元件供電，或者接收的RF信號可以相應(yīng)的方式，給該導(dǎo)體元件耦合出去。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)射和/或接收RF信號的裝置(RF線圈系統(tǒng))，其用于磁共振成像，其是由多個共振導(dǎo)體元件(201、202、...、208；211、212...、218；301、302、...、312)形成的。
2.如權(quán)利要求1所述的RF線圈系統(tǒng)，在其中，導(dǎo)體元件通過一端RF耦合至RF罩(1、1a)，同時它們的另一端是開路的。
3.如權(quán)利要求1所述的RF線圈系統(tǒng)，在其中，導(dǎo)體元件是λ/4單極元件(201、202、...、208；211、212...、218；301、302、...、312)。
4.如權(quán)利要求1所述的RF線圈系統(tǒng)，其包括至少一個介質(zhì)材料的調(diào)諧元件(22、23)，該調(diào)諧元件設(shè)置為可在基本上垂直于導(dǎo)體元件(201、202、...、208；211、212...、218；301、302、...、312)的縱向方向上位移，并在導(dǎo)體元件的區(qū)域處具有不同寬度和/或厚度的分段，從而通過位移調(diào)諧元件(22、23)可以調(diào)諧RF線圈系統(tǒng)的共振頻率。
5.如權(quán)利要求1所述的RF線圈系統(tǒng)，導(dǎo)體元件設(shè)置為，可相對于它們至罩的距離和/或基本上平行于它們的徑向方向進行位移，從而通過位移導(dǎo)體元件可以調(diào)諧RF線圈系統(tǒng)的共振頻率。
6.如權(quán)利要求1所述的RF線圈系統(tǒng)，在其中，在基本上為圓柱形的RF罩(1)的內(nèi)表面上設(shè)置導(dǎo)體元件(201、202、...、208；211、212...、218)，同時，它們的縱向方向在由此被包圍的檢查區(qū)域的軸向上延伸。
7.如權(quán)利要求6所述的RF線圈系統(tǒng)，在其中，在第一組和第二組(20、21)中設(shè)置導(dǎo)體元件(201、202、...、208；211、212...、218)，該兩組(20、21)設(shè)置為在檢查區(qū)域的軸向上彼此相對地偏置，并且通過它們軸向上的外部端點，導(dǎo)體元件(201、202、...、208；211、212...、218)被耦合至RF罩(1)。
8.如權(quán)利要求1所述的RF線圈系統(tǒng)，在其中，在基本上平的RF罩(1a)上設(shè)置導(dǎo)體元件(301、302、...、312)，它們的長度尺寸從中心以徑向延伸。
9.一種用于磁共振成像的專用RF線圈，其包括如權(quán)利要求1所述的RF線圈系統(tǒng)。
10.一種磁共振成像設(shè)備，其包括水平-圓柱形的檢查區(qū)域(軸向系統(tǒng))以及如權(quán)利要求6所述的RF線圈系統(tǒng)。
11.一種磁共振成像設(shè)備，其包括垂直-圓柱形的檢查區(qū)域(垂直系統(tǒng))以及如權(quán)利要求8所述的RF線圈系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于磁共振成像的用于發(fā)射和/或接收RF信號的裝置(RF線圈系統(tǒng))，構(gòu)造該裝置為永久裝配于磁共振成像設(shè)備中的RF線圈(體線圈)，或構(gòu)造該裝置為所謂的RF專用線圈(即，作為設(shè)置于被檢查區(qū)域之上或周圍的單獨RF線圈，例如頭部線圈、肩部線圈、柔性表面線圈等)，以及涉及一種包括這種RF線圈系統(tǒng)的磁共振成像設(shè)備。該RF線圈系統(tǒng)的特征在于它包括多個共振導(dǎo)體元件(201、202、...、208；211、212...、218)，特別地λ/4單極元件。與相同長度的已知RF線圈系統(tǒng)相比，在RF線圈系統(tǒng)的邊緣處，由此獲得基本上較大的視場以及恒定變化和較急劇下降的場特性，同時該結(jié)構(gòu)仍然相對簡單和經(jīng)濟。
文檔編號G01R33/341GK1717590SQ200380104329
公開日2006年1月4日 申請日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月27日
發(fā)明者C·芬德克利 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司