專利名稱：在位置可變的mri線圈上自動保持環(huán)路隔離的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地說本發(fā)明涉及磁共振(MR)系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種限制在MR系統(tǒng)的RF線圈組件的可移動線圈之間耦合的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在將物質(zhì)比如人體組織置于均勻的磁場(極化場B0)中時，在組織中的自旋的單個磁矩趨向于與極化場對準，但在它們的特征拉莫爾頻率上以隨機順序繞它進動。如果物質(zhì)或組織置于在x-y平面中并在拉莫爾頻率附近的磁場(激勵磁場B1)中，則盡對準磁矩或“縱向磁化”MZ可能被旋轉(zhuǎn)或“翻轉(zhuǎn)”進入x-y平面以形成凈橫向磁矩Mt。在激勵信號B1終止之后通過激勵的自旋發(fā)射信號并接收和處理這個信號以形成圖像。
在利用這些信號以形成圖像時，利用磁場梯度(Gx，Gy和Gz)。通常，通過測量周期序列掃描要成像的區(qū)域，在該序列中這些梯度根據(jù)所使用的特定局部化方法變化。對所接收的NMR信號的結(jié)果集進行數(shù)字化并處理以使用多種公知的重構(gòu)技術(shù)中的一種技術(shù)重構(gòu)圖像。
大家十分公知的是彼此相鄰地放置的MR系統(tǒng)的RF線圈環(huán)路通過互感彼此緊密地耦合。這種耦合造成線圈環(huán)路失調(diào)、線圈環(huán)路的加荷和圖像質(zhì)量劣化。為消除這種耦合，已經(jīng)研究了多種技術(shù)和線圈設(shè)計。例如，線圈環(huán)路可以被嚴格地重疊以消除該耦合、電感性地耦合以消除該耦合、電容性地耦合以消除該耦合或通過切斷該線圈環(huán)路的高阻抗諧振電路降低該耦合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，前三種設(shè)計對于僅一種環(huán)路接近的取向足夠。但發(fā)現(xiàn)第四種設(shè)計不能提供取消環(huán)路耦合的足夠隔離。
此外，如果線圈環(huán)路是柔性的，或者能夠彼此相對移動，則上文描述的隔離設(shè)計通常是失敗的。即，在環(huán)路接近的取向改變時，RF線圈環(huán)路必須重新調(diào)諧以使在新的取向上耦合最小或者必須使用調(diào)諧到新的取向的不同的RF線圈環(huán)路組件。MRI系統(tǒng)操作員因此必須犧牲時間來重新調(diào)諧線圈環(huán)路而少檢查患者。此外，選擇已經(jīng)調(diào)諧到新的取向的不同的RF線圈環(huán)路組件不僅要花費用于圖像采集的時間和精力，而且還要求成像設(shè)備保留一個許多RF線圈環(huán)路組件的清單以便滿足可用于采集診斷數(shù)據(jù)的多個取向。保留一個較大的清單的RF線圈環(huán)路組件的成本昂貴，而且盡管加大了成本，仍然可能不能窮盡所需的線圈組件。
因此，需要設(shè)計一種能夠提供RF線圈組件以使在較大范圍的環(huán)路位置或取向上保持環(huán)路隔離的系統(tǒng)。
發(fā)明概述本發(fā)明針對RF線圈組件，該線圈組件具有解決前述缺陷的動態(tài)互感補償電路。本發(fā)明提供一種RF線圈環(huán)路組件，其中可以使該線圈在一起靠得更近、更遠地分離或旋轉(zhuǎn)，同時保持良好的線圈隔離。互感補償電路與每個RF線圈環(huán)路串聯(lián)連接以使在RF線圈環(huán)路之間形成的耦合或互感最小。在RF線圈環(huán)路彼此相對移動或旋轉(zhuǎn)時補償電路的互感與在RF線圈環(huán)路之間形成的互感基本相等并在相位或極性上相反。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，公開了一種RF線圈環(huán)路組件。該線圈組件包括彼此相對可移動的一對RF線圈。第一電感器組件與一個RF線圈串聯(lián)連接，第二電感器組件與另一個RF線圈串聯(lián)連接。電感器組件具有與RF線圈對的互感在極性上相反并在幅值上基本相等的互感。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，公開了一種MRI設(shè)備。該MRI設(shè)備包括MRI系統(tǒng)，該MRI系統(tǒng)具有在磁體的孔周圍設(shè)置以施加極化磁場的多個梯度線圈。RF收發(fā)器系統(tǒng)和RF開關(guān)受脈沖模塊控制以給RF線圈組件發(fā)射信號和從其中接收信號以采集MR圖像。RF線圈組件包括第一可移動線圈環(huán)路和第二可移動線圈環(huán)路。RF線圈組件也包括互感補償電路以產(chǎn)生使第一和第二可移動線圈環(huán)路的耦合最小并獨立于線圈彼此之間的位置的電感。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一種制造RF線圈組件的方法。該方法包括使第一電感器組件與第一RF線圈串聯(lián)連接和使第二電感器組件與第二RF線圈串聯(lián)連接。該方法進一步包括校準第一電感器組件和第二電感器組件以使在其間的互感基本隔離第一和第二RF線圈而獨立于線圈彼此之間的位置。
通過下文的詳細描述和附圖將會清楚本發(fā)明的各種其它特征、目的和優(yōu)點。
附圖概述附圖示出了為實施本發(fā)明當前設(shè)計的一個優(yōu)選實施例。
在附圖中附

圖1所示為用于本發(fā)明的MR成像系統(tǒng)的示意方塊圖。
附圖2所示為已有技術(shù)中的肩部線圈組件的示意圖。
附圖3所示為在線圈之間的間距變化時附圖2的肩部線圈組件的互感的圖形表示。
附圖4所示為根據(jù)本發(fā)明互感補償電路的示意圖。
附圖5所示為在電感器的相對位置變化時附圖4的互感補償電路的互感的圖形表示。
附圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例RF線圈組件的示意圖。
附圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的RF線圈組件的另一實施例的示意圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述參考附圖1，所示為并入了本發(fā)明的優(yōu)選磁共振成像(MRI)系統(tǒng)10的主要部件。該系統(tǒng)的操作由操作臺12控制，該操作臺12包括鍵盤或其它的輸入裝置13、控制面板14和顯示器16。操作臺12通過鏈接18與獨立的計算機系統(tǒng)20進行通信，該計算機系統(tǒng)20能夠使操作員能夠控制在顯示屏16上形成和顯示圖像。計算機系統(tǒng)20包括彼此通過背板20a進行通信的多個模塊。這些模塊包括圖像處理器模塊22、CPU模塊24和用于存儲圖像數(shù)據(jù)陣列的在已有技術(shù)中稱為幀緩沖器的存儲器模塊26。計算機系統(tǒng)20鏈接到盤存儲器28和磁帶機30以存儲圖像數(shù)據(jù)和程序，并通過高速串行鏈接34與獨立的系統(tǒng)控制器32進行通信。輸入裝置13可以包括鼠標、操縱桿、鍵盤、軌跡球、觸摸啟動屏、光識別筆、語音控制器或任何類似或等效的輸入裝置，并且可以用于交互幾何命令(interactive geometry prescription)。
系統(tǒng)控制器32包括通過背板32a連接在一起的一組模塊。這些模塊包括CPU模塊36和通過串行鏈接連接到操作臺12的脈沖發(fā)生器模塊38。通過鏈接40系統(tǒng)控制器32從操作員接收指令以指示要執(zhí)行的掃描序列。脈沖發(fā)生器模塊38操作系統(tǒng)部件以實施所需的掃描序列并產(chǎn)生指示所產(chǎn)生的RF脈沖的時序、強度和形狀和數(shù)據(jù)采集窗口的時序和長度的數(shù)據(jù)。脈沖發(fā)生器模塊38連接到一組梯度放大器42以指示在掃描過程中產(chǎn)生的梯度脈沖的時序和形狀。脈沖發(fā)生器模塊38也從生理采集控制器44中接收患者數(shù)據(jù)，該生理采集控制器44從連接到患者的多個不同的傳感器接收信號，比如從連接到患者的電極接收ECG信號。最后，脈沖發(fā)生器模塊38連接到掃描室接口電路46，該掃描室接口電路46從與患者和磁體的條件相關(guān)的各種傳感器接收信號。也是通過掃描室接口電路46患者定位系統(tǒng)48接收指令以將患者移動到所需的位置以便掃描。
通過脈沖發(fā)生器模塊38所產(chǎn)生的梯度波形施加給具有Gx、Gy和Gz放大器的梯度放大器系統(tǒng)42。每個梯度放大器激勵在以50總體地指示的梯度線圈組件中的相應的物理梯度線圈以產(chǎn)生用于空間編碼采集信號的磁場梯度。梯度線圈組件50形成了包括極化磁體54和整個身體RF線圈56的磁體組件52的一部分。在系統(tǒng)控制器32中的收發(fā)器模塊58形成了通過放大器60放大并通過發(fā)射/接收開關(guān)62耦合到RF線圈56的脈沖。通過激發(fā)的在患者體內(nèi)的原子核發(fā)射的結(jié)果信號通過相同的RF線圈56感測并通過發(fā)射/接收開關(guān)62耦合到前置放大器64。在收發(fā)器58的接收器部分中對經(jīng)放大的MR信號解調(diào)、濾波和數(shù)字化。發(fā)射/接收開關(guān)62由來自脈沖發(fā)生器模塊38的信號控制以在發(fā)射模式中將RF放大器60電連接到線圈56和在接收模式中將前置放大器64電連接到線圈56。發(fā)射/接收開關(guān)62也能夠使單獨的RF線圈(例如表面線圈)在發(fā)射或接收模式中使用。
通過RF線圈56拾取的MR信號通過收發(fā)器模塊數(shù)字化并傳輸給在系統(tǒng)控制器32中的存儲器模塊66。在原始k-空間數(shù)據(jù)陣列已經(jīng)采集在存儲器模塊66中時完成掃描。對于每個要重構(gòu)的圖像，將這個原始k-空間數(shù)據(jù)重新設(shè)置在分離的k-空間數(shù)據(jù)陣列，將每個數(shù)據(jù)陣列輸入到陣列處理器68，該陣列處理器68將該數(shù)據(jù)傅立葉變換為圖像數(shù)據(jù)的陣列。這個圖像數(shù)據(jù)通過串行鏈接34傳遞給計算機系統(tǒng)20，在計算機系統(tǒng)20中將它存儲在存儲器比如盤存儲裝置28中。響應從操作臺12接收的指令，這個圖像數(shù)據(jù)歸檔在長期存儲器比如磁帶機30中，或者它可以通過圖像處理器22進一步處理并傳遞給操作臺12并在顯示器16上顯示。
本發(fā)明包括適合于上文參考的MR系統(tǒng)使用的方法和系統(tǒng)或者獲得MR圖像的任何類似或等效的系統(tǒng)。雖然本發(fā)明將參考肩部線圈組件描述，但是本發(fā)明可等效地應用于其它線圈組件。作為非限制性舉例，本發(fā)明也可以應用于膝部線圈組件。
現(xiàn)在參考附圖2，所示為RF線圈組件70。RF線圈組件70可以是從患者的肩部采集數(shù)據(jù)的表面線圈組件。例如在MR系統(tǒng)10的成像體積內(nèi)通過將RF線圈組件70放置在接近于患者的肩部可以采集MR圖像。RF線圈組件70占據(jù)通過x-軸72、y-軸74和z-軸76表示的三維空間。RF線圈組件70包括第一可移動線圈環(huán)路78和第二可移動線圈環(huán)路80。所示的第一可移動線圈環(huán)路7 8沿由x-軸72和z-軸76形成的平面放置。第二可移動線圈環(huán)路80與第一可移動線圈環(huán)路78平行，并且所示為沿由x-軸72和z-軸76形成的第二平面放置。
在線圈環(huán)路通電并彼此接近放置時在第一可移動線圈環(huán)路78和第二可移動線圈環(huán)路80之間形成了互感。在所示的實例中互感的幅值沿著y-軸74隨在第一可移動線圈環(huán)路78和第二可移動線圈環(huán)路80之間的距離降低而增加。在第一可移動線圈環(huán)路78和第二可移動線圈環(huán)路80之間形成的互感隨在它們之間的距離增加而減小。
上文描述的RF線圈組件70的取向并不限于所述的實施例。例如，線圈環(huán)路的取向沿通過x-軸72和y-軸74形成的平面放置，同時在它們之間的距離沿z-軸76變化。線圈環(huán)路的取向也可以沿通過y-軸74和z-軸76形成的平面放置，同時在它們之間的距離沿x-軸72變化。此外，線圈環(huán)路的取向也可以沿通過x-軸72、y-軸74和z-軸76的任何組合形成的平面放置。
在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會認識到雖然在附圖2中所示的RF線圈組件示出了基本為正方形的第一可移動線圈環(huán)路78和第二可移動線圈環(huán)路80，但是也可以設(shè)計其它的形狀。
附圖3所示為在第一可移動線圈環(huán)路78和第二可移動線圈環(huán)路80之間可能形成的作為線圈環(huán)路間隔的函數(shù)的互感的一個實例的圖形。所示的互感曲線82總體地顯示在第一可移動線圈環(huán)路78和第二可移動線圈環(huán)路80的線性間隔增加時互感的幅值降低。相反，在第一可移動線圈環(huán)路78和第二可移動線圈環(huán)路80的線性間距減小時互感的幅值增加?；ジ谢蝰詈系脑黾邮乖谝粋€線圈環(huán)路中的電流和電壓變化以顯著地影響其它的線圈環(huán)路的電流和電壓。如上文所述，線圈環(huán)路的耦合可以使線圈環(huán)路失調(diào)、線圈環(huán)路的加荷和圖像質(zhì)量的劣化。使線圈環(huán)路耦合實質(zhì)最小化降低了在一個線圈環(huán)路中的電流和電壓的變化對其它的線圈環(huán)路的影響，由此恢復了圖像質(zhì)量。
附圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的互感補償電路84?；ジ醒a償電路84包括占據(jù)通過x-軸90、y-軸92和z-軸94表示的三維空間的第一電感器組件86和第二電感器組件88。在電感器組件彼此重疊時在第一電感器組件86和第二電感器組件88之間形成了耦合。電感器組件的互感隨著重疊量的減小而減小。第一電感器組件86和第二電感器組件88被校準以使在電感器組件重疊時在其間形成了負定相(negativelyphased)的互感。負定相的互感的幅值基本等于在線圈環(huán)路彼此相對移動時在第一可移動線圈環(huán)路78和第二可移動線圈環(huán)路80之間形成的互感的幅值。因此，如下文所述，電感器組件的負定相的互感隨著RF線圈的位置變化，因此消除了在第一可移動線圈環(huán)路78和第二可移動線圈環(huán)路80之間形成的互感或使其最小化。
附圖5所示為在第一電感器組件86和第二電感器組件88之間形成的互感。如互感曲線96所示，電感器組件的互感的幅值隨在其間的重疊的減小而減小。相反，電感器組件的互感的幅值隨在其間的重疊的增加而增加。即，電感器組件的相對移位不利地影響著在其間的互感量。
附圖6所示為并入在RF線圈組件100中的互感補償電路98的一種實施例?；ジ醒a償電路98的第一電感器組件102被構(gòu)成與RF線圈組件100的第一可移動線圈環(huán)路104串聯(lián)連接并在朝第二可移動線圈環(huán)路108的方向上從第一可移動線圈環(huán)路104的平面垂直地延伸。第二電感器組件106與RF線圈組件100的第二可移動線圈環(huán)路108串聯(lián)連接并在朝第一可移動線圈環(huán)路104的方向上從第二可移動線圈環(huán)路108的平面垂直地延伸。RF線圈組件100被構(gòu)成使第一電感器組件104與第二可移動線圈環(huán)路108平行。這樣，隨著感興趣的體積的尺寸變化，在線圈環(huán)路之間的線性距離根據(jù)感興趣的體積的尺寸變化。
電感器組件102、106被構(gòu)造成在第一可移動線圈環(huán)路104和第二可移動線圈環(huán)路108之間的距離變化時重疊?；ジ醒a償電路98被校準以使在第一電感器組件102和第二電感器組件106重疊時，在線圈環(huán)路彼此相對移動時在其間形成的互感的幅值與在第一可移動線圈環(huán)路104和第二可移動線圈環(huán)路108之間形成的互感基本相等并在相位和極性上相反。在第一可移動線圈環(huán)路104和第二可移動線圈環(huán)路108之間的距離減小時，在其間形成的互感增加，并且第一電感器組件102和第二電感器組件106的重疊增加。電感器組件重疊的增加使在其間形成的互感的幅值增加以基本等于在其間的距離減小時線圈環(huán)路增加的幅值。在第一可移動線圈環(huán)路104和第二可移動線圈環(huán)路108之間的距離增加時，在其間形成的互感減小，第一電感器組件102和第二電感器組件106的重疊減小。電感器組件重疊的減小使在其間形成的互感的幅值減小以基本等于在其間的距離增加時線圈環(huán)路降低的幅值。
附圖7所示為RF線圈組件110的另一實施例。與附圖6的線圈組件100類似，RF線圈組件110包括繞旋轉(zhuǎn)軸116相對于第二可移動線圈環(huán)路114可旋轉(zhuǎn)的第一可移動線圈環(huán)路112。在第一可移動線圈環(huán)路112和第二可移動線圈環(huán)路114之間形成的角度118的幅值增加以適應更大的感興趣的角度體積，以及減小以適應更小的感興趣的角度體積。隨著角度118的幅值的增加，在第一可移動線圈環(huán)路112和第二可移動線圈環(huán)路114之間形成的互感的幅值增加。相反，隨著角度118的幅值的減小，在第一可移動線圈環(huán)路112和第二可移動線圈環(huán)路114之間形成的互感的幅值減小。
為使在第一可移動線圈環(huán)路112和第二可移動線圈環(huán)路114的耦合基本最小化，互感補償電路120被構(gòu)造并校準以使在第一電感器組件122和第二電感器組件124重疊時，在線圈環(huán)路繞旋轉(zhuǎn)軸116彼此旋轉(zhuǎn)時在其間形成的互感的幅值與在第一可移動線圈環(huán)路112和第二可移動線圈環(huán)路114之間形成的互感基本相等并且在相位和極性上相反。互感補償電路120還被構(gòu)造成使在第一電感器組件122和第二電感器組件124之間形成的互感隨角度118的幅值增加而增加，隨角度118的幅值減小而減小。
附圖7的互感補償電路120包括第一電感器組件122和第二電感器組件124。第一電感器組件122被構(gòu)造成與在旋轉(zhuǎn)軸116附近的第一可移動線圈環(huán)路112串聯(lián)連接并在與感興趣的體積的方向相反的方向自旋轉(zhuǎn)軸116延伸。第二電感器組件124被構(gòu)造成與在旋轉(zhuǎn)軸116附近的第二可移動線圈環(huán)路114串聯(lián)連接并在與感興趣的體積的方向相反的方向自旋轉(zhuǎn)軸116延伸。第一電感器組件122和第二電感器組件124以曲線的方式朝彼此進一步延伸以使在電感器之間的寬度或間隔在線圈環(huán)路旋轉(zhuǎn)的過程中在重疊區(qū)周圍基本保持恒定。
本發(fā)明包括RF線圈組件，該RF線圈組件包括彼此相對可移動的一對RF線圈。RF線圈組件包括與一個RF線圈串聯(lián)連接的第一電感器組件和與另一個RF線圈串聯(lián)連接的第二電感器組件。在電感器組件之間形成的互感與在RF線圈對之間形成的互感在極性上相反并且在幅值上基本相等。
在本發(fā)明的進一步實施例中，MRI設(shè)備包括具有在磁體的孔周圍設(shè)置以施加極化磁場的多個梯度線圈的MRI系統(tǒng)和受脈沖模塊控制以給RF線圈組件發(fā)射信號并從其中接收信號以采集MR圖像的RF收發(fā)器系統(tǒng)和RF開關(guān)。RF線圈組件進一步包括第一可移動線圈環(huán)路和第二可移動線圈環(huán)路。RF線圈組件也進一步包括連接到第一和第二可移動線圈環(huán)路的互感補償電路以便補償電路產(chǎn)生使第一和第二線圈環(huán)路的耦合最小并獨立于線圈彼此之間的位置的電感。
在本發(fā)明的進一步實施例中，制造RF線圈組件的方法包括使第一電感器組件與第一RF線圈串聯(lián)連接和使第二電感器組件與第二RF線圈串聯(lián)連接的步驟。該方法進一步包括校準第一電感器組件和第二電感器組件以使在其間的互感基本隔離第一和第二RF線圈而獨立于線圈彼此之間的位置。
根據(jù)優(yōu)選的實施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，應該認識到，除了明確表述的實施例之外，等同物、變型和改進都是可能的并在附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種RF線圈環(huán)路組件(100，110)，包括彼此相對可移動的RF線圈對(104，112，108，114)；與一個RF線圈串聯(lián)的第一電感器組件(102，122)；與另一個RF線圈串聯(lián)的第二電感器組件(106，124)；和其中電感器組件(102，122，106，124)被構(gòu)造成具有與RF線圈對(104，112，108，114)的互感在極性上相反并在幅值上基本相等的互感。
2.權(quán)利要求1所述的RF線圈環(huán)路組件(100，110)，其中電感器組件(102，122，106，124)被構(gòu)造成只要第一(104，112)和第二(106，124)電感器組件重疊隨著RF線圈對(104，112，108，114)的相對位置變化消除RF線圈對(104，112，108，114)的互感。
3.權(quán)利要求2所述的RF線圈環(huán)路組件(100，110)，其中在RF線圈對(104，112，108，114)中的RF線圈(104，112，108，114)沿x-軸、y-軸和z-軸中至少一個軸可移動。
4.權(quán)利要求3所述的RF線圈環(huán)路組件(100，110)，其中在RF線圈對(104，112，108，114)中的RF線圈(104，112，108，114)繞旋轉(zhuǎn)軸(116)可轉(zhuǎn)動。
5.權(quán)利要求3所述的RF線圈環(huán)路組件(100，110)，其中在RF線圈對(104，112，108，114)中的RF線圈(104，112，108，114)沿成像平面可轉(zhuǎn)移。
6.權(quán)利要求1所述的RF線圈環(huán)路組件(100，110)，其中電感器組件(102，122，106，124)的互感與RF線圈對(104，112，108，114)的互感在相位上總體上相反。
7.權(quán)利要求1所述的RF線圈環(huán)路組件(100，110)，其中電感器組件(102，122，106，124)的互感隨著以某一方式設(shè)置的RF線圈變化以消除RF線圈對(104，112，108，114)的互感。
8.權(quán)利要求7所述的RF線圈環(huán)路組件(100，110)，其中電感器組件(102，122，106，124)的互感隨在RF線圈對(104，112，108，114)之間的距離的增加而減小并隨著在RF線圈對(104，112，108，114)之間的距離減小而增加。
9.權(quán)利要求1所述的RF線圈環(huán)路組件(100，110)，其中電感器組件(102，122，106，124)的電感使RF線圈對(104，112，108，114)的耦合減小而與線圈位置無關(guān)。
全文摘要
提出了一種在變化的線圈位置上保持線圈隔離的RF線圈環(huán)路組件技術(shù)。與線圈環(huán)路組件(100，110)的每個RF線圈環(huán)路(104，112，108，114)串聯(lián)連接的互感補償電路(98，120)使形成在RF線圈環(huán)路(104，112，108，114)之間的耦合或互感基本最小化。在RF線圈環(huán)路(104，112，108，114)彼此相對移動或轉(zhuǎn)動時補償電路(98，120)的互感與在RF線圈環(huán)路(104，112，108，114)之間形成的互感基本相等并且在極性上基本相反。
文檔編號G01R33/36GK1575751SQ20041006380
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日
發(fā)明者S·C·達維斯 申請人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司