專利名稱：用于超高場(shf)mri的rf線圈系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本申請涉及磁共振技術。它在超高場磁共振成像(MRI)方面發(fā)現(xiàn)特殊的應用，并且會與特定說明一起進行討論。然而，它還在例如磁共振光譜學、低場成像等等其他的磁共振應用方面找到應用。
背景技術：
迄今為止，磁共振成像掃描儀已經(jīng)包括一個主磁體，典型的是超導體的，它生成通過檢查區(qū)域的空間上和時間上恒定的磁場B0。射頻(RF)線圈，例如全身線圈、頭部線圈等，和發(fā)射器已經(jīng)被調(diào)諧到偶極的共振頻率，以便在B0場中成像。該線圈和發(fā)射器經(jīng)常被用于激勵和操作這些偶極。通過用電流驅(qū)動梯度線圈對空間信息編碼，來創(chuàng)建除各個方向通過檢查區(qū)域的B0場以外的磁場梯度。通過相同的或單獨只接收的RF線圈獲得磁共振信號，由RF接收器解調(diào)、濾波以及采樣，并且最后重建到某些專用或通用硬件的圖像之中。
在MRI中，RF線圈用于生成B1磁場，B1磁場用于激勵核自旋并從它們中檢測信號。兩個類型的RF線圈，即鳥籠型線圈和橫向電磁(TEM)線圈被廣泛地用于成像。鳥籠型線圈具有多個導體橫檔，其排列在檢查區(qū)域周圍，與主場方向相平行地擴展。平行的導體橫檔通過端蓋或者通過在線圈的一端的環(huán)和在另外一端上的圓環(huán)導體相互連接。電流反復流過橫檔、端蓋和圓環(huán)。由在平行的導體和圓環(huán)導體之內(nèi)排列的電容器元件確定鳥籠的共振行為。在128MHz或者更低頻率上，鳥籠型線圈呈現(xiàn)出在其內(nèi)部基本均勻的磁場分布，128MHz的頻率對應于在3T的主B0磁場中的質(zhì)子成像。然而，對于超高場應用(B0＞3T)，鳥籠型線圈的應用相對于由于MR系統(tǒng)的腔中的傳播效應和組織的強負載效應而造成的射線損耗而受到限制。典型的，在共振的半波長小于腔直徑時，該損耗變得難以接受。
通過降低RF孔的直徑能夠克服放射損耗問題。通常為0.7m直徑的孔的截止頻率為259MHz。因此，開放的鳥籠型不能用于7T的全身MRI，在7T的全身MRI中質(zhì)子共振為298MHz，半波長甚至更小。降低腔直徑可以增大截止頻率，但是由于RF渦電流(～ω2)造成的與組織的強耦合仍然是一個基本問題。非對稱的對象的載入造成的導體中的感應阻抗能夠產(chǎn)生不均勻的強B1。由于RF線圈變得更小并且更加接近對象，因此保持病人裝載的對稱變得更加困難。
類似于鳥籠型線圈，TEM線圈包括并行的導體，它們排列在檢查區(qū)域周圍。典型的，TEM線圈在兩個末端上是開放的，缺少兩個端蓋和圓環(huán)導體。典型的，TEM線圈包括一個外部RF電流返回路徑。與用于更高頻率應用(B0＞3T)的鳥籠型線圈相比，由于更低的輻射損耗，TEM線圈有助于提供改善的射頻性能。然而，TEM線圈有一些缺點。例如，從電磁場的觀點看，TEM線圈是裸露的，產(chǎn)生寄生RF場。在z軸方向上鳥籠型線圈有著更好的B1均勻性。
這里存在著對在高頻應用中提供良好的RF特性的超高頻(SHF)線圈系統(tǒng)的需求。本發(fā)明提供了改進的成像設備，和改進的方法，克服了上述問題和其他問題。
發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個方面，公開了用于磁共振成像的射頻線圈系統(tǒng)。該線圈系統(tǒng)包括多個平行隔開的橫檔，每個橫檔包括橫檔電容器；一個放置在線圈系統(tǒng)的閉合末端的端蓋；RF屏蔽罩連接到端蓋上并且包圍上述橫檔，在與橫檔基本平行的方向上伸展。
按照本發(fā)明的另一個方面，公開了一種使用線圈系統(tǒng)的方法。線圈系統(tǒng)包括多個平行隔開的橫檔，每個橫檔包括橫檔電容器；一個放置在線圈系統(tǒng)的閉合末端處的端蓋。RF屏蔽罩連接到端蓋上并且包圍上述橫檔，在與橫檔基本平行的方向上伸展。
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于在超高頻率下使用鳥籠型結(jié)構(gòu)時，提供了均勻場。
另外一個優(yōu)點在于它能夠用于帶通發(fā)射/接收線圈陣列。
另外一個優(yōu)點在于它的可量測性。
另外一個優(yōu)點是它有TEM和鳥籠型線圈的特征。
另外一個優(yōu)點在于能夠?qū)ζ溥M行配置，以提供雙共振線圈系統(tǒng)。
在閱讀和理解以下細節(jié)描述時，本領域技術人員會理解本發(fā)明的更多的優(yōu)點。
本發(fā)明可以采用多種步驟和多種步驟排列，采用多種元件和多種元件排列的形式。附圖僅僅是為了闡述優(yōu)選實施例，并不用于限定本發(fā)明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)的概略描述；圖2是圖1線圈系統(tǒng)的末端部分的概略描述；圖3是圖1線圈系統(tǒng)的側(cè)面圖的概略描述；圖4是圖1線圈系統(tǒng)的經(jīng)過屏蔽罩的鳥籠型線圈實施例的電氣連接的概略描述；圖5是圖1線圈系統(tǒng)的經(jīng)過屏蔽罩的鳥籠型線圈實施例的電氣連接的概略描述，它在頂部帶有開放末端環(huán)；圖6是圖1線圈系統(tǒng)的共振器實施例的電氣連接的概略描述，它包括分離網(wǎng)眼；圖7是帶有耦合和去耦合網(wǎng)絡的單個網(wǎng)眼的圖1線圈系統(tǒng)的共振器實施例的電氣連接的概略描述；圖8是控制與圖1線圈系統(tǒng)耦合/去耦合的阻抗變壓器的概略描述；圖9是圖1線圈系統(tǒng)的共振器實施例的電氣連接的概略描述，它包括帶有通過重疊去耦合的單個網(wǎng)眼；圖10是圖1線圈系統(tǒng)的帶通鳥籠型線圈實施例的電氣連接的概略描述；圖11是圖1線圈系統(tǒng)的雙重共振RF線圈共振器的電氣連接的概略描述；圖12是圖1線圈系統(tǒng)的三重共振RF線圈共振器的電氣連接的概略描述。
圖13是圖1線圈系統(tǒng)的雙重共振RF線圈共振器的電氣連接的概略描述。
具體實施例方式
參考圖1，磁共振成像掃描儀10包括外殼12，它限定了通常為圓柱形的掃描儀腔14，該腔中放置了相關聯(lián)的成像對象16。主磁體或者主磁場線圈20放置在外殼12中。在優(yōu)選高場實施例中，主磁場線圈20通常為螺旋管結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生方向為沿著z方向的主B0磁場，z方向與掃描儀腔14的中心軸22相平行。盡管還可以采用電阻性主磁體，但主磁場線圈20典型的為放置在超低溫屏蔽罩(cryoshrouding)24內(nèi)的超導線圈。
外殼12還容納或者支撐磁場梯度線圈30，該磁場梯度線圈用于選擇性地產(chǎn)生沿著z方向、沿著與z方向橫向的水平面方向(例如沿著笛卡爾坐標系的x或者y方向)，或者沿著其他選定方向的磁場梯度。外殼12還容納或者支撐高頻的全身RF線圈32，其用于選擇性地激發(fā)和/或檢測磁共振。典型的，外殼12包括裝飾用的內(nèi)襯34，它限定了掃描儀腔14。除了全身RF線圈32之外，放置了高頻的頭部RF線圈系統(tǒng)38，它包括一個或者多個RF線圈40。如以下的詳細描述，高頻的全身和頭部RF線圈有鳥籠型、TEM、混合型、鳥籠型和TEM的組合型或者其他實施例。線圈系統(tǒng)38最好是圓形的圓柱型，但是當然也可以有其他幾何形狀，諸如橢圓型橫截面、半圓型橫截面、半橢圓型橫截面等。
主磁場線圈20產(chǎn)生在z方向上的主磁場B0，主磁場B0優(yōu)選為大于3.0T，例如為7.0T。順序控制器42操作梯度控制器44，以選擇性地為磁場梯度線圈30提供能量，并且順序控制器42操作與一個或者多個射頻線圈32、40相耦合的射頻發(fā)射器46，以選擇性地為射頻線圈32、40提供能量。通過選擇性地操作磁場梯度線圈30和一個或者多個射頻線圈32、40，在成像對象16的選定的感興趣區(qū)域的至少一部分中，產(chǎn)生磁共振，并對其進行空間編碼。將射頻接收器48，或者在SENSE模式中的用于每個SENSE通道的接收器耦合在一個或者多個射頻線圈32、40上，以接收經(jīng)過編碼的磁共振的k空間采樣，該采樣存儲在K空間的存儲器50中。
重構(gòu)處理器52采用合適的重構(gòu)算法，諸如反傅立葉變換重構(gòu)算法，SENSE算法或者類似算法，將K空間的采樣重構(gòu)為經(jīng)過重構(gòu)的體圖像(volume image)表示，其表示包括成像對象的感興趣區(qū)域中的至少一部分。經(jīng)過重構(gòu)的圖像表示被電存儲在圖像存儲器54中，在用戶界面56上進行顯示，存儲在非易失性存儲器中，在局域網(wǎng)或者互連網(wǎng)中進行傳輸，或者其它的顯示、存儲、處理等等。用戶界面56還能夠使放射學家，技術人員或者其他磁共振成像掃描儀10的操作者能夠與順序控制器42通信，以選擇、修改和執(zhí)行磁共振成像順序。
參考圖2和3，RF線圈40包括多個平行隔開的導體或者橫檔或者條板60，它們在平行于主磁場B0的z方向上縱向擴展。橫檔60由印刷電路板，銅箔，導電桿等組成，并且在一個實施例中，它包括大小和寬度上都變化的部分。在圖2中，以仿真方式顯示了豎著的橫檔60。局部RF磁場檢測器，諸如環(huán)傳感器(未示出)與線圈相連，以測量線圈電流。一個普通的圓柱形射頻隔離罩或者屏蔽罩62圍繞著條板60。為了減小渦電流，RF隔離罩62最好是開槽的箔、網(wǎng)眼等。導電端蓋64放置在線圈系統(tǒng)38的末端部分66上。在圖2中，笛卡爾x-y-z坐標系指示為對應于在圖1所示的圓柱形掃描儀腔14中的線圈系統(tǒng)38的空間方向。然而，應該知道，線圈系統(tǒng)38還可以用在其他方向中。
參考圖4，在線圈40的鳥籠型實施例中，每一單個的條板60包括多個條形共振頻率調(diào)諧電容器68，并且連接在端蓋64上，端蓋64為橫檔確定了返回路徑。電容器最好是沿著條板60的集總和/或分布式PCB設計，以避免傳播效應。端蓋64直接連接在RF隔離罩62上，該RF隔離罩62允許鳥籠型線圈40工作在超高頻率下。每個條板60連接在一個放置在線圈系統(tǒng)38的頂部部分72的銅環(huán)70上，該銅環(huán)70與線圈系統(tǒng)的末端部分66相對。兩個相鄰的條板60中的每一個通過沿著環(huán)70放置的末端調(diào)諧電容器74耦合在一起，以確定電流路徑。圖4的線圈包括在條板中和環(huán)中的電容器，該線圈通常作為帶通線圈。帶通線圈40可以作為高通或者低通類型的線圈，這取決于條板60或者環(huán)70的片段是否被感應工作。當條板60的條板電容器68的值比末端電容器74的值高很多時，形成低通類型，因而使末端環(huán)70的片段呈現(xiàn)電感特性；而條板60呈現(xiàn)電容特性。當條板60的條板電容器68的值比末端電容器74的值低很多時，形成高通類型，因而使環(huán)70的片段呈現(xiàn)電容特性；而條板60呈現(xiàn)電感特性。對于帶通類型，電容器68、74成比率，從而不會形成高通特性或者低通特性。
參考圖5，RF線圈40類似于圖4的線圈。頂部部分72是開放的。單個條板60直接連接在位于頂部部分72的RF隔離罩62(如虛線76所示)上。每個條板60連接在一個放置在線圈系統(tǒng)38的末端部分66的銅環(huán)78上，該銅環(huán)78與線圈系統(tǒng)的頂端部分72相對。兩個相鄰的條板60中的每一個通過沿著環(huán)78放置的閉合末端調(diào)諧電容器80耦合在一起，以確定電流路徑。這種配置減少了在z方向上被定向的，接近頂部部分72的B1場成分中的RF分量，并且因而降低線圈的該區(qū)域中的SAR。
參考圖6和7，單個條板60放置在單個網(wǎng)眼82中，每個網(wǎng)眼有著不同的相位接收特性。每個網(wǎng)眼82包括兩個條板60，在開放末端部分72處，這兩個條板60通過連接在它們之間的末端電容器74耦合在一起。網(wǎng)眼82的RF電流流經(jīng)單個末端環(huán)片段84，末端環(huán)片段84不與RF隔離罩62直接相連。網(wǎng)眼82通過耦接器86與接收器48相耦合，并且選擇地與發(fā)射器46相耦合，耦接器86最好是電容性的或者是電感性的阻抗電路，以提供單個發(fā)射/接收通道。此外，通過在各個網(wǎng)眼之間使用阻抗電路，能夠增大互感應，以針對非對稱的和沉重的病人負載提供更高模式的分離和更好的魯棒性。在一個實施例中，耦接器86包括阻抗變壓器88，如圖8中所示。阻抗變壓器88控制各個網(wǎng)眼82之間的互磁耦合。耦接器86可以被調(diào)節(jié)，從而圖6和7中的線圈40能夠作為體積線圈工作，產(chǎn)生圓形極化的B1RF場，類似鳥籠型線圈，或者如同發(fā)射/接收陣列，例如SENSE線圈。這種發(fā)射/接收陣列能夠產(chǎn)生圓形極化的RF場，并且還能夠覆蓋所有模式圖案并生成RF填隙所需的單個RF場均勻性。最好使用有源開關元件(未示出)，以切換電容器(68，74)，從體積模式線圈切換到發(fā)射/接收模式線圈。不需要交換線圈就可以發(fā)生切換。
繼續(xù)參考圖7，各個網(wǎng)眼82放置在單個完整回路90中，回路90沒有直接與端蓋或者RF屏蔽罩相連。除了通過開放末端電容器74耦合在一起的每組兩個條板60之外，每組的兩個條板還通過閉合末端電容器80相耦合。在圖7的線圈配置中，RF隔離罩62沒有直接與線圈40相連。
參考圖9，示出了去耦合的網(wǎng)眼的另外一種配置，其中，單個網(wǎng)眼82相互重疊，最好是重疊到可以降低互電感耦合的程度。
參考圖10，所闡述的線圈40是放置在RF隔離罩62內(nèi)部的帶通鳥籠型線圈。相鄰的橫檔通過放置在環(huán)70上的開放末端電容器74以及閉合末端電容器80相耦合。選擇電容器74、68的電容比率，以去耦合電流回路。線圈40能夠可以替換地用作發(fā)射/接收陣列，在陣列中每一單個線圈部分連接在單個的發(fā)射/接收通道，每個發(fā)射/接收通道最好有完全可控制的單個的相位和振福。圖10的線圈系統(tǒng)為高頻應用提供了幾何開放和優(yōu)秀的RF特性。
參考圖11，線圈40是雙重共振RF線圈共振器，選擇它的電容以使它在一個偶極的共振頻率上用作鳥籠型帶通線圈，在另一個偶極的共振頻率上用作TEM線圈。每個橫檔68都連接在端蓋64上，并且連接在開放末端72上的末端環(huán)70。每對橫檔60都耦合沿著末端環(huán)70放置的開放末端電容器74。在連接節(jié)點98上的末端環(huán)70和RF隔離罩62之間連接電容器92，產(chǎn)生經(jīng)過RF隔離罩62的可調(diào)電流路徑。將經(jīng)過電容器92的電流路徑被調(diào)諧到在更高共振頻率上的TEM共振模式；并且被調(diào)諧到在更低共振頻率上的旋轉(zhuǎn)B1場帶通模式。例如，TEM模式能夠被調(diào)諧到質(zhì)子(1H)共振頻率，帶通模式能夠被調(diào)諧到磷(31P)的共振頻率。
在一個實施例中，如圖12中所示，配置了一個三重共振RF線圈共振器，其帶有與電容器92并聯(lián)的集總電感器100。該電感器100產(chǎn)生第三共振模式。
在圖13所示的雙重共振RF線圈共振器，電容器92連接在沿著橫檔60的至少一個點102和RF隔離罩62之間，以提供通過RF隔離罩62的電流路徑，并調(diào)諧第二共振模式。
已經(jīng)參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。在閱讀和理解以上詳細描述中可以進行修改和改變。只要不超出附帶的權利要求或者其等效內(nèi)容的范圍，本發(fā)明可以包括所有這種修改和改變。
權利要求
1.一種用于磁共振成像的射頻線圈系統(tǒng)(38)，該線圈系統(tǒng)(38)包括多個平行隔開的橫檔(60)，每個橫檔包括橫檔電容器(68)；端蓋(64)，其放置在線圈系統(tǒng)(38)的閉合末端(66)處；和RF屏蔽罩(62)，其連接到端蓋(64)上并且包圍上述橫檔(60)，在與橫檔(60)完全平行的方向上伸展。
2.權利要求1的線圈系統(tǒng)，其中RF場(62)部分的或者完全的由可導電的網(wǎng)眼或者其它具有在人視覺的波長范圍內(nèi)的至少部分的光學透明特性的導電材料構(gòu)造。
3.權利要求1的線圈系統(tǒng)，還包括末端環(huán)(78)，其放置在線圈系統(tǒng)(38)的一個閉合末端(66)并耦合在橫檔(60)上，該末端環(huán)具有在相鄰的橫檔之間的電容器(80)。
4.權利要求3的線圈系統(tǒng)，其中在一個開放末端(72)處，橫檔(60)直接連接在RF屏蔽罩(62)。
5.權利要求1的線圈系統(tǒng)，還包括末端環(huán)(70)，其放置在線圈系統(tǒng)(38)的一個開放末端(72)處并耦合在橫檔(60)上，該末端環(huán)具有在相鄰的橫檔之間的電容器(74)。
6.權利要求5的線圈系統(tǒng)，其中每對相鄰的橫檔(60)還通過閉合末端電容器(80)耦合在一起，以確定單個的獨立電流回路或者網(wǎng)眼。
7.權利要求6的線圈系統(tǒng)，其中電容器(68，74)被選擇為去耦合電流回路或者網(wǎng)眼，以確定形成多個單個的發(fā)射/接收通道的發(fā)射/接收線圈陣列，從而使每個回路具有選定的相位和振福特性。
8.權利要求5的線圈系統(tǒng)，其中末端環(huán)(70)和橫檔(60)中的至少一個通過電容器(92)電容性耦合在相鄰于開放末端的RF隔離罩上，以確定通過RF隔離罩(62)的電流路徑。
9.權利要求8的線圈系統(tǒng)，其中線圈系統(tǒng)(38)是發(fā)射/接收線圈和體積線圈。
10.權利要求9的線圈系統(tǒng)，還包括電感器(100)，其連接在至少一個末端環(huán)(70)和橫檔(60)之間，以確定第三共振模式。
11.權利要求5的線圈系統(tǒng)，其中選擇橫檔和末端環(huán)電容器(68，74)，以將線圈系統(tǒng)(38)調(diào)諧到以下幾種之一的共振頻率低通模式，高通模式，和帶通模式。
12.權利要求1的線圈系統(tǒng)，其中橫檔(60)直接連接至端蓋(64)。
13.權利要求1的線圈系統(tǒng)，其中橫檔(60)電容性連接在RF隔離罩(62)上。
14.權利要求1的線圈系統(tǒng)，其中各對橫檔(60)通過開放末端電容器(74)耦合在一起，以確定單個的網(wǎng)眼(82)，還包括耦合至相鄰網(wǎng)眼(82)的耦接器(86)，其包括以下之一電容性去耦合器，電感性去耦合器，阻抗變壓器(88)，和單個的網(wǎng)眼(82)的重疊部分。
15.權利要求14的線圈系統(tǒng)，其中通過橫檔電容器(68)、開放末端電容器(74)和耦接器(86)將線圈系統(tǒng)(38)調(diào)諧至體積模式和SENSE模式中的一種。
16.權利要求15的線圈系統(tǒng)，其中耦接器(86)包括開關元件，用于在體積模式和SENSE模式之間選擇性地切換。
17.權利要求16的線圈系統(tǒng)，其中每個橫檔(60)直接連接在端蓋(64)上，并且每個網(wǎng)眼(82)包括放置在線圈系統(tǒng)(38)的開放末端(72)上的末端環(huán)電容器(74)。
18.權利要求17的線圈系統(tǒng)，每個網(wǎng)眼(82)的每對橫檔(60)還通過閉合末端電容器(80)耦合在一起，以確定單個的獨立電流回路。
19.一種使用權利要求1的線圈系統(tǒng)(38)的方法，包括將一個末端環(huán)耦合在線圈系統(tǒng)的一個開放末端，該末端環(huán)具有在相鄰的橫檔之間的開放末端電容器(74)，以確定帶通模式。
20.權利要求19的方法，還包括通過閉合末端電容器(80)耦合每對相鄰的橫檔，以確定單個的獨立電流回路；和使條板和開放末端電容器(68，74)成比例，以去耦合電流回路，從而確定發(fā)射/接收線圈陣列。
21.權利要求19的方法，還包括通過電容器(92)將末端環(huán)和橫檔之中的至少一個電容性耦合在相鄰于開放末端的RF隔離罩上，以確定通過RF隔離罩的電流路徑；和將電容器(92)調(diào)諧到高共振頻率上，以確定雙重共振模式，其中線圈系統(tǒng)是發(fā)射/接收線圈和體積線圈。
22.權利要求19的方法，還包括通過開放末端電容器(74)耦合各對橫檔，以確定單個的網(wǎng)眼(82)；通過以下之一耦合相鄰的網(wǎng)眼電容性耦接器，電感性耦接器，阻抗變壓器(88)，和單個的網(wǎng)眼的重疊部分。
23.權利要求19的方法，還包括通過橫檔電容器(68)、開放末端電容器(74)和耦接器(86)將線圈系統(tǒng)(38)調(diào)諧至體積模式和SENSE模式中的一種。
24.一種磁共振成像掃描儀(10)，包括磁體(20)，其產(chǎn)生主磁場；多個磁場梯度線圈(30)，其被排列成為主磁場產(chǎn)生磁場梯度；和如權利要求1的射頻線圈(38)，橫檔(60)在與主磁場基本平行的方向上伸展。
全文摘要
用于磁共振成像的射頻線圈系統(tǒng)(38)，包括多個平行隔開的橫檔(60)，每個橫檔包括橫檔電容器(68)。端蓋(64)被放置在線圈系統(tǒng)(38)的閉合末端66。RF場(62)連接到端蓋(64)上并且包圍上述橫檔(60)，在與橫檔(60)基本平行的方向上伸展。RF線圈系統(tǒng)(38)可以用作鳥籠型、TEM、混合型、鳥籠型和TEM的組合型等。
文檔編號G01R33/34GK1882847SQ200480033940
公開日2006年12月20日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權日2003年11月18日
發(fā)明者C·G·羅伊斯勒, C·芬德克李, M·A·莫里奇, Z·齋, G·D·德米斯特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司