專利名稱：包括具有兩個(gè)前置放大器的線圈元件的rf線圈陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于多通道RF線圈陣列的無損耗或低損耗耦合的方法和裝 置。特定實(shí)施例涉及用于磁共振成像(MRI)的方法和裝置。相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考本申請(qǐng)請(qǐng)求2007年12月6日提交的序號(hào)為61/005，657的美國臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益， 此處結(jié)合其全文作為參考，包括所有圖示、表格或附圖。
背景技術(shù)：
磁共振成像(MRI)的當(dāng)前趨勢(shì)是采用越來越多的射頻(RF)線圈。目前，標(biāo)準(zhǔn)的臨 床MRI系統(tǒng)具有可用于RF線圈采集的32通道。隨著32通道臨床MRI系統(tǒng)以及具有更多 通道數(shù)的研究系統(tǒng)的出現(xiàn)，許多RF線圈產(chǎn)品和樣機(jī)開始利用接收機(jī)的硬件基本結(jié)構(gòu)來構(gòu) 造。在許多情況下，如果線圈元件的數(shù)量非常多并且單元線圈很小就會(huì)影響信噪比(SNR) (Boskamp, E. B 等，Proc. ISMRM, 2007，1048 頁，以及 Wiggins, G. C.等，Proc. ISMRM, 2005，第 671頁)，這一點(diǎn)已經(jīng)非常明顯。尤其明顯的是在與陣列體積中心附近的體積線圈相比時(shí)候 的體積陣中。引起這些SNR損耗的原因假設(shè)包括不必要的導(dǎo)體損耗、不可逆噪聲的耦合、多 通道的屏蔽效應(yīng)以及線纜電流損耗(Wiggins，G. C.等，Proc. ISMRM，2005，第243頁)。消 除一個(gè)或所有這些影響是有利的。不可逆噪聲的耦合是多通道RF線圈陣列中SNR損耗的一個(gè)重要影響。 (Reykowski，Arne等，Rigid Signal-to-Noise Analysis of Coupled MRI CoilsConnected to Noisy Preamplifiers and the Effect of Coil Decoupling onCombined SNR, Proc. ISMRM, 2000. )0去耦線圈陣列的最新方法是利用與線圈元件嚴(yán)重功率失配的前置放大器 (Roemer等)。這種方式通過減小每個(gè)線圈元件中的電流來降低互感的影響。這種減小是 由于附接前置放大器而將大阻抗插入到線圈回路中而導(dǎo)致的，該大阻抗通常是初級(jí)阻抗。 雖然由于前置放大器的噪聲系數(shù)典型地小于ldB，這種方法不會(huì)嚴(yán)重?fù)p耗指定線圈的SNR， 但是，由于以共用阻抗的方式從一個(gè)元件耦合到另一個(gè)元件的某個(gè)前置放大器的噪聲，因 此這確實(shí)降低了線圈元件陣列的組合SNR(信噪比)。因?yàn)榫€圈元件包含前置放大器，因此 前置放大器的噪聲對(duì)于線圈信號(hào)很低。但是，對(duì)于耦合到第一線圈元件的第二線圈元件來 說，來自于第一線圈的前置放大器的噪聲相對(duì)于從第一線圈耦合到第二線圈的噪聲能量來 說是主要的。減小電流的相同阻抗和由此產(chǎn)生的電感去耦成為在線圈元件中傳播的噪聲流 的主要來源。采用與線圈功率失配的前置放大器的方法對(duì)于允許有效的多通道陣列非常管 用。由于失配的增多和回路中有效電阻的增加，耦合也單調(diào)降低。但是，隨著失配的增多， 來自于前置放大器的耦合到陣列中其他元件的噪聲相對(duì)百分比也增加。從第一線圈元件耦 合到第二線圈元件的噪聲與來自前置放大器的在第一線圈元件上出現(xiàn)的噪聲非常不同。這 一事實(shí)使完全消除噪聲耦合的影響變得不可能。因此，使用與線圈功率失配的前置放大器對(duì)于多通道線圈陣列顯示出局限性。在 新式的32元件線圈中，一個(gè)指定元件可以與20個(gè)或更多其他元件具有很小但可測(cè)量的耦前置放大器相關(guān)聯(lián)的噪聲源與來自另外一個(gè)前置放大器的是不互相關(guān) 聯(lián)的，因此來自于前置放大器的每個(gè)耦合的噪聲成分是不互相關(guān)聯(lián)的。因此，SNR中的每個(gè) 損耗幾乎與耦合的噪聲功率線性相加。結(jié)果就是對(duì)于4或8通道陣列來說足夠的互阻抗， 對(duì)于32或更小的線圈元件則不夠。如上所述，利用多元件系統(tǒng)，每個(gè)線圈元件典型地具有一個(gè)相應(yīng)的前置放大器。前 置放大器接收來自于線圈的信號(hào)，并且輸出由接收機(jī)處理的信號(hào)。由此，輸出到接收機(jī)的信 號(hào)包括線圈電阻引起的噪聲。這是因?yàn)殡娮璁a(chǎn)生熱噪聲。與附近的線圈電感耦合能增加從 與線圈相關(guān)聯(lián)的前置放大器輸出到接收機(jī)的總噪聲。當(dāng)耦合很強(qiáng)和/或許多線圈元件相耦 合時(shí)，目前的降低SNR損耗的方法則失效。具有32或更多元件的陣列線圈似乎處于某一點(diǎn)， 即，從前置放大器經(jīng)由線圈元件互阻抗耦合的噪聲效應(yīng)變得非常重要。Roemer 等(Mag. Res. Med. 16，192-225，1990)示范了一種基本的電感去耦方法。此 外，Roemer等還描述了用于從多個(gè)重疊和位置接近的RF線圈元件同時(shí)獲取并隨后結(jié)合NMR 信號(hào)的方法。對(duì)于Roemer等所教導(dǎo)的NMR相控陣列，為了減小互感將相鄰的線圈重疊，每 個(gè)線圈連接到在線圈元件中產(chǎn)生高阻抗的高阻抗失配前置放大器，以減小不重疊的線圈元 件之間互感的影響。Roemer等教導(dǎo)，線圈和前置放大器之間的阻抗失配越大，并且因此提供 給線圈元件的阻抗則越大，則線圈元件之間互阻抗的影響減小的越大。由于Roemer等人介紹的這種電感去耦技術(shù)，在進(jìn)一步增加前置放大器和線圈元 件之間的阻抗失配方面已經(jīng)做出了努力。目前的MRI系統(tǒng)中使用的典型前置放大器具有 大約50的失配率。失配率定義為前置放大器的輸入阻抗除以由線圈元件提供給前置放大 器的阻抗。這表示具有2歐姆阻抗的線圈元件從前置放大器看大約100歐姆。對(duì)于包括 2歐姆的線圈元件和2歐姆的功率匹配放大器的功率匹配的前置放大器而言，利用阻抗失 配的放大器顯著地使有效回路阻抗從4歐姆增加到了 102歐姆。這導(dǎo)致對(duì)于第一線圈元 件中的常壓源而言，在第二線圈元件中由互感所感應(yīng)的電壓下降到大約1/25。這對(duì)于相對(duì) 少量的耦合回路之間的中度電感耦合是有效的，其中該耦合回路中耦合噪聲的主要來源可 以描述為回路中的電壓源。但是，如果耦合很強(qiáng)和/或耦合的元件數(shù)很多，那么這種技術(shù) 至少有一個(gè)方面是有問題的。從具有102歐姆有效阻抗的這個(gè)回路傳送的噪聲電壓主要 來自于由前置放大器提供給線圈元件的100歐姆，而不是來自于線圈或采樣。在由Rothe 和 Dahlke (Rothe, H.，Dahlke, W.，四極噪聲理論，Proceedings of thelre, 1956 年 6 月， 第811-818頁)提出的前置放大器的輸入?yún)⒖荚肼暷Ｐ椭?，來自于前置放大器的噪聲可?建模為噪聲電壓源和噪聲電流源。雖然可以利用前置放大器去耦減小由于前置放大器噪聲 電壓源導(dǎo)致的噪聲耦合，但是隨著改進(jìn)了的前置放大器去耦，由于前置放大器噪聲電流源 導(dǎo)致的耦合實(shí)際上將會(huì)增加?？梢岳肞enfield從Rothe和Dahlke模型中得到的波模型 中解釋這種影響。在Penfield的這種模型中，在前置放大器的輸入側(cè)有兩個(gè)不相互關(guān)聯(lián) 的噪聲波。一個(gè)噪聲波向著源(此處是線圈)傳播，在所述源處在噪聲匹配的情況下被完 全吸收。另一個(gè)波向著前置放大器傳播，在所述前置放大器處，由于前置放大器的輸入阻 抗，所述波被部分反射。在噪聲匹配的情況下，只有向著前置放大器傳播的波將會(huì)添加到 前置放大器輸出的噪聲上。由于前置放大器去耦要求線圈和前置放大器間的高反射因數(shù)， 因此大部分向著前置放大器傳播的噪聲波都將會(huì)在前置放大器的輸入處被反射，由此也耦 合到了其他線圈兀件。在(Papoulis, A. , Wave representation ofAmplifier Noise，Ire
6Transactions on Circuit Theory,第 84-86 頁)禾口(Duensing "Maximizing signal to noise ratio in the presence of coilcoupling，，J. Magn. Res. Ill :230_235,1996)中也 描述了這種噪聲耦合的形式。這一問題的結(jié)果是許多線圈之間的基本耦合可以引起不可恢 復(fù)的SNR(信噪比)損耗。具有低輸入阻抗前置放大器的兩個(gè)線圈之間的噪聲和信號(hào)耦合非常小。假定

圖10
權(quán)利要求
一種MRI線圈配置，包括線圈元件；第一前置放大器電路；以及第二前置放大器電路，其中，所述第一前置放大器電路輸出第一信號(hào)，其中，所述第二前置放大器電路輸出第二信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，還包括至少一個(gè)另外的線圈元件，其中，所述至少一個(gè)另外的線圈元件每一個(gè)均包括相應(yīng)的 至少一個(gè)另外的第一前置放大器電路，其中，所述至少一個(gè)前置放大器電路輸出相應(yīng)的至 少一個(gè)另外的第一信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的MRI線圈配置，還包括至少一個(gè)另外的第二前置放大器電路，其中，所述至少一個(gè)另外的第二前置放大器電 路輸出相應(yīng)的至少一個(gè)另外的第二信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的MRI線圈配置，還包括用于從所述第一信號(hào)、所述第二信號(hào)、所述至少一個(gè)另外的第一信號(hào)和所述至少一個(gè) 另外的第二信號(hào)產(chǎn)生MRI圖像的裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的MRI線圈配置，其中，所述MRI圖像經(jīng)由最佳重建產(chǎn)生。
6.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，其中，所述第一前置放大器電路和所述第二前置 放大器電路串聯(lián)。
7.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，其中，所述第一前置放大器電路和所述第二前置 放大器電路并聯(lián)。
8.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，其中，所述第一前置放大器電路具有近似等于Z IW的Z^g，其中，是為了實(shí)現(xiàn)最佳噪聲系數(shù)所述第一前置放大器電路需要面對(duì)的阻抗。
9.如權(quán)利要求8所述的MRI線圈配置，其中，所述第一前置放大器電路具有大于(IO)Z M的、λ，其中，Zfew是所述線圈元件的輸入阻抗。
10.如權(quán)利要求8所述的MRI線圈配置，其中，所述第一前置放大器電路包括第一前置 放大器和第一匹配電路，其中，所述第一前置放大器電路具有近似等于(50)線圈/Z輸入(PA4)的Z輸入，其中zf“(PA)是所述第一前置放大器的輸入阻抗。
11.如權(quán)利要求8所述的MRI線圈配置，其中，所述第二前置放大器電路具有小于Z線圈 的10%的Z最佳⑵。
12.如權(quán)利要求8所述的MRI線圈配置，其中，所述第二前置放大器電路具有小于Z線圈的5%的Z最佳⑵。
13.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，其中，所述第一前置放大器電路具有ΖΛβω并 且所述第二前置放大器電路具有Zee⑵，使得ω+ΖΛβ⑵近似等于Z線圈。
14.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，其中，所述第一前置放大器電路包括第一匹配 電路和第一前置放大器，其中，所述第一匹配電路執(zhí)行所述第一前置放大器的Z輸入(ΡΑ)和Ze 佳(pa)到所述第一前置放大器電路的Z輸入(1)和Z最佳⑴的無損耗變換。
15.如權(quán)利要求10所述的MRI線圈配置，其中，^一~~~—。乙輸入(Λ4)
16.如權(quán)利要求10所述的MRI線圈配置，其中，Z輸入⑵<—---m。乙輸入(Λ4)
17.如權(quán)利要求10所述的MRI線圈配置，其中，Ζ·⑵>Z_。
18.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，還包括用于生成第一組合信號(hào)和第二組合信號(hào)的裝置，其中，所述第一組合信號(hào)與由所述線 圈元件檢測(cè)到的變化E-M場(chǎng)有關(guān)，其中，所述第二組合信號(hào)與由所述線圈元件產(chǎn)生的變化 E-M場(chǎng)有關(guān)。
19.如權(quán)利要求18所述的MRI線圈配置，其中，所述第一組合信號(hào)是所述第一信號(hào)和所 述第二信號(hào)的線性組合。
20.如權(quán)利要求18所述的MRI線圈配置，其中，所述第二組合信號(hào)是所述第一信號(hào)和所 述第二信號(hào)的線性組合。
21.如權(quán)利要求19所述的MRI線圈配置，其中，所述第二組合信號(hào)是所述第一信號(hào)和所 述第二信號(hào)的線性組合。
22.如權(quán)利要求18所述的MRI線圈配置，其中，用于生成所述第一組合信號(hào)的所述裝置 包括用于經(jīng)由軟件生成所述第一組合信號(hào)的裝置。
23.如權(quán)利要求18所述的MRI線圈配置，其中，用于生成所述第一組合信號(hào)的所述裝置 包括用于經(jīng)由硬件生成所述第一組合信號(hào)的裝置。
24.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，其中，所述第一信號(hào)與由所述線圈元件檢測(cè)到 的變化E-M場(chǎng)有關(guān)，其中，所述第二信號(hào)與由所述線圈元件產(chǎn)生的變化E-M場(chǎng)有關(guān)。
25.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，其中，所述第一信號(hào)是第一電流信號(hào)，其中，所 述第二信號(hào)是第二電流信號(hào)。
26.如權(quán)利要求18所述的MRI線圈配置，其中，所述第一組合信號(hào)是第一電流信號(hào)，其 中，所述第二組合信號(hào)是第二電流信號(hào)。
27.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，其中，所述第一信號(hào)是第一電壓信號(hào)，其中，所 述第二信號(hào)是第二電壓信號(hào)。
28.如權(quán)利要求18所述的MRI線圈配置，其中，所述第一組合信號(hào)是第一電壓信號(hào)，其 中，所述第二組合信號(hào)是第二電壓信號(hào)。
29.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，其中，所述第一信號(hào)的部分與由所述線圈元件 檢測(cè)到的變化E-M場(chǎng)成比例。
30.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，其中，所述第二信號(hào)的部分與由所述線圈元件 檢測(cè)到的變化E-M場(chǎng)成比例。
31.如權(quán)利要求18所述的MRI線圈配置，其中，所述第一信號(hào)的部分與由所述線圈元件 檢測(cè)到的變化E-M場(chǎng)成比例。
32.如權(quán)利要求18所述的MRI線圈配置，其中，所述第二信號(hào)的部分與由所述線圈元件 檢測(cè)到的變化E-M場(chǎng)成比例。
33.如權(quán)利要求29所述的MRI線圈配置，其中，所述第一信號(hào)的另一部分與由所述線圈 元件生成的噪聲、由所述第一前置放大器電路生成的噪聲和由所述第二前置放大器電路生3成的噪聲的總和成比例。
34.如權(quán)利要求30所述的MRI線圈配置，其中，所述第二信號(hào)的另一部分與由所述線圈 元件生成的噪聲、由所述第一前置放大器電路生成的噪聲和由所述第二前置放大器電路生 成的噪聲的總和成比例。
35.如權(quán)利要求31所述的MRI線圈配置，其中，所述第一信號(hào)的另一部分與由所述線圈 元件生成的噪聲、由所述第一前置放大器電路生成的噪聲和由所述第二前置放大器電路生 成的噪聲的總和成比例。
36.如權(quán)利要求32所述的MRI線圈配置，其中，所述第二信號(hào)的另一部分與由所述線圈 元件生成的噪聲、由所述第一前置放大器電路生成的噪聲和由所述第二前置放大器電路生 成的噪聲的總和成比例。
37.如權(quán)利要求1所述的MRI線圈配置，其中，所述線圈元件包括至少一個(gè)導(dǎo)體回路。
38.如權(quán)利要求37所述的MRI線圈配置，其中，所述線圈元件還包括至少一個(gè)電容元件，調(diào)節(jié)所述電容元件調(diào)諧所述線圈元件的諧振頻率。
39.如權(quán)利要求3所述的MRI線圈配置，還包括用于通過使用所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)減小所述至少一個(gè)另外的第一信號(hào)中的 噪聲的裝置。
40.如權(quán)利要求39所述的MRI線圈配置，還包括用于通過使用所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)減小所述至少一個(gè)另外的第一信號(hào)中的 噪聲的裝置。
41.一種RF線圈配置，包括線圈元件；第一前置放大器電路；以及第二前置放大器電路，其中，所述第一前置放大器電路輸出第一信號(hào)，其中，所述第二前置放大器電路輸出第二信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于多通道RF線圈陣列的無損耗或低損耗耦合的方法和裝置。不可逆噪聲可以轉(zhuǎn)換為可逆噪聲。特定實(shí)施例涉及用于具有多通道RF線圈陣列的磁共振成像(MRI)的方法和裝置。特定實(shí)施例涉及將至少兩個(gè)前置放大器匹配到MRI陣列中的相關(guān)線圈并調(diào)諧MRI線圈陣列的方法和裝置，其中前置放大器之一與常規(guī)的前置放大器去耦一樣是功率失配，而另一個(gè)前置放大器在線圈端具有低輸入阻抗，并用作電流感應(yīng)前置放大器。
文檔編號(hào)G01R33/36GK101971044SQ200880118969
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者G·R·丁辛 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司