用于磁共振成像的z分段的射頻天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于將射頻(RF)場(chǎng)應(yīng)用到磁共振(MR)成像系統(tǒng)的檢查空間的射頻天線設(shè)備，一種采用至少一個(gè)這樣的RF天線設(shè)備的MR成像系統(tǒng)以及用于將射頻場(chǎng)應(yīng)用到磁共振成像系統(tǒng)的檢查空間的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在磁共振(MR)成像領(lǐng)域，已知尤其使用兩種類型的射頻(RF)線圈或天線設(shè)備來(lái)激勵(lì)感興趣對(duì)象(通常是患者)內(nèi)的核自旋，并且檢測(cè)來(lái)自所述核自旋的信號(hào)。鳥(niǎo)籠線圈以及橫向電磁(TEM)線圈廣泛地用于在非常高的RF帶(VHF)中的MR成像并且已經(jīng)被引入在商業(yè)化的3T MR成像掃描器中了。鳥(niǎo)籠線圈具有多個(gè)導(dǎo)體梯級(jí)，所述多個(gè)導(dǎo)體梯級(jí)被布置在平行于主磁場(chǎng)方向延伸的MR成像掃描器的檢查區(qū)域的周圍，并且連接到環(huán)形天線環(huán)。TEM線圈包括多個(gè)TEM線圈元件，每個(gè)具有細(xì)長(zhǎng)條狀部分，其中，多個(gè)TEM線圈元件被布置為使得細(xì)長(zhǎng)條狀部分基本上平行并且在一空間或體積中和/或周圍被間隔開(kāi)，用于向要被檢查的對(duì)象進(jìn)行發(fā)送或從要被檢查的對(duì)象進(jìn)行接收。條狀部分在其縱向端部處電耦合到RF天線設(shè)備的導(dǎo)電屏蔽。這些線圈需要個(gè)體RF電源以提供可接受的臨床圖像質(zhì)量，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)感興趣對(duì)象的個(gè)體介電負(fù)載。
[0003]RF天線設(shè)備通常被提供有處于相同的幅度的固定的90°激勵(lì)，所述激勵(lì)是由混合耦合器提供的。這樣的線圈具有兩個(gè)饋送端口并且也被稱為正交線圈，因?yàn)槠涫沟媚軌蛏蓛蓚€(gè)正交磁場(chǎng)。正交線圈提供RF天線設(shè)備的增加的信噪比。其他RF天線設(shè)備甚至利用兩通道線圈來(lái)提供針對(duì)RF勻場(chǎng)的幅度及相位的完全自由度，所述兩通道線圈使用兩個(gè)幾何去耦的饋送位置。這一技術(shù)改進(jìn)了場(chǎng)均勻性并且實(shí)現(xiàn)針對(duì)高磁場(chǎng)處的不同應(yīng)用的成像。
[0004]US 7345481 B2公開(kāi)了一種用于MR成像系統(tǒng)的RF線圈。所述RF線圈包括鳥(niǎo)籠部分以及TEM部分，所述鳥(niǎo)籠部分具有多個(gè)平行間隔的導(dǎo)體以及一個(gè)或多個(gè)橫跨或端部導(dǎo)體，所述橫跨或端部導(dǎo)體大體處于所述間隔的導(dǎo)體的橫向，所述TEM部分具有多個(gè)平行間隔的導(dǎo)體以及射頻屏蔽。鳥(niǎo)籠部分和TEM部分與對(duì)準(zhǔn)的每個(gè)部分的平行間隔的導(dǎo)體相對(duì)地設(shè)置，并且定義對(duì)象接收區(qū)域。
[0005]然而，仍然有其中均勻性能夠被改進(jìn)的特定感興趣對(duì)象。如對(duì)人腿的成像的一些特殊應(yīng)用通常也需要至少四個(gè)通道，如能夠利用針對(duì)MR成像(MRI)的多通道研宄系統(tǒng)示出的。
[0006]這樣的多通道研宄系統(tǒng)在市場(chǎng)上尚不可購(gòu)得，因?yàn)樗鱿到y(tǒng)昂貴且復(fù)雜，這是由于線圈的生產(chǎn)和去耦非常復(fù)雜。由于殘余耦合及患者依賴性反射，已知多通道線圈常常需要環(huán)行器以隔離用于不同通道的功率放大器。由于環(huán)行器需要非常有限的磁場(chǎng)，所以難以將功率放大器置于線圈附近或者甚至于線圈處。多通道研宄系統(tǒng)的這一設(shè)計(jì)也不同于市場(chǎng)上可購(gòu)得的MRI系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此本發(fā)明的目的是提供一種射頻(RF)天線設(shè)備、一種包括這樣的RF天線設(shè)備的磁共振(MR)成像系統(tǒng)、一種用于將RF場(chǎng)應(yīng)用到MR成像系統(tǒng)的檢查空間的方法以及一種用于升級(jí)MR成像系統(tǒng)的軟件包，所述軟件包使得能夠在沒(méi)有過(guò)度的RF電流的發(fā)生的情況下，以改進(jìn)的SAR控制并且以改進(jìn)的RF勻場(chǎng)選項(xiàng)，將均勻RF場(chǎng)激勵(lì)用于檢查空間。
[0008]在本發(fā)明的一個(gè)方面中，由一種用于將射頻(RF)場(chǎng)應(yīng)用到磁共振(MR)成像系統(tǒng)的檢查空間的射頻(RF)天線設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的，其中，所述RF天線設(shè)備被提供為具有管狀體，所述RF天線設(shè)備在其縱向方向中是分段的，并且每個(gè)段被提供有至少一個(gè)激勵(lì)端口。
[0009]相應(yīng)地，能夠個(gè)體地控制所述RF天線設(shè)備(也被稱為線圈)的每個(gè)段，使得在感興趣對(duì)象內(nèi)部的在這一方向中的，即RF天線設(shè)備的縱向方向中的，B1場(chǎng)的不均勻性能夠直接被解決。具體而言，可以個(gè)體地控制每個(gè)段的所述激勵(lì)端口。對(duì)于包括RF天線設(shè)備的管狀結(jié)構(gòu)，縱向方向一般被稱為z方向或z軸。
[0010]利用上面描述的RF天線設(shè)備，相比于本領(lǐng)域中已知的RF天線設(shè)備，能夠增加通道數(shù)量，因?yàn)槊總€(gè)段具有至少一個(gè)個(gè)體激勵(lì)端口。取決于線圈的類型以及特定需求，能夠以不同方式對(duì)一個(gè)或多個(gè)端口進(jìn)行定位，例如，定位于所述RF天線設(shè)備的端面處或在所述RF天線設(shè)備的外圓周。然而，RF天線設(shè)備能夠被提供為具有小的尺寸。可以通過(guò)電連接或感應(yīng)饋送來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)激勵(lì)端口。
[0011]所述管狀體能夠具有任何合適的橫斷面，包括圓形、橢圓形或矩形橫斷面，或它們的任何合適的組合。優(yōu)選地，所述RF天線設(shè)備具有圓形橫斷面，即，所述RF天線設(shè)備具有圓柱形形狀。進(jìn)一步優(yōu)選地，每個(gè)段具有相同的尺寸。
[0012]存在用于構(gòu)建z分段的RF天線設(shè)備的不同方式。單個(gè)元件能夠由TEM共振器和/或鳥(niǎo)籠共振器制成。下面給出了與所述RF天線設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例相關(guān)的另外的細(xì)節(jié)。所述天線設(shè)備能夠在所述縱向方向中被實(shí)施為具有兩個(gè)或多個(gè)段。這些元件中的一個(gè)或多個(gè)能夠由退化的元件制成。
[0013]利用具有獨(dú)立段的所述RF天線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)所述段的去耦。這實(shí)現(xiàn)對(duì)所述RF天線設(shè)備的容易的控制。例如，單個(gè)放大器與功率分配器一起能夠在沒(méi)有環(huán)行器的情況下用于在兩個(gè)或四個(gè)端口處饋送發(fā)明的RF天線設(shè)備。相應(yīng)地，能夠通過(guò)按需要替換所述RF天線設(shè)備以及增加功率分配器和額外的放大器，來(lái)從具有常規(guī)線圈、或者簡(jiǎn)單的系統(tǒng)或者正交系統(tǒng)的、具有根據(jù)本發(fā)明的RF天線設(shè)備的MRI設(shè)備實(shí)現(xiàn)升級(jí)。所述MRI系統(tǒng)的控制單元被調(diào)整以執(zhí)行對(duì)所述RF天線設(shè)備的各自的控制。取決于針對(duì)每個(gè)段的放大器及TR開(kāi)關(guān)的數(shù)量，所述控制單元額外地控制所述放大器、所述TR開(kāi)關(guān)及所述前置放大器中的每個(gè)。優(yōu)選地，針對(duì)每個(gè)段提供并且控制一個(gè)功率放大器及前置放大器，使得兩個(gè)激勵(lì)端口具有有著固定的幅度和相位的饋送。備選地，獨(dú)立放大器能夠用于所述RF天線設(shè)備的每個(gè)段的每個(gè)激勵(lì)端口。相應(yīng)地，所述天線設(shè)備也能夠如通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)放大器來(lái)激勵(lì)的普通天線設(shè)備地被操作，使得僅一種類型的天線設(shè)備能夠用于MRI系統(tǒng)并且能夠容易地執(zhí)行到兩個(gè)或四個(gè)通道的升級(jí)。
[0014]優(yōu)選地，所述RF天線設(shè)備被提供為在第一操作時(shí)間將所述RF場(chǎng)應(yīng)用到所述檢查空間以用于共振激勵(lì)，并且還被提供為在不同于所述第一操作時(shí)間的另一操作時(shí)間，接收由所述感興趣對(duì)象內(nèi)的原子核發(fā)射的磁共振RF能量。換言之，所述RF天線設(shè)備可以被提供為充當(dāng)RF發(fā)送天線以及RF接收天線。這可以允許緊湊設(shè)計(jì)并且也允許避免在所述RF發(fā)送天線與所述RF接收天線之間的交叉耦合。所述RF天線設(shè)備的另一功能是生成用于校準(zhǔn)局部接收線圈的均勻接收敏感性，所述均勻接收敏感性實(shí)現(xiàn)加速的信號(hào)接收。所述RF天線設(shè)備還能夠用在主磁體的低磁場(chǎng)內(nèi)。此外，所述RF天線設(shè)備能夠用于不同幾何結(jié)構(gòu)，例如，作為體線圈或頭線圈。所述RF天線設(shè)備還能夠被設(shè)計(jì)為通過(guò)使其成為多共振的而操作在兩個(gè)或多個(gè)頻率處。這在使用其他去耦方式的情況下更加復(fù)雜得多。
[0015]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，所述RF天線設(shè)備包括:第一天線環(huán)及第二天線環(huán)，所述第一天線環(huán)及第二天線環(huán)在公共旋轉(zhuǎn)軸上被間隔開(kāi)，從而定義了所述管狀體的頂部及底部；屏蔽元件，其被提供在所述RF天線設(shè)備的外圓周處；以及天線梯級(jí)的第一集合和第二集合，所述第一集合和第二集合兩者都被布置為平行于所述屏蔽元件的內(nèi)側(cè)處的所述RF天線設(shè)備的所述縱向方向；其中，所述梯級(jí)的所述第一集合在所述梯級(jí)的端部中的一個(gè)處均電耦合到所述第一天線環(huán)，從而定義了第一段，并且所述梯級(jí)的所述第二集合在所述梯級(jí)的端部中的一個(gè)處均電耦合到所述第二天線環(huán)，從而定義了第二段，并且兩個(gè)段的所述梯級(jí)在所述梯級(jí)的自由端部處均經(jīng)由親合元件電親合到所述屏蔽元件，所述自由端部未親合到所述天線環(huán)中的任意天線環(huán)。這一 RF天線設(shè)備提供了 TEM共振器和鳥(niǎo)籠線圈的組合，所述組合在本申請(qǐng)中被稱為混合設(shè)計(jì)。所述RF天線設(shè)備的每個(gè)段在所述RF天線設(shè)備的中心區(qū)域中表現(xiàn)地如橫向電磁(TEM)線圈，并且在其縱向端部處如鳥(niǎo)籠線圈。如果全部幅度被選擇為相同的并且相位對(duì)應(yīng)于所述激勵(lì)端口的幾何位置，則所述磁場(chǎng)的輪廓與常規(guī)體線圈的類似。容易地實(shí)現(xiàn)了對(duì)所述RF天線設(shè)備的所述段的去耦，因?yàn)橛伤鰩缀蜶F天線設(shè)備解決所述去耦。相應(yīng)地，不需要對(duì)所述RF天線設(shè)備的調(diào)節(jié)。所述屏蔽元件被提供為具有管狀結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地是圓柱形結(jié)構(gòu)。其在操作頻率處是導(dǎo)通的，但通常在所述梯度場(chǎng)的頻率處是不導(dǎo)通的。所述屏蔽元件能夠在所述縱向方向中延伸超過(guò)所述天線環(huán)。能夠根據(jù)所述RF天線設(shè)備的設(shè)計(jì)和尺寸來(lái)選擇梯級(jí)的數(shù)量。優(yōu)選地，梯級(jí)的數(shù)量是4的倍數(shù)，以在90°幾何距離中取得對(duì)稱饋送選項(xiàng)。所述耦合元件能夠是導(dǎo)體或任何其他合適類型的耦合元件。所述耦合元件優(yōu)選地包括電容器、電感器或它們的組合。所述梯級(jí)由導(dǎo)電材料制成并且能夠是分段的。任選地，電容器、電感器或它們的任何組合被提供在所述梯級(jí)的所述段之間。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述梯級(jí)能夠包括疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)具有用于生成電容器的兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層。
[0016]優(yōu)選地，所述天線環(huán)具有包括多個(gè)環(huán)部分的結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)環(huán)部分一起形成所述天線環(huán)。進(jìn)一步優(yōu)選地，每個(gè)天線環(huán)的所述環(huán)部分可以被提供具有在彼此之間的間隙。再進(jìn)一