CN100504430C - 开放式磁共振系统及其中的rf线圈阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及开放式MR系统,其中关于场特征可任意地调节RF磁场。根据本发明,通过提供用于发射和/或接收RF信号的RF线圈系统来实现此目的,其中RF线圈系统包括两个排列在检查区域相对侧上的RF线圈阵列,每个RF线圈阵列包括至少两个RF线圈,这些RF线圈是相互去耦的,并且连接到发射/接收单元中的各个通道。本发明还涉及相应的平面RF线圈阵列。
Description
本发明涉及用于磁共振成像的磁共振系统(MR系统),还涉及用于这种MR系统的RF线圈系统的RF线圈阵列,特别用于开放式MR系统。
该类的开放式MR系统在EP1059539A2中是已知的。所引用的文献描述了整体RF线圈系统,其包括排列在检查区域相对侧的第一和第二RF线圈阵列,以便彼此相对移相90°。为了在检查区域中产生旋转磁场B1,RF线圈阵列以网络的形式工作,其中在单独地正交排列的RF线圈阵列的子线圈之间存在固定的相位关系。两个RF线圈阵列是相互硬连线的,并且以固定幅度和相位关系工作。
在此类型的开放式MR系统中,在垂直方向上具有稳定的主磁场,原则上有必要使RF线圈系统产生均匀的RF磁场,其取向正交于稳定的主磁场。已经针对该目的提出了多个不同的RF线圈系统;如在所引用的文献EP1059539A2中描述的RF线圈系统,该系统能够产生旋转的RF磁场。这种RF线圈系统的目的总是在检查区域中产生具有最高可能的均匀性的RF磁场。然而,此类型的RF线圈系统不是特别适合作为用于特殊的MR成像方法,例如SENSE方法的技术,这是因为RF磁场的均匀性是预先定义并固定的,并且在MR数据采集过程中或者在MR数据采集之间不能进行交互式的修改和控制。
因此,本发明的目的在于提供MR系统以及用于MR系统的RF线圈系统的RF线圈阵列,其使得能够在MR数据采集过程中,可以关于时间以及位置来改变和控制RF场。
根据本发明,通过所公开的MR系统来实现该目的,该MR系统包括:
-具有两个主场磁极的开放式主场磁体,所述主场磁极排列在检查区域的相对侧上,并且用于产生主磁场;
-具有多个梯度线圈的梯度线圈系统,用于产生梯度磁场;
-具有两个平面RF线圈阵列用于发射和/或接收RF信号的RF线圈系统,这两个平面RF线圈阵列位于检查区域的相对侧,每个RF线圈阵列包括至少两个RF线圈,这些RF线圈彼此去耦并且连接到发射/接收单元中的各个通道;
-发射/接收单元,其包括用于RF线圈系统的RF线圈的各个通道,每个RF线圈在发射模式中是可分别控制的;
-控制单元,用于控制MR成像;和
-处理单元,用于处理接收到的MR信号。
本发明还公开了用于该MR系统的RF线圈系统的相应的平面RF线圈阵列。
本发明基于这样的思想,即避免将RF线圈阵列的单独RF线圈彼此硬连线,以及避免以固定的幅度和相位关系操作该线圈阵列,并且作为替换,将每个RF线圈连接到发射/接收单元的单独的通道,由此实现了每个RF线圈的单独控制。因此,可以(在发射模式中)向每个RF线圈提供分别的激励脉冲,并且可以(在接收模式中)分别地评估由每个RF线圈接收到的MR信号。每个RF线圈阵列包括至少两个这样的RF线圈,这些RF线圈彼此之间都是去耦的,该RF线圈阵列为使得其是平面的,并且排列在检查区域的相对侧上。
在优选实施例中,RF线圈阵列本身也是相互去耦的。特别对于根据本发明实施例所公开的RF线圈阵列的实施例而言是必要的。与这些优选实施例相一致,通过平面共振导体或者蝶形线圈形成该RF线圈。在其他实施例中,例如,在根据本发明的优选实施例中,通过表面天线、特别是矩形表面天线形成RF线圈,由此可以免除RF线圈阵列的相互去耦,特别是在单独的表面天线仅具有小的表面积时。
对于单独的RF线圈的相互去耦,存在不同的可能方案。本发明的优选实施例中公开了优选的和简单的步骤。
如本发明的优选实施例所公开的,RF线圈阵列的RF线圈可以排列在一个板上或者在两个板上;在后者的情况中,用于使单独的RF线圈相互去耦的装置也集成在RF线圈阵列中,例如,其中在第一板上提供RF线圈,并且在第二板上提供去耦装置。
为了能够借助于根据本发明的MR系统产生旋转RF磁场,该磁场可以在所有的三个空间方向上任意地调节,本发明有利地适用于结合新的MR成像方法,特别适用于改善的和快速的MR成像方法。例如,在需要有源RF控制时,在需要局部预饱和时,或者在MR数据采集期间机械变化的基础上RF均匀性的反馈控制的情况中,本发明可以用于根据SENSE方法的MR成像中。涉及SENSE方法的部分可以参考由K.Prüssmann发表的“SENSE:Sensitivity Encoding for FastMRI”,Magnetic Resonance in Medicine 42:952-962(1999),其中详细地描述了该方法。在“Theory and experimental verificationof transmit SENSE”,ISMRM 2002,Hawai,Honolulu,第189页中描述了用于发射信号的SENSE方法。发射SENSE利用了时间相关波形和空间敏感度,以便缩短多维RF脉冲。
下面将参考附图详细描述本发明.其中:
图1是根据本发明的MR系统的概图;
图2示出了根据本发明的RF线圈阵列的第一实施例;
图3示出了根据本发明的RF线圈阵列的第二实施例;
图4示出了根据图3的RF线圈阵列的单个表面天线;
图5示出了根据本发明的RF线圈阵列的第三实施例;
图6示出了图5中示出的RF线圈阵列的单个RF线圈;
图7a、b示出了根据本发明的RF线圈阵列的第四实施例;
图8a、b示出了用于使两个线圈去耦的两个实施例;和
图9a~e示出了用于线圈去耦的另外的可能方案。
图1是根据本发明的MR系统的概图,用于形成位于检查区域中的患者1的一部分的MR图像。患者1被安置在主场磁体的两个主场磁极3、4之间的开放空间2中。主场磁体还包括第一和第二均衡板5、6,其结合主场磁极3、4在主场磁极3、4之间的检查区域中产生均匀的稳定磁场B0,该磁场在图中是垂直方向的。还提供了梯度线圈系统7、8,其包括多个梯度线圈,用于在检查区域中产生梯度磁场。提供了具有两个RF线圈阵列9、10的RF线圈系统,以便在与稳定的主磁场B0基本垂直的方向上产生RF磁场B1。每个所述RF线圈阵列9、10包括至少两个RF线圈,其既可以用作激励检查区域的发射线圈,又可以用作从检查区域接收MR信号的接收线圈。相邻的RF线圈阵列9、10和在另一侧上的相邻梯度线圈7、8之间的RF屏蔽11、12防止了RF磁场B1耦合到梯度线圈7、8中。
提供了发射/接收单元13,用于在发射模式中控制RF线圈阵列9、10的单独的RF线圈,或者用于接收由单独的RF线圈接收到的MR信号。该发射/接收单元13包括n个发射通道,可以相互独立地对其进行控制,以便控制激励信号的相位、幅度和波形。而且,提供了n个相互独立的接收通道,用于接收MR信号。接收到的MR信号的处理和所需MR图像的产生由处理单元14来执行。发射/接收单元13、处理单元14以及不同的线圈系统通过支承件16相互耦合并安装在该支承件16上,并且由控制单元15进行控制.关于该MR系统的基本结构和该系统的工作原理的进一步细节通常是公知的,因此不需要在本文中进一步赘述。
在所示出的根据本发明的MR系统的实施例中,每个RF线圈阵列9、10包括至少两个相互去耦的RF线圈。这些线圈中的每一个通过单独的通道17分别地连接到发射/接收单元13(通常说来是n通道频谱仪),并且因此可以被分别地控制。在所示出的实施例中,为每个RF线圈阵列9、10提供了四个通道17,由此每个RF线圈阵列可以包括四个RF线圈。而且,RF线圈阵列9、10通过去耦导线18相互去耦。使用该设计,可以在MR数据采集和激励期间,在所有三个空间方向上最优化地控制RF场B1的均匀性,因此能够实现各种应用,例如,正交均匀的、正交协同/SENSE、发射/接收SENSE。
图2示出了根据本发明的RF线圈阵列的第一实施例,其适用于图1所示的MR系统。该平面天线阵列具有多个带状天线20、21,每个带状天线的端部通过电容C接地。在所示实施例中,每次提供三个带状天线20,以便在图的平面中水平延伸,并且还提供三个带状天线21,以便与其垂直地延伸.对于单独的带状天线20、21相互之间的磁去耦,每次在两个相邻的带状天线端部之间提供相应的去耦电容CK。
图3示出了根据本发明的RF阵列的另一个实施例。该平面RF阵列包括多个单独的平面表面天线30,其在例如PCB基板的例如单一板上以栅格的形式排列。为了使单独的表面天线30相互去耦,特别是以图3所示的方式再次提供了去耦电容CK。因此通过计算矩阵元素Mij并且为这些去耦电容CK采用适当的电容值,可以抑制表面天线30之间的固有磁耦合。但是由于单独的表面天线30的表面积相对较小,因此在该RF线圈阵列用于图1所示的MR系统中时,不需要在上方RF线圈阵列和下方RF线圈阵列之间去耦合。
在图3中用参考数字31~39标出了单独的表面天线30到各自的发射/接收单元的相关通道的连接点。图4是适用于图3所示的RF线圈阵列的单一表面线圈的更加详细的示图.该表面线圈包括在每个末端处连接到地的去耦电容CK,并且通过该去耦电容CK其可以连接到另外的表面线圈30。而且,提供了两个输入A、B,用于耦合到发射/接收单元,以便产生圆形旋转场。
图5是根据本发明的RF线圈阵列的第三实施例的概图.其包括多个蝶形线圈40,这些蝶形线圈40以栅格形式排列,并且因而形成了二维栅格。在所示情况中,提供了16个蝶形线圈,因此也必须为该RF线圈阵列提供发射/接收单元的16个通道。图6示出了一个蝶形线圈40。该线圈也包括两个用于不同控制的输入A、B,其用于在发射模式中用不同的幅度、相位和/或波形进行控制。
图7a、b中的每一个示出了根据本发明的RF线圈系统的实施例,每个RF线圈系统均具有两层的设计。图7a示出了具有三个RF线圈50、51、52的RF线圈阵列,其通过每次使两个去耦电容CK相对于地来去耦。在三个输入IN1a、IN2a、IN3a上执行信号的耦合输入或输出。图7b示出了具有三个RF线圈53、54、55的相似的RF线圈阵列,然而,所述RF线圈53、54、55在图的平面上旋转了90°。且通过连接IN1b、IN2b、IN3b执行信号的耦合输入和输出。例如,图7a所示的RF线圈阵列可以用作上方RF线圈阵列(图1中的9),而图7b所示的RF线圈阵列可以用作下方RF线圈阵列(图1中的10)。因而这些RF线圈阵列的重叠的RF场产生旋转的RF分量,其可以任意地形成于所有三个空间方向上。
图8示出了用于使两个线圈去耦的两种可能方案。图8a示出了两个线圈60、61或者它们的等效图示,包括电阻R、电容C和理想线圈L,这些元件通过耦合因子M相互耦合。为了使线圈60、61相互去耦,提供了变压器T,其绕组T1和T2具有相反的绕组感应,因而使线圈相互去耦。
作为可替换方案,在图8b中提供了去耦电容CK,用于使两个线圈60、61去耦,所述电容的值保证下式成立:1/(ωCK)=ωM。
图9示出了用于去耦的另外的可能方案,其特别适用于RF线圈阵列中的单独RF线圈的去耦。图9a示出了具有λ/2的长度的同轴电缆形式的RF电缆70,待去耦的线圈连接到其端部。图9b示出了两个RF电缆71、72,每一个具有λ/4的长度,在其间线圈L连接到地。图9c示出了两个不同长度的RF电缆73、74,在其间提供了阻抗转换电路75。图9d示出了该长度的RF电缆76,阻抗转换电路77连接到其端部。图9e示出了通过变压器78进行去耦。应当注意,图8和9中示出的去耦可能方案代表了优选实施例,并且原则上其他的可能方案也可用于单独RF线圈的相互去耦或RF线圈阵列的相互去耦。
根据本发明,使用MR RF放大器也是可行的,其优选地包括位于公共架(common rack)上的n个输入和n个输出。而且,每次可在线圈和放大器之间提供循环器,以便抑制对放大器的不利影响。
根据本发明,从而实现了关于场特征可任意地调节RF磁场B1,也就是说,也可以在MR数据采集期间进行调节。因此,借助于根据本发明的MR系统,可以实现用于MR成像的创新的方法和技术。
Claims (11)
1.一种用于磁共振成像的磁共振系统,包括:
-具有两个主场磁极的开放式主场磁体,所述主场磁极排列在检查区域的相对侧上,以便产生主磁场;
-具有多个梯度线圈的梯度线圈系统,用于产生梯度磁场;
-具有两个平面RF线圈阵列用于发射和/或接收RF信号的RF线圈系统,这两个平面RF线圈阵列位于检查区域的相对侧上,每个RF线圈阵列包括至少两个RF线圈,这些RF线圈彼此去耦并且连接到发射/接收单元的各个通道;
-去耦装置,用于对RF线圈阵列中的各个RF线圈进行彼此去耦,所述去耦装置集成到要有所述去耦装置去耦的RF线圈的RF线圈阵列中;
-发射/接收单元,其包括用于所述RF线圈系统的每个RF线圈的分别的通道,以便每个RF线圈在发射模式中可分别地控制;
-控制单元,用于控制磁共振成像,以及控制在发射模式中经由所述分别通道分别提供给所述RF线圈的激励脉冲的幅度、相位和形状;
和
-处理单元,用于处理接收到的磁共振信号。
2.如权利要求1所述的磁共振系统,其特征在于两个RF线圈阵列相互去耦。
3.如权利要求1所述的磁共振系统,其特征在于提供了RF电缆、电容、阻抗电路和/或变压器,用于各个RF线圈阵列的单独的RF线圈的去耦。
4.如权利要求3所述的磁共振系统,其特征在于所述RF电缆具有λ/2或者λ/4的长度,其中λ是RF信号的波长。
5.如权利要求1所述的磁共振系统,其特征在于通过平面共振导体形成所述RF线圈,并且所述RF线圈阵列包括多个相互垂直排列的带。
6.如权利要求1所述的磁共振系统,其特征在于通过表面天线形成RF线圈。
7.如权利要求6所述的磁共振系统,其特征在于所述表面天线是矩形表面天线。
8.如权利要求1所述的磁共振系统,其特征在于通过蝶形线圈形成RF线圈。
9.如权利要求1所述的磁共振系统,其特征在于一个RF线圈阵列的RF线圈排列在一个板上或者两个板上,并且集成了用于单独的RF线圈去耦的装置。
10.如权利要求1所述的磁共振系统,其特征在于控制单元配置用于控制所述磁共振系统以便根据SENSE方法执行磁共振成像,用于有源RF控制,用于局部预饱和,用于信号的并行发射和接收和/或用于RF均匀性的反馈控制。
11.一种用于如权利要求1所述的磁共振系统的RF线圈系统的平面RF线圈阵列,其排列在检查区域的相对侧上,该平面RF线圈阵列包括:
-至少两个RF线圈,用于发射和/或接收RF信号,所述至少两个RF线圈相互去耦,而且每个RF线圈可以连接到磁共振系统的发射/接收单元的分别通道,并且可通过具有各自幅度、相位和形状的各个激励脉冲在发射模式中被分别地控制;以及
-去耦装置,用于对各个RF线圈进行彼此去耦,所述去耦装置集成到RF线圈阵列中。
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