CN100543490C - 用于mri的缩放相控阵列膝线圈 - Google Patents
用于mri的缩放相控阵列膝线圈 Download PDFInfo
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Abstract
提供一种相控阵列膝线圈，包括发射线圈阵列和接收线圈阵列，该接收线圈阵列具有配置成提供第一成像模式和第二成像模式的多个线圈。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求在2004年5月14日提交的美国临时申请60/571223和2003年11月19日提交的美国临时申请60/523660的提交日的优先权和利益，这里通过全文引用而结合二者。
发明背景
本发明一般涉及医学成像系统，尤其涉及一种用于磁共振成像(MRI)系统的膝线圈阵列(knee coil array)。
MRI或核磁共振(NMR)成像一般用于提供射频(RF)波和原子核之间在磁场中共振交互的空间辨别。特别地，MRI使用人体中的水分子的氢原子核自旋，其被磁体的均匀、稳定的强磁场所极化。该磁场通常是指B0或主磁场。该磁极化的核自旋在人体中产生磁矩。该磁矩指出了稳定状态的主磁场方向，但是如果这些磁矩不被任何激励干扰就不会产生任何有用信息。
用于MRI数据采集的NMR信号的生成是通过利用均匀RF磁场激励该磁矩来实现的。该RF磁场通常是指B1场或激励场。B1场是在所感兴趣的成像区域中由RF发射线圈产生的，该RF发射线圈通常由具有功率放大器的计算机控制RF发射器驱动。在激励期间，该核自旋系统吸收磁能，并且该磁矩围绕主磁场的方向旋进。在激励之后，该旋进的磁矩将经历自由感应衰减(FID)过程，释放它们所吸收的能量并恢复为稳定状态。在FID期间，通过使用设置在人体的激励体积(excitedvolume)附近的接收RF线圈来检测NMR信号。
NMR信号是由人体组织的旋进磁矩感应的该接收RF线圈中的第二电压(或电流)。该接收RF线圈可以是以接收模式工作的发射线圈或单独的仅接收RF线圈。该NMR信号被用于通过使用由集成在主磁体系统内部的梯度线圈生成的其他脉冲磁梯度场来产生MR图像。该梯度场用于对该信号进行空间编码并且选择性激励该人体的特定体积。在标准MRI系统中通常有三组梯度线圈，其在主磁场的相同方向上生成磁场并且在该成像体系上线性变化。
在MRI中，为了得到更好的图像均匀性，希望该激励和接收在成像体积中是空间均匀的。在已知的MRI系统中，最佳的激励场均一性通常是通过使用整体体积RF线圈发射而获得的。该整体发射线圈是该系统中最大的RF线圈。然而，如果也使用大线圈接收，它会产生较低的信噪比(SNR或S/N)，这主要是因为它与被成像的信号生成组织相距有更大的距离。因为在MRI中非常希望有高信噪比，所以使用专用线圈接收以增强来自感兴趣体积的S/N比。实际上，良好设计的特别或专用RF线圈具有以下功能特性：高S/N比，良好的均匀性，共振电路的高空载质量因子(Q)，和空载对负载Q因子的高比率。此外，该线圈应当被机械设计为便于病人操作和舒适性，以及提供病人和RF电子设备之间的防护壁(protective barrier)。
通过使用小RF线圈的阵列来成像大体积所具有的SNR优点是已知的。SNR通常随着线圈型号的减小而增加。例如，对于膝部成像，膝线圈的典型S/I覆盖大约是16厘米(cm)。然而，当使用更小的视场(FOV)例如10cm成像时，在相同的分辨率，SNR会由于在每个像素中信号的减少而降低。因而导致了灵敏度和图像分辨率的降低。
发明内容
在一个示范性实施例中，提供一种用于磁共振成像(MRI)系统的相控阵列(phased-array)膝线圈。该相控阵列膝线圈包括发射线圈阵列和接收线圈阵列，其具有配置成提供第一成像模式和第二成像模式的多个线圈。
在另一示范性实施例中，提供一种用于磁共振成像(MRI)系统的相控阵列膝线圈。该相控阵列膝线圈包括发射线圈阵列和接收线圈阵列，该发射线圈阵列包括鸟笼式线圈，接收线圈阵列包括多个格子形(lattice-shaped)线圈元件。每个格子形线圈元件包括配置成提供第一成像模式和第二成像模式的多个线圈，其中该第一和第二成像模式可以由用户选择以提供不同的成像视场。
在另一示范性实施例中，一种提供用于磁共振成像(MRI)系统的相控阵列膝线圈的方法包括提供发射线圈阵列。该方法还包括，配置接收线圈阵列，其具有多个线圈以便在第一成像模式和第二成像模式中的每一个中提供成像操作，并且结合发射线圈阵列以便为在该第一和第二成像模式中的每一个的成像提供不同的视场。
附图说明
图1是根据本发明的示范性实施例的发射/接收(T/R)相控阵列膝线圈的平面图。
图2是根据本发明的示范性实施例的图1的T/R相控阵列膝线圈的接收线圈的示意图表示。
图3是根据本发明的示范性实施例用于控制图2的接收线圈的控制装置的示意图。
图4是根据本发明的示范性实施例的、连接到系统接口的T/R相控阵列膝线圈的框图。
图5是示出了利用根据本发明的示范性实施例的T/R相控阵列膝线圈成像的完全(full)模式和缩放(zoom)模式的图像。
具体实施方式
本发明的各种实施例提供了一种用于磁共振成像(MRI)的双覆盖发射/接收(T/R)相控阵列膝线圈。该T/R相控阵列膝线圈一般提供第一操作模式或第一成像模式，特别地为缩放模式，其具有例如为大约10cm的第一S/I覆盖，和第二操作模式或第二成像模式，特别地为完全覆盖模式，其具有例如为大约16cm的第二S/I覆盖。可以使用更小视场(FOV)的膝部成像而不会损失SNR。从而，提供一种T/R相控阵列膝线圈，配置成具有第一操作模式和第二操作模式，具有为每种操作模式提供的相应的视场。
特别地，如图1所示，双覆盖T/R相控阵列膝线圈50一般包括发射线圈阵列52和接收线圈阵列54。在一个示范性实施例中，发射线圈阵列52是12横档(rung)或元件正交鸟笼式线圈，用于生成均匀发射B1场。在本示范性实施例中，接收线圈阵列54是用于接收MRI信号的六个单独的格子形线圈元件58(图2所示)的阵列。T/R相控阵列膝线圈50还包括线圈封装56，如所公知的，例如为线圈架。
在图2中详细示出了格子形线圈元件58的示范性实施例。该格子形线圈元件58实质上是双覆盖线圈阵列，具有配置成提供缩放操作模式的第一线圈元件60(例如内线圈环)和配置成提供完全操作模式的第二线圈元件62(例如外线圈环)。在一个示范性实施例中，该第一和第二线圈元件60和62中每一个的宽度是大约12厘米(cm)，而该第一和第二线圈元件60和62中每一个的长度分别是大约10cm和大约16cm。在本实施例中，第一线圈元件60被放置在第二线圈元件62内，例如在第二线圈元件62的末端之间的中心。应当注意的是，虽然该第一和第二线圈元件60和62被显示为环形线圈，但是也可以根据预期或需要而采用其他线圈配置。
在操作中，第一和第二线圈元件60和62可以分别使用DC偏流激活以形成两种不同的成像模式。特别地，如图3所示，可以提供去耦电路64与已知的第一和第二线圈元件60和62的每一个相连接，并且选择性地激活和停用(例如去耦)该第一和第二线圈元件60和62。例如，每个去耦电路64可以包括串联并且按照预期或需要以已知方式配置的电容器66、电感器68和二极管70，用于提供对相应线圈元件的去耦。去耦电路64的组件值可以按照预期或需要提供，例如基于特定MRI系统的需求。此外，可以提供调谐电容器72以调节该第一和第二线圈元件60和62。
提供第一控制线74和第二控制线76，用于分别使用相应的去耦电路64选择性激活和停用(例如去耦)该第一和第二线圈元件60和62。例如，MRI系统(未示出)可以预编程(例如预编程以选择性控制该线圈元件的激活)和使用一个线圈配置文件，T/R相控阵列膝线圈50被连接到该MRI系统以在对目标例如病人成像时控制该第一和第二线圈元件60和62。而且，RF输出78和80输出来自该第一和第二线圈元件60和62的接收信号(例如MRI图像数据)。
在一个示范性实施例中，当该第二线圈元件62被激活时，可以使用该T/R相控阵列膝线圈50，例如用于具有大约16cm的FOV的正常膝部成像(例如完全成像操作模式)。当该第一线圈元件60被激活时，该T/R相控阵列膝线圈50的有效FOV被减少到例如10cm(例如缩放成像操作模式)，并且具有比使用第二线圈元件62所采集的更高的SNR。从而，用户可以选择“完全模式”以得到大FOV成像，或者选择“缩放模式”以获得高分辨率小FOV成像。应当注意，相邻的环形元件被交迭以最小化耦合，并且使用如图4所示的低输入阻抗前置放大器82进一步使得该线圈元件相互分离。
更特别地，参照图4，T/R相控阵列膝线圈50可以连接到具有6通道系统接口84(例如GE Excite 1.5T系统接口)的MRI系统(未示出)，并且单独的接收通道86被连接到该6个格子形线圈元件58的每一个。系统接口84还包括两个偏置控制线88以控制去耦电路64的切换，例如使用存储在MRI系统中和/或用户输入的线圈配置文件。例如，基于用户输入，可以选择一个特定的线圈配置文件以特定的成像模式(例如对于使用MRI扫描器控制的操作模式的用户控制)控制T/R相控阵列膝线圈50。控制线90中的RF还可以被提供成与90度组合器92连接以控制该发射线圈阵列52。
因而，通过在小FOV(例如大约10cm)应用中使用T/R相控阵列膝线圈50的“缩放模式”，可以提供改善的SNR(例如SNR增加25-30％)。
下表使用NEMA方法示出了该膝线圈的完全模式和缩放模式之间的SNR比较。该扫描协议是：FSE-XL，2D，Axial Plane，TE 17，TR 500，Echo 4，BW：15.6KHz，Freq 256，Phase 256，Nex1，Freq Dir A/P，Center：Peak，AutoShim：on，FOV 24，Slice Thickness：3.0mm。
| 缩放模式 | 完全模式 | |
| 信号 | 2176.8 | 1942.4 |
| 噪声 | 5.63 | 6.44 |
| SNR | 386.6 | 301.6 |
因而，本发明的各种实施例提供了一种T/R相控阵列膝线圈，具有发射线圈(例如12横档鸟笼式线圈)配置成作为接收线圈的表面线圈阵列。在一个示范性实施例中，提供了一种格子形双覆盖线圈的阵列。该阵列提供两种成像模式：(i)“完全模式”，例如用于正常膝部成像，和(ii)“缩放模式”，例如用于高分辨率小FOV成像。图5中示出了示例性的完全模式图像94和缩放模式图像96。该成像模式是可以由用户例如基于应用类型而选择的。
虽然本发明是以各种特定实施例的形式说明的，但是本领域技术人员可以理解，本发明可以以在权利要求的精神和范围内的修改来实施。
Claims (13)
1.一种用于磁共振成像(MRI)系统的相控阵列膝线圈，该相控阵列膝线圈包括：
发射线圈阵列；和
接收线圈阵列，具有配置成提供第一成像模式和第二成像模式的多个线圈，
其中该多个线圈的每个均包括定义内线圈环的第一线圈元件和定义外线圈环的第二线圈元件，该第一线圈元件提供第一成像模式，以及该第二线圈元件提供第二成像模式，该第一成像模式是缩放成像模式，以及第二成像模式是完全成像模式。
2.根据权利要求1所述的相控阵列膝线圈，其中该接收线圈阵列的多个线圈的每个均被配置成格子形线圈元件。
3.根据权利要求1所述的相控阵列膝线圈，其中该发射线圈阵列包括12元件正交鸟笼式线圈。
4.根据权利要求1所述的相控阵列膝线圈，其中该接收线圈阵列包括6个格子形线圈。
5.根据权利要求1所述的相控阵列膝线圈，其中该发射和接收线圈阵列被配置成对人体膝部成像。
6.根据权利要求1所述的相控阵列膝线圈，其中该第一和第二成像模式被配置成提供不同的成像视场。
7.一种用于磁共振成像(MRI)系统的相控阵列膝线圈，该相控阵列膝线圈包括：
发射线圈阵列，包括鸟笼式线圈；和
接收线圈阵列，包括多个格子形线圈元件，每个格子形线圈元件包括配置成提供第一成像模式和第二成像模式的多个线圈，该第一和第二成像模式由用户选择以提供不同的成像视场，并且其中每个格子形线圈元件包括内线圈元件和外线圈元件，该内线圈元件被配置成提供第一成像模式，以及该外线圈元件被配置成提供第二成像模式，该第一成像模式是缩放成像模式，以及该第二成像模式是完全成像模式。
8.根据权利要求7所述的相控阵列膝线圈，其中该鸟笼式线圈包括12个元件，以及该接收线圈阵列包括6个格子形线圈元件。
9.根据权利要求7所述的相控阵列膝线圈，其中该内线圈元件和外线圈元件中的每个的宽度是相同的，以及该外线圈元件的长度大于该内线圈元件的长度。
10.根据权利要求7所述的相控阵列膝线圈，其中该内线圈元件被放置在该外线圈元件内。
11.根据权利要求7所述的相控阵列膝线圈，其中该发射线圈阵列和接收线圈阵列的每个均被配置成圆柱形。
12.一种提供用于磁共振成像(MRI)系统的相控阵列膝线圈的方法，该方法包括：
提供发射线圈阵列；
配置接收线圈阵列，其具有用于以第一成像模式和第二成像模式中的每个提供成像操作的多个线圈，并且与该发射线圈阵列组合以便为以该第一和第二成像模式中的每个的成像提供不同的视场，并且
将该多个线圈配置成内线圈环和外线圈环，该内线圈环提供第一成像模式，以及该外线圈环提供第二成像模式，
其中该第一成像模式是缩放成像模式，以及该第二成像模式是完全成像模式。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括将该接收线圈阵列的多个线圈配置成格子形线圈元件。
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