CN101517428B - 布置在mr设备的场发生单元中的检测单元 - Google Patents

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Abstract

一种布置在一台磁共振设备的一个场发生单元(1)中的检测单元(2)，所述检测单元具有一个用于发射HF脉冲和/或接收MR信号的HF发射-接收系统(7)。所述HF发射-接收系统(7)将一个患者腔(4)包围，与所述患者腔(4)的腔轴(5)之间存在一径向间距(a)。所述高频发射-接收系统分成两个子系统(7′，7″)，从所述腔轴(5)方向看，所述两个子系统彼此间隔一定距离，从而二者间形成一个基本为环形的间隙(9)。

Description

布置在MR设备的场发生单元中的检测单元
技术领域
本发明涉及一种布置在MR设备的一个场发生单元中的检测单元，其中，所述检测单元具有一个用于发射高频(HF)脉冲和/或接收磁共振(MR)信号的HF发射-接收系统，所述HF发射-接收系统将一个患者腔(patient tunnel)包围，与患者腔的腔轴之间存在一径向间距。
背景技术
这种检测单元是众所周知的技术。
MR设备(即用于检测磁共振信号的设备)通常具有上述类型的一个检测单元，此外还具有一个基本磁体和一个梯度磁体系统。基本磁体在待检区中产生一个基本均匀的静态基本磁场。梯度磁体系统通常具有多个梯度线圈。基本磁场借助梯度磁体系统的梯度线圈发生短时的位置相关变化。激发磁共振信号(由HF发射-接收系统所发射的HF脉冲激发)时，借助梯度线圈进行位置编码；接收经激发所产生的磁共振信号时，也借助梯度线圈进行频率编码和相位编码。
基本磁体、梯度磁体系统和检测单元通常为同心的。基本磁体沿切向环绕腔轴，从腔轴方向看，基本磁体为一相对较长的延伸段。梯度磁体系统径向布置在基本磁体内。高频发射-接收系统径向布置在梯度系统内。
由于各组件是同心的，患者腔的腔直径相对较小。在现有技术中，这个直径还会受到一个附加组件的限制。无论这个附加组件在高频发射-接收系统(下文又称全身系统)的径向内侧还是径向外侧，情况都是如此。这些附加组件可以是不常用的专用梯度线圈、其他HF系统、PET检测器(正电子发射断层成像检测器)等。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测单元，这种检测单元，不管是否使用上述附加组件，都不会减小有效的腔直径。
当高频发射-接收系统分为两个子系统，而且从腔轴方向看，这两个子系统彼此间隔一定距离，从而使二者间产生一个基本为环形的间隙时，就能提供出上述类型的检测单元。
间隙中可视情况布置附加组件，例如上文所提到的那些附加组件。
这种检测单元通常具有一个HF屏蔽件，它为HF发射-接收系统提供径向向外的屏蔽保护。它还有两个子系统区段和一个间隙区段。从腔轴方向看，这两个子系统区段分别覆盖一个子系统，间隙区段将间隙至少部分覆盖。从腔轴方向看，间隙区段与子系统区段以HF屏蔽方式邻接。该HF屏蔽件具有两个沿腔轴方向延伸的环形件，这两个环形件的径向外侧末端与子系统区段的末端轴向(腔轴的方向)上彼此相向邻接。
在此情况下，间隙区段与环形件邻接。间隙区段可与环形件的径向外侧末端、径向内侧末端邻接，或者邻接在径向内侧末端和径向外侧末端之间。
在间隙中，间隙区段的径向内侧，可布置其他高频发射-接收系统，例如阵列天线。这种设计方案优选与间隙区段不邻接环形件的径向内侧末端的设计方案结合使用。
所述另一高频发射-接收系统(下文也简称为附加系统)调整为与子系统相同或不同于的频率。在这两种情况下，附加系统均可与至少一个子系统同时工作。
作为替代方案，可在间隙中，间隙区段的径向外侧布置用于对基本磁体所产生的静态基本磁场进行优化的附加元件。这种设计方案优选与间隙区段不邻接环形件的径向外侧末端的设计方案实施例结合使用。
作为替代方案，可在间隙中，间隙区段的径向外侧布置一个PET检测器。这种设计方案也优选与间隙区段不邻接环形件的径向外侧末端的HF屏蔽件设计方案结合使用。
如果有PET检测器，那么它就可与HF发射-接收系统同时工作。这从总体上缩短了数据获取的持续时间。
用PET检测器可对来自于第一体积区的PET信号进行检测。用HF发射-接收系统检测的磁共振信号来自于第二体积区。第一和第二体积区优选彼此重叠或彼此叠合。
根据一种优选设计方案，子系统设计成半鸟笼式共振器，分别具有一个沿切向环绕腔轴的端部环和复数根天线杆，这些天线杆自相应端部环沿腔轴方向相向延伸。在此情况下，这些天线杆优选在其远离相应端部环的末端与HF屏蔽件相连。
高频发射-接收系统通常被径向(垂直于腔轴方向)外侧的梯度线圈包围。尤其是该梯度线圈能沿腔轴方向两端延伸至子系统以外。
梯度线圈可布置在间隙的径向外侧，用于对梯度线圈所产生的梯度场进行优化的附加元件可布置在间隙中，间隙区段的径向外侧。作为替代方案，梯度线圈可在间隙区段的外侧径向插入间隙内。这些措施优选与间隙区段不邻接环形件的径向外侧末端的HF屏蔽件设计方案结合使用。
子系统优选可同时工作，从而在沿腔轴方向的患者腔中，至少在间隙区域内，产生一个基本均匀的HF磁场。作为替代或补充方案，这些子系统也可彼此独立工作，尤其是单独工作。
检测单元优选关于一个与腔轴正交的平面对称。以产生特别均匀的磁场。
实际操作中证明，如果从腔轴方向看，子系统具有一个介于10cm到50cm之间的轴向间距，是有利的。特别是这个轴向间距介于20cm到30cm之间。
子系统通常安装在支承管上。特别是这种安装是可拆卸的。子系统可从径向内侧或从径向外侧安装到支承管上。
支承管内可整合一个冷却系统，它用于对至少一个与支承管相连的元件进行冷却。以使检测单元的设计更加紧凑。
出于同样的原因，在支承管内整合电缆也是有利的，这些电缆用于在至少一个与支承管相连的元件与位于检测单元外部的控制和/或评估设备之间建立电气连接。
本发明的检测单元尤其是可应用在磁共振设备的场发生单元中。
附图说明
下面借助实施例和附图对本发明的其他优点和技术细节进行说明，其中：
图1为一个具有一个检测单元的场发生单元；
图2至图5为图1所示检测单元的可行设计方案；
图6为场强分布；以及
图7为图1所示检测单元的剖面透视图。
具体实施方式
如图1所示，磁共振设备(以下简称为MR设备)具有一个场发生单元1。场发生单元1具有一个基本磁体2和一个检测单元3。基本磁体2和检测单元3都设计为基本呈圆柱形，在此情况下，二者共同构成一个基本呈圆柱形的患者腔4。
患者腔4具有一个腔轴5。基本磁体2和检测单元3都关于对称平面6对称，其中，对称平面6与腔轴5正交。
下文中所使用的“轴向”、“径向”和“切向”等概念都与腔轴5相关。轴向表示平行于腔轴5的方向。径向表示垂直于腔轴5的方向，包括朝向或者背离腔轴5的方向。切向表示环绕腔轴5的方向。轴向、径向和切向三者彼此正交。
检测单元3布置在场发生单元1中。检测单元3具有高频发射-接收系统7，下文又称全身系统7。借助全身系统7可以发射HF脉冲。如果发射HF脉冲时待检对象(未作图示)位于检查区8内，就可利用HF脉冲激发待检对象发出磁共振信号。检查区8大致呈圆柱形，关于腔轴5旋转对称，关于对称平面6镜像对称。磁共振信号也可由全身系统7接收到。
全身系统7以径向间距a包围腔轴5。径向间距a多数情况下为25cm至35cm，例如可以是30cm。
如图1所示，全身系统7分成两个子系统7′、7″。从腔轴5方向看，这两个子系统7′、7″沿轴向间隔一定距离，使二者间产生一个基本为环形的间隙9。子系统7′、7″之间的轴向间距b通常介于10cm到50cm之间，尤其是介于20cm到30cm之间。
在基本磁体2和全身系统7之间径向置有梯度线圈10。因此，全身系统7被径向外的梯度线圈10包围。如图1所示，梯度线圈10的两端轴向延伸到子系统7′、7″之外。特别是梯度线圈10也关于对称平面6对称。
全身系统7通常是径向向外屏蔽HF辐射。为此，检测单元3具有一个HF屏蔽件11，它为全身系统7提供径向向外的屏蔽保护。在本实施例中，HF屏蔽件11具有一个间隙区段12和两个子系统区段12′、12″。从腔轴5方向看，子系统区段12′、12″分别覆盖子系统7′、7″中的一个。间隙区段12将间隙9至少部分覆盖。从腔轴5方向看，间隙区段12与子系统区段12′、12″以HF屏蔽方式邻接。这与发生邻接的具体轴向位置无关。
在本实施例中，HF屏蔽件11具有两个沿径向延伸的环形件13′、13″。环形件13′、13″具有径向外侧末端14′、14″和径向内侧末端15′、15″。径向外侧末端14′、14″与子系统区段12′、12″的末端在轴向上相向邻接。因而在图1所示的剖面图中，每个子系统区段12′、12″均和与之邻接的环形件13′、13″构成一个L形结构。这样，子系统12′、12″不仅径向向外HF屏蔽，，彼此之间也是HF屏蔽的。
环形件13′、13″同时还定义子系统区段12′、12″与间隙区段12邻接的过渡区。该过渡区轴向位于环形件13′、13″之间(即间隙9)，对两个子系统12′、12″都HF屏蔽。
根据具体应用情况，间隙区段12与腔轴5之间间隔不同的径向距离进行合理布置。对于一些应用情况，间隙区段12可与环形件13′、13″的径向外侧末端14′、14″邻接。对于另外一些应用情况，间隙区段12可与环形件13′、13″的径向内侧末端15′、15″邻接。需要时也可将间隙区段12置于所述两个极限位置间的径向间距处。在此情况下，径向(垂直于腔轴5)内侧末端15′、15″和径向外侧末端14′、14″之间，间隙区段12与环形件13′、13″径向邻接。
图1用虚线表示了间隙区段12的这三种可行布置方式。用虚线表示的原因是，具体实现时只能采用这三种位置中的其中一种位置。
检测单元3的另一些组件布置在间隙9中，借助这些组件可使磁共振设备的工作得到最大程度的优化。
举例而言，间隙9中可布置一个用于对基本磁体2所产生的静态基本磁场进行优化的附加元件16(参见图2)。附加元件16可以是有源元件或无源元件。这个附加元件通常径向布置在间隙区段12的外侧。
作为替代方案，可在间隙9中布置一个PET检测器17(参见图3)。同样地，PET检测器17通常径向置于间隙区段12的外侧。
作为替代方案，可在间隙9中布置一个可对梯度线圈10所产生的梯度场进行优化的附加元件18(参见图4)。这个附加元件18同样是优选布置在间隙区段12的径向外侧。作为布置附加元件18这一方案的替代方案，也可直接将梯度线圈10插入间隙9中。
作为替代方案，可在间隙9中布置另一高频发射-接收系统19(参见图5)。它在下文中简称为附加系统。它可设计成阵列天线。
附加系统19优选布置在间隙区段12的径向内侧。在HF屏蔽件11采取相应设计(特指间隙区段12布置在环形件13′、13″的内侧末端15′、15″和外侧末端14′、14″之间)的情况下，也可将图5所示的设计方案与图2至图4所示的设计方案中的一种结合起来。
在设置PET检测器17的情况下，其优选与全身系统7同时工作。作为替代或补充方案，其也可视情况与附加系统19同时工作。
借助PET检测器17可对来自于体积空间区20的PET信号进行检测。体积空间区20应尽量与检查区8位置相同。理想情况下，二者彼此叠合。不管怎样，体积区20和检查区8至少应彼此重叠。
子系统7′、7″调整为一特定频率f，例如氢的拉莫尔频率。在设置附加系统19的情况下，也可将附加系统19调整为这个频率f。作为替代方案，可将附加系统19调整为其他频率f′。在这两种情况下，附加系统19既可与子系统7′、7″中的一个子系统一起工作，又可与子系统7′、7″同时工作(也就是说可与子系统7′、7″中的至少一个子系统同时工作)。
两个子系统7′、7″既可同时工作，又可彼此独立工作，尤其是单独工作。具体采用哪种工作方式，取决于控制和分析设备21，它布置在检测单元3的外部。
图6腔轴5方向上的z函数示意在两个子系统7′、7″单独工作的情况下，子系统7′、7″分别能达到的场强F′、F″。图6还显示了子系统7′、7″同时工作时所能达到的场强F。如图6所示，子系统7′、7″在患者腔4中至少在间隙9区域内沿腔轴5产生一个基本均匀的HF磁场。
图6所示的场强F的分布可以不同的方式实现。目前优选将子系统7′、7″设计成如图7所示的半鸟笼式共振器。在此情况下，每个子系统7′、7″均分别具有一个沿切向环绕腔轴5的端部环22′、22″。此外，子系统7′、7″还分别具有一定数量的天线杆23′、23″。天线杆23′、23″自相应的端部环22′、22″沿轴向相向延伸。这些天线杆的轴向末端24′、24″与HF屏蔽件11(特指相应的环形件13′、13″)相连。
子系统7′、7″通常安装在支承管25上。这种安装可以是不可拆卸的。但通常是可拆卸的。子系统7′、7″可从径向内侧(参见图2)或从径向外侧(参见图4)安装到支承管25上。其中，子系统7′、7″的安装方式与检测单元3是否具有(以及可能具有)哪些附加组件16至19无关。子系统7′、7″的安装方式也与间隙区段12是在径向外侧、径向内侧还是在径向中部与环形件13′、13″相连无关。
支承管25上还可视情况安装其他元件，特别是上文所提到的附加元件16、18、PET检测器17和/或附加系统19。
支承管25内可整合管线26、27。举例而言，管线26、27可以是冷却系统的管道26，这个冷却系统用于对与支承管25相连的元件7′、7″、16至19中的至少一个元件进行冷却。作为替代或补充方案，管线26、27可以是电缆27，用于在与支承管25相连的元件7′、7″、16至19中的至少一个元件和控制和评估设备21之间建立电气连接。
在任何情况下，子系统7′、7″、HF屏蔽件11和附加组件16至19的径向内侧均有遮盖件28(参见图1)。在从径向外侧将子系统7′、7″安装到支承管25上的情况下，遮盖件28可视情况与支承管25为同一个元件。
根据本发明设计的检测单元3，可以在不受到明显限制的情况下在间隙9中布置附加组件16至19(例如PET检测器17)，与现有技术中的检测单元相比，其尺寸基本保持不变。这就提供了许多单个方案。除上文详细说明的方案外，还可以
-在间隙9中布置一个光源，
-在间隙9中布置一台显示设备，
-在间隙9中布置一根热疗天线，
-在间隙9中布置用于功能磁共振成像(fMRI)的复数台光学信号发生器，等等。
上述描述仅用于说明本发明。本发明的保护范围只由所附的权利要求确定。

Claims (30)

1.一种布置在一台磁共振设备的一个场发生单元(1)中的检测单元，其中，所述检测单元具有一个用于发射HF脉冲和/或接收MR信号的高频发射-接收系统(7)，其中所述高频发射-接收系统(7)包围着一个患者腔(4)，并且与所述患者腔(4)的腔轴(5)之间存在一径向间距(a)，
其特征在于，
所述高频发射-接收系统(7)分成两个子系统(7′，7″)；从所述腔轴(5)方向看所述两个子系统(7′，7″)彼此间隔一定距离，从而在二者间形成一个基本为环形的间隙(9)；
所述检测单元具有一个HF屏蔽件(11)，所述HF屏蔽件为所述高频发射-接收系统(7)提供径向向外的屏蔽保护；所述HF屏蔽件(11)具有两个子系统区段(12′，12″)和一个间隙区段(12)；在所述腔轴(5)方向上，所述子系统区段(12′，12″)分别覆盖一个子系统(7′，7″)，所述间隙区段(12)至少部分覆盖所述间隙(9)；从所述腔轴(5)方向看，所述间隙区段(12)与所述子系统区段(12′，12″)以HF屏蔽方式邻接；所述HF屏蔽件(11)具有两个在垂直于所述腔轴(5)方向的径向延伸的环形件(13′，13″)，所述两个环形件的径向外侧末端(14′，14″)与所述子系统区段(12′，12″)的末端在腔轴(5)方向的轴向上彼此相向邻接。
2.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，
所述间隙区段(12)与所述环形件(13′，13″)的径向外侧末端(14′，14″)邻接。
3.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，
所述间隙区段(12)与所述环形件(13′，13″)的径向内侧末端(15′，15″)邻接。
4.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，
所述间隙区段(12)在垂直于所述腔轴(5)方向的径向内侧末端(15′，15″)和所述径向外侧末端(14′，14″)之间与所述环形件(13′，13″)邻接。
5.根据权利要求2或4所述的检测单元，其特征在于，
在所述间隙(9)中，在所述间隙区段(12)内径向置有另一高频发射-接收系统(19)。
6.根据权利要求5所述的检测单元，其特征在于，
所述另一高频发射-接收系统(19)可与所述子系统(7′，7″)中的至少一个子系统同时工作。
7.根据权利要求3或4所述的检测单元，其特征在于，
在所述间隙(9)中，在所述间隙区段(12)的径向外侧布置有一个用于对一个基本磁体(2)所产生的静态基本磁场进行优化的附加元件(16)。
8.根据权利要求3或4所述的检测单元，其特征在于，
在所述间隙(9)中，在所述间隙区段(12)的径向外侧布置有一个PET检测器(17)。
9.根据权利要求8所述的检测单元，其特征在于，
所述PET检测器(17)可与所述HF发射-接收系统(7)同时工作。
10.根据权利要求8所述的检测单元，其特征在于，
用所述PET检测器(17)可对来自于第一体积区(20)的PET信号进行检测，用所述高频发射-接收系统(7)检测来自于第二体积区(8)的磁共振信号，所述第一体积空间区(20)和所述第二体积区(8)至少部分重叠。
11.根据权利要求9所述的检测单元，其特征在于，
用所述PET检测器(17)可对来自于第一体积区(20)的PET信号进行检测，用所述高频发射-接收系统(7)检测来自于第二体积区(8)的磁共振信号，所述第一体积空间区(20)和所述第二体积区(8)至少部分重叠。
12.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，
所述子系统(7′，7″)设计成半鸟笼式共振器，所述半鸟笼式共振器分别具有一个切向环绕所述腔轴(5)的端部环(22′，22″)和复数根天线杆(23′，23″)，所述天线杆自相应的端部环(22′，22″)沿所述腔轴(5)方向相向延伸，所述天线杆(23′，23″)在其远离相应端部环(22′，22″)的末端(24′，24″)与所述HF屏蔽件(11)相连。
13.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，
所述高频发射-接收系统(7)被垂直于所述腔轴(5)方向的径向外侧的一个梯度线圈(10)包围。
14.根据权利要求13所述的检测单元，其特征在于，
所述梯度线圈(10)沿所述腔轴(5)方向两端延伸至所述子系统(7′，7″)以外。
15.根据权利要求3或4所述的检测单元，其特征在于，
所述高频发射-接收系统(7)被垂直于所述腔轴(5)方向的径向外侧的一个梯度线圈(10)包围；
所述梯度线圈(10)布置在所述间隙(9)的径向外侧，所述间隙(9)中在所述间隙区段(12)的径向外侧布置有一个用于对所述梯度线圈(10)所产生的梯度场进行优化的附加元件(18)。
16.根据权利要求15所述的检测单元，其特征在于，
所述梯度线圈(10)沿所述腔轴(5)方向两端延伸至所述子系统(7′，7″)以外。
17.根据权利要求3或4所述的检测单元，其特征在于，
所述高频发射-接收系统(7)被垂直于所述腔轴(5)方向的径向外侧的一个梯度线圈(10)包围；
所述梯度线圈(10)在所述间隙区段(12)的径向外侧插入所述间隙(9)内。
18.根据权利要求17所述的检测单元，其特征在于，
所述梯度线圈(10)沿所述腔轴(5)方向两端延伸至所述子系统(7′，7″)以外。
19.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，
所述子系统(7′，7″)可同时工作，从而在所述患者腔(4)中，至少在所述间隙(9)区域内，沿所述腔轴(5)产生一个基本均匀的HF磁场。
20.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，
所述子系统(7′，7″)可彼此独立工作。
21.根据权利要求20所述的检测单元，其特征在于，
所述子系统(7′，7″)可单独工作。
22.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，
所述检测单元关于平面(6)对称，该平面(6)与所述腔轴(5)正交。
23.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，
从所述腔轴(5)方向看，所述子系统(7′，7″)具有10cm到50cm的轴向间距(b)。
24.根据权利要求1所述的检测单元，其特征在于，
所述子系统(7′，7″)安装在一个支承管(25)上。
25.根据权利要求24所述的检测单元，其特征在于，
所述子系统(7′，7″)以可拆卸的方式安装在所述支承管上。
26.根据权利要求24所述的检测单元，其特征在于，
所述子系统(7′，7″)从径向内侧安装在所述支承管(25)上。
27.根据权利要求24所述的检测单元，其特征在于，
所述子系统(7′，7″)从径向外侧安装在所述支承管(25)上。
28.根据权利要求24、25、26或27所述的检测单元，其特征在于，
所述支承管(25)内整合有一个冷却系统(26)，该冷却系统(26)用于对至少一个与所述支承管(25)相连的元件(7′，7″，16至19)进行冷却。
29.根据权利要求24至27中任一项权利要求所述的检测单元，其特征在于，
所述支承管(25)内整合有电缆(27)，这些电缆(27)用于在至少一个与所述支承管(25)相连的元件(7′，7″，16至19)与位于所述检测单元外部的控制和/或评估设备(21)之间建立电气连接。
30.一种磁共振设备的场发生单元，在所述场发生单元中布置有根据上述任一项权利要求所述的检测单元(3)。
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