CN101568849A - 用于mr成像系统中的结合了元材料的rf线圈 - Google Patents

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Abstract

提出了一种RF线圈，用作MR成像系统的RF天线，用于发射RF激励信号以及接收MR驰豫信号。本发明的RF线圈包括贴片(1)的阵列，贴片(1)彼此电容性地耦合。所述贴片的阵列构成了谐振表面，在该谐振表面上能够以谐振方式激励表面电流，以便产生至少一个场形式。

Description

用于MR成像系统中的结合了元材料的RF线圈
技术领域
本发明涉及RF线圈或者RF天线，或者包括RF线圈或RF天线之中一个或多个的RF天线系统，具体是在MR成像系统中用于发射RF激励信号(B1场)和/或用于接收MR驰豫信号的RF天线系统。本发明还涉及一种包括这种RF天线系统的MR成像系统。
背景技术
用于MR成像系统的RF/MR体线圈形式的和RF/MR表面线圈或局部线圈形式的RF/MR天线是相当公知的，所述RF/MR体线圈固定安装在MR成像系统的检查空间内，用于成像要检查的整个身体，所述RF/MR表面线圈或局部线圈直接布置在要检查的局部区或局部区域上，并且以例如可变形的衬垫或套筒或笼形形式来构成它们，例如头部线圈。
US 2006/0238197公开了一种磁共振系统，其包括：发射天线，用于在布置于检查体积中的检查对象中激励磁共振信号；相对于检查体积布置的另一RF源，其发出在激励频率处振荡的电场；以及在所述另一RF源与检查体积之间的遮挡，其用于使所述检查体积与由所述另一RF源产生的电场相屏蔽。该遮挡包括多个单独的谐振器，其每一个都在激励频率处固有地谐振，其中，每一个单独的谐振器都包括两个电容器表面，其第一个朝向所述RF源，且第二个朝向检查体积，其中，两个电容器表面仅通过线圈彼此电连接。
发明内容
通常，已经揭示了常常借助于RF屏障使(具体为)体线圈，但也可以是其他RF天线，与周围空间以及MR成像系统的其他外部组件相遮蔽或屏蔽，所述外部组件尤其是例如用于产生基本磁场(B0场)的磁体系统和用于产生梯度磁场的梯度磁场线圈。借助于这种遮蔽(shielding)，可以避免与这些组件之间的有害交互作用，尤其是例如避免由这些组件对RF辐射造成的干扰，从而提供了对相关RF天线的良好形成的RF环境，并且最小化了在RF天线的最大视场(FOV)之外空间的RF损失和不想要的RF激励。
较小的RF/MR线圈，如头部线圈或者甚至是RF/MR表面回路，也常常得益于RF屏障(screen)，因为它减小了与RF/MR体线圈之间的以及与要检查的身体之外的区域之间的不想要的耦合。
在高场强(例如7T)情况下，RF屏蔽甚至对于头部线圈而言也是不能省略的，其用以避免由于辐射以及与病人的颈部和肩部区域之间的耦合造成的过度RF损失。为了后一目的，已经证实在WO 2006/120588中公开的在颈部侧开口中的附加的环形RF屏蔽可以提供很大的改善。
RF屏障或遮蔽常常由良电导体的薄片或窄格网构成，以便提供尽可能接近所谓的“理想电导体”(PEC)的遮蔽表面。
金属屏障在MR/RF天线或线圈结构一侧上的遮蔽功能的相当大的缺陷在于，镜像电流极大地减小了天线或线圈结构的电流灵敏度，所述镜像电流是由RF屏障所引起的，并且其具有与RF天线或线圈结构的或RF天线或线圈结构中的初级电流相反的方向。
更具体地，在屏蔽金属表面中，电流在与RF线圈结构的导线中的初级电流相反的方向上流动，从而在RF屏障外提供了预期的屏蔽功能。然而，在发射RF线圈的情况下，它们还相当大地减小了由RF线圈结构在其视场(FOV)中所产生的场。由于交互作用，还对RF/MR接收天线或线圈结构的灵敏性产生相同的减小作用。
公知的，对于导电平面的简单情况来说，其效果可以由在屏障后相同距离处的镜像电流准确地描述，该镜像电流具有与天线的平行初级电流相反的方向。对于(无限长的)圆柱状屏障而言，具有相等的幅度但方向相反的镜像电流的模型具有与在屏障自身中激发的电流分布相同的效果，其中，所述镜像电流位于由在屏障半径处所“镜像”的初始电流的径向位置所给定的径向位置处(Rimage＝R2 screen/Roriginal)。作为结果，由在FOV中某个距离处的发射线圈的载流导体所产生的RF磁场近似地与电流大小和在导体与屏障之间的距离成比例。
这些关系通常带来了相当大的问题，尤其是在设计RF体线圈的时候，因为MR系统的RF体线圈的最大自由入口直径已经成为强烈影响销售/市场占有率的一个基本系统参数，因此希望针对RF屏障分离用最小可能的RF/MR线圈来产生设计，即，尽管考虑到以上关系，但是在不将B1(RF)场强减小到低于所建立的或所需的值的情况下，使得线圈作为一个整体尽可能的薄。
在RF头部线圈的情况下，对外侧圆柱状屏障的分离在大多数情况下都是较次要的设计问题，因为通常在线圈外可以获得足够的空间，然而较薄的线圈通常具有重量轻的优点，并且如果将外径保持相同并加宽内径，病人就会更舒适。更关键的是在颈部侧面开口中的横向环形屏蔽的影响，由于其靠近线圈结构的一端，从而引入了不对称性(由于在鸟笼型线圈中与附近的端环耦合，因此比在TEM单元构成的线圈中更严重)。
对于具有RF屏障的回路形RF线圈，可以列举出薄RF屏障有利于回路设计方案的四个原因：重量轻、低空间占用量、需要较少的额外面积、减小了与相邻回路之间的耦合。
在头部线圈和回路型线圈或其他RF天线周围的闭合PEC(理想导电体)屏蔽的共有的主要缺陷是灵敏度低，具体而言，灵敏度作为与回路或其他线圈元件之间距离的函数而更快速地降低。通过认识到以下情况能够理解后者：即，PEC屏障所造成的具有相反方向的电流的“初级”回路(即RF天线)和“镜像回路”在RF发射情况下构成第一级RF梯度线圈，或者在MR接收情况下构成用于测量来自FOV的磁通量的第一级梯度计。还可以说，闭合PEC屏障将小回路从磁偶极型传感器变换为四极传感器。
闭合PEC屏障的第二个缺陷是，它相当大地减小了RF/MR回路或其他线圈元件或天线的阻抗级，这会使得与放大器的匹配更困难。(如果0＜k＜1是与单个镜像回路的耦合系数，则阻抗就下降到初级回路的自由空间值的(1-k)倍。)
这些RF/MR天线(尤其是局部回路型线圈的RF/MR天线)的另一个方面是天线或线圈的一半灵敏度功能通常被“浪费”了，因为检查对象(如病人)只位于天线的一侧，而在远离或背离检查对象方向上的其相对侧或“后侧”上没有可以由天线接收的有用“信息”。
本发明的一个目的是提供一种如在以上介绍部分中提及的RF/MR天线系统或者RF/MR线圈，它与如上所述的在相反侧具有金属RF屏障的那些RF/MR天线系统相比，在其一侧上具有改进的效果或灵敏度。
根据权利要求1，由一种用于MR成像系统、用于发射RF激励信号和/或用于接收MR驰豫信号的RF线圈来解决这个目的，该RF线圈被设置为与元材料(metamaterial)相结合或者包含元材料，所述元材料在RF/MR频带中如同磁导体或磁壁(magnetic wall)一样工作。
从属权利要求公开了本发明的有利实施例。
总的来说，根据本发明提出了将用于磁共振成像系统的RF/MR发射/接收天线或线圈结构或线圈与所谓的元材料相结合，所述元材料使得天线的RF屏障在RF/MR工作频带中如同磁壁一样工作。尤其是，可以通过由元材料替换PEC屏障的形式和/或通过在PEC屏障前面设置元材料的形式，和/或通过元材料与PEC屏障的其他结合形式，来提供所述结合。
元材料自身通常是谐振的周期性结构，其包括位于金属接地面(PEC)上的电介质、导线和金属贴片(patch)(“贴片阵列”)，其结构被调整为，使得其至少在RF/MR工作频带中尽可能地如同“理想磁导体”(PMC)一样工作。
PMC是抽象的概念(即PEC的对应物)，在“理论电磁学”中使用了PMC，用以分析具有特定对称特性的问题。它并不以天然材料形式存在。
尽管在PEC的情况中，使得电场E垂直于PEC平面，并使得磁场H平行于PEC平面，而在PMC平面的边界条件正好是相反的，以使得电场E平行于PMC平面，磁场H垂直于PMC平面。
在本文中，最感兴趣的特性是，在PMC屏障“后面的”等效镜像电流具有与初始电流相同的方向(平行于屏障表面)；垂直于屏障表面的电流对于PEC表面具有相等的符号，而对于PMC表面具有相反的符号。
尽管PMC材料不以天然材料形式存在，但已经发现并设计了公知的技术性材料的多种组合，用以在有限带宽中在高频处模拟PMC的行为。在近来应用于缩写HIS(高阻抗表面)、AMC(人造磁导体)、EBG(电磁带隙材料)和FSS(频率选择性表面)下的微波范围中的天线文献中描述了这种元材料。
HIS、AMC或EBG是磁导体，并且仅在特定(有限的)频带中不传导AC电流(与作为“理想”磁导体的PMC相反)，相应地，仅在有限的频带中使得电场E平行于HIS-、AMC-或EBG-平面，并使得磁场H垂直于HIS-、AMC-或EBG-平面。然而，如果这个频带是RF/MR频带，则在使用这种HIS-、AMC-或EBG-平面时，RF/MR初级(天线)电流的RF/MR镜像电流就呈现为同相(而不是在PEC屏障情况下的异相)，有助于初级天线或结构的RF场生成。而且，不支持传播表面波，减小了与相邻结构之间的不想要的耦合，并减小了来自屏障边缘的不想要的辐射。
根据本发明，提出了将RF/MR天线或线圈与特定AMC元材料结合，其中所述特定AMC元材料被设计为在典型的RF/MR频率处工作。
至少在RF/MR工作频带中，以这种AMC元材料形式构造的RF屏障将朝向线圈的“外部世界”的普通金属屏障(近似于PEC屏障)的特性，与朝向线圈的近似于PEC屏障的特性相结合。在其自身的AMC带宽之外的频率处，在线圈侧上的屏障的行为接近近似于PEC型屏障。
元材料自身是经调谐的谐振表面，其造成了新的MR线圈特性。利用特定AMC元材料来代替常规RF屏障的RF/MR线圈，在不牺牲电流灵敏度的情况下可以更薄或更短，或者它们可以在常规尺寸的情况下实现更高的电流灵敏度。
可以使用被相应激励的AMC元材料自身代替当前线圈结构，来提供新颖的薄RF/MR天线或线圈。
当例如通过开启或关闭连接在元材料的贴片之间的一个或多个电容器而使得元材料的谐振频率是可控的时，这产生了新颖的RF/MR天线或线圈，可以控制所述新颖的RF/MR天线或线圈的耦合或去耦，阻抗或其他特性。
AMC-后部线圈元件与“金属屏障”-后部线圈元件的组合允许在较低的几何线圈侧面内实现侧面电流灵敏度度分布。
除了改进线圈特性之外，有利的是，可以至少部分地以AMC材料覆盖暴露于RF场的MR成像系统的金属表面，以便对应于从电导体表面到磁导体表面的变化，翻转用于E场(平行于AMC)和H场(垂直于AMC)的双重边界条件，这可以实现空间B1场质量的提高。
在RF屏障(例如在头部线圈的颈部侧一端处的横向环形屏蔽)在线圈特性上具有不想要的反作用的情况下，可以利用以PMC部分地覆盖PEC屏障来使这个效应最小。
结果，在RF发射天线或线圈方面，实际的有益优点是，镜像电流提高了初始电流的效果，而不是如上所述的降低了初始电流。PMC屏障越接近初级载流导体，这个效果就越大。
在MR接收天线或线圈方面，实际的有益优点是，没有观察到梯度计(四极)效果。如上所述的至今没有利用的回路线圈的“后侧”的灵敏度以正符号“反映”到FOV侧，实现了多达两倍的灵敏度(在理想限度下)，即不是两倍的SNR，而是两倍的电流或电压灵敏度。
可以使RF/MR天线或线圈的阻抗级高达自由空间中相同天线或线圈的两倍((1+k)倍)，这可以使得与预放大器的匹配更容易，从而最终提高了天线或线圈的SNR。
最后，提供了一种新的平面型谐振贴片阵列RF/MR天线或线圈，其能够进行B1场的三轴控制，包括圆极化，且其可以具有三个正交的基本谐振模式。可以将这些模式调谐到相同的RF频率。这些模式的借助于在贴片阵列上的相关电流分布的激励允许在三个轴上控制RF激励场(B1场)。这包括产生具有可选择的法线方向的圆极化。
会意识到，在不背离由所附权利要求所定义的本发明的范围的情况下，本发明的特征易于合并到任何组合中。
依据以下本发明的优选及示范性实施例的描述，本发明的更多细节、特点和优点会变得显而易见，参考附图来给出这个描述。
附图说明
图1显示了AMC结构的示意图，其是以在PEC接地面上的贴片阵列结构的形式来实现的；
图2显示了根据本发明第一实施例，在贴片阵列结构上的表面电流密度分布的示意图；
图3显示了在磁场强度和与根据图2的结构的接地之间的垂直距离之间关系的曲线图；
图4显示了根据本发明第二实施例，在贴片阵列结构上的表面电流密度分布的示意图；
图5显示了根据本发明第三实施例的贴片阵列结构的第一示意图；
图6显示了根据图5的贴片阵列结构的第二示意图；
图7显示了对于电流回路的第一定位，针对不同类型的接地面，磁场强度和与根据图5的结构的接地之间的垂直距离的关系的曲线图；
图8显示了对于电流回路的第二定位，针对不同类型的接地面，磁场强度和与根据图5的结构的接地之间的垂直距离的关系的曲线图；
图9显示了针对电流回路的不同定位，将相对于与接地之间的垂直距离的根据图5的贴片阵列结构的灵敏度进行比较的曲线图；
图10显示了在电磁场计算程序中实现的、具有方形单元元件的平面谐振贴片阵列天线的第一模型的示意图；
图11显示了在回路激励的情况下，根据图10的天线上的表面电流密度分布的示意图；
图12显示了在线性激励的情况下，根据图10的天线上的表面电流密度分布的示意图；
图13显示了针对不同外边缘电容(fringe capacitance)，根据图11和12的天线的谐振频率的曲线图；
图14显示了在线性激励的情况下，根据图10的天线上的表面电流密度分布的示意图，借助于外边缘电容对其进行了调谐，以便在回路和对角线模式中实现相等的谐振频率；
图15显示了在回路激励的情况下，根据图10的天线上的表面电流密度分布的示意图，借助于外边缘电容对其进行了调谐，以便在回路和对角线模式中实现相等的谐振频率；
图16显示了对于对角线和回路激励，磁场大小相对于接地面上方的高度而相对减小的曲线图；
图17显示了在电磁场计算程序中实现的、具有圆环扇形单元元件的平面型谐振贴片阵列天线的第二模型的示意图；
图18显示了在线性激励的情况下，在PEC接地上根据图17的天线上的表面电流密度分布的示意图；
图19显示了在线性激励的情况下，在圆形底板上根据图17的天线上的表面电流密度分布的示意图；
图20显示了在回路激励的情况下，在PEC接地上根据图17的天线上的表面电流密度分布的示意图；以及
图21显示了在回路激励的情况下，在圆形底板上根据图17的天线上的表面电流密度分布的示意图。
具体实施方式
以下给出了基本线圈元件与至少部分AMC接地面的一些示范性组合。这些定量的实例显示了典型MR线圈元件与AMC型结构的结合的改进的特性。
已经将“电磁场计算”程序用于模拟并分析在这些实例上的电流密度分布以及在接地面上方的金属带导体桥的电流灵敏度(如普遍使用的“TEM”元件)和方形回路的电流灵敏度。在显示出所计算的电流密度分布的图2、4、11、12、14、15和18到21中，以黑暗程度形式来表示密度程度，从而使得电流越密集，相关区域就显示为越暗，反之亦然。
如图1所示，以贴片阵列结构形式实现了AMC元材料，所述贴片阵列结构在以“空气”基底(即εr＝1)形式的基底2的一侧上具有4×4cm贴片尺寸的方形贴片1，由PEC接地面3在其相反侧确定其界限。整个结构具有1cm的高度。作为平面形表面的替代方案，贴片1的阵列也可以构成曲面。
为了借助于计算程序进行模拟，将在贴片1之间的间隙定义为无限窄并填充了边缘电容(edge capacitance)，这使得该结构在大约128MHz处谐振。在实际的实现中，结合贴片尺寸来选择间隙和边缘电容(它们例如是可开关的，以便控制该结构的谐振频率)，以获得预期的谐振频率。
图2显示了根据图1的AMC结构的表面电流密度分布。如图2所示的这个结构的初级带4是25cm长，4cm宽，并位于PEC接地面3上方2.5cm。这个AMC由6×5个贴片1组成，它们对称地位于由带4所跨越的区域下方并且仅在该区域内。从带4在PEC接地3竖立的端部向带4反对称地馈电。通常，不是借助于初级带4(42)，而是还可以通过将贴片阵列与供电线路直接连接来激励贴片阵列，其中该供电线路用于在贴片阵列的一个或多个位置处馈入电流。
图3显示了在带4中心上方的根据图2的AMC结构的磁场H1与垂直于通过该中心的电流的垂直距离之间关系的曲线A。与仅存在在PEC接地3上方的带4(即不存在贴片阵列的情况下)的情况相比，场强H1(曲线B)在接近带4的z＝4cm处，场强H1增加了三倍以上。
更远离一些，在z＝20cm处，与仅存在在PEC接地3上方的带4的情况相比，以AMC为背部的带4具有大约10倍的灵敏度。如上所述，这是因为灵敏度并没有随着与AMC结构之间的距离的增加而急剧下降。
图4显示了根据图2的AMC结构的表面电流密度分布，然而，其中，将初级带设置在AMC上表面(贴片1)与PEC接地3之间的一半高度处，并分为两个平行的带42(由于中心贴片柱的原因)。这个AMC结构仅具有1cm的高度。类似地，以这个结构获得的结果非常类似于根据图2的结构。
还可以在不使用带4、42的情况下直接通过角柱(corner post)来激励贴片阵列，但这个操作模式不具有可与之相比的“传统”MR线圈对照物。
随后针对在PEC接地3上方25mm和15mm的高度，分析了具有根据图5和6的、边缘长度为12cm的(替代带4、42的)方形回路线圈5的AMC结构的灵敏度。该AMC模型包括如上所述的6×6个贴片1，使得整个结构的侧边长度为24×24cm。回路线圈5在PEC接地3上方15mm处，或者在有限AMC结构上方5mm处且该AMC结构在PEC接地3上方10mm高度处。
图6还显示了接地柱11(在图2和4中没有显示它)，每一个接地柱11都在贴片1与PEC接地3之间在中心延伸。然而，可以不使用这些柱11，而是提供金属带来构成接地返回通路。
图7显示了针对不同类型的接地面，即针对PMC(曲线A)、针对PEC(曲线D)、针对以上AMC模型(曲线C)和针对自由空间(即没有接地面)(曲线B)，在回路线圈5中心上方的磁场H(其被规格化为1安培的回路电流)和与PEC接地面3之间距离z的相互关系。
在4-12cm之间的距离上对有限尺寸的AMC的使用几乎重新建立了线圈的自由空间灵敏度。理想的无限尺寸的PMC(曲线A)甚至会将灵敏度相对于自由空间值提高到约1.4-1.54倍。
图8显示了针对相同回路线圈5的相应结果的这些曲线，其中回路线圈5位于接地3上方15mm处，即AMC表面上方5mm处。在此，理想的PMC(曲线A)会将灵敏度相对于自由空间值(曲线B)提高到约1.56-1.69倍。
图9将位于PEC接地3上方25mm处的回路线圈5的灵敏度(曲线C)与具有有限尺寸的AMC模型的、位于接地3上方15mm处的相同回路线圈5(曲线B)相比较。尽管薄了10mm，但后一线圈甚至具有更高的灵敏度。曲线A再次显示了位于理想的无限尺寸PMC接地上方15mm处的回路线圈5的灵敏度。
如果在MR测量序列的发射阶段期间必须对接收线圈的AMC结构进行去谐或停用，则例如这可以通过由适合的有源(例如受控PIN二极管)或无源(例如反平行二极管对)开关缩短在相邻单元之间的电容元件(图1中在贴片1之间的间隙)来进行，如同在未屏蔽的回路线圈中实现的一样。
这些线圈的优选应用具体的是薄的体线圈、集成了孔管(bore tube)的回路线圈、薄的被屏蔽的头部线圈和平面型的被屏蔽的回路线圈。
此外，由本发明提供了一种新的平面型谐振贴片阵列MR/RF线圈，其能够进行三轴B1控制，包括圆极化。这可以通过具有三个正交基本谐振模式的上述结构来实现。可以将这些模式调谐到相同的RF频率。这些模式的借助于电流的激励允许在三个轴上控制RF激励场(B1场)。这包括产生具有可选择的法线方向的圆极化。
根据图10的设计实例包括6×6个金属板或贴片1的贴片阵列，每一个贴片都是4cm大小，设置在金属接地面(PEC)3上方1cm处。相邻贴片边缘由边缘电容器(edge capacitor)相连。用外边缘电容器(fringecapacitor)Cf将阵列外边缘的贴片边缘连接到垂直周边金属带31，构成到接地面3的连接。两个基本模式是例如由接近表面的对角线电流激励的、穿过贴片阵列的实质上对角线的电流样式。对于在围绕法线方向旋转90度情况下形状不变的贴片阵列(例如方形或圆形)，这些模式在中心上方产生了正交切向场。这两个模式的所有线性组合也会具有相同的谐振频率。第三个模式是环形模式，其例如可以由阵列表面附近的方形电流回路来激励。通过相应地选择在贴片阵列的内部边缘和外部边缘处的电容器值，可以使环形模式的谐振频率等于对角线模式的谐振频率。这个模式在阵列中心上方产生了垂直磁场。通过全部三个模式的激励，可以在三个轴上控制在贴片阵列上方的RF激励场(B1场)。
图10显示了在电磁场计算程序中实现的模型的略图。在贴片1之间的虚线6表示在贴片1之间的边缘电容器的位置。
已经针对不同电容器选择方案，计算了在贴片阵列表面中的谐振频率和电流样式。对于一种设计，将实例值选择为，使得线圈结构在接近大约128MHz的3特斯拉Larmor频率附近谐振。
图11显示了对于借助于方形电流回路5进行激励的电流样式。回路5中的电流逆时针方向流动。如贴片阵列的表面中的灰色箭头所示，对于所激励的表面电流也主要是这样的。在Cedge＝169.885pF和Cfringe＝260pF的情况下，这个模式在floop＝125.977MHz谐振。
图12显示了借助于在贴片1的阵列上方的对角线电流7进行激励的电流样式。与所激励的表面电流一样，激励电流从左下角流向右上角。借助于以上特定电容器选择，这个模式在fdiag＝116.18MHz谐振。
图13以曲线A显示了根据图11的结构，谐振频率floop与外边缘电容Cf(＝Cfringe)的关系，以曲线图B显示了根据图12的结构，谐振频率fdiag与外边缘电容Cf的关系。可以见到在10pF与340pF之间改变外边缘电容Cf时，这两个谐振频率如何变化。在Cf＝94.3pF时，谐振频率近似等于：
floop＝129.639MHz，fdiag＝129.617MHz。
图14和15显示了对于这个特定调谐，针对对角线电流7(图14)和回路电流5(图15)的表面电流样式。该电流样式已经在一些细节上变化了，但保持了原理性的模式特性。出于对称的原因，对于沿着图14的另一对角线的激励的谐振频率也必须是相同的。
图16显示了对于在z＝1.5cm高度处的对角线激励(Hdiag)(曲线A)和回路激励(Hloop)(曲线B)，在x＝y＝0处，磁场量H相对于在接地面上方的高度z的相对减小。斜度不是完全相同的，但近似。
当不需要使环形模式具有与对角线模式相同的频率，且允许对角线模式变为蝴蝶型(数字“8”)模式的情况下，可以省略周边金属板和电容器。
如调谐曲线所示的，还可以将回路型模式或对角线型模式调谐到氟频率(低94％)，并将其他模式保持在质子频率。
代替具有方形单元贴片元件的方形阵列，根据图17，还可以用由圆环扇形的贴片元件8组成的圆形来构造线圈。
此外，为了获得用于基本模式的电流样式成形(shaping)的更大自由度，可以在预期的2D(正交)横向模式所需的对称约束条件下考虑不同于这种仅使用两个电容器值的情况。例如，允许径向边缘的所有分段以及相同半径的所有圆形边缘分段具有各自的C值。
此外，与图17不同的是，各个圆环可以具有不同的径向延伸。这些参数可以用于优化所使用的谐振模式的电流样式。
图18和19显示了在借助于线电流7的线性激励情况下的这个圆形线圈结构上的不同谐振电流分布，而图20和21中表示了借助于矩形导体回路5进行回路电流激励的情况。图18和20与在PEC接地面上的贴片阵列有关，图19和21与圆形底板上的贴片阵列有关。
再一次，这些线圈的优选应用是具有减小的局部SAR和分布表面电流的表面发射/接收线圈。
根据本发明的线圈结构为线圈设计者提供了新的自由度，用于在线圈区域内成形电流分布，以及由此成形在其上方的B1场。该设计自由度源于对于金属贴片大小和形状、耦合电容器、外部接地电容器(以及还可能有在内部边缘的接地电容器)的选择。
按照产生基本垂直的B1场的需要，根据本发明的线圈可以具有环形谐振模式。可以获得足够的设计自由度来将其谐振频率调谐到横向模式或对角线模式的谐振频率，并仍然具有在线圈区域内成形电流密度样式的自由度。
会意识到，在不背离由所附权利要求所定义的本发明的范围的情况下，本发明的特征易于以任何组合形式进行组合。
尽管已经在附图及前述描述中详细示出并说明了本发明，但这种示出和描述可以认为是示例性的或示范性的，而不是限制性的，本发明不限于所公开的实施例。在不背离由所附权利要求所定义的本发明的范围的情况下，对在前文中所述的本发明的实施例的变化例也是可能的。
依据对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实施所要求的发明时可以理解并实现对所公开的实施例的各种变化例。在权利要求中，词语“包括”不排除其他单元或步骤的存在，不定冠词“一”不排除多个。单个单元可以实现在权利要求中陈述的几项功能。在彼此不同的从属权利要求中陈述了特定措施的事实并不表示这些措施的组合不能用于获得益处。权利要求中的任何参考标记都不应解释为限制其范围。

Claims (18)

1、一种用于MR成像系统的RF线圈，所述RF线圈用于发射RF激励信号和/或用于接收MR驰豫信号，所述RF线圈结合或包括了元材料，所述元材料在RF/MR频带中如同磁导体或磁壁一样工作。
2、如权利要求1所述的RF线圈，其中，所述元材料是AMC材料。
3、如权利要求1所述的RF线圈，其中，所述元材料被设置为替换PEC屏障，和/或被设置在PEC屏障的前面，和/或与所述RF线圈的PEC屏障相结合。
4、如权利要求1所述的RF线圈，其中，以由金属接地面上的电介质、导线和金属贴片构成的经调谐的、谐振的周期性结构的形式，提供所述元材料。
5、如权利要求4所述的RF线圈，其中，所述元材料包括贴片(1)的阵列，所述贴片彼此电容性地耦合，以便构成谐振表面，在所述谐振表面上能够以谐振方式激励表面电流，以便产生至少一个场形式。
6、如权利要求5所述的RF线圈，其中，借助于可开关的电容器来使所述贴片(1)彼此电容性地耦合，从而能够通过开关所述电容器来控制所述元材料的谐振频率。
7、如权利要求4所述的RF线圈，具有矩形形式和/或包括矩形形状的贴片(1)。
8、如权利要求4所述的RF线圈，具有圆形形式和/或包括圆环扇形形状的贴片(1)。
9、如权利要求4所述的RF线圈，其中，在所述贴片(1)的阵列上方或下方布置导体(4、5、7)，以便激励谐振表面电流。
10、如权利要求9所述的RF线圈，其中，以回路(5)的形式提供所述导体。
11、如权利要求9所述的RF线圈，其中，以跨越所述贴片(1)的阵列的带状线(4)的形式提供所述导体。
12、如权利要求11所述的RF线圈，具有矩形形式，其中，以对角跨越所述贴片(1)的阵列的直线(7)的形式提供所述导体。
13、如权利要求5所述的RF线圈，其中，借助于柱(11)将所述贴片(1)连接到接地面(3)。
14、如权利要求1所述的RF线圈，其中，所述贴片(1)的阵列构成平面或曲面。
15、如权利要求1所述的RF线圈，其中，在电介质基底(2)的一侧上布置所述贴片(1)的阵列，接地面(3)在所述电介质基底(2)的另一侧上。
16、如权利要求1所述的RF线圈，通过选择所述贴片(1)的尺寸和/或耦合电容器的值来调谐所述RF线圈，以便在基本上相同的谐振频率处激励三个正交的基本场模式。
17、一种用于MR成像系统的RF天线，所述MR成像系统包括至少一个如权利要求1到16中任一项所述的RF线圈。
18、一种磁共振成像系统，其包括如权利要求1到17中至少一项所述的RF/MR线圈或天线，所述RF/MR线圈或天线用于发射RF激励信号和/或用于接收MR驰豫信号。
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