CN101622549A - 用于高场磁共振应用的正弦谐振射频体积线圈 - Google Patents

Abstract

一种射频线圈组件包括：环形导体(20，22)，其被配置为支持在磁共振频率下的正弦电流分布；和射频屏蔽(30，32，34)，其在至少一个方向上屏蔽所述环形导体，所述射频屏蔽包括以下两者中的至少一个：(i)围绕所述环形导体的周界的圆柱形屏蔽部分(30)和(ii)布置为大体上与所述环形导体平行的平面屏蔽部分(32，34)。在磁共振扫描器实施例中，磁体产生静态磁场(B₀)，磁场梯度系统被配置为在所述静态磁场上叠加所选择的磁场梯度，并且所述射频线圈组件被布置为使得所述环形导体大体上横切所述静态磁场(B₀)。

Description

用于高场磁共振应用的正弦谐振射频体积线圈

本发明涉及磁共振领域。本发明在高磁场(例如，大约3Tesla或更高)的磁共振成像中具有特定应用，并且在对其进行特定参考的情况下进行描述。然而，本发明在基本上任何磁场下执行的磁共振成像、磁共振波谱术等中具有更一般的应用。

鸟笼型正交射频线圈由轴向地布置为与通过检查区域的静态B₀磁场平行的多个平行横档(rung)组成。设置在横档的相对的端的端环把所述横档相互连接并且围绕所述横档正弦地分送电流。在128MHz以下的频率，这种线圈在被正交地驱动时在整个体积内提供了基本上均匀的横向B₁场。正交鸟笼型线圈已经被发现是有效的体积线圈，诸如整体线圈、头线圈等。不具有紧密配合的接地屏蔽的鸟笼线圈的开放式圆柱形结构对于头线圈应用来说是有利的，因为开放式几何结构减少了病人焦虑或幽闭恐怖的倾向。

较高的静态B₀磁场产生较高频率的核磁共振(NMR，与B₀场强度成比例)以及增加的信号强度。然而，开放式头鸟笼线圈在较高的频率下产生增加的辐射损耗，由此降低了线圈效率。对于其他应用来说，在高场下使用鸟笼线圈会出现类似的辐射损耗和线圈效率问题。可以通过包括导电网格或其他材料的外部射频屏蔽来在一定程度上减少辐射损耗，但是这是以不怎么开放的几何结构并且可能导致病人焦虑或幽闭恐怖为代价的。端盖形式的鸟笼线圈可以用来进一步减少来自线圈一端的辐射，但是在端盖线圈的开放端仍然存在辐射损耗问题。

在需要紧密配合的圆柱形射频(RF)接地的7Tesla或更高的静磁场下，可以使用横电磁(TEM)线圈。在TEM线圈中，横档被杆所代替，所述杆也是布置为与通过检查区域的静态B₀磁场平行的平行导体。然而与鸟笼几何结构不同，TEM线圈的杆通过与周围的圆柱形射频屏蔽电连接而在每一端终结。TEM线圈不具有端环来在杆之间分送电流。TEM线圈在操作上与鸟笼线圈的不同之处在于其谐振模式——TEM线圈的每个杆与通过屏蔽的导电返回路径一起谐振。TEM线圈的集成的射频屏蔽以及由其产生的经屏蔽的几何结构可以具有对各个杆分离的调谐和激励。

在头线圈应用的情况下，鸟笼和TEM线圈与病人肩部的耦合都是有问题的，其破坏了线圈的对称性。已知在设计中把线圈设计修改为不对称的以便减少RF耦合和辐射损耗。在某些这种不对称的设计中，在远离肩部的那端包括端盖(在鸟笼头线圈的情况下，端盖可以代替在闭合端的端环)。在头线圈的肩部端的导电端凸缘在一定程度上可以减少与肩部的耦合并且改进线圈性能。

除上述辐射效率损耗、易引发幽闭恐怖的闭合几何结构和B₁场不均匀性的问题之外，鸟笼和TEM线圈都有相对复杂的缺点，包括很大数目的横档或杆(例如，8、16或者不常见的更多横档或杆)、端环或端盖以及任选地包括凸缘的封闭圆柱形屏蔽。这些部件中的每个以及它们各自相对于彼此的定位和相对于磁共振扫描器的其他导电部件的定位可能会影响谐振特性(例如，谐振频率，谐振质量或品质因数等)，从而使鸟笼或TEM线圈的调谐成为复杂过程。当对于多核成像或波谱术来说一起使用两个或更多个线圈时，这些困难尤其成问题。

对于多核研究来说，已知通过使用交错的横档或杆来使鸟笼或TEM线圈“双调谐”到两个不同核的磁共振频率(通常为基准¹H的磁共振和另一感兴趣核素的磁共振)。然而，如果将研究两个不同的核素(除基准¹H核素之外)，那么此方法是不够的，并且一般采用某种线圈交换。例如，高场磁共振脑成像有时使用³¹P和¹³C核素——相应地，按照需要换入和换出在¹H和³¹P磁共振频率谐振的第一双调谐线圈以及在¹H和¹³C磁共振频率谐振的第二双调谐线圈。这种物理交换可能导致定位错误并且增加成像会话的持续时间。在监视磁造影剂的流入和流出的研究中物理交换尤其成问题，因为对这种研究来说时间选择非常关键。

相应地，在本领域中还没有实现把射频线圈用作体积发射或发射/接收线圈，其具有相对较少的部件，具有开放的几何结构，并且大体克服了现有的鸟笼和TEM线圈的其他难点。

本发明提供了克服以上所提及的问题及其他问题的新的改进的装置和方法。

依照一个方面，公开了一种射频线圈组件，其包括：环形导体，其被配置为支持在磁共振频率下的正弦电流分布；和射频屏蔽，其在至少一个方向上屏蔽所述环形导体，所述射频屏蔽包括以下二者中的至少一个：(i)围绕所述环形导体的周界的圆柱形屏蔽部分，和(ii)布置为大体上与所述环形导体平行的平面屏蔽部分。

依照另一方面，公开了一种磁共振扫描器，其包括：磁体，其产生静态磁场；磁场梯度系统，其被配置为在所述静态磁场上叠加所选择的磁场梯度；和射频线圈组件，其包括环形导体，用于限定出布置为大体上横切所述静态磁场的线圈平面，所述环形导体被配置为以下至少之一：发射和检测横切所述静态磁场的B₁场。

依照另一方面，公开了一种磁共振方法，其包括：产生静态磁场；选择性地在所述静态磁场上叠加所选择的磁场梯度；并且通过以下至少一个操作来产生或检测在磁共振频率下的B₁场：(i)使正弦电流分布沿着布置为大体上横切所述静态磁场的基本上圆形的路径循环，和(ii)在布置为大体上横切所述静态磁场的基本上圆形的路径中检测所感应出的正弦电流分布。

一个优势在于提供了可以被同时调谐到两个或更多个不同的磁共振频率的射频线圈组件。

另一优势在于改进的且更迅速的多核成像和波谱术。

另一优势在于提供了在视觉上更开放的体积射频线圈组件以用在高磁场下。

另一优势在于简单的设计和相对较少的部件。

在阅读并理解以下详细描述后，本领域普通技术人员将会意识到本发明的更多优势。

图1图解示出了包括射频线圈组件的磁共振扫描器；

图2图解示出了图1的射频线圈组件的侧面剖视图；

图3根据圆环形导体的半径绘制了在没有介入电容或电感元件的情况下连续未屏蔽的圆环形导体的正弦谐振频率；

图4图解示出了图1和图2的射频线圈组件的一个环形导体的正弦谐振模式；

图5图解示出了与图2的类似但利用第二屏蔽凸缘代替屏蔽端盖的射频线圈组件的侧面剖视图；

图6图解示出了与图5的类似但省略了TEM线圈杆导体并省略了大部分圆柱形屏蔽以便仅留下端凸缘屏蔽元件的射频线圈组件的侧面剖视图；

图7图解示出了图1的磁共振扫描器，其中省略了图1的频率线圈组件并添加了包括安装在膛开口中的环形导体的整体线圈。

参考图1，说明性的膛型(bore-type)磁共振扫描器8包括用于产生与扫描器8的膛开口12平行定向的静态磁场B₀的磁体10。磁体10可以是超导磁体或电阻性磁体。可以实现除所图示的水平膛几何结构之外的其他几何结构。磁共振扫描器8还包括磁场梯度系统14，其被配置为在静态磁场B₀上叠加所选择的磁场梯度。在一些实施例中，磁场梯度系统14包括用于选择性地产生三个正交的磁场梯度的绕组，例如沿着正交的指定的x、y和z方向。轴或B₀方向被指定为z，并且横向方向x和y包含B₁RF场。典型情况下，磁场梯度系统被设置在磁体内部，如所图示的磁场梯度系统14被设置在所图示的磁体10内部；然而，也可预期其他配置，诸如在Overweg的国际申请No.WO 2005/124381中所公开的布置，其中梯度线圈绕组被设置在磁体外部并且所产生的磁场梯度通过铁磁轭而被耦合到膛开口内。在图1中，磁体10和磁场梯度系统14被图解地示出为透明的以便展现膛开口12的内部。

在操作中，通过一个或多个磁共振频率下的适当射频电流来为诸如说明性射频线圈组件18之类的一个或多个射频线圈供能以便激发一个或多个核素中的磁共振，所述核素诸如¹H、¹³C、³¹P、²³Na、¹⁹F或其他核素。通常通过磁场梯度系统14来施加一个或多个磁场梯度以便在空间上限制和/或编码所激发的磁共振。通过射频线圈18、20中的一个或多个来读出所激发的磁共振。读出或接收线圈可以与用于激发的射频线圈相同或不同。所图示的射频线圈组件18是头线圈，其被布置成对示出为体模的病人P的头部进行成像；然而，所述线圈可以用于其他成像应用、波谱术应用等。

继续参考图1并且进一步参考图2，所图示的射频线圈组件18包括三个可独立操作的射频线圈，即由第一环形导体20限定出的第一线圈、由第二环形导体22限定出的第二线圈和由布置为相互平行并且横切环形导体20、22的杆导体24限定出的TEM线圈。环形导体20、22大体上是圆形的，不过可预期与完美的圆形几何结构相比有一些偏差。射频线圈组件18还包括周围的大体上圆柱形的射频屏蔽30。在说明性射频线圈组件18中，大体上圆柱形的射频屏蔽30包括与圆柱形屏蔽30的邻近区域一起对屏蔽第一环形导体20作出贡献的端盖32，以及与圆柱形屏蔽30的邻近区域一起对屏蔽第二环形导体22作出贡献的凸缘34。导体20、22、24被设置在具有单个端盖的、大体上圆柱形的介电线圈架36的内表面上。介电线圈架36还向屏蔽元件30、32、34提供了支撑基底，所述屏蔽元件30、32、34被设置在具有端盖的、大体上圆柱形的介电线圈架36的外表面上。作为替代，一些或全部导体和屏蔽元件可以是自由无束缚的、被嵌入到介电支撑中或以其他方式。第一和第二环形导体20、22彼此间隔开，与杆导体24间隔开，并且与屏蔽元件30、32、34间隔开。另一方面，杆导体24通过连接38在它们的端部与大体上圆柱形的屏蔽30电连接。尽管示出了导电连接38，在一些实施例中，TEM线圈中杆导体与屏蔽的电连接可以是以电容耦合、电感耦合等方式的。注意，在更图解式的图1中，并未图示或标记介电线圈架36和导电连接38，并且通过曲线或直线来图解表示导体20、22、24。在所图示的实施例中，支撑线圈架36被示出为在屏蔽元件30、32、34内部；然而，还可预期把支撑线圈架布置在屏蔽元件外部。

第一和第二基本上圆形的导体20、22中的每个被配置为支持在各自的第一和第二磁共振频率下的正弦电流分布，所述第一和第二磁共振频率可以是相同的或不同的频率。由导体24限定出的TEM线圈被配置为支持第三磁共振频率下的谐振，所述第三磁共振频率可以与第一和第二磁共振频率相同或不同。在一些实施例中，由导体24限定出的TEM线圈被配置为在第三磁共振频率(其可以与第一和第二磁共振频率相同或不同)下和在不同的第四磁共振频率下谐振。

参考图3，迄今为止未屏蔽的圆形导体的正弦模式(例如不存在圆柱形屏蔽30、端盖32和凸缘34)尚未被认为对于磁共振成像或波谱术来说是有价值的，这是因为谐振频率被认为过高，谐振质量被认为过低，并且所产生的B₁场被认为太过不均匀。然而，本发明的发明人已经认识到对于高场磁共振和足够大半径的环形导体来说，正弦模式在匹配某些感兴趣磁共振频率的有用频率范围内循环。例如，¹H磁共振频率是7Tesla的静态(B₀)磁场中的298MHz。如在图3中所指示的，具有大约15厘米的合理半径(其是人类头线圈的典型半径)的圆环形导体的正弦谐振接近于¹H磁共振频率。考虑到圆柱形屏蔽30、端盖32和凸缘34的作用，正弦模式的谐振频率可以与298MHz紧密匹配。圆柱形屏蔽30、端盖32和凸缘34还增强了环形导体的谐振质量(品质因数)。此外，发明人已经认识到，在更高磁场下，空间均匀性在很大程度上由负载线圈的病人或其他对象的介电和导电特性来确定；从而，在大于或大约为3Tesla的静态B₀磁场值下，由正弦模式所产生的B₁场的相对大的空载不均匀性是可接受的。

继续参考图3，可以看出，当环形导体是其半径在大约10厘米和大约20厘米之间的大体上圆形的导体时，正弦模式的谐振频率在大约200MHz和大约500MHz之间(考虑到圆柱形屏蔽30、端盖32和凸缘34的作用，并且考虑到通过在环形导体中添加诸如电容或电容间隙之类的电抗元件来进行任选的调谐)。这些谐振频率跨过一些感兴趣核素在高磁场下的磁共振频率。此外，具有较小半径的圆环形导体还可以通过沿着环形导体添加集中电感来被调谐到感兴趣的磁共振频率。例如执行电磁模拟来模拟由环形导体22所支持的正弦模式，所述环形导体被形成为7厘米半径、1厘米宽的导电环形轨迹，形成在介电常数ε_r＝2.1并且厚度为1.5厘米的介电线圈架36上(从而限定出导电环形轨迹与凸缘34的间隔)。在模拟中，通过开放沿着环形导体22均匀分布的八个间隙并且把与电感器串联的电容器放到所述环形导体22的八个间隙的每个中，环形导体被调谐到298MHz(对应于7Tesla静态B₀磁场中的¹H磁共振频率)。

图3示出了对应于大约3Tesla的静态磁场外推至128MHz的计算曲线的外推(由虚线所指示的外推)。可以估计，大体上圆形的导体在大约128MHz、大约75cm的直径下具有谐振(c/128MHz/π)。这可以通过改变环形导体的诸如精确半径、厚度或其他截面尺寸之类的参数，通过圆柱形屏蔽30的作用，通过在环形导体中添加诸如电容或电容间隙之类的电抗元件或以其他方式来调谐。有利的是，外推指示出直径范围从60厘米(30厘米半径)到70厘米(35厘米半径)的圆形导体易于被调谐以匹配在128MHz的3Tesla下的¹H质子磁共振频率，所述直径为整体射频线圈的典型直径。

可预期用于某些类型的医学成像的另一构型是半径小于10厘米的大体上圆形的导体线圈，通过使用电感元件把该线圈调谐到在大约200MHz和大约500MHz之间的磁共振频率。可预期用于某些类型的医学成像的另一构型是半径小于12厘米的大体上圆形的导体线圈，通过使用电感元件把该线圈调谐到小于大约200MHz的磁共振频率。

图4示出了说明性的圆形导体20的正弦振荡模式(用于第二环形导体22的分析是类似的)。在环形导体20周围的电流分布是正弦的，并且其空间周期等于环形导体20的周长。据此，在任何给定时间，存在两个电流分布零点、一个最大正电流幅度点以及一个最大负电流幅度点。在图4所图示的时刻，两个电流分布零点被定位在指定为0°和180°的点处，最大正电流幅度(+I_max)点在90°处，并且最大负电流幅度点(-I_max)在270°处。在环形导体20的平面的任一侧上所得到的B₁场被定向为与环形导体20的平面平行。在实现端盖32和凸缘34的情况下，约束了到在线圈18外部的辐射损耗。有利的是，正交射频耦合40任选地与环形导体20电连接以便产生或检测由磁共振频率下的环形导体支持的正弦电流分布。例如，输入信号S被适当地直接馈送到正交耦合40的一个输入中，并且被适当地经由90°移相器42馈送到正交耦合40的另一输入中。这种正交驱动配置的优势在于，与线性耦合相比较，可以通过正交耦合40把更多的输入功率馈送到环形导体20中。类似地，在读出模式中，可以通过正交耦合40来检测更多的磁共振信号。

参考图1，射频线圈组件18被定位在磁共振扫描器8的膛开口12内部，静态轴向B₀磁场被定向为横切环形导体20、22，由此由环形导体20、22支持的正弦模式所产生的B₁场被定向为横切静态B₀磁场。有利的是，B₀和B₁场相互正交的这一取向使作为用于激发磁共振的源或作为用于检测磁共振的检测器的环形导体20、22的灵敏度最大化。

此外，射频线圈组件18的取向适合于通过由凸缘34所限定出的开口把病人的头部或手足纳入射频线圈组件18的基本上中空的内部。在头部成像中，凸缘34有利地减少了线圈与病人肩部的辐射耦合。

导体20、22、24适当地被形成为微带传输线，其中屏蔽元件30、32、34充当接地平面，不过还可以使用自由无束缚的导体、自由无束缚的屏蔽结构或其他物理实现方式。任选地省略端盖32和/或凸缘34；然而，通过电磁模拟示出为包括这些部件以便充分改进谐振质量(例如，谐振峰值的品质因数)。

所图示的射频线圈组件18可以被调谐到一个、两个、三个甚至四个不同的磁共振频率。如果每个环形导体20、22被调谐到不同的磁共振频率，并且另外双调谐TEM线圈，则实现了四个不同的磁共振频率。据此，所图示的射频线圈组件18良好地适用于执行多核成像、多核波谱术等。

对于执行用于深入探测成像对象内的多核磁共振来说，体积发射/接收(T/R)线圈是有利的。在高静态磁场下，例如在7Tesla下，在射频屏蔽30、32、34内部一个或多个正弦谐振环形导体适当地产生基本上横向的|B₁ ⁺|场覆盖。在一种适当的方法中，经由在¹H质子磁共振频率下谐振的正弦谐振模式来调谐两个环形导体20、22以便进行成像。在多核成像或波谱术中，¹H信号有时用于获取基准质子图像或其他基线信息。由杆导体24限定出的TEM线圈被调谐到另一感兴趣核素的磁共振频率，诸如¹H、¹³C、³¹P、²³Na、¹⁹F或其他核素的磁共振频率。在TEM线圈也被调谐到¹H谐振的情况下，它可以结合线圈20、22而被用作多元件接收或发射/接收线圈。任选地，TEM线圈是双调谐线圈，其支持在两个不同的磁共振频率下的谐振。还可预期将两个环形导体20、22调谐到两个不同的磁共振频率并联合双调谐的TEM线圈，以便提供四调谐的射频线圈组件。可以通过把一些TEM线圈元件调谐到附加的频率来获得附加的谐振频率。

参考图5，除线圈组件18的端盖屏蔽元件32由线圈组件18’中的第二凸缘52代替之外，经修改的射频线圈组件18’与图1和图2的射频线圈组件18一样。经修改的射频线圈组件18’由在7Tesla的静态B₀磁场下进行电磁建模来模拟。所建模的圆柱形屏蔽30具有35厘米的直径和23厘米的长度。凸缘34、52均具有27厘米的内径。环形导体20、22均被建模为1厘米宽的环形铜轨迹。介电基底36被建模为具有1厘米的厚度并且介电常数ε_r＝2.1。两个环形导体20、22被建模为包括十六个环电容器，每个电容器大约为30皮法，这些电容器均匀分布在环形导体周围以便把环形导体20、22调谐到¹H磁共振频率(即，7Tesla下的298MHz)。建模了TEM线圈的十六个杆导体24，每个杆导体被建模为十六16厘米长，并且位于圆柱形屏蔽30内部在径向位置为15厘米处。每个杆导体24的端部被建模为经由适当的调谐电容器电连接到屏蔽30。所建模的TEM线圈被调谐到³¹P磁共振频率(即，7Tesla下的120.7MHz)。

在建模中，在杆导体24的端部与环形导体20、22之间留下一些空间以便使它们之间具有可忽略的耦合。然而，环形导体20、22与TEM杆导体24之间的耦合通常足够低到可以忽略，这是因为TEM线圈不支持圆形“环”电流。相反，TEM模式沿着杆24流动并且通过圆柱形屏蔽30沿着反平行的路径返回，由此TEM电流通常横切环形导体20、22中的电流流动而流动。

脑部的多核磁共振成像有时使用³¹P和¹³C磁共振，并且另外通常使用¹H磁共振来用于引导成像或其他基线或基准数据获取或用于去耦合实验。对于这种应用来说，依照已知的方法通过使用交错的杆导体24来适当地对TEM线圈进行双调谐。通过使一个或两个环形导体20、22调谐到与两个TEM频率不同的第三磁共振频率，适当地向射频线圈组件18(或射频线圈组件18’)给予三调谐的能力。

作为一个示例，电磁模拟由被调谐到7Tesla的静态B₀磁场下的³¹P和¹³C磁共振频率的双调谐的TEM线圈进行，并且两个环形导体20、22均被调谐到¹H磁共振频率(7Tesla下的298MHz)。TEM线圈被建模为通过使用放置在交错的杆导体24中的两组电容器值而进行调谐的十六个杆的TEM线圈。用于³¹P磁共振频率(120.7MHz)的八个杆导体被建模为具有52皮法的电容器，而用于¹³C磁共振频率(74.9MHz)的八个交错杆导体被建模为具有132皮法的电容器。|B₁ ⁺|场分布被建模在20厘米直径的负载球形体模(σ＝0.855S/m，ε_r＝80)的中央横向切片中，并且³¹P杆和¹³C杆都使用至TEM线圈的四端口馈送来正交驱动。被调谐到¹H|B₁ ⁺|场的两个环形导体20、22也使用两端口馈送来正交驱动，其中一个端口以“x”模式驱动第一环形导体20并且另一端口以“y”模式驱动第二环形导体22。在所有三个磁共振频率下，即在¹H、³¹P和¹³C磁共振频率下，都实现了可接受的|B₁ ⁺|场均一性。表1示出了所计算出的在三个磁共振频率下的发射效率 ${\left|{B_1}^{+}\right|}_{\mathrm{ave}}/\sqrt{P_{\mathrm{abs}}},$ 其中，|B₁ ⁺|_ave是在球形体模的中央切片中的平均|B₁ ⁺|场，并且P_abs是总吸收功率。在表1中，当磁共振频率降低时发射效率增加。

                            表1

多核频率	发射效率(μT/W1/2)
		298MHz(1H)下的环形环	0.43
120.7MHz(31P)下的8个交错TEM元件	0.84
		74.9MHz(13C)下的8个交错TEM元件	1.22

实施附加的电磁建模以看出在环形导体20、22之间以及在TEM杆导体24内发生了多少耦合。计算示出，当两个环形导体20、22在298MHz的较高频率下发射时，发射效率在存在和不存在TEM线圈的去耦合的情况下几乎没有改变(在该模型中，通过开放TEM杆导体24中的间隙来对去耦合进行建模)。这指示出¹H频率和其他多核频率之间的良好固有隔离。据此，可以执行¹H核去耦合。例如，在两个频率下同时发射或在使用TEM线圈接收另一核素的磁共振时在¹H线圈上同时发射是可行的。对于双调谐的TEM线圈，当使用交错的横档时固有地使两个调谐的频率相互去耦合。

任选地，例如为了使多信道SENSE多核成像便于进行，每个杆导体24可以通过调谐电容器端接到圆柱形射频屏蔽30，并且每个发射/接收(T/R)信道可以对应于一个或多个这种杆导体24。例如，在用于多核成像的一种方法中，所有杆导体24被调谐到相同的非¹H磁共振频率，或者交错的杆导体24被调谐到不同的非¹H磁共振频率以便双调谐到两个或更多个不同的非¹H磁共振频率。使用调谐到¹H磁共振频率的两个环形导体20、22来适当地限定出用于耦合到¹H磁共振频率的体积线圈。在这一配置下，SENSE成像或波谱术可以同时在同一解剖区域中将一个、两个或更多个非¹H磁共振频率耦合到TEM线圈，同时由两个环形导体20、22限定出的体积线圈提供了基准¹H磁共振图像或其他基线或基准¹H数据。

任选地通过一起或独立地操作两个环形导体20、22来实现附加的操作灵活性。作为一个示例，考虑使用图5的射频线圈组件18’来用于脑部成像，对象的头部在线圈组件中央。如果高于中心轴向切片几厘米的轴向切片或厚片(即在脑部的顶部分中)要被成像，则仅正交驱动远离头部顶部的环形导体并且解谐靠近头部顶部的环形导体以使其不谐振就足够了。电磁模拟指示出，与同时正交驱动两个环形导体20、22的配置相比，仅正交驱动一个环形导体的|B₁ ⁺|场的均匀性得以充分改进。实际上，与同时正交驱动两个环形导体相比较，当仅正交驱动一个环形导体时|B₁ ⁺|场的标准偏差(无单位)降低了53％。表2示出了所计算出的发射效率和SAR差异，其中将高于中心切片5厘米的切片中的|B₁ ⁺|场定标为等于1μT。可以看出，在高于中心切片5厘米的感兴趣切片处，当增加|B₁ ⁺|场的均匀性时，驱动远离该感兴趣切片的环形导体与驱动两个环形导体20、22具有类似的发射效率SAR。通过比较，在常规的双调谐TEM线圈中，通常采用使用多信道发射配置的更复杂的解决方案以便改进|B₁ ⁺|场的均匀性。

                      表2

在高于中心切片5cm的切片处	驱动两个环形导体	仅驱动远的环形导体
			发射效率(μT/W1/2)	0.39	0.37
每1μT的整体SAR(W/kg)	1.61	1.73
			每1μT的最大局部SAR(W/kg)	3.10	3.07

线圈组件18、18’的优势在于它们任选地是在视觉上开放的结构。例如，如果介电线圈架或基底36是透明的或者在杆导体24之间的间隙中省略，并且圆柱形屏蔽30被形成为导电网格或其他相对开放的结构，则头部设置在线圈组件18、18’中的对象可以看见线圈组件18、18′的外面。由此，线圈组件在视觉上的限制不多，并且病人相对可能不遭受焦虑或幽闭恐怖。

参考图5，考虑省略了TEM线圈杆导体24的变型。考虑圆柱形屏蔽30和圆环形导体20、22被设置在各自的凸缘52、34附近。这一线圈任选地被配置为通过将两个环形导体20、22调谐到不同的磁共振频率来执行多核获取，或者可以通过把环形导体20、22调谐到相同的磁共振频率来用作单频率体积线圈。当它被用为单频率体积线圈时，利用在环形导体20、22中实现的适当的可控解谐电路，不同于TEM线圈杆导体24的一个或多个局部射频接收或发射/接收线圈可以被放置在所述体积线圈内部来用于质子或多核获取。例如，表面线圈53可以被放置在体积线圈内部以用于这种获取。

参考图6，经修改的射频线圈组件18”类似于图5的线圈组件18’，但省略了TEM线圈杆导体24和局部表面线圈53，并省略了大部分圆柱形屏蔽部分30，仅留下围绕各自的环形导体20、22且与各自的凸缘52、34连接的环形屏蔽部分60、61。类似地，在未在此示出的另一可预期的实施例中，省略了圆柱形屏蔽部分30的顶部区域以便增加病人视野的开放性，同时保留底部部分以减少辐射损耗。这一线圈任选地仍然可以通过把两个环形导体20、22调谐到不同的磁共振频率来执行多核获取，或者可以通过把环形导体20、22调谐到相同的磁共振频率来被用作单频率体积线圈。在线圈组件18”中不存在TEM线圈。去除TEM线圈和周围屏蔽30的很大部分的优势在于介电线圈架36可以由更开放的介电线圈架66代替，该介电线圈架66包括其间具有大间隙68的支撑柱以便向病人提供更大的开放性。

返回参考图3，在大约3Tesla的静态B₀磁场下，¹H磁共振频率是128MHz，并且具有大约60厘米直径的环形导体在这一¹H频率下以正弦模式谐振。正弦谐振的精确谐振频率取决于除直径之外的因素，诸如导体宽度、与屏蔽间隔以及屏蔽的类型等，并且另外可以通过在环形导体中插入诸如分立的电容器或电容间隙之类的串联电容元件来调节精确谐振频率。据此，直接设计环形导体以满足设计约束，包括(i)特定的直径和(ii)在3Tesla的128MHz的¹H磁共振频率下的精确谐振。

参考图7，这种环形导体120被适当地设计成用于在128MHz下谐振并且紧贴地配合在磁共振扫描器8的膛开口12中，该磁共振扫描器8在这一实施例中可操作来生成3Tesla的静态B₀磁场。环形导体120被定位为使得环形导体120的平面大体上横切膛开口12的轴并横切静态B₀磁场。在这一位置下，环形导体120支持用于产生横切B₀场的B₁场或与B₁场耦合的正弦模式，以便有效地用于激发或检测¹H磁共振。因为膛开口12沿着其轴具有恒定的直径，所以在一些实施例中环形导体120可以沿着膛滑动或以其他方式移动到任何选择的位置以便与定位在膛中的给定对象最优地耦合。通过包括圆柱形射频屏蔽130作为涂覆膛衬里的或者设置在与膛开口12同轴布置的介电线圈架上的或以其他方式的导电网格来便于实现这一灵活的布置。

虽然图7示出了单个环形导体120，可预期包括两个或更多个这种环形导体以便与较大的体积耦合。在一个备选实施例中，可预期包括沿着膛间隔开的多个环形导体，例如以10厘米的轴向间隔。在这一实施例中，扫描器操作者可以选择性地使用最佳地定位为与膛中给定位置处的给定对象相耦合的一个、两个或更多个所选择的环形环来用于磁共振成像或波谱术获取。在另一实施例中，两个环形导体120以及与在图5和图6中示出的凸缘34、52类似的辐射抑制凸缘可以被集成在梯度系统14的端部附近或成像区域的端部附近。圆柱屏蔽130被放置或集成在梯度系统14的内径处或其附近。这种布置高效利用了可能会被常规磁共振系统中的常规整体射频线圈所占据的膛空间，从而增加了病人的接入空间并且减少了焦虑或幽闭恐怖的倾向。

尽管射频线圈组件18、18’、18”均包括可以正弦模式独立操作的两个环形导体20、22，在一些实施例中，可以仅包括一个环形导体(第一环形导体20或第二环形导体22)。作为替代，可以包括三个或更多个环形导体以便放大激发或接收的体积，激发或检测多核实验的附加磁共振频率等。此外，环形导体可以被定位在沿着射频线圈组件的基本上任何地方，并且不限于在射频线圈组件18、18’、18”的端部处所图示的位置。

已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读并理解先前的详细描述后，其他人员可以想到各种修改和改变。本发明意在被解释为包括所有这种修改和改变，只要它们落在所附权利要求或其等价物的范围之内。

Claims (34)

1、一种射频线圈组件，包括：

环形导体(20，22，120)，其被配置为支持在磁共振频率下的正弦电流分布；和

射频屏蔽(30，32，34，52，60，61，130)，其在至少一个方向上屏蔽所述环形导体，所述射频屏蔽包括以下两者中的至少一个：(i)围绕所述环形导体的周界的圆柱形屏蔽部分(30，60，61，130)和(ii)布置为大体上与所述环形导体平行的平面屏蔽部分(32，34，52)。

2、一种磁共振系统，包括：

磁体(10)，其产生通过检查区域的静态磁场(B₀)；

磁场梯度系统(14)，其被配置为在所述静态磁场上叠加所选择的磁场梯度；和

如权利要求1所述的射频线圈组件。

3、如权利要求1所述的射频线圈，其中，所述环形导体(20，22，120)具有定向为基本上横切静态磁场(B₀)的圆形几何结构。

4、如权利要求1所述的射频线圈组件，还包括：

正交射频耦合(40)，其与所述环形导体(20)电连接以便产生或检测在所述磁共振频率下由所述环形导体支持的正弦电流分布。

5、如权利要求1所述的射频线圈组件，其中，所述环形导体(20，22，120)不与任何横向的横档或杆导体电连接。

6、如权利要求1所述的射频线圈组件，其中，所述环形导体(20，22，120)是连续的导电回路。

7、如权利要求1所述的射频线圈组件，其中，所述环形导体(20，22，120)被分段以便限定出电容调谐间隙。

8、如权利要求1所述的射频线圈组件，其中，所述环形导体(20，22，120)利用电抗调谐间隙来分段。

9、如权利要求1所述的射频线圈组件，其中，所述环形导体包括两个环形导体(20，22)，其都支持在相同频率下的正弦电流分布。

10、如权利要求9所述的射频线圈组件，其中，所述两个环形导体(20，22)利用每个环形导体的线性或正交线圈激励或耦合来支持正交发射和正交接收中的至少一个。

11、如权利要求1所述的射频线圈组件，其中，所述环形导体包括两个或更多个环形导体(20，22)。

12、如权利要求1所述的射频线圈组件，其中，所述射频屏蔽(30，32，34，52，60，61，130)包括围绕所述环形导体(20，22，120)的所述周界的圆柱形屏蔽部分(30，60，61，130)。

13、如权利要求12所述的射频线圈组件，其中，所述射频屏蔽(30，32，34，52，60，61，130)还包括平面环形凸缘屏蔽部分(34，52)，其与所述圆柱形屏蔽部分(30，60，61)的端部电连接并向内延伸，并且被布置为与所述环形导体(20，22)平行。

14、如权利要求12所述的射频线圈组件，其中，所述射频屏蔽还包括平面盘部分(32)，其与所述圆柱形屏蔽部分(30，60，61)的端部电连接并闭合该端部，并且被布置为与所述环形导体(20，22)平行。

15、如权利要求12所述的射频线圈组件，还包括：

多个杆导体(24)，其被布置为大体上横切所述环形导体(20，22)的平面，所述杆导体具有与所述圆柱形屏蔽部分(30)电连接的端部以限定出TEM线圈，所述杆导体不与所述环形导体电连接。

16、如权利要求15所述的射频线圈组件，其中，所述环形导体包括两个平行的环形导体(20，22)，其被配置为支持在各自的第一和第二磁共振频率下的正弦电流分布，所述圆柱形屏蔽部分(30)围绕所述TEM线圈的所述杆导体(24)和这两个环形导体的周界。

17、如权利要求16所述的射频线圈组件，其中，所述两个平行的环形导体(20，22)被设置在所述多个杆导体(24)的相对的端。

18、如权利要求16所述的射频线圈组件，其中，所述第一和第二磁共振频率是相同的。

19、如权利要求18所述的射频线圈组件，其中，所述TEM线圈被配置为在与所述第一和第二磁共振频率不同的第三磁共振频率下谐振。

20、如权利要求18所述的射频线圈组件，其中，所述TEM线圈被配置为在均与所述第一和第二磁共振频率不同的第三和第四不同的磁共振频率下谐振。

21、如权利要求20所述的射频线圈组件，其中，每个TEM元件被配置为发射/接收元件。

22、如权利要求16所述的射频线圈组件，其中，每个TEM元件被配置为发射/接收元件。

23、如权利要求16所述的射频线圈组件，其中，所述第一和第二磁共振频率是不同的磁共振频率。

24、如权利要求23所述的射频线圈组件，其中，所述TEM线圈被配置为在与所述第一和第二磁共振频率不同的第三磁共振频率下谐振。

25、如权利要求23所述的射频线圈组件，其中，所述TEM线圈被配置为在均与所述第一和第二磁共振频率不同的第三和第四不同的磁共振频率下谐振。

26、如权利要求15所述的射频线圈组件，其中，所述环形导体(20，22)被配置为支持在第一磁共振频率下的正弦电流分布，并且所述TEM线圈被配置为在与所述第一磁共振频率不同的第二磁共振频率下谐振。

27、如权利要求1所述的射频线圈组件，其中，所述环形导体包括两个平行的且间隔开的环形导体(20，22)，其被配置为支持在各自的第一和第二磁共振频率下的正弦电流分布，并且所述射频屏蔽包括两个间隔开的屏蔽部分(34，52，60，61)，用于屏蔽所述两个平行的且间隔开的环形导体。

28、如权利要求27所述的射频线圈组件，其中，所述间隔开的屏蔽部分(34，52，60，61)中的每个均包括(i)布置为与所述环形导体(20，22)平行的接地平面(34，52)和(ii)围绕所述环形导体的周界的环形屏蔽部分(60，61)。

29、如权利要求1所述的射频线圈组件，其中，所述环形导体是大体上圆形的导体(20，22)，其具有以下之一：

在大约10厘米和大约20厘米之间的半径，并且所述磁共振频率至少为大约200MHz，

在大约10厘米和大约40厘米之间的半径，并且所述磁共振频率小于大约200MHz。

30、如权利要求1所述的射频线圈组件，其中，所述环形导体是大体上圆形的导体(20，22)，其具有以下之一：

小于10厘米的半径，并且所述磁共振频率在通过使用电感元件调谐的大约200MHz和大约500MHz之间，并且

小于12厘米的半径，并且所述磁共振频率小于通过使用电感元件调谐的大约200MHz。

31、一种磁共振扫描器，包括：

磁体(10)，其产生静态磁场(B₀)；

磁场梯度系统(14)，其被配置为在所述静态磁场上叠加所选择的磁场梯度；和

射频线圈组件，其包括环形导体(20，22，120)，用于限定出布置为大体上横切所述静态磁场(B₀)的线圈平面，所述环形导体被配置为以下至少之一：发射和检测横切所述静态磁场的B₁场。

32、如权利要求31所述的磁共振扫描器，其中，所述射频线圈组件还包括：

射频屏蔽(30，32，34，52，60，61，130)，其至少具有圆柱形屏蔽部分(30，60，61，130)；和

多个杆导体(24)，其被布置为与所述静态磁场(B₀)平行，并且具有与所述圆柱形屏蔽部分电连接的端部以限定出TEM线圈，所述杆导体不与所述环形导体(20，22)电连接。

33、如权利要求31所述的磁共振扫描器，其中，所述环形导体(20，22)限定出局部线圈和整体线圈中的一个。

34、一种磁共振方法，包括：

产生静态磁场(B₀)；

选择性地在所述静态磁场上叠加所选择的磁场梯度；并且

通过以下至少一个操作来产生或检测在磁共振频率下的B₁场：(i)使正弦电流分布沿着布置为大体上横切静态磁场(B₀)的基本上圆形的路径循环，和(ii)在布置为大体上横切所述静态磁场(B₀)的基本上圆形的路径中检测感应出的正弦电流分布。

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