CN101675352A

CN101675352A - 横电磁射频线圈

Info

Publication number: CN101675352A
Application number: CN200880014503A
Authority: CN
Inventors: C·洛斯勒
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-05-03
Filing date: 2008-05-05
Publication date: 2010-03-17
Also published as: US20100109667A1; WO2008135943A1

Abstract

公开了一种用于对磁共振系统中的对象进行检查的横电磁(TEM)射频(RF)线圈阵列(100)，其中，该TEM RF线圈阵列包括两个或更多个平行回路元件(101a，102a)，将其配置为向所述对象(103)独立地发射RF信号。将所述两个或更多个平行回路元件布置为在所述回路元件的一端上的一点处相交，由此形成一端闭合而另一端开放的圆柱形线圈阵列。

Description

横电磁射频线圈

技术领域

本发明涉及磁共振(MR)领域，尤其涉及在MR应用中使用的横电磁(TEM)射频(RF)线圈。

背景技术

美国专利US7,023,209B2讨论了由微带传输线形成的MRI线圈的各实施例。这种线圈的分布式元件设计提供了在相对高的品质因子和频率以及高场(4特斯拉或更高)环境下的操作。此外，微带线圈呈现出低辐射损失，并且不需要RF屏蔽，因此，这些线圈可以在具有用于高场MR研究的高操作频率的同时具有紧凑的尺寸，由此节省了MRI仪器中的空间。在一个示范实施例中，将微带线圈形成为圆顶形线圈，该线圈在人头部的顶部区域提供增加的填充因子以及较高的灵敏度和均一性。通过应用微带谐振器体积线圈技术，可以将圆顶形线圈构造为用于较高场的应用。

发明内容

在现有技术中，尽管对于接收来自人头部的顶部区域的MR信号而言圆顶形RF线圈具有良好的灵敏度和均一性，但是主磁场和RF线圈之间的电磁(EM)耦合使得获得对局部特异吸收率(SAR)和B₁灵敏度图的良好估计十分困难，这在将这种线圈用于以较高场强度发射RF信号时尤其明显。换句话说，尤其在高场强度下，对于这种线圈来说，难以获得可预测的和可复写的EM发射场图案。因此，期望具有这样一种RF线圈或RF线圈阵列，其将圆顶形接收线圈阵列的高灵敏度和均一性与可预测和可复写EM发射场图案的优势结合起来。

相应地，提出了一种在MR系统中用于检查对象的TEM RF线圈阵列，其中，该TEM RF线圈阵列包括两个或更多个平行回路元件，将所述回路元件配置为向对象独立地发射RF信号。将所述两个或更多个平行回路元件布置为在所述回路元件的一端上的一点处相交，由此形成一端闭合而另一端开放的圆柱形线圈阵列。

通过使用其中的每个回路元件能够独立地发射RF信号的线圈阵列，借助于控制由各回路元件独立地发射的各个RF脉冲的形状、幅度和相位，可能产生可预测和可复写的EM发射场图案。该线圈阵列的“闭合”部分改善了从诸如人的头部或四肢等的末端接收信号的填充因子和均一性。此外，该“闭合”形状帮助使得辐射损失最小，从而使得该线圈阵列可以在高场和超高场下使用。

附图说明

下文中，将借助于实例，基于以下实施例，参考随附附图详细描述这些和其它方面，在附图中：

图1示出了一端闭合而另一端开放的圆柱形TEM RF线圈阵列；

图2示出了包括圆柱形RF屏蔽的圆柱形TEM RF线圈阵列；

图3示出了包括屏蔽的圆柱形TEM RF线圈阵列，其中将所述屏蔽成形为符合射频线圈阵列的形状；

图4a和图4b示出了在此公开的TEM RF线圈阵列的两个实施例的横截面视图；

图5示出了TEM RF线圈阵列实施例的横截面视图，在该TEM RF线圈阵列中，每个回路元件包括多个局部屏蔽；

图6示出了TEM RF线圈阵列的分割后形式，其中，将每个回路元件分割为多个传导带，在相邻传导回路元件之间沿回路元件的长度上该多个传导带具有重叠；

图7a和7b示出了沿TEM RF线圈阵列的回路元件的长度形成电容的不同方式；

图8a和8b说明了形成回路元件的微带线的电抗耦合元件(例如电容器)的屏蔽；

图9a和9b示意性地示出了包括用于RF屏蔽的微带线的TEM RF线圈阵列；

图10示出了对于头部和颈部成像优化的TEM RF线圈阵列的实施例；

图11示出了能够利用在此公开的TEM RF线圈阵列的MR系统。

在各附图中使用的对应参考标号表示附图中的对应元件。

具体实施方式

图1示出了TEM RF线圈的实施例，其中，TEM RF线圈100由诸如101a和102a的多个回路元件形成。每个回路元件101a，102a提供了电流前进路径，同时分别由对应的返回电线101b和102b提供电流返回路径。由电容器104、105、106和107的值确定TEM RF线圈的谐振频率。如果适当地选择了电容器的值，这些电容器还可以用于降低/防止在回路元件上的涡电流。适当的电容器值的实例在1-10nF左右。回路元件101a，102a朝向彼此弯曲并且在一点处相交，由此形成一端闭合而另一端开放的圆柱形形状。

图2示出了包括屏蔽S的TEM RF线圈200的实施例。该屏蔽在线圈的周长周围延伸，使得RF线圈与主磁场或与杂散RF场的相互作用最小化。

图3示出了TEM RF线圈300的实施例，其中，屏蔽S1的轮廓跟随线圈的形状。另外，屏蔽S2的一部分帮助使来自对象103的颈部和肩部的组织的信号最小化。

为了使得能够独立控制每个回路元件，将每个回路元件101a，102a连接到其自身的发射/接收通道(未示出)。这种将RF线圈的每个回路元件连接到其自身的发射通道的系统称为多发射系统，应当注意，在本申请中公开的所有实施例都应用于多发射RF线圈系统。

“TEM谐振器”通常是以TEM模式操作的将平面或同轴传输线元件或带线或微带元件以及在它们的设计中的谐振腔或波导合并起来的线圈电路。通常，TEM线圈具有低辐射损失并且用于以较高频率操作。可以从1988年授予Roschmann P.K.的美国专利US746866“High frequency coil system fora magnetic resonance imaging apparatus”获得关于TEM线圈的额外信息。

在以上讨论的各附图中，为了清楚起见，仅示出了两个回路元件。然而，应该理解的是，该概念可以延伸到具有更多回路元件(例如4，8，12，20等)的线圈。较大数量的回路元件将对发射场图案成形给出更好的控制。对于每个回路元件101a，102a，电流返回路径101b，102b可以由普通金属线(normal wire)或比对应的回路元件更宽的微带线制成。这还有助于电流返回路径101b，102b也充当分别用于对应回路元件101a，102a的RF屏蔽。

可以想象在交叉点由于各回路元件彼此接近他们可以感应地彼此耦合。然而，通过使回路元件在交叉点重叠可以使这种感应耦合最小化，即实现一定量的解耦。

图4a和4b示出了在此公开的TEM RF线圈阵列的横截面视图。在图4a中，形成回路元件401的各个微带长度提供了前进电流路径。每个回路元件401具有相关的局部屏蔽405，除了屏蔽相关的回路元件401与杂散RF场之外，该局部屏蔽还提供返回电流路径。在图4b中，除了局部屏蔽405之外，还提供了用于增强屏蔽杂散RF场的额外屏蔽407。还在该实施例中，局部屏蔽405提供了用于回路元件401的返回电流路径。由最内的圆圈403示出受检对象。

应当注意，作为图4a中每个回路元件401的相关局部屏蔽405的代替，可以使用与图4b的额外屏蔽407相似的、提供电流返回路径的圆柱形屏蔽。换句话说，局部屏蔽405可能连接在一起以提供用于所有各个回路元件401的共用电流返回路径。

在以非常高的频率操作期间，诸如在高场和超高场MRI应用中，尤其在梯度线圈与TEM RF线圈紧密接近的情况下，局部屏蔽单独不可能提供充足的屏蔽。在这种情况下，图4b示出的额外屏蔽407提供了所需的额外隔离。

图5示出了TEM RF线圈500的一个实施例的横截面，该TEM RF线圈500包括放置在回路元件501两侧的内部局部屏蔽505和外部局部屏蔽507。内部局部屏蔽505降低对象503以其他方式被暴露于其中的电场。或者内部局部屏蔽505或者外部局部屏蔽507可提供返回电流路径。备选地，内部局部屏蔽505和外部局部屏蔽507两者连接在一起以提供单一返回电流路径。

图6示出了TEM RF线圈的一个实施例，其中回路元件601、602分别由SG1、SG2和SG3、SG4段组成。重叠部分OV1用于使回路元件601的SG1和SG2段之间的电感耦合最小化。相似地，重叠部分OV2用于使回路元件602的SG3和SG4段解耦。电容器604、605、606和607连同额外的电容器610、611、612、613、614、615、616和617使得(相应的)各个TEM RF线圈元件SG1、SG2、SG3和SG4谐振，并降低电磁传播，由此增加自谐振并降低电场。

图7a和7b示出了电容器沿回路元件长度的分布。图7a示出了形成TEMRF线圈的回路元件701的微带线缆的长度，集总元件分立电容器703、704和705沿回路元件701的长度分布。为了单独说明的目的，将电容器示出为与微带线701分离；事实上，这些电容器沿微带元件的长度连接在一起以形成完整的回路元件701。图7b示出了TEM RF线圈的一个实施例，其中，微带回路元件711具有分布式集总元件电容器713、714、715和716，每个电容器通过使用多层技术在多个传导层之间夹电介质材料来形成。

通常，共用的单一分立陶瓷电容器包括夹在导电层之间的电介质层。该电容器必须被焊接或者连接在导体或微带之间。代替使用分立的陶瓷电容器，通过使用在微带之间利用共用的多层低损失PCB材料的局部额外电介质和导电层，形成电容器或将电容器合并入微带。可以由微带材料自身形成和集成电容器，从而使得线圈阵列的产生更加有效。

电容器沿回路元件长度的分布提供了均一的RF电流分布。另外，通过使用不同的电容值，可以控制电流分布，从而使得能够控制B₁梯度(即由TEM RF线圈阵列生成的RF场)的生成。这对于在MR系统中定位有待检查对象情况下的B₁场的静态或RF匀场尤其有利。此外，在不同的回路元件中使用不同的集总电容元件或电容器允许将不同的回路元件调谐至不同频率，由此提供能够同时以多个频率发射的多调谐TEM RF线圈阵列。

图8a和8b示出了屏蔽在此公开的TEM RF线圈阵列的回路元件中使用的分布式电容器的实例。局部平面屏蔽805、806防止由存在于接近集总元件分立电容器803、804处的高局部电场导致的杂散电场辐射入环境。可以如图8a所示在回路元件801的任一侧提供局部屏蔽或者可以如图8b所示在两侧提供局部屏蔽。通过使用多层技术在如图8b所示的两个传导层803a、803b之间夹电介质层来形成电容器。将平面铜屏蔽805a、805b集成到多层中并且形成该多层的顶层(或最外层)。屏蔽可以通过一般的金属线或微带元件接到外部地GND。

图9a和9b示意性地示出了TEM RF线圈阵列的实施例，其中，回路元件以及RF屏蔽都由微带线缆制成。通常，合并入回路元件或微带901的电容器C4、C5的电容值小于合并入屏蔽903的电容器C1、C2、C3的电容值。除了提供屏蔽功能之外，局部屏蔽903还提供了电流返回路径。

位于屏蔽903中的电容器C1、C2和C3用于防止涡电流，或使涡电流最小化，在梯度线圈操作时，由于屏蔽接近MR系统的梯度线圈，在屏蔽中可能产生涡电流。由于否则电流返回屏蔽的感应率可能过高并且可能降低波传播效应，电容器C1、C2和C3还用于降低在电流返回屏蔽上的电场。还提供了额外的外部屏蔽905，以进一步使由于局部屏蔽903和附近的梯度线圈之间的相互作用导致的涡电流形成最小化。

图10示出了在此公开的TEM RF线圈阵列的特定实施例，该TEM RF线圈阵列被调整用于对人的头部和颈部进行MR检查。线圈的回路元件1001a、1001b在对象1003的头部的顶部附近的一点处相交，并且如由部分OV所示彼此重叠，以实现在各回路元件之间的一定量解耦。另外，线圈还在头部的底部(即颈部区域的附近)弯曲，以提供在整个头部区域中均一的场分布。用于回路元件1001a的电容器1011a、1012a、1013a、1014a、1015a、1016a和1017a以及用于回路元件1001b的电容器1011b、1012b、1013b、1014b、1015b和1016b用于电容地耦合各微带线，以分别形成完整的回路元件1001a和1001b。电容器还确定在MR系统的特定场强处操作的RF线圈的谐振频率。在各回路线中的电容元件的数量不需要相等，并且可以根据需要而不同。例如，在该图中，回路元件1001a包括附加长度的微带线，需要使用额外的电容器1017a。

应当注意，与参考图9a和图9b讨论的实施例相似，微带线缆还可以用于电流返回路径1002a(用于回路元件1001a)和1002b(用于回路元件1002b)。此外，如先前参考图4b讨论的，还可以提供额外的屏蔽。

在上述实施例中，使用微带线(否则已知为安全传输线或STL)例如用于构造线圈元件。尽管仅示出了电容耦合微带线的实例，可以想象作为替代使用电感耦合微带线来构造TEM RF线圈。为了覆盖电感耦合和电容耦合微带线这两者，在本文献中已经使用了术语“电抗地耦合”，“电抗耦合”等。

这种构型(即电抗地耦合的微带线)的优势包括恒定的RF电流分布和较高的B₁灵敏度，组织中RF传播效应的降低和降低的电介质损失。在各实施例中示出的分布式电容器可以是通过使印刷电路板的适当部分重叠制成的分立芯片电容器或分布式电容器。微带的形状可以随着它的长度或它在地面之上的高度而改变，这改变了有效的磁场灵敏度并调制了RF场。在微带线中的电容器上提供的局部和额外的屏蔽降低了局部杂散EM场，并因而帮助降低组织中的SAR。代替微带线，可以想象使用其他类型的传输元件来构造在此公开的TEM RF线圈，只要这些传输元件对于在MR环境中的操作来说是安全的。

图11示出了利用如在此公开的TEM RF线圈阵列的MR系统的可能实施例。该MR系统包括：一组主线圈1101、连接到梯度驱动单元1106的多个梯度线圈1102和连接到RF线圈驱动单元1107的RF线圈1103。可以以体线圈的形式集成到磁体中或者可以是分离的线圈的RF线圈1103的功能进一步受到发射/接收(T/R)开关1113的控制。由电源单元1112为多个梯度线圈1102和RF线圈1103供能。运送系统1104，例如患者台，用于在MR成像系统中定位对象1105，例如患者。控制单元1108控制RF线圈1103和梯度线圈1102。尽管控制单元1108被示为单一单元，但是其也可以实现为多个单元。控制单元1108进一步控制重建单元1109的操作。控制单元1108还控制显示单元1110(例如监视器屏幕或者投影仪)，数据存储单元1115和用户输入接口单元1111(例如键盘、鼠标、轨迹球等)。

主线圈1101生成例如场强3T、4.7T或9.4T的稳定并均匀的静态磁场。所公开的TEM RF线圈也可以以其它场强利用，包括较低的场强，如1T、1.5T等。以这样一种方式布置主线圈1101，即它们通常围起一个隧道形的检查空间，在该空间中引入对象1105。另一个共用的配置包括具有空气间隙的相对极面，在该空气间隙中通过使用运送系统1104引入对象1105。为了使得能够进行MR成像，叠加在静态磁场上的时变磁场梯度由多个梯度线圈1102响应于由梯度驱动单元1106供应的电流生成。与电子梯度放大电路一起装配的电源单元1112向多个梯度线圈1102供应电流，由此生成梯度脉冲(也称为梯度脉冲波形)。控制单元1108控制流过梯度线圈以产生适当的梯度波形的电流的特性，显而易见的为电流的强度，持续时间和方向。RF线圈1103在对象1105中生成RF激励脉冲并接收由对象1105响应于RF激励脉冲生成的MR信号。RF线圈驱动单元1107向RF线圈1103供应电流以发射RF激励脉冲，并且RF线圈驱动单元1107放大由RF线圈1103接收的MR信号。RF线圈1103或RF线圈组的发射和接收功能经由T/R开关1113受到控制单元1108控制。T/R开关1113设置有在发射和接收模式之间对RF线圈1103进行开关的电子电路，并且T/R开关1113保护RF线圈1103和其它相关的电子电路，使得它们不会击穿或其它超载等。所发射的RF激励脉冲的特性，显而易见的为其强度和持续时间受到控制单元1108控制。

应当注意，在这个实施例中，尽管将发射和接收线圈显示为一个单元，也可能具有分别用于发射和接收的分离线圈。还可能具有用于发射或接收或用于这两者的多个RF线圈1103。RF线圈1103可能以体线圈的形式集成到磁体中，或者RF线圈1103可能是分离的线圈。它们可能具有不同的几何形状，例如鸟笼形配置或简单的多回路配置等。优选地，控制单元1108为包括处理器(例如微处理器)的计算机形式。经由T/R开关1113，控制单元1108控制RF脉冲激励的施加和包含回波、自由感应衰减等的MR信号的接收。用户输入接口设备1111(如键盘、鼠标、接触敏感型屏幕、轨迹球等)使得操作人员可以和MR系统交互。

利用RF线圈1103接收的MR信号包含实际的信息，该信息涉及被成像对象1105的感兴趣区域中的局部自旋密度。由重建单元1109重建所接收的信号，并且将所接收的信号在显示单元1110上显示为MR图像或MR谱。备选地，可能将来自重建单元1109的信号存储在存储单元1115中，同时等待进一步处理。有利地将重建单元1109构造为数字图像处理单元，将该数字图像处理单元编程为导出从RF线圈1103接收的MR信号。

应当注意，上述实施例用于说明而不是限制本发明，本领域技术人员将能够设计许多备选实施例，而不会脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，放置在括号中的任何附图标记不应构成对权利要求的限制。词语“包括”不排除存在权利要求列出的那些之外的元件或步骤。在元件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这种元件。可以借助于包括几个不同元件的硬件和借助于适当编程的计算机实现所公开的方法。在列举了几个装置的系统权利要求中，可以通过一个且相同项的计算机可读软件或硬件实现这些装置中的几个。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的事实不指示这些措施的组合不能被用于获得优势。

Claims

1、一种横电磁射频线圈阵列(100)，用于对磁共振系统中的对象进行检查，其包括：

两个或更多个平行回路元件(101a，102a)，将其配置为向所述对象(103)独立地发射射频信号，其中，将所述两个或更多个平行线圈元件布置为在所述回路元件的一端上的一点处相交，由此形成一端闭合而另一端开放的圆柱形线圈阵列。

2、如权利要求1所述的射频线圈阵列，包括定位在所述圆柱形射频线圈阵列之外并且与所述圆柱形射频线圈阵列同中心的圆柱形射频屏蔽(S)。

3、如权利要求2所述的射频线圈阵列，其中，所述射频屏蔽(S1)的轮廓符合所述射频线圈阵列的形状，由此形成一端闭合而另一端开放的圆柱形屏蔽。

4、如权利要求1所述的射频线圈阵列，其中，由微带线缆长度形成所述平行回路元件，所述微带线缆长度由分布式集总元件电抗耦合元件(703，704，705)连接在一起。

5、如权利要求1所述的射频线圈阵列，其中，将每个平行回路元件沿其长度分段，每段由电抗耦合元件电抗地耦合到与其相邻的段，由此形成所述回路元件。

6、如权利要求1所述的射频线圈阵列，其中，每个平行回路元件被单独地屏蔽。

7、如权利要求1所述的射频线圈阵列，其中，将所述两个或更多个平行回路元件配置为在闭合端处重叠(OV)，以便使所述回路元件相互地解耦。

8、如权利要求1所述的射频线圈阵列，包括在所述射频线圈阵列的开放端的圆形凸缘屏蔽(S2)，由此将所述射频线圈阵列的相互作用限制到感兴趣的解剖区域。

9、如权利要求1所述的射频线圈阵列，其中，基于所述对象的解剖结构大小沿所述线圈阵列的、与所述回路元件平行的长轴的改变，所述射频线圈的横截面直径沿所述线圈阵列的所述长轴改变。

10、如权利要求4或5所述的射频线圈，其中，每个电抗耦合元件被单独地屏蔽以使得与杂散射频场的相互作用最小化。

11、一种磁共振系统，包括用于对所述磁共振系统中的对象进行检查的横电磁射频线圈阵列(1103)，所述横电磁射频线圈阵列包括：

两个或更多个平行回路元件，将其配置为向所述对象(1105)独立地发射射频信号，其中，将所述两个或更多个平行线圈元件布置为在所述回路元件的一端上的一点处相交，由此形成一端闭合而另一端开放的圆柱形线圈阵列。