CN101990642A - 用于降低了sar的高场强mr的双层多元件rf带状线圈阵列 - Google Patents
用于降低了sar的高场强mr的双层多元件rf带状线圈阵列 Download PDFInfo
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Abstract
当执行高场强或超高场强磁共振成像时，一种改善接收SNR并降低发送SAR的双层发送-接收线圈阵列(10)。靠近射频屏蔽(12)放置发送元件(14)以降低SAR，以及较远离所述屏蔽放置接收元件(16)以改善SNR。使用二极管(20)、变压器(70、72)，或其他去耦技术能够对所述发送和接收元件去互耦。在一个实施例中，所述发送元件(14)的一部分经过所述RF屏蔽(12)的前面以进一步降低SAR，而所述发送元件(14)中的电容器(18)定位于所述屏蔽(12)的后面。附加的屏蔽(80)能够用于减轻电缆波。
Description
技术领域
本申请特别应用于患者成像系统，具体而言，涉及诸如高场强磁共振成像(MRI)装置的患者成像装置。然而，应当认识到，所描述的技术还可以应用于光谱仪系统、其他射频发送与接收方案、其他成像技术，等等。
背景技术
大型孔径内发送体线圈和分离的接收线圈阵列已经用于临床全身MR扫描仪。在高场强和超高场强中(例如，大于3T的强度)，这种设计不太适合于心脏和腹部成像。
射频(RF)辐射效应随着频率和内孔径直径而增大，这使得标准RF体线圈的应用不利于高场强和超高场强的MR全身成像。对象内的B1的均匀性不再取决于线圈的几何结构，而是受电介质共振和RF涡流效应支配。能够使用发送灵敏度编码(SENSE)或其他并行成像技术，通过独立的电流和相位分布或3D发送脉冲的应用来改变和外部调制这些不均匀的效应，但是当使用孔径集成的大型体线圈阵列时，这种方法受到高比吸收率(SAR)的限制。当集中于使用局部发送/接收(T/R)阵列的专用应用(头、心脏、腹部，等等)时，能够减小SAR问题。
对于发送SENSE应用而言，局部T/R阵列更为理想，因为更好地具备了阵列求逆的条件。不能够同时针对低SAR和高SNR对具有单个独立线圈元件的常规表面线圈阵列进行优化。本申请提供了新的并且改进的线圈阵列构建系统和方法，该系统和方法克服了上述问题和其他问题。
发明内容
根据一个方面，一种用于高场强磁共振成像(MRI)系统的双层发送和接收(T/R)线圈阵列，包括射频(RF)屏蔽、与屏蔽相距第一距离邻近屏蔽定位的发送线圈带，以及与屏蔽相距第二距离在发送线圈带后面定位的接收MR数据的接收线圈带，其中，第二距离大于第一距离。
根据另一方面，一种针对高场强磁共振成像(MRI)系统中的T/R线圈阵列中的发送和接收元件同时降低比吸收率(SAR)和提高信噪比(SNR)的方法，包括以与射频(RF)屏蔽的第一距离定位发送线圈带；以与RF屏蔽的第二距离定位接收线圈带，其中，第二距离大于第一距离；以及利用发送线圈带发送RF脉冲和利用接收线圈带接收磁共振信号。
一个优点在于，在RF信号的发送期间降低了SAR水平。
另一优点在于，在MR信号的接收期间提高了SNR。
另一优点在于，改进了用于高场强和超高场强成像的TEM发送并行成像。
另一优点在于，为体型大的患者增加了患者空间。
另一优点在于，有利于超短发送脉冲持续时间。
本领域的技术人员通过阅读和理解以下详细描述，将理解本主题发明的进一步优点。
附图说明
本发明可以具体化为不同的部件或部件布置，以及具体化为不同的步骤和步骤安排。附图仅用于图示说明不同的方面，而不应解释为是对本发明的限制。
图1图示说明了包括多个RF屏蔽段的发送和接收(T/R)线圈阵列，每个RF屏蔽段具有靠近RF屏蔽布置的发送带状线圈和较远离RF屏蔽布置的接收带状线圈；
图2图示说明了线圈阵列的实施例，其中，屏蔽、发送带和接收带通过电容器耦合，电容器确保均匀的电流通过导体带并提供共振；
图3A和3B图示说明了根据本文描述的不同方面的实施例，其中，使用PIN二极管对发送和接收带之间的RF流去耦；
图4图示说明了线圈阵列的另一实施例，该线圈阵列包括具有单个大屏蔽和独立的发送带和接收带的可弯曲的发送/接收线圈阵列；
图5图示说明了线圈阵列的平线圈封装布置，其可以在印刷电路板等上面成形；
图6是能够在双层线圈阵列中使用的几何参数的图示说明；
图7图示说明了绕患者支撑物上的患者的双层T/R线圈阵列(后面的)和可弯曲的T/R线圈阵列(前面的)；
图8图示说明了沿纵向贯穿患者(例如从头到脚趾)的z轴的磁场强度的曲线图；
图9图示说明了T/R线圈阵列的另一实施例，其中，发送和接收线圈分离地与屏蔽耦合，以造成交流回路；
图10图示说明了线圈阵列的实施例，其中，使用电感变压器对发送和接收带去互耦；
图11图示说明了线圈阵列的实施例的透视图，其中，发送和接收带具有不同的宽度；
图12示出了有利于对发送带和接收带去耦的线圈阵列的另一实施例；
图13图示说明了线圈阵列的另一实施例，其中，利用比率为2∶1的接收线圈带与发送线圈带；
图14图示说明了用于降低发送带中的局部SAR的线圈阵列的实施例；
图15图示说明了线圈阵列的实施例，其中，使用薄的多层电容器；
图16图示说明了示出局部电场强度与到RF屏蔽的距离之间关系的曲线图；
图17图示说明了包括多个用于对患者执行头部扫描的线圈阵列的成像笼形结构；
图18图示说明了图17中布置用于对患者的一部分成像的成像笼形结构的俯视图。
具体实施方式
图1图示说明了用于最优化的发送和接收(T/R)线圈阵列10，其包括多个RF屏蔽12或屏蔽段，每个RF屏蔽12或屏蔽段具有靠近RF屏蔽布置的发送线圈带14和较远离RF屏蔽布置的接收线圈带16。能够将带14、16视为电容性耦合串。优化T/R线圈阵列(例如，包括发送带14和接收带16)，从而使用具有两个分离导体的双层设计实现低SAR和高SNR。局部屏蔽12接近仅发送的导体带14并且更远离仅接收的带16，并且分别对其进行优化。针对低局部SAR优化发送带，并且发送带支持由于接近RF屏蔽引起的高RF流。针对高SNR优化接收导体带，并且其部件是低功率装置。在一个实施例中，屏蔽充当流经发送带和接收带的电流的回路。能够将该多层结构机械地安装于基质中，该基质的介电常数可以大于1，例如聚四氟乙烯(Teflon)。
对于高场强(例如，大于3T)和超高场强(例如，7T)的全身MR成像而言，双层T/R线圈阵列将电场与磁场相比较低比率的效应用于发送导体或导体带，当接近RF屏蔽时，这容许最优化以得到最低的SAR值。接收导体或导体带与RF屏蔽相距更远，并且针对高RF功率灵敏度对其进行优化，从而获得最优的SNR。对于高场强和超高场强的MR应用，双层线圈阵列能够替代大型孔径内发送体线圈，并且因此为患者提供更多的孔径内空间。与大型体线圈相比，产生了改进的截然不同的发送SENSE灵敏度模式。由此实现了覆盖整个患者身体的横向电磁(TEM)并行成像发送和接收线圈阵列。通过电磁场数值运算分离地优化SAR和SNR。
有几个与本文所描述的线圈阵列10相关的优点。例如，更小的内孔径直径的使用导致较小的RF传播和辐射效应。超短B0磁体的使用减轻了辐射问题。表面线圈发送阵列显著降低了局部SAR。此外，在高场强强度下改善了RF安全性。由于发送元件靠近RF屏蔽，降低了发送元件间的电感耦合。还减轻或消除了与仅接收线圈的电感耦合。不需要孔径集成的体线圈，从而创建了更多的患者空间。此外，对基质更好的修整改善了高场强强度下的发送并行成像(例如SENSE)环境。由于降低或消除了线圈的相互作用，以及电缆电流问题，改善了高场强和超高场强的MRI的RF安全性。此外，降低了RF辐射损耗，并且降低了与结合线圈阵列10使用的介入式导管(未示出)的耦合。
根据本文所描述的一个或多个方面，当发送线圈发送时，关闭或失谐接收线圈，而当接收线圈接收时，关闭或失谐发送线圈。根据一个实施例，接收线圈与屏蔽的距离近似为发送线圈与屏蔽的距离的两倍。例如，如果发送线圈距离屏蔽1cm，那么接收线圈定位于离屏蔽2cm。
此外，本文所描述的各种实施例能够用于高场强心脏和身体MRI系统、介入式MRI系统等，并且有利于为体型大的患者增加成像空间。此外，冷却系统(例如，空气、液体等)能够结合线圈阵列10使用以冷却线圈阵列10的部件和/或正使用该线圈阵列成像的患者。
根据实例，线圈阵列10或多个线圈阵列10定位于患者上方，并将其用于追踪通过患者体内的导管的运动。靠近导管引导端的发送线圈允许发送，而阻止远离导管引导端的发送线圈发送，以减轻导管尖端的刺激，从而改善患者的舒适度。
根据另一实例，处理器(未示出)执行储存在存储器(未示出)中的计算机可读指令，用于控制磁共振扫描仪，在该磁共振扫描仪中，利用了接收和发送带。例如，处理器能够控制一个或多个带的发送和接收间隔。在另一实施例中，处理器控制多个接收和发送带的发送和接收功能，以追踪通过患者体内的导管的运动。
图2图示说明了线圈阵列10的实施例，其中，屏蔽12、发送带14和接收带16通过电容器18a、18b、18c、18d耦合，电容器18a、18b、18c、18d确保均匀的电流通过导体带并提供共振。例如，电容器18a和18b将发送带与屏蔽耦合，而电容器18c与18d将接收带与发送带耦合。任选地，带14、16是包括多个电容器的带线。
图3A和3B图示说明了根据本文描述的不同方面的实施例，其中，使用PIN二极管对发送带和接收带之间的RF流去耦。在图3A中，屏蔽12、发送带14和接收带16通过电容器18a-18d耦合，电容器18a-18d提供共振并确保均匀的电流通过导体带。发送带14包括pin型二极管20a，而接收带16包括pin型二极管20b，这样通过pin型二极管的偏压将两导体切换为导通或不导通以选择性失谐。
在图3B中，发送带14和接收带16分离地与屏蔽12耦合。发送带在每端分别通过电容器18a和电子开关20a，以及电容器18b和电子开关20b与屏蔽耦合。类似地，接收带16通过电容器18c和18d以及电子开关20c和20d与屏蔽耦合。在一个实施例中，该电子开关是pin型二极管。以这种方式，控制接收带与发送带之间的RF流的去耦。
图4图示说明了线圈阵列10的另一实施例，其包括可弯曲的发送/接收线圈阵列，其具有单个、可弯曲的大屏蔽12a以及独立的发送带14和接收带16。作为其他实施例的备选，该单个大屏蔽由多个T/R带线圈共享。能够将该屏板设计为具有特定的或所需的厚度(例如，近似100微米到近似1毫米等)。
图5图示说明了线圈阵列10的平线圈封装布置，其可以在印刷电路板等上面成形。该阵列包括RF屏蔽12以及第二RF屏蔽30，发送带14和接收带16通过电容器18a-18d与第二RF屏蔽30耦合。尽管图5中示出的具体耦合布置与图2中的耦合布置相似，但应当认识到，本文所描述的任何耦合布置都可以与图5的双屏蔽实施例共同使用。阵列10附加地包括具有电容器34的输入线32(例如，RF供给带线等)。当屏蔽12隔绝输入线32时，第二屏蔽30阻止输入线上的电缆波。此外，发送线圈带和/或接收线圈带的电感耦合阻止电缆波(例如，在屏蔽30后面的供给带线32中)，并允许在平封装中布置线圈阵列。
图6是能够在双层线圈阵列10中所使用的几何参数的图示说明。在一个实施例中，屏蔽12与发送带14的空间距离为N，发送带14继而与接收带16的空间距离为2N。接收带偏离对象组织40(例如患者等)的距离为N。在一个实施例中，N近似为5mm，但应当认识到，其他N值可以与各种设计参数和优先值共同使用。
根据另一实施例，距离N沿屏蔽12的长度而变化，并且将由距离的变化所引起的磁场强度梯度变化用于降低均匀性。例如，能够选择性地降低输送到RF敏感组织(例如眼睛)的RF功率。
图7图示说明了绕患者支撑物56上的患者54的双层T/R线圈阵列50(后面的)和可弯曲的T/R线圈阵列52(前面的)。屏蔽12绕患者及线圈。在一个实施例中，阵列50与本文的各个实施例中描述的阵列10相似或相同。同样地，阵列52可以与图4中可弯曲的阵列相似或相同。图7所示的布置能够用于不对称的孔径等，并且有利于靠近患者放置线圈阵列。在一个实施例中，线圈阵列50集成到患者支撑物中。
图8图示说明了沿纵向贯穿患者(例如，从头部到脚趾)的z轴的B1场强度的曲线图60。与接收带线圈16相关的B1场比发送带线圈14的B1场更强，且沿患者的更大的部分延伸。B1场强度关系到线圈的灵敏度，并且因此发送带相对于接收线圈带具有更低的灵敏度。
图9图示说明了T/R线圈阵列10的另一实施例，其中，发送和接收线圈分离地与屏蔽12耦合，以造成交流回路。发送线圈14通过电容器18a和18b与屏蔽耦合，而接收线圈16通过电容器18c和18d与屏蔽耦合。以这种方式，发送线圈和接收线圈是共振的，并且以不同的距离独立地与屏蔽耦合，从而允许分离地调谐以优化发送线圈中的SAR及接收线圈中的SNR。
图10图示说明了线圈阵列10的实施例，其中，发送带和接收带使用电感变压器去互耦。线圈阵列包括发送线圈带14，其与第一变压器70的第一侧70a和第二变压器72的第一侧72a耦合。第一变压器的第一侧与电容器18a耦合，而第二变压器的第一侧与电容器18b耦合。电容器18a和18b还与屏蔽12耦合。
接收带16与第一变压器70的第二侧70b和第二变压器72的第二侧72b耦合。第一变压器的第二侧与电容器18c耦合，而第二变压器的第二侧与电容器18d耦合。电容器18c和18d还与屏蔽12耦合。此外，发送和接收带包括提供共振的多个电容器74。
应当认识到，尽管使用同名端对变压器70、72进行了图示说明，以示出流经发送带和接收带的电流，但变压器可以以其他方向进行布置，而不受图10所示的具体方向的限制。
图11图示说明了线圈阵列10的实施例的透视图，其中，发送带和接收带具有不同的宽度。在一个实施例中，发送带14比接收带16更宽，发送带与接收带经由多个电容器18与屏蔽12耦合。
在另一实施例中，发送和接收元件中之一或两者成环状定位于相对于屏蔽平行的方向上。例如，能够以与屏蔽的第一距离平行于屏蔽定位发送线圈环，并且能够以大于第一距离的第二距离平行于屏蔽定位接收线圈环。发送和接收线圈间发生的任何耦合能够通过本文描述的任何技术和/或已知的去耦技术解决。
图12示出了线圈阵列10的另一实施例，其有利于对发送带和接收带去耦。在该实施例中，发送带14以第一距离与相邻的屏蔽12空间分离，而接收带16以与屏蔽的大于第一距离的第二距离定位于发送带之间的空间中。接收带比发送带更窄，发送带接近屏蔽以降低耦合。在另一实施例中，使用已知技术解决接收带和发送带间的耦合。
图13图示说明了线圈阵列10的另一实施例，其中，所使用的接收带与发送带的比率为2∶1。多个接收带16定位于各个发送带14相对于屏蔽12的后方近似正中的位置。此外，多个接收带与发送带之间的间隔对齐。接收带比发送带多出的数量(比率)能够用于增加接收频率和/或通道。在一个实施例中，其中某些接收带被调谐为质子频率，而其他接收带被调谐用于检测穿过患者血管系统的氟示踪剂等。
图14图示说明了线圈阵列10的实施例，其用于降低发送带14中的局部SAR。发送带14的一部分放置于屏蔽12的前面，而所述带的剩余部分与电容器18放置于屏蔽的后面。此外，局部屏蔽80靠近电容器定位，以降低发送带14与接收带(未示出)之间、以及与其他系统部件之间的耦合。电容器为发送带提供共振，并且安装于屏蔽12的后面以降低SAR。
图15图示说明了线圈阵列10的实施例，其中，使用薄的多层电容器。发送带14部分定位于屏蔽12的前面，部分定位于屏蔽12的后面。电容器18在屏蔽的后部将发送带与屏蔽(例如，在与患者相反的一侧)连接。提供保护其他部件(未示出)免受电容器18引起的电感影响的第二屏蔽80。在一个实施例中，电容器由聚四氟乙烯等形成。
图16图示说明了示出局部电场强度与到RF屏蔽的距离的关系的曲线图110。随着发送带移动靠近RF屏蔽，局部电场强度降低。例如，当发送带与RF屏蔽之间的距离减少近似50％时，电场与磁场的比率(E/H)降低3至4倍。
图17图示说明了成像笼形结构120，其包括用于对患者130执行头部扫描的多个线圈阵列10。例如，能够将多个线圈阵列耦合在一起以形成笼状结构，该笼状结构适合患者的头部。每个阵列包括通过电容器18a-d与各个发送带14和接收带16耦合的屏蔽12。接收带和发送带附加地包括多个电容器30，电容器30为各个电路提供共振。应当认识到，尽管发送和接收带在与图2中的构造相似的构造中与屏蔽耦合，可以根据先前的任何附图和相关描述对该阵列进行构造。
图18图示说明了布置用于对患者的一部分成像的成像笼形结构120的俯视图。该笼包括多个大体上绕患者130的一部分定位的线圈阵列10，以确保在成像过程或扫描期间完整的数据采集。尽管将笼120描绘为绕患者的头部，应当理解，本文所描述的平的和/或可弯曲的线圈阵列可用于产生任何所需的形状和/或大小的笼，以用于为患者的任何所需部分成像，甚至包括对整个患者成像。
已经参考优选的实施例描述了本发明。通过阅读和理解前面的详细描述，其他人员可以进行修改和变更。本发明意在被解释为包括所有这种修改和变更，只要它们落入随附的权利要求或其等价物的范围之内。
Claims (15)
1.一种用于高场强磁共振成像(MRI)系统的双层发送和接收(T/R)线圈阵列(10)，包括：
射频(RF)屏蔽(12)；
发送线圈带(14)，其以与所述屏蔽的第一距离邻近所述屏蔽定位；以及
接收线圈带(16)，其以与所述屏蔽的第二距离在所述发送线圈带(14)后面定位，所述接收线圈带接收MR数据，所述第二距离大于所述第一距离。
2.如权利要求1所述的线圈阵列，其中，所述发送线圈带(14)比所述接收线圈带(16)更宽。
3.如权利要求1所述的线圈阵列，其中，所述发送线圈带(14)和所述接收线圈带(16)中的每个与所述屏蔽(12)电容耦合。
4.如权利要求3所述的线圈阵列，其中，所述发送线圈带(14)在每一端通过电容器(18a、18b)与所述屏蔽(12)耦合，并且所述接收线圈带(16)在每一端与电容器(18c、18d)耦合，所述电容器(18c、18d)还分别与所述电容器(18a、18b)耦合。
5.如权利要求1所述的线圈阵列，还包括第一变压器和第二变压器(70、72)，其对所述发送线圈带(14)和所述接收线圈带(16)去互耦。
6.如权利要求5所述的线圈阵列，其中，所述发送线圈带(14)与所述第一变压器(70)的第一侧(70a)和所述第二变压器(72)的第一侧(72a)耦合，并且其中，所述接收线圈带(16)与所述第一变压器70的第二侧(70b)和所述第二变压器(72)的第二侧(72b)耦合。
7.如权利要求1所述的线圈阵列，其中，所述发送线圈带(14)和所述接收线圈带(16)中的每个包括pin型二极管(20)。
8.如权利要求1所述的线圈阵列，其中，所述发送线圈带(14)和所述接收线圈带(16)为所述线圈阵列(10)提供双共振。
9.如权利要求1所述的线圈阵列，还包括具有电容器(34)的RF供给线(32)，其中，所述RF供给线(32)经过所述屏蔽(12)的后面并与第二屏蔽(30)耦合。
10.如权利要求1所述的线圈阵列，包括多个发送带(14)和多个接收带(16)。
11.一种磁共振扫描仪，包括如权利要求1所述的多个所述发送带(14)和多个所述接收带(16)。
12.如权利要求1所述的线圈阵列，还包括使用多个线圈阵列(10)以形成线圈组(120)。
13.如权利要求1所述的线圈阵列，其中，所述第一距离沿所述RF屏蔽(12)的长度而变化，以产生沿所述线圈阵列(10)的B1场梯度。
14.一种用于为高场强磁共振成像(MRI)系统中的T/R线圈阵列(10)中的发送和接收元件同时降低比吸收率(SAR)并提高信噪比(SNR)的方法，包括：
以与射频(RF)屏蔽(12)的第一距离定位发送线圈带(14)；
以与所述RF屏蔽(12)的第二距离定位接收线圈带(16)，所述第二距离大于所述第一距离；以及
利用所述发送线圈带(14)发送RF脉冲以及利用所述接收线圈带(16)接收共振信号。
15.如权利要求17所述的方法，还包括沿所述RF屏蔽(12)的长度变化所述第一距离，以产生沿所述线圈阵列(10)的B1场梯度。
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