CN103064045A - 用于磁性共振成像系统的射频（rf）线圈阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明用于磁性共振成像系统的射频（RF）线圈阵列。一种射频（RF）线圈阵列，其包括RF线圈支撑结构以及与RF线圈支撑结构耦合的多个RF线圈，该RF线圈支撑结构配置成使多个RF线圈能够被定位成负重叠配置并且被重新定位至重叠配置。本文还描述了医学成像系统和制造RF线圈阵列的方法。

Description

用于磁性共振成像系统的射频(RF)线圈阵列
技术领域
本文公开的主题通常涉及磁共振成像（MRI）系统，以及更具体地涉及用于MRI成像系统的射频（radio frequency，RF）线圈阵列。
背景技术
MRI成像系统使用RF线圈来获得已扫描对象的感兴趣区域的图像信息。生成的结果图像显示感兴趣区域的结构和功能。至少一个传统的MRI成像系统包括具有多个线圈元件的多通道阵列线圈。由多通道阵列线圈检测的信号通过计算机处理来生成被成像对象的MR图像。在操作期间，多个线圈元件是与其它线圈元件电感地或电容地去耦合的。在许多情况下，优选通过RF线圈元件的重叠来电感去耦合。更具体地，在重叠配置中，RF线圈的一部分与邻近的RF线圈的一部分重叠。然而，在一些情况下，优选负重叠（underlap）的线圈。在负重叠配置中，每个RF线圈与邻近的RF线圈分开。
常规地，利用其中按预定的距离重叠RF线圈的临界耦合，在重叠的配置中已经实现好的隔离。利用定位在邻近的RF线圈之间转换器，在负重叠的配置中典型地实现了好的隔离。在重叠和负重叠的配置的每个中，在RF线圈之间的间隔是固定的或预定的。因此，传统的RF线圈的整个覆盖也是固定的。然而，RF阵列典型地将尺寸定成用于具有平均尺寸的患者。因此，如果患者更大于或更小于平均患者，那么RF线圈阵列可能太大或太小而不能合适地适应患者。其结果是，在操作中RF线圈可能不提供被成像患者的充分的信息。为了适应更大和更小的患者，一些医疗机构可选择购买具有不同尺寸的RF阵列线圈来适应具有不同的尺寸的患者。然而，这种RF线圈阵列的成本可能限制了能够花费购买具有不同尺寸的RF线圈阵列所需的额外资金的医疗提供商的数量。
发明内容
在一个实施例中，提供了射频（RF）线圈阵列。RF线圈阵列包括RF线圈支撑结构和与RF线圈支撑结构耦合的多个RF线圈，RF线圈支撑结构配置成使多个RF线圈能够被定位成负重叠配置并且被重新定位成重叠配置。
在另一个实施例中，提供了磁共振成像（MRI）系统。MRI系统包括：扫描架，具有延伸穿过它的膛孔；以及配置成插入该膛孔中的射频（RF）线圈阵列。RF线圈阵列包括RF线圈支撑结构，以及多个与RF线圈支撑结构耦合的RF线圈，RF线圈支撑结构配置成使多个RF线圈能够被定位成负重叠配置并且被重新定位成重叠配置。
在进一步的实施例中，提供了制造射频（RF）线圈阵列的方法。该方法包括将多个RF线圈与支撑结构耦合，使得多个RF线圈使多个RF线圈能够被定位成负重叠配置并且被重新定位成重叠配置。
附图说明
图1为在第一操作配置中并且依照多种实施例形成的示范性射频（RF）线圈阵列的透视图；
图2为在第二操作配置中的、图1所示的RF线圈阵列的平面图；
图3为在第三操作配置中的、图1所示的RF线圈阵列的平面图；
图4为在第四操作配置中的、图1所示的RF线圈阵列的平面图；
图5为在第一操作配置中并且依照多种实施例形成的另一个示范性RF线圈阵列的平面图；
图6为在第一操作配置中并且依照多种实施例形成的又一个示范性RF线圈阵列的平面图；
图7为包括图1所示的RF线圈阵列的磁共振成像（MRI）系统的接收区段的实施例的框图；
图8为示出RF接收器线圈的实施例和接收区段的对应的前置放大器的实施例的、图7所示的接收区段的一部分的示意图；
图9为在图8中示出的示出前置放大器的实施例的示意图；
图10为对在图8和图9中示出的前置放大器的场效应晶体管（FET）的实施例的Smith Chart（史密斯圆图）的实施例的图形说明；
图11为其中可实现依照多种实施例形成的前置放大器的MRI系统的框图。
具体实施方式
前述的概要以及某些实施例的下列详细描述在结合附图来阅读时将会更好地理解。就附图示出多种实施例的功能块的图表来说，功能块不一定表示硬件电路之间的分隔。因此，例如，一个或者多个功能块（例如，处理器、控制器或存储器）可在单片硬件（例如，通用的信号处理器或随机存取存储器、硬盘等等）或多片硬件中执行。类似地，程序可以是独立程序，可以作为子程序被并入在操作系统中，可以是已安装的软件包中的功能等。应该理解的是，多种实施例不限于在附图中示出的布置和手段。
如本文所使用的，以单数叙述并且以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应该理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地说明了这样的排除。此外，对“一个实施例”的引用无意于解释为将同样包含了叙述的特征的附加实施例的存在排除在外。此外，除非与此相反地明确陈述，实施例“包含”或“具有”具有具体的性质的元件或多个元件可包括不具有那些性质的附加的此类元件。
本文描述的多种实施例提供了可用于MRI成像系统的射频（RF）线圈阵列。通过实践至少一个实施例，可展开或收缩RF线圈阵列来适应多种尺寸的患者。RF线圈阵列包括利用柔性支撑结构机械地耦合在一起的多个独立的RF线圈。柔性支撑结构在单个RF线圈之间提供了三维（3D）间隔调整来适应患者的多种尺寸以及来适应患者的具有多种解剖学形状。
图1为根据多种实施例形成的示范性RF线圈阵列10的顶透视图。RF线圈阵列10包括按行和列布置的多个单个RF线圈12以形成RF线圈12的m×n矩阵，其中n和m为任意的整数值。在示范性实施例中，RF线圈12为具有大体上正方形形状的表面线圈元件。在多种其它实施例中，RF线圈12可具有除了正方形之外的形状。例如，RF线圈12可具有矩形形状、六边形形状、圆形形状等。RF线圈12按行和列布置。例如，RF线圈阵列10可具有第一列20、第二列22、第三列24以及第n列。RF线圈阵列10也可具有第一行30、第二行32、第三行34以及第n行。应该意识到的是，虽然多种实施例将RF线圈阵列10描述为具有四列和四行，但是RF线圈阵列10可具有大于或小于四列和/或四行。此外，RF线圈阵列10可具有更多或更少数量的列或行。在示范性实施例中，RF线圈12是互相对称地布置的并且相对于x轴40互相位移。此外，RF线圈12是互相对称地布置的并且相对于y轴42互相位移。
在示范性实施例中，RF线圈12大体为正方形形状，并且由大体柔性、平坦、导电的材料（例如，镀锡的铜）组成。应该意识到的是，RF线圈阵列10可采用其它RF线圈（未示出）。例如，RF线圈阵列10可用来对患者后面部位成像，而另一阵列线圈（未示出）可设置在RF线圈阵列10之上或之下来对患者的前面部位成像。
在多种实施例中，RF线圈12可安装在柔性衬底46上。柔性衬底46可由基本上RF透明材料制造。例如，衬底46可由布制材料或使RF线圈12能够如本文所述那样重新定位的任意其它合适柔性材料制造。因此，RF线圈阵列10可形成为可在x方向、y方向和z方向变形的毯子型装置，以使操作员能够展开、收缩或使RF线圈阵列10弯曲来符合被成像的单个患者。更具体地，RF线圈12可利用例如钩和环装置、揿钮、回形针或类似的附连装置彼此附连。可选择地，RF线圈12可与柔性衬底46整体地形成。
在操作中，柔性衬底因此使RF线圈12能够在x轴方向40、y轴方向42和/或z轴方向44上移动、扭曲、平移或变形。更具体地，柔性衬底46使RF线圈12能够仅在x方向40上被移动为更靠近或更远离。柔性衬底46使RF线圈12能够仅在y方向42上被移动为更靠近或更远离。柔性衬底46还使RF线圈12能够同时在x方向40、y方向42和/或z方向44上移动为更靠近或更远离。因此，在多种实施例中，RF线圈12可被物理地互相隔开（本文也称为负重叠配置）使得每个RF线圈12形成明显的轮廓。此外，在多种其它实施例中，RF线圈12可配置成至少部分地互相重叠（本文也称为重叠配置）。此外，可布置RF线圈12使得邻近的RF线圈12互相接触但不互相重叠。若RF线圈阵列10为所期望的配置，例如重叠的、负重叠的或它们之间的，RF线圈阵列10可包括有利于将RF线圈阵列10维持成所期望的配置的机械装置。例如，柔性衬底46可包括钩和环装置、揿钮、回形针或类似的附连装置来使RF线圈阵列10的一个部分能够与RF线圈阵列10的另一个部分机械地耦合，以将RF线圈阵列10维持成所期望的配置。
图1示出在完全展开或完全负重叠配置中的RF线圈阵列10。在完全负重叠的配置中，在每个分别的列20、22、24和Coln中的RF线圈12通过间隙分开。此外，在每个分别的行30、32、34和Rown的RF线圈12也通过间隙分开。例如，RF线圈50与RF线圈52通过间隙60分开，RF线圈52与RF线圈54通过间隙62分开以及RF线圈54与RF线圈56通过间隙64分开。因此，在完全负重叠的配置中，RF线圈12各通过在y方向42上的间隙分开。
此外，在完全负重叠的配置中，RF线圈12各通过在x方向40上的间隙分开。例如，RF线圈50通过间隙80与RF线圈70分开。RF线圈70通过间隙82与RF线圈72分开以及RF线圈72通过间隙84与RF线圈74分开。
在示范性实施例中，间隙60、62、64、80、82和84以及在RF线圈12之间的其它间隙可由操作员来调整。例如，操作员可物理地操作RF线圈阵列10来增加或减少在RF线圈12之间的间隙的尺寸。更具体地，如图1所示，为将线圈阵列10配置成负重叠配置，操作员可抓住柔性衬底46的边缘并且拉动或另外操作RF线圈阵列10，直到RF线圈12被所期望的间隙分开。应该意识到的是，可操作RF线圈阵列10使得RF线圈12之间的间隙大体上相同。可选择地，操作员可操作RF线圈阵列10来使不同尺寸的间隙能够在RF线圈12之间形成。例如，可配置RF线圈阵列10，使得在列20、22、24和26以及Coln中的RF线圈之间的间隙是大体上相同的尺寸。也可操作RF线圈阵列10使得在行30、32、34以及Rown中的RF线圈之间的间隙是大体上相同的尺寸，但是不同于在列20、22、24和Coln中的间隙的尺寸。
图2示出可布置成示范性的部分负重叠配置（本文也可称为部分重叠配置）的RF线圈阵列10。在多种实施例中，调整在RF线圈12之间的间隙，使得在每个分别的列中的RF线圈12布置成负重叠的配置以及在每个分别的行中的RF线圈12布置成重叠配置。
例如，在多种实施例中，为将RF线圈阵列10配置成图2所示的部分负重叠配置，在列20、22、24和/或Coln的至少一个中的RF线圈12通过间隙分开。例如，RF线圈50通过间隙60与RF线圈52分开，RF线圈52通过间隙62与RF线圈54分开以及RF线圈54通过间隙64与RF线圈56分开。
此外，在行30、32、34和/或Rown的至少一个中的RF线圈12是部分重叠的。例如，RF线圈50至少部分地与RF线圈70重叠。RF线圈70至少部分地与RF线圈72重叠，并且RF线圈72至少部分与RF线圈74重叠。在示范性实施例中，RF线圈12可按大约百分之零与大约百分之三十八之间重叠。
在操作中，操作员可物理地操作RF线圈阵列10来增加或减少位于列20、22、24和/或Coln中的RF线圈12之间的间隙的尺寸。此外，操作员可物理地操作RF线圈阵列10以增加或减少在行30、32、34和/或Rown中的RF线圈12的重叠的量。再次要意识到的是，可操作RF线圈阵列10，使得在部分负重叠配置中的行30、32、34和/或Rown中的RF线圈12之间的间隙是大体上相同的。可选择地，操作员可操作RF线圈阵列10来使不同尺寸的间隙能够在行30、32、34和/或Rown中的RF线圈之间形成。此外，可操作RF线圈阵列10，使得在部分负重叠配置中的列20、22、24和/或Coln中的RF线圈12之间的重叠是大体上相同的。可选择地，操作员可操作RF线圈阵列10来使不同尺寸的重叠能够在列20、22、24和/或Coln中的RF线圈之间形成。
图3示出被布置成另一个示范性的部分负重叠配置的RF线圈阵列10。在多种实施例中，调整RF线圈12之间的间隙，使得在每个分别的行中的RF线圈12布置成负重叠的配置，以及在每个分别的列中的RF线圈12布置成重叠配置。
例如，在多种实施例中，RF线圈阵列10可配置成图3中示出的部分重叠配置，在行30、32、34和/或Rown的至少一个中的RF线圈12至少部分重叠。例如，RF线圈50可至少部分地与RF线圈52重叠，RF线圈52可至少部分地与RF线圈54重叠以及RF线圈54可至少部分地与RF线圈56重叠。
此外，在列20、22、24和/或Coln的至少一个中的RF线圈12通过间隙分开。例如，RF线圈50可通过间隙80与RF线圈70分开。RF线圈70可通过间隙82与RF线圈72分开，以及RF线圈72可通过间隙84与RF线圈74分开。在示范性实施例中，RF线圈12可按大约百分之零和大约百分之三十八之间重叠。
在操作中，操作员可物理地操作RF线圈阵列10来增加或减少位于如上所讨论的行30、32、34和/或Rown中的RF线圈12之间的间隙的尺寸。此外，操作员可物理地操作RF线圈阵列10来增加或减少在如上所讨论的列20、22、24和/或Coln中的RF线圈12的重叠的量。
图4示出被布置成负重叠配置的RF线圈阵列10。在多种实施例中，调整RF线圈12使得在每个分别的行和列中的RF线圈12布置成负重叠配置。
例如，在多种实施例中，为将RF线圈阵列10配置成图4中示出的负重叠配置，在行30、32、34和/或Rown的至少一个中的RF线圈12至少部分负重叠。例如，RF线圈50可与RF线圈52至少部分地重叠，RF线圈52可与RF线圈54至少部分地重叠以及RF线圈54可与RF线圈56至少部分地重叠。
此外，在列20、22、24和/或Coln的至少一个中的RF线圈12可部分地重叠。例如，RF线圈50可与RF线圈70部分地重叠。RF线圈70可与RF线圈72部分地重叠，以及RF线圈72可与RF线圈74部分地重叠。在示范性实施例中，RF线圈12可按大约百分之零和大约百分之三十八之间重叠。
在操作中，操作员可物理地操作RF线圈阵列10来增加或减少位于如上所讨论的行30、32、34和/或Rown中的RF线圈12之间的重叠的尺寸。此外，操作员可物理地操作RF线圈阵列10来增加或减少在如上所讨论的列20、22、24和/或Coln中的RF线圈12的重叠的尺寸。
图5为根据多种实施例形成的另一个示范性RF线圈阵列100的平面图。RF线圈阵列100大体上与在图1~图4中示出的RF线圈阵列10相似。RF线圈阵列100包括按行和列布置来形成RF线圈12的m×n矩阵的多个单个RF线圈12。在示范性实施例中，RF线圈12为具有大体上正方形形状的表面线圈元件。在多种其它实施例中，RF线圈12可具有除了正方形之外的形状。例如，RF线圈12可具有矩形形状、六边形形状、圆形形状等。RF线圈12按行和列布置。例如，RF线圈阵列100可具有第一列20、第二列22、第三列24以及第n列Coln。RF线圈阵列100也可具有第一行30、第二行32、第三行34和第n行。应该意识到的是，虽然多种实施例将RF线圈阵列100描述为具有四列和四行，但是RF线圈阵列100可具有多于或少于四列和/或四行。此外，RF线圈阵列100可具有比行数量更多或更少的列。在示范性实施例中，RF线圈12互相对称地布置并且相对于x轴40互相位移。此外，RF线圈12互相对称地布置并且相对于y轴42互相位移。
在多种实施例中，RF线圈12可利用多个机械装置102机械地耦合在一起。机械装置102可为由布制材料或使RF线圈12能够如本文描述的那样重新定位的任意其它合适的柔性材料制造的柔性机械装置。更具体地，机械装置可包括例如钩和环装置、揿钮、回形针或类似的附连装置。因此，RF线圈阵列100可形成为在x方向、y方向以及z方向上变形的毯子型装置，来使操作员能够展开、收缩或弯曲RF线圈阵列100以符合单个被成像患者，类似于上述RF线圈阵列10。
图6为根据多种实施例形成的另一个示范性RF线圈阵列150的平面图。RF线圈阵列150与在图1~图4中示出的RF线圈阵列10和在图5中示出的RF线圈阵列100大体上相似。RF线圈阵列150包括按行和列布置以形成RF线圈12的n×n矩阵的多个单个RF线圈12。在示范性实施例中，RF线圈12是具有大体上正方形形状的表面线圈元件。在多种其它实施例中，RF线圈12可具有除了正方形之外的形状。例如，RF线圈12可具有矩形形状、六边形形状、圆形形状等等。RF线圈12按行和列布置。例如，RF线圈阵列150可具有第一列20、第二列22、第三列24以及第n列。RF线圈阵列150也可具有第一行30、第二行32、第三行34以及第n行。应该意识到的是，虽然多种实施例将RF线圈阵列150描述为具有四列和四行，RF线圈阵列150可具有多于或少于四列和/或四行。此外，RF线圈阵列150可具有比行数量更多或更少的列。在示范性实施例中，RF线圈12互相对称地布置并且相对于x轴40互相位移。此外，RF线圈12互相对称地布置并且相对于y轴42和/或z轴44位移。RF线圈12可利用机械系统152机械地耦合在一起。
在多种实施例中机械系统152可包括布置在x方向40和y方向42的多个轨道154。在示范性实施例中，RF线圈12的每个与机械轨道154的至少一个耦合来使RF线圈能够在x方向40、y方向42以及z方向44上移动。轨道154可为由布制材料或使RF线圈12能够如本文描述的那样重新定位的任意其它合适的柔性材料制造的柔性机械装置。在示范性实施例中，RF线圈12可利用例如钩和环装置、揿钮、回形针或类似的附连装置附连至轨道154。此外，机械装置可使RF线圈12能够可移动地与轨道154耦合。例如，机械装置可配置成使操作员能够增加附加的RF线圈12至RF线圈阵列12。可选择地，机械装置可使操作员能够移除和/或替换多种RF线圈。因此，RF线圈阵列150可形成为在x方向、y方向以及z方向上变形的毯子型装置，来使操作员能够展开、收缩或弯曲RF线圈阵列150，以符合单个被成像患者，类似于上述RF线圈阵列10和100。
图7为包括在图1中示出的RF线圈阵列10的磁共振成像（MRI）系统的接收区段的实施例的框图。应该意识到的是，虽然关于RF线圈阵列10描述接收区段，但是接收区段可采用本文描述的任意RF线圈阵列。
如图7中所示，多种实施例可结合MRI系统的接收区段200来实现。接收区段200配置成利用诸如本文描述的RF线圈阵列10、100和150之类的RF线圈阵列获得MR数据。如所讨论的那样，RF线圈阵列10包括多个RF接收器线圈12（为了简单起见，在图7作为单个框元件示出）。例如，RF线圈阵列10可包括形成RF接收器线圈12的多个回路元件。RF接收器线圈12配置成检测MR信号。应该注意的是，RF接收器线圈12（例如邻近的回路元件）可被重叠以减少或最小化耦合、负重叠或部分负重叠，如本文描述的那样。利用也放大接收自RF接收器线圈12的MR信号的前置放大器210，RF接收器线圈12同样互相分离。在示范性实施例中，RF线圈阵列10是专用的只接收线圈阵列。备选地，RF线圈阵列10为可切换的阵列，诸如可切换的传送/接收（T/R）相控阵线圈。接收区段200的部分和/或全部在本文中可称为“系统”。
因此，RF线圈阵列10形成连接至MRI系统的多通道接收区段200的一部分。接收区段200包括多个通道（Rcvr 1 … Rcvr N），例如，十六个通道。然而，应该注意的是，可基于用来形成RF线圈阵列10的RF线圈12的量来提供更多或更少的通道。在示范性实施例中，RF线圈阵列10连接至具有多通道系统接口220的多通道接收区段200（例如，1.5T系统接口），其中分开的接收通道222连接至多个RF接收器线圈12的每一个（例如，十六个通道连接至4×4的线圈阵列）。
系统接口220可包括多个偏置控制线224（示出为两条线）来控制去耦电路的开关（未示出），其可例如利用存储在MRI系统中的线圈配置文件和/或基于用户输入来控制。例如，基于用户输入，可选择特定的线圈配置文件来将配置为T/R相控阵线圈的RF线圈阵列10控制在特定的成像模式下（例如，用户利用对MRI扫描仪的控制来控制操作模式）。也可提供与例如组合器（未示出）结合的RF IN控制线226来控制传送线圈阵列。
图8为示出RF接收器线圈12的一个的实施例和对应前置放大器210的实施例的接收区段200的一部分的示意图。在示范性实施例中，前置放大器210具有相对低的输入阻抗。例如，在某些实施例中，前置放大器210的“相对低的”输入阻抗在共振频率处小于大约5欧姆。前置放大器210的输入阻抗由在图9中示出的电感器230限定。再次参照图8，前置放大器210的输入阻抗由ZIN表示。在一些实施例中，前置放大器210在共振频率处具有大约1欧姆与大约3欧姆之间的输入阻抗。此外，在一些实施例中，前置放大器210在共振频率处具有大约2欧姆的输入阻抗。应该注意的是，为了说明，所有的电容器被认为是无损耗的并且电感器用串联电阻表示。前置放大器210的输入阻抗在本文可称为“前置放大器输入阻抗”。
RF接收器线圈12包括由电阻器250、电感器252以及电容器254构成的RLC共振电路。RF接收器线圈12还与阻抗转换器256串联连接。更具体地，阻抗转换器256电连接在RF接收器线圈12和前置放大器210之间。阻抗转换器256在RF接收器线圈12和前置放大器210之间形成阻抗匹配网络。阻抗转换器256配置成将RF接收器线圈12的线圈阻抗转换成前置放大器210的源阻抗。前置放大器210的源阻抗在图8由ZOUT表示。RF接收器线圈12的线圈阻抗可具有任意值，该值可取决于线圈负载、线圈尺寸、场强度和/或类似物。RF接收器线圈12的线圈阻抗的示例包括（但不限于）在1.5T场强度下的大约2欧姆和大约10欧姆之间，等等。
在一个示范性实施例中，阻抗转换器256包括点阵型平衡-不平衡转换器（lattice-type balun）。更具体地，阻抗转换器256包括两个电感器260和262以及两个电容器264和266。电感器260与电容器264串联连接，而电感器262与电容器266串联连接。电感器260和电容器264与电感器262和电容器266并联连接。在示范性实施例中，点阵型平衡-不平衡转换器式阻抗转换器256的布置产生+/-90°的相移。电感器260和262的每个在本文可称为“第一”和/或“第二”电感器。电容器264和266在本文可称为“第一”和/或“第二”电容器。
阻抗转换器256配置成将RF接收器线圈12的线圈阻抗转换成相对高的源阻抗ZOUT。例如，在一些实施例中，“相对高的”源阻抗ZOUT至少为大约100欧姆。因此，在示范性实施例中，阻抗转换器256配置成将RF接收器线圈12的线圈阻抗转换成至少大约100欧姆的源阻抗ZOUT。在一些实施例中，阻抗转换器256配置成将RF接收器线圈12的线圈阻抗转换成至少大约300欧姆、至少大约400欧姆或至少大约500欧姆的源阻抗ZOUT。电感器260和262的示范性值包括但不限于大约123.5nH。电容器264和266的示范性值包括但不限于大约51pF。
阻抗转换器256还将阻塞（blocking）阻抗提供至RF接收器线圈12。将RF接收器线圈12的线圈阻抗转换至相对高的源阻抗ZOUT可使阻抗转换器256能够将更高的阻塞阻抗提供至RF接收器线圈12。因为前置放大器210的相对高的源阻抗ZOUT大于例如大约50欧姆的常规值，所以阻抗转换器256的电感器260和262以及电容器264和266的电抗X增加。例如，电容器264和266的每个的电抗XC和电感器260和262的每个的电抗XL能够由等式：                                               
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来限定；其中，R1为线圈阻抗而R2为源阻抗ZOUT。因为前置放大器210的输入阻抗ZIN相对低，所以阻抗转换器256形成并联共振电路，该并联共振电路导致在RF接收器线圈12的输出270处的更高阻抗。当电抗XC和XL增加时，阻塞阻抗增加，因为阻塞阻抗与XC和XL的值成正比例。更高的阻塞阻抗抑制了沿着RF接收器线圈12的RF电流的增加量，这可能最后导致更高的SNR比，因为在RF接收器线圈12之间有更少的相互作用和/或更小相关噪声。这样的更高的阻塞阻抗的示范性值包括例如至少500欧姆和至少1000欧姆的阻塞阻抗。
阻抗转换器256不限于用于将RF接收器线圈12的线圈阻抗转换成相对高的源阻抗的点阵型平衡-不平衡转换器结构。相反，可使用它们之间的连接的任意部件和布置来将RF接收器线圈12的线圈阻抗转换成相对高的源阻抗，诸如（但不限于）其它类型的等效相移平衡-不平衡转换器，和/或类似物。
图9为示出图7所示的前置放大器210的实施例的示意图。前置放大器210配置成当提供相对低的输入阻抗ZIN时适应于相对高的源阻抗ZOUT。前置放大器210的输入阻抗ZIN由前置放大器210的电感器230限定。前置放大器210包括放大器280，该放大器280接收来自对应的RF接收器线圈12的MR信号并且放大接收的MR信号。输入电路282电连接至放大器280。输入电路282经由阻抗转换器256（在图8中示出）电连接至对应的RF接收器线圈12的输出270（在图8中示出）。输入电路282配置成将来自相应的RF接收器线圈12的MR信号传送至放大器280。
输入电路282包括阻抗转换器284，该阻抗转换器284包括电容器286和电感器230。输入电路282还包括电连接在阻抗转换器284和放大器280之间的场效应晶体管（FET）288，例如如在图8中所示。阻抗转换器284电连接在放大器280和对应的RF接收器线圈12之间。
在示范性实施例中，FET 288具有在史密斯圆图（Smith Chart）中居中的相对大的噪声圆（noise circle），供FET 288产生相对低的噪声系数。换句话说，FET 288能够在源阻抗ZOUT的相对宽的范围之上提供相对低的噪声系数。例如，在一些实施例中，FET 288的噪声圆的“相对大的”大小至少为大约0.3分贝。在一些实施例中，FET 288的噪声圆具有至少大约0.6分贝的大小。FET 288的噪声圆的大小取决于FET 288的噪声电阻RN。FET 288可具有提供具有至少0.3分贝的大小的噪声圆的任意值的噪声电阻RN，诸如但不限于小于大约0.03欧姆、等于或小于大约0.02欧姆，和/或类似的。在史密斯圆图之内的FET 288的噪声圆的位置取决于FET 288的最佳反射系数。例如，FET 288的噪声圆在FET 288的最佳反射系数小于大约100欧姆时可位于更接近史密斯圆图的中心（即，接近于是同心的）。在一些实施例中，FET 288的噪声圆在史密斯圆图内居中（即，与史密斯圆图同心）。在一些实施例中，例如，FET 288具有小于大约100欧姆的最佳反射系数。在一些实施例中，例如，FET 288具有在大约40欧姆和大约60欧姆之间（例如大约50欧姆）的最佳反射系数。
图10为FET 288的史密斯圆图的实施例的图形说明（在图9中示出）。在图10的示范性实施例中，FET 288具有大约0.02欧姆的噪声电阻RN和大约50欧姆的最佳反射系数。如在图10中示出的FET 288的噪声圆290具有大约0.6分贝的大小。如能够在图10中所看到的那样，FET 288的噪声圆290的中心292相对靠近史密斯圆图的中心294。“相对靠近”意味着史密斯圆图的中心294位于噪声圆290的圆周296之内。在一些备选的实施例中，史密斯圆图的中心294是与噪声圆290的中心292对齐的，使得史密斯圆图和噪声圆290是同心的。
再次参照图9，阻抗转换器284配置成将由阻抗转换器256提供的相对高的源阻抗ZOUT转换成在FET 288的噪声圆（例如，噪声圆290（如图10所示））之内的阻抗。换句话说，阻抗转换器284配置成将至少大约100欧姆的源阻抗ZOUT转换成在FET 288的噪声圆之内的阻抗。例如，在一些实施例中，阻抗转换器284配置成将至少大约300欧姆、至少大约400欧姆或至少大约500欧姆的源阻抗ZOUT转换成在FET 288的噪声圆之内的阻抗。当将相对高的源阻抗ZOUT转换成噪声圆之内的阻抗时，FET 288的相对大的噪声圆使转换器284的阻抗能够形成LC串联共振。阻抗转换器284转换相对高的源阻抗ZOUT而成的噪声圆内的阻抗被选择作为最佳的噪声匹配，即，以产生减少的或最小的噪声系数，其可增加RF接收器线圈12的SNR。
阻抗转换器284还配置成将FET 288的阻抗转换成前置放大器210的相对低的输入阻抗ZIN。换句话说，阻抗转换器284配置成将FET 288的阻抗转换成小于大约5欧姆的输入阻抗ZIN。例如，在一些实施例中，阻抗转换器284配置成将FET 288的阻抗转换成在大约1欧姆和大约3欧姆之间（例如大约2欧姆）的输入阻抗ZIN。阻抗FET 288可具有任意值，诸如但不限于至少大约1000欧姆、至少大约500000欧姆、至少大约1000000欧姆等等。电感器230的示范性值包括但不限于大约4.4pF。电容器286的示范性值包括但不限于大约515nH。FET 288的阻抗在本文可称为“FET阻抗”。
在本文描述的多种实施例中，RF线圈阵列利用高去耦阻抗前置放大器来操作可扩展的和灵活的多用途RF线圈阵列。在多种实施例中，RF线圈阵列包括多个线圈元件并且被制造成使得各个线圈元件是独立的并且与邻近的线圈元件轻轻地机械地拴系。这个独立的轻微地拴系的机构提供三维空间调节以适应多种患者尺寸差异以及适应患者解剖学形状变化。更具体地，在多种实施例中，RF线圈阵列允许在右/左方向以及AP方向等等上扩展。此外，将RF线圈阵列与本文描述的前置放大器耦合提供了线圈元件之间的充分隔离，不论线圈元件的相对空间关系如何。可扩展的阵列配置成以多个操作模式来操作，诸如例如基本模式和延伸模式。在基本模式中，线圈元件是重叠的，使得RF线圈阵列对平均解剖学覆盖应用创建了最优化的SNR。在延伸模式中，机械地调整在线圈元件之间的相对距离来延伸覆盖或覆盖不同的解剖学形状。
本文描述和/或示出的多种实施例例如可利用如图11所示的MRI系统300来实现。应当意识到的是，虽然成像系统300示出为单模态成像系统，但多种实施例可在多模态成像系统中实现或利用多模态成像系统实现。成像系统300示出为MRI成像系统并且可与不同类型的医学成像系统组合，诸如计算机层析成像（CT）、正电子发射层析成像（PET）、单光子发射计算机层析成像（SPECT）以及超声系统，或能够产生图像尤其是人的图像的任意其它系统。此外，多种实施例不限于用于对人类对象成像的医学成像系统，而可包括用于对非人类对象、行李等成像的兽医系统或非医学系统。
参照图11，MRI系统300通常包括成像部分332和处理部分336，该处理部分336可包括处理器或其它计算或控制器装置。MRI系统300在扫描架340之内包括超导磁体362，其由支撑在磁体线圈支撑结构上的磁线圈形成。然而，在其它实施例中，可使用不同类型的磁体，诸如永磁体或电磁体。容器364（也称为低温恒温器）围绕超导磁体362并且填充有液氦来冷却超导磁体362的线圈。热绝缘366设置成围绕容器364的外表面和超导磁体362的内表面。多个磁梯度线圈368设置在超导磁体362之内，并且RF传送线圈370设置在多个磁梯度线圈368之内。在一些实施例中，RF传送线圈370可用传送和接收线圈代替，如在本文更详细描述的那样。在扫描架340之内的部件大体形成成像部分332。应该注意的是，虽然超导磁体362为圆柱形形状，但是能够使用其它形状的磁体。
处理部分336通常包括控制器356、主磁场控制378、梯度场控制382、存储器384、显示装置386、传送-接收（T-R）开关388、RF传送器390和接收器392。
在操作中，诸如待成像的患者或人体模型之类的对象体置于合适的支撑（例如患者台）上的膛孔342中。超导磁体362产生遍及膛孔342的均匀且静态的主磁场Bo。在膛孔342中和相应地在患者中的电磁场的强度，被控制器376经由主磁场控制378控制，控制器376还控制对超导磁体362的激励电流的供应。
提供包括一个或者多个梯度线圈元件的磁梯度线圈368，使得磁梯度能够在三个正交方向x、y和z的任一个或多个上施加在超导磁体362之内的膛孔342中的磁场Bo上。磁梯度线圈368被梯度场控制382激励并且还被控制器376控制。
如果也设置了接收线圈元件（诸如配置为RF接收器线圈的表面线圈），布置可包括多个线圈的RF传送线圈370来传送磁脉冲和/或可选择地同时检测来自患者的MR信号。RF接收器线圈（如在图1~图6中示出的RF接收器线圈12，例如）可为任意类型或配置（例如分开的接收器表面线圈），并且包括如在本文更详细描述和示出的阻抗转换器256和前置放大器280。此外系统接口220（在图1中示出）可形成例如控制器376、T-R开关388或接收器392的一部分，系统接口220与线圈阵列一起可形成接收区段300。
RF传送线圈370可为体线圈，诸如鸟笼型线圈。接收表面线圈12可为设置在RF传送线圈370中的RF线圈的阵列。RF传送线圈370从如本文描述的接收表面线圈（一个或多个）解调或去耦。因此，RF传送线圈370可与接收表面线圈结合配置为体部分特定线圈（例如，躯干线圈）。
RF传送线圈370和接收器表面线圈可选择地通过T-R开关388分别互连至RF传送器390或接收器392的一个。RF传送器390和T-R开关388由控制器376控制，使得RF场脉冲或信号通过RF传送器390生成并且选择性地施加至患者以用于激励在患者体内的磁共振。当RF激励脉冲被施加至患者时，也促动T-R开关388将接收表面线圈从接收器392断开。
在RF脉冲的施加之后，再次促动T-R开关388将RF传送线圈370从RF传送器390断开，并将接收器表面线圈连接至接收器392。操作接收器表面线圈来检测或感测因患者内的激发核而产生的MR信号，并且传送MR信号至接收器392，该MR信号可被传送至如在本文更详细描述的那样的多个通道。这些检测的MR信号又传送至控制器376。控制器376包括处理器（例如，图像重构处理器），该处理器例如控制MR信号的处理来产生表示患者图像的信号。
经处理的表示图像的信号还传送至显示装置386来提供图像的视觉显示。特别地，MR信号填满或形成经傅里叶变化的k空间来获取可见的图像。然后经处理的表示图像的信号传送至显示装置386。
当提供相对低的输入阻抗时，前置放大器的多种实施例适应相对高的源阻抗。多种实施例可提供比使用大约50欧姆的常规源阻抗的MRI系统更高的阻塞阻抗。接收器线圈的多种实施例RF可具有更高的SNR。因为去耦阻抗能够在共振回路中直接地转化成感应的RF电流的减少，前置放大器去耦效率的提高可导致在阵列之内的RF接收器线圈之间的RF串扰的减少。在RF接收器线圈之间的串扰的减少可减少在RF接收器线圈之间的彼此的相互作用，并且还可导致高效的方式来进一步改善基本RF线圈设计，包括更加简炼的线圈几何形状，得到在MRI中的改善的并行成像性能和/或更固有的SNR。例如，可不需要遵循10%至15%的规则。由多种实施例提供的更高的前置放大器阻塞可在不损害RF接收器线圈阵列的性能的情况下，使RF接收器线圈设计能够简化和/或可导致在RF接收器线圈之间的隔离电路的减少或消除，这可造成在制造期间的隔离调整的减少或消除。多种实施例可减少制造RF接收器线圈、前置放大器、MRI接收区段和/或MRI系统整体的成本。
应该注意的是，多种实施例可以硬件、软件或其组合来实现。多种实施例和/或部件，例如，模块或其中的部件和控制器，也可作为一个或者多个计算机或处理器的一部分实现。计算机或处理器可包括计算装置、输入装置、显示单元和例如用于访问因特网的接口。计算机或处理器可包括微处理器。微处理器可连接至通信总线。计算机或处理器也可包括存储器。存储器可包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。计算机或处理器还可包括存储装置，其可以为硬盘驱动器或诸如软盘驱动器、光盘驱动器等的可移动存储驱动器。存储装置也可为用于加载计算机程序或其它指令至计算机或处理器的其它类似装置。
如本文使用的，术语“计算机”或“模块”可包括任意基于处理器或基于微处理器的系统，该系统包括利用微控制器、精简指令集计算机（RISC）、ASIC、逻辑电路以及能够执行本文描述的功能的任意其它电路或处理器的系统。以上示例仅仅是示范性的，并且因此不意于以任何方式限制术语“计算机”的定义和/或含义。
为了处理输入数据，计算机或处理器执行存储在一个或者多个存储元件中的指令集。存储元件也可存储所期望的或需要的数据或其它信息。存储元件也可以是处理机之内的物理存储器元件或信息源的形式。
指令集可包括多种指令，该命令指示计算机或处理器作为处理机来进行特定操作，诸如本发明的多种实施例的方法和过程。指令集可以是软件程序的形式。软件可以是诸如系统软件或应用软件的多种形式并且其可体现为有形和非临时性的计算机可读取介质。另外，软件可以为分开的程序或模块的集合、较大的程序中的程序模块或程序模块的一部分的形式。软件也可包括面向对象编程的形式的模块化编程。通过处理机进行的对输入数据的处理可响应于操作员命令，或响应前一处理的结果或响应由另一个处理机做出的请求。
如本文所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中的、供计算机执行的任意计算机程序，包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器以及非易失性RAM（NVRAM）存储器。以上存储器类型仅仅是示范性的，并且因此不限制于可用于计算机程序存储的存储器类型。
要理解的是，以上描述意于是说明性而不是限制性的。例如，上述实施例（和/或其方面）可相互结合使用。另外，可进行许多修改以将具体情况或材料适于本发明的多种实施例的教导，而不背离它们的范围。虽然本文描述的尺寸和材料的类型目的是限定多种实施例的参数，但它们决不是限制性的而只是示例性的。本领域技术人员在看了以上描述后，许多其它实施例对他们将是显而易见的。因此，本发明的多种实施例的范围应当参照所附权利要求以及涵盖这类权利要求的等效体的完整范围来确定。在所附权利要求中，术语“包含”和“在其中”用作相应术语“包括”和“其中”的易懂英语对等词。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等只用作标记，而不是意在对它们的对象施加数字要求。此外，所附权利要求的限制并不是按照部件加功能格式编写的，并且不是意于根据美国专利法第112条第六款来解释，除非并直到这类要求权益的限制明确使用词语“用于…的部件”并跟随没有进一步结构的功能陈述。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明的多种实施例，以及还使本领域任何技术人员能实践多种实施例，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。多种实施例的可取得专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言没有不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。

Claims (20)

1. 一种射频（RF）线圈阵列，包括：
RF线圈支撑结构；以及
与所述RF线圈支撑结构耦合的多个RF线圈，所述RF线圈支撑结构配置成使所述多个RF线圈能够被定位成负重叠配置并且被重新定位成重叠配置。
2. 如权利要求1所述的RF线圈阵列，其中，所述RF线圈在所述RF线圈支撑结构上按行和列布置，所述RF线圈支撑结构配置成使RF线圈的所述列能够被定位成负重叠配置而RF线圈的所述行被定位成重叠配置。
3. 如权利要求1所述的RF线圈阵列，其中，所述RF线圈在所述RF线圈支撑结构上按行和列布置，所述RF线圈支撑结构配置成使RF线圈的所述列能够被定位成重叠配置而RF线圈的所述行被定位成负重叠配置。
4. 如权利要求1所述的RF线圈阵列，其中，在所述重叠或负重叠配置中所述RF线圈的一部分被大体上等距离分开。
5. 如权利要求1所述的RF线圈阵列，其中，所述RF线圈阵列是柔性的。
6. 如权利要求1所述的RF线圈阵列，其中，所述RF线圈与柔性衬底耦合。
7. 如权利要求1所述的RF线圈阵列，还包括机械系统，所述RF线圈与所述机械系统耦合，所述机械系统配置成在x方向、y方向以及z方向上移动所述RF线圈。
8. 如权利要求1所述的RF线圈阵列，还包括与所述RF线圈耦合的前置放大器，所述前置放大器包括：
放大器，配置成接收来自所述RF线圈的至少一个磁共振（MR）信号并且配置成生成放大的MR信号；以及
电连接至所述放大器的输入电路，所述输入电路配置成电连接至所述RF线圈的输出，所述RF线圈的输出用于将来自所述RF线圈的所述至少一个MR信号传送至所述放大器，所述输入电路包括阻抗转换器和场效应晶体管（FET），所述FET电连接在所述阻抗转换器和所述放大器之间，所述FET具有FET阻抗，所述阻抗转换器配置成转换至少大约100欧姆的源阻抗，所述阻抗转换器还配置成将所述FET阻抗转换成小于大约5欧姆的前置放大器输入阻抗。
9. 如权利要求8所述的RF线圈阵列，其中，所述阻抗转换器配置成将所述源阻抗转换成在所述FET的0.3dB噪声圆之内的阻抗。
10. 一种磁共振成像（MRI）系统，包括：
扫描架，具有延伸穿过它的膛孔；以及
配置成被插入所述膛孔中的射频（RF）线圈阵列，所述RF线圈阵列包括：
RF线圈支撑结构；以及
与所述RF线圈支撑结构耦合的多个RF线圈，所述RF线圈支撑结构配置成使所述多个RF线圈能够被定位成负重叠配置并且被重新定位成重叠配置。
11. 如权利要求10所述的MRI系统，其中，所述RF线圈在所述RF线圈支撑结构上按行和列布置，所述RF线圈支撑结构配置成使RF线圈的所述列能够被定位成负重叠配置而RF线圈的所述行被定位成重叠配置。
12. 如权利要求10所述的MRI系统，其中，所述RF线圈在所述RF线圈支撑结构上按行和列布置，所述RF线圈支撑结构配置成使所述RF线圈的列能够被定位成重叠配置而所述RF线圈的行被定位成负重叠配置。
13. 如权利要求10所述的MRI系统，其中，在所述重叠或负重叠配置中所述RF线圈的一部分被大体上等距离分开。
14. 如权利要求10所述的MRI系统，其中，所述RF线圈阵列是柔性的。
15. 如权利要求10所述的MRI系统，其中，所述RF线圈与柔性衬底耦合。
16. 如权利要求10所述的MRI系统，其中，所述RF线圈阵列还包括机械系统，所述RF线圈与所述机械系统耦合，所述机械系统配置成在x方向、y方向以及z方向上移动所述RF线圈。
17. 如权利要求10所述的MRI系统，还包括与所述RF线圈耦合的前置放大器，所述前置放大器包括：
放大器，配置成接收来自所述RF线圈的至少一个磁共振（MR）信号并且配置成生成放大的MR信号；以及
电连接至所述放大器的输入电路，所述输入电路配置成电连接至所述RF线圈的输出，所述RF线圈的输出用于将来自所述RF线圈的所述至少一个MR信号传送至所述放大器，所述输入电路包括阻抗转换器和场效应晶体管（FET），所述FET电连接在所述阻抗转换器和所述放大器之间，所述FET具有FET阻抗，所述阻抗转换器配置成转换至少大约100欧姆的源阻抗，所述阻抗转换器还配置成将所述FET阻抗转换成小于大约5欧姆的前置放大器输入阻抗。
18. 如权利要求17所述的MRI系统，其中，所述阻抗转换器配置成将所述源阻抗转换成在所述FET的噪声圆之内的阻抗。
19. 一种制造射频（RF）线圈阵列的方法，所述方法包括将多个RF线圈与支撑结构可滑动地耦合，从而所述多个RF线圈使所述多个RF线圈能够被定位成负重叠配置并且被重新定位成重叠配置。
20. 如权利要求19所述的方法，其中，所述RF线圈在所述RF线圈支撑结构上按行和列布置，所述RF线圈支撑结构配置成使RF线圈的所述列能够被定位成负重叠配置而RF线圈的所述行被定位成重叠配置。
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