CN103649767B - 具有多通道阻抗匹配网络的磁共振成像系统 - Google Patents

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Abstract

所述磁共振成像（MRI）系统包括具有多个发射通道的射频发射器。所述MRI系统包括阻抗匹配网络（320、1402、1502、1602），其用于将所述射频发射器匹配至具有多个天线元件（312、314、316、318、1404）的远程可调整的射频天线（310、1504、1602）。所述MRI系统包括处理器（336），其用于控制所述MRI系统。由所述处理器对所述指令的执行使得所述处理器：测量（100、200）所述射频天线的一组射频属性（352），使用该组射频属性和射频模型（366）来计算（102、202）匹配网络命令（354），以及通过将所述匹配网络命令发送至所述阻抗匹配网络来调整（104、204）所述阻抗匹配网络，从而能够实现自动远程阻抗匹配。

Description

具有多通道阻抗匹配网络的磁共振成像系统
技术领域
本发明涉及磁共振成像，尤其涉及具有多个射频发射通道的磁共振成像系统。
背景技术
在磁共振成像中，磁场用于对齐原子的核自旋，作为产生患者体内的图像的过程的一部分。这一磁场被称为B0场。在MRI扫描期间，由发射器或者放大器和天线生成的射频（RF）脉冲对局部磁场造成干扰，并且能够将其用于操纵核自旋相对于B0场的取向。通过接收线圈来检测由核自旋发射的RF信号，并这些RF信号用于重建MRI图像。
并行发射磁共振成像（MRI）系统可以具有多个发射和接收通道。天线可以包括多个天线元件，每个元件均被连接至发射器和/或接收器。
美国专利7,282,915公开了一种仅接收RF成像线圈。所述RF成像线圈具有被选择性地定位在每个线圈元件周围的多个分布式电容器。在组装了所有的线圈组件并且在样本空间内存在样本或对象的情况下，调整所述分布式电容器的值，从而将每个线圈元件调谐至MRI频率。
发明内容
本发明在涉及一种在独立权利要求中的磁共振成像系统、计算机程序产品和射频天线。在从属权利要求中给出实施例。
在磁共振成像中，存在一种设计用于进行RF发射和接收的天线阵列的明显的趋势。这样的阵列的功率效率取决于负载，即，取决于患者的体型以及被成像的身体区域。当前，对多元件天线进行调谐，从而使其能够作用于各种对象。然而，具体对象相对于天线元件的定位及尺寸会影响其散射矩阵S，即，相对于馈送端口的输入反射和传输系数。本发明的实施例可以通过根据负载条件主动修改或者阻抗匹配发射阵列或天线来解决这个问题和其他问题，以实现对施加的功率的有效利用。
在各个天线元件之间还具有射频耦合。施加至一个天线元件的射频功率可以耦合至另一元件。为了对此进行补偿，本发明的实施例可以对射频天线进行表征。对射频天线的这一表征构成一组射频属性，之后能够将所述一组射频属性与射频模型一起使用来计算应当如何调整阻抗匹配网络。所述射频模型可以是使用所述一组射频属性对阻抗匹配网络和射频天线进行建模的模型，或者其可以是表征所述天线及其匹配网络的当前状态的参数的集合。
在另一实施例中，指令的执行使得处理器使用磁共振成像系统来采集磁场图。例如，所述磁场图可以是使用所述磁共振成像系统采集的每个天线元件的B1场图。使用所述磁场图至少部分地测量所述射频属性。例如，由线圈元件生成的B1场的强度可以与通过线圈元件的射频电流成比例或者与之相关。因此，可以B1场可以用于确定施加至所述线圈元件的电流乃至电压。
在多通道磁共振成像系统中，可以利用具有不同幅度和相位的射频功率驱动每个天线元件。可以对所述幅度和相位加以选择，以执行（例如）B1匀场，即，改善B1+均匀性，或者降低对于全身成像而言的特定吸收比率（SAR）。该幅度和相位可以被称为驱动向量，B1匀场设置或匀场设置。适当的驱动向量可以根据对象、对象位置以及执行的磁共振成像过程的类型，尤其是被成像的区域而改变。使用阻抗匹配网络，将每个天线元件阻抗匹配至射频通道。对于每个驱动向量，会需要调整阻抗匹配网络。
文中使用的“计算机可读存储介质”涵盖可以存储通过计算装置的处理器可执行的指令的任何有形存储介质。所述计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非瞬态存储介质。所述计算机可读存储介质也可以被称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还可以能够存储能够由计算装置的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的范例包括但不限于：软盘、磁硬盘驱动器、固体硬盘、闪速存储器、USB拇指驱动器、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、光盘、磁光盘和处理器的寄存器文件。光盘的范例包括紧致磁盘（CD）和数字通用盘（DVD），例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语“计算机可读存储介质”还涉及能够由计算机装置通过网络或通信链路进行访问的各种类型的记录介质。例如，可以通过调制调解器、因特网或局域网检索数据。对计算机可读存储介质的引用应当被解释为可能是多个计算机可读存储介质。可以将一个或多个程序的各种可执行部分存储在不同的位置上。例如，所述计算机可读存储介质可以是相同计算机系统内的多个计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质也可以是在多个计算机系统或计算装置当中分布的计算机可读存储介质。
“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是对处理器来说的可直接访问的任何存储器。计算机存储器的范例包括但不限于：RAM存储器、寄存器和寄存器文件。对“计算机存储器”或“存储器”的引用应当被解释为有可能是多个存储器。例如，所述存储器可以是相同计算机系统内的多个存储器。所述存储器也可以是在多个计算机系统或计算装置当中分布的多个存储器。
“计算机外部存储器”或“外部存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机外部存储器可以是任何非易失计算机可读存储介质。计算机外部存储器的范例包括但不限于：硬盘驱动器、USB拇指驱动器、软盘驱动器、智能卡、DVD、CD-ROM和固态硬盘驱动器。在一些实施例中，计算机外部存储器也可以是计算机存储器，或反之亦然。对“计算机外部存储器”或“外部存储器”的引用应当被解释为可能是多个存储器。例如，所述外部存储器可以是相同计算机系统或计算装置内的多个存储装置。所述外部存储器也可以是在多个计算机系统或计算装置当中分布的多个外部存储器。
本文中使用的“处理器”涵盖能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。对包括“处理器”的计算装置的引用应当被解释为有可能包含多于一个处理器或处理芯。例如，所述处理器可以是多芯处理器。处理器还可以涉及处于单个计算机系统内或者分布于多个计算机系统当中的处理器的集合。术语“计算装置”还应当被解释为可能涉及计算装置的集合或网络，每个计算装置包括一个或多个处理器。很多程序具有由多个处理器执行的的指令，所述处理器可以处于相同计算装置内，甚至可以在多个计算装置之间分布。
本文中使用的“用户界面”是允许用户或操作人员与计算机或计算机系统交互的界面。“用户界面”也可以被称为“人机界面装置”。用户界面可以向操作人员提供信息或数据和/或从操作人员接收信息或数据。用户界面可以使计算机接收到来自操作人员的输入，并且可以向用户提供来自计算机的输出。换言之，所述用户界面可以允许操作人员控制或操纵计算机，并且所述界面可以允许计算机指示操作人员的控制或操纵的效果。数据或信息在显示器或图形用户界面上的显示是向操作人员提供信息的范例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触控板、指示杆、图形输入板、操纵杆、游戏键盘、网络摄影、耳机、变速杆、方向盘、踏板、有线手套、跳舞毯、遥控器和加速度计的数据接收均为能够实现从操作人员接收信息或数据的用户界面部件的范例。
本文中采用的“硬件接口”涵盖能够使计算机系统的处理器与外部计算装置和/或设备交互和/或对其进行控制的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算装置和/或设备发送控制信号或指令。硬件接口还可以使处理器与外部计算装置和/或设备交换数据。硬件接口的范例包括但不限于：通用串行总线、IEEE1394端口、并行端口、IEEE1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口和数字输入接口。
在本文中，磁共振（MR）数据被定义为在磁共振成像扫描期间由磁共振设备的天线记录的由原子自旋发射的射频信号的测量结果。在本文中，磁共振成像（MRI）图像被定义为在所述磁共振成像数据内包含的解剖学数据的经重建的二维或三维可视化。能够给使用计算机来执行这一可视化。
在一个方面，本发明提供一种用于采集磁共振数据的磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括具有用于在采集磁共振数据期间生成射频脉冲的多个发射通道的射频发射器。在采集磁共振数据的过程中，通常使用大的磁场对齐原子或分子中的磁自旋。接下来，使用磁梯度线圈来生成用于对所述自旋空间编码的梯度场。最后，使用射频天线来发射用于操纵磁自旋的取向的射频脉冲。可以使用相同或不同的天线来接收来自所述自旋的射频发射。
所述磁共振成像系统包括或者包含适于将所述射频发射器阻抗匹配至射频天线的阻抗匹配网络。所述匹配网络可以包括或包含针对每个天线端口的若干个匹配电路，以控制每个端口处的阻抗或控制所述S矩阵。
所述射频天线包括多个天线元件。所述阻抗匹配网络是远程可调整的。远程可调整意味着可以从一定距离以外控制阻抗匹配网络。这可以包括对阻抗匹配网络的电子控制，以及对阻抗匹配网络的部件的远程机械调整。例如，可以通过诸如pin二极管来控制阻抗匹配网络，这将是电子控制的范例，或者可以通过（例如）可变电容器对其进行控制，这将是对阻抗匹配网络进行机械调整的范例。
所述射频发射器、阻抗匹配网络和射频天线可以均具有相同数量的通道或元件。在其他实施例中，所述射频发射器、射频天线和阻抗匹配网络可以具有不同数量的通道或元件。例如，可以将多路复用器连接在射频发射器与阻抗匹配网络之间，和/或可以将多路复用器连接在阻抗匹配网络与射频天线之间。所述磁共振成像系统还包括用于存储机器可执行指令的存储器。
在另一实施例中，所述匹配网络可以具有至少两个端口之间的互连，从而允许在通道之间进行（在幅度和相位方面）被定义的功率的转移。
所述磁共振成像系统还包括或包含用于执行机器可执行指令的处理器。所述处理器适于控制所述磁共振成像系统。
所述指令的执行使得处理器测量所述射频天线的一组射频属性。也就是说，使用射频发射器来发射信号，并进行测量，其允许处理器测量一组射频属性。所述射频属性表征所述多元件天线。在不同的实施例中可以通过不同的方式测量所述射频属性。例如，可以在射频发射器进行发射的同时使用射频接收器同时测量发射的信号。备选地，可以使用定向耦合器来测量反射。在这种情况下，磁共振成像系统可以具有类似于网络分析器的功能。在其他实施例中，将传感器分布于射频链内，并被用于测量该组射频属性。所述MRI系统还可以使用MR方法来采集磁场信息，以作为射频属性来使用。
所述指令的执行还使得所述处理器使用该组射频属性和射频模型来计算匹配网络命令。所述射频模型描述所述阻抗匹配网络和所述射频天线。例如，所述射频模型可以是SPICE或其他模型，其允许对阻抗（矩阵）属性和射频线圈的场发生器进行精确建模。所述匹配网络命令是使阻抗匹配网络被远程调整的命令或指令，其可能是一组命令或一组指令。所述指令的执行还使得所述处理器通过向阻抗匹配网络发送匹配网络命令而对阻抗匹配网络进行调整。
由于在采集磁共振数据时对射频天线进行阻抗匹配是有利的，该实施例可以尤为有利。射频属性的测量以及使用经测量的该组射频属性和射频模型对匹配网络命令的计算能够实现对阻抗匹配网络的准确调整。在具有多个发射和/或接收通道的磁共振成像系统中，一个通道的发射和匹配影响其他通道的发射和匹配（由于剩余耦合的原因）。不管其他通道上的这些变化和发射如何，如概述的设备都能够实现精确的阻抗匹配网络。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括用于使用射频天线来采集磁共振数据的射频接收器。所述射频接收器具有一个或多个接收通道。所述多个接收通道可以具有与所述多个发射通道相同的数量，或者它们可以是不同的数量。例如，在具有不同数量的发射和接收通道的情况下可以使用多路复用器。如果使用B1映射来测量由线圈生成的磁场，则仅需要单个接收器。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括射频发生器。所述射频属性至少部分地使用所述射频发射器进行测量。可以使用所述射频发生器来生成能够由射频接收器、外部传感器、场探头检测到的射频信号，或使用磁共振成像系统来生成B1磁场的测量结果。在一些实施例中，射频发生器和射频发射器是等同的。在其他实施例中，射频发生器是与射频发射器分离的。射频发生器也可以是网络分析器的部件。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括网络分析器。所述射频属性至少部分地使用所述网络分析器进行测量。例如，使用开关所述网络分析器可以被连接到所述射频链内。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括用于测量射频属性的射频属性测量模块。所述射频属性至少部分地使用所述射频测量模块进行测量。在本文中使用的射频属性测量模块涵盖可以用于表征天线的射频属性的任何模块。这可以包括但不限于：网络分析器、射频测试仪器、分布于所述RF链内的传感器、磁场传感器和/或磁共振成像系统本身。
所述射频发射器和射频接收器被配置为同时在所述多个发射通道中的至少一个上进行发射，以及同时在所述多个接收通道中的至少一个上进行接收。该组射频属性包括使用所述多个发射通道中的至少一个以及使用所述多个接收通道中的至少一个测量的S矩阵或散射矩阵。由于同时发射和接收能够使所述磁共振成像系统以类似于网络分析器的方式发挥作用，并测量所述S矩阵，该实施例可以是有利的。结合射频模型，可以使用所述S矩阵来准确地计算出所述匹配网络命令。
在另一实施例中，所述阻抗匹配网络还适于将所述射频接收器阻抗匹配至所述射频天线。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统包括一组射频传感器。至少使用该组射频传感器来测量所述射频属性。由于使用射频传感器测量射频属性允许对射频天线的射频属性进行表征，该实施例可以是有利的。例如，在射频发射器或者射频发生器生成射频信号时，可以使用所述射频传感器。
在另一实施例中，磁共振成像系统使用B1映射技术来测量多元件发射线圈的响应。
在另一实施例中，所述的指令的执行还使得所述处理器使用所述磁共振成像系统来确定针对射频发射器的B1匀场设置。在本文中涵盖的B1匀场设置是包括每条发射通道内的所有激发的幅度和相位的复向量。所述处理器可以向磁共振成像系统发送命令，所述命令使所述磁共振成像系统采集可以用于计算B1匀场设置的数据，即，用于实现给定的感兴趣场（FOI）中的均匀激发。所述指令的执行还使得所述处理器使用该组射频属性和B1匀场设置来计算功率损耗。所述指令的执行还使得所述处理器选择匹配网络调整。所述匹配网络是可调整的。所述匹配网络调整是匹配网络部件的设置或机械位置的改变。
所述指令的执行还使得所述处理器使用所述射频模型和所述匹配网络调整对该组射频属性和所述B1匀场设置进行变换。所述匹配网络中的变化将改变所述射频属性和B1匀场设置。可以使用所述射频模型计算这些变化。所述指令的执行还使得所述处理器使用经变换的该组射频属性和经变换的B1匀场设置来计算改变后的功率损耗。如果经改变的功率损耗小于所述功率损耗，则根据所述匹配网络调整来计算匹配网络命令。由于该实施例提供确定引起来自天线的有效射频发射的匹配网络设置的手段，该实施例可以是有利的。
在另一实施例中，所述指令的执行还使得所述处理器重新确定所述B1匀场设置，并且重新测量该组射频属性。使用所述模型来计算经变换的射频属性的值以及经变换的B1匀场设置。在确定最终的匹配网络调整之后，乃至在迭代过程中，能够参照使用所述磁共振成像系统得到的测量结果核对这些经计算的值。
在另一实施例中，所述功率损耗是相对功率损耗，并且所述经改变的功率损耗是经改变的相对功率损耗。
在另一实施例中，所述指令的执行使得所述处理器以迭代的方式重复匹配网络调整的选择和经改变的功率损耗的计算。例如，可以重复计算所述匹配网络调整，直到所述功率损耗的变化低于预定阈值。
在另一实施例中，所述阻抗匹配网络被配置为耦合所述多个天线元件中的至少一对。在所述至少一对之间的耦合是远程可调整的。由于在一个天线元件上的发射会影响其他天线元件，该实施例可以是有利的。可以通过不同的方式来调整所述耦合。例如，可以存在电阻或实阻抗，可以使用电容或电容器来提供所述耦合，可以使用可调整的阻抗来调整所述耦合，或者可以使用其组合。例如，可以使用简单的网络来联结通往所述多个天线元件的通道对。由于该实施例提供射频天线的更好的阻抗匹配，因此实施例可以是尤为有利的。
在另一实施例中，所述计算匹配网络命令的步骤包括用于调整所述至少一对之间的耦合的指令。由于在所述射频模型内对所述多个天线元件之间的可调整耦合进行建模，并且其用于适当地调整所述阻抗匹配网络，因此该实施例可以是有益的。可以将其作为迭代过程执行，其中，调整所述匹配网络，包括对所述耦合的调整与用于重建图像的磁共振数据的采集交替进行。
在另一实施例中，用于调整所述至少一对之间的耦合的指令使得所述至少一对之间的耦合得到改变。所述耦合具有幅度和相位。改变所述幅度和/或相位将改变所述两个通道之间的耦合度。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统包括射频天线。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统包括具有主磁场的磁体。如本文中使用的主磁场涵盖足够强并且足够均匀以执行磁共振成像的磁场。所述阻抗匹配网络位于所述主磁场之外。例如，这可以包括所述阻抗匹配网络的一部分位于所述天线上或所述天线附近的情况。例如，半波长或者四分之一波长传输线可以用于将所述射频天线的元件连接至匹配网络或子匹配网络。
在另一实施例中，所述阻抗匹配网络被集成到所述射频线圈中。
在另一实施例中，所述阻抗匹配网络包括一组单独的匹配网络，每个匹配网络被连接在所述多个发射通道和接收通道中的一个与所述多个天线元件中的一个之间。在该实施例中，用于多通道系统的所述阻抗匹配网络包括各个并且可能更加简单的匹配网络。这可以实现在磁共振成像系统中使用的射频通道数量的扩展。
在另一实施例中，所述指令的执行还使得所述处理器使用所述磁共振成像系统来采集磁共振数据。在已经调整阻抗匹配网络后，采集所述磁共振数据。由于在已经对射频天线进行适当地阻抗匹配后，采集已经采集到的图像或磁共振数据，这是有利的。这可以改善图像质量。在一些实施例中，所述射频属性的采集或测量以及所述磁共振数据的采集是迭代进行的。可以在使用磁共振成像系统期间周期性地测量或重新测量该组射频属性，以确保采集到的所有磁共振数据都具有最佳的质量。
本发明提供一种用于采集磁共振数据的磁共振成像系统。所述磁共振成像系统包括或包含用于在采集磁共振数据期间生成射频脉冲的射频收发器。所述射频收发器具有多个发射通道和接收通道。所述射频收发器适于在所述多个发射通道和接收通道中的每个上同时进行发射和接收。备选地，可以采用其他硬件或传感器来测量所述射频属性。
所述磁共振成像系统还包括适于将所述射频收发器阻抗匹配至射频天线的阻抗匹配网络。所述射频天线包括多个天线元件。所述射频收发器具有从所述多个发射通道和接收通道中选择的用于所述多个天线元件中的每个的通道。在备选实施例中，天线中的通道数量也可能高于发射通道的数量。在这种情况下，例如，能够使用功率分配器和/或功率组合器。所述阻抗匹配网络是远程可调整的。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统还包括用于将机器可执行指令存储到用于执行所述机器可执行指令的处理器中的存储器。所述处理器适于控制所述磁共振成像系统。所述指令的执行使得所述处理器使用（例如）射频收发器来测量用于所述射频天线的S矩阵（散射矩阵）。在备选实施例中，可以在不测量所述S矩阵的情况下实现本发明。例如，除此之外，还可以使用利用MRI技术采集的场图。还可以通过下述内容当中的至少一个数据集准备或测量重要信息：
-单线圈元件的场图（B1图），
-线圈的S矩阵，
-各个元件的场探头测量结果（场灵敏度矩阵），以及
-各个元件的当前测量结果（当前灵敏度矩阵）
所述指令的执行还使得所述处理器使用所述S矩阵和射频模型来计算匹配网络命令。所述射频模型描述所述阻抗匹配网络和所述射频天线。所述指令的执行还使得所述处理器通过将所述匹配网络命令发送至所述阻抗匹配网络来调整所述阻抗匹配网络。
在另一方面，本发明提供一种包括机器可执行指令的计算机程序产品。所述机器可执行指令由控制磁共振成像系统的处理器来执行，以采集磁共振数据。所述磁共振成像系统包括用于在采集磁共振数据期间生成射频脉冲的射频发射器。所述射频发射器具有多个发射通道。所述磁共振成像系统还包括适于将所述射频发射器阻抗匹配至射频天线的阻抗匹配网络。所述射频天线包括多个天线元件。所述阻抗匹配网络是远程可调整的。
所述指令的执行还使得所述处理器测量所述射频天线的一组射频属性。所述指令的执行还使得所述处理器使用该组射频属性和射频模型来计算匹配网络命令。所述射频模型描述所述阻抗匹配网络和所述射频天线。所述指令的执行还使得所述处理器通过将所述匹配网络命令发送至所述阻抗匹配网络来调整所述阻抗匹配网络。在另一方面，本发明提供一种操作用于采集磁共振数据的磁共振成像系统的方法。所述磁共振成像系统包括用于在采集磁共振数据期间生成射频脉冲的射频发射器。所述射频发射器具有多个发射通道。
所述磁共振成像系统还包括适于将所述射频发射器阻抗匹配至射频天线的阻抗匹配网络。所述射频天线包括多个天线元件。所述阻抗匹配网络是远程可调整的。所述指令的执行还使得所述处理器测量所述射频天线的一组射频属性。所述指令的执行还使得所述处理器使用该组射频属性和射频模型来计算匹配网络命令。所述射频模型描述所述阻抗匹配网络和所述射频天线。所述指令的执行还使得所述处理器通过将所述匹配网络命令发送至所述阻抗匹配网络来调整所述阻抗匹配网络。
在另一实施例中，所述磁共振成像系统包括具有成像区的磁体。所述磁共振成像系统从所述成像区进行采集。所述方法还包括在测量该组射频属性前将所述对象至少部分地放置于所述成像区内的步骤。由于在对象被放置在射频天线附近的成像区内时，这可以导致射频天线的阻抗发生变化，该实施例可以是尤为有益的。在对象位于适当位置的同时使所述射频天线的阻抗与所述射频发射器进行匹配可以得到更好的阻抗匹配，并且因此获得更高的图像质量。
应当指出，所述磁共振数据主要是从所述成像区采集的。然而，傅里叶方法通常用于使用所述磁共振数据进行图像构建。出于这一原因，成像区外部的磁自旋会对图像造成影响。因此，尽管用于成像的感兴趣区域处于成像区内，但是成像区外部的磁自旋也具有采集到的其磁共振数据。
在另一方面，本发明提供一种被配置为采集磁共振数据的射频天线。所述射频天线包括多个天线元件。所述多个天线元件被配置为用于发射。在一些实施例中，所述多个天线元件被配置为用于发射和接收。所述射频天线包括或包含阻抗匹配网络。所述阻抗匹配网络是远程可控制的。所述阻抗匹配网络被配置为连接至具有多个发射通道的射频发射器。
附图说明
在下文中将仅通过举例并且参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出了图示根据本发明的实施例的方法的流程图；
图2示出了图示根据本发明的另一实施例的方法的流程图；
图3示出了根据本发明实施例的磁共振成像系统300；
图4示出了具有针对第一志愿者的射频天线和匹配网络处的计算出的功率水平的绘图；
图5示出了具有针对第二志愿者的射频天线和匹配网络处的计算出的功率水平的绘图；
图6示出了具有针对第三志愿者的射频天线和匹配网络处的计算出的功率水平的绘图；
图7示出了具有针对第四志愿者的射频天线和匹配网络处的计算出的功率水平的绘图；
图8示出了具有针对空线圈的射频天线和匹配网络处的计算出的功率水平的绘图；
图9示出了图6标绘的数据，以图示线圈元件之间的可调谐受控耦合/去耦网络的益处；
图10示出了与图9相同的数据，其增加在仅采取去耦而不调制匹配网络的情况下天线处的正向功率。
图11图示了流体动力调谐电容器的范例。
图12图示了对频率线圈直接调谐的范例。
图13示出了图示根据本发明的实施例的软件工具的功能的方框图；
图14示出了根据本发明的实施例的用于磁共振成像系统的射频系统的范例；
图15示出了根据本发明的另一实施例的用于磁共振成像系统的射频系统的范例；
图16示出了根据本发明的另一实施例的用于磁共振成像系统的射频系统的范例；
图17示出了可以在本发明的实施例中使用的l匹配网络的范例；
图18示出了可以在本发明的实施例中使用的l匹配网络的另一范例；
图19示出了可以在本发明的实施例中使用的电感匹配网络；
图20示出了可以在本发明的实施例中使用的π匹配网络；
图21示出了可以在本发明的实施例中使用的t匹配网络；
图22示出了使用传输线并且可以在本发明的实施例中使用的匹配网络；
图23示出了可以用于可以在本发明的实施例中使用的超过一个频率的双频率匹配网络；
图24图示了根据本发明的实施例的一组射频传感器；
图25图示了根据本发明的另一实施例的一组射频传感器；
图26图示了根据本发明的另一实施例的一组射频传感器；以及
图27示出了根据本发明的另一实施例的一组射频传感器。
具体实施方式
这些附图中的类似编号的元件是等价元件或执行相同功能。如果功能等价，先前已经讨论的元件将不必在后面的图中进行讨论。
图1示出了图示根据本发明的实施例的方法的流程图。在步骤100中，使用至少所述射频发射器来测量所述射频天线的一组射频属性。接下来，在步骤102中，使用该组射频属性和射频模型来计算匹配网络命令。最后，在步骤104中，匹配网络命令被发送至所述匹配网络。则所述匹配网络命令使所述阻抗匹配网络得到调整。
图2示出了图示根据本发明的另一实施例的方法的流程图。首先，在步骤200中，使用至少所述射频发射器来测量所述射频天线的一组射频属性。接下来，在步骤202中，采用该组射频属性和射频模型来计算匹配网络命令。接下来，在步骤204中，匹配网络命令被发送至所述阻抗匹配网络。这使得所述阻抗匹配网络得到调整。最后，在步骤206中，使用所述磁共振成像系统来采集磁共振数据。例如，所述处理器可以生成使所述磁共振成像系统采集磁共振数据的命令。在图2中，这一方法任选是迭代的。在已经采集磁共振数据后，所述方法可以通过转到步骤200而使自身得以重复。
图3示出了根据本发明的实施例的磁共振成像系统300。磁共振成像系统300包括磁体302。磁体302是具有贯穿其中心的孔304的圆柱型超导磁体。磁体302具有配备超导线圈的液氦冷却低温恒温器。也可能使用永磁体或电阻性磁体。也可能采用不同类型的磁体，例如，也可能使用分裂圆柱形磁体，和所谓的开放磁体。分裂圆柱形磁体类似于标准圆柱形磁体，只是低温恒温器已经被分裂成两个部分，从而允许进入磁体的等平面，例如，这样的磁体可以与带电粒子束治疗结合使用。开放磁体可以具有两个磁体部分，所述两个部分中的一个处于另一个之上，其间具有大到足够容纳对象的空间：所述两个部分区域的布置类似于亥姆霍兹线圈（Helmholtzcoil）的布置。因为对对象造成的限制更少，普遍使用开放磁体。在所述圆柱形磁体的低温恒温器内部具有超导线圈的集合。在所述圆柱形磁体302的孔304内具有成像区328，在所述成像区内磁场足够强且均匀，以执行磁共振成像。
在所述磁体302的孔304内还存在用于采集磁共振数据的一组磁场梯度线圈306，从而对磁体的成像区内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈被连接至磁场梯度线圈电源308。所述磁场梯度线圈306意为具有代表性的。磁场梯度线圈通常包含三个独立的线圈组，以沿三个正交的空间方向进行空间编码。磁场梯度电源为磁场梯度线圈提供电流。以时间的函数控制提供给所述磁场线圈的电流，并且其可以是倾斜的或脉冲的。
射频天线310与成像区328相邻。在该范例中，射频天线310包括第一天线元件312、第二天线元件314、第三天线元件316和第四天线元件318。天线元件312、314、316、318均被连接至阻抗匹配网络320。阻抗匹配网络320被连接至收发器322。收发器322包括发射器324和接收器326。在备选实施例中，所述匹配网络仅被连接至发射器324。接收器326还可以被连接至单独的接收线圈。对象330静卧于对象支撑物332上，并且部分地处于所述成像区328内。在对象330处于成像区328内时，对象330影响天线元件312、314、316和318的阻抗。
匹配网络320、收发器322和磁场梯度线圈电源308均被连接至计算机334的硬件接口338。所述计算机还包括被连接至硬件接口338以及用户界面340、计算机外部存储器342和计算机存储器344的处理器336。通过硬件接口338，处理器336能够向各个部件发送并接收数据，并且控制磁共振成像系统300。
将磁共振数据346存储到计算机外部存储器342内。使用磁共振成像系统300来采集磁共振数据346。计算机存储342还被示为含有由磁共振数据346重建的磁共振图像348。计算机存储342还被示为含有脉冲序列350。如在本文中使用的脉冲序列涵盖针对磁共振成像系统300的一组命令，其能够使所述磁共振成像系统采集磁共振数据346。所述脉冲序列可以被存储为描述顺次的命令的时间线，或者其可以以机器可执行的形式进行存储。脉冲序列350可以以时间线的形式被显示到用户界面340上。
计算机外部存储器342还被示为包含已经测量的一组射频属性352。例如，所述射频属性352可以是S矩阵或者已经使用射频传感器采集的其他测量结果。在该图中未图示射频传感器。发射器324和接收器326与适当的软件的同时使用可以使处理器336能够使用收发器322来测量S矩阵。计算机外部存储器342还被示为包含匹配网络命令354。匹配网络命令354是处理器336可以发送至阻抗匹配网络320以调整天线元件312、314、316和318的阻抗匹配的命令或者一组命令。
计算机存储器344被示为包含控制模块360。控制模块360包含使得处理器336能够控制磁共振成像系统300的操作和功能的计算机可执行代码。计算机存储器344还被示为包含图像重建模块362。图像重建模块362包含使得将磁共振数据346重建为磁共振图像348的计算机可执行代码。计算机存储器344还包含射频测量模块364。射频测量模块364包含使得处理器336能够使用磁共振成像系统300的部件来测量该组射频属性352的计算机可执行代码。计算机存储器346还被示为包含射频模型366。射频模型366是使用射频属性352作为输入的模型并且能够实现对阻抗匹配网络320和/或射频天线310的准确射频建模。计算机存储器344被示为还包含匹配网络命令生成模块368。匹配网络命令生成模块368使用所述射频模型366和经测量的该组射频属性352来生成匹配网络命令354。
在磁共振成像中，存在通过阵列设计实现射频（RF）发射和接收的明显的趋势。当今，由于波传播效应在很多患者体内生成过高的B1场不均匀性，因此多通道发射的临床应用是在3特斯拉上进行RF匀场。RF匀场甚至能够在感兴趣体积中存在波传播效应的情况下实现临床检查。RF匀场的基本思路是叠加具有不同形状、相位和幅度的各种发射场，从而使得到的发射场幅度在期望的FOV内变得均匀。这些发射场通常是由发射线圈阵列生成的。这样的发射线圈阵列的发展过程中所面临的一个挑战就是提高这样的线圈的功率效率。
具体而言，感兴趣的两个效率值为：
B1：自旋激励所需的（一个或多个）参考点上的RF磁场
Pn：经由通道n施加的峰值功率
Pn,max：单个通道上的最大功率Pn,max=max(Pn,n=1...N)
N：可用的通道的数量
sp：对应的效率值
设计出高sp总和值是有益的，但是sp最大值也很重要。对于不同的患者及FOV，最大功率并不总是出现在相同的通道上，因而必须针对Pn,最大值对所有的RF放大器进行设计。在使用的功率值具有大的偏差的情况下，则这将引起安装的RF功率的使用效率低下。在RF匀场计算中能够已经考虑这两个值，但是通过正则化，有可能在实现的均匀性、总功率和最大功率之间寻求合理的权衡。
然而，所述线圈仍然存在其余的缺陷，应当对其进行如下处理。阵列效率低下的原因有两个：
-由于线圈元件未被适当地匹配到馈送系统的阻抗（例如50欧姆），因此在线圈的端口处反射功率
-将功率从阵列的一个元件耦合至其他元件，并在其他位置离开阵列
这一损耗的功率具有两个不利情况：首先，必须生成所述功率，因而多通道系统往往需要更强大的RF放大器（更高的总RF功率）。其次，该功率沿错误的方向传播，因此其还会干扰RF放大器的操作。因此，必须使用昂贵的隔离器（每个由环行器和假负载构建而成）来保护放大器。
正常情况下，发射线圈阵列的调谐、去耦和匹配是针对固定的几何结构和假定的典型负载（例如，腹部成像中的平均体重患者）来优化的。不同的负载或线圈的几何结构的变化（灵活阵列）对这样的线圈的效率存在影响。
此外，反射和耦合能够发生叠加，因而这样的阵列的功率效率还取决于施加的相对幅度和相位。更具体而言，只要施加的幅度和相位实现离开线圈的和信号（反射信号和耦合信号）的抵消，具有强失配和强耦合的线圈阵列能够至少在一种特定的馈送情况下是非常有效率的。
本发明的实施例可以提供一种对线圈阵列的匹配/调谐/去耦进行调整从而有效率地使用功率的方法和相应的硬件。
利用具有N个分量（通道/线圈元件的数量）的复向量a描述波幅向量（由RF匀场计算得到的“匀场设置”）。
a的单位是瓦的平方根，并且a H a描述将通过放大器生成的发射功率（a H是指a的复共轭转置）。通过所谓的散射矩阵S来描述线圈的反射和发射：则通过波向量b=Sa来表征离开线圈的信号，并且通过b H b=a HSHSa给出损耗的功率。当今，将RF线圈制作得使S内的所有入口都尽可能小，从而使反射/发射的功率b H b变低。然而，理想的匹配和去耦是不可能的，其还取决于各个患者。就本发明而言，我们使用每个各个线圈通道的可变匹配来降低相对功率损耗(b H b)/(a H a)=(a HSHSa)/(a H a)。基本特征是针对每各个各个通道的可变匹配网络。利用这样的一组匹配网络，有可能总是实现匹配，因而根本不存在任何反射/发射的功率。这样的匹配网络将线圈散射矩阵S变换为新的矩阵St，并且还将馈送向量a变换成新的向量a t。值得一提的是，该方法与将要激发的模式（pattern）无关。不要求在可实现的均匀性与功率效率之间寻求折中。然而，也不排除寻求这样的折中。
接下来将讨论用于调谐匹配网络的方法。需要执行所述匹配，使得经变换的波幅向量a t是相对于（奇异）矩阵St HSt的本征值0的本征向量。标量的（即，一个通道的）一般性的无损耗倒数匹配网络具有三个自由度。然而，沿匹配网络的相移不改变功率水平，因此只有两个相关参数。能够通过匹配网络的输出侧（其被连接至线圈输入部）的复反射系数来表征这些参数。通过根据rn=(b n/a n)H选择这些参数，匹配的输入侧的反射消失。这既降低单个功率水平，又降低总的功率水平。
图4-7示出了在当前MBC60（8通道身体线圈多发射系统）中针对四个志愿者的这种效应。针对志愿者D对线圈进行初始调谐和匹配（参考图7），产生针对该负载的低效应。然而，对于其他志愿者而言，所有的单个功率水平均被降低，而且总功率也被降低高达20%（HWC）。在附图中绘出了相对的正向功率。由于匹配的原因，在理想的匹配情况下不存在任何反射功率，并且降低正向功率。所述附图是针对经优化的腹部匀场设置而计算出的，然而，在HWC中效应也非常相似。（HWC表示“硬件兼容性模式”，并且与相邻通道中的恒定幅度和恒定相位差相关。）
图4示出了对于志愿者A的射频天线和匹配网络处的功率水平。被标为400的x轴示出了八个不同的通道。y轴402示出了正向功率或反射功率。被标为406的曲线是射频天线处的正向功率。被标为408的曲线是使用对匹配网络进行匹配的方法而得到的天线处的正向功率。被标为410的曲线示出了匹配网络处的反射功率。被标为412的曲线示出了应用根据本发明的实施例的方法而得到的匹配网络处的反射功率。从该图能够看出反射功率适当地降低了12.8%。
图5示出了对于第二志愿者B的正向功率和反射功率。x轴500同样示出了八个通道，并且y轴502示出了正向功率和反射功率。被标为506的曲线是天线处的正向功率。被标为508的曲线是应用根据本发明的实施例的方法而得到的天线的正向功率。被标为510的曲线示出了匹配网络处的反射功率。被标为512的曲线示出了应用根据本发明的实施例的方法而得到的匹配网络处的反射功率。
图6示出了针对第三志愿者，即志愿者C的功率水平。x轴被标为600，并且同样示出了针对八个不同的通道的正向反射功率602。被标为606的曲线示出了天线506处的正向功率。曲线508示出了应用根据本发明的实施例的方法得到的天线处的正向功率。被标为610的曲线示出了匹配网络处的反射功率。被标为612的曲线示出了应用根据本发明的实施例的方法而得到的匹配网络处的反射功率。从该图能够看出所反射功率适当地降低了17.9%。
图7示出了针对第四志愿者，即志愿者D的功率水平。x轴700同样示出了针对八个不同通道的正向功率和反射功率702。被标为706的曲线是天线的正向功率。被标为708的曲线是应用根据本发明的实施例的方法而得到的天线的正向功率。被标为710的曲线示出了匹配网络处的反射功率。被标为712的曲线示出了使用根据本发明的实施例的匹配方法而得到的匹配网络的反射功率。在这种情况下，针对反射功率的功率水平降低了大约8.3%。
图8示出了与图4-7中所示的模拟使用的相同的系统的模拟，但是在这种情况下采取空的线圈。x轴800示出了针对八个通道中的每个的功率水平802。曲线806示出了天线处的正向功率。曲线808示出了应用根据本发明的实施例的匹配方法的天线的正向功率。曲线810示出了匹配网络的反射功率。曲线812示出了应用根据本发明的实施例的匹配方法的匹配网络的反射功率。在这种情况下，反射功率适当地降低了32.8%。
如图4到图7中图示的，可以降低反射功率，但是其余的各个功率水平仍然是变化的。这不能单独通过所采取的匹配来解决。然而，本发明的一些实施例可以提供一种可调谐受控耦合/去耦网络（每个元件一个参数）。假设每个元件只有一个多出来的自由参数以实现受控耦合，则我们能够对所述线圈进行调整，从而使功率沿各个线圈元件均匀分布。在图9和图10中图示了这一情况。
图9图示了在线圈元件之间具有可调谐受控耦合/去耦网络的益处。图9再次示出了如图6中所示的志愿者C的数据。在这种情况下，应用匹配和各个通道之间的去耦。曲线908示出了应用根据本发明的实施例的去耦和匹配而得到的天线处的正向功率。曲线912示出了使用根据本发明的实施例的去耦和匹配而得到的匹配网络处的反射功率。在这种情况下，能够看出曲线908具有与图6中的曲线608形成对照的恒定的正向功率。这图示了阻抗匹配网络中的多个天线元件中的耦合对的益处。
图10示出了与图9相同的数据，只是在该附图中，天线处的正向功率被示为仅在匹配之前进行去耦的情况。曲线1012示出了仅使用去耦和而不应用根据本发明的实施例的匹配而得到的匹配网络的反射功率。图10图示了执行去耦和可调整匹配的益处。
通过以上描述的知识，有可能降低所需的标称功率，甚至省略RF链中的环行器。然而，发射线圈的调谐、匹配和去耦部件需要是可调整的。这能够通过若干不同的措施来实现。
首先，可以使用变容二极管来调整对发射线圈的阻抗匹配。针对这些部件，能够通过调整偏置电压而在期望范围内调整电容。与不希望出现来自二极管欧姆电阻的额外噪声的接收情况相反，发射情况下的附加损耗是微不足道的（至少与能够实现的增益相比）。正常情况下，由于需要高峰值功率，变容二极管的使用是受到限制的，但是随着通道数量的增加，每个通道的峰值功率降低（电流和电压凭借其通过致动器）。
也可以使用机械可调整的装置来调整对发射线圈的阻抗匹配。能够以机械方式改变电容器和电感的阻抗。具有可调整的（非）磁芯的可调谐圆柱电容器或电感是广为人知的。例如，能够使用以下装置作为驱动机构：
-直接位于将要被调谐或经由鲍登（Bowden）电缆在较长的距离上被连接的部件处的线性或径向电动机
-双金属致动器
-光学可变电容器OVC
-压电致动器
-流体动力致动器
-通过使用B0场来生成对于至少第二电磁体的转矩而进行调整
图11示出了用于调整根据本发明的实施例的匹配网络的流体动力调谐电容器的范例。电容器1100具有第一腔室1102和第二腔室1104。通过调整两个腔室1102、1104中的相对压力，使电介质1106在两个电容器极板1108之间来回移动。管被放置在电容器1100的电极1108之间。通过调整压力p1和p2，能够使电介质移进移出，以调整电容C。还可由实现若干变型：
-所述电介质能够是金属的，其也可以改变所述电容
-所述方法也作用于电感的（非）磁芯
-所述管能够在p2的一侧闭合，能够利用可压缩气体填充p2的空间。（则仅需要对p1进行调整）
-所述管能够在p2侧开放，能够利用弹簧实现复位力（替代可压缩气体）
作为上文所述的修改集总元件的替代，能够直接对RF线圈进行修改。例如，图12示出了直接调谐频率线圈1200的范例。在该范例中，压电致动器1202沿1204指示的方向移动。压电致动器1202的移动使TEM元件1206移动，并且从而改变元件1206的调谐。
如上文描述的，能够在线圈自身内或在其集总部件上直接修改线圈的调谐、匹配和去耦。但是，已经表明也可能从远程进行调谐、匹配和去耦。下文给出的参考文献描述了去耦网络经由n*λ/4电缆被连接至线圈的两种方法。此外，随着向线圈内集成放大器的出现，致动器或有源调谐的部分能够是放大器本身的子部件，例如，输出匹配。
利用所述系统上已经存在的硬件能够在几秒内完成对S矩阵的测量和优化。正如B1映射一样，不需要任何MRI测量。
图13示出了图示用于执行本发明的实施例的软件工具的运行的方框图。在步骤1300中，测量具有负载的线圈的散射矩阵。在步骤1302中，确定针对MRI需求的多通道线圈驱动设置。所述驱动设置包括将要施加至所述射频线圈的RF的幅度和相位。在步骤编号3中，确定当前匹配网络设置。在步骤编号4中，确定对匹配网络的调谐的调整。1306表示诸如调谐网络的可适用网络的s矩阵或s矩阵的模型。被标为1308的方框表示具有负载的线圈的s矩阵。在步骤编号5中，调谐需求被转换为致动器信号。最后，在步骤编号6中，用于匹配网络的致动器接收其信号并将所述致动器改为不同的位置。可以循环重复步骤1303、1304、1310、1312。这些步骤还能够被总结为：
1.线圈散射矩阵（S矩阵）的测量1300，这已经从其他应用中已知。所述测量由线性无关的多通道RF脉冲构成，经由发射链来发送所述脉冲，并且通过专用接收通道来监测所述脉冲。该步骤的改进版本不仅考虑S矩阵本身，还考虑线圈内的磁场B1。最近的测量表明，正确地调整由放大器馈送的端口处的S参数未必指示所述系统有效率地工作。为了对此进行测量，能够在应用线性无关驱动设置的同时在（例如）B1映射或FID抽样试验期间测量所述S矩阵
2.由成像要求得到的需求驱动设置结果1302能够被认为是预定义的
3.可适用匹配网络的状态1303必须是已知的，或者必须将其设定为预定义状态。
4.根据输入参数1304和可适用网络的已知拓扑结构，计算调谐需求，即电容器或者电感器的增大或降低量。
5.调谐需求1310被转化为致动器信号，例如，确定达到变容二极管的某一电容所需的电压。可以将其实现为查找表（LUT）。
6.实际致动器1312接收其调谐信号，并根据需要改变网络属性。
能够在测量之前或与MRI试验并行完成1到6。
图14示出了根据本发明的实施例的用于磁共振成像系统的射频系统的范例。其示出了射频发射器1400的集合。每个射频发射器1400被连接至单独的匹配网络1402。每个匹配网络1402被连接至单独的射频线圈元件1404。自适应匹配网络1402被放置在放大器1400和线圈1404之间。每个线圈通道1404具有其自身的匹配网络1402。尽管受到中央控制，所述网络独立操作。
图15示出了根据本发明的实施例的用于磁共振成像系统的另一射频系统。在图15中，具有射频发射器1500的集合。每个射频发射器1500被连接至多端口匹配网络1502的单独输入部。匹配网络1502经由各个电缆的集合被连接至多元件磁共振天线1504。各个RF放大器1500被连接至共用匹配网络1502，这里与网络内的其他通道互连也是可能的。
图16示出了根据本发明的实施例的用于磁共振成像系统的另一射频系统。在图16中，具有射频发射器1600的集合。各个射频发射器1600被连接至组合的匹配网络和多元件磁共振天线1602。匹配网络和线圈1602相连，不能区分。该版本考虑了对线圈自身进行调整，而不是增加额外的（可能存在损耗的或电阻的）部件能够是有利的。
图17示出了如本发明的实施例使用的L匹配网络1700的范例。所述匹配网络具有输入部702和输出部704。
图18示出了L匹配网络1800的备选实施例。匹配网络1800具有输入部802和输出部804。
图19示出了一般的（补偿）电感匹配网络1900。匹配网络1900具有输入部1902和输出部1904。匹配网络900可以用于根据本发明的实施例的阻抗匹配网络中。
图20示出了根据本发明的实施例的具有三个电抗元件的π匹配网络2000。匹配网络2000可以用于根据本发明的实施例的阻抗匹配网络中。匹配网络2000具有输入部2002和输出部2004。
图21示出了具有三个电抗元件的T匹配网络2100。匹配网络2100可以用于根据本发明的实施例的实施例中。匹配网络2100具有输入部2102和输出部2104。
图22示出了使用通常具有四分之一波长的长度的一系列传输线的匹配网络2200。匹配网络2200具有输入部2202和输入部2204。匹配网络2200可以用于构建根据本发明的实施例的匹配网络，并且可以用于两个位置之间的分裂部件。
图23示出了可以用于超过一个频率的双频率匹配网络：例如，针对氢和磷光体。匹配网络2300具有输入部2302和输出部2304。
在图17-23所示的匹配网络中，采用可调整电感器或电容器替代一个或多个电感器或电容器，从而使各自的匹配网络可调整，从而对各种阻抗进行匹配。图24-27示出了根据本发明的实施例的射频中心的不同范例。
在图24中，射频源2400被示为通过射频链2402被连接至天线2404。射频源2400可以是射频发射器和/或射频发生器。射频链是发射器与天线2404之间的部件。这可以包括传输线、匹配网络和其他部件。在图24中具有安装在射频源2400附近的正向功率定向耦合器2006和反射功率定向耦合器2408的范例。这两个定向耦合器2406和2408是射频传感器的范例。测量结果可以被放置在射频源2400的输出部上。
能够通过若干种不同的方式表征所述天线和匹配网络的RF属性的特征。能够测量S矩阵或散射矩阵。
此外，针对线性无关驱动设置测量正向功率和反射功率，直到所述响应矩阵完全已知。利用定向耦合器和/或RF开关，这一操作是可实现的。如果所述链衰减和相位是已知的，则FWD和REFL功率耦合器就不需要处于相同位置上。能够由众所周知的所述S矩阵，计算阻抗、导纳或ABCD矩阵。
也可以测量其他混合型矩阵。不同于典型的定义，能够测量放大器处的正向功率以及天线元件中的产生的电流。二者之间也具有线性关系。所述关系能够被写入矩阵形式。我们将该矩阵称为“系统矩阵”，元件不需要具有典型的欧姆、西门子或W（W的平方根）的单位。
能够使用附着到MRI天线上的小的环形天线来测量元件电流（在MRI中这样的拾取线圈是已知的）。小环和天线之间的耦合是微弱的，但是具有定义的水平。此外，能够使用直接处于天线内的耦合器（例如，电压/电流分配器）来完成测量，以将少量的电流/电压耦合至AD转换器。
图25示出了与图24所示的类似的实施例。然而，在该实施例中，反射功率定向耦合器是分布式的。反射功率定向耦合器2506被安装到天线2404附近而不是射频源2400附近。
图26示出了根据本发明的实施例的备选的一组射频传感器。图26与图24类似。在这种情况下，已经利用天线元件2404附近的天线2610替代反射功率定向耦合器2406。
图27示出了根据本发明的实施例的备选的一组射频传感器。图27所示的实施例类似于图26所示的实施例。在这种情况下，已经利用直接位于天线2710上的模型化测量替代感测天线2610。例如，可以使用电容分压器来测量直接位于天线上的电压。可以将图24-27中所示的各种实施例进行组合，以形成更加全面的一组射频传感器。此外，图24-27中所示的实施例还可以与使用射频发射器和接收器来测量s矩阵的实施例进行组合。
应当指出，多元件天线倾向于相互耦合。能够使用线圈设计中的不同方法对该耦合进行补偿，然而，由于（例如）所述耦合取决于被扫描的患者的事实，因而仍然会存在残余耦合。能够对其做如下解释：
阻抗矩阵Z（例如，由所述S矩阵计算出的）看起来如下：
U 1 U 2 = Z 11 Z 12 Z 21 Z 22 I 1 I 2
其中，U1和U2是电压，I1和I2是线圈的馈送端口处的电流。（这里为了简化起见，仅针对两个端口写出阻抗矩阵。）在不存在耦合的情况下，所述S矩阵是对角矩阵。如能够表明的，对相应的Z矩阵也是这样。对于取消耦合的情况：
U 1 U 2 = Z 11 0 0 Z 22 I 1 I 2
输入阻抗为：
而且，有可能将Z输入耦合至50欧姆，而无需了解端口2处的信号。
在存在耦合的情况下，Z输入为
如果U2是已知的，则能够使Z输入达到目标Z0（例如50）欧姆。还可以根据所述Z矩阵（取决于天线和患者）以及其他端口处的驱动信号（取决于成像设置）匹配输入阻抗。也可能将所述匹配概括为：不仅在每个端口处具有隔离的匹配网络，而且还在不同的匹配网络之间具有互连。这能够实现（例如）对耦合的取消。
然而，也能够通过有利的方式改变耦合，从而（例如）使驱动向量均衡。能够发生U1>>U2或者相反的情况，不利之处在于，两个发射器都需要能够提供最大信号，即使只有一个经常被用来提供所述最大值。也能够就输入功率对此重新表述。这一论证也适用于P1>>P2时，其中，P1是通道1上的功率输入，并且P2是通道2上的功率输入。
输入阻抗取决于患者，并且有可能取决于患者的位置。改变患者的位置可以要求再次测量输入阻抗（或者所述S矩阵）。
对于不同的驱动信号（这里为U）而言，线圈的Z矩阵是恒定的，不需要对其重新测量。
患者的移动也改变所述Z矩阵。然而，在呼吸的情况下，影响可以是非常小的。
在一些实施例中，对匹配网络的任何调整可以是迭代过程，即，能够调整匹配，并且之后以低功率测试新的激发，测量反射功率（在最佳情况下应当消失），并通过场和/或电流探头（或者MRI场测量）检查所述场。能够定义误差函数，并且能够通过检查该误差函数来优化所述调整。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但这样的图示和描述被认为是说明性或范例性的，而非限制性的；本发明不限于公开的实施例。
通过研究附图、公开内容和所附的权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求中引用的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中列举特定手段的简单事实并不表示不能有利地使用这些手段的组合。计算机程序可以被存储和/或分布在适当的介质上，诸如与其他硬件一起供应或作为其他硬件的一部分供应的光存储介质或固态介质，但也可以以其他形式进行分布，诸如经由因特网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
附图标记列表
300 磁共振成像系统
302 磁体
304 磁体的孔
306 磁场梯度线圈
308 磁场梯度线圈电源
310 射频天线
312 第一天线元件
314 第二天线元件
316 第三天线元件
318 第四天线元件
320 匹配网络
322 收发器
324 发射器
326 接收器
328 成像区
330 对象
332 对象支撑物
334 计算机
336 处理器
338 硬件接口
340 用户界面
342 计算机外部存储器
344 计算机存储器
346 磁共振数据
348 磁共振图像
350 脉冲序列
352 射频属性
354 匹配网络命令
360 控制模块
362 图像重建模块
364 射频测量模块
366 射频模型
368 匹配网络命令生成模块
400 通道
402 功率
406 天线处的正向功率
408 天线处的正向功率（具有匹配）
410 匹配网络处的反射功率
412 匹配网络处的反射功率（具有匹配）
500 通道
502 功率
506 天线处的正向功率
508 天线处的正向功率（具有匹配）
510 匹配网络处的反射功率
512 匹配网络处的反射功率（具有匹配）
600 通道
602 功率
606 天线处的正向功率
608 天线处的正向功率（具有匹配）
610 匹配网络处的反射功率
612 匹配网络处的反射功率（具有匹配）
700 通道
702 功率
706 天线处的正向功率
708 天线处的正向功率（具有匹配）
710 匹配网络处的反射功率
712 匹配网络处的反射功率（具有匹配）
800 通道
802 功率
806 天线处的正向功率
808 天线处的正向功率（具有匹配）
810 匹配网络处的反射功率
812 匹配网络处的反射功率（具有匹配）
908 天线处的正向功率（具有匹配）
912 匹配网络处的反射功率（具有去耦和匹配）
1008 天线处的正向功率（仅具有去耦）
1012 匹配网络处的反射功率（仅具有去耦）
1100 流体动力调谐的电容器
1102 第一腔室
1104 第二腔室
1106 电解质
1108 电容器极板
1200 射频线圈
1202 压电致动器
1204 移动方向
1206 TEM元件
1400 射频发射器
1402 匹配网络
1404 射频线圈元件
1500 射频发射器
1502 匹配网络
1504 多元件磁共振天线
1600 射频发射器
1602 组合的匹配网络和多元件磁共振天线
1700 匹配网络
1702 输入
1704 输出
1800 匹配网络
1802 输入
1804 输出
1900 匹配网络
1902 输入
1904 输出
2000 匹配网络
2002 输入
2004 输出
2100 匹配网络
2102 输入
2104 输出
2200 匹配网络
2202 输入
2204 输出
2300 匹配网络
2302 输入
2304 输出
2400 射频源
2402 射频链
2404 天线
2406 正向定向耦合器
2408 反射功率定向耦合器
2506 反射功率定向耦合器
2610 环形天线
2710 天线上的电压测量

Claims (15)

1.一种用于采集磁共振数据(346)的磁共振成像系统(300)，其中，所述磁共振成像系统包括：
-射频发射器(324)，其用于在采集所述磁共振数据期间生成射频脉冲，其中，所述射频发射器具有多个发射通道；
-阻抗匹配网络(320、1402、1502、1602)，其适于将所述射频发射器阻抗匹配至射频天线(310、1504)，其中，所述射频天线包括多个天线元件(312、314、316、318、1404)，其中，所述阻抗匹配网络是能够远程调整的；
-阻抗匹配网络(320、1402、1502、1602)，其连接在所述射频发射器和所述天线元件之间，并且具有天线元件之间的能够调谐的受控耦合/去耦网络，
-存储器(342、344)，其用于存储机器可执行指令(350、360、362、364、366、368)；以及
-处理器(336)，其用于执行所述机器可执行指令，其中，所述处理器适于控制所述磁共振成像系统，其中，所述指令的执行使得所述处理器：
-测量(100、200)所述射频天线的一组射频属性(352)；
-使用该组射频属性和射频模型(366)来计算(102、202)匹配网络命令(354)，其中，所述射频模型描述所述阻抗匹配网络和所述射频天线；以及
-通过将所述匹配网络命令发送至所述阻抗匹配网络来调整(104、204)所述阻抗匹配网络，所述调整包括调谐天线元件之间的所述耦合/去耦网络。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括射频接收器(326)，其用于使用所述射频天线来采集所述磁共振数据，其中，所述射频接收器具有多个接收通道；其中，所述射频发射器和所述射频接收器被配置为在所述多个发射通道中的至少一个上同时进行发射以及在所述多个接收通道中的至少一个上同时进行接收，并且其中，该组射频属性包括使用所述多个发射通道中的所述至少一个并且使用所述多个接收通道中的所述至少一个测量的S矩阵。
3.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述射频属性至少部分地使用所述射频发射器进行测量。
4.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括射频发生器，其中，所述射频属性至少部分地使用所述射频发生器进行测量。
5.根据权利要求3所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统包括一组射频传感器(2406、2408、2506、2610、2710)，其中，所述射频属性至少使用该组射频传感器进行测量。
6.根据权利要求1到5中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述指令的执行使得所述处理器使用所述磁共振成像系统来采集磁场图，其中，所述射频属性至少部分地使用所述磁场图进行测量。
7.根据权利要求1到5中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述指令的执行还使得所述处理器使用所述磁共振成像系统来确定用于所述射频发射器的B1匀场设置，其中，所述指令的执行还使得所述处理器：
-使用该组射频属性和所述B1匀场设置来计算功率损耗；
-选择匹配网络调整；
-使用所述射频模型和所述匹配网络调整来变换该组射频属性和所述B1匀场设置；
-使用经变换的该组射频属性和经变换的B1匀场设置来计算经改变的功率损耗；并且
其中，如果所述经改变的功率损耗小于所述功率损耗，则根据所述匹配网络调整来计算所述匹配网络命令。
8.根据权利要求7所述的磁共振成像系统，其中，所述指令的执行使得所述处理器以迭代的方式重复对匹配网络调整的所述选择和对所述经改变的功率损耗的计算。
9.根据权利要求1到5和权利要求8中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述阻抗匹配网络被配置为耦合所述多个天线元件中的至少一对，并且其中，所述至少一对之间的所述耦合是能够远程调整的。
10.根据权利要求9所述的磁共振成像系统，其中，计算所述匹配网络命令的所述步骤包括用于调整所述至少一对之间的所述耦合的指令。
11.根据权利要求1到5、权利要求8和权利要求10中的任一项所述的磁共振成像系统，其中，所述指令的执行还使得所述处理器使用所述磁共振成像系统来采集(206)所述磁共振数据，其中，在已经调整所述阻抗匹配网络之后采集所述磁共振数据。
12.一种操作用于采集磁共振数据(346)的磁共振成像系统的装置，其中，所述磁共振成像系统包括射频发射器(324)，其用于在采集所述磁共振数据期间生成射频脉冲，其中，所述射频发射器具有多个发射通道，其中，所述磁共振成像系统还包括阻抗匹配网络(320、1402、1502、1602)，其适于将所述射频发射器阻抗匹配到射频天线(310、1504)，其中，所述射频天线包括多个天线元件(312、314、316、318、1404)，其中，所述阻抗匹配网络是能够远程调整的，所述阻抗匹配网络(320、1402、1502、1602)连接在所述射频发射器和所述天线元件之间，并且具有天线元件之间的能够调谐的受控耦合/去耦网络，
其中，所述装置包括：
-用于测量(100、200)所述射频天线的一组射频属性(352)的模块；
-用于使用该组射频属性和射频模型(366)来计算(102、202)匹配网络命令(354)的模块，其中，所述射频模型描述所述阻抗匹配网络和所述射频天线；以及
-用于通过将所述匹配网络命令发送至所述阻抗匹配网络来调整(104、204)所述阻抗匹配网络的模块，所述调整包括调谐天线元件之间的所述耦合/去耦网络。
13.一种操作用于采集磁共振数据(346)的磁共振成像系统的方法，其中，所述磁共振成像系统包括射频发射器(324)，其用于在采集所述磁共振数据期间生成射频脉冲，其中，所述射频发射器具有多个发射通道，其中，所述磁共振成像系统还包括阻抗匹配网络(320、1402、1502、1602)，其适于将所述射频发射器阻抗匹配到射频天线(310、1504)，其中，所述射频天线包括多个天线元件(312、314、316、318、1404)，其中，所述阻抗匹配网络是能够远程调整的，所述阻抗匹配网络(320、1402、1502、1602)连接在所述射频发射器和所述天线元件之间，并且具有天线元件之间的能够调谐的受控耦合/去耦网络，
其中，所述方法包括：
-测量(100、200)所述射频天线的一组射频属性(352)；
-使用该组射频属性和射频模型(366)来计算(102、202)匹配网络命令(354)，其中，所述射频模型描述所述阻抗匹配网络和所述射频天线；以及
-通过将所述匹配网络命令发送至所述阻抗匹配网络来调整(104、204)所述阻抗匹配网络，所述调整包括调谐天线元件之间的所述耦合/去耦网络。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述磁共振成像系统包括具有成像区(328)的磁体(302)，其中，从所述成像区采集所述磁共振数据，其中，所述方法还包括在测量该组射频属性前将对象(330)至少部分地放置在所述成像区内的步骤。
15.一种被配置为采集磁共振数据的射频天线，其中，所述射频天线包括：
-多个天线元件，其中，所述多个天线元件被配置为用于发射；
-阻抗匹配网络，其中，所述阻抗匹配网络是能够远程控制的，其中，所述阻抗匹配网络被配置为连接至具有多个发射通道的射频发射器，并且其中所述阻抗匹配网络连接在所述射频发射器和所述多个天线元件之间，并且具有天线元件之间的能够调谐的受控耦合/去耦网络。
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