CN103703384B - 用于mri的感应耦合的局部并行发射线圈，其元件的每个都包括可变阻抗 - Google Patents
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Abstract
一种磁共振成像系统（5）的局部射频（RF）发射线圈（26）具有多个线圈元件（100）。每个线圈元件（100）都具有可调节负载（62），所述可调节负载由控制单元（60）调节以调节发射的B1场分布。所述负载能够被调节以进行匀场，以实现均匀的B1场分布。不均匀的B1场分布能够被选择以执行使用这种B1场分布的磁共振序列，例如并行成像。能够在磁共振序列期间改变B1场分布，以跟踪运动的感兴趣区域、时分复用并行成像等。
Description
技术领域
本申请涉及磁共振领域、电子领域、以及相关领域。具体而言，本申请涉及局部射频（RF）共振线圈的供电、调谐、以及解耦。
背景技术
经历磁共振（MR）程序（例如MR成像程序）的受检者通常位于膛型MR扫面器的膛之内。在膛中生成静态（B0）磁场，并以磁共振频率施加射频场（B1）脉冲，以在受检者体内激发偶极子中的共振。围绕膛的是根据选定的成像方案而生成RF脉冲的全身线圈。在一些成像程序中，在各个位置靠近身体放置局部线圈以接收RF共振信号和/或以生成RF脉冲。当在发射模式中使用时，局部线圈将RF脉冲聚焦在特定的身体部分或位置。局部RF发射线圈通常由可以包括连接成像系统的通信线缆的电力线缆供电。
其他人已经使用感应耦合到MR扫描器的全身线圈的局部线圈。最常见的是，全身和局部线圈都是鸟笼线圈。在制造期间，在被加载到标准位置的平均患者上的同时，通过手工调节围绕线圈分布的可调谐电容来调谐全身鸟笼线圈。然而，实际患者的负载通常不同于平均情况。此外，将局部线圈耦合到身体线圈，特别当局部线圈是无线的或是与全身线圈类型不同的线圈时，能够在患者之间和不同位置间发生变化。通常使用的线圈类型包括环型和鸟笼。各个天线与彼此被仔细调谐、匹配并解耦。调节每个天线上的振幅及相位以实现期望的B1激励模式。当局部线圈更复杂时，例如通常在线圈阵列中那样添加更多线圈元件，则相互作用就变得更复杂。例如，在更复杂的线圈中，除期望模式之外的共振模式能够被激励，并确实被激励。非预期的发射模式引起非预期的自旋激励以及场操作模式。这些效应导致共振信号质量的严重下降。
本申请提供了克服上述问题和其他问题的新的改进型具有可控负载的 感应耦合的局部RF线圈。
发明内容
根据一个方面，感应耦合的局部射频线圈包括射频（RF）线圈元件和控制单元。RF线圈元件包括可调节负载，其通过电容、电阻或阻抗的变化而被调节。控制单元包括负载控制器和通信接口。负载控制器控制负载的调节。局部电源向负载控制器供电。通信接口在负载控制器和线圈外（off-coil）控制器之间通信。
根据另一方面，一种磁共振方法开始于在磁共振扫描器的检查区域中定位受检者和局部发射线圈。针对所述局部发射线圈的每个线圈元件确定B1场分布。之后对每个线圈元件中的负载进行调节以针对每个线圈元件调节B1场分布。之后使用局部发射线圈执行磁共振序列。
一个优点是，能够在磁共振检查期间将局部RF线圈调谐到存在的实际负载。
另一个优点在于对发射RF频率和相位的控制。
另一个优点在于混合了不同类型的全身线圈和局部线圈。
另一个优点在于便于使用更复杂的线圈。
另一个优点在于时分复用的并行成像方案。
在阅读和理解以下详细描述之后，本领域技术人员将认识到本发明的其他优点。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件布置，以及各种步骤和步骤安排的形式。附图仅出于说明优选实施例的目的，而不得被解释为对本发明的限制。
图1示意性图示了具有感应耦合的无线局部RF线圈的MRI系统，其在部分截面中以示意性显示选定的内部部件。
图2示意性图示了具有可控负载的感应耦合的局部RF线圈的详细视图，其在具有测量设备和单个线圈元件的无线配置中被示出。
图3示意性图示了具有可控负载的感应耦合的局部RF线圈的剖视图，其在具有单个控制单元和线圈元件阵列的无线配置中被示出。
图4示意性图示了具有可控负载的感应耦合的局部RF线圈的剖视图，其在具有用于每个元件和线圈元件阵列的独立控制单元的无线配置中被示出。
图5是使用具有可控负载的感应耦合的局部RF线圈的B1匀场方法的流程图，其中，调节负载以对B1场进行匀场，以在检查前针对每个独立受检者实现均匀的B1场分布。
图6是使用具有可控负载的感应耦合的局部RF线圈的方法的流程图，其中，针对使用非均匀B1场分布的成像序列调节负载。
具体实施方式
参考图1，磁共振（MR）系统5包括MR扫描器10，MR扫描器10具有大致圆柱状或圆环状的外壳12。外壳12界定了膛14，膛14与外壳12的圆柱或圆环的轴16同心。在膛14的检查区域中接收受检者18以进行成像和/或谱分析程序。由螺线管导电绕组界定的主磁体20生成静态（B0）磁场，其中，场的方向至少在膛14的检查区域之内大致平行于圆柱或圆环的轴。主磁体20的绕组可以是常导的或超导的；在后一种情况下，通常将绕组设置于包含氦或另一种适当低温流体的低温保持器（未示出）中。
外壳12还包含或支撑多个磁场梯度绕组22，以在膛14的检查区域之内沿选定方向叠加磁场梯度。磁场梯度通常是时变的。作为说明性范例，可以在磁共振激励期间沿膛的轴16施加切片选择性磁场梯度，以选择横向轴向切片，随后是横向于轴向切片施加的相位编码磁场梯度，随后是在横向于轴16和相位编码方向的方向上施加的读出磁场梯度。尽管图示了膛型MR系统，但应认识到，也预见到开放系统、C磁体系统等。
通过以磁共振频率（例如，对于3.0T场中的1H激励的128MHz）向一个或多个射频线圈24施加射频（B1）脉冲，来激励磁共振。在本说明性实施例中，射频线圈24包括布置于与轴16同心的外壳12上或中的“全身”体积线圈，例如鸟笼线圈或横向电磁（TEM）线圈。将图示为头部线圈26（作为范例）的局部线圈用于检查区域中的MR激励。还预见到其他类型的局部线圈或线圈阵列，例如肢体线圈、表面线圈等。此外，可以将局部线圈耦合到全身线圈的子集或象限（quadrant）身体线圈。
在图示的实施例中，患者处理系统包括布置于外壳12末端的患者躺椅30，其将患者移动到MR扫描器10的膛14之内并在其中定位患者。该MR系统还包括梯度线圈控制器40，其控制梯度线圈22以在整个B0场上选择性地施加磁场梯度。RF发射器42控制与局部头部线圈26相结合全身RF线圈22以在检查区域中生成B1射频共振激励RF场。序列控制器44控制梯度线圈控制器40、RF发射器42和局部RF线圈26以实施选定的磁共振或其他序列。MR扫描器10还包括射频（RF）接收器46，其接收由全身射频线圈24或一个或多个局部线圈26拾取的共振信号。接收器对接收到的由处理器48重建的共振信号进行解调，以生成被存储在图像存储器50中的图像表示、谱信息等。操作员使用输入设备52从图像存储器中选择性地提取图像表示的部分，该部分由处理器48转换成适当形式，以在监视器54上显示。
继续参考图1，局部RF线圈26在控制单元60之内具有RF收发器，控制单元60从序列控制器44接收信号，以控制向主要身体线圈发射RF信号或从主要身体线圈接收RF信号，并控制一个或多个可调节负载62。由存储的设置确定由局部线圈发射的RF信号。之后由控制单元60使用图像处理的无线协议传输由局部RF线圈26接收的信号。
参考图2，感应耦合的局部RF线圈26具有多个线圈元件。可控负载之一与线圈元件100和控制单元60连接。线圈元件100可以是环型、TEM、鸟笼或其他线圈元件。在发射模式中，负载控制单元60通过电容、电阻和/或阻抗的改变来调节线圈元件上的负载62。负载62还能够包括晶体管和/或开关，以用于将电子元件切换进或出负载。在另一实施例中，连续地或在递增步骤中，例如利用变容二极管元件、MEMS设备等调节负载的电感、电阻和/或电容。由控制器130，例如，在一个实施例中，由控制单元中基于微处理器的控制器，响应于通过传感器或电流计140在线圈元件上测量的电流，确定负载的变化。在另一实施例中，响应于来自序列控制器44的信号，无需独立的测量设备，确定负载。设置存储在存储器150中并在适当时间被通信到控制器130。在一个实施例中，用于控制器130的电源160包括功率获取电路，其以感应方式从主线圈20获取功率并在例如可充电的电池中存储功率。或者，电源160包括一次性电池、可充电的电池或被物 理连接到外部电源。另一实施例使用线圈元件100直接从主线圈20获取功率，而无需局部电源。无线接口170从序列控制器44接收关于待施加的B1场的控制指令。在接收模式中，收发器发射接收的共振信号。局部线圈能够用于在幅度和相位上调制来自全身线圈的载波频率的包络。
能够将简单的拾取探头在天线元件附近置于感兴趣位置处。简单的包络探测器能够用于监测电流的大小。能够通过增加局部振荡器来监测电流的大小和相位。也能够经由谐波频率通过无线方式为这一局部振荡器供电。
参考图3，在另一实施例中，感应耦合的局部RF线圈26包括线圈元件100的阵列。线圈元件被配置为环型或TEM。单个控制单元60操作线圈元件100的阵列，每个线圈元件都具有其自己可调节的负载62。每个可调节的负载62都可以由控制单元独立地访问。负载的最优设置由控制器44确定，并通过无线接口170被通信到线圈控制单元60。
在另一实施例中，每个线圈单元都包括电流传感器140。通过调节具有可调节负载62的个体线圈元件上的相位和幅度，能够近似期望的B1激励模式。能够在利用电流传感器140、利用磁共振校准序列等进行调节期间监测幅度和相位。这种方法通常称为B1匀场。
参考图4，在另一实施例中，感应耦合的局部RF线圈26包括线圈元件100的阵列，每个线圈元件都具有可调节负载62、电流传感器140和独立的线圈控制单元60。当然，能够由像图3那样的单个控制器控制线圈元件。图3或图4的线圈控制单元60能够同时地、相继地、独立地、利用延迟模式等，调节或切换负载的特性。能够选择负载以在发射期间对局部线圈去谐，补偿受检者的加载等。通过调谐线圈元件的不同组合，实现了不同程度的调谐自由度。发射期间的负载调制能够用于改变B1场的幅度和相位，例如，以实现同步函数形式的包络。不同元件上的不同调制实现了多维B1场分布，这便于各种成像技术，例如，诸如SENSE的并行成像。能够将负载连续变化到不同的局部B1场分布，例如，具有更高的幅度，以依次地而非同时地执行SENSE或其他并行成像技术。
参考图5，将患者和局部线圈定位200在MR扫描器10的检查区域中。线圈元件的初始化210为每个线圈元件100设置初始负载62。每个线圈元件都连接到控制单元60，控制单元60使用无线协议170与序列控制器通信， 以例如基于先前患者扫描、患者体重、扫描器特性等，为每个线圈元件选择初始负载。在选择一个或多个线圈元件进行匀场之后，全身线圈24发射230B1场脉冲。选择的线圈元件100调节输送给患者的B1场分布。（一个或多个）线圈元件100之后切换到接收模式，以接收共振信号。线圈元件100接收共振信号。评估接收的共振信号允许控制单元60或控制单元44确定250是否需要调节260负载以实现期望的B1场分布。迭代地重复这种校准序列，直到实现每个线圈元件100的最优B1分布。能够相继或并行地调谐线圈元件。
一旦针对每个线圈元件100设置了期望的负载62以令人满意地对B1 场进行了匀场，系统5就执行270MR序列。局部线圈26接收由处理器48处理280成图像、谱信息等的共振信号，以在监视器54上显示290、在计算机存储器中存储等。
或者，能够在工厂或安装程序中对线圈做匀场处理，而不针对每位患者细化。
参考图6，一些成像序列要求不均匀的B1分布。在一个实施例中，要对患者的两个靠近的区域成像。定位200患者，使得两个感兴趣区域在成像区域14中的局部线圈26中。例如，通过图5的方法对B1场进行匀场300，以实现均匀的B1场分布。
序列控制器44计算310在第一感兴趣区域上聚焦B1场的第一不均匀B1场分布以及在第二感兴趣区域上聚焦B1场的第二B1场分布。从期望的B1场分布，控制器130或序列控制器44例如通过查找存储器150中预先计算的值或通过计算，确定320对应的负载。控制器130相应地调节330负载。例如，调节负载以在第一区域上聚焦B1场，并执行340MR序列。数据被处理350，例如被重建，并且在监视器54上显示360或在存储器中存储图像。在处理MR数据的同时，调节330负载以在第二感兴趣区域上聚焦并再次执行340MR序列。如果有额外的感兴趣区域，再次调节320负载，并且再次执行MR序列。
在一个实施例中，两个区域是两个器官，例如左或右乳房。在另一实施例中，感兴趣区域是切片。
在另一实施例中，使用该过程来校正患者的运动。运动监测器（未示 出）监测370感兴趣区域的运动。在感兴趣区域运动时，重新计算310B1 分布，以在感兴趣区域的当前位置上聚焦B1场。在MR序列期间确定320并调节负载，以实时针对患者的运动调节序列。
在另一实施例中，选择适于待执行MR序列的其他不均匀B1场分布。在并行成像技术中，例如在发射SENSE中，使用多维B1场分布。例如，通过在存储器150或查找表中查找，确定310针对每个线圈元件100的适当多维B1场分布。再次，计算320并调节330针对每个线圈元件的负载，并执行340并行成像序列。或者在RF激励期间，每个线圈元件的负载阻抗独立地变化。
在并行成像中，每个线圈通常具有不同的B1分布，以加快成像速度。在时分复用并行成像实施例中，针对多个线圈元件100，在一些实施例中针对所有线圈元件100，计算310公共的B1场分布。执行340MR序列以生成MR数据的一部分。之后，针对序列的后续B1激励，确定310不同的B1 场，并计算320和调节330负载。继续该过程，直到已经施加了选定数量的不同B1场分布。时分复用是有利的，因为通过利用多个线圈元件发射每种B1分布，实现了更高的B1场强。但是付出了时间成本，因为各种B1场分布是相继或依次施加的。
局部线圈与全身线圈感应地进行发射。关闭局部线圈的控制单元以允许通过线圈元件接收共振信号。之后打开控制单元以允许处理接收的共振信号，以对个体线圈元件的负载进行调节，并向系统发送接收的共振信号以用于图像重建。
还预见到，以各种比例将局部线圈元件的局部发射场与身体线圈的发射场组合。低耦合会提供由身体线圈的场支配的发射场，而强耦合会提供由局部发射元件支配的发射场。
如果在发射周期中调制负载，则针对每个通道生成不同的包络函数，由此能够由单个身体线圈为具有发射阵列的像SENSE那样的应用供电。迅速开关局部阵列元件产生时分复用的灵敏度编码。
这项技术不限于MR扫描器。能够将其扩展到期望具有波束成形功能或在一组无源耦合的天线元件上执行局部调制的能力的任何形式的天线阵列。
已经参考优选实施例描述了本发明。他人在阅读和理解以上详细描述之后可以做出修改和变化。本发明旨在被解释为包括所有这样的修改和变化，只要它们落在权利要求书或其等价要件的范围之内。
Claims (20)
1.一种磁共振系统(5)，包括：
主磁体(20)，其在检查区域(14)中生成静态(B0)磁场；
磁场梯度线圈(22)，其在所述检查区域之内在选定方向上，在静态(B0)磁场上叠加时变的磁场梯度；
全身射频线圈(24)，其生成射频(B1)脉冲；以及
局部射频线圈(26)，其感应耦合到所述全身射频线圈，用于磁共振系统(5)的所述感应耦合的局部射频线圈(26)包括：
多个射频线圈元件(100)，每个射频线圈元件都包括可调节负载(62)，所述负载具有可调节电容、电阻或阻抗中的至少一个，其中每个射频线圈元件(100)还包括连接到控制单元(60)的测量设备(140)，所述测量设备测量所述射频线圈元件(100)上的电流；以及
所述控制单元(60)，其包括：
负载控制器(130)，其控制所述负载(62)的调节，其中，所述负载控制器(130)将测得电流与选定电流进行比较，并相应地调节所述负载的电容、电阻和阻抗中的至少一个；以及
连接到所述负载控制器的通信接口(170)，其在所述负载控制器(130)与线圈外控制器(44)之间通信。
2.根据权利要求1所述的系统(5)，其中，所述负载控制器(130)将所测得的发射的射频信号的频率和相位中的至少一个与选定频率和相位中的至少一个进行比较。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的系统(5)，其中，每个射频线圈元件(100)都与不同的控制单元(60)连接，以被分别控制。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的系统(5)，还包括：
从所述磁共振系统(5)获取功率的局部电源(160)。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的系统(5)，其中，所述通信接口(170)与所述线圈外控制器(44)无线地连接。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的系统(5)，其中，所述线圈元件(100)包括以下中的至少一个：环形线圈和横向电磁(TEM)阵列。
7.一种磁共振方法，包括：
a)在磁共振扫描器(5)的检查区域(14)中定位(200)受检者(18)和感应耦合至所述磁共振扫描器(5)的全身线圈(24)的局部发射线圈(26)；
b)针对所述局部发射线圈(26)的每个线圈元件确定(240)B1场分布；
c)调节(250、330)所述局部发射线圈(26)的每个线圈元件中的负载，以针对每个线圈元件调节所述B1场分布；
d)使用所述局部发射线圈执行(270、340)磁共振序列。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述局部发射线圈(26)与所述全身线圈感应耦合，并且执行所述磁共振序列包括同时利用所述全身线圈和所述局部发射线圈进行发射。
9.根据权利要求7和8中任一项所述的方法，还包括：
e)向所述检查区域中发射射频信号；
f)测量所发射的信号的频率、幅度和相位中的至少一个；
g)基于测得的频率、幅度和/或相位与预选定的频率、幅度和/或相位之间的偏差，调节(250)所述线圈元件(100)中的一个或多个的所述负载(62)；
h)针对所述线圈元件(100)中的一个或多个重复步骤e)-g)。
10.根据权利要求9所述的方法，包括：
迭代地重复步骤h)，直到所述检查区域中的B1场基本均匀。
11.根据权利要求7和8中任一项所述的方法，还包括：
测量每个线圈元件(100)上的电流；并且
基于测得的电流调节(250)所述负载(62)。
12.根据权利要求7和8中任一项所述的方法，还包括：
在磁共振激励和所述磁共振序列中的至少一个期间，调节所述负载以改变所述检查区域中的B1场分布。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述负载被改变以相继地施加一系列并行成像B1场分布，以实现时分复用灵敏度编码。
14.一种磁共振装置，包括：
a)用于在磁共振扫描器(5)的检查区域(14)中定位(200)受检者(18)和感应耦合至所述磁共振扫描器(5)的全身线圈(24)的局部发射线圈(26)的模块；
b)用于针对所述局部发射线圈(26)的每个线圈元件确定(240)B1场分布的模块；
c)用于调节(250、330)所述局部发射线圈(26)的每个线圈元件中的负载，以针对每个线圈元件调节所述B1场分布的模块；
d)用于使用所述局部发射线圈执行(270、340)磁共振序列的模块。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述局部发射线圈(26)与所述全身线圈感应耦合，并且执行所述磁共振序列包括同时利用所述全身线圈和所述局部发射线圈进行发射。
16.根据权利要求14和15中任一项所述的装置，还包括：
e)用于向所述检查区域中发射射频信号的模块；
f)用于测量所发射的信号的频率、幅度和相位中的至少一个的模块；
g)用于基于测得的频率、幅度和/或相位与预选定的频率、幅度和/或相位之间的偏差，调节(250)所述线圈元件(100)中的一个或多个的所述负载(62)的模块；
h)用于针对所述线圈元件(100)中的一个或多个重复模块e)-g)的操作的模块。
17.根据权利要求16所述的装置，包括：
用于迭代地重复模块h)的操作，直到所述检查区域中的B1场基本均匀的模块。
18.根据权利要求14和15中任一项所述的装置，还包括：
用于测量每个线圈元件(100)上的电流模块；以及
用于基于测得的电流调节(250)所述负载(62)的模块。
19.根据权利要求14和15中任一项所述的装置，还包括：
用于在磁共振激励和所述磁共振序列中的至少一个期间，调节所述负载以改变所述检查区域中的B1场分布的模块。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述负载被改变以相继地施加一系列并行成像B1场分布，以实现时分复用灵敏度编码。
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