CN103809138B

CN103809138B - 用于磁共振成像的相控阵列rf线圈

Info

Publication number: CN103809138B
Application number: CN201310553172.7A
Authority: CN
Inventors: 李周炯; 李寿烈
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Industry Academic Cooperation Foundation of Kyung Hee University
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Industry Academic Cooperation Foundation of Kyung Hee University
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2017-06-16
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: CN103809138A; KR101424976B1; KR20140059575A; US9709645B2; EP2730934A3; EP2730934A2; US20140125339A1

Abstract

本发明提供一种相控阵列射频（RF）线圈和利用该线圈的磁共振成像设备。相控阵列RF线圈包括：圆柱形框架，包括具有不同直径的同轴内框架和同轴外框架；以及多个垂直环形线圈，被设置在圆柱形框架的圆周方向上。所述多个垂直环形线圈中的每个垂直环形线圈包括：内导体，在同轴内框架上沿着纵向方向延伸；外导体，从同轴外框架沿着纵向方向延伸并且面对内导体；以及第一共振频率调整电容器，用于将内导体的纵向方向上的一端与外导体的纵向方向上的一端连接，使得相控阵列RF线圈以磁共振成像工作频率共振。

Description

用于磁共振成像的相控阵列RF线圈

本申请要求于2012年11月8日在韩国知识产权局提交的第10-2012-0126161号韩国专利申请的权益，其公开通过引用全部内容合并于此。

技术领域

本发明涉及一种射频（RF）线圈和利用该射频线圈的磁共振成像（MRI）设备，更具体地说，涉及一种具有用于提高RF磁场的均匀性的改进结构的相控阵列RF线圈和利用该相控阵列RF线圈的MRI设备。

背景技术

磁共振成像（MRI）设备使用核磁共振（NMR）获得人体的剖面的图像。存在于人体中的原子核，例如，氢（1H）、磷（3¹P）、钠（2³Na）和碳同位素（1³C），根据NMR具有唯一的旋转磁场常数。因此，通过如下方式可以获得人体内部的图像：向人体施加电磁波以使得原子核的磁化矢量共振，并且接收位于垂直平面上的磁矢量由于共振而产生的磁共振信号。在这种情况下，射频（RF）线圈被用来向人体施加电磁波以使得人体中的原子核的磁化矢量共振，并且接收位于垂直平面上的磁矢量由于共振而产生的磁共振信号。一个RF线圈可以被用来使得磁化矢量共振（发送模式）和接收磁共振信号（接收模式）。另外，两个线圈（即，只用于发送模式的RF线圈和只用于接收模式的RF线圈）可以被用来执行发送模式和接收模式。可以用来执行发送模式和接收模式两者的线圈被称为收发线圈，用来只执行发送模式的线圈被称为发送线圈，并且，用来只执行接收模式的线圈被称为接收线圈。一般地，由于发送线圈被安装在MRI设备的壳体内部，所以发送线圈形成在具有使得可将人体置于其中的大小的圆柱形（或者卵形）框架上。另一方面，由于接收线圈通常被附接到人体上，因此可以根据人体的期望部位（例如，头、颈或腰部）的形状来形成接收线圈。

磁共振图像的信噪比和亮度均匀性（luminous uniformity）是评价磁共振图像的质量的非常重要的因素。磁共振图像的信噪比与主磁场（即，诸如超导电磁体或永久性磁体的MRI设备的元件的磁场）成比例。但是，当在人体中主磁场增加时，电磁波在强度方面下降并被延迟，从而防止均匀地形成RF磁场。当RF磁场没有在人体中均匀地形成时，磁共振图像的均匀度可能会严重地降低。特别地，如果发送模式中的磁场的均匀性低，则磁共振图像的均匀度和磁共振图像的对比度都被降低。

在使用约3.0特拉斯的高磁场的MRI设备中，设置有多个RF线圈的相控阵列RF线圈可以被用来在人体中形成均匀的RF磁场。通过独立地控制被供应到包括在相控阵列RF线圈中的线圈元件的RF信号的强度和相位，可以增加人体中的RF磁场的均匀性。一般地，该技术被称为B1匀场（shimming）。

一般地，在圆柱形或卵形的框架上形成相控阵列收发线圈或相控阵列发送线圈，在所述框架中有效地容纳人体。圆柱形RF收发/发送线圈的代表性例子是鸟笼RF线圈和横向电磁（TEM）线圈。虽然这些线圈最初均被设计为单个线圈而非相控阵列线圈，但是，通过对它们进行结构修改，可以将它们改变为相控阵列型线圈。

发明内容

一般地，鸟笼射频（RF）线圈具有这样的结构，其中，导体环被安装在其内外侧，并且通过直线型导体连接。为了执行B1匀场，多个端口被设置在导体环上，并且，RF功率被供应到多个端口并驱动它们。但是，即使在多个端口中的一个处驱动鸟笼RF线圈，也相对于鸟笼RF线圈在整个鸟笼RF线圈中均匀地产生磁场，因此B1匀场的效率低。为了使用横向电磁（TEM）线圈来执行B1匀场，TEM线圈的线圈元件（即，传输线），被磁分离并被独立地驱动。但是，当TEM线圈被形成得足够大以至于产生整个人体的图像时，在诸如传输线的TEM线圈的线圈元件中发生相位延迟和高电流消耗，并且，在传输线的方向上磁场的分布不是均匀的。此外，难以制造TEM线圈的传输线和执行用于在磁共振频率处操作TEM线圈的阻抗匹配。

本发明提供一种相控阵列RF线圈和利用该相控阵列RF线圈的磁共振成像设备，该相控阵列RF线圈具有改进的结构，以解决由于人体中的电磁波的波长的减小而导致的高磁场磁共振图像中的非均匀的RF磁场的问题。

根据一个或多个实施例的方面，一种用于磁共振成像的相控射频（RF）线圈可以包括：圆柱形框架，包括具有不同直径的同轴内框架和同轴外框架；以及多个垂直环形线圈，被设置在圆柱形框架的圆周方向上，其中，所述多个垂直环形线圈中的每个垂直环形线圈包括：内导体，在同轴内框架上沿着纵向方向延伸，外导体，在同轴外框架上沿着纵向方向延伸并且面对内导体，以及第一共振频率调整电容器，用于将内导体的纵向方向上的一端与外导体的纵向方向上的一端连接，使得相控阵列RF线圈以磁共振成像工作频率共振。

相控阵列RF线圈还可以包括：第二共振频率调整电容器，用于将内导体的纵向方向上的另一端与外导体的纵向方向上的另一端连接，使得RF线圈以磁共振成像工作频率共振。

内导体可以包括沿着内框架的纵向方向分割的多个内子导体，并且，可以在所述多个内子导体的每个内子导体之间安装第三共振频率调整电容器。

外导体可以包括沿着外框架的纵向方向分割的多个外子导体，并且，可以在所述多个外子导体的每个外子导体之间安装第四共振频率调整电容器。

由分割内导体而得到的所述多个内子导体中的内子导体的数量可以等于由分割外导体而得到的所述多个外子导体中的外子导体的数量。

去耦电容器可以被置于所述多个垂直环形线圈的相邻的垂直环形线圈之间，以独立地驱动所述多个垂直环形线圈中的每个垂直环形线圈。

外导体可以包括沿着外框架的纵向方向分割的多个外子导体，并且，可以在所述多个外子导体中的每个外子导体之间安装第四共振频率调整电容器。

所述多个垂直环形线圈可以沿着圆柱形框架的圆周按等角间隔设置。

内导体可以是其一部分被去除了的导体板。

外导体在外框架的圆周方向上的宽度可以大于内导体在内框架的圆周方向上的宽度。

内导体可以是具有弯曲表面且沿着内框架的圆周弯曲的导体板。

外导体可以是具有弯曲表面且沿着外框架的圆周弯曲的导体板。

外导体相对于圆柱形框架上的中心轴的中心角可以大于内导体相对于圆柱形框架上的中心轴的中心角。

外导体可以包括绝缘层和被设置为部分地重叠的多个外导体板片，其中，绝缘层位于所述多个外导体板片中的外导体板片之间。

所述多个外导体板片可以包括设置在绝缘层的内侧的第一外导体板片和设置在绝缘层的外侧的第二外导体板片，其中，绝缘层位于第一外导体板片和第二外导体板片之间。

绝缘层可以包括多个绝缘层片，其中，所述多个外导体板片中的外导体板片被交替地设置，使得一个外导体板片的一侧沿着外框架的圆周被设置在与所述一个外导体板片的一侧相对的相邻的外导体板片的一侧的下方，并且，所述多个绝缘层片中的绝缘层片分别被插入到所述多个外导体板片中的外导体板片重叠的两个区域中。

去耦电容器可以被置于所述多个垂直环形线圈中的每个垂直环形线圈之间，以独立地驱动所述多个垂直环形线圈中的每个垂直环形线圈。

根据一个或多个实施例的方面，一种用于磁共振成像的射频系统可以包括用于磁共振成像的相控阵列射频（RF）线圈，该相控阵列射频（RF）线圈包括：圆柱形框架，包括具有不同直径的同轴内框架和同轴外框架；以及沿着圆柱形框架的圆周方向设置的多个垂直环形线圈和用于驱动相控阵列RF线圈的驱动控制单元，其中，所述多个垂直环形线圈中的每个垂直环形线圈包括：内导体，在同轴内框架上沿着纵向方向延伸；外导体，在同轴外框架上沿着纵向方向延伸并且面对内导体；以及第一共振频率调整电容器，用于将内导体的纵向方向上的一端与外导体的纵向方向上的一端连接，使得相控阵列RF线圈以磁共振成像工作频率共振。

驱动控制单元可以包括与所述多个垂直环形线圈连接的多个RF功率放大器。

所述多个RF功率放大器中的RF功率放大器的数量可以等于所述多个垂直环形线圈中的垂直环形线圈的数量。

驱动控制单元还可以包括：功率分配器（power divider），用于将从RF功率放大器输出的RF功率分成相对于彼此具有预定的相位差的多个功率信号，并且将所述多个功率信号供应到所述多个垂直环形线圈中的垂直环形线圈，所述多个垂直环形线圈中的垂直环形线圈的数量等于所述多个功率信号中的功率信号的数量。

功率分配器可以将从RF功率放大器输出的RF功率分成两个功率信号，其中，所述功率信号的相位相对于彼此偏移180度，并且，将所述功率信号供应到相对于圆柱形框架上的中心轴彼此面对的两个垂直环形线圈。

相控阵列RF线圈可以只用于发送模式中，或者，可以用于发送模式和接收模式两者中。

根据一个或多个实施例的方面，一种磁共振成像设备可以包括：包括圆柱形中空部分的空腔；安装在空腔中的主磁体；安装在空腔的圆柱形中空部分中的梯度线圈；用于磁共振成像的相控阵列射频（RF）线圈，以及用于驱动和控制主磁体、梯度线圈和相控阵列RF线圈的驱动控制单元，其中，所述相控阵列射频（RF）线圈包括：安装在空腔的圆柱形中空部分中的圆柱形框架，所述圆柱形框架包括：具有不同直径的同轴内框架和同轴外框架，以及沿着圆柱形框架的圆周方向设置的多个垂直环形线圈，所述多个垂直环形线圈中的每个垂直环形线圈包括：内导体，从同轴内框架沿着纵向方向延伸；外导体，从同轴外框架沿着纵向方向延伸并且面对内导体；以及第一共振频率调整电容器，用于将内导体的纵向方向上的一端与外导体的纵向方向上的一端连接，使得相控阵列RF线圈以磁共振成像工作频率共振。

附图说明

通过参照附图详细地描述本发明的示例实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得更加清楚，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的磁共振成像（MRI）设备的示意性横截面图；

图2示出根据本发明的实施例的相控阵列射频（RF）线圈的形状；

图3具体地示出根据本发明的实施例的图2的相控阵列RF线圈的垂直环形线圈；

图4是图2的相控阵列RF线圈的横截面图；

图5是根据本发明的实施例的与一个垂直环形线圈等效的电路的电路图；

图6具体地示出根据本发明的另一个实施例的相控阵列RF线圈的垂直环形线圈；

图7A和7B示出根据本发明的另一个实施例的相控阵列RF线圈的一个垂直环形线圈的外导体；

图8A和8B示出根据本发明的另一个实施例的相控阵列RF线圈的一个垂直环形线圈的外导体；

图9示出根据本发明的实施例的相控阵列RF线圈系统；以及

图10示出根据本发明的另一个实施例的相控阵列RF线圈系统。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更加详细地描述本发明的示例性实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且，为了清楚起见，可以放大层和区域的厚度。

图1是根据本发明的实施例的磁共振成像（MRI）设备的示意性横截面图。

参照图1，MRI设备具有带中空部分30的圆柱形磁结构。圆柱形磁结构可以包括：主磁体10，其产生从外侧到内侧的主磁场；梯度磁场线圈20，其产生梯度磁场；以及射频（RF）线圈100。MRI设备还包括驱动控制单元190，该驱动控制单元190驱动和控制主磁体10、梯度磁场线圈20和RF线圈100。

主磁体10产生主磁场，该主磁场磁化人体中分布的元素当中的导致磁共振的元素，即，诸如氢、磷和钠的原子核。主磁体10可以是超导电磁体或永久性磁体。超导电磁体用来形成0.5T以上的高磁场。

梯度磁场线圈20产生空间上线性的梯度磁场，以捕获磁共振图像。一般地，分别在x轴方向、y轴方向和z轴方向上产生梯度磁场的三个梯度磁场线圈被用来捕获磁共振图像。当磁化矢量在水平面上旋转时，梯度磁场线圈20在空间上控制磁化矢量的旋转频率或相位，使得可以在空间频率域（即，k域）中表示磁共振图像信号。

磁化矢量应该位于水平面上，以产生磁共振图像信号。为此，准备RF线圈100，以基于作为主频率的拉莫尔频率来产生RF磁场。当具有拉莫尔频带的RF电流被供应到RF线圈100时，在RF线圈100中产生以拉莫尔频率旋转的旋转磁场。旋转磁场导致磁化矢量共振，即，导致发生核磁共振（NMR），从而导致磁化矢量位于水平面上。一旦磁化矢量位于水平面上并且以拉莫尔频率旋转，根据法拉第电磁感应定律，它就在RF接收线圈中产生电动力。通过下述方式可以获得基带的磁共振信号：使用RF放大器放大电动力信号，并且，使用拉莫尔频率的正弦波来调整放大电动力信号的结果。基带的磁共振信号被量化、被发送到计算机并被处理，以获得磁共振图像。

图2示出根据本发明的实施例的可以用于图1的MRI设备中的RF线圈100的形状。图3具体地示出图2中示出的根据本发明的实施例的RF线圈100的垂直环形线圈。

参照图2，RF线圈100形成在圆柱形框架110中。圆柱形框架110包括同轴内框架111和同轴外框架112。圆柱形框架110可以是被一体地形成的树脂模制结构，并且，内框架111和外框架112可以分别是圆柱形框架110的内侧表面和外侧表面。在其它的情况中，圆柱形框架110可以是通过组合被分开地制备的内框架111和外框架112来制造的结构。

内导体120在内框架111上沿着纵向方向延伸。内框架111可以具有弯曲的表面，并且，内导体120可以是沿着内框架111的圆周弯曲的弯曲导体板。内导体120可以沿着内框架111的圆柱形圆周按等角的间隔设置。

类似地，外导体130在外框架112上沿着纵向方向延伸。外框架112也可以具有弯曲的表面，并且，外导体130可以是沿着外框架112的圆周弯曲的弯曲导体板。同样地，外导体130可以沿着外框架112的圆柱形圆周按等角的间隔设置。

内导体120或外导体130可以由具有高导电率的金属形成。

参照图3，内导体120之一被设置为与位于其径向方向的外导体130之一一一对应地相对应。第一共振频率调整电容器141被安装为将每个内导体120的纵向方向上的一端与每个外导体130的纵向方向上的一端电连接。第二共振频率调整电容器142被安装为将每个内导体120的纵向方向上的另一端与每个外导体130的纵向方向上的另一端电连接。也就是说，每个内导体120和每个外导体130经由第一共振频率调整电容器141和第二共振频率调整电容器142电连接，从而形成一个纵向的环形线圈。

每个内导体120可以沿着纵向方向被分成两个或更多个部分，例如，多个内子导体121和122。第三共振频率调整电容器143被安装在多个内子导体121和122之间，以调整共振频率。类似地，每个外导体130可以沿着纵向方向被分成两个或更多个部分，例如，多个外子导体131和132。第四共振频率调整电容器144被安装在多个外子导体131和132之间，以调整共振频率。

第一共振频率调整电容器141、第二共振频率调整电容器142、第三共振频率调整电容器143和第四共振频率调整电容器144被用来通过适当地选择电容值C_T使得根据本实施例的RF线圈100可以按照磁共振成像工作频率共振来调整共振频率。在根据本实施例的RF线圈100中，虽然对共振频率的调整可能会受省略第一共振频率调整电容器141、第二共振频率调整电容器142、第三共振频率调整电容器143和第四共振频率调整电容器144中的一些的限制，但是可以省略它们中的一些。

图4是图2的RF线圈100的横截面图。参照图4，RF线圈100中的磁场的形成受外导体130在外框架112的圆周方向上的宽度和内导体120在内框架111的圆周方向上的宽度的影响。外导体130的宽度可以大于内导体120的宽度。

换句话说，在内导体120和外导体130中，相对于圆柱形框架110的中心轴，外子导体131（或132）的中心角θ₂大于内子导体121（或122）的中心角θ₁，使得内导体120可以位于由外导体130限定的扇形区域内。如上所述，垂直环形线圈的外表面被外导体130覆盖，因此，电磁场可以被外导体130有效地阻挡。此外，由于由一个垂直环形线圈形成的磁路被局部地形成在外导体130的内空间中，所以在相邻的垂直环形线圈之间的磁耦合可以被抑制，从而可以提高RF磁场的均匀性。

在高磁场MRI设备中，由于电磁波的波长随着它们通过人体而降低，所以在RF线圈100中的磁场的形成受RF线圈100的形状的影响，并且还受人体的形状和大小的影响。因此，可以考虑人体的大小和形状来确定内导体120和外导体130的宽度。为此，可以考虑人体的电学模型（即，人体中的导电率和介电常数的分布）来确定内导体120和外导体130的宽度。例如，可以根据使用诸如时域有限差分（FDTD）的RF电场分析方法的数值分析方法来计算根据本实施例的由RF线圈100在具有特定大小和形状的人体中形成的磁场。如果，例如，在RF线圈100中，内框架111的直径R1是55cm，外框架112的直径R2是60cm，并且，内导体120和外导体130的长度均是50cm，则假设人体是平均体型，当内导体120的中心角θ₁是60度并且外导体130的中心角θ₂是24度时，根据数值解释方法，以123MHz的工作频率实现磁场的最佳分布。

如上所述，内导体120和外导体130沿着圆柱形框架110的圆周以等角的间隔设置，从而形成多个垂直环形线圈。由于电场被外导体130阻挡，所以根据本实施例的RF线圈100中的相邻的垂直环形线圈之间的磁耦合低。为了进一步使磁耦合最少化，去耦电容器145和146可以被插入在相邻的垂直环形线圈之间。例如，翼部（wing）131a和132a可以分别沿着圆柱形框架110的圆周方向从外子导体131和132的两端延伸，并且，去耦电容器145和146可以分别与翼部131a和132a电连接。去耦电容器145和146可以通过调整电容值C_D来控制泄露到相邻的垂直环形线圈的电流的量，从而补偿相互磁耦合。

图5是根据本发明的实施例的与在垂直环形线圈之间的相互磁耦合被消除的状态下的一个垂直环形线圈等效的电路的电路图。参照图3和5，一个垂直环形线圈包括内导体120和外导体130。第一共振频率调整电容器141和第二共振频率调整电容器142被插入在内导体120和外导体130之间。此外，内导体120和外导体130分别在适当的位置被分割，并且，第三共振频率调整电容器143和第四共振频率调整电容器144分别被插入在所述适当的位置。在本实施例中，内导体120被分成两个内子导体121和122，并且，外导体130被分成两个外子导体131和132，但是，本发明并不局限于此。在根据本实施例的RF线圈100中，垂直环形线圈可以在至少两个位置处被分割，共振频率调整电容器141、412、143和144可以被插入在所述至少两个位置处。垂直环形线圈被分割的部分和所得到的子导体的数量可以根据垂直环形线圈的工作频率和尺寸而改变。一般地，工作频率越高，并且，垂直环形线圈的尺寸越大，垂直环形线圈可以被分割的部分和所得到的子导体的数量就越大。当垂直环形线圈在至少两个位置处被分割，共振频率调整电容器141,412,143和144被插入在所述至少两个位置处，并且允许垂直环形线圈共振时，流过垂直环形线圈的电流的强度具有均匀的分布，从而形成更加均匀的RF磁场。例如，当内框架111具有55cm的直径，外框架112具有60cm的直径，内导体120和外导体130均为50cm长，并且工作频率为123MHz时，垂直环形线圈在四个位置处（即，在内导体120和外导体130的两端以及在内导体120和外导体130的中点处）被分割会是有效的。

与例如图9的驱动控制单元190连接的第一端口151和第二端口152分别被安装在内导体120的一端和外导体130的一端处。为了有效地驱动垂直环形线圈，垂直环形线圈的电阻抗应该与例如50欧姆的特性阻抗匹配。为此，阻抗匹配电容器148和149分别被插入在第一端口151和内导体120之间以及第二端口152和外导体130之间。阻抗匹配电容器148和149通过选择适当的电容值C_M来与驱动控制单元190的特性阻抗和RF线圈100的阻抗匹配。

在图5中，“L1”表示与内子导体121和122等效的电感，“L2”表示与外子导体131和132等效的电感。虽然为了方便解释，内子导体121和122在上面被描述为具有相同的电感，但是，内子导体121和122可以具有不同的电感。类似地，虽然外子导体131和132在上面被描述为具有相同的电感，但是，外子导体131和132可以具有不同的电感。此外，如果需要的话，共振频率调整电容器141、412、143和144可以具有不同的电容值（例如，C_T1、C_T2、C_T3、C_T4）。

图6具体地示出根据本发明的另一个实施例的相控阵列RF线圈的垂直环形线圈。

参照图6，如前一实施例中一样，RF线圈包括垂直环形线圈，该垂直环形线圈包括分别设置在图2的圆柱形框架110的内框架111和外框架112上的内导体220和外导体130。与根据图3的前一实施例的内子导体121和122不同，从内导体220分割出的内子导体221和222可以分别具有去除了部分221a的“U”形状和去除了部分222b的“U”形状。也就是说，除了相互面对的外面部分以外，两个内子导体221和222可以被形成为使得相互面对的部分和中心部分的大部分被去除。第一共振频率调整电容器243分别被插入在两个内子导体221和222相互面对的两个位置处。因此，两个内子导体221和222一起形成一个环形的形状。除了内导体220的结构以外，根据本实施例的RF线圈基本上与上面参照图2至5描述的RF线圈100相同。

如果内导体220或外导体130具有过度大的宽度，则由于梯度磁场，可能产生过量的涡电流。由于以脉冲的形式施加梯度磁场来获得磁共振图像，所以当梯度磁场切换时在梯度磁场线圈附近的导体处产生涡电流。磁共振图像的形成受涡电流的负面的影响，因此，应该防止在RF线圈中产生涡电流。在本实施例中，由于如上所述从内子导体221和222去除了部分221a和222b，所以可以减少内子导体221和222的区域。通过减少内子导体221和222的区域，当供应RF功率时可以在内子导体221和222处抑制涡电流，从而减少噪声并防止功率损耗。

在本实施例中，例如，当内框架111具有55cm的直径，外框架112具有60cm的直径，内导体120和外导体130均为50cm长，并且内导体120的中心角θ₁是40度，并且外导体130的中心角θ₂是60度时，在RF线圈中均匀地形成磁场。

如图6所示，从内子导体221和222去除的部分221a和222b的形状和位置仅仅是出于示范性的目的，并不局限于此。作为另一个例子，内子导体221和222的部分可以以任何其他各种形式（例如，以梳子或圆的形式）被去除。虽然在本实施例中，将内导体220分成两个内子导体221和222，但是可以分割或可以不分割内导体220，或者，可以将内导体220分成三个或更多个内子导体。当内导体220没有被分成三个或更多个内子导体时，可以去除内导体220的中心部分。如果内导体220被分成三个或更多个内子导体，则最外面的内子导体可以具有与图6中示出的内子导体221和222相同的形状，并且，其余的中间的（一个或多个）内子导体可以具有连接这些最外面的内子导体的导线形状。

图7A和7B示出根据本发明的另一个实施例的相控阵列RF线圈的一个垂直环形线圈的外导体230。除了外导体230以外，根据本实施例的RF线圈基本上与根据上面参照图2至5描述的前一实施例的RF线圈100相同。

参照图7A和7B，如前一实施例中一样，根据本实施例的RF线圈包括垂直环形线圈，该垂直环形线圈包括分别安装在图2的圆柱形框架110的内框架111和外框架112上的图2的内导体120和外导体230。每个外导体230可以沿着纵向方向被分成两个或更多个部分，例如，多个外子导体231和232。共振频率调整电容器244被安装在多个外子导体231和232之间，以调整共振频率。一个外子导体231包括被设置为部分地重叠的多个外导体板片231a、231b、231c、231d和231e，所述多个外导体板片之间具有绝缘层235。例如，第一外导体板片231a、第三外导体板片231c和第五外导体板片231e被设置在绝缘层235的内侧，并且，第二外导体板片231b和第四外导体板片231d可以被设置在绝缘层235的外侧。类似地，另一个外子导体232包括被设置为部分地重叠的多个外导体板片232a、232b、232c、232d和232e。

多个外导体板片231a、231b、231c、231d和231e中的每个可以是具有沿着外框架112的弯曲表面的圆周形成的弯曲表面的导体板，或者可以是平坦的导体板，类似地，多个外导体板片232a、232b、232c、232d和232e中的每个可以是具有沿着外框架112的弯曲表面的圆周形成的弯曲表面的导体板，或者可以是平坦的导体板。翼部236和237分别沿着外框架112的圆周方向从外导体板片231a、231b、231c、231d和231e的外端和从外导体板片232a、232b、232c、232d和232e的外端延伸。多个外导体板片231a、231b、231c、231d和231e的翼部236相互重叠并在其间具有绝缘层235，类似地，多个外导体板片232a、232b、232c、232d和232e的翼部237相互重叠并在其间具有绝缘层235。除了翼部236和237以外，多个外导体板片231a、231b、231c、231d和231e以及多个外导体板片232a、232b、232c、232d和232e的其余部分被设置为不重叠。此外，除了翼部236和237以外，多个外导体板片231a、231b、231c、231d和231e的其余部分以及多个外导体板片232a、232b、232c、232d和232e的其余部分被设置为相互分隔开，并在其间具有以预定的间隔形成的狭缝238。

绝缘层235至少被形成在外导体230的重叠部分233和234之间。绝缘层235也可以被形成在整个外框架112上。绝缘层235可以由例如特氟纶（teflon）的具有高绝缘性的介质材料形成。

多个外导体板片231a、231b、231c、231d和231e的重叠部分233是当所述多个外导体板片231a、231b、231c、231d和231e被形成为在其间具有绝缘层235时获得的区域，以及多个外导体板片232a、232b、232c、232d和232e的重叠部分234是所述多个外导体板片232a、232b、232c、232d和232e被形成为在其间具有绝缘层235时获得的区域，因此它们中的每个都具有如图7B中所示的类似于电容器结构的结构。由于多个外导体板片231a、231b、231c、231d和231e（以及类似地，多个外导体板片232a、232b、232c、232d和232e）经由绝缘层235相互绝缘，所以在具有低频带的梯度磁场中外导体230被分割为多个区域，从而抑制涡电流。由于重叠部分233和234具有电容器结构，所以多个外导体板片231a、231b、231c、231d和231e在RF波带一起充当一个导体，类似地，多个外导体板片232a、232b、232c、232d和232e在RF波带一起充当一个导体。多个外导体板片231a、231b、231c、231d和231e以及多个外导体板片232a、232b、232c、232d和232e在抑制涡电流的同时覆盖大区域，因此，外面的电场可以被有效地抑制。也就是说，在本实施例中，以电学的角度来看，在RF波带，多个外导体板片231a、231b、231c、231d和231e以及多个外导体板片232a、232b、232c、232d和232e可以被视为以上描述的前面的实施例中的单个外导体130。

图8A和8B示出根据本发明的另一个实施例的相控阵列RF线圈的一个垂直环形线圈的外导体330。除了外导体330以外，根据本实施例的RF线圈基本上与根据上面参照图2至5描述的前一实施例的RF线圈100相同。

参照图8A和8B，如前面的实施例中一样，根据本实施例的RF线圈包括垂直环形线圈，该垂直环形线圈包括分别安装在图2的圆柱形框架110的内框架111和外框架112上的图2的内导体120和外导体330。每个外导体330可以沿着纵向方向被分成两个或更多个部分，例如，多个外子导体331和332。

绝缘层335包括多个绝缘层片335a、335b、335c和335d。一个外子导体331包括多个外导体板片331a、331b、331c、331d和331e。多个外导体板片331a、331b、331c、331d和331e中的每个可以是具有沿着外框架112的弯曲表面的圆周形成的弯曲表面的导体板，或者可以是平坦的导体板。类似地，另一个外子导体332包括多个外导体板片332a、332b、332c、332d和332e。共振频率调整电容器344被安装在一个外子导体331的多个外导体板片331a、331b、331c、331d和331e与另一外子导体332的多个外导体板片332a、332b、332c、332d和332e之间。沿着外框架112的圆周方向，翼部336和337分别从多个外导体板片331a、331b、331c、331d和331e的外端和多个外导体板片332a、332b、332c、332d和332e的外端延伸。多个外导体板片331a、331b、331c、331d和331e（以及类似地，多个外导体板片332a、332b、332c、332d和332e）沿着外框架112的圆周交替地设置。第一外导体板片331a的一个翼部336被设置为位于第二外导体板片331b的一个翼部336的下方，并且，绝缘层片335a被设置在第一外导体板片331a和第二外导体板片331b之间。其它的外导体板片331b、331c、331d和331e以及多个外导体板片332a、332b、332c、332d和332e被类似地设置。除了翼部336和337以外，多个外导体板片331a、331b、331c、331d和331e的其余部分以及多个外导体板片332a、332b、332c、332d和332e的其余部分被设置为不相互重叠。

本实施例与上面参照图7A和7B描述的实施例的基本相同之处在于：多个外导体板片331a、331b、331c、331d和331e的重叠部分333以及多个外导体板片332a、332b、332c、332d和332e的重叠部分334均具有类似于电容器结构的结构，并且当它们被施加有RF功率时好像被电连接一样操作。

图9示出根据本发明的实施例的相控阵列RF线圈系统。

参照图9，根据本实施例的RF线圈系统包括RF线圈100和驱动RF线圈100的驱动控制单元190。

RF线圈100可以与根据前面的实施例的RF线圈中的一个相同。RF线圈100可以包括八个垂直环形线圈，如图2中所示，并且，可以在其中形成八个输入端子端口P1、P2、P3、……和P8。

驱动控制单元190可以包括衰减器191、移相器193和RF功率放大器195。衰减器191和移相器193可以被包括在MRI设备的主控制器（例如，分光计的RF脉冲发生器）中。可选择地，衰减器191和移相器193可以被实施为分离的元件。RF功率放大器195的数量可以等于输入端子端口P1、P2、P3、……和P8的数量。被输入到驱动控制单元190的RF信号RF1、RF2、RF3、……和RF8经由衰减器191、移相器193和RF功率放大器195分别被供应到输入端子端口P1、P2、P3、……和P8。

图10示出根据本发明的另一个实施例的相控阵列RF线圈系统。

参照图10，根据本实施例的RF线圈系统包括RF线圈100和驱动RF线圈100的驱动控制单元290。

驱动控制单元290可以包括衰减器191、移相器193、RF功率放大器195和功率分配器297。RF功率放大器195的数量可以是输入端子端口P1、P2、P3、……和P8的数量的一半。从RF功率放大器195输出的RF功率的强度与被供应到两个垂直环形线圈的RF功率的强度相同。功率分配器297均将输入功率信号分成具有相同强度且其相位相互偏移180度的两个功率信号。由每个功率分配器297执行的相位偏移可以通过使用诸如同轴线或微带线的LC元件或传输线来实现。

一个功率分配器297的输出端子被连接到相互面对的垂直环形线圈的输入端子端口，例如，输入端子端口P1和P5、P2和P6、P3和P7、或者P4和P8。因此，相互面对的两个垂直环形线圈可以使用一个RF功率放大器195来驱动。

一般地，因为RF功率放大器195大且昂贵，所以增加RF功率放大器195的数量受空间和经济的方面的限制。在本实施例中，由于使用了功率分配器297，所以可以将RF功率放大器195的数量降低到在传统方法中使用的数量的一半，从而减小由驱动控制单元190所占用的空间并节省制造成本。

接下来，将描述根据本实施例的MRI设备的操作。

MRI设备基于核磁共振（NMR）来拍摄人体的剖面。当存在于人体中的原子核（例如，氢（1H）、磷（3¹P）、钠（2³Na）和碳同位素（1³C）），被暴露于由图1的主磁体10产生的主磁场时，原子核被磁化，以使得其磁化矢量相对于外部的磁场进动。进动的频率被称为拉莫尔频率。拉莫尔频率与外部磁场的强度成比例，并且，该比例常数被称为旋磁比。具有核磁共振性质的每种元素具有唯一的旋磁比。RF线圈100向正在进动的磁化矢量施加具有作为主频率的拉莫尔频率的RF磁场。因此，这些磁化矢量共振而位于沿着垂直于主磁场的平面上的方向。位于沿着该平面的方向的磁化矢量变成磁共振图像的信号源。位于沿着该平面的方向的磁化矢量诱导在与其相邻的RF线圈100中产生电压信号。一般地，该电压信号被称为自由感应衰减（FID）信号。根据情况，根据本实施例的RF线圈100能够使得磁化矢量共振（发送模式）并接收磁共振信号（接收模式），或者，RF线圈100可以用作只用于发送模式的RF线圈。用于执行发送模式和接收模式两者的线圈被称为收发线圈，用于只执行发送模式的线圈被称为发送线圈，并且用于只执行接收模式的线圈被称为接收线圈。

磁共振图像的信噪比和亮度均匀性是评价磁共振图像的质量的非常重要的因素。磁共振图像的信噪比与主磁场（即，作为MRI设备的元件的超导电磁体或永久性磁体的磁场）成比例。然而，如果主磁场的强度增加，则信噪比增加，但是亮度均匀性可能会降低。在3.0特拉斯的磁场处，氢元素具有约128MHz的共振频率。在该共振频率处，人体中的电磁波的波长为约30cm。由于在人体中存在大量的具有强极化特性的水分子，所以人体中的电磁波的波长远短于空气中的电磁波的波长。由于人体中的电磁波的波长更短，所以电磁波在强度方面下降并且在人体中延迟。因此，难以在人体中均匀地产生RF磁场。如果在人体中没有产生均匀的RF磁场，则磁共振图像的质量可能会大大地降低。特别地，当磁场的均匀性低并且RF线圈处于发送模式中时，磁共振图像的均匀度和磁共振图像的对比度都可能会降低。这是因为，在确定磁共振图像的对比度的因素当中，自旋-晶格弛豫时间T1取决于磁化矢量的翻转角（flip angle），并且，翻转角取决于RF磁场的强度。因此，非常重要的是，将均匀的RF磁场施加到将要产生图像的人体的内部，以当相控阵列RF线圈处于发送模式时形成均匀的翻转角。

根据本实施例的磁共振成像设备使用相控阵列RF线圈100，在该相控阵列RF线圈中，多个RF线圈被设置为以约3.0特拉斯的高磁场在人体中形成均匀的RF磁场。通过独立地控制被供应到包括在相控阵列RF线圈100中的每个垂直环形线圈的RF信号的强度和相位，MRI设备能够容易地执行B1匀场，以提高人体内的RF磁场的均匀度。

虽然已经针对在附图中示出的示例性实施例具体地示出和描述了根据本发明的相控阵列RF线圈和利用该相控阵列RF线圈的磁共振成像设备，但是本领域的普通技术人员将会理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims

1.一种用于磁共振成像的相控阵列射频RF线圈，所述线圈包括：

圆柱形框架，包括具有不同直径的同轴内框架和同轴外框架；以及

多个垂直环形线圈，被设置在圆柱形框架的圆周方向上，

其中，所述多个垂直环形线圈中的每个垂直环形线圈包括：

内导体，在同轴内框架上沿着纵向方向延伸；

外导体，在同轴外框架上沿着纵向方向延伸并且面对内导体；以及

第一共振频率调整电容器，用于将内导体的纵向方向上的一端与外导体的纵向方向上的一端连接，使得相控阵列射频RF线圈以磁共振成像工作频率共振。

2.根据权利要求1所述的相控阵列射频RF线圈，还包括：第二共振频率调整电容器，用于将内导体的纵向方向上的另一端与外导体的纵向方向上的另一端连接，使得相控阵列射频RF线圈以磁共振成像工作频率共振。

3.根据权利要求1所述的相控阵列射频RF线圈，其中，内导体包括沿着内框架的纵向方向分割的多个内子导体，并且所述相控阵列射频RF线圈还包括：

第三共振频率调整电容器，被安装在所述多个内子导体中的每个内子导体之间。

4.根据权利要求3所述的相控阵列射频RF线圈，其中，外导体包括沿着外框架的纵向方向分割的多个外子导体，并且所述相控阵列射频RF线圈还包括：

第四共振频率调整电容器，被安装在所述多个外子导体中的每个外子导体之间。

5.根据权利要求4所述的相控阵列射频RF线圈，其中，由分割内导体而得到的所述多个内子导体中的内子导体的数量等于由分割外导体而得到的所述多个外子导体中的外子导体的数量。

6.根据权利要求4所述的相控阵列射频RF线圈，其中，去耦电容器被置于所述多个垂直环形线圈中的相邻的垂直环形线圈之间，以独立地驱动所述多个垂直环形线圈中的每个垂直环形线圈。

7.根据权利要求1所述的相控阵列射频RF线圈，其中，所述多个垂直环形线圈沿着圆柱形框架的圆周按等角间隔设置。

8.根据权利要求1所述的相控阵列射频RF线圈，其中，内导体是一部分被去除了的导体板。

9.根据权利要求1所述的相控阵列射频RF线圈，其中，外导体在外框架的圆周方向上的宽度大于内导体在内框架的圆周方向上的宽度。

10.根据权利要求1所述的相控阵列射频RF线圈，其中，外导体相对于圆柱形框架上的中心轴的中心角大于内导体相对于圆柱形框架上的中心轴的中心角。

11.根据权利要求1所述的相控阵列射频RF线圈，其中，外导体包括：绝缘层；以及

被设置为部分地重叠的多个外导体板片，其中，绝缘层位于所述多个外导体板片中的外导体板片之间。

12.根据权利要求11所述的相控阵列射频RF线圈，其中，所述多个外导体板片包括设置在绝缘层的内侧的第一外导体板片和设置在绝缘层的外侧的第二外导体板片，其中，绝缘层位于第一外导体板片和第二外导体板片之间。

13.根据权利要求11所述的相控阵列射频RF线圈，其中，绝缘层包括多个绝缘层片，

其中，所述多个外导体板片中的外导体板片被交替地设置，使得一个外导体板片的一侧沿着外框架的圆周被设置在与所述一个外导体板片的一侧相对的相邻的外导体板片的一侧的下方，并且

所述多个绝缘层片中的绝缘层片被分别插入到所述多个外导体板片中的外导体板片重叠的两个区域中。

14.一种用于磁共振成像的射频系统，所述系统包括：

根据权利要求1至13中的任意一项所述的相控阵列射频RF线圈；以及用于驱动相控阵列射频RF线圈的驱动控制单元。

15.一种磁共振成像设备，包括：

包括圆柱形中空部分的空腔；

安装在空腔中的主磁体；

安装在空腔的圆柱形中空部分中的梯度线圈；

根据权利要求1至13中的任意一项所述的相控阵列射频RF线圈；

用于驱动和控制主磁体、梯度线圈和相控阵列射频RF线圈的驱动控制单元。