CN106093817B - 无线发射和接收mri线圈 - Google Patents

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Abstract

一种磁共振系统(10)，包括无线局部线圈(22)，该无线局部线圈充当只发射或发射和接收线圈。局部线圈包括具有多个线圈元件(501，…50n)的RF线圈(50)。对应数量的发射放大器(581，…58n)向RF线圈元件施加RF信号以发射RF信号。峰值电源(56)向发射放大器提供电功率以发射相对高功率的RF脉冲。微电流充电设备(66)在RF脉冲之间从局部线圈电源(60)为峰值电源再充电。功率传输设备向为局部线圈电源(60)再充电的线圈电源再充电设备(62)无线传输功率。

Description

无线发射和接收MRI线圈
本申请是2008年12月22日提交的申请号为200880121399.1、名称为“无线发射和接收MRI线圈”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本申请涉及磁共振领域。本申请尤其结合对受检者的诊断成像来应用，并且将特别参考其加以描述。不过要认识到，下面所述的概念也具有其他应用，例如磁共振波谱分析、临床前成像等。
背景技术
在磁共振成像中，将患者置于主磁场中，主磁场也称为B0磁场。向患者体内发射高功率射频信号以激励受检者体内的偶极子共振并操控选定的偶极子。接收并处理来自共振偶极子的低功率信号。在磁共振成像中，在整个被成像区域中施加磁场梯度以通过例如相位或频率编码对共振中的空间位置进行编码。
在很多应用中，有利的做法是将射频发射线圈和/或射频接收线圈放置得尽可能靠近要成像的受检者区域。为此，已经开发了很多种局部线圈，例如头部线圈、脊柱线圈、表面线圈以及定位在与要成像区域相邻的患者表面上或接近该表面的各种其他线圈。通过电缆将接收线圈与系统的其余部分连接，以便接收用于前置放大器和处理所接收信号的其他电子部件的功率，并且电缆用于承载用于控制线圈的控制信号，并用于承载接收到的磁共振信号。电缆从RF发射机向线圈的发射部分发送RF脉冲。通往和来自发射和接收线圈的电缆有很多缺点，例如受检者感到不舒服，设置期间不方便以及降低了患者处理量。此外，RF场可能在这些电缆中诱发电流，电流可能会烧伤或损伤受检者，损坏发射或接收线圈上的电子部件，降低图像质量等。
在努力减少这种电缆的使用时，有众多建议是使用无线接收线圈。接收线圈具有非常有限的功率需求用于前置放大器、模数转换器和其他功耗较低的电子线路。典型地，几瓦的功率就足以为无线接收线圈供电。常常使用内置于腔中的全身RF发射线圈来激励和操控共振，同时由无线接收线圈接收共振信号。一般认为，将在每脉冲几千瓦量级上发射RF脉冲的局部发射线圈做成无线的过于消耗功率。
本申请的目的是提供一种无线发射或发射和接收RF线圈供磁共振研究之用。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了用于磁共振成像的线圈组件，所述线圈组件是发射线圈和接收线圈，其中所述线圈组件包括：发射放大器；一个或多个线圈元件，其中，所述一个或多个线圈元件连接到所述发射放大器；前置放大器，其用于从所述一个或多个线圈元件接收磁共振信号，其中，所述前置放大器在工作中用于向磁共振成像系统无线地且数字地发送所述磁共振信号；波形发生器，其连接到所述发射放大器，其中，所述波形发生器在工作中用于从所述磁共振成像系统无线地且数字地接收命令；以及主时钟，其用于使得所述前置放大器和所述波形发生器的定时同步，其中，所述主时钟在工作中用于向所述磁共振成像系统发送时钟信号。
根据另一方面，提供了一种磁共振成像系统，其包括根据本发明所述的线圈组件。
一个优点在于消除或减少了通往局部线圈的电缆。
另一个优点在于提高了患者安全性。
另一个优点在于简化了设置过程并提高了患者处理量。
在阅读和理解以下详细描述之后，更多优点将变得显而易见。
附图说明
在下文中将参考附图基于下述实施例以举例的方式详细说明这些和其他方面，其中：
图1是磁共振成像系统的示意图；以及
图2图示了用于向图1所示发射线圈供电并与之通信的电路。
在用于各附图中时，对应的附图标记表示图中对应的元件。
具体实施方式
参考图1，磁共振成像系统10包括主磁体12，主磁体12例如是超导磁体，其产生穿过检查区域14的主磁场或B0磁场。虽然将检查区域图示为腔，但也预期开放的磁体系统、C形磁体系统、四柱磁体系统等。梯度磁场线圈16产生横跨检查区域，通常沿着三个正交方向的磁场梯度或梯度脉冲。可选地，全身RF线圈18向检查区域14中发射RF脉冲并从检查区域接收磁共振RF信号。
受检者支撑或垫板20有选择地将受检者(未示出)移入和移出检查区域14。将局部线圈22定位在检查区域中紧密靠近受检者处，在图示实施例中局部线圈22为头部线圈。也预期各种局部线圈，例如头部线圈、颈部线圈、肩部线圈、脊柱线圈、表面线圈、膝盖线圈、可插入导管等。有损耗介质24以无线方式在局部线圈22和设置于检查区域外部的系统各部分之间传输功率和信息。
系统控制器30包括系统时钟32和实验控制34，该实验控制34提供适当的控制信号以实施选定的磁共振序列。将控制信号提供给通过导线与全身梯度线圈16连接的梯度放大器36。系统控制30还通过导线与可选的全身RF线圈18连接。此外，系统控制器连接到无线或其他有损耗介质24，以向局部线圈22的发射线圈部分发送指令。
采样缓存或存储设备40与无线或有损耗介质24连接，以从局部线圈22的接收线圈段无线地接收共振信号。磁共振重建处理器42将接收的信号重建成体积磁共振图像表示，该体积磁共振图像表示存储于MR图像存储器44中。视频处理器46将体积图像表示的部分(一个或多个)转换成在监视器48上显示为切片图像、体积绘制等的适当格式。
还参考图2，局部线圈22包括发射线圈50，可选地，也将发射线圈50用作接收线圈。在发射线圈要发射RF脉冲时，经由有损耗介质24从系统控制30向局部线圈22上的波形发生器52发送适当的控制信号。利用由发射/接收线圈时钟54在局部线圈上提供的定时以及从峰值功率存储设备56接收的功率，致使发射放大器58向发射线圈50施加适当的RF脉冲。
在一个实施例中，RF发射线圈50包括多个单独的发射棒或其他单独操作的线圈元件501，…50n。类似地，发射放大器58包括多个分布式放大器581，…58n，从而逐个地控制每个发射棒或线圈元件，此即多发射模式。这样能够利用单一功率级实施每个放大器，这样消除了大而耗能的组合滤波器。这种多发射方式还提供了对发射场更精确地成形的优点。在这种组合中，施加的功率随着局部线圈而变化。例如，在头部线圈中，峰值需求大约为2kW。不过，仅对于磁共振序列的每次重复中的一小部分，或者在采集时段的大约1％量级上需要峰值功率。于是，在整个采集时段上消耗的平均功率在大约20-30瓦的范围内。
线圈电源60配置用于为发射或发射和接收线圈供应平均功率需求，例如大约30瓦。线圈电源60可以采取各种形式，例如电池、在使用发射/接收线圈之间在充电站上再充电的可再充电电池、无线再充电的可再充电电池等。在图示的实施例中，提供了机载再充电系统62，例如梯度场分接(tapping)系统，即在其中由所施加的磁场梯度诱发电流的线圈，该电流用于对线圈电源60的可充电电池、电容器等再充电。在另一实施例中，分接RF场，尤其是来自全身RF线圈18的RF场。在另一实施例中，经由无线链路，例如通过电感、电容或RF功率传输，从外部电源64向再充电系统62提供充电电流。
微电流或其他充电电路66从线圈电源60接收功率并用其为峰值功率存储设备56充电，峰值功率存储设备56能够在大量发射/再加载循环上满足上述峰值功率供电需求。预期各种峰值功率存储设备，例如能够缓慢充电并能够迅速释放其电荷的超级电容器。线圈电源60还为波形发生器52、时钟54、用于接收到的磁共振信号的前置放大器68以及位于局部线圈22上的其他电子部件(例如，用于通过无线或有损耗介质通信的发射/接收单元)供电。
通过无线方式，例如经由有损耗介质24的光纤、RF信号、数字的或数字调制的RF或其他光谱，等等，来进行对发射放大器58的控制。来自系统控制器30中的主时钟32的时钟信号可以承载有来自MR实验控制34等的其他选定序列控制参数。时间延展控制被与FIFO解耦，且其能够处理一定水平的数据丢失。不过，通过大气传输的无线连接的服务质量(QoS)更倾向于有暂时的、大的变化。为了解决这种服务质量问题的控制部分，可以扩大控制/状态FIFO以处理更大的通信中断。然而，对于有反馈的扫描而言，这会导致反馈周期更长的结果。另一种方法是通过参数化，以及随时间编写控制并为在局部线圈上发射RF产生波形，以控制数据带宽。在信号清晰度高时，有损耗介质的发射接收单元增大带宽，在信号清晰度低时，减小带宽。
对于时钟分布在数据流上的情况，由于尖峰信号、反射或其他无线链路干扰的原因，可能发生暂时的无法预测的链路中断。在一个实施例中，利用较高层级的策略处理链路中断，例如，基于关键的实时无线信道特性，决定是否向锁相环路反馈额外的数据跃迁边界或让局部线圈振荡器空转，直到无线信道状况改善为止。
在另一实施例中，局部发射/接收线圈22的局部线圈时钟54成为主时钟，并且系统控制器30的系统时钟32用作局部线圈主时钟的从时钟。这样为时钟抖动带来更宽松的技术要求，因为与用于匹配RF接收和发射的技术要求相比，梯度场对于RF场具有宽松得多的技术要求。这样确保了在皮秒量级上精确维持RF发射和共振频率采样之间的定时，尽管相对于梯度磁场脉冲的定时精确度可以下降，例如仅在微秒量级上是精确的。于是，在将局部线圈22用作发射/接收线圈时，线圈时钟54变为系统的主时钟。然而，在与全身发射线圈18组合使用只接收局部线圈时，系统时钟32可以仍然是主时钟，而接收线圈时钟充当与其锁定的从时钟。这种方法放宽了系统和发射/接收线圈之间的时钟抖动定时要求。
在用作发射/接收线圈时，线圈50也用作接收线圈。反向共振信号被前置放大器68预放大并横跨有损耗介质被发送到采样缓存40。在线圈50具有多个独立可控的元件501、502…50n时，提供类似数量的前置放大器。在重建之前来自各个线圈元件中每个的共振信号可以被发送横跨有损耗介质以进行组合或可以在局部线圈上被组合。
已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读并理解了前述详细说明的基础上，本领域技术人员可以进行修改和变化。旨在将本发明解读为包括所有此类落在权利要求及其等同替代的范围内的修改和变化。在权利要求中，不应将任何放置在括号内的附图标记解读为限制所述权利要求。“包括”一词不排除存在权利要求列举的元件或步骤之外的元件或步骤。元件前的单数冠词不排除存在复数个这样的元件。可以利用包括几个分立元件的硬件，也可以利用适当编程的计算机实现所公开的方法。在列举了几个模块的系统权利要求中，可以在同一个计算机可读软件或同一个硬件内体现这些模块中的几个。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。

Claims (11)

1.一种用于磁共振成像的线圈组件(22)，其中，所述线圈组件是发射线圈和接收线圈，其中，所述线圈组件包括：
发射放大器(58)；
一个或多个线圈元件(501，…50n)，其中，所述一个或多个线圈元件连接到所述发射放大器；
前置放大器(68)，其用于从所述一个或多个线圈元件接收磁共振信号，其中，所述前置放大器在工作中用于向磁共振成像系统无线地发送所述磁共振信号；
波形发生器(52)，其连接到所述发射放大器，其中，所述波形发生器在工作中用于从所述磁共振成像系统无线地接收命令；
局部线圈时钟(54)，其配置为用作主时钟，以为通过所述发射放大器(58)的RF发射和通过所述前置放大器(68)对所述磁共振信号的接收提供时钟；
峰值功率存储设备(56)，其用于为所述发射放大器供能；
线圈电源(60)，其用于为所述峰值功率存储设备、所述波形发生器、所述主时钟和所述前置放大器供能；
再充电系统(62)，其在工作中用于对所述线圈电源进行再充电；以及
微电流充电器(66)，其用于使用所述线圈电源(60)对所述峰值功率存储设备进行充电。
2.根据权利要求1所述的线圈组件，其中，所述峰值功率存储设备是超级电容器，其在工作中缓慢充电并且迅速释放电荷。
3.根据权利要求1或2所述的线圈组件，其中，所述线圈电源是电池。
4.根据权利要求1或2所述的线圈组件，其中，所述线圈电源是可充电电池或电容器。
5.根据权利要求4所述的线圈组件，其中，所述再充电系统在工作中用于使用由所施加的磁场梯度诱发的电流来对所述可充电电池进行再充电。
6.根据权利要求4所述的线圈组件，其中，所述再充电系统在工作中用于使用经由无线链路提供的电流来对所述可充电电池进行再充电。
7.根据权利要求1或2所述的线圈组件，其中，所述线圈组件是局部线圈。
8.根据权利要求7所述的线圈组件，其中，所述局部线圈是以下线圈中的任一个：头部线圈、颈部线圈、肩部线圈、脊柱线圈、表面线圈、膝盖线圈和可插入导管。
9.一种磁共振成像系统，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的线圈组件。
10.根据权利要求9所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统包括系统时钟(32)，其中，所述系统时钟在工作中用作所述主时钟的从时钟。
11.根据权利要求9或10所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统还包括系统控制(30)，其中，所述系统控制包括所述系统时钟和实验控制(34)，其中，所述实验控制在工作中用于提供控制信号以控制选定的磁共振序列，并且其中，所述系统时钟连接到所述实验控制。
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