CN107209235B - 多通道rf线圈组件的自动阻抗调节 - Google Patents

多通道rf线圈组件的自动阻抗调节 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于在磁共振(MR)成像系统(110)中使用的多通道射频(RF)接收/发射系统(200)，所述系统包括：RF线圈阵列(202)，其具有用于发射和接收RF信号的多个RF线圈元件(204)，其中，每个RF线圈元件(204)被提供有调谐单元(206)；以及调谐/匹配电路(208)，其用于将提供给RF线圈元件(204)中的至少一个的正向功率与所述RF线圈元件(204)中的所述至少一个的对应的RF线圈元件(204)处的反射功率进行比较，并且用于基于所述RF线圈元件(204)中的至少一个的所述正向功率与所述反射功率的比较来调谐所述RF线圈元件(204)中的所述至少一个。本发明还提供了一种包括上述多通道RF接收/发射系统(200)的磁共振(MR)成像系统(110)。再另外，本发明还提供了一种用于使用上述MR成像系统(110)来执行磁共振(MR)成像的方法。

Description

多通道RF线圈组件的自动阻抗调节
技术领域
本发明涉及磁共振(MR)成像的领域。具体而言，本发明涉及用于在MRI系统中使用的射频(RF)线圈的领域，具体而言，涉及用于在MRI系统中使用的具有多个RF线圈元件的多元件RF线圈阵列的领域。此外，本发明涉及RF线圈和/或RF线圈元件的匹配、调谐和/或解耦的领域。
背景技术
磁共振(MR)成像系统经常被用于检查患者，患者还一般地被称为感兴趣对象。关于成像，感兴趣对象也被称为负载。通过这样的系统，待检查的身体组织的核自旋由静态主磁场B0对齐，并且被在射频带中震荡的横向磁场B1激发。在MR成像中，弛豫信号暴露于梯度磁场，以对得到的共振进行定位。弛豫信号被接收并重建为一维或多维图像。此外，在MR谱系统中，关于在共振信号的频率分量中承载的组织的组成的信息被进一步评估以获得额外的信息。
通常，射频(RF)线圈系统被提供用于发射RF信号以及用于接收来自感兴趣对象的共振信号。RF线圈系统可以包括单个RF线圈元件，例如体线圈，其可以是MR成像系统的集成的部分。额外地或替代地，RF线圈系统可以包括专用线圈，其可以例如柔性地布置在感兴趣对象周围或者在要被检查的感兴趣对象的特定区域中。专用线圈被设计为优化信噪比(SNR)，特别是在需要均匀激发和高敏感性探测的状况中。此外，可以使用包括多个独立RF线圈元件的多元件线圈阵列来实现和生成RF信号的特殊序列、增加的场强、高翻转角或实时序列，这提供了针对多通道发射和/或RF信号的接收的可能性。
在现有技术的MR成像系统中，使用具有多元件RF线圈阵列的RF线圈系统变得越来越常见。使用这种RF线圈系统可以改进B1磁场均匀性，并降低感兴趣对象的比吸收率(SAR)，这允许在高场强下操作，例如3特斯拉(T)或者甚至更高。
当今，多通道发射的临床应用是3T处的RF匀场，因为波传播效应在许多感兴趣对象中产生大的变化。需要RF匀场以改进发射场幅度的均匀性，并且使得即使在感兴趣对象的感兴趣体积内存在的波传播效应时也能够进行临床研究。RF匀场的基本思想是叠加具有不同形状、相位和幅度的各种发射场，使得各个发射场幅度的加和在覆盖感兴趣对象的期望FOV内变得均匀，并且额外地获得针对在人类对象中减少的总的和局部吸收RF能量(SAR比吸收率)的优化。
那些发射场通常由多元件RF线圈阵列生成。这样的RF线圈阵列的开发中的挑战之一是提高功率效率。由于不同的位置和负载，需要高效的个体RF功率匹配。另外的临床应用是使用个体发射脉冲进行MR成像(发射感测)。这些脉冲在包络、相位、幅度、频率和时间上是不同的。
美国专利申请US2013/0285659讨论了根据RF信号路径来对RF功率进行采样，并且采用正向功率和反射功率的比率来控制调谐和匹配。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在磁共振(MR)成像系统中使用的多通道射频(RF)接收/发射系统，所述多通道射频(RF)接收/发射系统包括具有多个RF线圈元件的RF线圈阵列，一种包括所述多通道RF接收/发射系统的MR成像系统，以及用于执行MR成像的方法，其使得能够对RF线圈元件进行简单且有效地调谐，其便于MR成像中的匀场，其使得能够提供用于MR成像的均匀磁场，并且其实现针对MR成像的有效的工作流程。
该目的通过用于在磁共振(MR)成像系统中使用的多通道射频(RF)接收/发射系统来实现，所述系统包括：RF线圈阵列，其具有用于发射和接收RF信号的多个RF线圈元件，其中，每个RF线圈元件被提供有调谐单元；以及调谐/匹配电路，其用于将提供给RF线圈元件中的至少一个的正向功率与所述RF线圈元件中的所述至少一个中的对应的RF线圈元件处的反射功率进行比较，并且用于基于所述RF线圈元件中的至少一个的所述正向功率与所述反射功率的比较来调谐所述RF线圈元件中的所述至少一个。
该目的还通过包括上述多通道RF接收/发射系统的磁共振(MR)成像系统来实现。
该目的也还通过用于使用上述MR成像系统进行磁共振(MR)成像的不同方法来实现。
本发明允许调谐和匹配RF线圈元件，以根据RF线圈阵列的负载来调节RF线圈阵列的RF匀场设置，以便生成空间均匀的B1场。这可以在不需要在磁共振成像系统的主机中使用主控制功能的情况下执行。因此，MR成像系统不需要被占用以执行调谐以及确定RF匀场参数。调谐和匹配过程还为MR成像系统中使用的RF功率放大器提供了限定的负载，并且因此提供了从RF功率放大器到负载的最佳匹配，从而降低了关于最大RF功率输出的要求，从而降低了成本。因此，当在本申请中提及调谐时，这包括调谐和匹配。利用所提出的硬件，可以以几乎独立于系统的方式实现具有针对当前负载条件而自动调节RF线圈元件的特征的对应工作流程。因此，调谐的多通道RF接收/发射系统可以在不同MR成像系统之间转移，而不需要由MR成像系统进行调谐。
根据本发明，可以可靠地执行针对具有不同身体状况(包括身高，体重和年龄)的不同患者的不同成像任务。此外，可以以高可靠性执行受患者运动(期望的运动或不期望的运动)影响的成像任务，因为RF匀场参数可以容易地针对变化的负载条件来调整。患者的运动包括呼吸运动。因此，可以克服聚焦于平均患者和平均MR成像应用的、对RF线圈元件和RF线圈阵列的设计的折衷。也可以克服RF屏蔽对RF线圈阵列的负载条件的影响。当个由RF线圈元件被定位于MR成像系统的RF屏蔽附近时，RF线圈阵列的负载条件可以改变，甚至在没有感兴趣对象的移动时。对于具有增加的周长的感兴趣对象通常是这种情况。
一个优点是当患者或成像区域偏离平均值时，RF功率的有效使用。此外，通过比较正向和反射功率来验证当前的调谐状态并且调谐的调整涉及整个系统架构，这增加了调谐的效果。而且，可以提供集成的多通道RF接收/发射系统，这降低了其硬件成本。可以最大限度地减少与系统的相互作用，从而减少控制和线缆的工作量，并且改进针对MR成像的工作流程。
RF线圈元件的调谐优选在开始用于生成MR图像的MR成像方法之前进行。然而，也可以在测量期间执行该方法以连续监测负载并且针对当前的负载条件连续地调整RF线圈元件。负载是指影响所生成的磁场的感兴趣对象。
RF线圈阵列通常是发射和接收线圈阵列。然而，在一些情况下，RF线圈阵列可以被提供用于仅发射或仅接收。所述RF线圈系统包括至少一个RF线圈元件。通常，RF线圈阵列被提供有多达16个或32个个体线圈元件。当在MR成像系统中操作时，与用于发射的RF线圈元件的数量相比，RF线圈阵列可以以降低数量的通道进行操作。对于接收，RF线圈阵列通常被操作以接收来自所有RF线圈元件的个体信号。RF线圈阵列可以被提供为例如身体线圈，其可以一体地连接到MR成像系统。额外地或替代地，具有RF线圈阵列的多通道RF接收/发射系统被提供为专用线圈，其可以例如柔性地布置在感兴趣对象周围或者在要被检查的感兴趣对象的特定区域中。因此，RF线圈阵列可以是线圈元件的平面阵列。
调谐单元可以包括用于改变对应的RF线圈元件的共振频率的任何单元，例如可调电容器。
优选地，调谐/匹配电路包括例如定向耦合器(DIRC)，用于经由A/D转换器向控制逻辑(也称为控制器)提供针对每个RF线圈元件的正向和反射功率。定向耦合器优选地被定位为邻近对应的RF线圈元件。控制器操纵所有部件以测量线圈参数并且用于执行RF线圈元件的调谐。特别地，控制器可以提供NxN RF线圈元件参数矩阵，其中，N是RF线圈元件的数量。沿着矩阵的对角线，提供元件匹配，而在对角线外，可以看到不同RF线圈元件的元件耦合。为了进行调谐，优选地提供调谐执行器。调谐执行器是用于实现调谐单元的调节设置的驱动器。取决于调谐单元，调谐执行器向调谐单元提供电流或电压。更优选地，调谐/匹配电路至少包括发射/接收切换器(TR切换器)。该TR切换器是发射线圈阵列的标准部件，使得能够当在MR成像系统的发送和接收路径之间切换时，RF线圈阵列和使用也用于接收。
根据优选实施例，所述多通道RF接收/发射系统还包括用于驱动所述RF线圈阵列的至少一个RF放大器，并且所述调谐/匹配电路包括用于向所述至少一个RF放大器提供RF信号的RF信号发生单元。因此，可以提供RF线圈系统多通道RF接收/发射系统的一体设计，其中，可以自主地实现RF线圈元件的调谐，而不需要外部馈送。因此，多通道RF接收/发射系统可以被提供为自主系统，其自行执行RF线圈元件的调谐。至少一个放大器可以指代用于调谐/匹配电路的至少一个单独的RF放大器，其可以作为小的放大器提供，因为正向功率和反射功率的比较不需要应用高功率，这使得硬件设计简单并且小巧。替代地，所述至少一个RF放大器可以是用于在常规操作中驱动RF线圈阵列的至少一个RF放大器，使得不需要额外的放大器，并且多通道RF接收/发射系统的设计可以保持简单到几个部件。RF信号发生装置优选地包括RF振荡器，其生成在RF线圈元件的预期共振频率处的具有小于0dB的低功率RF信号。因此，RF信号发生单元可以被提供为具有恒定输出水平的相对简单的RF源。RF信号发生单元还可以包括脉冲RF源，使得当在调谐/匹配电路的本地提供时，RF源产生较少的局部热。来自RF信号发生装置的RF信号被耦合到信号路径中用于RF线圈阵列的正常操作。进一步优选地，还可以在RF线圈阵列内提供功率组合器以进一步增强整体设计。为了保持多通道RF接收/发射系统简单，单个RF放大器可以与去多路复用器一起被提供，以经由放大器将RF信号提供给多个RF线圈元件。现有技术的RF线圈阵列具有不断增加的集成度，使得有时不能从外部直接访问各个RF线圈元件，使得调谐是不可能的。利用所提出的多通道RF接收/发射系统，即使对于具有高集成度的RF线圈阵列，也可以实现个体RF线圈元件的调谐。
根据多通道RF接收/发射系统的优选实施例，调谐/匹配电路包括多路复用单元，所述多路复用单元连接到RF线圈元件，用于对多个RF线圈元件的正向和反射功率进行多路复用。因此，可以降低针对调谐/匹配电路的硬件要求。所述多路复用单元在其输入侧连接到RF线圈元件，并在其输出侧连接到控制器。调谐/匹配电路可以顺序地比较所有RF线圈元件的正向和反射功率。因此，该硬件概念降低了所需的测量通道的数量，所述测量通道的数量取决于RF线圈元件的数量而可能非常高。
根据多通道RF接收/发射系统的优选实施例，RF线圈阵列与调谐/匹配电路被一体地提供。因此，可以在一体的系统内直接修改RF线圈元件的调谐/匹配和解耦。可以最小化所需的与MR成像系统的交互，这降低了针对控制和布线的工作量。此外，调谐和匹配过程还为MR成像系统中使用的RF功率放大器提供了限定的负载，并且因此提供了从RF功率放大器到负载的最佳匹配，从而降低了关于最大RF功率输出的要求，从而降低了成本。现有技术的RF线圈阵列具有不断增加的集成度，使得有时不能从外部直接访问各个RF线圈元件和/或其他集成部件，并且调谐是不可能的。利用所提出的多通道RF接收/发射系统，即使对于具有高集成度的RF线圈阵列，也可以实现个体RF线圈元件的调谐。
根据多通道RF接收/发射系统的优选实施例，对应的调谐/匹配电路包括具有取决于负载的调谐设置的查找表。在考虑不同负载条件来设计具有RF线圈元件的RF线圈阵列时，优选地提供查找表。因此，当确定了针对多通道RF接收/发射系统的RF线圈阵列的负载时，可以从查找表容易地访问必要的调谐设置并将其应用到RF线圈元件的调谐单元。
根据多通道RF接收/发射系统的优选实施例，调谐/匹配电路包括用于接收关于负载的输入的输入单元。关于负载的输入可以包括不同的信息。在一个实施例中，所述信息可以包括运动信息，用于与前向和反射功率的比较一起进行处理，例如用于生成一种将调谐和运动信息进行组合的简档。特别地，这可以指呼吸信息，其是重复性的，使得不同的运动状态重复地发生。此外，信息可以包括用于将调谐应用于RF线圈阵列的运动信息。例如，在用于评估不同运动状态的调谐设置的初始阶段之后，可以基于运动信息直接应用调谐设置，而无需前向功率和反射功率的先前比较，这便于RF线圈阵列的调谐。信息还可以包括关于身体参数的信息，例如感兴趣对象的身体尺寸，例如感兴趣对象与平均感兴趣对象相比是大还是小。再另外，信息可以包括关于感兴趣对象的位置的信息，例如，膛内的绝对位置或者在采集MR成像数据期间支撑体在膛内移动时，患者支撑体的位置。此外，感兴趣对象的位置可能影响负载。优选地，还经由输入单元向调谐/匹配电路提供MR成像系统的状态。这使得能够根据MR成像系统的操作状态进行简单的触发来开始RF线圈阵列的调谐。
根据多通道RF接收/发射系统的优选实施例，包括用于标记多通道RF接收/发射系统的位置(特别是用于标记RF线圈阵列的位置)的至少一个标记物。利用所述标记物，可以基于RF线圈阵列的标记物来识别感兴趣对象的位置，例如当RF线圈阵列被提供于感兴趣对象的上方时。在这种情况下，当患者支撑体在MR成像系统的膛内移动时，RF线圈阵列与感兴趣对象一起移动。可以通过MR成像系统的监测单元来检测所述标记物。所述标记物可以是例如可见标记物，凹槽，投影，标签或者例如在触发时发送信号的无线电标记物。
根据优选的实施例，所述MR成像系统包括用于检测定位于所述MR成像系统的膛内的负载的运动的监测单元，其中，所述监测单元连接到多通道RF接收/发射系统的调谐/匹配电路，并且所述监测单元适于将所述负载的运动信息提供给所述调谐/匹配电路。负载的移动可以指感兴趣对象的呼吸，这意味着感兴趣对象的身体的上部部分的呼吸移动，感兴趣对象作为整体的移动，例如当操作期间负载在MR成像系统的膛内的患者支撑体被移动时，或感兴趣对象的任何其它不相关的移动，例如当感兴趣对象移动臂或腿或转动其头部时。因此，负载的移动包括负载的部分移动。可以监测移动，例如使用呼吸检测单元(例如呼吸带)，或者监测个体RF线圈元件的反射RF功率的变化。此外，负载的移动可以通过直接监测负载来监测，或者监视例如患者支撑体来监测。再另外，所述多通道RF接收/发射系统，特别是所述RF线圈阵列，可以被提供有至少一个标记物，并且可以监测标记物的移动以导出感兴趣对象的移动。
根据MR成像系统的优选实施例，用于检测定位于MR成像系统的膛内的负载的运动的监测单元包括至少一个相机。相机被用于视觉地对运动进行监测。需要图像处理以基于由相机提供的所采集的图像来确定感兴趣对象的运动。优选地，通过监测在RF线圈阵列处提供的至少一个标记物的位置来方便图像处理。还优选地，所述监测单元包括多个相机，所多个相机定位于膛内，例如基本上呈直线。在替代实施例中，所述至少一个相机也可以设置在膛的外部。
上述目的特别地通过用于使用上述MR成像系统来执行磁共振(MR)成像的方法来解决，所述方法包括以下步骤：通过以下来调谐所述RF线圈阵列：向RF线圈阵列的至少一个RF线圈元件提供正向功率，将所述正向功率与所述RF线圈元件中的至少一个中的对应的RF线圈元件处的反射功率进行比较，并且基于RF线圈元件中的至少一个的所述正向功率与所述反射功率的比较来调谐所述至少一个RF线圈元件，执行MR数据采集，验证成像质量是否足够，并且如果成像质量不足够则执行重复的调谐。如果MR信号的采集是可靠地采集的，则验证成像质量是否足够的步骤可以包括任何种类的验证。在一个实施例中，验证成像质量是否足够的步骤包括验证所采集的MR成像数据的信噪比。响应于来自验证步骤的指示，执行RF线圈阵列的额外的调谐。
上述目的特别地通过用于使用上述MR成像系统来执行磁共振(MR)成像的方法来解决，所述方法包括以下步骤：基于负载在MR成像系统的膛内的不同的位置，并且基于RF线圈阵列中的至少一个RF线圈元件处的正向功率与反射功率的比较，来执行用于评估RF线圈阵列的调谐设置的预调谐步骤，开始MR成像序列，监测所述负载在MR成像系统的膛内的运动，并且考虑如所监测的所述负载在所述膛内的移动来连续地执行RF线圈阵列的调谐。该方法涉及在呼吸状态下执行MR成像，例如感兴趣对象的胸部的MR成像。因此，由于呼吸持续发生并影响RF线圈阵列的RF线圈元件的调谐，因而可以在考虑在预调谐步骤中收集的信息的情况下容易地进行调谐。因此，在预调谐步骤中，确定并存储针对不同呼吸运动条件的调谐设置，使得在接收到呼吸运动信息时，可以容易地根据存储的设置应用这些设置，而无需对负载的先前评估。
根据优选实施例，用于执行MR成像的方法包括以下步骤：参考特定负载来存储预调谐步骤的经评估的调谐设置，并在开始MR成像序列之前参考特定的负载来加载所述预调谐步骤的所存储的调谐设置。因此，调谐设置可以再利用。在感兴趣对象(例如患者支撑体上)的位置己经变化的情况下，仅仅需要执行一种调节。
根据优选实施例，用于执行磁共振(MR)成像的方法包括评估负载的尺寸以及通过考虑负载的尺寸而对RF线圈阵列进行调谐的步骤。可以监测负载的大小，例如使用相机，使得可以容易地根据负载大小来应用预定义的调谐设置。
对于本领域技术人员显而易见的是，上述方法的步骤，其在本文中己被描述为个体的方法，可以在所描述各种方法之间进行组合。因此，在考虑不同种类的信息的情况下进行调谐或预调谐，这可以进一步提高调谐的可靠性，并且改进MR成像的工作流程以及通过MR成像获得的图像的质量。
附图说明
本发明的这些和其他方面将根据下文描述的实施例变得显而易见，并且将参考下文描述的实施例得到阐述。这样的实施例不一定表示本发明的完全范围，然而，并且因此参考权利要求书和本文以解释本发明的范围。
在附图中：
图1是磁共振(MR)成像系统的一般实施例的一部分的示意性图示，
图2是根据第一实施例的多通道射频(RF)接收/发射系统的示意性图示，
图3是根据第二实施例的多通道RF接收/发射系统的示意性图示，
图4是根据第三实施例的MR成像系统的截面侧视图的示意性图示，
图5是图4的MR成像系统的纵向的截面侧视图示意性图示，
图6是根据第四实施例的MR成像系统的截面侧视图的示意性图示，
图7是根据第六实施例的定位于感兴趣对象的RF线圈阵列的示意性图示，
图8是图示根据第七实施例的针对MR成像的方法的流程图，
图9是图示根据第八实施例的针对MR成像的方法的流程图，
图10是图示根据第九实施例的针对MR成像的方法的第一部分的流程图，并且
图11是图示根据第九实施例的针对MR成像的方法的第二部分的流程图。
附图标记列表
110 磁共振(MR)成像系统
112 磁共振(MR)扫描器
114 主磁体
116 RF检查空间、膛
118 中心轴
120 感兴趣对象、负载
121 支撑体
122 磁梯度线圈系统
124 RF屏蔽
126 MR成像系统控制单元
128 监视单元
130 MR图像重建单元
132 控制线
134 RF发射器单元
136 RF切换单元
138 控制线
140 射频(RF)天线设备
200 多通道射频(RF)接收/发射系统
202 RF线圈阵列
204 RF线圈元件
206 调谐单元
208 调谐/匹配电路
210 线缆
212 定向耦合器、DIRC
214 多路复用单元、多路复用器
216 AD转换器
218 控制器、控制逻辑
220 调谐执行器
222 RF振荡器、RF信号发生单元
224 解多路复用单元
226 发送/接收切换器
230 查找表(LUT)
232 扫描状态输入、输入单元
234 RF放大器
300 监测单元、相机
302 标记物
具体实施方式
图1示出了包括MR扫描器112的磁共振(MR)成像系统110的一般实施例的部分的示意性图示。MR成像系统110在这里一般地被描述为用于所有进一步的实施例的基础。
MR成像系统110包括被提供用于生成静态磁场主磁体114。主磁体114具有中心膛116，中心膛为感兴趣对象120(通常是要被定位于患者支撑体121上的患者)提供围绕中心轴118的检查空间。在该实施例中，中心膛并且因此，主磁体114的静态磁场具有根据中心轴线118的水平取向。在替代的实施例中，主磁体114的取向可以是不同的，例如，以提供具有垂直取向的静态磁场。另外，MR成像系统110包括磁梯度线圈系统122，磁梯度线圈系统122被提供为生成叠加到静态磁场上的梯度磁场。如本领域己知，磁梯度线圈系统122被同心地布置在主磁体114的膛内。
此外，MR成像系统110包括射频(RF)线圈140，其被设计为具有管状主体的全身线圈。在替代的实施例中，RF线圈140被设计为头部线圈或者用于在磁共振成像系统110中使用的任何其它合适的线圈类型。RF线圈140被提供用于在RF发射阶段将RF磁场施加到检查空间116以激励应当由MR图像覆盖的感兴趣对象120的原子核。RF线圈140也被提供为在RF接收阶段接收来自激发的原子核的MR信号。在MR成像系统110的操作状态中，RF发射阶段和RF接收阶段以相继的方式发生。RF线圈140在主磁体114的膛内同心地布置。如本领域中己知地，圆柱形金属射频屏蔽124被同心地布置于磁梯度线圈系统122与RF线圈之间。
在该背景下，应当注意的是，RF线圈140已被描述为发射和接收线圈。然而，RF线圈140也可以被提供为仅发射或仅接收线圈。在一些实施例中，可以省略RF线圈140。
此外，MR成像系统110包括MR图像重建单元130和具有监测器单元128的MR成像系统控制单元126，MR图像重建单元130被提供用于根据所采集的MR信号来重磁共振图像，MR成像系统控制单元126被提供用于控制MR扫描器112的功能，如通常在本领域中己知的。控制线132被安装在磁共振成像系统控制单元126与RF发射器单元134之间，RF发射器单元134被提供用于在RF功率发送阶段经由RF切换单元136将MR射频的RF功率馈送到RF天线设备140。RF切换单元136继而也由MR成像系统控制单元126控制，并且另一控制线138被安装在MR成像系统控制单元126与RF切换单元136之间以服务于该目的。在RF接收阶段期间，RF切换单元136将MR信号在前置放大之后从RF线圈140导向到MR图像重建单元130。
图2示意性地图示了根据第一实施例的用于在MR成像系统110中使用的多通道射频(RF)接收/发射系统200。多通道RF接收/发射系统200包括具有用于发射和接收RF信号的多个RF线圈元件204的RF线圈阵列202。每个RF线圈元件204被提供有用于调谐其共振频率的调谐单元206。调谐单元206在该实施例中包括用于改变对应的RF线圈元件204的共振频率的可调电容器。RF线圈阵列202在该实施例中是发射和接收线圈阵列。第一实施例的RF线圈阵列202被图示为仅具有两个线圈元件204，但是取决于实施例，具有多达16个或32个个体RF线圈元件。
RF接收/发射系统200还包括调谐/匹配电路208，用于将提供给至少一个RF线圈元件204的正向功率与RF线圈元件204中的至少一个的对应的RF线圈元件204处的反射功率进行比较204，如下面将更详细地讨论的。在该实施例中，RF线圈阵列202与调谐/匹配电路208一体地提供。
调谐/匹配电路208包括定向耦合器(DIRC)212，用于确定针对每个RF线圈元件204的正向和反射功率，定向耦合器被定位于对应的RF线圈元件204附近。调谐/匹配电路208包括作为多路复用单元的多路复用器214，所述多路复用器214被连接到针对RF线圈元件204的定向耦合器212，用于对RF线圈元件204的正向和反射功率进行多路复用。在其输出侧，多路复用器214经由A/D转换器216被连接到也被称为控制器的控制逻辑218。调谐/匹配电路208的控制器218顺序地对从定向耦合器212经由多路复用器214和A/D转换器216提供的所有RF线圈元件204的正向和反射功率进行比较。
控制器218操纵用于测量线圈参数和用于执行RF线圈元件204的调谐的所有部件。特别地，控制器218适于提供NxN RF线圈元件参数矩阵，其中，N是RF线圈元件204的数量。沿着矩阵的对角线，提供元件匹配，而在对角线外，提供不同RF线圈元件204的元件耦合。
调谐/匹配电路208还包括调谐执行器220。调谐执行器220是用于实现调谐单元206的调节设置的驱动器。取决于调谐单元206，调谐执行器208向调谐单元206提供电流或电压。控制器218基于各个RF线圈元件204处的正向功率与反射功率的比较来调谐RF线圈元件204。在一些实施例中，也考虑其它RF线圈元件204的RF功率。RF线圈元件204的调谐允许根据RF线圈阵列202的负载120来调节RF线圈阵列202的RF匀场设置，从而生成空间均匀的B1场。
调谐/匹配电路208还包括RF信号发生单元222，RF信号发生单元222在该实施例中包括用于在RF线圈元件204的预期共振频率处以小于0dB提供的RF信号的振荡器。振荡器222可以与小的RF放大器一体地提供。在该实施例中，RF信号发生单元222连接到解多路复用器224，解多路复用器224将RF信号解多路复用到将RF线圈元件204与MR成像系统110的MR成像系统控制单元126连接的线缆。线缆210经由发射/接收(TR)切换器226连接到RF线圈元件204。TR切换器226允许在MR成像系统110的发送和接收路径之间进行切换。此外，多通道RF接收/发射系统包括用于在正常操作中驱动RF线圈阵列202的RF放大器，其在附图中未示出，并且其还对从RF信号发生单元222提供的RF信号进行放大。
此外，在RF线圈阵列202内还提供了将RF线圈元件204中的至少一些组合到单个通道的功率组合器，其未在附图中示出。
根据第一实施例的多通道RF接收/发射系统200的调谐/匹配电路208还包括具有取决于负载的调谐设置的查找表(LUT)230。在考虑不同负载条件来设计具有RF线圈元件204的RF线圈阵列202时，提供查找表。因此，当确定了针对多通道RF接收/发射系统200的RF线圈阵列202的负载时，可以从查找表230直接访问必要的调谐设置，并将其应用于RF线圈元件204的调谐单元206。
根据第一实施例的多通道RF接收/发射系统200的调谐/匹配电路208还包括用于接收关于负载的输入的输入单元232。因此，可以将信息与前向和反射功率的比较一起进行处理，以生成将调谐和运动信息进行组合的简档。细节将在下面讨论。
图3示意性地示出了根据第二实施例的多通道RF接收/发射系统200。根据第二实施例的多通道RF接收/发射系统200在主要部分上与根据第一实施例的多通道RF接收/发射系统200相同。因此，仅详细描述第一和第二实施例的多通道RF接收/发射系统200之间的区别。
第二实施例的RF接收/发射系统200也包括类似于第一实施例的调谐/匹配电路208。然而，根据第二实施例，调谐/匹配电路208是独立地连接到RF线圈元件204的自主电路。因此，调谐/匹配电路208包括用于驱动RF线圈阵列202的RF放大器234，RF线圈阵列202在该实施例中与信号发生单元222一体地提供。RF放大器234是用于调谐/匹配电路208的单独的RF放大器，其被提供为小的放大器。RF振荡器222在RF线圈元件204的预期共振频率处以小于0dB生成低功率RF信号，其被直接传递到RF线圈元件204。因此，第二实施例的RF接收/发射系统200的调谐/匹配电路208不被提供有解多路复用器224并且没有TR切换器226。在替代实施例中，RF放大器234是被用于驱动用于MR成像的RF线圈阵列202的至少一个RF线圈元件204的RF放大器。在该替代实施例中，RF放大器234被额外地用于调谐和匹配，即放大来自RF振荡器222的RF信号。RF放大器234可以与RF线圈阵列202一体地提供。在另一替代实施例中，RF放大器234被提供为与患者支撑体分离、集成，或者地主磁体114的膛116内。
图4和图5图示了根据第三实施例的MR成像系统110。根据第三实施例的MR成像系统110基于图1所示的一般实施例。
RF线圈阵列202在本实施例中被提供为平面线圈，其被柔性地布置在要被检查对象的特定区域120上。
从图中4可以看出，MR成像系统110包括在该实施例中作为相机提供的一组监测单元300。相机300与检查空间116一起定位，即在MR成像系统110的主磁体114的膛内。相机300在检查空间116内被提供为成一线，如图4中可见，并且额外地被提供为排成圆，如图5中所示。相机300被提供用于通过视觉地监测运动来检测定位于膛116内的感兴趣对象120的移动，并且用于将感兴趣对象120的移动信息提供给调谐/匹配电路208。
相机300经由输入单元232被连接到多通道RF接收/发射系统200的调谐/匹配电路208。由控制器218基于由相机300提供的所采集的图像来执行确定感兴趣对象120的运动的所需图像处理。
在该实施例中负载的运动是指感兴趣对象120的呼吸，其意味着感兴趣对象的身体的上部部分的呼吸运动120，并且其由控制器218使用相机300进行监测。因此，经由输入单元232提供呼吸信息。
图6示出了根据第四实施例的MR成像系统110。根据第四实施例的MR成像系统110基于图1所示的一般实施例和第三实施例。
根据第四实施例，多通道RF接收/发射系统200包括若干标记物302用于对多通道RF接收/发射系统200的位置进行标记，所述若干标记物302被定位于RF线圈阵列202上。在该实施例中，标记物302被提供为突起。当感兴趣对象120在操作期间在MR成像系统110的检查空间116内的患者支撑体121上被移动时，使得监视标记物302的运动以导出感兴趣对象120的移动。
图7图示了根据第五实施例的MR成像系统110。根据第五实施例的MR成像系统110基于图1所示的一般实施例以及第三或第四实施例。
根据图7，RF线圈阵列可以被应用到具有不同身体特性的不同感兴趣对象120。MR成像系统110经由相机300来监测这些特征，并且经由输入单元232将该信息提供给控制器218。
接下来，将描述用于MR成像的方法。
图8图示了根据第七实施例的用于MR成像的方法。该方法使用任何先前描述的MR成像系统110，所述MR成像系统110采用任何先前描述的多通道RF接收/发射系统200。
第七实施例的方法开始于在开始MR成像之前的步骤S100。
在步骤S110中，从RF振荡器222向RF线圈元件204提供RF信号。
在步骤S120中，所提供的与正向功率相对应的RF信号在定向耦合器212处被接收并且经由多路复用器214和AD转换器216提供给控制器218。随后，以与提供给控制器218相同的方式提供由RF线圈元件204反射的功率。
在步骤S130中，从RF振荡器222向下一个RF线圈元件204提供RF信号。
在步骤S140中，根据步骤S120将下一个RF线圈元件204的正向功率和功率反射提供给控制器218。
在步骤S150中，执行是否覆盖了所有RF线圈元件204的验证。如果否，则该方法针对下一个RF线圈元件204继续步骤S130。否则，方法以步骤S160继续。
在步骤S160中，基于针对RF线圈元件204的正向和接收功率的比较结果来生成比较矩阵，并且执行与查找表230的比较以获得针对调谐单元206的调谐设置。
在步骤S170中，基于来自查找表230的调谐设置来调谐RF线圈元件204。因此，控制器218控制调谐执行器220来对调谐单元206进行调谐。
随后，通过应用调谐的RF线圈阵列202来执行MR成像。在修改的实施例中，在MR成像期间验证成像质量是否足够。这包括验证所采集的MR成像数据的信噪比。根据来自验证步骤的指示，如果成像质量不足，则执行RF线圈阵列202的额外的调谐。
虽然方法步骤S100至S170是在开始MR成像之前执行的，但是也可以在测量期间执行该方法以连续地监测负载并且连续地针对当前的负载条件来调整RF线圈元件204。
图9图示了根据第八实施例的用于MR成像的方法。该方法基于第七实施例的方法。
第八实施例的方法开始于在开始MR成像之前的步骤S100。如关于第七实施例的描述来执行随后的步骤S210至S250。
在步骤S260中，基于针对RF线圈元件204的正向和接收功率的比较结果来生成比较矩阵，并且执行与查找表230的比较以获得调谐单元206的调谐设置。额外地，控制器218经由输入单元232接收来自相机300的运动信息，并且评估感兴趣对象120的呼吸状态。根据生成的比较矩阵来将该信息与来自查找表230的调谐设置组合。因此，查找表230的条目被分配给当前呼吸状态。
根据步骤S270，针对整个移动序列重复步骤S210至S260，即覆盖感兴趣对象120的至少一个吸气阶段和一个呼气阶段。因此，步骤S200至S270一起是指用于评估针对不同运动状态的调谐设置的初始阶段。
在步骤S280中，开始MR成像。
在步骤S290中，使用相机300连续地执行运动监测，以如上所述地确定呼吸状态。
在步骤S295中，基于来自查找表230的针对各个呼吸状态的调谐设置，连续地调谐RF线圈元件204。因此，基于运动信息，即呼吸状态，直接应用调谐设置，而无需前向和反射功率的先前比较。
图10和图11示出了根据第九实施例的用于MR成像的方法。该方法基于第七或第八实施例的方法。
该方法开始于步骤S300，在其处开始准备阶段。
在步骤S310中，在控制器218处接收来自相机300的数据。
在步骤S320中，控制器218基于从相机300接收的数据来执行数字图像处理。
在步骤S330中，选择患者简档。基于使用相机300确定的感兴趣对象120的身体参数(例如身体尺寸)来选择患者简档。
在步骤S340中，执行预调谐和匹配步骤。在一个实施例中这可以仅包括方法步骤S100至S170。在该实施例中，这包括覆盖感兴趣对象120的整个移动序列的方法步骤S200至S270。同样在该实施例中，移动是指感兴趣对象120的呼吸移动。
在步骤S350中，将预调谐步骤的评估的调谐设置与针对特定感兴趣对象120的移动信息一起存储。
随后，在步骤S400中，开始MR成像。相应地，载入步骤S350中存储的信息，即预调谐步骤S340的针对特定感兴趣对象120的调谐设置。
在步骤S410中，根据步骤S290，使用相机300来开始对感兴趣对象物的呼吸动作的监测。
在步骤S420中，基于来自查找表230的如针对感兴趣的特定对象加载的针对对应呼吸状态的调谐设置，连续地调谐RF线圈元件204。调谐设置基于运动信息(即呼吸状态)被直接应用于RF线圈元件204的调谐单元206，而无需前向和反射功率的先前比较。
在步骤S420，在MR成像期间验证成像质量是否足够。这包括验证所采集的MR成像数据的信噪比。根据来自验证步骤的指示，如果成像质量不足，则执行RF线圈阵列202的额外的调谐。
如果图像质量足够并且采集了所有所需的成像数据，则该方法结束于步骤S450。
尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但这样的例示和描述应当被认为是例示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (13)

1.一种用于在磁共振(MR)成像系统(110)中使用的多通道射频(RF)接收/发射系统(200)，包括：
RF线圈阵列(202)，其具有用于发射和接收RF信号的多个RF线圈元件(204)，其中，每个RF线圈元件(204)被提供有调谐单元(206)，以及
调谐/匹配电路(208)，其用于将提供给所述RF线圈元件(204)中的至少一个的正向功率与所述RF线圈元件(204)中的所述至少一个中的对应的RF线圈元件(204)处的反射功率进行比较，并且用于基于所述RF线圈元件(204)中的至少一个的所述正向功率与所述反射功率的比较来调谐所述RF线圈元件(204)中的所述至少一个，所述多通道RF接收/发射系统(200)：
还包括用于驱动所述RF线圈阵列(202)的至少一个RF放大器(234)，并且
所述调谐/匹配电路(208)包括用于向所述至少一个RF放大器(234)提供RF信号的RF信号发生单元(222)，
其中，所述RF信号发生单元包括RF振荡器，所述RF振荡器生成在所述RF线圈元件的预期共振频率处的具有小于0dB的功率RF信号。
2.根据权利要求1所述的多通道RF接收/发射系统(200)，其中，
所述调谐/匹配电路(208)包括多路复用单元(214)，所述多路复用单元被连接到所述RF线圈元件(204)以对多个RF线圈元件(204)的所述正向功率和所述反射功率进行多路复用。
3.根据权利要求1或2所述的多通道RF接收/发射系统(200)，其中，
所述RF线圈阵列(202)与所述调谐/匹配电路(208)被一体地提供。
4.根据权利要求1或2所述的多通道RF接收/发射系统(200)，其中，
所述调谐/匹配电路(208)包括查找表(230)，所述查找表具有依赖于负载(120)的调谐设置。
5.根据权利要求1或2所述的多通道RF接收/发射系统(200)，其中，
所述调谐/匹配电路(208)包括用于接收关于负载(120)的输入的输入单元(232)。
6.根据权利要求1或2所述的多通道RF接收/发射系统(200)，包括：
至少一个标记物(302)，其用于对所述多通道RF接收/发射系统(200)的位置进行标记，特别是用于对所述RF线圈阵列(202)的位置进行标记。
7.一种包括根据权利要求1-6中的任一项所述的多通道RF接收/发射系统(200)的磁共振(MR)成像系统(110)。
8.根据权利要求7所述的MR成像系统(110)，包括：
监测单元(300)，其用于检测定位于所述MR成像系统(110)的膛(116)内的负载(120)的移动，其中，所述监测单元(300)被连接到所述多通道RF接收/发射系统(200)的所述调谐/匹配电路(208)，并且所述监测单元(300)适于将所述负载(120)的移动信息提供给所述调谐/匹配电路(208)。
9.根据权利要求8所述的MR成像系统(110)，其中，
用于检测定位于所述MR成像系统(110)的膛(116)内的负载(120)的移动的所述监测单元(300)包括至少一个相机(300)。
10.一种用于使用根据权利要求7至9中的任一项所述的MR成像系统(110)来执行磁共振(MR)成像的方法，包括以下步骤：
通过以下来调谐所述RF线圈阵列(202)：向所述RF线圈阵列(202)的至少一个RF线圈元件(204)提供正向功率，将所述正向功率与所述RF线圈元件(204)中的所述至少一个中的对应的RF线圈元件(204)处的反射功率进行比较，并且基于所述RF线圈元件(204)中的所述至少一个的所述正向功率与所述反射功率的比较来调谐所述RF线圈元件(204)中的所述至少一个，
执行MR数据采集，
验证成像质量是否足够，并且
如果成像质量不足够，则执行重复的调谐，并且
将来自所述调谐/匹配电路(208)的RF信号提供给所述至少一个RF放大器(234)。
11.一种用于使用根据权利要求8或9所述的MR成像系统(110)来执行磁共振(MR)成像的方法，包括以下步骤：
基于所述MR成像系统(110)的膛(116)内的所述负载(120)的不同位置并且基于所述RF线圈阵列(202)的所述RF线圈元件(204)中的至少一个的正向功率与反射功率的比较来执行用于评估针对所述RF线圈阵列(202)的调谐设置的预调谐步骤，
开始MR成像序列，
监测所述MR成像系统(110)的所述膛(116)内的所述负载(120)的移动，并且
通过考虑被监测的所述膛(116)内的所述负载(120)的所述移动来连续地执行对所述RF线圈阵列(202)的调谐。
12.根据权利要求11所述的用于执行MR成像的方法，包括以下步骤：
参考特定负载(120)来存储所述预调谐步骤的评估的调谐设置，并且
特别在开始MR成像序列之前参考所述负载(120)来加载所述预调谐步骤的存储的调谐设置。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的用于执行磁共振(MR)成像的方法，包括以下步骤：
评估负载(120)的尺寸，并且
通过考虑所述负载(120)的所述尺寸来执行对所述RF线圈阵列(202)的调谐。
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