CN107340485A - 磁共振成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁共振成像(MRI)系统。所公开的磁共振成像系统包括能够分别获取存在于对象中的不同元素的磁共振图像信号的系统控制器。系统控制器包括能够获取第一元素的磁共振信号的第一系统控制器和能够获取与第一元素不同的第二元素的磁共振信号的第二系统控制器。第一系统控制器和第二系统控制器在物理上分离。第一系统控制器和第二系统控制器分别控制射频(RF)线圈的第一射频(RF)线圈元件和第二射频(RF)线圈元件。

Description

磁共振成像系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年5月2日提交到韩国知识产权局的第10-2016-0054268号韩国专利申请的权益，其公开内容通过引用全部并入本文。
技术领域
本公开涉及包括多个系统控制器的磁共振成像(MRI)系统。
背景技术
多种用于诊断人体异常的诊断设备用于预防或治愈疾病。在诊断设备中，使用通过磁力生成的磁场的MRI设备被广泛使用。
MRI设备通过使用核磁共振捕获对象(例如，人体)的横截面视图。因为人体中存在的各种原子核由于核磁共振而具有其独特的旋转磁场常数，所以通过向原子核的磁化矢量施加电磁波并接收由位于垂直平面上的磁化矢量由于共振而生成的磁共振(MR)信号，可以获取人体的图像。
此时，射频(RF)线圈用于将电磁波施加到人体以使人体中的磁化矢量共振，并且还用于接收由位于垂直平面上的磁化矢量由于共振而生成的MR信号。RF线圈也称为RF天线，因为RF线圈发射电磁波以使磁化矢量共振并接收MR信号。可以通过使用一个RF线圈使磁化矢量共振(发送模式)并且还接收MR信号(接收模式)，或者可以通过分别使用两个RF线圈(即，用于发送模式的RF线圈和用于接收模式的RF线圈)来执行发送模式和接收模式。虽然执行发送模式和接收模式的单个线圈被称为收发线圈，但是用于发送的线圈被称为发送线圈，而用于接收的线圈被称为接收线圈。
为了获得对象的MR图像，通常的MRI系统执行将存在于对象中的各种元素(例如氢原子核，钠原子核，磷原子核等)从低能态跃迁到高能态并获取这些元素的MR信号的操作。
发明内容
提供了能够拍摄多个用于磁共振(MR)图像的核素的磁共振成像(MRI)系统。不限于本实施方式要解决的技术问题，可能存在其他技术问题。
另外的方面将在下面的描述中部分地阐述，并且根据描述部分地将是显而易见的，或者可以通过实施所呈现的示例性实施方式而发现。
根据示例性实施方式的方面，MRI系统包括：形成在外壳中的主磁体、梯度线圈和射频(RF)线圈；以及系统控制器，其被配置成控制主磁体、梯度线圈和RF线圈，其中系统控制器包括不同的能够同时或相继获取不同元素的MR图像的系统控制器。
根据另一示例性实施方式的方面，MRI系统的操作方法包括：确定用于对象的待获取的MR图像的目标元素；确定同时还是相继捕获所确定的目标元素的MR图像；以及通过操作MRI系统的系统控制器来获取对象的目标元素的MR图像。
附图说明
通过结合附图对示例性实施方式的以下描述，这些和/或其他方面将变得清楚和更容易理解，在附图中：
图1是示意性地示出根据本公开的实施方式的磁共振成像(MRI)系统的示意图；
图2A是示出根据本公开的实施方式的MRI系统的系统控制器和射频(RF)线圈的示意图；
图2B是详细示出根据本公开的实施方式的MRI系统的系统控制器的示意图；
图3是示出根据本公开的实施方式的MRI系统的操作方法的流程图；
图4是示出根据本公开的实施方式的MRI系统的RF线圈的示例的示意图；
图5是示出根据本公开的实施方式的MRI系统的RF线圈的另一示例的示意图；
图6是示出根据本公开的实施方式的MRI系统中包括的表面梯度(G)线圈的示意图；和
图7是示出根据本公开的实施方式的MRI系统中包括的圆柱形梯度线圈的示意图。
具体实施方式
在下文中，将详细描述根据本公开的实施方式的磁共振成像(MRI)系统。下面的描述和附图旨在理解根据本实施方式的操作，并且可以省略本领域普通技术人员可容易地实现的部分。
提供本说明书和附图不是为了限制本实施方式，且本实施方式的范围应该由权利要求确定。然而，这不是将本实施方式限制成特别公开的形式，并且应当理解成包括在本实施方式的技术精神和范围内的所有变更、等同物和修改。
图1是示意性地示出根据本公开的实施方式的MRI系统的示意图。
参照图1，根据本公开的实施方式的MRI系统可以包括形成在外壳210中的主磁体220、梯度线圈230和体型射频(RF)线圈240。
主磁体220可生成静磁场，其用于在一个方向上布置元素(例如氢(1H)、磷(31P)、钠(23Na)、碳同位素(13C)等)的原子核的磁偶极矩，该磁偶极矩引起分布在对象320中的元素间的磁共振。例如，超导磁体可以用作主磁体220。由主磁体220生成的磁场越强且越均匀，则可以获得对象320的越精确和越准确的磁共振(MR)图像。
作为为了捕获MR图像的目标的对象320可以稳定地固定在工作台310上并且被传送到外壳210的孔260中。对象320可以包括人、动物、或人或动物的一个部位。例如，对象320可以包括内部器官(例如肝脏、心脏、子宫、脑、乳房、腹部等)或血管。
梯度线圈230可以形成在主磁体220的内部。梯度线圈230可以包括三个能够在互相垂直的x轴、y轴和z轴方向上生成梯度磁场的梯度线圈。梯度线圈230可以生成空间线性的梯度磁场以捕获MR图像。梯度线圈230可以根据对象320的部位引起不同的共振频率，并且提供对象320的每个部位的位置信息。
RF线圈240可以形成在梯度线圈230内部。主磁体220、梯度线圈230和RF线圈240处于外壳210内，并且可以构成磁结构。此外，在稳定地固定在工作台310上的对象320的附近可以形成附加的RF线圈330和RF线圈340。RF线圈240、RF线圈330和RF线圈340可以包括：被形成以覆盖梯度线圈230的内部并且围绕孔260的体型RF线圈240、被形成以紧密地附到对象320的一个部位的容积型RF线圈330、以及表面RF线圈340。
RF线圈240、RF线圈330和RF线圈340是能够使用拉莫尔频率作为中心频率生成高频磁场的装置，并且可以向对象320激发RF信号以及接收从对象320发射出的MR信号。RF线圈240、RF线圈330和RF线圈340可以生成具有对应于一种原子核的RF的电磁信号(例如RF信号)，并且向对象320施加该电磁信号以将原子核从低能态跃迁至高能态。当向原子核施加由RF线圈240、RF线圈330和RF线圈340生成的电磁信号时，原子核可以从低能态跃迁至高能态。当由RF线圈240、RF线圈330和RF线圈340生成的电磁波消失时，已经施加电磁波的原子核可以发射出具有拉莫尔频率的电磁波，同时从高能态跃迁至低能态。换句话说，当停止向原子核施加电磁信号时，可以发射出具有拉莫尔频率的电磁波，同时已经施加电磁波的原子核的能级从高能量变为低能量。RF线圈240、RF线圈330和RF线圈340可以接收从对象320中的原子核发射出的电磁信号。当接收到的电磁信号被高频放大器放大然后用拉莫尔频率的信号波解调时，可以获得基带中的MR信号。基带中的MR信号可以经过图像处理，从而可以生成MR图像。
体型RF线圈240可以固定在外壳210的梯度线圈230的内部，并且容积型RF线圈330和表面RF线圈340可以附接到工作台310或从工作台310上拆除，对象320稳定地固定在该工作台310上。容积型RF线圈330可以用于诊断对象320的特定部位，例如对象320的头部、脸部、腿部、踝部等，或者较小尺寸的对象。
包括主磁体220、梯度线圈230和体型RF线圈240的外壳210可以具有圆柱形状。为了捕获MR图像，对象320可以稳定地固定在工作台310上并且被传送到外壳210的孔260中。孔260可以形成为在z轴方向上延伸到体型RF线圈240中，并且孔260的直径可以根据主磁体220、梯度线圈230和体型RF线圈240的尺寸来确定。
显示器可以安装在MRI系统的外壳210的外侧上，并且在外壳210的内侧上可以进一步包括附加的显示器。通过位于外壳210的内侧和/或外侧的显示器可以将信息传递给用户或对象320。
MRI系统可以包括系统控制器100和监控部分110。
图2A是示出根据本公开的实施方式的MRI系统的系统控制器和RF线圈的示意图。
参照图1和图2A，根据本公开的实施方式的MRI系统的系统控制器100可以具有两个或更多个系统控制器120和130。第一系统控制器120可以获取第一元素的MR信号，第二系统控制器130可以获取与第一元素不同的第二元素的MR信号。
为了获得各种元素的MR图像，通常的MRI系统执行相继获得各个元素的MR信号的操作。例如，获取分布在对象320中的元素中的氢原子核(1H)的MR信号，然后获取另一元素(例如磷(31P)、钠(23Na)或碳同位素(13C))的原子核的MR信号。然而，根据本公开的实施方式的MRI系统可以同时执行获取例如分布在对象320中的氢(1H)、磷(31P)、钠(23Na)和碳同位素(13C)的MR信号的操作。为此，根据本公开的实施方式的MRI系统的系统控制器100中包括的系统控制器的数量可以根据待测量的元素的种类而变化。例如，第一系统控制器120可以用于获取作为第一元素的氢(1H)的MR图像信号，以及第二系统控制器130可以用于获取作为第二元素的钠(23Na)的MR图像信号。
第一系统控制器120和第二系统控制器130可以包括信号传输线L11、L12、L21和L22，每个信号传输线L11、L12、L21和L22将信号发送到RF线圈140。关于RF线圈140，线L11和L12可以是接收线，线L21和L22可以是发送线。
如果必要的话，除了第一系统控制器120和第二系统控制器130之外，根据本公开的实施方式的MRI系统还可以包括第n(n是等于或大于3的整数)系统控制器200。例如，还可以包括能够获取与第一元素和第二元素不同的元素的MR图像的第三系统控制器、第四系统控制器等。当添加第三系统控制器、第四系统控制器等时，可以类似于第一系统控制器120和第二系统控制器130以相互物理分离的系统的形式添加第三系统控制器和第四系统控制器。
图2B是详细示出根据本公开的实施方式的MRI系统的系统控制器的示意图。将描述根据实施方式的包括第一系统控制器120和第二系统控制器130的系统控制器100。
参照图2B，示出的MRI系统的第一系统控制器120和第二系统控制器130具有相同的配置。然而，系统控制器不限于第一系统控制器120和第二系统控制器130，并且根据待测量的元素的种类可以采用不同数量的系统控制器。
当第一系统控制器120的控制台121生成目标元素或核素的用于捕获MR图像的成像参数时，这样的信号被传送到RF线圈140。因此，对象中的特定元素的图像信息被接收，从而生成MR图像。
将进一步详细描述这一点。控制台121可以连接到光谱仪122。光谱仪122可以包括发送(Tx)板122a、偏置线圈122b和接收(Rx)板122c。由控制台121生成的成像参数借助RF放大器127和机械继电器128从Tx板122a传送，通过交换机125，然后传送到RF线圈140。根据由控制台121生成的成像参数，在RF线圈140周围形成磁场。通过在RF线圈140周围形成磁场，可以生成定位在RF线圈140中的对象的特定元素的MR图像信号。所生成的MR图像信号通过Tx/Rx(TR)切换124和Tx/Rx控制板123，然后输入到Rx板122c。这里，偏置线圈122b用于在向其施加Tx信号时操作RF线圈140。
第二系统控制器130在第一系统控制器120操作的同时进行操作。第二系统控制器130的操作类似于第一系统控制器120的操作。当第二系统控制器130的控制台131生成成像参数时，这样的信号被传送到RF线圈140。因此，对象中特定元素的图像信息被接收，从而生成MR图像。图2B示出第一系统控制器120的控制台121和第二系统控制器130的控制台131彼此独立地配置，但是控制台121和控制台131可以作为一个控制台操作。换句话说，用户可以通过使用基本上单一的计算机设备来控制第一系统控制器120的控制台121和第二系统控制器130的控制台131。第二系统控制器130的控制台131可以连接到光谱仪132。光谱仪132可以包括Tx板132a、偏置线圈132b和Rx板132c。由控制台131生成的成像参数借助RF放大器137和机械继电器138从Tx板132a传送，通过交换机135，然后被传送到RF线圈140。根据由控制台131所生成的成像参数，在RF线圈140中形成磁场。通过在RF线圈140中形成磁场，可以生成定位在RF线圈140中的对象的特定元素的MR图像信号。所生成的MR图像信号通过TR切换134和Tx/Rx控制板133，然后输入到Rx板132c。
第一系统控制器120和第二系统控制器130可以单独地连接到RF线圈140。在图2B中所示的RF线圈140可以是体型RF线圈140。第一系统控制器120可以连接到作为体型RF线圈140中的一些RF线圈元件的第一RF线圈元件151至第一RF线圈元件158，并且通过与第一RF线圈元件151至第一RF线圈元件158交换信号而获得特定元素的MR图像信号。同样，第二系统控制器130可以连接到与第一RF线圈元件151至第一RF线圈元件158不同的第二RF线圈元件161至第二RF线圈元件168。
通常的MRI系统被设置为获取对象320的特定元素(例如氢(1H))的解剖学或形态学MR图像。当试图获取氢(1H)以外的元素的MR图像时，系统设置被改变以使用。因此，当试图获取不同元素的MR图像时，通常MRI系统的改变的设置被相继操作。例如，通常的MRI系统可以获取氢(1H)的MR图像，然后执行用于获取另一元素的MR图像的操作。
根据本公开的实施方式的MRI系统可以以一定间隔相继获取不同元素的MR图像。此外，由于形成了两个或更多个能够独立操作的单独的系统控制器，因此系统控制器120和系统控制器130可以同时获取不同元素的MR图像信息。例如，第一系统控制器120可以获取作为元素X1的氢(1H)的MR图像，第二系统控制器130可以获取氢(1H)以外的作为元素X2的元素(例如磷(31P)、钠(23Na)和碳同位素(13C)中的一者(X))的MR图像。换句话说，根据本公开的实施方式的MRI系统可以相继或同时地获取不同元素的MR图像。此外，一个系统控制器可以同时获取不同元素或核素的MR图像。这可以由用户随意选择。
图3是示出根据本公开的实施方式的MRI系统的操作方法的流程图。
参照图3，当尝试通过使用根据本公开的实施方式的MRI系统获取对象的MR图像时，首先确定用于捕获待获取的MR图像的目标核素(即元素)(S10)。元素的种类可以是氢(1H)、磷(31P)、钠(23Na)、碳同位素(13C)和其它元素。当确定了待获取的MR图像的目标核素(即元素)时，确定同时地还是相继地获取MR图像，即，确定捕获MR图像的方法(S20)。然后，根据所确定的捕获方法，操作根据本公开的实施方式的MRI系统的系统控制器100(S30)。通过操作系统控制器100，可以获取对象中测量的目标元素的MR图像(S40)。当试图以一定间隔相继获取不同元素的MR图像时，通过使用第一系统控制器120和第二系统控制器130中的一者可以执行相继获取。另一方面，当试图同时获取两种或更多种不同元素的MR图像时，通过使用对应于待测量的元素的数量的系统控制器可以获取MR图像。例如，当氢(1H)和磷(31P)被确定为测量目标元素(S10)并且试图同时获取氢(1H)和磷(31P)的MR图像时，第一系统控制器120可以将元素X1设置为氢(1H)，并且第二系统控制器130可以将元素X2设置为磷(31P)(S20)。然后，通过同时操作第一系统控制器120和第二系统控制器130(S30)，可以同时获取对象中的氢(1H)和磷(31P)的MR图像(S40)。另一方面，试图通过使用一个系统控制器同时获取两种或更多种不同元素或核素的MR图像的情况的示例如下。首先，例如，将氢(1H)和磷(31P)确定为测量目标元素(S10)。确定通过使用第一系统控制器120捕获氢(1H)和磷(31P)的MR图像(S20)，以及操作第一系统控制器120(S30)。可以通过第一系统控制器120的光谱仪122的Tx板122a来调整与测量目标元素(即氢(1H)和磷(31P))相对应的信号的发送间隔等。结果，可以同时获取对象中的氢(1H)和磷(31P)的MR图像(S40)。
图4是示出根据本公开的实施方式的MRI系统的RF线圈的示例的示意图。
参照图2B和图4，RF线圈140可以形成为包括形成在基座142上的多个RF线圈元件151、152、153、154、161、162、163和164的结构。RF线圈元件151、152、153、154、161、162、163和164可以形成各种形状，图4示出具有矩形环路形状的RF线圈元件151、152、153、154、161、162、163和164。RF线圈元件151、152、153、154、161、162、163和164的形状不限于此，可以是圆形环路、椭圆形环路、线性束等中的任一种。
基座142具有圆柱形状，其端部为圆形或椭圆形，并且可以由具有高耐腐蚀性和可成形性的非磁性材料(例如绝缘聚合物材料)形成。RF线圈元件151、152、153、154、161、162、163和164可以由导电材料形成。例如，RF线圈元件151、152、153、154、161、162、163和164可以通过对在基座142上的具有高导电性的金属(例如铜、银、镀金铜等)进行图案化来获得，但不限于此。
图5是示出根据本公开的实施方式的MRI系统的RF线圈的另一示例的示意图。
参照图2B、图4和图5，体型RF线圈140的RF线圈元件可以如图4中所示并排布置，或者如图5所示可以部分地相互重叠。由第一系统控制器120控制的第一RF线圈元件151至第一RF线圈元件153和由第二系统控制器130控制的第二RF线圈元件161至第二RF线圈元件163部分地相互重叠但具有不同的共振频率。因此，即使当操作第一RF线圈元件151至第一RF线圈元件153和第二RF线圈元件161至第二RF线圈元件163以同时获取两种或更多种元素的MR图像时，第一RF线圈元件151至第一RF线圈元件153和第二RF线圈元件161至第二RF线圈元件163可以在MR图像信号之间没有耦合的情况下操作。MRI系统的RF线圈的共振频率根据MRI系统的操作频率而变化。例如，第一系统控制器120可以以大约7特斯拉(T)操作，并且具有大约300MHz的操作频率，第二系统控制器130可以以大约3T和大约127.74MHz的操作频率操作。RF屏蔽材料层可以形成在RF线圈元件之间。
图6是示出根据本公开的实施方式的MRI系统的表面梯度(G)线圈的示意图。
参照图6，还可以包括单独连接到第一系统控制器120和第二系统控制器130的表面G线圈170。第一系统控制器120可以包括光谱仪122中的用于控制表面G线圈170的梯度线圈板122d，并且还包括梯度放大器129。第二系统控制器130可以包括光谱仪132中的用于控制表面G线圈170的梯度线圈板132d，并且还包括梯度放大器139。当第一系统控制器120试图获得元素X1的MR图像时，表面G线圈170可以包括三个能够在相互垂直的x轴、y轴和z轴方向上生成梯度磁场的梯度线圈。此外，当第二系统控制器130试图获得元素X2的MR图像时，三个轴是必需的，并且其中可以包括三个梯度线圈，使得可以在x'轴、y'轴和z'轴方向上生成梯度磁场。为此，通过在圆柱形绝缘线圈架上将导电材料图案化所形成的表面G线圈170可以定位在RF线圈140的外部。
图7是示出根据本公开的实施方式的MRI系统的圆柱形梯度线圈的示意图。
参照图7，还可以包括连接到第一系统控制器120和第二系统控制器130的圆柱形梯度线圈180。尽管图6示出第一系统控制器120和第二系统控制器130具有不同的表面G线圈170，但图7示出通过使用同一个圆柱形梯度线圈180操作第一系统控制器120和第二系统控制器130。圆柱形梯度线圈180可以具有例如导电材料形成为圆柱形鸟笼或网的结构。整个圆柱形梯度线圈180可以作为一个共振器操作。
如上所述，根据实施方式，可以提供一种MRI系统，其包括多个能够同时或相继获取存在于对象中的多种元素的MR信号的系统控制器。
通过使用物理上分离的系统控制器来独立地并且同时地获取对象中的多种元素的MR信号，因此可以减少对象的诊断时间。因此，可以防止当长时间诊断对象时可能发生的问题。此外，可以通过获取多种元素的MR图像和信号来尽可能多地增加诊断的多样性。
应当理解，这里描述的示例性实施方式应当被认为仅是描述性的，而不是为了限制的目的。每个示例性实施方式中的特征或方面的描述通常应被视为可用于其它示例性实施方式中的其它类似特征或方面。
尽管已经参照附图描述了一个或多个示例性实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离通过权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (15)

1.一种磁共振成像MRI系统，包括：
形成在外壳中的主磁体、梯度线圈和射频RF线圈；和
系统控制器，所述系统控制器被配置成控制所述主磁体、所述梯度线圈和所述RF线圈，
其中，所述系统控制器包括同时或相继获取不同元素的磁共振MR图像的不同的系统控制器。
2.根据权利要求1所述的MRI系统，其中，所述系统控制器包括：
第一系统控制器，所述第一系统控制器被配置成获取第一元素的MR信号；和
第二系统控制器，所述第二系统控制器被配置成获取与所述第一元素不同的第二元素的MR信号。
3.根据权利要求2所述的MRI系统，其中，所述第一系统控制器的操作频率和所述第二系统控制器的操作频率彼此不同。
4.根据权利要求2所述的MRI系统，其中，所述第一系统控制器控制所述RF线圈的第一RF线圈元件，以及
所述第二系统控制器控制与所述RF线圈的所述第一RF线圈元件不同的第二RF线圈元件。
5.根据权利要求4所述的MRI系统，其中，在所述RF线圈的基座上相互分离地形成所述第一RF线圈元件和所述第二RF线圈元件。
6.根据权利要求4所述的MRI系统，其中，所述第一RF线圈元件和所述第二RF线圈元件形成为在所述RF线圈的基座上相互重叠。
7.根据权利要求5所述的MRI系统，其中，所述第一RF线圈元件和所述第二RF线圈元件形成为环路形状。
8.根据权利要求5所述的MRI系统，其中，由所述第一RF线圈元件和所述第二RF线圈元件生成的MR信号彼此解耦并被获取。
9.根据权利要求2所述的MRI系统，其中，所述系统控制器还包括第三系统控制器，所述第三系统控制器被配置成获取与所述第一元素和所述第二元素不同的元素的MR图像。
10.根据权利要求2所述的MRI系统，还包括单独连接到所述第一系统控制器和所述第二系统控制器的表面梯度(G)线圈。
11.根据权利要求2所述的MRI系统，还包括连接到所述第一系统控制器和所述第二系统控制器两者的圆柱形梯度线圈。
12.一种磁共振成像MRI系统的操作方法，所述操作方法包括：
确定用于对象的待获取的磁共振MR图像的目标元素；
确定同时还是相继捕获所确定的目标元素的MR图像；和
通过操作所述MRI系统的系统控制器来获取所述对象的所述目标元素的MR图像。
13.根据权利要求12所述的操作方法，其中，所述目标元素是氢(1H)、磷(31P)、钠(23Na)和碳同位素(13C)。
14.根据权利要求12所述的操作方法，其中，所述目标元素是两种或更多种不同的元素，
所述系统控制器的数量为多个，以及
通过使用与所述目标元素相对应的多个系统控制器，同时获取所述目标元素的磁共振图像。
15.根据权利要求12所述的操作方法，其中，所述目标元素是两种或更多种不同的元素，
所述系统控制器的数量为多个，以及
通过使用所述系统控制器中的至少一个系统控制器，同时或相继获取所述目标元素的磁共振图像。
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