CN108474829A - 用于磁共振检查系统的射频线圈阵列 - Google Patents

用于磁共振检查系统的射频线圈阵列 Download PDF

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Abstract

公开了一种具有用于磁共振检查系统的多个射频(RF)线圈元件的RF线圈阵列。RF线圈元件的去耦合涉及变压器集合(对)并且还可以包括相邻线圈的几何重叠。变压器之间的相互耦合是能调节的。这提供了额外的自由度来使RF线圈元件彼此完全去耦合。

Description

用于磁共振检查系统的射频线圈阵列
技术领域
利用磁场与核自旋之间的相互作用以形成二维或三维图像的磁共振成像(MRI)方法如今被广泛使用，特别是在医学诊断领域，因为对于软集合织的成像，它们在许多方面优于其他成像方法，不需要电离辐射并且通常不是侵入性的。
通常，根据MRI方法，待检查的患者身体被布置在强均匀磁场B0中，磁场B0的方向同时限定测量与其相关的坐标系的轴(通常为z轴)。磁场B0根据能够通过施加限定频率(所谓的拉莫尔频率或MR频率)的电磁交变场(RF场)被激励(自旋共振)的磁场强度引起针对各个核自旋的不同的能量水平。从宏观角度来看，各个核自旋的分布产生总体磁化，其能够通过施加适当频率的电磁脉冲(RF脉冲)而偏离平衡状态，同时该RF脉冲的对应磁场B1垂直于z轴延伸，使得磁化执行围绕z轴的旋进运动(precession motion)。旋进运动描述了其孔角度被称为翻转角的锥体表面。翻转角度的大小取决于所施加的电磁脉冲的强度和持续时间。在所谓的90°脉冲的范例中，磁化从z轴偏转到横切平面(翻转角90°)。
在RF脉冲终止之后，磁化弛豫返回到初始平衡状态，其中，z方向上的磁化以第一时间常数T1(自旋晶格或纵向弛豫时间)再次建立，并且磁化在垂直于z方向的方向上以第二和更短的时间常数T2(自旋-自旋或横切弛豫时间)弛豫。横切磁化及其变化能够借助于接收RF天线(线圈阵列)来检测，所述接收RF天线以这样一种方式被布置和取向在磁共振检查系统的检查体积内，即以在垂直与z轴的方向上测量磁化的变化。横切磁化的衰减伴随着在由局部磁场不均匀性引起的RF激励之后发生的移相，所述局部磁场不均匀性促进从具有相同信号相位的有序状态转变到在其中所有相位角度均匀分布的状态。移相能够借助于重聚焦的RF脉冲(例如180°脉冲)来补偿。这在接收线圈中产生回波信号(自旋回波)。
为了实现诸如待检查患者的正在成像的受试者中的空间分辨率，沿着三个主轴延伸的恒定磁场梯度被叠加在均匀磁场B0上，导致自旋共振频率的线性空间依赖性。在接收天线(线圈阵列)中拾取的信号随后包含不同频率的分量，所述不同频率的分量能够与身体内的不同位置相关联。经由接收线圈获得的信号数据对应于磁共振信号的波-矢量的空间频率域，并且被称为k-空间数据。k-空间数据通常包括不同相位编码的所采集的多条线。每条线都通过收集若干样本进行数字化。借助于傅里叶变换将一集合k-空间数据转换成MR图像。
横切磁化也在恒定磁场梯度的情况下移相。通过形成所谓的梯度回波的适当的梯度反转，该过程能够逆转，类似于RF诱导(自旋)回波的形成。然而，在梯度回波的情况下，与RF重聚焦(自旋)回波相比，不重聚焦主场不均匀性的效应、化学位移和其他非共振效应。
本发明涉及用于磁共振检查系统的射频线圈阵列。
背景技术
这种射频(RF)线圈阵列从美国专利US 8 258 789中公知。公知的RF线圈阵列具有被集成到印刷电路板(PCB)中的第一RF线圈和第二RF线圈。与PCB相邻，调谐集合件被定位并与RF线圈感应耦合。调谐集合件被配置为使RF线圈之间的相互感应最小化。美国专利申请US2007/0279062。该美国专利申请公开了一种具有线圈对的双共振线圈。在一对线圈中，线圈环通过变压器与另一线圈去耦合。线圈环的电容和电感与形成变压器的电感器环的电感和(固有)(自)电容创建双共振结构。共振频率能够通过改变形成变压器的电感之间的距离来调节。
发明内容
本发明的目的是提供一种RF线圈阵列，其RF线圈的去耦合被改善。
该目的通过RF线圈阵列来实现，包括
多个RF线圈元件，
在相邻RF线圈元件之间设置的变压器集合，具体地变压器对，以及
所述集合的变压器，其具有补偿相邻RF线圈元件之间的相互耦合的相互耦合。
本发明涉及用于磁共振检查系统的具有多个RF线圈元件的射频(RF)线圈阵列。RF线圈元件的去耦合涉及变压器集合(对)并且还可以包括相邻线圈的几何重叠。变压器之间的相互耦合是能调节的。这提供了额外的自由度，以将RF线圈元件彼此完全去耦合。集合内的变压器的相互耦合指示转换到同一集合中的其他变压器的耦合，反之亦然。变压器集合由被布置在相邻RF线圈元件(环)之间的变压器形成。
本发明的射频(RF)线圈阵列包括被布置为以通过第一主轴和第二主轴跨越的二维图案的多个线圈。通常，二维图案是正方形或矩形网格。备选地，能够使用三角形、五边形、六边形网格图案。二维图案具有相互横切的对角线轴，每个对角线轴具有在第一主轴与第二主轴之间的取向。在RF线圈阵列中，第一变压器使沿第一对角线轴偏移的线圈电磁去耦合。第二变压器使沿第二对角线轴偏移的线圈去耦合。可以在沿第一主轴偏移的线圈之间提供几何重叠。耦合第一变压器和第二变压器，以补偿沿第二主轴偏移的线圈之间的耦合。对本发明的一种理解是，通过线圈之间重叠的去耦合的量、变压器耦合-强度以及对角线线圈之间的相互变压器去耦合-强度提供足够多的自由度，以使阵列完全去耦合。通过调节这三个自由度，能够准确地完成去耦合。此外，这三个自由度通过阵列的相对简单的配置，并且几乎没有附加的部件来实现。此外，线圈的构造几乎不受影响，从而使线圈能够针对磁共振信号的高灵敏度被单独优化。根据本发明的相关理解，不同于调节线圈之间的重叠，变压器可以应用在三个或多个线圈相交的位置处，并且使这三个或多个线圈去耦合，以及调节该位置处的变压器之间的耦合。注意，第一变压器可以使这三个线圈中的一个与其余的一对线圈去耦合。第二变压器可以使该其余的一对线圈相互去耦合。在一个范例中，第一变压器包括具有沿着第一公共芯移位的两个子绕集合的第一公共芯。第二变压器可以由围绕第二芯的单个绕集合形成。围绕第一公共芯的绕集合之间的位移可以是能调节的。第二绕集合的取向可以是相对于子绕集合的取向能调节的。这能够通过使第二绕集合相对于(其)第二芯倾斜或者通过使具有其第二绕集合的第二芯相对于第一公共芯倾斜来实现。
这对变压器之间的变压器耦合-强度能够基于变压器的芯的相对取向或者基于变压器的变压器绕集合之间的空间分离而变化。例如，每个变压器被形成为可以平行于(平行或重合)平面绕集合的平面移位的一对平面绕集合。在另一范例中，变压器可以以绕集合中的至少一个来形成，所述绕集合包括沿其公用或平行的纵向轴可移位的子绕集合。
变压器的相互取向或空间分离可以在RF线圈阵列的制造中粗略地或最终固定。其他精细调谐能够任选地通过针对每个个体患者的主动调谐措施来完成。芯的相互取向或绕集合之间的间距可以调节为待检查的个体患者。变压器耦合也可以被调节为补偿线圈阵列的变形。通过变压器的对角线偏移的线圈的去耦合强度可以在检查期间以气动方式或通过由远程电动机驱动的螺钉进行调节。
将参考从属权利要求中限定的实施例进一步阐述本发明的这些和其他方面。
在本发明的实施例中，第一变压器和第二变压器每个都具有以一个角度取向的细长变压器芯，所述角度影响变压器之间的直接耦合。变压器绕集合，其可以例如仅仅是一个或几个缠绕在变压器芯上的线-环。细长变压器芯由非磁性导电材料制成。优选地，非磁性金属，例如铝或铜实现有利的结果。变压器芯也可以是非磁性的、不导电的材料，例如塑料，其仅用于将变压器绕集合保持在其适当的位置和取向中。
在本发明的另一实施例中，采用分立的耦合元件来生成变压器之间的耦合。具体地，传输线的电容器、电感器能够用作分立的耦合元件。
本发明的这些和其它方面将参考下文中描述的实施例并参考附图来阐明，其中
附图说明
图1示出了本发明的射频线圈阵列的范例的示意图；
图2示出了图1的射频线圈阵列的双变压器耦合的范例的示意图；
图4、图5和图6示出了变压器之间的相互耦合的调节的细节；以及
图7示出了在其中采用本发明的射频线圈阵列的磁共振检查系统的示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明的射频线圈阵列的范例的示意图。在该范例中，示出了仅具有四个线圈16-1、16-2、16-3、16-2的RF线圈阵列16。线圈以由虚线网格线101指示的正方形网格图案布置。对角线轴103-1、103-2由与网格线101成π/4角度的点划线指示。网格线形成第一主轴101-1和第二主轴101-2。第一主轴相互平行，第二主轴也相互平行。第一主轴与第二主轴成直角。图1示出了沿着第一主轴101-1在空间上偏移的线圈之间的几何重叠105。还示出了沿着第二主轴101-2在空间上偏移的线圈之间的几何重叠107。沿主轴的空间偏移称为侧向偏移。此外，第一变压器109被布置为耦合沿第一对角线轴103-1偏移的(即对角线偏移的)线圈16-3、16-2。第二变压器111被布置为耦合沿第二对角线轴103-2偏移的线圈16-1、16-4。第一变压器和第二变压器被取向为使得它们的变压器-芯相对于彼此以角度θ取向。
图2示出了图1的射频线圈阵列的双变压器耦合的范例的示意图。变压器109和111每个都包括芯201、203，各个变压器的变压器(初级和次级)绕集合205和207围绕所述芯201、203缠绕。变压器109和111分别被耦合到对角线偏移的线圈16-1、16-4和16-2、16-3的导体环的对角线突起209、211。变压器芯201、203以角度θ取向。变压器之间的相互耦合取决于角度θ。
图3示出了本发明的六边形线圈阵列的示意性范例。六边形线圈(线圈环)16-1、16-2、16-3相对于第一主轴103-1和第二主轴1 03-2以六边形图案布置。去耦合变压器109、111被放置在三个六边形线圈相交处。一个变压器109具有芯上的一对绕集合并且能够沿着芯的长度相互移位。另一个变压器111具有能够相对于其芯倾斜的单个绕集合。通过改变单个绕集合之间的角度并调节该对绕集合之间的距离，可以调节去耦合。一个变压器109使一对线圈16-2、16-3去耦合。另一个变压器111使其余线圈16-1与一对线圈16-2、16-3去耦合。
图4、图5和图6中示出的是变压器之间的相互耦合的调节的细节。图4示出了形成变压器的一对平面绕集合。绕集合能够横贯绕集合的平行平面移位，以调节去耦合。图5示出了两对绕集合中每个的一对变压器109、111。一对绕集合由圆柱体承载，另一对绕集合环的直径大于圆柱体的直径。因此，环和圆柱体可以相对于彼此倾斜。环的高度可以(远远)小于圆柱体的长度。
图6示出了由一对平行平面绕集合形成的一对变压器的范例。这对平面绕集合沿着平面绕集合的平面侧向移位。
图7示意性地示出了在其中使用本发明的磁共振成像系统。磁共振成像系统包括具有一集合主线圈10的主磁体，由此生成稳定的、均匀的磁场。主线圈例如以这样一种方式构造，即它们形成孔，以围住隧道形状的检查空间。待检查患者被放置在滑入该隧道形状的检查空间的患者载体上。磁共振成像系统还包括若干梯度线圈11、12，由此，特别是在各个方向上生成以时间梯度的形式展现空间变化的磁场，以便被叠加在均匀磁场上。梯度线圈11、12被连接到包括一个或多个梯度放大器和可控电源单元的梯度控制器21。梯度线圈11、12借助于电源单元21通过施加电流通电；为此，电源单元配备有电子梯度放大电路，所述电子梯度放大电路将电流施加至梯度线圈，从而生成适当时间形状的梯度脉冲(也称为“梯度波形”)。梯度的强度、方向和持续时间由电源单元的控制来控制。磁共振成像系统还包括分别用于生成RF激励脉冲和用于拾取磁共振信号的发射天线13和接收天线(线圈或线圈阵列)16。发射线圈13优选构造为体线圈13，由此，待检查的对象(的一部分)能够由其包围。体线圈通常以这样一种式布置在磁共振成像系统中，即待检查患者30当他或她被布置在磁共振成像系统中时由体线圈13包围。体线圈13充当用于RF激励脉冲和RF重聚焦脉冲的发射的发射天线。优选地，体线圈13涉及所发射的RF脉冲(RFS)的空间上均匀的强度分布。总体上交替使用相同的线圈或天线作为发射线圈和接收线圈。典型地，接收线圈包括多个元件，每个元件通常形成单个环。环的各种几何形状和各种元件的排列都是可能的。发射和接收线圈13被连接到电子发射和接收电路15。
应当指出，存在能够用作发射和接收的一个(或几个)RF天线元件；另外，典型地，用户可以选择采用通常形成为接收元件阵列的专用接收天线。例如，表面线圈阵列16能够用作接收和/或发射线圈。这种表面线圈阵列在相对小的体积内具有高灵敏度。接收线圈连接到前置放大器23。前置放大器23放大由接收线圈16接收的RF共振信号(MS)，并且放大后的RF共振信号被应用到解调器24。接收天线(例如表面线圈阵列)被连接到解调器24，并且所接收的前置放大的磁共振信号(MS)借助于解调器24被解调。前置放大器23和解调器24可以数字化地实现并集成在表面线圈阵列中。解调后的磁共振信号(DMS)被应用至重建单元。解调器24解调放大后的RF共振信号。解调后的共振信号包含关于待成像对象的部分中的局部自旋密度的实际信息。此外，发射和接收电路15被连接到调制器22。调制器22和发射和接收电路15激活发射线圈13，以便发射RF激励和重聚焦脉冲。具体地，表面接收线圈阵列16通过无线链路的方式被耦合到发射和接收电路。由表面线圈阵列16接收的磁共振信号数据被发射到发射和接收电路15，并且控制信号(例如，调谐和解调表面线圈)通过无线链路发送到表面线圈。
重建单元根据解调后的磁共振信号(DMS)导出一个或多个图像信号，所述图像信号表示待检查对象的成像部分的图像信息。实际上的重建单元25优选地被构造为数字图像处理单元25，所述数字图像处理单元25被编程为根据解调后的磁共振信号导出，所述图形信号表示待成像的对象的部分的图像信息。重建的输出上的信号被施加至监视器26，使得重建后的磁共振图像能够被显示在监视器上。或者能够存储来自缓冲单元27的重建单元25的信号，同时等待进一步的处理或显示。
根据本发明的磁共振成像系统还提供有控制单元20，例如以包括(微)处理器的计算机的形式。控制单元20控制RF激励的执行和时间梯度场的施加。为此，根据本发明的计算机程序例如被加载到控制单元20和重建单元25中。

Claims (12)

1.一种射频(RF)线圈阵列，包括：
多个RF线圈元件，
变压器的集合，具体为变压器的对，其被布置在相邻RF线圈元件之间，
所述集合的变压器，其具有补偿所述相邻RF线圈元件之间的相互耦合的相互耦合。
2.如权利要求1所述的RF线圈阵列，其中，
集合的变压器之间的所述相互耦合是能调节的。
3.如权利要求1所述的射频线圈阵列，其中：
所述多个线圈，其以由第一主轴和第二主轴跨越的二维图案被布置，
相互横切的对角线轴，每个相互横切的对角线轴具有在所述第一主轴与所述第二主轴之间的取向，
第一变压器，其使沿第一对角线轴偏移的线圈去耦合，
第二变压器，其使沿第二对角线轴偏移的线圈去耦合，
其中，所述第一变压器和所述第二变压器被耦合以补偿沿所述第二主轴偏移的线圈之间的耦合。
4.如权利要求1所述的射频线圈阵列，其中，存在沿所述第一主轴偏移的线圈之间的几何重叠。
5.如权利要求1所述的射频线圈阵列，其中，三个或更多个线圈在单个位置处相交，并且所述第一变压器和所述第二变压器被定位在所述相交位置处，以使所述三个或更多个线圈相互去耦合。
6.如权利要求1至3中的任一项所述的射频线圈阵列，其中，
所述第一变压器和所述第二变压器中的每个变压器具有细长的变压器芯，并且
所述变压器芯以影响所述变压器之间的直接耦合的能调节角度进行取向。
7.如权利要求1至3中的任一项所述的射频线圈阵列，其中，所述第一变压器和所述第二变压器的变压器绕组在空间上分离超过且能调节的距离，所述能调节的距离影响所述变压器之间的直接耦合。
8.如权利要求5所述的射频线圈阵列，其中，所述变压器绕组是平面绕组。
9.如权利要求3所述的射频线圈阵列，其中，
所述第一变压器包括绕公共第一芯并且沿所述公共芯的长度相互移位的两个子绕组，
所述第二变压器由绕第二芯的单个绕组形成，并且所述第二绕组相对于所述第一变压器的所述两个子绕组被能倾斜地安装，并且
所述第一变压器使一对线圈与第三线圈去耦合，并且所述第二变压器使所述一对线圈相互去耦合。
10.如权利要求1或2所述的射频线圈阵列，其中，分立的耦合元件，具体是发射线的电容器、电感器，在所述变压器之间生成耦合。
11.一种使如权利要求1所述的射频阵列中的线圈去耦合的方法，包括以下步骤：
以预定的二维图案布置所述线圈，
使沿对角线轴相互偏移的线圈元件去耦合，
对第一变压器和第二变压器进行定向或相互移位以补偿沿所述第二主轴偏移的线圈之间的耦合。
12.一种使如权利要求7所述的射频阵列中的线圈去耦合的方法，包括调节沿所述第一主轴偏移的线圈之间的几何重叠。
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