CN109814054A - 用于介入和手术过程中所用的mri系统的rf线圈阵列 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种用于磁共振成像(MRI)系统的柔性、轻质、低成本射频(RF)线圈阵列的各种方法和系统。在一个示例中，一种用于MRI系统的RF线圈组件包括环路部分和耦合电子器件部分，所述环路部分包括分布式电容线导体，所述耦合电子器件部分包括前置放大器；联轴器，将两个邻近线圈环路以可滑动方式连接在一起。所述环路内形成敞口区域，使得能够执行介入或手术过程中的组织操作或活组织检查。

Description

用于介入和手术过程中所用的MRI系统的RF线圈阵列
相关申请的交叉引用本申请要求2017年11月22日提交的美国临时专利申请号62/590,036的优先权权益，该临时专利申请的全文通过引用并入本文。
背景技术
本说明书中所公开主题的实施例涉及磁共振成像(MRI)，并且更确切地说，涉及用在介入和手术过程中的MRI射频(RF)线圈阵列。
磁共振成像(MRI)是一种可以在没有使用X射线或其他电离辐射的情况下产生人体内部图像的医学成像模态。MRI系统包括超导磁体以产生强而均匀的静态磁场。当人体或人体的一部分被置于磁场中时，与组织水中的氢核相关联的核自旋变得极化，其中与这些自旋相关联的磁矩优先地沿磁场方向对准，形成沿此轴线的小型净组织磁化。MRI系统还包括梯度线圈，所述梯度线圈产生具有正交轴线的较小幅度空间变化磁场，以通过在体内每个位置处创建特征共振频率来对磁共振(MR)信号进行空间编码。然后使用射频(RF)线圈来在氢核的共振频率下或接近频率下产生RF能量脉冲，进而向核自旋系统添加能量。当所述核自旋弛豫回到其静止能量状态时，它们以磁共振(MR)信号的形式释放所吸收的能量。此信号被MRI系统检测到，并且使用重建算法转换成图像。
如上所述，RF线圈阵列在MRI系统中用于发射RF激发信号(“发射线圈”)，并且接收由成像对象发射的MR信号(“接收线圈”)。可以使用线圈接合电缆在RF线圈与处理系统的其他方面之间发射信号，例如以控制RF线圈并且/或者从RF线圈接收信息。但是，常规RF线圈趋于笨重、刚性，并且配置成维持在相对于阵列中的其他RF线圈的固定位置。所述笨重和缺乏柔性通常会导致RF线圈环路无法与预期解剖结构最有效地连接，并且导致成像对象感到非常不舒服。此外，从覆盖范围及成像加速度的角度来看，线圈到线圈的相互作用表明线圈的尺寸和/或定位是不理想的。
存在为MRI系统提供低成本、柔性且轻质RF线圈阵列以在介入和/或手术过程之前、之间或之后使用的期望和需要。
发明内容
在一个实施例中，一种用于磁共振(MR)成像系统的射频(RF)线圈阵列组件，所述RF线圈阵列组件包括：多个RF线圈，每个RF线圈包括环路部分，所述环路部分包括两个分布式电容线导体；以及至少一个联轴器，所述至少一个联轴器以可滑动方式连接两个邻近RF线圈的环路部分。其中每个RF线圈的环路部分中形成敞口区域，以提供通到要成像的对象的解剖结构的通路。
在另一个实施例中，一种方法，包括：将RF线圈阵列组件附接到对象的解剖结构以从所述解剖结构接收磁共振(MR)信号；以及，通过所述RF线圈阵列组件的至少一个敞口区域进入所述对象的解剖结构。
所述环路部分可以变形、伸长和/或改变其形状和尺寸，从而使得线圈能够贴合对象解剖结构、增加所述线圈对解剖结构的覆盖范围，允许所述线圈围绕可以附接到所述对象的其他装置例如神经外科手术期间使用的颅骨夹弯曲，或者使介入装置例如活检针或切除装置能够穿过线圈环路中的开口。提供这种方式，可以提供柔性RF线圈组件，所述柔性RF线圈组件使得阵列中的RF线圈能够更加任意地定位，因而使得所述线圈的位置和/或尺寸能够基于预期解剖结构覆盖范围，而不必考虑固定线圈重叠或电子器件定位。此外，由于材料和生产工艺减至最少，因此线圈的成本和重量可以大幅减少，并且可以相对于常规线圈采用更加环境友好的工艺来制造并且小型化本公开的RF线圈。
此外，所述RF线圈元件周围或之间缺少封装或其他材料(即，线圈环路、耦合电子器件)使得临床医生能够通过所述线圈环路中的开口执行介入或手术过程。此外，线圈配置可以改变，以便所述临床医生将线圈形状从圆形变为对特定介入或手术过程而言最佳的椭圆形、正方形、矩形或某个其他形状。
应了解，以上简要说明的提供是用于以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。它并不用于确定本发明主题的关键特征或必要特征，本发明主题的范围仅由具体实施方式之后的权利要求书来限定。此外，本发明主题并不限于解决上文或本公开任何部分中指出的任何缺点的实施方案。
附图说明
参考附图阅读以下对非限定性实施例的描述将更好地理解本公开，其中：
图1是根据示例性实施例的MRI系统的方框图。
图2示意性地示出连接到控制器单元的示例性RF线圈。
图3示出第一示例性RF线圈以及相关联的耦合电子器件。
图4示出第二示例性RF线圈以及相关联的耦合电子器件。
图5示出示例性RF线圈的分布式电容环路部分的截面图。
图6示出可以在介入或手术过程中与MRI系统一起使用的示例性RF线圈阵列。
图7示出用于RF线圈阵列的RF线圈环路(环路部分)的可滑动接合的联轴器的示例性第一半和第二半。
图8示出围绕接受介入或手术过程的对象的头部设置的第一示例性RF线圈阵列。
图9示出围绕接受介入或手术过程的对象的头部设置的第二示例性RF线圈阵列。
图10示出可以设置在接受介入或手术过程的对象的身体上的示例性RF线圈阵列。
图11示意性地示出示例性RF线圈阵列接合电缆，所述示例性RF线圈阵列接合电缆包括定位在处理系统与MRI系统的RF线圈阵列之间的多个连续和/或毗连共模陷波电路(trap)。
图12和图13各自示意性地示出示例性RF线圈阵列接合电缆，所述示例性RF线圈阵列接合电缆包括多个连续和/或毗连共模陷波电路。
具体实施方式
以下描述涉及MRI系统中的射频(RF)线圈的各种实施例。确切地说，提供用于低成本、柔性且轻质RF线圈的系统和方法，所述低成本、柔性且轻质RF线圈在多个方面是有效透明的。鉴于所述线圈的重量轻并且所述RF线圈能够实现柔性封装，所述RF线圈对对象是有效透明的。由于电磁耦合机制减至最少，所述RF线圈对RF线圈阵列中的其他RF线圈也是有效透明的。此外，RF线圈通过电容最小化对其他结构有效透明，并且通过质量减少对正电子透明，使得能够在混合正电子发射断层摄影(PET)/MR成像系统中使用RF线圈。本公开的RF线圈可以用在各种磁场强度的MRI系统中。
本公开的RF线圈包括的铜印刷电路板(PCB)材料量和电子部件量显著少于常规RF线圈。本公开的RF线圈包括被介电材料封装和隔离的并行细长线导体，从而形成线圈元件。所述并行线导体形成低电抗结构，而不需要分立电容器。尺寸设定成将损耗保持在可容许水平的最小导体可消除线圈环路之间的大部分电容，并且减少电场耦合。通过与大型采样阻抗接合，电流将减小并且磁场耦合减至最小。所述电子器件的尺寸和容量减至最小以将质量和重量保持在低位，并且防止与预期磁场发生过度相互作用。围绕RF线圈元件的封装(即线圈环路、耦合电子器件)减至最少或被消除，因而使得轮廓能够贴合解剖结构，优化信噪比(SNR)、成像加速度和组织通路，并且使得能够在无需拆除RF线圈阵列的情况下执行介入或手术过程中的组织操作。
用于MR的常规接收线圈包括若干导电间隔，这些导电间隔之间通过电容器接合。通过调节电容器的电容，可以使RF线圈的阻抗达到其最小值，通常以低电阻为特征。在共振频率下，所存储的磁能和电能周期性地交替。由于其长度和宽度，每个导电间隔具有一定自身电容，其中电能周期性地以静电的形式存储。所述电的分布发生在5cm到15cm量级的整个导电间隔长度上，进而引起类似范围的电偶极场。在大型介电负载附近，所述间隔的自身电容改变，因此导致线圈失谐。在有损耗电介质的情况下，偶极电场引起焦耳耗散，所述焦耳耗散的特征在于线圈承受的总电阻增加。
相反，本公开的RF线圈表示接近理想状态的磁偶极天线，因为它的共模电流沿其周边的相位和幅度是均匀的。所述RF线圈的电容沿环路周边建立在两个线导体之间。保守电场严格限制在小截面两个并行导线和介电填充材料内。在两个RF线圈重叠的情况下，与两个重叠铜迹线相比，交叉点或重叠处的寄生电容大幅减小。与两个基于迹线的常规环路相比，RF线圈的薄截面使得能够更好地进行磁性去耦(magnetic decoupling)，并且减少或消除两个环路之间的临界重叠。
图1示出磁共振成像(MRI)设备10，所述磁共振成像设备包括超导磁体单元12、梯度线圈单元13、RF线圈单元14、RF主体或体积线圈单元15、发射/接收(T/R)开关20、RF驱动器单元22、梯度线圈驱动器单元23、数据采集单元24、控制器单元25、检查台26、数据处理单元31、操作控制台单元32和显示单元33。在一个示例中，RF线圈单元14是表面线圈，所述表面线圈是通常设置在对象16的感兴趣解剖结构附近的局部线圈。在本说明书中，所述RF主体线圈单元15是发射RF信号的发射线圈，并且局部表面RF线圈单元14接收MR信号。因此，发射主体线圈(例如，RF主体线圈单元15)和表面接收线圈(例如，RF线圈单元14)是独立但电磁耦合的结构。所述MRI设备10将电磁脉冲信号发射到设置在成像空间18中的对象16，其中将形成静态磁场以执行扫描，从而从对象16获得MR信号以基于所述扫描所获得的MR信号来重建对象16的图像。
所述超导磁体单元12包括例如环形超导磁体，所述环形超导磁体安装在环形真空容器内。所述磁体限定围绕对象16的圆柱形空间，并且沿所述圆柱形空间的Z方向产生恒定、强力、均匀的静态磁场。
所述MRI设备10还包括梯度线圈单元13，所述梯度线圈单元在成像空间18中产生梯度磁场，以便为RF线圈单元14所接收的MR信号提供三维位置信息。所述梯度线圈单元13包括三个梯度线圈系统，其中的每个梯度线圈系统产生梯度磁场，所述梯度磁场倾斜到彼此垂直的三个空间轴线中的一个空间轴线中，并且依据成像条件沿频率编码方向、相位编码方向和切片选择方向中的每一者产生梯度磁场。更确切地说，所述梯度线圈单元13沿对象16的切片选择方向施加梯度磁场以选择切片；并且所述RF主体线圈单元15将RF信号发射到对象16的选定感兴趣区域(ROI)并且对其进行激发。所述梯度线圈单元13还沿对象16的相位编码方向施加梯度磁场，以对来自被RF信号激发的ROI的MR信号进行相位编码。所述梯度线圈单元13随后沿对象16的频率编码方向施加梯度磁场，以对来自被RF信号激发的ROI的MR信号进行频率编码。
所述RF线圈单元14例如设置成围封对象16的待成像区域。在一些示例中，所述RF线圈单元14可以称为表面线圈或接收线圈。在超导磁体单元12形成静态磁场的静态磁场空间或成像空间18中，RF线圈单元15基于来自控制器单元25的控制信号向对象16发射电磁波形式的RF脉冲，从而产生高频磁场。这激发对象16的待成像切片中的质子进行自旋。所述RF线圈单元14以磁共振信号的形式接收当对象16的待成像切片中以此方式激发的质子自旋返回到与初始磁化矢量对准时产生的电磁波。在一些实施例中，所述RF线圈单元14可以发射RF脉冲并接收MR信号。在其它实施例中，所述RF线圈单元14可以仅用于接收MR信号而不发射RF脉冲。
所述RF主体线圈单元15例如设置成围封成像空间18，并且产生与超导磁体单元12在成像空间18内产生的主磁场正交的RF磁场脉冲，以对核进行激发。与可以从MRI设备10断开并且更换成另一个RF线圈单元的RF线圈单元14相反，所述RF主体线圈单元15固定地附接和连接到MRI设备10。此外，尽管局部线圈例如构成RF线圈单元14的局部线圈可以将信号发射到仅对象16的局部区域或者仅从其接收信号，但是RF主体线圈单元15通常具有更大覆盖范围。例如，所述RF主体线圈单元15可以用于向对象16的整个身体发射信号或者从其接收信号。仅接收局部线圈和发射主体线圈的使用可提供均匀的RF激发和良好的图像均匀性，但代价是对象中沉积高RF功率。对于发射-接收局部线圈，所述局部线圈向感兴趣区域提供RF激发并且接收MR信号，从而降低沉积在对象体内的RF功率。应认识到，所述RF线圈单元14和/或RF主体线圈单元15的具体使用取决于成像应用。
所述T/R开关20可以选择性地当在接收模式下操作时将RF主体线圈单元15电连接到数据采集单元24，并且当在发射模式下操作时将其电连接到RF驱动器单元22。同样，所述T/R开关20可以选择性地当RF线圈单元14在接收模式下操作时将RF线圈单元14电连接到数据采集单元24，并且当在发射模式下操作时将其电连接到RF驱动器单元22。当所述RF线圈单元14和RF主体线圈单元15均用在单次扫描中时，例如，如果RF线圈单元14配置成接收MR信号并且RF主体线圈单元15配置成发射RF信号，则T/R开关20可以将来自RF驱动器单元22的控制信号引导到RF主体线圈单元15，同时将从RF线圈单元14接收到的MR信号引导到数据采集单元24。所述RF主体线圈单元15的线圈可以配置成以仅发射模式、仅接收模式或发射-接收模式操作。所述局部RF线圈单元14的线圈可以配置成以发射-接收模式或者仅接收模式操作。
所述RF驱动器单元22包括用于驱动RF线圈单元15并且在成像空间18中形成高频磁场的栅极调制器(未示出)、RF功率放大器(未示出)和RF振荡器(未示出)。所述RF驱动器单元22基于来自控制器单元25的控制信号并且使用栅极调制器来将从RF振荡器接收到的RF信号调制成具有预定信包的预定定时信号。经过栅极调制器调制的RF信号被RF功率放大器放大，然后输出到RF线圈单元14。
所述梯度线圈驱动器单元23基于来自控制器单元25的控制信号驱动梯度线圈单元13，从而在成像空间18中产生梯度磁场。所述梯度线圈驱动器单元23包括与包括在梯度线圈单元13中的三个梯度线圈系统相对应的三个驱动器电路系统(未示出)。
所述数据采集单元24包括用于采集RF线圈单元14所接收到的磁共振信号的前置放大器(未示出)、相位检测器(未示出)以及模拟/数字转换器(未示出)。在所述数据采集单元24中，所述相位检测器通过使用来自RF驱动器单元22的RF振荡器的输出作为参考信号来对从RF线圈单元14接收并且被前置放大器放大的磁共振信号进行相位检测，并且将相位检测后的模拟磁共振信号输出到模拟/数字转换器以转换成数字信号。由此获得的数字信号输出到数据处理单元31。
所述MRI设备10包括用于将对象16安置在其上的检查台26。可以通过基于来自控制器单元25的控制信号移动检查台26来将对象16移入和移出所述成像空间18。
所述控制器单元25包括计算机和记录介质，其中所述记录介质上记录有被计算机执行的过程。所述过程在被计算机执行时使所述设备的各个部分执行与预定扫描相对应的操作。所述记录介质可以包括例如ROM、软磁盘、硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM或非易失性存储器。所述控制器单元25连接到操作控制台单元32并且处理输入到操作控制台单元32的操作信号，并且进一步通过为其输出控制信号来控制检查台26、RF驱动器单元22、梯度线圈驱动器单元23和数据采集单元24。所述控制器单元25还基于从操作控制台单元32接收的操作信号来控制数据处理单元31和显示单元33以获得预期图像。
所述操作控制台单元32包括用户输入装置，例如触摸屏、键盘和鼠标。所述操作控制台单元32被操作员用于例如输入数据例如成像协议，并且设置要执行成像序列的区域。关于成像协议和成像序列执行区域的数据输出到控制器单元25。
所述数据处理单元31包括计算机和记录介质，其中所述记录介质上记录有被计算机执行以执行预定数据处理的过程。所述数据处理单元31连接到控制器单元25，并且基于从控制器单元25接收的控制信号来执行数据处理。所述数据处理单元31还连接到数据采集单元24，并且通过对从数据采集单元24输出的磁共振信号执行各种图像处理操作来生成频谱数据。
所述显示单元33包括显示装置，并且基于从控制器单元25接收的控制信号来在显示装置的显示屏幕上显示图像。所述显示单元33显示例如关于与所述操作员从操作控制台单元32输入的操作数据的输入项的图像。所述显示单元33还显示由数据处理单元31生成的对象16的二维(2D)切片图像或三维(3D)图像。
在扫描期间，所述RF线圈阵列接合电缆(未示出)可以用于在RF线圈(例如，RF线圈单元14和RF主体线圈单元15)与处理系统的其他方面(例如，数据采集单元24、控制器单元25等)之间发射信号，例如以控制RF线圈和/或从RF线圈接收信息。如上所述，所述RF主体线圈单元15是发射RF信号的发射线圈，并且局部表面RF线圈单元14接收MR信号。更一般地说，RF线圈用于发射RF激发信号(“发射线圈”)，并且接收由成像对象发射的MR信号(“接收线圈”)。在示例中，所述发射线圈和接收线圈是单个机械和电气结构或结构阵列，其中发射/接收模式能够由辅助电路切换。在其他示例中，所述发射主体线圈(例如，RF主体线圈单元15)和表面接收线圈(例如，RF线圈单元14)可以是经由数据采集单元或其他处理单元彼此物理连接的独立结构。但是为了增强图像质量，理想的是提供与发射线圈以机械和电气方式隔离的接收线圈。在这种情况下，需要使接收线圈在其接收模式中电磁耦合到被发射线圈激发的RF“回波”并且与之共振。但是在发射模式期间，可能需要在RF信号的实际发射期间使接收线圈从发射线圈电磁去耦并且因此而不与发射线圈共振。当接收线圈耦合到RF信号的全功率时，所述去耦将可避免辅助电路内产生噪声的潜在问题。下文将描述关于接收RF线圈的去耦的其他详细信息。
如上所述，常规RF线圈可以包括位于具有集总电子部件(例如，电容器、电感器、平衡-不平衡变换器(balun)、电阻器等)的印刷电路板(PCB)上的酸浸蚀铜迹线(环路)，匹配电路、去耦电路和前置放大器。这种配置通常非常庞大、笨重且刚性，并且需要将线圈相对严格地相对于彼此设置在阵列中，以避免线圈元件之间发生可能降低图像质量的耦合相互作用。因此，常规RF线圈和RF线圈阵列缺乏柔性，因此可能不贴合对象解剖结构，因而降低成像质量和舒适度。常规RF线圈通常也围封在没有孔或开口的刚性壳体中，致使无法进入对象组织中并且无法进行组织操作、活组织检查或介入过程。
因此，根据本说明书中所公开的实施例，RF线圈阵列例如RF线圈单元14可以包括分布式电容线而不是位于具有集总电子部件的PCB上的铜迹线，并且可以存在RF线圈环路和相关联的耦合电子器件裸露并且周围不存在任何封装的区域。结果，所述RF线圈阵列可以是轻质且柔性的，使得线圈环路能够直接设置在对象的皮肤上并且使得能够通过线圈环路中的开口执行介入过程。与RF线圈的环路部分连接的耦合电子器件部分(例如，分布式电容导线)可以小型化并且利用低输入阻抗前置放大器，所述低输入阻抗前置放大器针对(例如，由于阻抗匹配电路引起的)高源阻抗进行优化，并且允许RF线圈阵列中的线圈元件之间柔性重叠。此外，所述RF线圈阵列与系统处理部件之间的RF线圈阵列接合电缆可以是柔性的，并且包括分布式平衡-不平衡变换器形式的集成透明功能，使得避免采用刚性电子部件并且有助于热负载的扩散。
现在转向图2，其中示出RF线圈202的示意图，所述RF线圈包括经由耦合电子器件部分203和线圈接合电缆212连接到控制器单元210的环路部分201。在一个示例中，所述RF线圈可以是表面接收线圈，所述表面接收线圈可以是单通道或多通道式。RF线圈202是图1所示RF线圈单元14的一个非限制性示例，并且因此可以在MRI设备10中的一个或多个频率下操作。线圈接合电缆212可以是在耦合电子器件部分203与RF线圈阵列的接合连接器之间延伸的线圈接合电缆，或者是在RF线圈阵列的接合连接器与MRI系统控制器单元210之间延伸的RF线圈阵列接合电缆。控制器单元210可以与图1中的数据处理单元31或控制器单元25相关联，并且/或者可以是其非限制性示例。
耦合电子器件部分203可以连接到RF线圈202的环路部分。在本说明书中，所述耦合电子器件部分203可以包括去耦电路204、阻抗逆变器电路206和前置放大器208。所述去耦电路204可以在发射操作期间有效地使RF线圈去耦。通常，处于其接收模式的RF线圈202可以连接到由MR设备成像的对象的身体，以便接收在发射模式期间发射的RF信号的回波。如果RF线圈202不用于发射，则可能必须在RF主体线圈正在发射RF信号的同时，将RF线圈202从RF主体线圈去耦。可以使用共振电路和PIN二极管、微型机电系统(MEMS)开关或其他类型的开关电路来实现接收线圈从发射线圈的去耦。在本说明书中，所述开关电路可以激活操作性地连接到RF线圈202的失谐电路。
所述阻抗逆变器电路206可以在RF线圈202与前置放大器208之间形成阻抗匹配网络。所述阻抗逆变器电路206配置成将RF线圈202的线圈阻抗变换成用于前置放大器208的最佳源阻抗(source impedance)。所述阻抗逆变器电路206可以包括阻抗匹配网络和输入平衡-不平衡变换器。所述前置放大器208接收来自对应RF线圈202的MR信号，并且放大接收到的MR信号。在一个示例中，所述前置放大器可以具有低输入阻抗，所述低输入阻抗配置成适应相对较高的阻断或源阻抗。关于RF线圈和相关联耦合电子器件部分的其他详细信息将在下文中参见图3和图4更详细地解释。耦合电子器件部分203可以封装在尺寸为约2cm2或更小的非常小或小型化PCB中。所述PCB可以由保形涂层(conformal coating)或封装树脂提供保护。保形涂层或封装树脂可以提供防水封装，以防止耦合电子器件暴露于任何流体时遭受损坏。
线圈接合电缆212，例如RF线圈阵列接合电缆，可以用于在RF线圈与处理系统的其他方面之间发射信号，例如以控制RF线圈并且/或者从RF线圈接收信息。所述RF线圈阵列接合电缆可以设置在MRI设备(例如图1所示的MRI设备10)的孔或成像空间内，并且受到由MRI设备产生和使用的电磁场的作用。在MRI系统中，线圈接合电缆例如线圈接合电缆212可以承受发射器驱动共模电流，进而可能产生场畸变和/或部件的不可预测受热。通常，使用平衡-不平衡变换器来阻断共模电流。所述平衡-不平衡变换器或共模陷波电路提供高共模阻抗，进而降低发射器驱动电流的影响。
因此，线圈接合电缆212可以包括一个或多个平衡-不平衡变换器。在常规线圈接合电缆中，平衡-不平衡变换器的定位具有相对较高密度，因为如果平衡-不平衡变换器密度过低或者如果平衡-不平衡变换器定位在不适当位置处，则可能形成高耗散/电压。但是，所述密集设置可能会对灵活性、成本和性能产生不利影响。因此，所述线圈接合电缆中的一个或多个平衡-不平衡变换器可以是连续平衡-不平衡变换器，以确保在独立于定位的情况下不存在高电流或驻波。所述连续平衡-不平衡变换器可以是分布式、颤动式和/或蝶式平衡-不平衡变换器。关于线圈接合电缆和平衡-不平衡变换器的其他详细信息将在下文中参见图11、图12和图13提供。
图3是根据实施例形成的具有分段导体的RF线圈301的示意图。RF线圈301是图2所示RF线圈202的非限制性示例，并且因此包括RF线圈202的环路部分201和耦合电子器件部分203。当被数据采集单元124(如图1所示)驱动时，所述耦合电子器件部分使得RF线圈能够发射和/或接收RF信号。在图示实施例中，RF线圈301包括第一导体300和第二导体302。第一导体300和第二导体302可以为分段式，使得导体形成开路(例如，形成单极)。如下文所讨论，导体300、302的各段可具有不同长度。可以改变第一导体300和第二导体302的长度以实现要求的分布式电容，并且因此而实现要求的共振频率。
第一导体300具有第一段304和第二段306。如下文更详细地描述，第一段304包括位于终止于耦合电子器件部分203的接口处的被驱动端312。第一段304还包括浮动端314，所述浮动端与参考地面分离，从而保持浮动状态。第二段306包括位于终止于耦合电子器件部分的接口处的被驱动端316以及从参考地面分离的浮动端318。
第二导体302具有第一段308和第二段310。第一段308包括位于所述接口处的被驱动端320。第一段308还包括浮动端322，所述浮动端与参考地面分离，从而保持浮动状态。第二段310包括位于接口处的被驱动端324以及从参考地面分离的浮动端326。所述被驱动端324可以终止于所述接口处，使得此端324仅通过分布式电容连接到第一导体。图示成围绕导体之间的环路的电容器表示线导体之间的电容。
第一导体300和第二导体302沿第一段和第二段304、306、308、310的长度呈现分布式电容。所述第一段304、308可以具有与第二段306、310不同的长度。第一段304、308与第二段306、310之间的相对长度差异可以用于在预期的中心频率下产生具有共振频率的有效电感电容(LC)电路。例如，通过改变第一段304、308相对于第二段306、310的长度，可以改变集成分布式电容。
在图示实施例中，第一线导体300和第二线导体302成形为终止于接口的环路部分。但是在其他实施例中，其他形状也是可能的。例如，所述环路部分可以是多边形，成形为贴合表面(例如，壳体)和/或类似部分的轮廓。所述环路部分限定沿第一导体和第二导体的导电通路。第一导体和第二导体沿导电通路的整个长度没有任何离散或集总电容或电感元件。所述环路部分还可以包括不同规格绞合或实心导线环路、不同长度第一导体300和第二导体302的不同直径环路，以及/或者第一导体与第二导体之间间距不同的环路。例如，第一导体和第二导体中的每一者可以在沿导电通路的不同位置处没有切口或间隙(非分段式导体)或者具有一个或多个切口或间隙(分段式导体)。
本说明书中所使用的分布式电容(DCAP)表示沿导体长度在导体之间呈现的电容，并且没有离散或集总电容分量以及离散或集总电感分量的电容。在本说明书中的示例中，所述电容可以沿第一导体300和第二导体302的长度以一致并均匀方式增长。
介电材料303封装并且隔离第一导体300和第二导体302。可以选择性地选择介电材料303以实现要求的分布式电容。介电材料303可以基于预期介电常数ε，以改变环路部分的有效电容。例如，所述介电材料303可以是空气、橡胶、塑料或任何其他介电材料。在一个示例中，所述介电材料可以是聚四氟乙烯(PTFE)。例如，介电材料303可以是围绕第一导体300和第二导体302的并行导电元件的绝缘材料。或者，所述第一导体300和第二导体302可以彼此扭绞以形成双绞线电缆。再如，所述介电材料303可以是塑料材料。第一导体300和第二导体302可以形成同轴结构，其中塑料介电材料303将第一导体和第二导体隔离。再如，第一导体和第二导体可以配置成平面条带。
耦合电子器件部分203以可操作且通信方式连接到RF驱动器单元22、数据采集单元24、控制器单元25和/或数据处理单元31，以允许RF线圈102发射和/或接收RF信号。在图示实施例中，耦合电子器件部分203包括配置成发射和接收RF信号的信号接口358。所述信号接口358可以经由电缆发射和接收RF信号。所述电缆可以是具有中心导体、内屏蔽件和外屏蔽件的3导体三同轴电缆。所述中心导体连接到RF信号和前置放大器控制器(RF)，内屏蔽件连接到地面(GND)，并且外屏蔽件连接到多控制偏压电路(二极管去耦控制器)(MC_BIAS)。可以在与RF信号相同的导体上执行10V电源连接。
如上文参见图2所说明，耦合电子器件部分203包括去耦电路、阻抗逆变器电路和前置放大器。如图3所示，所述去耦电路包括去耦二极管360。例如，可以为所述去耦二极管360提供来自MC_BIAS的电压，以便使所述去耦二极管360导通。当导通时，所述去耦二极管360例如在发射操作期间致使导体300与导体302短路，从而致使线圈脱离共振状态并且因此使线圈去耦。
应当理解，图3所示的去耦电路用于说明而非限制，任何合适的去耦合配置都能够用于在发射操作的过程中去耦合。
所述阻抗逆变器电路包括：多个电感器，所述多个电感器包括第一电感器370a、第二电感器370b和第三电感器370c；多个电容器，所述多个电容器包括第一电容器372a、第二电容器372b、第三电容器372c和第四电容器372d；以及二极管374。所述阻抗逆变器电路包括匹配电路和输入平衡-不平衡变换器。如图所示，所述输入平衡-不平衡变换器是包括第一电感器370a、第二电感器370b、第一电容器372a和第二电容器372b的晶格式平衡-不平衡变换器。在一个示例中，二极管374限制电流的方向以阻止RF接收信号进入到去耦偏压支路(MC_BIAS)中。
所述前置放大器362可以是通过阻抗匹配电路针对高源阻抗优化的低输入阻抗前置放大器。所述前置放大器可以具有低噪声反射系数γ和低噪声电阻Rn。在一个示例中，除了低噪声系数之外，前置放大器可以具有大体上等于0.0的源反射系数γ以及大体上等于0.0的标准化噪声电阻Rn。但是，也可以设想γ值大体上等于或小于0.1并且Rn值大体上等于或小于0.2。利用具有适当γ和Rn值的前置放大器，所述前置放大器为RF线圈301提供阻断阻抗，同时还在史密斯圆图的背景下提供大噪声圆。因此，RF线圈301中的电流减至最小，前置放大器与RF线圈301输出阻抗进行有效噪声匹配。基于大噪声圆，所述前置放大器在各种RF线圈阻抗上产生有效SNR，同时对RF线圈301产生高阻断阻抗。
在一些示例中，所述前置放大器362可以包括阻抗变换器，所述阻抗变换器包括电容器和电感器。所述阻抗变换器可以配置成改变前置放大器的阻抗以有效地抵消前置放大器的电抗，例如由寄生电容效应引起的电容。所述寄生电容效应可以由例如前置放大器的PCB布局或前置放大器的选通引起。此外，所述电抗通常可以随频率的增大而增大。但是有利地，将前置放大器的阻抗变换器配置成抵消或至少最小化电抗可保持对RF线圈301的高阻抗(即阻断阻抗)和有效SNR，而不对前置放大器的噪声系数产生实质性影响。上述晶格平衡-不平衡变换器可以是阻抗变换器的非限制性示例。
在示例中，本说明书中所述的前置放大器可以是低输入前置放大器。例如，在一些实施例中，前置放大器的“相对较低”输入阻抗在共振频率下小于约5欧姆。RF线圈301的线圈阻抗可以为任何值，所述值可以取决于线圈负载、线圈尺寸、场强度等。RF线圈301的线圈阻抗示例包括但不限于在1.5T磁场强度下介于约2欧姆与约10欧姆之间，以及/或者类似阻抗。所述阻抗逆变器电路配置成将RF线圈301的线圈阻抗变换成相对较高源阻抗。例如，在一些实施例中，“相对较高”源阻抗为至少约100欧姆并且可以大于150欧姆。
所述阻抗变换器还可以向RF线圈301提供阻断阻抗。将RF线圈301的线圈阻抗变换成相对较高源阻抗可以使阻抗变换器能够向RF线圈301提供更高的阻断阻抗。所述较高阻断阻抗的示例值包括例如至少500欧姆以及至少1000欧姆的阻断阻抗。
图4是根据另一个实施例的RF线圈401和耦合电子器件部分203的示意图。图4的RF线圈是图2所示RF线圈和耦合电子器件的非限制性示例，并且因此包括环路部分201和耦合电子器件部分203。当被数据采集单元124(如图1所示)驱动时，所述耦合电子器件使得RF线圈能够发射和/或接收RF信号。RF线圈401包括与第二导体402并联的第一导体400。第一导体400和第二导体402中的至少一者是细长且连续的。
在图示实施例中，第一导体400和第二导体402成形为终止于接口的环路部分。但是在其他实施例中，其他形状也是可能的。例如，所述环路部分可以是多边形，成形为贴合表面(例如，壳体)和/或类似部分的轮廓。所述环路部分限定沿第一导体400和第二导体402的导电通路。第一导体400和第二导体402沿所述导电通路的整个长度没有任何离散或集总电容或电感部件。所述第一导体400和第二导体402沿所述环路部分的整个长度是不间断且是连续的。所述环路部分还可以包括不同规格绞合或实心导线环路、不同长度第一导体400和第二导体402的不同直径环路，以及/或者第一导体与第二导体之间间距不同的环路。例如，第一导体和第二导体中的每一者可以在沿导电通路的不同位置处没有切口或间隙(非分段式导体)或者具有一个或多个切口或间隙(分段式导体)。
所述第一导体400和第二导体402沿环路部分的长度(例如，沿第一导体400和第二导体402的长度)具有分布式电容。所述第一导体400和第二导体402沿所述环路部分的整个长度呈现大体相等和均匀的电容。本说明书中所使用的分布式电容(DCAP)表示导体之间呈现的沿导体长度均匀且一致地增长，并且没有离散或集总电容分量以及离散或集总电感分量的电容。在本说明书中的示例中，所述电容可以沿第一导体400和第二导体402的长度以均匀方式增长。第一导体400和第二导体402中的至少一者是细长且连续的。在图示的实施例中，第一导体400和第二导体402中这两者均为细长且连续的。但是在其他实施例中，第一导体400或第二导体402中的仅一者可以是细长且连续的。第一导体400和第二导体402形成连续的分布式电容器。所述电容沿导体400、402的长度以大体恒定的速率增长。在图示的实施例中，第一导体400和第二导体402形成沿第一导体400和第二导体402的长度呈现DCAP的细长连续导体。第一导体400和第二导体402在第一导体400和第二导体402的终端之间沿连续导体的整个长度没有任何离散电容和电感部件。例如，第一导体400和第二导体402沿环路部分的长度既不包括任何离散电容器，也不包括任何电感器。
介电材料403隔离第一导体400和第二导体402。可以选择性地选择介电材料403以实现选定分布式电容。介电材料403可以基于预期介电常数ε，以改变环路部分的有效电容。例如，所述介电材料403可以是空气、橡胶、塑料或任何其他介电材料。在一个示例中，所述介电材料可以是聚四氟乙烯(PTFE)。例如，介电材料403可以是围绕第一导体400和第二导体402的并行导电元件的绝缘材料。或者，所述第一导体400和第二导体402可以彼此扭绞以形成双绞线电缆。再如，所述介电材料403可以是塑料材料。第一导体400和第二导体402可以形成同轴结构，其中塑料介电材料403将第一导体400和第二导体402隔离。再如，第一导体400和第二导体402可以配置成平面条带。
第一导体400包括终止于接口处的第一终端412和第二终端416。第一终端412连接到耦合电子器件部分203。第一终端412在本说明书中也可以称为“驱动端”。第二终端416在本说明书中也称为“第二驱动端”。
第二导体402包括终止于接口处的第一终端420和第二终端424。第一终端420连接到耦合电子器件部分203。第一终端420在本说明书中也可以称为“驱动端”。第二终端424在本说明书中也称为“第二驱动端”。
所述RF线圈401的环路部分201连接到耦合电子器件部分203。耦合电子器件部分203可以与上文参见图2和图3描述的耦合电子器件相同，因此类似部件采用类似参考数字并且不再做进一步描述。
如图3和图4所示，构成RF线圈的环路部分的两个并行导体可以各自是连续导体，如图4所示，或者所述导体中的一者或这两者可以是不连续的，如图3所示。例如，图3中所示的两个导体可以包括切口，导致每个导体由两段组成。各导体段之间的最终空间可以填充用于封装和围绕导体的介电材料。所述两个切口可以定位在不同位置，例如(相对于环路部分与耦合电子器件接合的位置)，一个切口定位在135°处并且另一个切口定位在225°处。通过包括不连续导体，可以相对于包括连续导体的线圈来调节线圈的共振频率。在RF线圈包括被电介质封装和隔离的两个连续并行导体的示例中，共振频率可以是较小的第一共振频率。如果此RF线圈包括一个不连续导体(例如，如果其中一个导体被切割并且填充介电材料)和一个连续导体，则在所有其他参数(例如，导体线规(conductor wire gauge)、环路直径、导体之间间距、介电材料)相同的情况下，RF线圈的共振频率可以是较大的第二共振频率。通过这种方式，可以调节环路部分的参数，包括导体线规、环路直径、导体之间间距、介电材料选择和/或厚度以及导体段数和长度，以将RF线圈调谐到预期共振频率。
图5示出示例性RF线圈的分布式电容环路部分500的截面图。如图5所示，环路部分500包括被介电材料503围绕并且封装在所述介电材料中的第一线导体502和第二线导体504。每个线导体可以具有适当截面形状，所述截面形状在本说明书中是圆形截面形状。但是，所述线导体的其他截面形状也是可能的，例如椭圆形、圆柱形、矩形、三角形、六边形等。所述线导体可以隔开适当距离，并且所述导体之间的间隔距离以及所述线导体的直径可以进行选择以获得预期电容。此外，第一线导体502和第二线导体504中的每一者可以是七导体绞合线(例如，由七个绞合线构成)，但是也可以使用实心导体代替绞合线。至少在一些示例中，绞合线可以相对于实心导体提供更大柔性。
因此，本说明书中所描述的RF线圈包括封装在电介质中的双引线导体环路，所述双引线导体环路可以在两个并行导线中的至少一者中没有切口或者有至少一个切口。可以通过改变所用导线的线规、导线之间的间距、环路直径、环路形状以及导线中切口的数量和位置来使RF线圈阵列适用于宽范围的MR操作频率。
所述RF线圈或RF线圈阵列的环路部分中使用的导线和线圈环路可以以任何适当方式制造，以获得预期RF线圈应用的预期共振频率。预期导线线规例如美国线规(AWG)28或30号或任何其他预期线规可以与相同线规的并行导线配对，并且使用挤压工艺或三维(3D)印刷或增材制造工艺采用电介质来封装。此制造过程可以是环保的，同时低浪费和低成本。
可以利用上文相对于图2到图5呈现的RF线圈来在MR成像会话期间接收MR信号。因此，图2到图5所示的RF线圈可以是图1所示的RF线圈单元14的非限制性示例，并且可以配置成连接到MRI系统的下游部件，例如处理系统。图2到图5所示的RF线圈可以存在于各种配置的RF线圈阵列中。下面更详细描述的图6、图8和图9示出RF线圈阵列的各种实施例，所述RF线圈阵列可以包括上文相对于图2到图5所描述的RF线圈中的一者或多者。所述RF线圈阵列可以与MRI系统一起使用，以在介入和/或手术过程之前、之间或之后使用。
图6示出可以在介入或手术过程中与MRI系统一起使用的示例性RF线圈阵列602。所述RF线圈阵列602包括多个线圈环路604，所述多个线圈环路具有连接到所述线圈环路中的每一者的相关联小型化耦合电子器件单元608或PCB 608，以及多个以可滑动方式连接邻近线圈环路的联轴器606。在图示实施例中，至少两个联轴器以可滑动方式连接两个邻近线圈环路。在一些示例中，所述联轴器使得RF线圈能够相对于彼此以可滑动方式移动，从而使得能够提供线圈环路之间的可变重叠量。联轴器606优选地定位在每个线圈环路的顶端和底端或者顶角或底角处，使得至少两个联轴器连接到位于RF线圈阵列外端处的RF线圈的顶端和底端，并且至少四个联轴器连接到RF线圈阵列的内邻近线圈环路的顶角和底角。
所述线圈环路是柔性的并且可以从圆形或椭圆形变形为正方形或矩形。所述RF线圈环路封装在介电材料中，并且所述耦合电子器件PCB用保形涂层或封装树脂封装。所述RF线圈环路可以以重叠方式定位。所述RF线圈阵列602可以采用医用级胶带或粘合垫附着到对象皮肤。
线圈接合电缆610从每个耦合电子器件单元608延伸。所述线圈接合电缆610可以是具有中心导体、内屏蔽件和外屏蔽件的3导体三同轴电缆。如以上结合图4、4所描述的，所述中心导体连接到RF信号和前置放大器控制器(RF)，内屏蔽件连接到地面(GND)，并且外屏蔽件连接到多控制偏压电路(二极管去耦控制器)(MC_BIAS)。可以在与RF信号和前置放大器控制器(RF)相同的导体上执行10V电源连接。每个线圈接合电缆可以连接到每个耦合电子器件单元与接口连接器之间的至少一个平衡-不平衡变换器。在一些示例中，所述RF线圈阵列的线圈接合电缆可以包括位于其整个长度上的连续和/或毗连平衡-不平衡变换器，以消除笨重的圆柱形平衡-不平衡变换器。
具有小型化耦合电子器件单元的RF线圈环路元件可以涂覆有(特氟龙)、热塑性树脂或任何适当材料，以防止它们在医疗环境中暴露于对象时受到损坏，并且因为封装材料异常耐用，因此RF线圈环路元件和小型化耦合电子器件单元可以进行高压灭菌以进行清洁。在其它实施例中，具有小型化耦合电子器件单元的RF线圈环路元件可以是一次性的。
图7示出用于RF线圈阵列的RF线圈环路(环路部分)的可滑动接合的联轴器606的示例性第一半702和第二半704。联轴器606的第一半702和第二半704各自包括形成在其中、以可滑动方式与线圈环路接合的凹槽706、708。联轴器606的第一半702和第二半704以可拆除方式围绕封装在线圈环路的介电材料中的第一线导体和第二线导体卡扣在一起。所述联轴器可以由热塑性材料或其他适当材料制成。
图8示出围绕接受介入或手术过程的对象816的头部设置的第一示例性RF线圈阵列802。所述RF线圈阵列802包括多个线圈环路804，所述多个线圈环路具有连接到所述线圈环路中的每一者的相关联小型化耦合电子器件单元或PCB 808；以及多个以可滑动方式连接邻近线圈环路的联轴器806。在图示实施例中，至少两个联轴器以可滑动方式连接两个邻近线圈环路。在一些示例中，所述联轴器使得RF线圈能够相对于彼此以可滑动方式移动，从而使得能够提供线圈环路之间的可变重叠量。
所述环路部分是头型的，并且可以变形、伸长和/或改变其形状和尺寸，从而可以允许线圈贴合对象解剖结构、增加覆盖范围，或者围绕可以附接到所述对象的介入或手术器械例如神经外科手术期间使用的颅骨夹弯曲，或者使介入装置例如活检针或切除装置能够穿过线圈环路中的开口。例如，所述线圈环路可以从圆形或椭圆形变形为正方形或矩形。在图示的实施例中，所述RF线圈环路的直径为14cm。所述RF线圈环路封装在介电材料中，并且所述耦合电子器件PCB可以用保形涂层或封装树脂封装。所述RF线圈环路可以以重叠方式定位。在其它示例中，所述RF线圈阵列802可以采用医用级胶带或粘合垫附着到对象头部。
所述耦合电子器件单元808中的每一者围封在保护壳体818中。所述保护壳体可以由热塑性材料或任何适当材料制成以提供水密性封装，以防止耦合电子器件暴露于任何流体时遭受损坏。线圈接合电缆810从每个耦合电子器件单元808延伸。
由于所述RF线圈环路未围封在壳体内，所述RF线圈阵列在多个维度上是柔性的，并且可以通过所述线圈环路中的敞口区域执行过程。
图9示出围绕接受介入或手术过程的对象916的头部912设置的第二示例性RF线圈阵列902。所述RF线圈阵列902包括多个线圈环路904，所述多个线圈环路具有连接到所述线圈环路中的每一者的相关联小型化耦合电子器件单元或PCB 908；以及多个以可滑动方式连接邻近线圈环路的联轴器906。在图示实施例中，至少两个联轴器以可滑动方式连接两个邻近线圈环路。在一些示例中，所述联轴器使得RF线圈能够相对于彼此以可滑动方式移动，从而使得能够提供线圈环路之间的可变重叠量。
所述环路部分是头型的，并且可以变形、伸长和/或改变其形状和尺寸，从而可以允许线圈贴合对象解剖结构、增加覆盖范围，或者围绕可以附接到所述对象的介入或手术器械例如神经外科手术期间使用的颅骨夹弯曲，或者使介入装置例如活检针或切除装置能够穿过线圈环路中的开口。例如，所述线圈环路可以从圆形或椭圆形变形为正方形或矩形。在图示的实施例中，所述RF线圈环路的直径为14cm。所述RF线圈环路封装在介电材料中，并且所述耦合电子器件PCB可以用保形涂层或封装树脂封装。所述RF线圈环路可以以重叠方式定位。在其它示例中，所述RF线圈阵列902可以采用医用级胶带或粘合垫附着到对象头部。
所述耦合电子器件单元908中的每一者围封在保护壳体918中。所述保护壳体可以由热塑性材料或任何适当材料制成以提供水密性封装，以防止耦合电子器件暴露于任何流体时遭受损坏。所述耦合电子器件单元908可以分组在一起并且围封在保护壳体918中。所述线圈接合电缆(未示出)从保护壳体918内的每个耦合电子器件单元908延伸。在图示的实施例中，所述线圈接合电缆捆绑在一起并且由褶状(即可折叠)壳体918提供保护。单组线圈接合电缆可以捆绑在一起并且连接到RF线圈阵列接合电缆920。
各个耦合电子器件单元可以容纳在公共电子器件壳体中。所述线圈阵列的每个线圈环路可以具有容纳在壳体中的相应耦合电子器件(例如，去耦电路、阻抗逆变器电路和前置放大器)。在一些示例中，所述公共电子器件壳体可以从线圈环路或RF线圈阵列拆除。
由于所述RF线圈环路未围封在壳体内，所述RF线圈阵列在多个维度上是柔性的，无法固定地彼此连接，并且可以通过所述线圈环路中的敞口区域执行(介入或手术)过程。
图10示出可以设置在接受介入或手术过程的对象的身体上的示例性RF线圈阵列1002。RF线圈阵列1002包括：多个RF线圈环路1004的中间部分1026，所述中间部分具有连接到其上的相关联耦合电子器件单元1008；以及所述多个RF线圈环路1004的两个外部部分1024，所述两个外部部分具有连接到其上的相关联耦合电子器件单元1008。RF线圈的两个外部部分1024定位在RF线圈的中间部分1026的相对侧上。所述中间部分中的每个耦合电子器件单元1008定位在线圈环路的外周边以及所述中间部分的外周边上。另外两个部分1024也是如此，其中所述外部部分中的每个耦合电子器件单元1008定位在线圈环路的外周边以及所述外部部分的外周边上。线圈接合电缆1010从每个耦合电子器件单元1008延伸。因此，耦合电子器件单元1008和线圈接合电缆1010定位成背离RF线圈阵列1002的中间部分1026中的RF线圈的敞口区域。
所述RF线圈的中间部分1026没有封装，因此RF线圈阵列的大多数敞口区域1012均位于中间部分中以及所述线圈环路内，以便提供通到对象体内的通路以执行介入或手术过程中的组织操作或活组织检查。此外，所述中间部分1026中的RF线圈具有优化的SNR，因为来自电子器件和电缆的干扰最小。
如上所述，本公开的RF线圈阵列可以连接到RF线圈阵列接合电缆，所述RF线圈阵列接合电缆包括毗连的分布式平衡-不平衡变换器或共模陷波电路，以便独立于定位而将大电流或驻波减至最小。RF线圈阵列接合电缆的高应力区域可以由若干个平衡-不平衡变换器提供。此外，热负载可以通过公共导体分摊。RF线圈阵列接合电缆的中心通路和返回通路的电感大体上不会因互感而增强，因此在几何形状变化时是稳定的。电容是分布式的，并且不会在几何变化的作用下改变。共振器尺寸在理想情况下非常小，但实际上可能受到阻断要求、电场和磁场强度、局部畸变、热应力和电压应力等的限制。
图11示出根据各种实施例形成的连续共模陷波电路组件1100的方框示意图。共模陷波电路组件1100可以配置成传输电缆1101，所述传输电缆配置成在MRI系统的处理系统1150与RF线圈阵列1160之间传输信号。传输电缆1101是图2所示RF线圈阵列接合电缆212的非限制性示例，处理系统1150是图2所示控制器单元210的非限制性示例，并且RF线圈阵列1160是图2所示的多个RF线圈202和耦合电子器件203的非限制性示例。
在图示的实施例中，传输电缆1101(或RF线圈阵列接合电缆)包括中心导体1110和多个共模陷波电路1112、1114、1116。可以注意到，尽管共模陷波电路1112、1114和1116图示成与中心导体1110不同，但在一些实施例中，共模陷波电路1112、1114、1116可与中心导体1110形成一体，或者是所述中心导体的一部分。
图示实施例中的中心导体1110具有长度1104，并且配置成在RF线圈阵列1160与MRI系统的至少一个处理器(例如，处理系统1150)之间发射信号。例如，中心导体1110可以包括带状导体、线导体、平面条带导体或同轴电缆导体中的一者或多者。图示中心导体1110的长度1104从中心导体1110的第一端(连接到处理系统1150)延伸到中心导体1110的第二端(连接到RF线圈阵列1160)。在一些实施例中，中心导体可以穿过共模陷波电路1112、1114、1116的中心开口。
如图11所示，图示的共模陷波电路1112、1114、1116(可以理解成协作以形成共模陷波电路单元1118)沿中心导体1110的长度1104的至少一部分延伸。在图示的实施例中，共模陷波电路1112、1114、1116不沿整个长度1104延伸。但是在其他实施例中，共模陷波电路1112、1114、1116可以沿整个长度1104延伸，或者大体上沿整个长度1104延伸(例如，沿整个长度1104延伸，但是位于配置成连接到例如处理器或RF线圈阵列的端部处的部分除外)。共模陷波电路1112、1114、1116以毗连方式设置。如图11所示，共模陷波电路1112、1114、1116中的每一者与共模陷波电路1112、1114、1116中的至少另一者以毗连方式设置。本说明书中所用的“毗连”可以理解成包括彼此紧邻或彼此接触的部件或方面。例如，毗连部件可以彼此邻接。可以注意到，在实践中，在一些实施例中，小间隙或非实质间隙可以位于毗连部件之间。在一些实施例中，非实质间隙(或导体长度)可以理解成小于自由空间中的发射频率波长的1/40。在一些实施例中，非实质间隙(或导体长度)可以理解成为2厘米或更小值。例如，毗连共模陷波电路之间没有(或无实质)中间间隙或导体，所述中间间隙或导体在没有共模陷波电路提供缓和的情况下可能易于从磁场感生电流。
例如，如图11所示，共模陷波电路1112与共模陷波电路1114毗连，共模陷波电路1114与共模陷波电路1112和共模陷波电路1116毗连(并且插入到共模陷波电路1112与共模陷波电路1116之间)，并且共模陷波电路1116与共模陷波电路1114毗连。共模陷波电路1112、1114、1116中的每一者配置成向MRI系统的接收发射器驱动电流提供阻抗。在各种实施例中，共模陷波电路1112、1114、1116提供高共模阻抗。例如，每个共模陷波电路1112、1114、1116可以包括共振电路和/或一个或多个共振部件，以在预期频率下或附近或者在目标频率范围内提供预期阻抗。可以注意到，共模陷波电路1112、1114、1116和/或共模陷波电路单元1118也可以被所属领域中的技术人员称为扼流圈或平衡-不平衡变换器。
与具有其间存在空间的分离离散共模陷波电路系统相反，各种实施例(例如，共模陷波电路组件1100)具有共模陷波电路以连续和/或毗连方式延伸的部分，使得沿此部分没有未设置共模陷波电路的位置。因此，可以减少或消除选择或实现共模陷波电路的特定设置位置的困难度，因为所有感兴趣位置均可以包括在连续和/或毗连共模陷波电路内。在各种实施例中，连续陷波电路部分(例如，共模陷波电路单元1118)可以沿传输电缆的长度或其一部分延伸。所述连续模陷波电路部分可以由连续接合的各个共模陷波电路或陷波电路部分(例如，共模陷波电路1112、1114、1116)形成。此外，在各种实施例中，可以采用毗连共模陷波电路来实现以下项中的至少一者：降低与线圈元件的相互作用、将热量分布在更大区域上(例如，以避免形成热点)，或者帮助确保阻断位于预期或必要位置。此外，各种实施例中可以采用毗连共模陷波电路来帮助将电压分布在更大区域上。另外，各种实施例中的连续和/或毗连共模陷波电路提供了灵活性。例如，在一些实施例中，共模陷波电路可以使用一个或多个连续长度的导体(例如，缠绕在中心导体上的外导体)形成，或者以其他方式构造成形成一体的毗连部分。在各种实施例中，使用毗连和/或连续共模陷波电路(例如，形成于圆柱体中)可以提供一定范围的灵活性，使得所述组件的挠曲大体上不改变结构的共振频率，或者使得此组件在挠曲时维持导通频率。
可以注意到，各种实施例中的各个共模陷波电路或部分(例如，共模陷波电路1112、1114、1116)可以彼此大体上类似的方式构造或形成(例如，每个陷波电路可以是锥形绕线线圈长度的一部分)，但是每个个体陷波电路或部分可能以与其他陷波电路或部分略有不同的方式配置。例如，在一些实施例中，每个共模陷波电路1112、1114、1116独立地调谐。相应地，每个共模陷波电路1112、1114、1116可以具有与相同共模陷波电路组件1100的其他共模陷波电路不同的共振频率。
替代地或附加地，可以将每个共模陷波电路调谐成具有接近MRI系统操作频率的共振频率。本说明书中所用的共模陷波电路可以理解成当共振频率限定或对应于包括操作频率的频带时，或者当共振频率足够接近所述操作频率以提供导通频率阻断或者在操作频率下提供阻断阻抗时，具有接近所述操作频率的共振频率。
进一步附加地或替代地，可以将每个共模陷波电路调谐成具有低于MRI系统操作频率的共振频率(或者可以将每个共模陷波电路调谐成具有高于MRI系统操作频率的共振频率)。由于每个陷波电路的频率低于(或者替代地，每个陷波电路的频率高于)操作频率，因此可以消除或减小任何陷波电路相互抵消的风险(例如，由于一个陷波电路的频率高于操作频率并且另一个不同陷波电路的频率低于操作频率)。再如，可以将每个共模陷波电路调谐到特定频带以提供宽带共模陷波电路组件。
在各种实施例中，所述共模陷波电路可以具有二维(2D)或三维(3D)蝶形配置以抵消磁场耦合和/或局部畸变。
图12是根据本公开实施例的RF线圈阵列接合电缆1200的透视图，所述RF线圈阵列接合电缆包括多个连续和/或毗连共模陷波电路。RF线圈阵列接合电缆1200包括外套管或屏蔽件1203、电介质隔板1204、内套管1205、第一共模陷波电路导体1207和第二共模陷波电路导体1209。
所述第一共模陷波电路导体1207沿第一方向1208以螺旋形式缠绕电介质隔板1204，或者以逐渐变细的距离从设置在RF线圈阵列接合电缆1200的孔1218内的中心导体(未示出)以螺旋形式缠绕。此外，所述第二共模陷波电路导体1209沿与第一方向1208相反的第二方向1210以螺旋形式缠绕电介质隔板1204，或者以逐渐变细的距离从设置在孔1218内的中心导体以螺旋形式缠绕。在图示实施例中，第一方向1208是顺时针方向，并且第二方向1210是逆时针方向。
RF线圈阵列接合电缆1200的导体1207和1209可以包括导电材料(例如，金属)并且可以成形为例如带状、导线和/或电缆。在一些实施例中，所述反绕导体或外导体1207和1209可以用作通过中心导体的电流的返回通路。此外，在各种实施例中，所述反绕导体1207和1209可以以正交方式彼此交叉(例如，由第一共模陷波电路导体1207限定的中心线或通路垂直于由第二共模陷波电路导体1209限定的中心线或通路，作为共模陷波电路导体交叉通路)以消除、最小化或减少共模陷波电路导体之间的耦合。
可以进一步注意到，在各种实施例中，第一共模陷波电路导体1207和第二共模陷波电路导体1209松散地缠绕电介质隔板1204，以便当RF线圈阵列接合电缆1200弯曲或挠曲时提供柔性并且/或者减少任何连通、耦合或电感变化。可以注意到，反绕外导体的松动或张紧可以视具体应用而改变(例如，基于导体和电介质隔板的相对尺寸、共模陷波电路所需的弯曲或挠曲量，或者类似因素)。通常，外导体或反绕导体应足够张紧，使得它们围绕电介质隔板1204保持相同总体定向，但是足够松散以允许在RF线圈阵列接合电缆1200弯曲或挠曲期间进行足够量的松弛或移动，以避免、最小化或减少反绕外导体的耦合或连通。
在图示的实施例中，外屏蔽件1203在RF线圈阵列接合电缆1200的中间是不连续的，以露出电介质隔板1204的一部分，在一些实施例中，所述部分沿RF线圈阵列接合电缆1200的整个长度提供。作为非限制性示例，电介质隔板1204可以包括(特氟龙)或另一种介电材料。电介质隔板1204用作电容器，并且因此可以调谐或者配置成提供预期共振。应理解，用于向RF线圈阵列接合电缆1200提供电容的其他配置是可能的，并且图示配置是示例性和非限制性的。例如，可以替代地为RF线圈阵列接合电缆1200提供离散电容器。
此外，RF线圈阵列接合电缆1200包括使得第一共模陷波电路导体1207和第二共模陷波电路导体1209固定到其上的第一接线柱1213和第二接线柱(未示出)。为此，第一接线柱1213和第二接线柱定位在共模陷波电路的相对端处，并且固定到外屏蔽件1203。第一接线柱1213和第二接线柱确保第一共模陷波电路导体1207和第二共模陷波电路导体1209在RF线圈阵列接合电缆1200的端部处定位成靠近外屏蔽件1203，从而提供本说明书中进一步所述的反绕导体的锥形蝶形配置。
所述锥形蝶形配置包括由第一共模陷波电路导体1207形成的第一环路以及由第二共模陷波电路导体1209形成的第二环路，布置成使得第一环路中的感应电流(由于磁场感生的电流)以及第二环路中的感应电流彼此抵消。例如，如果磁场是均匀的并且第一环路和第二环路具有相等面积，则得到的净电流将为零。相对于共模陷波电路中常规使用的二维布置，所述环路的锥形圆柱布置在挠曲期间提供共振频率的改进的灵活性和一致性。
通常，本说明书中所使用的锥形蝶形配置可以用于指代通量抵消的导体配置，例如包括至少两个相似尺寸的相对环路，所述两个环路围绕至少一个轴线对称地设置并且布置成使得每个环路(或环路组)中由磁场感生的电流趋于抵消在至少一个其他环路(或环路组)中感生的电流。例如，参见图11，在一些实施例中，反绕导体(例如，以相反螺旋方向缠绕中心构件和/或轴线的导体)可以沿径向与中心导体1110间隔开一定距离以形成共模陷波电路1112、1114、1116。如图12所示，所述径向距离可以朝向共模陷波电路的端部逐渐变细，以减小或完全消除边缘效应(fringe effect)。通过这种方式，所述共模陷波电路1112、1114、1116可以以连续或毗连方式定位，其间没有实质间隙。
当多个共模陷波电路导体以毗连方式设置在共模陷波电路组件中时，本说明书中所描述的共模陷波电路导体的锥形螺旋配置是特别有利的。作为说明性示例，图13是RF线圈阵列接合电缆1350的透视图，所述RF线圈阵列接合电缆包括将RF线圈单元1370连接到处理系统1360的多个连续和/或毗连共模陷波电路。RF线圈阵列接合电缆1350包括以彼此邻近的方式定位在中心导体1352上的第一共模陷波电路1380和第二共模陷波电路1390。
第一共模陷波电路1280包括以锥形螺旋配置反向缠绕的第一共模陷波电路导体1382和第二共模陷波电路导体1384。为此，第一导体1382和第二导体1384固定到接线柱1386和1388。应注意，接线柱1386和1388在共模陷波电路1380的同一侧对准。
同样，第二共模陷波电路1390包括以锥形螺旋配置反向缠绕，并且固定到接线柱1396和1398的第三共模陷波电路导体1392和第四共模陷波电路导体1394。应注意，接线柱1396和1398在共模陷波电路1390的同一侧对准。
如图所示，共模陷波电路1380和1390相隔一定距离，从而使中心导体1352暴露在共模陷波电路之间的间隙1354中。由于共模陷波电路的共模陷波电路导体的逐渐变细螺旋配置，可以最小化或完全消除间隙1354，以便提高共模陷波电路组件中的共模陷波电路的密度，而不损害共模陷波电路的阻抗功能。也就是说，在给定锥形螺旋配置的情况下，所述距离可以任意小，使得共模陷波电路共面接触。
应认识到，尽管RF线圈阵列接合电缆1350包括两个共模陷波电路1380和1390，但实际上，RF线圈阵列接合电缆可以包括两个以上的共模陷波电路。
此外，RF线圈阵列接合电缆1350的共模陷波电路1380和1390对准，使得接线柱1386、1388、1396和1398在RF线圈阵列接合电缆的同一侧上对准。但是，在共模陷波电路之间可能串扰(cross-talk)的示例中，例如如果反绕导体更剧烈或急剧地逐渐变细，则共模陷波电路可以相对于彼此旋转以进一步减小边缘效应以及/或者陷波电路之间的串扰。
此外，其他共模陷波电路或平衡-不平衡变换器配置也是可能的。例如，可以修整每个共模陷波电路的外屏蔽件，使得共模陷波电路可以重叠或交错，从而增加共模陷波电路的密度。
如本说明书中所使用，除非明确排除，否则以单数形式表示并前跟字词“一个”或“一种”的元件或步骤应理解为不排除多个所述元件或步骤。此外，对本公开的“一个实施例”的引用并不旨在解释为排除存在同样包括所引用特征的额外实施例。此外，除非明确指出相反情况，否则“包含”、“包括”或“拥有”具备特定性质的某个元件或多个元件的实施例可以包括不具备所述性质的其他元件。术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作对应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明语言等效物。另外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且并不旨在对它们的对象强加数字要求或特定位置顺序。
本说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得所属领域中的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行所涵盖的任何方法。本发明的专利保护范围由权利要求书限定，并且可以包括所属领域中的普通技术人员得出的其他示例。如果其他示例的结构构件与权利要求书的字面意义相同，或如果所述示例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则所述示例也应在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于磁共振(MR)成像系统的射频(RF)线圈阵列组件，所述RF线圈阵列组件包括：
多个RF线圈，每个RF线圈包括环路部分，所述环路部分包括两个分布式电容线导体；以及
至少一个联轴器，所述至少一个联轴器以可滑动方式连接两个邻近RF线圈的环路部分；
其中每个RF线圈的环路部分中形成敞口区域，以提供通到要成像的对象的解剖结构的通路。
2.根据权利要求1所述的RF线圈阵列组件，其中，每个RF线圈进一步包括耦合电子器件部分，所述耦合电子器件部分包括去耦电路和阻抗逆变器电路，所述去耦电路配置为在发射操作的过程中对所述RF线圈去耦合。
3.根据权利要求1所述的RF线圈阵列组件，其中每个RF线圈的耦合电子器件部分进一步包括低阻抗前置放大器。
4.根据权利要求2所述的RF线圈阵列组件，其中每个RF线圈进一步包括线圈接合电缆，所述线圈接合电缆在所述耦合电子器件部分与所述RF线圈阵列组件的接合连接器之间延伸。
5.根据权利要求4所述的RF线圈阵列组件，其中每个RF线圈的形状根据所述对象的解剖结构而改变。
6.根据权利要求1所述的RF线圈阵列组件，其中所述两个分布式电容线导体被介电材料封装和隔离。
7.根据权利要求1所述的RF线圈阵列组件，其中所述至少一个联轴器上形成凹槽，所述凹槽以可滑动方式与相邻两个RF线圈的环路部分接合。
8.一种方法，包括：
将RF线圈阵列组件附接到对象的解剖结构以从所述解剖结构接收磁共振(MR)信号；以及
通过所述RF线圈阵列组件的至少一个敞口区域进入所述对象的解剖结构。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述解剖结构是头部。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述RF线圈阵列组件包括多个RF线圈，每个RF线圈包括环路部分，所述环路部分包括两个分布式电容线导体，其中在所述环路部分中形成所述至少一个敞口区域。
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