CN111868542A - 多通道磁共振成像rf线圈 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种多通道磁共振成像RF线圈(114)，所述多通道磁共振成像RF线圈具有至少四个通道并且包括针对所述通道中的每个通道的线圈元件，所述RF线圈(114)还包括针对每个线圈元件的插口(300‑306)，针对所述每个线圈元件的所述插口经由相应的第一传输线(209)被电耦合到所述线圈元件，每个插口(300‑306)适于接收插头以用于经由所述相应的第一传输线(209)将RF信号提供到相应的线圈元件，其中，关于预定义RF信号，所述传输线中的任何传输线之间的电气长度的差是kλ/4，其中，k是整数，并且λ是所述RF信号的波长。

Description

多通道磁共振成像RF线圈

技术领域

本发明涉及一种多通道磁共振成像RF线圈、一种用于采集磁共振数据的磁共振成像系统、以及一种服务用于采集磁共振数据的磁共振成像系统的方法。

背景技术

磁共振成像(MRI)是最先进的成像技术，它允许以前所未有的组织对比度对诸如人体之类的物体进行横截面观察。MRI基于核磁共振原理，这是一种科学家用于获得关于分子的微观化学物理信息的谱技术。核磁共振和MRI两者的基础是具有非零自旋的原子核具有磁矩的事实。在医学成像中，例如研究氢原子，因为它们以高浓度存在于体内(例如，水)。如果施加强直流磁场，则基本粒子的核自旋能够以共振频率共振。磁共振(MR)频率由磁通量水平来确定。在MRI扫描器中，磁场仅在空间中的位置处与选定的共振频率匹配。仅在该位置处能够检测到这些粒子的存在。通过改变该位置，能够测量图像。

所需的强直流磁场(B0场)通常由超导磁体生成。为了改变该磁场而使得其仅在一个位置处匹配给定的射频，使用梯度线圈来生成磁场梯度。磁场梯度能够随时间变化以实现扫描。

为了激发核共振，RF线圈在核共振处生成高频磁场。该磁场必须指向相对于MRI扫描器的轴的径向方向。为了在所有方向上都实现径向磁场，使用旋转磁场，该旋转磁场在一个周期期间的一个时间点处指向任何径向方向。这通过使用例如所谓的‘鸟笼’布置来实现。与鸟笼相对的板中的电流在相反方向上流动，从而生成径向场。相邻板中的电流具有相移而使得磁场旋转。

线圈通常是高共振天线，其被设计用于在人体内部生成良好定义的磁场。其副作用是电场会引起损耗，这种损耗强烈地改变线圈的输入阻抗。这主要影响阻抗的实部，相对变化与共振质量因子变化(也被称为负载因子)有关。对于当今的鸟笼共振器，负载因子通常在3-5的范围内，这是MRI体线圈的优选实施方式。

馈送到体线圈中的功率是由脉冲模式放大器产生的，脉冲放大器要求在其输出处具有良好或至少可接受的功率匹配。常规的鸟笼共振器是使用匹配电路在线圈端口处被直接馈送的。在1.5T的情况下，在正交操作中，这通常是通过使用混合式耦合器同时驱动线圈的两个正交通道来实现的。该耦合器具有4端口，其具有被连接到其输出部的线圈馈送端口、在一个输入处的放大器以及被连接到第四端口的负载(通常为50欧姆，与传输线阻抗相匹配)。

在3T的情况下，两个单独的独立发射通道可以经由发射-接收盒被连接到体线圈的RF输入端口。

US2017/0016969A1涉及一种被提供有正交驱动的身体线圈。

发明内容

本发明的实施例提供了一种多通道磁共振成像RF线圈，所述多通道磁共振成像RF线圈包括至少四个通道并且包括针对所述通道中的每个通道的线圈元件，所述RF线圈还包括针对每个线圈元件的插口，针对所述每个线圈元件的所述插口经由相应的第一传输线被电耦合到所述线圈元件，每个插口适于接收插头以用于从外部接收RF信号，所述RF信号然后经由相应的第一传输线被提供到相应的线圈元件，其中，关于预定义RF信号，所述第一传输线中的任何第一传输线之间的电气长度的差是kλ/4，其中，k是整数，并且λ是所述RF信号的波长。

术语‘线圈元件’指的是用于将电流转换成磁场的电导体的装置。因此，线圈元件是线圈或线圈阵列的基本信号生成部件。为了使这些线圈元件的复杂灵敏度对于空间编码是充分截然不同的，个体线圈元件应当没有磁相互作用。

术语‘通道’指的是将RF信号从(外部)RF源提供到线圈的路径。

术语‘RF源’可以指的是MRI系统中的直接经由到线圈的线缆提供具有期望的幅度和相位的RF信号的部件。例如，RF源可以是个体RF放大器的输出端。另外，它可以是分配器(像正交混合器)的输出端。正交混合器通常具有被连接到RF放大器的输入端和提供具有90度的相位差的RF放大器的信号由此在空线圈中生成圆形极化的RF场的两个输出端。这经常被称为正交驱动。

上面提到的元件可以根据需要被选择并被组合为RF源。例如，对于被用于在空线圈中生成圆形极化的RF场的两个通道，可以使用提供被相移90度的RF信号的两个RF放大器或具有两个相移输出并且由单个RF放大器馈送的正交混合器。

‘插口’是提供到用来驱动RF线圈的RF放大器的线缆的连接点的RF线圈的插口。因此，RF线圈是单个单元，RF放大器是单个单元，并且这两个单元要通过线缆来连接以用于提供RF功率，其中，这些线缆被插入到插口中。通常，插口被提供为连接器，其允许线缆经由卡口式连接器或接管螺母被连接。

‘第一传输线’包括从插口到相关联的线圈元件的整个电信号路径。因此，第一传输线可以包括在空间上截然不同的位置‘插口’与‘线圈元件’之间的任何电连接，其可以通过匹配和传输线(例如同轴线)以及集总元件相移器电路的任何顺序组合来实现，并且其可以由如在相应MRI系统的拉莫尔频率下测量的电气长度psi来描述。集总元件相移器能够位于第一传输线的开头、之间中的一些地方或结尾处。匹配电路通常位于第一传输线的直面相应的线圈元件的一侧处。

实施例可以具有可以提供能够以简单的方式被电连接到相应的RF源的RF线圈的优点：由于传输线中的任何传输线之间的电气长度的任何差之间的电气长度的差是kλ/4，所以用于驱动线圈的RF功率要被馈送到的所有连接点‘插口’都具有良好定义的相位关系。因此，可以使用从RF源到相应插口的一组标准化相等电气长度线缆来提供RF功率而不必由于关于插口的任意相位关系而额外地执行关于线缆的长度的任何相位调整。不再需要在RF线圈的制造之后在插口处的相位的任何随后的繁琐调整。

术语‘电气长度’指的是根据由在给定频率f下通过电导体的传输引入的相移的电导体的长度(λ＝v/f，其中，f是频率，并且v是相位速度)。

在这里必须注意，在两个通道MR线圈的情况下，第一传输线到相应的线圈元件的附接点可以由制造者以对称的方式直观地选择，使得相应的两个第一传输线的长度是完全相同的。然而，在四个或更多个通道MR线圈(尤其是RF身体线圈)的情况下，第一传输线到相应的线圈元件的附接点的对称选择不再是可能的。然而，在这里，传输线中的每个传输线之间的长度的差到kλ/4的所描述的调整允许使用用于驱动线圈的RF信号的良好定义的相位关系。

还必须注意，使传输线中的任何传输线之间的电气长度的任何差之间的电气长度的差被设置为kλ/4的要求是针对RF信号的给定波长λ的。通常，那应当是对应于线圈被驱动的频率的波长。假如线圈在多个频率下被驱动，通常这些频率仅仅相差几百kHz，使得作为引导值，平均频率值可以被用于选择λ。

根据本发明的实施例，所述RF线圈具有含有两对所述第一传输线的四个通道，其中，在每对内，所述第一传输线具有相同的电气长度，并且其中，所述两对的所述第一传输线之间的电气长度的差是λ/4。

根据本发明的实施例，k是4的整数倍。这意味着，关于在所有RF信号之间具有给定相位关系并且被提供给插口的一组RF信号，被关联到所述插口的相应的线圈元件以未修改的方式经历完全相同的相位关系。因此，假如RF源能够输出在它们之间中具有期望相位差的RF功率或RF信号，将足够的是使用一组完全相同的线缆(在电气长度上完全相同)来将输出端与相应的插口连接，线缆的长度在这里不应当起任何作用，因为假如完全相同的线缆被用于所有插口，由RF源提供的RF功率的相位关系在插口处被维持。

根据本发明的实施例，每个第一传输线包括阻抗匹配网络和被直接附接(电连接)到所述阻抗匹配网络的第一相移电路，其中，针对每个第一传输线，所述相应的第一相移电路适于提供如在其插口与其第一相移电路之间中确定的所述相应的第一传输线的长度的补偿，使得所述第一传输线中的任何第一传输线之间的电气长度的任何差之间的电气长度的差是kλ/4。

一般来说，阻抗匹配网络的目的是允许调整，使得每个线圈元件的阻抗匹配相应的RF源的阻抗，通常为50Ω。通过将第一相移电路集成到阻抗匹配网络，关于传输线中的任何传输线之间的电气长度的任何差之间的电气长度的差到kλ/4的长度补偿的位置被移动远离位于插口与阻抗匹配网络之间中的任何电线。这可以促进为线圈屏蔽源自于第一传输线的不期望电磁波(外皮电流)，因为这些线能够被保持得尽可能短，而任何长度补偿(即第一传输线的延长部分)被移动并且集中到能够从线圈的内部被很好地屏蔽的阻抗匹配网络上。

根据本发明的实施例，所述第一相移电路是第二传输线和集总元件相移器中的任一个。另外，可以可能的是，第一相移电路包括允许精调在每个插口处的输入相位的元件。第二传输线可以是预定义电气长度的同轴线缆或能够将电信号路径延伸一定电气长度的任何其他线缆。

优选地，所述阻抗匹配网络被立即连接到所述相应的线圈元件。这可以具有以下优点：在阻抗匹配网络与相应的线圈元件之间中不需要自由线缆，该自由线缆同样可以是源自于第一传输线的不期望电磁波的来源。

根据本发明的实施例，所述插口被集成在所述RF线圈的壳体中。所述线圈可以还包括端子板，所述端子板包括所述插口，其中，所述端子板被集成在所述RF线圈的所述壳体中。这可以具有以下优点：可以提供能够被容易地安装在MRI系统中的即开即用线圈，因为从RF源到线圈的用于驱动线圈的电连接能够通过使用例如被简单地插入线圈的壳体中的可用插口中的完全相同的任意长度的线缆来实现。

根据本发明的实施例，每个第一传输线包括第二相移电路和插口连接器，所述插口连接器将所述相应的线圈元件与其插口电连接，每个第二相移电路将相应的插口连接器电连接到相应的插口，其中，针对每个第一传输线，所述相应的第二相移电路适于提供如在其线圈元件与其插口连接器之间中确定的所述相应的第一传输线的长度的补偿，使得所述第一传输线中的任何第一传输线之间的电气长度的任何差之间的电气长度的差是kλ/4，其中，所述第二相移电路和所述插口连接器被安装到所述RF线圈的所述端子板或所述壳体。

这可以具有与在上面关于第一相移电路讨论的类似的优点：通过将第二相移电路集成向线圈的壳体(优选地集成到端子板)，关于传输线中的任何传输线之间的电气长度的任何差之间的电气长度的差到kλ/4的长度补偿的位置被移动远离位于壳体内部的任何电线，其中，用于向线圈元件供应RF功率的第一传输线的相应的电线可以被保持得尽可能短。再次，这可以促进为线圈屏蔽源自于第一传输线的不期望磁场(护套波)，因为这些线能够被保持得尽可能短，而任何长度补偿(即第一传输线的延长部分)被移动并且集中到能够从线圈的内部被很好地屏蔽的端子板。

类似地，如同第一相移电路，第二相移电路可以是另一传输线和集总元件相移器中的任一个。第二或另一传输线可以被实现为延迟线，像带状线或同轴线缆。

根据本发明的实施例，每个第一传输线包括接地电线，其中，所有所述第一传输线的所有所述接地电线在所述端子板处被连接到共同接地点。电容器可以被放置在接地线缆中，以防止由梯度场诱导的涡电流。这可以进一步有助于最小化磁场的辐照，并且减少传输线的屏蔽上的线缆电流，并且改善外部连接的馈送线与线圈之间的隔离。另外，减少了个体线圈端口的交叉耦合的影响，并且保留了线圈的正交性。

根据本发明的实施例，所述线圈是RF身体线圈。

在另一方面中，本发明涉及一种用于采集磁共振数据的磁共振成像系统，所述磁共振系统包括：

主磁体，其用于生成成像区内的主磁场，

多通道磁共振成像RF线圈，其具有至少四个通道，所述RF线圈适于拾取来自所述成像区的磁共振信号，所述RF线圈包括针对所述通道中的每个通道的线圈元件，所述RF线圈还包括针对每个线圈元件的插口，针对所述每个线圈元件的所述插口经由相应的第一传输线被电耦合到所述线圈元件，每个插口适于接收插头以用于经由所述相应的第一传输线将RF信号提供到相应的线圈元件，其中，关于预定义RF信号，所述传输线中的任何传输线之间的电气长度的任何差之间的电气长度之间的差是kλ/4，其中，k是整数，并且λ是所述RF信号的波长，

被关联到每个通道的RF源，其用于经由被关联到相应通道的所述插口向所述RF线圈供应射频功率以用于驱动所述RF线圈。

根据一实施例，所述RF源包括用于供应所述RF功率的连接点，所述系统还包括针对每个RF源的线缆，所述线缆将所述RF源的相应的连接点与被关联到所述RF源的所述插口电连接，所述线缆具有用于由相应的插口接收的插头，其中，关于所述波长，将所述RF源的所述连接点与所述插口电连接的所有所述线缆具有任何其他线缆之间的电气长度的任何差之间的电气长度的差，所述电气长度的差是nλ/4，其中，n是整数，所有所述线缆优选地具有相同的电气长度(n＝0)。优选地，线缆在几何长度上是完全相同的。

在另一方面中，本发明涉及一种服务用于采集磁共振数据的磁共振成像系统的方法，所述磁共振系统包括：

主磁体，其用于生成成像区内的主磁场，

多通道磁共振成像RF线圈，其具有至少四个通道，所述RF线圈适于拾取来自所述成像区的磁共振信号，所述RF线圈包括针对所述通道中的每个通道的线圈元件，所述RF线圈还包括针对每个线圈元件的插口，针对所述每个线圈元件的所述插口经由相应的第一传输线被电耦合到所述线圈元件，每个插口适于接收插头以用于经由所述相应的第一传输线将RF信号提供到相应的线圈元件，其中，关于预定义RF信号，所述传输线中的任何传输线之间的电气长度的任何差之间的电气长度之间的差是kλ/4，其中，k是整数，并且λ是所述RF信号的波长，

被关联到每个通道的RF源，其用于经由被关联到相应通道的所述插口向所述RF线圈供应射频功率以用于驱动所述RF线圈，

所述方法包括利用电气线缆将所有RF源电连接到相应的插口，其中，关于所述波长，所有所述线缆都具有任何其他线缆之间的电气长度的差，所述电气长度的差是nλ/4，其中，n是整数，优选地具有相同的电气长度。

这可以是有益的，因为简化了MRI系统的服务。可以不再必需测量电气线缆和RF线圈的驱动端口以便确保用来将RF功率馈送到RF线圈的驱动端口的电气线缆的正确个体长度的选择。替代地，在四通道RF线圈的范例中，四个电气上完全相同的线缆可以被使用，以便经由插口将RF源电连接到相应的线圈元件。

应当理解，可以组合本发明的前述实施例中的一个或多个，只要所组合的实施例不相互排斥即可。

如本领域技术人员将意识到的，本公开中讨论的范例可以被体现为一种装置、方法或计算机程序产品。因此，各方面可以采用以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或在本文中全部可以被通称为“电路”、“模块”或“系统”的组合了软件方面和硬件方面的实施例。此外，各方面可以采用被体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有被体现在其上的计算机可执行代码。

可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。如本文使用的“计算机可读存储介质”涵盖可以存储能由计算设备的处理器执行的指令的任何有形存储介质。计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非瞬态存储介质。计算机可读存储介质还可以被称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还可以能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储介质的示例包括但不限于：软盘、磁硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储器、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的示例包括压缩盘(CD)和数字多用盘(DVD)，例如，CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语“计算机可读存储介质”还指代能够由计算机设备经由网络或通信链路进行存取的各种类型的记录介质。例如，可以在调制解调器上、在互联网上或在局域网上检索数据。可以使用任何适当的介质来传输在计算机可读介质上体现的计算机可执行代码，所述任何适当的介质包括但不限于：无线、有线、光纤线缆、RF等或前述的任何合适的组合。

计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的部分被体现在计算机可执行代码的传播数据信号。这样的传播信号可以采用各种形式中的任何形式，包括但不限于：电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是这样的任何计算机可读介质：所述计算机可读介质不是计算机可读存储介质并且能够传递、传播或传输用于由指令执行系统、装置或设备使用的程序或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。

“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的示例。计算机存储器是能由处理器直接访问的任何存储器。“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的另外的示例。计算机存储设备是任何易失性或非易失性计算机可读存储介质。

如本文使用的“处理器”涵盖能够运行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应被解读为可能包含多于一个处理器或处理核。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指在单个计算机系统内的或被分布在多个计算机系统之间的处理器的集合。术语计算设备也应被解读为可能指代计算设备的集合或网络，所述计算设备中的每个均包括一个或多个处理器。计算机可执行代码可以由可以在相同的计算设备内或者甚至可以跨多个计算设备分布的多个处理器来执行。

计算机可执行代码可以包括使处理器执行本发明的一方面的机器可执行指令或程序。用于执行针对本发明的各方面的操作的计算机可执行代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写并且被编译成机器可执行指令，所述编程语言包括面向对象的编程语言(例如，Java、Smalltalk、C++等)和常规程序编程语言(例如，C编程语言或类似的编程语言)。在一些实例中，计算机可执行代码可以是高级语言的形式或是预编译的形式，并且可以与解释器联合使用，所述解释器在运行中生成机器可执行指令。

计算机可执行代码可以完全在用户的计算机上，部分在用户的计算机上，作为独立软件包，部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情景中，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，所述网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)连接到外部计算机的连接。

参考方法、装置(系统)以及计算机程序产品的流程图、框图描述了各方面。应当理解，在适用时能够由计算机可执行代码形式的计算机程序指令来实施流程图、图示和/或框图的框的每个框或部分。还应当理解，当不相互排斥时，可以对不同的流程图、图示和/或框图中的框的组合进行组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的单元。

这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质能够指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备来以特定方式起作用，使得被存储在计算机可读介质中的指令产生一款制品，所述制品包括实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令。

计算机程序指令也可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以引起一系列操作步骤在计算机、其他可编程装置或其他设备上被执行，以产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上运行的指令提供用于实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的过程。

如本文使用的“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。“用户接口”还可以被称为“人机接口设备”。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使得来自操作者的输入能够被计算机接收，并且可以从计算机向用户提供输出。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。在显示器或图形用户接口上对数据或信息的显示是向操作者提供信息的示例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触控板、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏手柄、网络摄像头、头戴式设备、脚踏板、有线手套、遥控器以及加速度计对数据的接收是使得能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的全部示例。

如本文使用的“硬件接口”涵盖使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算设备和/或装置发送控制信号或指令。硬件接口还可以使得处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的示例包括但不限于：通用串行总线、IEEE 1394端口、并行端口、IEEE 1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口以及数字输入接口。

如本文使用的“显示器”或“显示设备”涵盖适于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、听觉和或触觉数据。显示器的示例包括，但不限于：计算机监视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储管、双稳态显示器、电子纸、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪以及头戴式显示器。

磁共振(MR)数据在本文中被定义为是在磁共振成像扫描期间由磁共振装置的天线所记录的对通过原子自旋发射的射频信号的测量结果。磁共振数据是医学成像数据的示例。磁共振成像(MRI)图像在本文中被定义为是磁共振成像数据内包含的解剖数据的重建的二维可视化或三维可视化。

附图说明

在下文中将仅通过举例的方式并参考附图来描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1图示了磁共振成像系统的示例，

图2是被连接到各种电源的鸟笼共振器的电路图，

图3是鸟笼共振器的另一电路图，

图4是图示服务磁共振成像系统的方法的流程图，

图5a)-d)是具有不同的通道和端口的布置的各种身体线圈的示意图。

附图标记列表

100 磁共振成像系统

104 磁体

106 磁体的膛

108 成像区

109 感兴趣区域

110 磁场梯度线圈

112 磁场梯度线圈电源

114 射频线圈

116 RF放大器

117 RF放大器

118 对象

120 对象支撑物

126 计算机系统

128 硬件接口

130 处理器

132 用户接口

134 计算机存储器

140 机器可执行指令

142 脉冲序列命令

144 磁共振信号

146 磁共振数据

148 中间图像

150 图像重建指令

200 线缆

202 线缆

204 线缆

206 线缆

209 第一传输线

210 匹配板

212 端子板

214 线缆

216 正交混合功率分配器

218 连接点

300 插口

302 插口

304 插口

306 插口

310 第二传输线

312 匹配电路

314 插口连接器

316 第三传输线

500 端口

具体实施方式

在下文中，附图中的相似编号的元件是相似的元件或执行等效功能。如果功能等效，则不必在后面的附图中讨论先前讨论过的元件。

图1示出了具有磁体104的磁共振成像系统100的示例。磁体104是具有穿过其的膛106的超导圆柱形磁体。也可以使用不同类型的磁体；例如，也可以使用分离式圆柱形磁体和所谓的开放式磁体。分离式圆柱形磁体与标准圆柱形磁体相似，不同之处在于低温恒温器被分成两部分以允许进入磁体的等平面，这种磁体可以例如与带电粒子束治疗结合使用。开放式磁体有两个磁体部分，一个在另一个上方，两个磁体部分之间有足以容纳对象的空间：这两个部分区域的布置类似于亥姆霍兹线圈的布置。开放式磁体之所以受欢迎是因为对象受到较小的约束。在圆柱形磁体的低温恒温器内部有一组超导线圈。在圆柱形磁体104的膛106内有成像区108，在成像区中磁场足够强且均匀以执行磁共振成像。在成像区108内示出了感兴趣区域109。对象118(例如，患者)被示为由对象支撑物120(例如，可移动台)支撑，使得对象118的至少部分在成像区108和感兴趣区域109内。

在磁体的膛106内还有一组磁场梯度线圈110，该组磁场梯度线圈用于采集磁共振数据以对磁体104的成像区108内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈110被连接到磁场梯度线圈电源112。磁场梯度线圈110旨在是代表性的。通常，磁场梯度线圈110包含三组单独的线圈以用于在三个正交的空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源将电流供应给磁场梯度线圈。供应到磁场梯度线圈110的电流被控制为时间的函数并且可以是斜变的或脉冲的。

与成像区108相邻的是射频线圈114“RF天线”，其用于操纵成像区108内的磁自旋的取向并且用于接收也来自成像区108内的自旋的射频发射。射频天线包含多个线圈元件。RF线圈114具有多个插口300和302，其中每个插口对应于一个天线元件。射频线圈114经由插口300被连接到RF放大器116，并且经由插口302被连接到RF放大器117。射频放大器116和117以90°的相位差为RF线圈114提供RF功率，以便操纵成像区108内的磁自旋的取向。90°的相位差导致在线圈114中生成圆形极化的RF场。

代替两个RF放大器116和117，可以使用单个RF放大器，所述单个RF放大器具有被馈送到混合功率分配器内的RF输出，所述混合功率分配器以90度延迟到插口300和302中的一个的信号的相位，由此也在线圈中生成圆形极化的RF场。

放大器116、梯度控制器112和RF输出端子302被示为被连接到计算机系统126的硬件接口128。因此，计算机系统126也用作接收器以接收和处理使用线圈114采集的MR信号。

计算机系统还包括与硬件系统128通信的处理器130、存储器134以及用户接口132。存储器134可以是处理器130可访问的存储器的任何组合。这可以包括主存储器、高速缓冲存储器以及诸如闪速存储器RAM、硬盘驱动器之类的非易失性存储器或其他存储设备。在一些示例中，存储器130可以被认为是非瞬态计算机可读介质。

计算机存储器134被示为包含机器可执行指令140。该机器可执行指令包含使得处理器130能够控制磁共振成像系统100的操作和功能的命令或指令。计算机存储器134被示为还包含成像扫描协议142。每个成像扫描协议都可以包括用于一个或多个脉冲序列的脉冲序列命令，该脉冲序列命令是指令或可以被转换成指令的数据，该指令使得处理器130能够控制磁共振成像系统100以采集磁共振数据。因此，脉冲序列命令可以是成像扫描协议的部分。磁共振数据可以例如用于使磁共振成像系统执行使得磁共振信号144被采集的多个脉冲重复。每个脉冲对应于通过RF放大器116和117中的一个向线圈114供应RF功率。

磁共振信号144被示为被存储在计算机存储器134中。用于特定的脉冲重复的磁共振信号144可以被整理成磁共振数据146。磁共振数据146可以用于生成一系列图像148。成像扫描协议还可以包括关于重建使用成像采集的图像数据146的指令150。

例如，天线114具有鸟笼构造的多个线圈元件。另外，提供了插口300和302中的多个插口，其经由相应的传输线被耦合到线圈元件中的相应的线圈元件。类似地，可以提供RF放大器116和117中的多个RF放大器。

图2更详细地描绘了线圈114和具有放大器116和117的连接设置。线圈114例如是鸟笼共振器。通常，鸟笼线圈包括两个被称为端环的圆形导电环，这些导电环由被称为横档的多个导电笔直元件连接。在图2中，端环由水平导体线构成，而横档由垂直导体线构成。基于期望的线圈114的频率特性，在个体导电元件之间布置若干电容器。总的来说，天线114因此包括多个线圈元件，其能够用于通过向线圈元件供应RF脉冲来激发核自旋并且也使用个体线圈元件来接收磁共振信号。

对于每个线圈元件，提供了相应的匹配板210，其被立即连接到相应的线圈元件。更详细地，每个匹配板包括被耦合到每个环的两个导电元件的‘阻抗匹配网络’，其中，这两个导电元件经由相应的电容器310彼此耦合。因此，线圈元件能够被理解为线圈的单个电导体板或形成作为天线的部分的线圈的电导体板和任选的电容器的布置。阻抗匹配网络以及因此匹配板210的目的是允许调整使得每个线圈元件的阻抗匹配相应的RF源的阻抗，通常为50Ω。

每个线圈元件经由第一传输线被电耦合到插口。在图2中，插口300经由包括线缆200和相应的匹配板210的传输线209被耦合到线圈114的线圈元件中的一个。类似地，插口302经由包括线缆202和相应的匹配板210的传输线被耦合到线圈114的线圈元件中的一个，插口304经由包括线缆204和相应的匹配板210的传输线被耦合到线圈114的线圈元件中的一个，并且插口306经由包括线缆206和相应的匹配板210的传输线被耦合到线圈114的线圈元件中的一个。通常，线缆200-206将是很好地屏蔽线圈114的同轴线缆。

必须注意，在图2中仅示意性地描绘了传输线和线圈元件的连接点。实际上，技术人员将以使得磁场以期望的方式被生成的方式选择连接点的位置。

端子板212承载所有插口300-306。在端子板212上，所有电线200-206被组合到共同接地点。通常，线圈114将被包括在壳体中，并且端子板212将以使得插口300-306可从被身体线圈114环绕的区域外面访问的方式被集成到壳体内。

每个插口300-306经由相应的线缆214与由相应的RF源提供的连接点218电耦合。在图3的范例中，RF源由正交混合功率分配器216的输出来给出。每个正交混合器接收来自相应的RF源116和117的RF信号作为输入，并且在连接点218处提供具有相应的相位0°和90°的RF信号作为输出。两个RF放大器可以由相同的RF输入信号来驱动，使得在连接点218处，所有输出RF信号都具有预定义相位关系。

在下文中，假设线缆214在电气长度上是完全相同的。这意味着由正交混合器216输出的给定波长的RF信号在行进通过所有线缆期间经历相同的相移。因此，RF信号之间的相位关系对于所有连接点218来说都是相同的，并且对于所有插口300-306来说都是相同的。

RF线圈114被设计为使得当RF信号被提供给线圈元件时这种相位关系被维持。这是第一传输线中的任何第一传输线之间的电气长度的差是λ/4的特殊范例。这意味着在RF信号已经行进通过包括线缆200-206和匹配板210的相应的第一传输线之后，它们仍然相对于彼此具有相同的相位关系。因此，由RF信号驱动所有线圈元件利用仅由RF源本身预定义的相位关系的信号来驱动。可以以某种方式将连接点218认为是RF源，因为这些是RF信号被提供有其期望的相位关系的源。

因此，设置身体线圈114与相应的RF源的布线是相当容易的，因为线缆214中的任何线缆不必具体地针对线圈114在长度上进行设计。假如第一传输线将以任意的方式具有不同的电气长度，在图2中关于连接点218示出的相位关系(0°、90°、0°、90°)将不再保持。在这种情况下，将必须针对每个第一传输线确定RF信号相位行为，并且然后个体地调整线缆214中的每个的长度，以便补偿不期望的相位变化。在具体范例中，假如在插口300和302处具有相位0°并且经由包括线缆200和202的第一传输线行进的RF信号将分别在相应的线圈元件处经历75°和85°的相位，这将意味着涉及线缆202的第一传输线以某种方式在电学上长于涉及线缆200的第一传输线。假设在正交混合器216处的通常固定的90°的相位关系，对于这种10°的相位差的补偿可以通过适当地改变连接到插口300和302的线缆214中的一个的电气长度来实现。

因此，借助于上面讨论的线圈设计，设置身体线圈114与相应的RF源的布线是相当容易的。必须注意，在插口300-306处使用预定义相位关系的不同配置当然是可能的：例如，包括线缆200-206的第一传输线的长度可以以以下方式进行设置：关于预定义RF信号，传输线中的任何传输线之间的电气长度的差是kλ/4，其中，k是整数，并且λ是RF信号的波长。在具体范例中，采用第一传输线中的一个作为参考0°并且假设输入到所有插口的RF信号在输入的RF信号中的任何之间具有0°的给定相位关系，那么在线圈元件处的这些RF信号的相位关系可以被预定义为-90°、0°、-90°、-180°(以插口300-306的顺序)。

必须注意，未在图2中示出的是前置放大器和在将RF功率提供到线圈元件期间主动地或被动地使前置放大器空白的解谐电路。另外，未在图2中示出的是可以被放置在前置放大器后面并且用来将前置放大的MR信号数字化的模数转换器。所有这些部件也可以被认为是相应的第一传输路径的一部分。

图3描绘了另一线圈114。再次，线圈是具有四个线圈元件的四通道身体线圈。每个线圈元件经由第一传输线与相应的插口300-306电耦合，所述插口位于端子板212上。这与之前关于图2讨论的类似。然而，再次必须注意，在图3中仅示意性地描绘了传输线和线圈元件的连接点。实际上，技术人员将以使得磁场以期望的方式被生成的方式选择连接点的位置。

每个第一传输路径包括相应的线缆200-206和匹配板210中的一个，其在图3中以放大版本更详细地示出。匹配板210具有‘到线圈系统连接’的一个端子，相应的线缆200-206要被连接到所述端子。匹配板210具有两个另外的端子‘线圈’，其要被直接且立即耦合到线圈元件，即耦合到构成线圈元件的相应环的两个导电元件(在这里也比较图2)。匹配板210包括匹配电路312，其是所述板的一部分，其允许调整使得相应的线圈元件的阻抗匹配相应的RF源的阻抗，通常为50Ω。

匹配电路312和‘到线圈系统连接’的端子经由相移电路被电耦合，相移电路在图3中由第二传输线‘延迟线’310给出。第二传输线310延长RF信号必须行进的电气路径。因此，当信号到达匹配电路312时，第二传输线导致RF信号的相移。

由于线圈以以下方式来提供：使得关于在插口300-306处的给定相位输入处的RF信号，所有线圈元件都以相同的相移或以90°的增量的相移经历该RF信号，要求是关于预定义RF信号，传输线中的任何传输线之间的电气长度的差是kλ/4，其中，k是整数，并且λ是RF信号的波长。为了延长第一传输线的部分以便实现该目的，根据需要为第二传输线310精确地提供期望的长度：针对每个第一传输线，相应的相移电路(在这里，第二传输线310的长度)适于提供如在其插口300-306与其第一相移电路312之间中确定的相应的第一传输线的长度的补偿，使得第一传输线中的任何第一传输线之间的电气长度的差是kλ/4。

当然，在这里假设阻抗匹配网络和其到相应线圈元件的耦合对于所有第一传输线来说都是相同的，使得由阻抗匹配网络和其到相应线圈元件的耦合诱导的任何相移对于所有线圈元件来说都是完全相同的。

提供第一传输线的长度的这种补偿的另一额外或备选可能性由另一相移电路给出，所述另一相移电路再次在图3中被实现为第三传输线316。第三传输线316将第一传输线209的插口连接器314与插口300耦合。为了简单起见，在图3中仅针对插口300描绘了使用插口连接器的这种原理。然而，这能够以类似的方式被扩展到所有其他插口和第一传输线。

再次，为了延长第一传输线的部分以便具有相位的预定义RF信号关系，根据需要以期望的长度提供第三传输线316：针对每个第一传输线，相应的相移电路(在这里，第三传输线316的长度)适于提供如在其插口连接器314与相应的线圈元件之间中确定的相应的第一传输线的长度的补偿，使得第一传输线中的任何第一传输线之间的所述电气长度的差是kλ/4。

在下文中，之前描述的想法以更正式的方式来表达：天线114可以包括从天线端口(1至N)到端子板212的数量N个信号路径。例如传输线200、204、202和206可以通过psi2、psi3、psi4和psi1来描述。Psi(#i)表示从相应的插口#i(300、304、302和306)到每个身体线圈端口#i(即每个线圈元件)的每个信号路径的电气长度。Psi(#i)在身体线圈114被用于的MR系统的相应拉莫频率处进行测量。长度psi(i)中的任何长度之间的差都是k*λ/4(k＝整数)。

优点可以是必须被外部地操纵并且在现场被安装在客户场所处的身体线圈外部的任何线缆都能够具有完全相同的电气长度。另外，在连接点218(参见图2)处进入这些外部线缆的信号也能够具有简单的相位关系，即其差可表示为m*λ/4(m＝整数)。

特殊情况可以由N＝4给出，其中，Psi4＝Psi3，Psi2＝Psi1，Psi4-Psi1＝λ/4。

图4是服务用于采集磁共振数据的磁共振成像系统的流程图。该系统可以是图1中示出的系统。

在步骤400中，所有RF源(像图2的RF源218)利用线缆被电连接到其相应的插口300-306，其中，关于MRI系统的操作RF频率，所有线缆都具有相同的电气长度。

在步骤402中，MRI系统可以以期望的方式被操作以便采集MR数据。

应当指出，在空间上分配端口(即第一传输线到相应的线圈元件的连接点)方面存在若干选项。在图5中示出了相应的范例。图5a、5b和5c示出了具有4个端口和两个通道的身体线圈，其中，2个端口500均与通道相关联。端口500通过箭头来指定，其中，属于共同通道的端口通过实线或虚线箭头来指定。在图5a中，端口500位于线圈的相同侧上(相对于沿线圈的纵向方向的远端)。在图5b中，端口500对角地位于线圈的相对侧上，并且在图5c中，端口500以镜像对称的方式位于线圈的相对侧上。在这里必须注意，假如端口位于线圈的相对侧(患者侧、服务侧)上，具有两个端子板212(即每侧上一个)可以是有益的。

在图5d中，每个通道的四个端口500作为范例被给出。再次，端口500通过箭头来指定，其中，属于共同通道的端口通过实线或虚线箭头来指定。端口以对称的方式被布置，使得在线圈的一侧上的端口的布置对应于在线圈的相对侧上的端口的布置。

一般来说，MRI需要特殊类型和性能的RF发射链：大约1ms内的大约10kW的脉冲功率能力、大约100ms的短期高占空比RF脉冲、可变负载、优良的线性、稳定性、多通道TX系统(优选地非磁性部件)中的通道耦合(优选地在强静态磁场中并且所有系统都优选地具有小成本)。

3特斯拉的商用RF链利用2个发射通道。通常，来自个体通道的RF要求在RF功率和相位上是不相等的。在1.5特斯拉的情况下，身体线圈使用正交混合器来驱动，因此仅需要一个放大器。在3T和1.5特斯拉的情况下的RF发射链在关于成本、B1均匀性、RF功率要求等的优化中。RF系统体积身体线圈的4端口驱动提供关于线圈中的直接RF功率组合和改善的均匀性的优点。线圈能够使用硬件混合组合器(用于1.5特斯拉的选项)或直接使用4RF放大器来驱动。

系统体积身体线圈的4端口馈送需要个体端口的定义的相位值。这使系统更复杂。4端口驱动需要0、90、180、270度相移用于驱动；外部线缆长度需要被校准；正交混合器(QIB)不能被使用，用于质量检查的测试是困难的。

因此，公开了一种智能RF身体线圈，其具有含有固定的输入相位参数的定义的系统连接。为了便于使用，定义的相移被直接集成在身体线圈中。固定相位线圈连接提供了用于方便的系统连接和测试的接口。因此可以为RF质量测试和外部线缆管理提供易于使用的构思。线圈因此能够被直接连接到标准正交混合器(QIB)或RF放大器。外部系统线缆可以具有相同的长度，并且不需要外部校准。

描述的是具有相等相位连接的身体线圈。在身体线圈的输入端口处的定义的相移允许直接连接2个正交混合器。不需要在外部端口处的线缆长度的补偿。这种应用是针对1.5特斯拉的新系统RF链的。

进一步描述的是具有固定的定义的相位连接的用于身体线圈的匹配板。所需的相移使用同轴线缆或结合集总元件相移组合器被提供在匹配板上。一般来说，所需的相移能够被分布在线圈的所有匹配网络上面，使得所需的相移从两个匹配板来贡献。在身体线圈的输入端口(插口)处的定义的相移允许直接连接2个正交混合器。不需要在外部端口处的线缆长度的补偿。

进一步描述的是具有相等相位连接的身体线圈。在身体线圈的输入端口处的定义的相移允许直接连接4个RF功率放大器，其能够利用所需的相移来驱动而无需补偿。应用可以是针对新系统3T RF链的。

Claims (15)

1.一种多通道磁共振成像RF线圈(114)，其用于操纵成像区(108)内的磁自旋的取向并且用于接收来自所述成像区(108)内的自旋的射频发射，所述多通道磁共振成像RF线圈具有至少四个通道并且包括针对所述通道中的每个通道的线圈元件，所述RF线圈(114)还包括针对每个线圈元件的插口(300-306)，针对所述每个线圈元件的所述插口经由相应的第一传输线(209)被电耦合到所述线圈元件，每个插口(300-306)适于接收插头以用于经由所述相应的第一传输线(209)将RF信号提供到相应的线圈元件，其中，关于预定义RF信号，所述第一传输线中的任何第一传输线之间的电气长度的差是kλ/4，从而得到在所述插口处的预定义相位关系，其中，k是整数，并且λ是所述RF信号的波长，所述RF线圈(114)被配置为在所述RF信号的所述波长处被驱动。

2.根据权利要求1所述的线圈，所述RF线圈(114)具有四个通道以及两对(202、204；200、206)所述第一传输线，其中，在每对内，所述第一传输线具有相同的电气长度，并且其中，所述两对的所述第一传输线之间的所述电气长度的差是λ/4。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的线圈，其中，k是4的整数倍。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的线圈，每个第一传输线(209)包括阻抗匹配网络(312)和被直接附接到所述阻抗匹配网络(312)的第一相移电路(310)，其中，针对每个第一传输线(209)，相应的第一相移电路(310)适于提供在其插口(300-306)与其第一相移电路(310)之间中确定的所述相应的第一传输线(209)的长度的补偿，使得所述第一传输线(209)中的任何第一传输线之间的所述电气长度的差是kλ/4。

5.根据权利要求4所述的线圈，所述第一相移电路(310)是第二传输线(310)和集总元件相移器中的任一个。

6.根据权利要求4或5所述的线圈，所述阻抗匹配网络(312)被立即连接到所述相应的线圈元件。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的线圈，所述插口(300-306)被集成在所述RF线圈(114)的壳体中。

8.根据权利要求7所述的线圈，还包括端子板(212)，所述端子板(212)包括所述插口，所述端子板(212)被集成在所述RF线圈(114)的所述壳体中。

9.根据前述权利要求4-8中的任一项所述的线圈，每个第一传输线(209)包括第二相移电路(316)和插口连接器(314)，所述插口连接器(314)将所述相应的线圈元件与其插口(300-306)电连接，每个第二相移电路(316)将相应的插口连接器(314)电连接到相应的插口，其中，针对每个第一传输线(209)，相应的第二相移电路(316)适于提供在其线圈元件与其插口连接器(314)之间中确定的所述相应的第一传输线(209)的长度的补偿，使得所述第一传输线(209)中的任何第一传输线之间的所述电气长度的差是kλ/4，其中，所述第二相移电路(316)和所述插口连接器(314)被安装到所述RF线圈(114)的所述端子板(212)或所述壳体。

10.根据前述权利要求8-9中的任一项所述的线圈，每个第一传输线(209)包括接地电线，其中，所有所述第一传输线(209)的所有所述接地电线在所述端子板(212)处被连接到共同接地点。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的线圈，所述线圈(114)是RF身体线圈。

12.一种用于采集磁共振数据的磁共振成像系统，所述磁共振系统包括：

主磁体(104)，其用于生成成像区(108)内的主磁场，

根据前述权利要求中的一项所述的多通道磁共振成像RF线圈(114)，

被关联到每个通道的RF源(116；117；216)，其用于经由被关联到相应通道的所述插口(300-306)向所述RF线圈(114)供应射频功率以用于驱动所述RF线圈(114)。

13.根据权利要求12所述的系统，所述RF源(116；117；216)包括用于供应所述RF功率的连接点(218)，所述系统还包括针对每个RF源(116；117；216)的线缆(214)，所述线缆(214)将所述RF源(116；117；216)的相应的连接点(218)与被关联到所述RF源(116；117；216)的所述插口(300-306)电连接，所述线缆(214)具有用于由相应的插口(300-306)接纳的插头，其中，关于所述波长，将所述RF源(116；117；216)的所述连接点(218)与所述插口(300；306)电连接的所有所述线缆(214)都具有任何其他线缆之间的电气长度的差，所述电气长度的差是nλ/4，其中，n是整数。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，n等于零。

15.一种服务用于采集磁共振数据的磁共振成像系统的方法，所述磁共振系统包括：

主磁体(104)，其用于生成成像区(108)内的主磁场，

多通道磁共振成像RF线圈(114)，其用于操纵所述成像区(108)内的磁自旋的取向并且用于接收来自所述成像区内的自旋的射频发射，所述多通道磁共振成像RF线圈具有至少四个通道，所述RF线圈(114)适于拾取来自所述成像区(108)的磁共振信号，所述RF线圈(114)包括针对所述通道中的每个通道的线圈元件，所述RF线圈(114)还包括针对每个线圈元件的插口(300-306)，针对所述每个线圈元件的所述插口经由相应的第一传输线(209)被电耦合到所述线圈元件，每个插口(300-306)适于接收插头以用于经由所述相应的第一传输线(209)将RF信号提供到相应的线圈元件，其中，关于预定义RF信号，所述传输线中的任何传输线之间的电气长度的差是kλ/4，其中，k是整数，并且λ是所述RF信号的波长，所述RF线圈(114)被配置为在所述RF信号的所述波长处被驱动，

被关联到每个通道的RF源(116；117；216)，其用于经由被关联到相应通道的所述插口(300-306)向所述RF线圈(114)供应射频功率以用于驱动所述RF线圈(114)，

所述方法包括利用线缆(214)将所有RF源(116；117；216)电连接到相应的插口，其中，关于所述波长，所有所述线缆(214)都具有任何其他线缆之间的电气长度的差，所述电气长度的差是nλ/4，其中，n是整数，从而得到在所述插口处的预定义相位关系。

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