CN115552271A - 介电常数增强的磁共振成像(mri)和磁共振波谱(mrs) - Google Patents
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Abstract
公开了介电常数增强的磁共振成像(MRI)和磁共振波谱(MRS)。接收包括介电常数材料的介电常数设备(402)。介电常数材料包括一种或多种类型的高介电常数材料。介电常数设备(402)被配置为放置在待成像的感兴趣区域(404)附近或内部，从而改变感兴趣区域(404)周围或内部的局部存储电磁能量分布。然后获取包括感兴趣区域(404)的MRI图像。MRI系统(400)包括射频线圈和包括一种或多种类型的高介电常数材料的介电常数设备(402)。介电常数设备(402)被配置为放置在待成像的感兴趣区域(404)附近或内部。
Description
相关申请的交叉引用
本公开要求于2021年5月21日提交的第63/191,728号美国临时申请和2022年3月29日提交的第17/707,539号美国非临时申请的权益和优先权，其公开内容在此通过引用全部并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及磁共振，尤其涉及用于磁共振的高介电常数材料。
背景技术
许多疾病和身体异常状况(如肿瘤、中风、心脏问题、脊柱疾病等)可以使用磁共振成像(MRI)进行检测。MRI创建的图像可以显示健康和不健康组织之间的差异。例如，与X射线或计算机断层扫描(CT)相比，MRI可能是一种更安全的成像技术，至少是因为患者和医务人员在成像过程中不会受到电离辐射照射。为了获得感兴趣区域(ROI)的图像，需要使用强大的恒定磁场、快速变化的局部磁场、射频(RF)能量和专用设备。
RF线圈可用于产生RF磁场。RF磁场称为B1场。B1场可用于激发和检测ROI的磁化信号。RF场可以被传输到ROI以激发核自旋。随后，来自核自旋的RF信号衰减，并在RF接收器线圈(可能与RF发射器线圈相同或不同)中感应出电流。
高质量的扫描(即图像)对于最大化诊断灵敏度和准确性很重要。高质量图像的特点是高信噪比(SNR)、正常组织和病理组织之间的高对比度、低水平的伪影、适当的空间-时间分辨率或它们的组合。一般来说，空间分辨率和时间分辨率是负相关的。时间分辨率是指ROI的图像捕获的持续时间。空间分辨率是指ROI的大小(例如，尺寸等)。
发明内容
本文公开的各方面使用具有低导电率或不具有导电率的高介电常数材料来改变磁共振成像(MRI)和磁共振波谱(MRS)波谱仪的射频(RF)电磁场的RF场分布，然后提高MRI和MRS的质量。MRI和MRS系统在本文中可以统称为MRI系统。
所公开实施方式的第一方面是一种在MRI系统中使用介电常数设备进行成像的方法。该方法包括：接收介电常数设备，其中，介电常数设备包括介电常数材料，并且被配置为放置在待成像的感兴趣区域附近或内部；将所述介电常数设备放置在感兴趣区域附近或内部，使得将介电常数设备放置在感兴趣区域附近或内部改变感兴趣区域周围的局部存储电磁能量分布；以及获取包括所述感兴趣区域的MRI图像。介电常数材料导致所获取的MRI图像的图像质量提高。所述介电常数材料可以包括一种或多种类型的高介电常数材料。
第二方面是一种MRI系统，其包括一个或多个射频线圈和包括介电常数材料的介电常数设备，该介电常数材料可以包括一种或多种类型的高介电常数材料。所述介电常数设备被配置为放置在待成像的感兴趣区域附近或内部，且位于一个或多个射频线圈与感兴趣区域之间。所述高介电常数材料被配置为使感兴趣区域的存储电磁能量增加并且使感兴趣区域的区域Q因子增加。
第三方面是一种MRI系统，其包括一个或多个射频线圈和包括介电常数材料的介电常数设备，该介电常数材料可以包括一种或多种类型的高介电常数材料。所述介电常数设备被配置为植入待成像的感兴趣区域中。所述高介电常数材料还被配置为使感兴趣区域的存储电磁能量增加并且使感兴趣区域的区域Q因子增加。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开。需要强调的是，根据惯例，附图的各种特征不是按比例绘制的。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意扩大或缩小。
图1是没有介电常数设备的MRI系统的示例的侧视图。
图2是计算设备的示例的框图。
图3是使用高介电常数材料对感兴趣区域(ROI)进行成像的技术的示例的流程图。
图4是具有介电常数设备的MRI系统的示例的侧视图。
具体实施方式
高质量的MRI扫描对于最大化诊断灵敏度和准确性非常重要。通常，如上所述，高质量图像的特点是高信噪比(SNR)、正常组织和病理组织之间的高对比度、低水平的伪影以及适当的空间-时间分辨率。
为了获得可检测的MR信号，将待检查的对象或受检者(统称为对象)放置在均匀的静磁场中，以便对象的核自旋产生沿静磁场定向的净磁化。使用频率与原子核的拉莫尔频率相同的射频(RF)激发场，可以使净磁化旋转远离静磁场。
旋转的角度可以根据RF激发脉冲的场强和/或持续时间来确定。在RF激发脉冲结束时，原子核放松到其正常的自旋状态，产生与RF激发处于相同射频的衰减信号(“MR信号”)。MR信号可以被接收线圈拾取(例如，收集、检测等)。MR信号可以(例如通过计算设备)被放大和处理以获得MR图像。所获取的测量结果可以在空间频域中收集，可以被数字化并作为复数值存储在k空间矩阵中。相关联的MR图像可以从k空间数据重建，例如，通过逆二维或三维快速傅里叶变换(FFT)从原始k空间数据重建。
然而，各种传统方法和技术对于获得高质量图像不甚理想，因为在MRI系统中，使具有高介电常数的介电材料对发射和/或接收的影响最大化是有限的，其中，所述高质量图像的特点是高信噪比(SNR)、正常组织和病理组织之间的高对比度、低水平的伪影以及适当的空间-时间分辨率。大多数传统方法和技术都集中在提高射频均匀性或比吸收率上。此外，各种传统方法和技术都已集中在材料对射频场的幅度和相位的影响上，通过在射频线圈和被成像的感兴趣区域之间放置高介电常数材料或高导磁率材料来改变高场MRI或超高场的射频场的幅度和相位，以提高MRI图像质量和MRI安全性。此外，传统方法未能教导将高介电常数材料或高导磁率材料放入感兴趣区域中。例如，可以将高介电常数材料或高导磁率材料放入患者口中以提高脑部MRI成像的质量。
本文所描述的设备、材料和技术可以提高所获取的MRI图像的质量。可以将具有低损耗或无损耗的高介电常数材料放置在感兴趣区域附近(例如，围绕感兴趣区域、接近感兴趣区域、接触感兴趣区域或插入到感兴趣区域中)。例如，如上所述，可以将高介电常数材料或高导磁率材料放入患者口中。高介电常数材料是这样的，其会使存储电磁能量增加，并且使感兴趣区域的区域Q因子(品质因子)增加。增加的Q因子可以转化为(例如，导致等)图像质量的提高。如本文所公开的，高介电常数材料可以用于任何场强的MRI，例如高场MRI(≥1.5特斯拉)、超高场MRI(>＝7.0特斯拉)或低场MRI(例如，1-199毫特斯拉)。在低场MRI中，重要的是，核数的极化减少导致非常低的信噪比和对比度噪声比。因此，在一种实施方式中，高介电常数材料可用于静磁场在0.5高斯到15特斯拉的范围内的MRI系统中。一些MRI系统使用地球磁体(即，0.5高斯)；而另一些MRI系统可以使用高达15特斯拉，这通常用于人类。
如本文所公开的，使用高介电常数材料可以提高被成像的目标ROI周围的局部或区域存储电磁能量密度。进一步描述了具有高介电常数的介电材料对被成像的目标感兴趣区域周围的局部或区域存储电磁能量密度的影响。如本文所述，使用具有低导电率的高介电常数材料可以改变磁共振成像(MRI)和磁共振波谱(MRS)波谱仪的射频(RF)电磁场的RF场分布，从而提高MRI和MRS MRI的质量。如本文所述，使用具有低导电率的高介电常数材料可使待成像的感兴趣区域的信噪比(SNR)和对比度噪声比(CNR)得到改善。
图1是没有介电常数设备的MRI系统100的示例的侧视图。MRI系统100可以是可移动的并且可与任何患者台102或床一起使用。患者台102可以升高或降低到MRI系统100的高度，或者MRI系统100可以升高或降低到患者台102的高度。MRI系统100包括永磁体104。当患者位于永磁体104的磁体孔113中时，永磁体104围绕患者。永磁体104可以与梯度线圈106一起工作。
梯度线圈106可以帮助永磁体104产生电场。可以在xyz坐标系的任何方向上产生电场(例如，强静磁场)。MRI系统100包括发射电场的一个或多个无线电发射线圈，即RF TX线圈108，该电场使由永磁体104产生的磁场移动。一个或多个无线电发射接收线圈，即RFRX线圈110，接收并测量由RF TX线圈108移动的电场。由RF TX线圈108和RF RX线圈110测量的电场穿过位于MRI系统100的内部112的患者，如图1所示，该内部是永磁体104内的磁体孔113。RF TX线圈108、RF RX线圈110或两者可在约200MHz或更小、约100MHz或更小、约50MHz或更小、或约25MHz或更小的射频内操作。RF TX线圈108、RF RX线圈110或两者可在约1KHz或更高、约50KHz或更高、约100KHz或更高、约1MHz或更高、或约10MHz或更高的射频内操作。优选地，RF TX线圈108、RF RX线圈110或两者可以在约1MHz至约10MHz的射频内操作。
MRI系统100的磁体孔113可以足够大以适合人的全部或部分。磁体孔113可以适合任何人的躯干。磁体孔113可以具有约1m或更大、约1.25m或更大、约1.5m或更大、或约1.75m或更大的长度。磁体孔113可具有约2.5m或更小、约2.25m或更小、或约2m或更小的长度。磁体孔113可具有约0.5m或更大、约0.75m或更大、或约1m或更大的横截面长度(例如，直径)。磁体孔113可具有约2m或更小、约1.5m或更小、或约1.25m或更小的横截面长度。MRI系统100的横截面可以是对称的、不对称的、圆形的、椭圆形的、几何的、非几何的或它们的组合。MRI系统的磁体孔113可以通过MRI系统100的壁与外部114间隔开。磁体孔113可以是MRI系统的内部。磁体孔113可以容纳患者的全部或部分。磁体孔113可以包括可打开或可关闭的挡板。挡板可以是在可移除的屏蔽件122上方移动的板。计算设备116连接到MRI系统100以控制MRI系统并向用户提供反馈。
图2是计算设备200的示例的框图。计算设备200可以是包括多个计算设备的计算系统的形式，或者是单个计算设备的形式，例如，移动电话、平板电脑、膝上型电脑、笔记本电脑、台式电脑等等。计算设备可以与MRI系统可通信地连接，例如，以从MRI系统接收图像或控制MRI系统的各个方面。
计算设备200中的处理器202可以是中央处理单元(CPU)。或者，处理器202可以是能够操纵或处理信息的现有的或以后开发的任何其他类型的一个或多个设备。尽管可以使用所示的单个处理器(例如，CPU)来实践所公开的实施方式，但是使用不止一个处理器可以实现速度和效率方面的优势。
在一个实施方式中，计算设备200中的存储器204可以是只读存储器(ROM)设备或随机存取存储器(RAM)设备。任何其他合适类型的存储设备都可以用作存储器204。存储器204可以包括由处理器202使用总线212访问的代码和数据206。存储器204还可以包括操作系统208和应用程序210，应用程序210包括允许处理器202执行本文所述方法的至少一个程序。例如，应用程序210可以包括应用程序1至N，其进一步包括可以用于对从MRI系统获得的图像进行增强、查看、处理等的图像处理应用程序或用于控制MRI系统的各个方面的应用程序。应用程序可包括可用于配置或控制MRI系统的应用程序。计算设备200还可以包括辅助存储器214，其例如可以是与计算设备200一起使用的移动的存储卡。
计算设备200还可以包括一个或多个输出设备，例如，显示器218。在一个示例中，显示器218可以是触敏显示器，它将显示器与可操作为感测触摸输入的触敏元件相结合。显示器218可以通过总线212耦合到处理器202。除显示器218之外或作为显示器218的替代，还可以提供允许用户编程或以其他方式使用计算设备200的其他输出设备。当输出设备是显示器或包括显示器时，显示器可以以各种方式实现，包括由液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)显示器或发光二极管(LED)显示器(例如有机LED(OLED)显示器)实现。
计算设备200还可以包括可以感测图像(例如，操作计算设备200的用户的图像)的图像传感设备220(例如，相机或者现有的或以后开发的任何其他图像传感设备220)，或者计算设备200可以与图像传感设备220通信。图像传感设备220可以定位成使其指向操作计算设备200的用户。在一个示例中，图像传感设备220的位置和光轴可以被配置为使得视野包括与显示器218直接相邻的区域，且从该区域可以看到显示器218。
计算设备200还可以包括可以感测计算设备200附近的声音的声音传感设备222(例如，麦克风或者现有的或以后开发的任何其他声音传感设备)，或者计算设备200可以与声音传感设备222通信。声音传感设备222可以定位成使其指向操作计算设备200的用户，并且可以被配置为接收用户在操作计算设备200时发出的声音，例如，语音或其他话语。
尽管图2将计算设备200的处理器202和存储器204描述为被集成为单个单元，但也可以使用其他配置。处理器202的操作可以分布在多台机器(每台机器具有其中一个或多个处理器)上，这些机器可以直接耦合或跨局域网或其他网络耦合。存储器204可以分布在多台机器上，例如基于网络的存储器或执行计算设备200的操作的多台机器中的存储器。尽管这里描述为单个总线，但是计算设备200的总线212可以由多个总线组成。此外，辅助存储器214可以直接耦合到计算设备200的其他组件或者可以通过网络进行访问，并且辅助存储器214可以包括单个集成单元(例如存储卡)或多个单元(例如多个存储卡)。因此，计算设备200可以以各种配置来实现。
图3是用于使用高介电常数材料对感兴趣区域(ROI)进行成像的技术300的示例的流程图。该介电常数材料可以是或者可以包含在设备(这里称为高介电常数设备)中。该介电常数材料可以是一种或多种介电常数材料或者一种或多种设备。也就是说，介电常数设备可以由一种或多种类型的高介电常数材料配置，或者包括一种或多种类型的高介电常数材料。再换一种说法，该介电常数材料可以是一种或多种类型的高介电常数材料或者可以包括一种或多种类型的高介电常数材料。将使用特定的MRI系统对ROI进行成像。
在302，可以接收(例如，获得、使用等)具有特定配置的一种或多种介电常数材料。所述配置可以使得存储的能量可以在ROI中或周围最大化。
所谓高介电常数材料是指所用材料的介电常数高于被成像的ROI的介电常数。在示例中，相对介电常数可以高于70。众所周知，脑组织的介电常数接近70，水的介电常数为80。介电常数材料可以是或具有低损耗或者可以是无损耗的。高介电常数材料可以放置在ROI附近。如上所述，将介电常数材料放置在ROI附近，包括将介电常数材料(或等效地，包括介电常数材料的介电常数设备的至少一部分)放置在ROI周围、接近ROI、接触ROI或插入到ROI中。高介电常数材料放置得越靠近感兴趣区域，图像质量的改善就越好。将介电常数材料放置在ROI附近可以包括将高介电常数材料放置在ROI周围(例如，放置在ROI上、包围ROI等)、接近ROI或植入ROI中。针对基于MRI的脑-机接口，可以将介电常数材料植入人体器官中。可以使用不同的材料。因此，介电常数设备的相对介电常数可以在1到3000的范围内。
图4是具有介电常数设备的MRI系统400的示例的侧视图。图4示出了在感兴趣区域404附近放置介电常数设备402。介电常数设备402可以是或可以包括高介电常数材料。图4和图1之间相同的标号通常指示相似或相应的元件，因此省略关于图4的描述。
高介电常数材料的配置(例如，形状、成分等)可以分别针对发射和接收进行优化。介电常数设备402(例如，高介电常数设备)的配置可以基于成像区域、所使用的扫描设备(例如，MRI系统)、介电常数设备402的材料类型、更多标准、更少标准、其他标准或它们的组合。可以选择配置以便达到最佳Q因子或最佳信噪比和图像质量。在示例中，介电常数设备402的配置可以包括高介电常数设备的几何特性。
对于收发器线圈，发射场和接收场的不同极化分别对MRI信号有贡献。因此，高介电常数材料的最佳结构可以针对发射和接收进行不同的配置。如果介电常数设备用于发射和接收两者，则可以对介电常数设备对发射和接收两者的影响进行权衡。某些材料或配置可能更适合于优化接收场，而其他材料或配置可能更适合于优化发射场。然而，由于成像过程中的时间问题，仅有一种材料可用于发射和接收。因此，可以选择材料或配置以便针对更好的发射或更好的接收进行优化。
在304，可以将介电常数设备402放置在ROI附近。将介电常数设备402放置在ROI附近使ROI中的存储电磁能量增加。ROI中存储电磁能量的增加进而使ROI的区域Q因子增加。增加的Q因子可以转化为(例如，导致等)图像质量的改善。
通过将介电常数设备402放置在成像区域(即，ROI)附近，可以在感兴趣区域404附近存储更多的电磁能量。能量损耗的量可以由材料的导电率或损耗来确定。结果，可以在感兴趣区域404附近获得更好的Q因子，并且感兴趣区域404的SNR可以达到更好。此外，介电常数材料的导电率越低，能量损耗越低。因此，通过使用具有较低导电率的介电常数材料，可以根据Q值来降低能量损耗。如果Q值较高，则图像质量就会更好。众所周知，Q值定义为Q＝(存储能量)/(损耗能量)。因此，在一个实施方式中，材料可以具有高介电常数和低导电率或损耗。
注意，本文所述的介电常数设备402不一定旨在修改射频场的幅度或相位。而是，本文公开的介电常数设备402的目标(例如，焦点)是能量。也就是说，在介电常数设备402中能量可以更集中。然而，在一个实施方式中，介电常数设备402可以被配置为使发射场的均匀性增加到期望的均匀性。
在实施方式中，介电常数设备402可以被配置为使相对损耗降低。可以基于配置、材料的导电率(例如，介电常数设备402的材料的类型)或两者来降低损耗。介电常数设备402可使得在接收期间存储在感兴趣区域404内的射频电磁能量增加。介电常数设备402可以使得在接收期间对感兴趣区域404的接收灵敏度提高。
在306，技术300获取包括ROI的MRI图像。技术300通过将介电常数设备放置在感兴趣区域404附近来提高所获取的MRI图像的图像质量。与在不使用本文所述的介电常数设备的情况下将获得的图像相比，通过将介电常数设备放置在感兴趣区域404附近，所获取的图像的质量得到改善。
在示例中，介电常数材料可以具有高介电常数并具有低导电率或低损耗。在示例中，MRI系统400的主磁场可以大于或等于1.5特斯拉。在示例中，MRI系统400的主磁场可以小于1.5特斯拉。在示例中，MRI系统400的主磁场可以小于0.1特斯拉。在示例中，MRI系统400的主磁场可以小于0.01特斯拉。在示例中，介电常数设备402可以被配置为在射频线圈发射期间增加感兴趣区域404内的电磁能量存储。在示例中，介电常数设备402可以被配置为在射频线圈发射期间增加感兴趣区域404内的正圆极化场。
在示例中，介电常数设备402(更具体地，介电常数设备402的介电常数材料)可以被配置为在射频线圈接收期间增加感兴趣区域404内的电磁能量存储。在示例中，介电常数材料可以被配置为在射频线圈接收期间增加感兴趣区域404内的负圆极化场。在示例中，介电常数材料的相对介电常数可以大于60。在示例中，介电常数材料的相对介电常数可以大于100。在示例中，介电常数材料的相对介电常数可以大于500。在示例中，介电常数材料的相对介电常数可以大于1000。
感兴趣区域404可以是或包括器官的整体或部分。感兴趣区域404可以是或包括一个或多个病灶。在示例中，该介电常数设备可以被配置为实现以下至少一项：在发射期间增加感兴趣区域内的存储射频电磁能量；提高发射场的均匀性；在发射期间减少射频电磁能量的相对损耗；在接收期间增加感兴趣区域内的存储射频电磁能量；或在接收期间提高对感兴趣区域的接收灵敏度。在示例中，介电常数设备可以被配置为具有用于射频发射的第一配置和用于射频接收的第二配置，其中，第一配置不同于第二配置。
在示例中，介电常数设备402可以被配置为优化射频发射的发射射频场均匀性或发射效率。在示例中，介电常数设备402可以被配置为确保射频接收的接收效率和接收灵敏度。在示例中，介电常数设备402可以在感兴趣区域周围被植入体内。
定义
如本文所使用的，体积线圈(例如，体线圈)是指MRI系统的线圈，其完全涵盖了被成像的感兴趣区域，并且可以作为发射线圈或接收线圈或两者操作。
如本文所使用的，B1 +指的是由发射线圈产生的射频(RF)脉冲的横向发射场的正圆极化分量。RF脉冲可以用作激发RF脉冲、重聚RF脉冲和磁化准备RF脉冲。发射线圈可以是体积线圈、表面线圈、阵列线圈的一个元件或它们的组合中的至少一种。横向发射RF场可分解为两个旋转场：正圆极化分量B1 +，沿核磁矩进动的方向(逆时针方向)旋转；以及负圆极化分量B1 -，沿与进动的方向相反的方向(顺时针方向)旋转。在MRI系统中，只有发射场的正圆极化分量B1 +有助于激发质子核自旋。因此，如本文所使用的，B1 +指的是发射线圈的发射场。
在此根据本公开的MRI系统可以包括多个发射线圈和/或多个接收线圈。可选地，发射线圈和/或接收线圈可以是阵列线圈(例如，布置成阵列的发射线圈元件和/或布置成阵列的接收线圈元件)。在一些实施方式中，发射线圈和接收线圈可以是不同的线圈。在其他实施方式中，发射线圈和接收线圈可以是相同的线圈(例如，收发器线圈)。替代地或另外地，发射线圈可以包括但不限于，发射体积线圈、发射表面线圈或阵列线圈。在一些实施方式中，在MRI发射期间RF场的最重要的特性包括发射效率、B1 +均匀性和被成像对象的比吸收率(SAR)。B1 +不均匀性对于定量MRI很重要，例如定量快速T1映射(quantitative fastT1mapping)和MR图像分割。众所周知，对比度噪声比和信号不均匀性是强烈影响分割性能的主要因素。
不均匀的发射或不均匀的接收灵敏度(或两者)会导致重建图像中的信号和对比度不均匀。如果不消除或充分减少被成像对象上的这些电磁场不均匀性，MRI图像在临床和研究中的价值可能会受到影响。
比吸收率(SAR)对于MRI系统中的射频安全可能会非常重要，特别是在高场和超高场MRI中。发射场的不均匀性会产生局部暴露，其中大部分吸收能被施加到一个身体区域而不是整个身体。因此，即使全球SAR低于美国食品和药物管理局(FDA)和国际电工委员会(IEC)的SAR限制，暴露组织中也可能出现热点，并可能导致这些暴露组织的区域性损伤。
如本文所使用的，MRI系统中的发射线圈的发射效率是指发射线圈产生的B1 +与提供给发射线圈的功率之比，即每功率的B1 +幅度。
如上所述，B1 -指的是MRI系统中的接收线圈产生的接收线圈的横向接收场的负圆极化分量。横向接收场可分解为两个旋转场：正圆极化分量B1 +，沿核磁矩进动的方向(逆时针方向)旋转；和负圆极化分量B1 -，沿与进动的方向相反的方向(顺时针方向)旋转。在MRI系统中，MRI系统中的接收灵敏度与接收场的负圆极化分量B1 -成比例。
如本文所使用的，介电常数材料是指可以在存在电场的情况下存储电势能的材料。相对介电常数定义为给定材料相对于真空介电常数的介电常数。真空介电常数大约等于8.85×10-12法拉/米。例如，人脑组织的相对介电常数约为60；特氟龙(Teflon)的相对介电常数约为2.1；二氧化钛的相对介电常数为86～173；锆钛酸铅的相对介电常数为500～600；共轭聚合物的相对介电常数为1.8至100,000。
如本文所使用的，术语“介电常数损失”是指损耗的能量。能量可能会损耗的原因如下：介电常数材料改变极化，感应出微小的交流电流，并导致能量损耗。不同的材料在不同的频率下具有不同的损耗。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。与本文所述相似或等效的方法和材料可用于本公开的实践或测试。如在说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一”、“一种”、“所述”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。如本文所使用的，术语“包括”及其变体与术语“包含”及其变体同义使用，并且是开放的、非限制性的术语。本文使用的术语“可选的”或“可选地”是指随后描述的特征、事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括所述特征、事件或情况发生的实例和不发生的实例。
尽管已经结合特定实施例描述了本公开，但是应当理解，本公开不限于所公开的实施例，相反，本公开旨在涵盖包括在所附权利要求的范围内的各种修改和等效布置，所附权利要求的范围应给予最广泛的解释，以涵盖法律允许的所有此类修改和等效结构。
Claims (23)
1.一种磁共振成像系统，包括：
一个或多个射频线圈；和
介电常数设备，包括介电常数材料，其中，所述介电常数设备被配置为放置在待成像的感兴趣区域附近或内部，且位于所述一个或多个射频线圈和所述感兴趣区域之间，其中，所述介电常数材料包括一种或多种类型的高介电常数材料，并且被进一步配置为：
使所述感兴趣区域的存储电磁能量增加，并且
使所述感兴趣区域的区域Q因子增加。
2.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数设备被配置为实现以下至少一项：
在发射期间增加所述感兴趣区域内的存储射频电磁能量；
提高发射场的均匀性；
在发射期间减少射频电磁能量的相对损耗；
在接收期间增加所述感兴趣区域内的存储射频电磁能量；
在接收期间提高对所述感兴趣区域的接收灵敏度。
3.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数材料具有高介电常数，并具有低导电率或低损耗，所述介电常数材料包括一种或多种类型的高介电常数材料。
4.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统的主磁场大于或等于1.5特斯拉。
5.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统的主磁场小于1.5特斯拉。
6.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统的主磁场小于0.1特斯拉。
7.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述磁共振成像系统的主磁场小于0.01特斯拉。
8.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数材料被配置为在射频线圈发射期间增加所述感兴趣区域内的电磁能量存储。
9.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数材料被配置为在射频线圈发射期间增加所述感兴趣区域内的正圆极化场。
10.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数材料被配置为在射频线圈接收期间增加所述感兴趣区域内的电磁能量存储。
11.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数材料被配置为在射频线圈接收期间增加所述感兴趣区域内的负圆极化场。
12.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数材料的相对介电常数大于60。
13.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数材料的相对介电常数大于100。
14.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数材料的相对介电常数大于500。
15.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数材料的相对介电常数大于1000。
16.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数设备被配置为具有用于射频发射的第一配置和用于射频接收的第二配置，其中，所述第一配置不同于所述第二配置。
17.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数设备被配置为优化射频发射的发射射频场均匀性或发射效率。
18.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述介电常数设备被配置为确保射频接收的接收效率和接收灵敏度。
19.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述感兴趣区域进一步包括器官的整体或部分。
20.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述感兴趣区域进一步包括一个或多个病灶。
21.根据权利要求1所述的磁共振成像系统，其中，所述图像质量包括信噪比、对比度噪声比或图像伪影中的一种或多种。
22.一种磁共振成像系统，包括：
一个或多个射频线圈；和
介电常数设备，包括介电常数材料，其中，所述介电常数设备被配置为植入待成像的感兴趣区域中，其中，所述介电常数材料包括一种或多种类型的高介电常数材料，并且被进一步配置为：
使所述感兴趣区域的存储电磁能量增加，并且
使所述感兴趣区域的区域Q因子增加。
23.一种在磁共振成像系统中使用介电常数设备进行成像的方法，包括：
接收介电常数设备，其中，所述介电常数设备包括介电常数材料，并且被配置为放置在待成像的感兴趣区域附近或内部；
将所述介电常数设备放置在所述感兴趣区域附近或内部，其中，将所述介电常数设备放置在所述感兴趣区域附近或内部改变所述感兴趣区域周围或内部的局部存储电磁能量分布；和
获取包括所述感兴趣区域的磁共振图像，其中，所述介电常数材料导致所获取的磁共振图像的图像质量提高。
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| DE102014200342A1 (de) * | 2014-01-10 | 2015-07-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Magnetresonanz-Tomographie-System zur Erzeugung einer mammographischen Darstellung |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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