CN1623102A - 用于mr装置的线圈系统及具有这种线圈系统的mr装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于遵照自旋共振或磁共振(MR)方法而操作的装置的线圈系统(210)围绕沿着轴(218)延伸且旨在接收患者(215)的检查空间(217)。它包括内部RF线圈(219)，从外部围绕RF线圈(219)且在轴向方向上从两侧突出超出RF线圈(219)的内部子线圈(213′)，以及从外部围绕内部子线圈(213′)并且与内部子线圈(213′)结合构成梯度线圈装置的有源屏蔽(212)。对于规定的梯度，在这种线圈系统中梯度线圈装置(213′，212)所要求的能量得到减少，因为借助于在轴(218)方向上延伸超出RF线圈(219)的区域,由内部子线圈213′所占有的容积在轴向方向上延伸。基本的方面是总体上三个梯度线圈被容纳在由梯度线圈装置(213′，212)所围绕的容积中。这个分层布置照例产生三个相互垂直的梯度场。然而，没有必要如此计算这些场以便于它们彼此垂直地延伸。同正常情况相比，所有三个线圈装置本身要求较小的能量分量。

Description

用于MR装置的线圈系统及具有这种线圈系统的MR装置
技术领域
本发明涉及磁共振断层摄影术领域。更具体地，它涉及如在权利要求1的引言部分中所公开的线圈系统。它还涉及包括这种类型线圈系统的MR装置。
例如从EP-A1-0 304 126中得知所提出类型的线圈系统。
发明背景
利用磁场和原子核自旋之间的相互作用以为了形成两维或三维图像的磁共振成像(MRI)方法，正在被显著地用于医学诊断领域中的众多应用，因为在许多方面就软组织结构的成像它们优越于其它成像方法，它们并不要求致电离辐射并且通常并不是侵入式的。
根据MR方法，待检身体被引进强且均匀的磁场，所述磁场方向与此同时限定测量所基于的坐标系统的轴(通常为z轴)。磁场针对各个原子核自旋产生不同的能级，即取决于磁场强度，其可以通过施加具有限定频率(Larmor频率)的电磁交替场被激励(自旋共振)。从宏观角度，各个原子核自旋的分布导致全面磁化，所述磁化在被施加的适宜频率(RF频率)的电磁脉冲影响下(在此期间磁场垂直于z轴延伸)可以沿着螺旋型轨道被偏转离开平衡状态，以便于它执行绕z轴的进动运动。进动运动说明其孔径角被称为翻转角(flip angle)的锥形的表面。翻转角的值取决于被施加的电磁脉冲的强度和持续时间。在所谓的90°脉冲情况下，自旋被从z轴偏转进入横平面(翻转角90°)。
在RF脉冲结束之后，磁化再次驰豫到原始的平衡状态，然后在z轴方向再次建立具有第一时间常数T1(自旋点阵驰豫时间)的磁化而在垂直于z轴方向的磁化以第二时间常数T2(自旋晶格驰豫时间)衰减。磁化的变化可以借助于如此线圈被加以检测，所述线圈通常以如此方式被取向以便于磁化的变化在垂直于z轴(横磁化，时间常数T2)的方向上被加以测量。在施加90°脉冲之后，通过由局部磁场不均匀性所引起的原子核自旋从相同相位的有序状态到其中所有相位角被相等地分配(退相dephasing)的平衡状态的转变，横磁化的衰减得以伴随。退相可以通过再聚焦脉冲(180°脉冲)被加以补偿。结果是在检测线圈中引起回波信号(自旋回波)。
为了取得在身体中的空间分辨率，借助于包括三个梯度线圈系统的梯度线圈装置，在三个主轴上的线性梯度场被叠加到均匀磁场上面，从而导致自旋共振频率的线性空间相关。在从时间轴到频率轴的傅立叶变换之后，则在检测线圈中所检测到的信号包含可以与身体内不同位置相联系的不同频率的分量。
MR装置的线圈系统不仅包括用于产生均匀静态场的线圈装置，而且包括用于产生梯度场的线圈装置以及用于产生(脉冲的)RF场的线圈装置。这样线圈系统的实例被示于US-A-6,154,110的图9和图10中。用于产生梯度场的梯度线圈装置被同轴地设置在超导主线圈内，所述梯度线圈装置由(外部)屏蔽线圈和(内部)子线圈组成。如图2中所显示，本发明基于类似的已知线圈系统：已知的线圈系统210沿着轴218被取向并且围绕着检查空间217，在所述检查空间217中待检患者215可以借助于患者台216被引入，所述患者台216在轴向方向可被位移且被放置在检查区域217的下部。围绕检查空间217的线圈系统210包括(从内部向外围看)RF线圈219；被有源屏蔽的梯度线圈装置，其包括内部子线圈213(其由图2中的虚线表示，以便于区分于根据本发明的内部子线圈213′)及被有源屏蔽的线圈或屏蔽212；以及其中容纳用于产生均匀且稳定磁场的线圈的致冷器211。梯度线圈装置213，212由梯度放大器220控制。
所表示的这种类型的梯度放大器是目前MR装置的最昂贵部件之一。因此，需要提供这样的MR线圈，其带有需要尽可能少量的能量的线圈。为了减少梯度线圈所需要的能量量，所引用的EP-A1-0 304 126建议使用特殊的补偿线圈，其衰减或抑制梯度线圈所不希望的杂散场和涡流。
此外，为了降低梯度线圈和RF线圈所需要的能量，文件EP-A1-0 307981建议使用组合的RF和梯度线圈系统，其使能降低线圈系统的自由内径。
在两种情况下，为取得梯度线圈降低的能量消耗而适配的线圈系统相对精密且复杂。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种线圈系统以及提供有这种线圈系统的MR装置，其特征在于在能量消耗方向以简单方式已经被优化的几何形状。
所述目的如分别在权利要求1和6中的表征部分所公开的那样被实现。
根据本发明，假设对于在梯度场中可得到的场能量，当内部子线圈与其有源屏蔽之间存在尽可能大的容积时则是有利的，即无需与此同时减少RF线圈的容积且无需减少待检患者的检查空间。本发明的基本思想是使内部子线圈利用内部RF线圈外部及盖内部的未用空间。
为此，建议所说明类型的线圈系统，其根据本发明以如此方式被配置，以为了降低梯度线圈系统所需要的能量，由内部子线圈所占用的容积向在轴向方向延伸超出RF线圈的区域内的轴向扩展。
遵照权利要求2的这个实施例提供了这样的优点，即在患者台台面底下的可用空间被优化地用于子线圈。
如在权利要求3中所公开的本发明进一步优选实施例的特征在于：现在更多空间可用于子线圈，而检查空间任一侧的开放没有受到影响。
进一步优选的实施例在从属权利要求中被公开。
根据本发明，根据本发明的线圈系统被应用在成像MR装置中。
进一步的实施例被公开于从属权利要求中。
根据本发明以如此方式构建MR装置，以便于用于遵照自旋共振或磁共振方法而操作的所述装置的线圈系统以如此方式被提供以为了减少梯度线圈系统所需要的能量，由内部子线圈所占用的容积向在轴向方向延伸超出RF线圈的区域内的轴向方向扩展，其中所述MR装置包括一线圈系统，所述线圈系统用于产生均匀且稳定的磁场，所述磁场强度确定Larmor频率，以及用于产生RF脉冲及用于接收由待检目标所产生的MR信号，所述线圈系统围绕沿着轴延伸且旨在接收患者的检查空间，并且包括内部RF线圈；从外部围绕RF线圈且在轴向方向上从两侧突出超出RF线圈的内部子线圈；以及从外部围绕内部子线圈的有源屏蔽。
附图说明
在此后基于实施例并且参考所附附图将详细地对本发明加以说明。
其中：
图1示出其中根据本发明的线圈装置可以被使用的MR装置的电路图，以及
图2是以纵断面形式对遵照目前技术状况的线圈系统(由虚线所表示的内部子线圈)以及根据本发明线圈系统的实施例(由实线所表示的内部线圈)的单示意性表示。
具体实施方式
图1示出适合于利用根据本发明线圈系统的MR装置的电路图。它包括控制梯度波形产生器20的控制单元17；第一，第二和第三梯度放大器21，22，23分别被连接到产生器20的输出上。这些放大器中的每个分别为第一，第二和第三梯度线圈3，5，7产生相应的电流。这些放大器的增益系数可以彼此独立地由控制单元17，即经由导线32被加以调节，这样梯度线圈3，5，7在x，y和z方向上产生梯度场且在待检区域内的对应三个空间方向上可以执行切片选择。
此外，控制单元17控制RF产生器18，以为了将RF脉冲的频率调节到Larmor频率，对于MR成像其取决于梯度场。RF脉冲被施加到其增益由控制单元17加以控制的放大器19且随后被施加到RF发射机线圈11。
通过与相对于彼此呈90°偏移的两个载波振荡混合，在RF接收线圈12内因被激励的磁化状态的驰豫所诱发的MR信号在正交解调器13中被解调，其具有由稳定磁场的局部强度所确定的Larmor或MR频率，并且发源于振荡器130，由此导致可被视为复信号的实分量和虚分量的两个信号。这些信号被施加到模拟数字转换器14。最终，MR图像借助于图像处理单元16以已知的方式被重建以便于被显示在监视器15上。
在图2中所示的适合于结合在图1所示MR装置中的线圈系统的实施例中，由虚线所表示且形成遵照当前技术状况的梯度线圈系统的一部分的内部线圈213，被由实线所表示的内部子线圈213′取代，其中所述内部线圈213包括内部子线圈213及有源屏蔽212。新颖的内部子线圈213′利用至少一直尚未被使用的容积。这样未被使用的容积位于患者台216下面以及盖214的上面，在轴向上位于RF线圈219外部的区域中所述容积将线圈系统210与检查室217分开。在这些区域中内部子线圈213′的内部边界被移位向轴218，这样它在下部平行于轴218延伸而在上部平行于盖214延伸。线圈系统210以及显著地内部子线圈213′被如此设置以便于相对于中央平面221对称，这样场条件被简化。图2中RF线圈的操作模式及配置对应于图1中RF线圈的操作模式和配置，且图2中结合屏蔽212的部件213′对应于图1中的梯度线圈3，5或7。
在轴向方向上延伸超出RF线圈219的区域中，内部子线圈213′与轴218之间的距离大于或等于RF线圈219与轴218之间的距离，这样患者215可用的检查空间217排他地由RF线圈来确定且由于新颖的内部子线圈213′而没有得到减少。
梯度线圈系统或梯度线圈装置的线匝分布可以借助于数字方法(S.Pissanetzky Meas.Sci.Technol.3(1992)，p.667 ff.)被加以计算。因此与传统的标准系统相比，取得大约35％的线圈能量的降低。
总体上，本发明提供一种由下述特征和优点来表征的线圈系统：
获得较低的能量消耗，因此降低了梯度放大器的成本，
可以产生较高的梯度，而无需修改梯度放大器。此外，患者可用的检查空间没有被减少。
参考清单
3，5，7   梯度线圈
11        RF发射器线圈
12        RF接收器线圈
13        正交解调器
14        模拟数字转换器
15        监视器
16        图像处理单元
17        控制单元
18        RF产生器
19        放大器
20        梯度波形产生器
21，22，23梯度放大器
210       线圈系统
211       致冷器
212       有源屏蔽
213，213′内部子线圈
214       盖
215       患者
216       患者台
217       检查空间
218       z轴(稳定磁场的方向)
219       RF线圈
220       梯度放大器
221       对称平面

Claims (6)

1.一种用于遵照自旋共振或磁共振(MR)方法而操作的装置的线圈系统(210)，所述线圈系统(210)围绕沿着轴(218)延伸且旨在容纳患者(215)的检查空间(217)，并且包括内部RF线圈(219)，从外部围绕RF线圈(219)且在轴向方向上从两侧突出超出RF线圈(219)的内部子线圈(213′)，以及从外部围绕内部子线圈(213′)并且与内部子线圈(213)结合构成梯度线圈装置的有源屏蔽(212)，其特征在于：为了减少梯度线圈系统(213′，212)所需要的能量，存在于内部子线圈(213′)和有源屏蔽(212)之间的容积被扩大，以便于在RF线圈(219)两侧的区域中较在RF线圈的区域中，在垂直于轴(218)方向上内部子线圈(213′)的横断面较小。
2.根据权利要求1的线圈系统，其特征在于：为了将患者(215)引入到检查空间(217)内，在检查空间(217)下部提供有患者台(216)，所述患者台(216)沿着轴(218)可被位移，并且在轴向方向上在延伸超出RF线圈(219)的区域中，内部子线圈(213′)的内部边界优选地平行于轴(218)延伸。
3.根据权利要求2的线圈系统，其特征在于：在检查空间(217)的上部由盖(214)将线圈系统与检查空间(217)分开，在轴向方向上在延伸超出RF线圈(219)的区域中所述盖(214)向外开口，并且在轴向方向上在延伸超出RF线圈(219)的区域中内部子线圈(213′)的内部边界平行于所述盖延伸。
4.根据权利要求1的线圈系统，其特征在于：在轴向方向上在延伸超出RF线圈(219)的区域中，内部子线圈(213′)与轴(218)之间的距离大于或等于RF线圈(219)与轴(218)之间的距离。
5.根据权利要求1的线圈系统，其特征在于：内部子线圈(213′)相对于垂直于轴(218)延伸的中央平面(221)是对称的。
6.一种MR装置，包括线圈系统(210)，所述线圈系统(210)用于产生均匀且稳定的磁场，它的强度限定Larmor频率；以及用于产生RF脉冲且用于接收在待检目标(215)中所产生的MR信号，特征在于所述线圈系统(210)如权利要求1所公开的而构成。
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