CN202217565U - 用于磁共振成像系统的电感器组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型名称为用于磁共振成像系统的电感器组件。电感器组件(30)包括具有第一端(42)和相对的第二端(44)的电导体(40)，以及多个匝(46)，每个匝具有第一瓣(62)和第二瓣(64)，该电导体形成为双纽线的形状。本文还描述了包括双纽线形电感器(16)的射频(RF)线圈(12)以及包括该双纽线形电感器的磁共振成像(MRI)系统。

Description

用于磁共振成像系统的电感器组件

技术领域

本文公开的主题大体上涉及射频(RF)线圈，并且更具体地涉及用在RF线圈中的电感器。

背景技术

磁共振成像(MRI)系统包括磁体，例如产生时间上不变的(即均匀以及静态的)主要或主磁场的超导磁体等。MRI数据采集通过使用磁梯度线圈在主磁场内激发磁矩完成。例如，为了对感兴趣区域成像，激励磁梯度线圈以强加磁梯度到主要磁场。然后脉冲化发射射频(RF)线圈以在MRI扫描仪的内孔中形成RF磁场脉冲以选择性地激发对应于感兴趣区域的体积以便使用接收RF线圈采集感兴趣区域的MR图像。在发射RF磁场脉冲期间，将接收RF线圈去耦合或失谐。使用去耦合电路实现接收线圈阵列的去耦合，该去耦合电路包括与电容器并联连接的电感器。该电感器和电感器还可在相控阵列电路中串联组合或者单独使用作为DC线路中、T/R开关中和/或多路复用板(MuxBorad)的RF电流的扼流圈(choke)。由这些电感器展现的磁场必须约束在它们的物理尺寸内使得在电感器和电路中的其它部件之间没有耦合发生。

常规的RF线圈通常包括许多电感器，其典型地通过形成并联的谐振槽路(resonant tank circuit)与电容器谐振。通常，当电容器的电抗大致上等于电感器的电抗时该槽路处于谐振中。

在工作期间，利用具有相对好的磁场约束的电感器是可取的。然而，由于常规电感器的结构，常规电感器可展现磁偶极辐射。例如，已知闭环是磁偶极的极好示例。分解为多极的该闭环只具有对应于该磁偶极的第一项，不同于零。通过沿着轴线重复环的几何结构，形成具有增加的偶极矩并且与匝数成比例的螺旋。常规的约束该类型的电感器的方法是使端部汇合，从而形成环面形电感器。然而，常规的环面形电感器不完全约束磁场。相反，在工作中，常规的环面形电感器具有小的但重要的磁偶极辐射分量，其由在环面表面周围包绕单个导体的倾斜引起。该倾斜形成某种磁偶极辐射，其可影响常规环面形电感器到相邻部件的耦合。

实用新型内容

根据一个实施例，提供电感器。该电感器包括具有第一端和第二端的电导体，该电导体形成双纽线的形状。

根据另一实施例，提供射频(RF)线圈。该RF线圈包括电容器和耦合于该电容器的电感器。该电感器包括具有第一端和第二端的电导体，该电导体形成双纽线的形状。

根据又一实施例，提供MRI系统。该MRI系统包括RF线圈。RF线圈包括电容器和耦合于该电容器的电感器。该电感器包括具有第一端和第二端的电导体，该电导体形成双纽线的形状。

附图说明

图1是根据各种实施例形成的示例性槽路的简化示意图。

图2是根据各种实施例形成的示例性电感器组件的顶透视图。

图3是图2所示的示例性电感器组件的侧视图。

图4是图2所示的示例性电感器组件的顶视图。

图5是图2-4所示的示例性电感器的一部分的侧视图。

图6是示例性医学成像系统的示图，其可以与根据各种实施例形成的示例性电感器组件一起利用。

图7是图6所示的医学成像系统的示意框图。

具体实施方式

前述的实用新型内容部分以及某些实施例的下列详细说明，在结合附图阅读时将更好地理解。就附图图示各种实施例的功能块的图来说，功能块不一定是指示硬件电路之间的划分。因此，例如，功能块(例如，处理器、控制器或存储器)中一个或多个可在单件硬件(例如，通用信号处理器或随机存取存储器、硬盘等等)或多件硬件中实现。类似地，程序可是独立程序，可在操作系统中包含为子例程，可是安装的软件包中的功能等。应当理解各种实施例不限于附图中所示的设置和工具。

如本文使用的，以单数列举的并且具有单词“一”在前的元件或步骤应该理解成不排除复数个所述元件或步骤，除非明确地规定这种排除。此外，对“一个实施例”的提及不意在解释为排除也包含列举的特征的另外实施例的存在。此外，除非对相反情况的明确记载，“包括”或“具有”具有特定性质的元件或多个元件的实施例可包括不具有该性质的另外元件。

本文描述的各种实施例提供可被利用以形成具有电容器的谐振电路的电感器组件。该谐振电路可在射频(RF)线圈中利用。通过实践至少一个实施例，本文描述的电感器组件可在安装到MRI系统中之前调谐，从而减少与安装和调谐相关的时间和人力成本。各种电感器组件可连同以不同频率工作、从而具有不同的波长的不同类型的磁共振线圈(例如表面线圈)实现。

图1是示例性槽路10的示意图，该槽路10形成示例性RF线圈12的一部分。本文使用的槽路是谐振或调谐电路，其包括电容器14和电感器16。在本文中槽路10还可称为并联谐振槽。在工作中，当由源18代表的电流被传送通过槽路10时，电流能够在电容器14和电感器16之间以槽路10的谐振频率f交替。在工作中，当电容器14的电抗大致上等于电感器16的电抗时，槽路10处在谐振中。因此，基于期望的系统共振频率f选择电容器14和电感器16的值。

更具体地，因为感抗(inductive reactance)随系统频率f的增加而增加，并且容抗随系统频率f的增加而减小，存在其中容抗大致上等于感抗时的频率。在示例性实施例中，电感器16的感抗X_L可根据以下确定：

X_L＝2πf₀L；                方程式1

其中：f是系统频率；并且

L是电感器16的电感值。

电容器14的容抗X_C可根据以下确定：

$X_C=\frac{1}{2\mathrm{\πfC}}$ 方程式2

$2\mathrm{\πfL}=\frac{1}{2\mathrm{\πfC}}$ 方程式3

其中：f是系统频率；并且

C是电容器14的电容值。

在示例性实施例中，如果槽路10形成RF线圈12的一部分，那么系统频率基于在利用RF线圈12的系统的工作频率预先确定。例如，在一个实施例中，RF线圈12配置成与MRI成像系统一起利用。因此，基于该MRI成像系统的系统频率f确定槽路10的谐振频率。因为例如电容器14等电容器例如形成RF线圈12的一部分并且用来调谐RF线圈，电容器14的电容值典型地预先确定并且保持不变。因此，由于系统频率f和电容器14的值通常已知并且固定，具有使槽路10能够以系统频率f谐振的电感值的例如电感器16等电感器与电容器14并联耦合。

更具体地，如果已知系统频率f，并且已知选择与电感器组件一同使用的电容器的电容值，电感器的值可根据以下确定：

$L=\frac{1}{{\left(2\mathrm{\πf}\right)}^{2}C}$ 方程式4

例如，假设确定系统共振频率f为128兆赫兹(MHz)。此外，例如假设选择为与该系统一同使用的电容器14的电容值是10皮法拉(pF)，那么根据以下确定电感器16的所得电感：

$L=\frac{1}{{(2\mathrm{\π}*128*{10}^6)}^2*(10*{10}^{-12})}$ 方程式5

图2是示例性电感器组件30的透视图，该电感器组件30可与图1所示的根据各种实施例的槽路10一同使用。图3是图2所示的示例性电感器组件30的侧视图。图4是图2所示的示例性电感器组件30的顶视图。如图2所示，关于X轴、Y轴和Z轴图示电感器组件30。在示例性实施例中，X轴和Y轴沿着与形成弯曲电导体部分的点的轨迹相交的平面展开，该弯曲电导体部分在该实施例中为数字8形状的曲线。此外，Z轴垂直于X轴和Y轴。

因此，电感器组件30包括具有第一端42和相对的第二端44的电导体40。在制造期间，导体40形成为双纽线形电感器。如本文使用的双纽线形指的是包括多个数字8的或∞形状的曲线的导体。因此，电感器组件30包括多个匝46，其每个具有大致上数字8的形状。匝46的数量基于选择的电感器组件30的期望电感值确定。例如，电感器组件30包括N个产生或限定预定自感的匝46。为了增加自感，电感器组件30包括更多的匝46。为了减少自感，电感器组件30包括更少的匝46。应当认识到增加或减少匝46的数量，增加或减少导体40的总长度，从而改变电感器组件30的自感值。

如图2所示，导体40包括N个匝46，其中每个匝46跨越大约360度。因此，导体40具有大约N*360度的总长度。在示例性实施例中，第一端42和相对的第二端44每个都耦合到电容器，例如图1所示的电容器14。

参照图4，电感器组件30具有延伸通过其的开口50。该开口50沿着Z轴形成。该开口50具有直径52。在示例性实施例中，直径52大致上类似于示例性RF电缆56的外部直径54。因此，在该实施例中，RF电缆56配置成插过开口50使得电感器组件30大致上外切RF电缆56。

图5是图2-4所示的电感器组件30的单个匝46的侧视图。在该示例性实施例中，匝46形成如数字8以包括第一瓣62和第二瓣64。第一瓣62中的磁通量70定向为与第二瓣64中的磁通量72相反的方向。因此，由导体40的倾斜产生的额外磁偶极辐射大致上被抵偿掉。在一个实施例中，磁通量70从页面向上延伸并且磁通量72示为向下延伸进入图5的页面。

每个匝46包括由两个固定点66和68(例如称为焦点)形成的轨迹60。在该示例性实施例中，双扭线是由两个已知为焦点的给定点F₁(66)和F₂(68)(彼此距离2a)限定为点P的轨迹使得PF₁·PF₂＝a²的平面曲线。因此，每个匝46在轨迹60上是重叠的并且具有类似于数字8和/或符号∞的形状。双扭线可用双曲线(hyperbola)的逆变换形成，具有以双曲线的中心(例如在轨迹60)为中心的反转圆环。如上文所讨论的，形成具有大致上0的总磁矩的电感器同时保持特定自感是可取的。例如，在磁共振成像(MRI)系统中，类似电感器和电容器的电抗部件的RF耦合特性用来建造相控阵列线圈。因此，利用对RF辐射大致上“不可见”的电感器是可取的。如本文使用的RF不可见性可表示例如电感器组件30的电感器具有相对约束的磁场模式(magnetic field pattern)。

例如，常规闭合轮廓天线的接收和发射特性可分别通过磁场和电场的磁和电多极膨胀来描述。因此发射和接收天线必须具有非常高的电矩和磁矩。从而，为了制造例如电感器组件30的“不可见”的电感器，第一位考虑将磁偶极辐射最小化，第二位将四级辐射(quadrupoleradiation)最小化，等等。

因此，在示例性实施例中，电感器组件30的磁偶极限定为：

$m=\frac{1}{2}\∫r\×\mathrm{jdv}$ 方程式6

其中：m是磁偶极；

r是径向量；并且

j是电流向量。

假设电感器组件30在三维坐标系上的空间中表示，那么电感器组件30上的每个点由径向量r限定。径向量r开始于坐标系的原点并且终止于电感器组件30上的点。因此，对于电感器组件30上的每个点有径向量r。另外，j是在电感器组件30上的每个点r的电流。在示例性实施例中，j向量指向正切于r向量方向的方向。因此积分r和j的向量积产生代表磁矩的另一向量。如方程式6所示，对整个电感器组件30积分r和j的向量积以产生电感器30的多个磁矩。

然后电感器组件30的电感根据以下限定：

$L=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}\∫\∫\frac{j\left(r\right)j\left(r^{\′}\right)}{|r-r^{\′}|}\mathrm{drd}{r}^{\′}$ 方程式7

其中：L是电感器组件30的自感；

r是电感器组件30上的第一点；

r′是电感器组件30上的第二不同点；并且

μ₀是真空中空气的磁导率(permeability)。

在工作期间，通过最小化方程式6中的磁偶极并且最大化方程式7中的电感，电感器组件30具有相对低的RF发射率(感受性)以及相对高的自感。因此，再次参照图5，在工作期间，在数字8形状的双纽线的两个瓣62和64中磁矩定向在相反的方向上，并且由导体40的倾斜产生的额外磁偶极辐射大致上被抵消。该倾斜表示导体40缠绕在双纽线形中的角度。更具体地，如图2所示缠绕导体40使得导体40的一部分从Z轴偏移。即，该导体不完全垂直于X轴和Y轴。该偏移本文称之为倾斜。

在示例性实施例中，电感器组件30的自感用以下所示的表1说明。

	线轴	环面	电感器组件30
				Mx，(μAm)	0	0	0
My，(μAm)	15	0	0
				Mz，(μAm)	452.2	56.2	30.6
L，(nH)	203.4	91.2	55.9

表1

Mx是沿x轴的磁矩，My是沿y轴的磁矩，并且Mz是沿z轴的磁矩，全部都显示在图2中。如表1中所示，沿着电感器组件30的x轴和y轴的磁矩大致上为0。此外，电感器组件30的总自感大致上小于线轴电感器或环面电感器的自感。因此，电感器组件30具有高度约束的磁场，同时仍提供改进的电感特性。

本文描述的电感器的各种实施例可提供为例如图6所示的成像系统200的医学成像系统的一部分，或者与其一同使用。应当意识到尽管成像系统200图示为单一形态成像系统，可在多形态成像系统中或用其来实现各种实施例。成像系统200图示为MRI成像系统并且可与不同类型的医学成像系统相结合，例如计算机断层扫描(CT)、正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)、以及超声系统或任何其它能够产生图像(特别是人的图像)的系统等。此外，该各种实施例不局限于用来对人受检者成像的医学成像系统，而可包括用来对非人对象、行李等等成像的兽医或非医学系统。

参照图6，成像系统200包括具有成像单元204(例如，成像扫描仪)的成像部分202以及可包括处理器208或其它计算或控制器装置的处理部分206。特别地，该成像单元204使成像系统200能够扫描对象或患者210以采集图像数据，其可以是对象或患者210的全部或部分的图像数据。该成像单元204包括扫描架212，其具有一个或多个允许采集图像数据的成像部件(例如，在扫描架212内的磁体或磁体绕组)。在多形态成像系统中，除了用来磁共振成像的磁体之外，可提供用于计算机断层扫描成像的X射线源和探测器，或者用于核医学成像的伽马射线拍摄装置。成像部件产生代表图像数据的信号，其可以通过可以是有线或无线的通信链路214传送到处理部分206。在由成像单元204成像扫描期间，扫描架212和安装在其上或其中的成像部件可保持静止或围绕或沿着限定通过内孔216的检查轴线的旋转中心旋转。患者210可使用例如电动台218安置在扫描架212内。

在工作中，成像部件中一个或多个的输出发送到处理部分206，反之亦然，其可包括通过控制接口220发送信号到处理器208或从处理器208发送信号。处理器208还可基于用户的输入或预定的扫描产生用来控制电动台218或成像部件的位置的控制信号。在扫描期间，例如来自成像部件的磁共振图像数据等图像数据可通过数据接口222经由控制接口220传送到处理器208，该图像数据如由在图6中图示为躯干表面线圈阵列的表面线圈224采集。

用来采集和处理数据的处理器208和相关硬件和软件可以共同称为工作站230。该工作站230包括键盘232和/或例如鼠标、指针等等的其它输入装置，以及显示装置234。该显示装置234显示图像数据并且如果可以用触摸屏的话可接受来自用户的输入。

图7是图6所示的成像系统200的示意框图。在该示例性实施例中，成像系统200还包括由支撑在磁体线圈支撑结构上的磁性线圈形成的超导磁体240。然而，在其它实施例中，可使用不同类型的磁体，例如永磁体或电磁体。容器242(还称之为低温恒温器)环绕超导磁体240并且填充有液氦以冷却超导磁体240的线圈。围绕容器242的外表面和超导磁体240的内表面提供热绝缘体244。在超导磁体240内部提供多个磁梯度线圈246并且在该多个磁梯度线圈246内部提供RF发射线圈248。在一些实施例中，RF发射线圈248可用本文更详细描述的发射和接收线圈来替代。扫描架212内部的部件一般形成成像部分202。应当注意到尽管超导体240是圆柱形状的，可以使用磁体的其它形状。

处理部分206通常还包括控制器250、主磁场控制252、梯度场控制254、存储器256、显示装置234、发射-接收(T-R)开关260、RF发射器262以及接收器264。在示例性实施例中，RF电缆56耦合在TR开关260和扫描架212之间。此外，RF电缆56配置成插过电感器组件30的开口50，使得电感器组件30大致上外切RF电缆56。

在工作中，例如要成像的患者210(如图6所示)或人体模型的等对象体放置在内孔216中且在例如电动台218(如图6所示)或其它患者台的适合支撑上。超导磁体240横跨内孔216产生均匀并且静态的主磁场B_o。由控制器250经由主磁场控制252控制内孔216中及相应地患者210中的电磁场的强度，其还控制到超导磁体240的激励电流的供应。

提供包括了一个或多个梯度线圈元件的磁梯度线圈246使得，磁梯度能够在三个正交方向x、y和z中的任意一个或多个上加在超导磁体240内部的内孔216中的磁场B_o上。磁梯度线圈246由梯度场控制254激励并且还由控制器250控制。

设置可包括多个线圈(例如共振表面线圈(resonance surface coil))的RF发射线圈248以发射磁脉冲和/或如果还提供接收线圈元件(例如配置成RF接收线圈的表面线圈224(图6中所示)等)的话可选地同时探测来自患者210的MR信号。此外，本文描述的电感器组件可耦合到图7所描述的成对发射或接收线圈之间。RF发射线圈248和接收表面线圈224可选择性地通过T-R开关260分别互连到RF发射器262或接收器264中之一。RF发射器262和T-R开关260由控制器250控制使得RF场脉冲或信号由RF发射器262产生并且选择性地施加于患者210用于在患者210中激发磁共振。在示例性实施例中，本文描述的任何电感器组件可与图8中所示的RF线圈一起利用。

施加RF脉冲之后，再次开动T-R开关260以从RF发射器262去耦合RF发射线圈248。探测的MR信号进而传送到控制器250。控制器250包括处理器(例如，图像重建处理器)，例如处理器208(图14中所示)，其控制MR信号的处理以产生代表患者210图像的信号。

代表图像的处理过的信号还发送到显示装置234以提供图像的视觉显示。特别地，MR信号填充或形成k-空间，其傅立叶变换以获得可视的图像。然后代表图像的处理过的信号发送到显示装置234。

本文描述的电感器的技术效果是提供具有改进磁场约束的电感器。该电感器形成为双纽线形状使得在双纽线电感器的两个瓣中磁通量定向在相反的方向。从而，通过导线倾斜产生的额外磁偶极辐射被消除。本文描述的各种实施例的电感器具有紧凑的形状并且不利用防护，因为磁场大致上约束在电感器内。在工作中，磁场线在数字“8”形状的截面的上侧和下侧定向在相反的方向，从而使得残余磁偶极辐射被消除。在一个示例性实施例中，电感器组件安装在RF电缆57周围。

要理解上文描述意在说明性而非限制性的。例如，上文描述的实施例(和/或其的方面)可互相结合使用。另外，可做出许多修改以使特定情况或材料适应各种实施例的教导而没有偏离它们的范围。然而本文描述的材料的尺度和类型意在限定各种实施例的参数，它们绝不是限制性的并且仅仅是示范性的。当回顾上文的说明时，许多其他的实施例对于本领域内技术人员将是明显的。各种实施例的范围因此应该参照附上的权利要求与这样的权利要求拥有的等同物的全范围确定。在附上的权利要求中，术语“包含”和“在...中”用作相应术语“包括”和“其中”的易懂语言的等同物。此外，在下列权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标号，并且不意在对它们的对象施加数值要求。此外，下列权利要求的限制没有以部件加功能格式书写并且不意在基于35U.S.C§112的第六段解释，除非并且直到这样的权利要求限制明确地使用跟着功能陈述而没有另外的结构的短语“用于...的部件”。

该书面说明使用示例以公开各种实施例，其包括最佳模式，并且还使本领域内技术人员能够实践各种实施例，包括制作和使用任何装置或系统和执行任何包含的方法。各种实施例的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想到的其他示例。这样的其他示例如果示例具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者示例包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。

部件列表

10	槽路	12	RF线圈
				14	电容器	16	电感器
18	源	30	电感器组件
				40	导体	42	第一端
44	第二端	46	40包括N个匝
				50	开口	52	直径
54	外径	56	RF电缆
				60	轨迹	62	第一瓣
64	第二瓣	66	固定点
				68	固定点	200	成像系统
204	成像单元	206	处理部分
				208	处理器	210	患者
212	扫描架	214	通信链路
				216	内孔	218	电动台
220	控制接口	222	数据接口
				224	接收表面线圈	230	工作站
232	键盘	234	显示装置
				240	超导磁体	242	容器
244	热绝缘体	246	磁梯度线圈
				248	RF发射线圈	250	控制器
252	主磁场控制	254	梯度场控制
				256	存储器	260	T-R开关
262	RF发射器	264	接收器

Claims (10)

1.一种电感器(16)，其特征在于，所述电感器包括：

具有第一端(42)和相对的第二端(44)的电导体(40)；以及

多个匝(46)，每个匝具有第一瓣(62)和第二瓣(64)，所述电导体形成为双纽线的形状。

2.如权利要求1所述的电感器(16)，其特征在于，所述电感器进一步包括延伸通过所述电感器的开口(50)，所述开口的大小能通过其中收纳RF电缆(56)。

3.如权利要求1所述的电感器(16)，其特征在于，所述第一和第二端(42，44)配置成电耦合到电容器(14)。

4.如权利要求1所述的电感器(16)，其特征在于，所述第一瓣(62)的磁通量定向在第一方向，所述第二瓣(64)中的磁通量定向在相反的第二方向。

5.如权利要求1所述的电感器(16)，其特征在于，在所述第一瓣(62)中产生的磁通量大致上与在所述第二瓣(64)中产生的磁通量相同，使得在所述第一瓣中的磁通量大致上抵消所述第二瓣中的磁通量。

6.如权利要求1所述的电感器(16)，其特征在于，所述第一瓣(62)与所述第二瓣(64)对称。

7.如权利要求1所述的电感器(16)，其特征在于，所述电感器包括N个数字8的匝(46)，匝的数量取决于预定的电感值。

8.一种射频(RF)线圈(12)，其特征在于，所述射频线圈包括：

电容器(14)；以及

耦合到所述电容器的电感器(16)，所述电感器组件(30)包括

具有第一端(42)和相对的第二端(44)的电导体(40)；以及

多个匝(46)，每个匝具有第一瓣(62)和第二瓣(64)，所述 电导体形成为双纽线的形状。

9.如权利要8所述RF线圈(12)，其特征在于，所述电感器(16)进一步包括延伸通过其中的开口(50)，所述开口的大小能够收纳通过其中的RF电缆(56)。

10.如权利要求8所述的RF线圈(12)，其特征在于，所述第一和第二端(42，44)配置成与所述电容器(14)并联电耦合。 

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