專利名稱：射頻主體線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁共振(MR)成像系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種用在磁共振成像系統(tǒng)中的射頻(RF)線圈系統(tǒng)。
磁共振(MR)成像系統(tǒng)基于所檢測(cè)到的來自進(jìn)動(dòng)的核磁矩的射頻(RF)信號(hào)對(duì)在成像空間中的患者或其它物體進(jìn)行成像。主磁體在成像空間中產(chǎn)生靜止磁場(chǎng)或B0磁場(chǎng)。類似地，在MR成像系統(tǒng)中使用梯度線圈以在所選擇的MR成像數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)沿著在靜止磁場(chǎng)B0中的相互正E交的x、y、z坐標(biāo)方向上快速地產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度。同時(shí)，射頻(RF)線圈在成像空間中產(chǎn)生垂直于磁場(chǎng)B0的RF磁場(chǎng)脈沖(稱為B1磁場(chǎng))以激發(fā)原子核。由此將原子核激發(fā)到以共振RF頻率沿著一個(gè)軸進(jìn)動(dòng)。當(dāng)對(duì)這些核自旋施加適當(dāng)?shù)淖x出磁場(chǎng)梯度時(shí)，它們產(chǎn)生與空間相關(guān)的RF響應(yīng)信號(hào)。RF線圈也能夠檢測(cè)進(jìn)動(dòng)的核自旋的RF響應(yīng)信號(hào)并將所檢測(cè)到的信號(hào)提供給MR成像系統(tǒng)。MR成像系統(tǒng)結(jié)合所檢測(cè)到的RF響應(yīng)信號(hào)以提供在成像空間中的人體或物體一部分的圖象。
為產(chǎn)生精確的圖象，在成像空間中需要使靜止B0磁場(chǎng)、磁場(chǎng)梯度和由RF線圈產(chǎn)生的B1磁場(chǎng)在空間上均勻。通常，為產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)和梯度，主磁體和梯度和RF線圈為完全包圍患者的圓柱形。在這種系統(tǒng)中，磁場(chǎng)B0一般為橫向，并與圓柱體的孔的縱軸線平行。圓柱形完全包圍患者確保在成像空間中產(chǎn)生高度均勻的磁場(chǎng)。然而，圓柱形結(jié)構(gòu)有如下不足接近患者和成像空間受到嚴(yán)重的限制。在成像掃描過程中醫(yī)生進(jìn)行交互式檢查，即使不是不可能的話，這種圓柱形的幾何結(jié)構(gòu)也使得進(jìn)行這種檢查變得十分困難。此外，許多患者發(fā)現(xiàn)這種常規(guī)的MR系統(tǒng)的圓柱形孔很狹窄，限制了能夠檢查的患者的大小，并且還能夠使某些患者導(dǎo)致幽閉恐怖癥反應(yīng)。因此，需要一種結(jié)構(gòu)能夠替代常規(guī)的圓柱形結(jié)構(gòu)。
為滿足這種需要，人們研制了開放式的成像系統(tǒng)。在開放式的成像系統(tǒng)中，容易接近成像空間，并且對(duì)醫(yī)生和病人都是打開的。這就允許接近成像空間進(jìn)行醫(yī)療檢查，并減輕某些患者的幽閉恐怖癥反應(yīng)。一些開放式的MR系統(tǒng)采用兩個(gè)盤狀磁極件，這兩個(gè)盤狀磁極件設(shè)置在具有豎直B0磁場(chǎng)的成像空間的相對(duì)側(cè)面。這種系統(tǒng)具有平的盤狀RF線圈和梯度線圈。開放式MR系統(tǒng)使醫(yī)生或患者能夠在兩個(gè)盤狀磁極件之間的空間中多次出入。其它的開放式的MR系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)置在成像空間的一個(gè)側(cè)面中的兩個(gè)環(huán)形磁極件。當(dāng)施加水平磁場(chǎng)B0時(shí)，患者/醫(yī)生能夠通過在環(huán)中的孔或側(cè)面接近成像空間。由于磁極件為環(huán)形，相應(yīng)的梯度線圈和RF線圈也要求具有類似的形狀和平面以使在磁極件之間的空間最大。因此，開放式的MR系統(tǒng)減輕了常規(guī)的封閉系統(tǒng)固有的進(jìn)出困難并容易導(dǎo)致幽閉恐怖癥的問題。
然而開放式MR系統(tǒng)也存在如下的缺陷在成像空間中更難產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)。具體地說，在開放式MR系統(tǒng)中很難滿足所要求的RF線圈和其它部件的平面性。類似地，由于開放式MR系統(tǒng)并不完全包圍患者，因此很難使實(shí)現(xiàn)靜止磁場(chǎng)B0、磁場(chǎng)梯度和磁場(chǎng)B1的高度均勻性。
這種開放式系統(tǒng)RF線圈的一個(gè)實(shí)例為雙蝶形結(jié)構(gòu)，這種雙蝶形結(jié)構(gòu)在靠近導(dǎo)體附近所產(chǎn)生的磁場(chǎng)特別不均勻。也可以應(yīng)用具有輪輻式結(jié)構(gòu)的扁平鳥籠式設(shè)計(jì)，但在靠近導(dǎo)體附近也是不均勻的。如這里所引用的，一種具有高度均勻性的磁場(chǎng)B1的系統(tǒng)對(duì)穿過成像空間中的RF信號(hào)具有基本相等的靈敏度。當(dāng)磁場(chǎng)B1是非均勻的時(shí)，在非均勻磁場(chǎng)區(qū)中的靈敏度增加或降低。這種增加或降低導(dǎo)致所檢測(cè)的信號(hào)更強(qiáng)或更弱，由此在重構(gòu)的MR圖象中產(chǎn)生亮點(diǎn)或暗點(diǎn)。因此，例如在典型的雙蝶形或扁平鳥籠式結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)體附近的區(qū)域比成像空間中的其它部分中的靈敏度更高，因而在圖象中產(chǎn)生了很亮的區(qū)域或熱點(diǎn)。
此外，常規(guī)的平面RF線圈結(jié)構(gòu)的其它不足如下在成像空間的外部的靈敏度不能迅速降低，這就導(dǎo)致在成像空間外部的RF磁場(chǎng)影響成像。在成像空間中，將磁場(chǎng)B0、梯度磁場(chǎng)和RF磁場(chǎng)設(shè)計(jì)得盡可能地均勻。而在成像空間的外部磁場(chǎng)的均勻性沒有得到控制。因此，在成像空間的外部區(qū)域中，非均勻B0和B1磁場(chǎng)和線性梯度磁場(chǎng)的疊加可能使信號(hào)產(chǎn)生混淆，而在成像空間外部的區(qū)域產(chǎn)生具有與在成像空間里面的區(qū)域相同頻率的信號(hào)。這些外部信號(hào)可以被檢測(cè)到并在圖象中產(chǎn)生亮點(diǎn)。通過使在成像空間外部的RF磁場(chǎng)靈敏度急劇降低，減少在成像空間的外部的磁場(chǎng)與在成像空間里面的磁場(chǎng)的相互干擾。在典型的已有技術(shù)中，返回電流通路經(jīng)過RF屏蔽，實(shí)際上是經(jīng)過直導(dǎo)體的直段。這就沿著線圈的中心產(chǎn)生了直的返回電流通路，而這里的返回電流路徑并不能使靈敏度急劇降低。同樣地，電流RF線圈一般在成像空間外部產(chǎn)生雜散的RF磁場(chǎng)，這種雜散磁場(chǎng)以及非線性梯度線圈和非均勻性磁體能夠使來自成像空間外部的信號(hào)疊加到圖象中。因此，在MR系統(tǒng)中，比較理想的是使在成像空間外部的靈敏度急劇降低以便來自成像空間外部的信號(hào)不影響圖象。
除了這些缺陷以外，開放式MRI系統(tǒng)的RF線圈結(jié)構(gòu)還具有許多其它限制。例如，RF線圈的直徑通常限制在磁極件的直徑內(nèi)。平面RF線圈直徑和該線圈到成像空間的等角點(diǎn)(iso-center)的距離影響線圈產(chǎn)生均勻的RF磁場(chǎng)的能力。例如，當(dāng)RF線圈的直徑大于或等于從RF線圈到成像空間的等角點(diǎn)的距離時(shí)，RF線圈容易在成像空間里面產(chǎn)生均勻的RF磁場(chǎng)。如上所述，由于RF線圈的平面性導(dǎo)致了均勻性的問題，限制可允許的RF線圈的直徑將增加解決該問題的難度。
此外，平面RF線圈沒有包圍成像空間的圓柱形線圈的效率高。由于平面RF線圈的效率低，它們就要求比封閉式的MR系統(tǒng)更大的功放。此外，要求更大的功率可能增加由RF產(chǎn)生的RF磁場(chǎng)的特定吸收率(SAR)。如本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員所公知，SAR與能夠被醫(yī)務(wù)工作人員或患者所吸收的電磁能量水平有關(guān)，這些醫(yī)務(wù)工作人員或患者是在MR系統(tǒng)的發(fā)射RF線圈中或附近。例如，在美國(guó)由食品及藥物管理局(FDA)對(duì)SAR作出了限制。如上所述，由于開放式MR系統(tǒng)要求空間緊湊，RF線圈必然地相當(dāng)?shù)亟咏颊弑砻妗Ｒ虼?，限制SAR能夠限制允許RF線圈使用的功率大小。
依據(jù)本發(fā)明，用于核磁共振成像系統(tǒng)中的RF人體線圈具有第一和第二組主通路導(dǎo)體，該第一和第二組主通路導(dǎo)體連接到第一和第二返回通路導(dǎo)體來傳遞電流以在成像空間中產(chǎn)生具有所需的均勻性的B1磁場(chǎng)。第一組主通路導(dǎo)體與第二組主通路導(dǎo)體平行地間隔開，并且相對(duì)于RF線圈的中分線對(duì)稱地設(shè)置。此外，第一和第二返回通路導(dǎo)體都提供電流返回通路，并且它們都徑向地定位在第一和第二組主通路導(dǎo)體外部，以使在成像空間外部所需的靈敏度降低。在每個(gè)第一和第二組主通路導(dǎo)體中的每個(gè)導(dǎo)體都并聯(lián)，同時(shí)第一和第二返回通路導(dǎo)體都串聯(lián)到每個(gè)第一和第二組主通路導(dǎo)體?？扇〉氖牵谝缓偷诙魍穼?dǎo)體都在第一平面中，而第一和第二返回通路導(dǎo)體都在第二平面中，這里第一平面更靠近成像空間，并且實(shí)際上與第二平面間隔開，以在成像空間中提供所需的特定吸收率(SAR)。因此，導(dǎo)體的間隔和在第一與第二組主通路導(dǎo)體內(nèi)的導(dǎo)體之間的預(yù)定電流放大率產(chǎn)生了所需的均勻性。
依據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明包括與MR磁體結(jié)合使用的RF線圈系統(tǒng)，該MR磁體包括設(shè)置在成像空間的相對(duì)側(cè)面上的一對(duì)磁極件。RF線圈系統(tǒng)包括設(shè)置在成像空間的相對(duì)側(cè)面上的一對(duì)RF線圈部件。這里每個(gè)RF線圈部件都具有許多導(dǎo)電環(huán)。每個(gè)RF線圈部件的導(dǎo)電環(huán)都具有用于傳遞電流的第一和第二組主通路導(dǎo)體段，以在成像空間中建立具有所需均勻性的磁場(chǎng)B1。第一和第二組主通路導(dǎo)體段平行地設(shè)置，并且在第一平面中相對(duì)于中心線彼此對(duì)稱，而在每個(gè)第一和第二組主通路導(dǎo)體段內(nèi)的每個(gè)導(dǎo)體并聯(lián)連接。導(dǎo)電環(huán)也包括用于提供電流返回通路的第一和第二返回通路導(dǎo)體段。每個(gè)返回通路導(dǎo)體段串聯(lián)到第一和第二組主通路導(dǎo)體段的相對(duì)端。每個(gè)第一和第二返回通路導(dǎo)體段徑向地配置在第二平面中的主通路導(dǎo)體外部，該第二平面與第一平面基本平行并且間隔開。平面之間的間隔關(guān)系提供了在成像空間中所需的SAR。
在每個(gè)導(dǎo)電環(huán)中，每個(gè)第一和第二組主通路導(dǎo)體段具有至少傳遞第一電流的第一直導(dǎo)體和傳遞第二電流的第二直導(dǎo)體，其中第一直導(dǎo)體與第二直導(dǎo)體具有特定間隔。此外，對(duì)于每個(gè)導(dǎo)電環(huán)，外部徑向地配置第一和第二返回通路導(dǎo)體段、第一電流與第二電流的電流幅值比和在第一與第二主通路導(dǎo)體之間的特定間隔一起在成像空間中提供具有所需均勻性的B1磁場(chǎng)，以及在成像空間的外部所需的靈敏度下降特性。


圖1所示為本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)的示意圖；圖2所示為本發(fā)明的發(fā)射/接收電路和RF線圈系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖3所示為后部RF線圈組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示為在圖3中所示的后部RF線圈組的I通道線圈的示意圖；圖5所示為包含圖3所示的后部RF線圈組的主通路導(dǎo)體段的第一電路板的頂部平面視圖；圖6所示為包含圖3所示的后部RF線圈組的返回通路導(dǎo)體段的第一電路板的頂部平面視圖；圖7所示為圖5-6所示的電路板的正面透視圖的分解圖；圖8所示為與圖7類似的在MR磁體部件中的后部RF線圈的電路板的橫截面圖；圖9所示為本發(fā)明的輸入電路的示意圖10所示為本發(fā)明的隔離電路的示意圖；圖11所示為在圖1所示的實(shí)施例的Y-Z平面中的投影磁場(chǎng)B1的曲線；圖12所示為在圖1所示的實(shí)施例的X-Y平面中的投影磁場(chǎng)B1的曲線；圖13所示為在Y軸的投影磁場(chǎng)的曲線(以dB為單位)。
參考圖1，依據(jù)本發(fā)明的磁共振(MR)成像系統(tǒng)10包括位于成像空間12中的患者11，該成像空間12在MR磁體部件20的第一磁極件16和第二磁極件18之間的開放式空間14中。MR磁體部件20包括分別與第一和第二磁極件16和18相鄰的第一和第二調(diào)整片22和24，以在成像空間中提供均勻的靜止的磁場(chǎng)26或磁場(chǎng)B0。梯度放大器28給分別位于調(diào)整片22和24附近的第一梯度線圈組30和第二梯度線圈組32提供能量。梯度線圈組30和32每個(gè)都包括X-、Y-和Z-軸梯度線圈，具有能量的梯度線圈組30和32在特定方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度。RF發(fā)射器34給在前的RF線圈組36和在后的RF線圈組38提供所需的能量。具有能量的在前和在后RF線圈組36和38發(fā)射能量以產(chǎn)生環(huán)行的、極化的B1磁場(chǎng)40，該磁場(chǎng)垂直于B0磁場(chǎng)26。B1磁場(chǎng)40激發(fā)在成像空間12中的患者11體內(nèi)的核自旋。分別夾在每個(gè)RF線圈組36、38和每個(gè)梯度線圈組30、32之間的是第一和第二RF屏蔽42和44。第一和第二RF屏蔽42和44防止B1磁場(chǎng)40穿過梯度線圈30和32，由此將RF能量包含在成像空間的里面，并防止在梯度線圈內(nèi)部的能量損失。
通常，通用計(jì)算機(jī)50基于操作者通過操作員控制臺(tái)48輸入的參數(shù)，啟動(dòng)脈沖序列發(fā)生器52以初始化MR數(shù)據(jù)采集周期。序列發(fā)生器52控制RF發(fā)射器34和梯度放大器28的定時(shí)和啟動(dòng)，該梯度放大器28和RF發(fā)射器34給RF發(fā)射/接收電路53提供能量以產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度和RF能量。梯度磁場(chǎng)和RF能量激發(fā)核自旋，并由在成像空間12中的特定成像平面處的患者的組織發(fā)射MR響應(yīng)信號(hào)。RF發(fā)射/接收電路53接收來自患者11的成像空間12所發(fā)射的MR響應(yīng)信號(hào)，并該信號(hào)提供給接收器54。RF發(fā)射/接收電路53從在前和在后的線圈組36和38采集所發(fā)射的MR響應(yīng)信號(hào)。作為一種變型，RF發(fā)射/接收電路53還包括用于接收MR響應(yīng)信號(hào)的RF表面線圈(未示出)。接收器54接收并放大所發(fā)射的MR響應(yīng)信號(hào)，并將這種信號(hào)提供給重建單元56。重建單元56產(chǎn)生用于在成像平面中的患者11的MR圖象的數(shù)據(jù)。將該圖象數(shù)據(jù)輸送給通用計(jì)算機(jī)50，計(jì)算機(jī)50在操作員控制臺(tái)48上顯示MR圖象。操作員控制臺(tái)48的輸出將該數(shù)據(jù)輸送給掃描轉(zhuǎn)換器58，該掃描轉(zhuǎn)換器58改變信號(hào)格式并將其輸送給顯示器60。顯示器60產(chǎn)生圖象平面的圖象以在醫(yī)療過程(比如外科手術(shù))中對(duì)醫(yī)生有幫助。
參考圖2和3，線圈組36和38每個(gè)都包括多個(gè)相似的正交結(jié)構(gòu)的線圈，這些線圈組合以形成RF線圈系統(tǒng)61?？扇〉氖荝F線圈組36和38每個(gè)都是基本鏡象的。由于是正交線圈，每個(gè)RF線圈組36和38都包含一I-通道線圈和Q-通道線圈。在前的RF線圈組36中的I-通道和Q通道線圈中電流的相位分別與在后的RF線圈組38中的I-和Q-通道線圈中電流相差180度。類似地，在每個(gè)RF線圈組36和38中在I-和Q-通道線圈中電流大約與其它的電流相差90度。例如，在前RF線圈組36包括在結(jié)構(gòu)上和電氣上分別設(shè)置大約0度和90度處的I-通道線圈62和Q-通道線圈64的正交結(jié)構(gòu)。類似地，在后RF線圈組38包括在結(jié)構(gòu)上和電氣上分別設(shè)置大約180度和270度處的I-通道線圈66和Q-通道線圈68的正交結(jié)構(gòu)。I-通道線圈62和66的主通路導(dǎo)體70和72與Q-通道線圈64和68的主通路導(dǎo)體74和76成大約90度的角。同樣地，I-通道線圈62和66產(chǎn)生的相應(yīng)磁場(chǎng)基本垂直于Q-通道線圈64和68產(chǎn)生的相應(yīng)磁場(chǎng)。因此，當(dāng)以如上所述的相移來驅(qū)動(dòng)該線圈時(shí)，這些基本垂直的磁場(chǎng)產(chǎn)生了基本環(huán)行、極化的B1磁場(chǎng)40(圖1)。
每個(gè)RF線圈組36和38的結(jié)構(gòu)和每個(gè)線圈部件距等角點(diǎn)88的相對(duì)位置對(duì)在成像空間12中的B1磁場(chǎng)40的均勻性、在成像空間外部的靈敏度下降的特性和患者11的SAR暴露量都具有十分重要的影響。具體地說，在每個(gè)主通路導(dǎo)體之間的間隔連同到成像空間12的距離和在主通路導(dǎo)體中的電流幅值比對(duì)在成像空間內(nèi)部的B1磁場(chǎng)的均勻性有較大的影響。此外，返回通路導(dǎo)體的位置和它們距成像空間12的距離對(duì)于在成像空間外部的靈敏度下降程度的大小影響也很大。最后，返回通路導(dǎo)體和主通路導(dǎo)體到RF屏蔽和成像空間的距離對(duì)在成像空間內(nèi)部的靈敏度下降、均勻性和對(duì)患者11的SAR暴露量的影響十分嚴(yán)重。
每個(gè)線圈62、64、66、68的結(jié)構(gòu)相似。參考圖4，以在后的I通道線圈66為例子進(jìn)行說明，每個(gè)線圈包括主通路導(dǎo)體72，在主通路導(dǎo)體72中通過電容器來改變峰值電流幅值I1和I2以產(chǎn)生均勻的、環(huán)行的并且被極化的B1磁場(chǎng)40?？扇〉氖?，主通路導(dǎo)體72包括平行地電連接的第一組主通路導(dǎo)體段82。每個(gè)第一主通路導(dǎo)體段82的導(dǎo)體優(yōu)選基本平行于中心軸線86。中心軸線位于中心平面87(圖6)中，該中心平面與成像空間12的等角點(diǎn)88相交。第一組直導(dǎo)體段82包括至少一第一主通路導(dǎo)體段90，可取的是還包括第二主通路導(dǎo)體段92。相對(duì)于主通路導(dǎo)體段90和92，如下文所述，基于Biot-Savart定律，可以根據(jù)每個(gè)主通路導(dǎo)體段到成像空間的距離和所需的均勻性對(duì)電流幅值I1和I2以及電容器78-81的值進(jìn)行改變。
電流I1和I2的比決定了在成像空間12中的均勻性。正如本領(lǐng)域的熟練的人員所知，電流的幅值完全取決于所需的B1磁場(chǎng)幅值。因此，峰值電流幅值I1和I2的值將隨著每個(gè)系統(tǒng)的要求而變化。
此外主通路導(dǎo)體72還包括第二組主通路導(dǎo)體段94，該第二組主通路導(dǎo)體段94與第一組主通路導(dǎo)體段82相對(duì)與中心軸線86對(duì)稱地設(shè)置。第二組94和電容器100-103具有分別與第一和第二導(dǎo)體段90和92所具有的電流幅值和電容特性類似的電流幅值和電容特性。主通路導(dǎo)體段90、92、96和98的相對(duì)位置相對(duì)于中心軸線86對(duì)稱。
如上所述，主通路導(dǎo)體72包括第一和第二組導(dǎo)體段82和94。每組導(dǎo)體段82和94包括至少一個(gè)導(dǎo)體段。然而，為改善在成像空間中B1磁場(chǎng)40的均勻性，每組導(dǎo)體段82和94優(yōu)選包括至少兩個(gè)導(dǎo)體段。增加每組82和94的導(dǎo)體段的數(shù)量能夠提高實(shí)現(xiàn)所需的均勻性水平的能力。
每組82和94的第一和第二主通路導(dǎo)體分別位于距中心軸線86特定距離x1和x2的位置。距中心軸線86的特定距離x1和x2也分別對(duì)應(yīng)于距成像空間12的距離。如下文所討論，Biot-Savart定律應(yīng)用x1和x2的值和電流I1和I2的比值來決定所需的B1磁場(chǎng)40。因此，對(duì)于在線圈中的每組主通路導(dǎo)體段82和94，設(shè)定到中心軸線86的距離和導(dǎo)體的電流幅值比以相對(duì)于等角點(diǎn)88實(shí)現(xiàn)具有所需的均勻性的B1磁場(chǎng)。B1磁場(chǎng)的均勻性優(yōu)選在大約±6dB范圍內(nèi)，比較可取的是在大約±3dB范圍內(nèi)，更為可取的是在大約±2dB范圍內(nèi)，最為可取的是大約±1.5dB范圍內(nèi)。
類似地，每個(gè)線圈62、64、66、68包括第一和第二返回通路導(dǎo)體，這些導(dǎo)體中的每個(gè)導(dǎo)體在第一和第二組主通路導(dǎo)體段之間傳輸電流。同樣地，再次以在后的I-通道線圈66(圖4)為例，每個(gè)第一和第二返回通路導(dǎo)體104和106具有電流幅值I3＝I1+I2。第一和第二返回通路導(dǎo)體104和106通過導(dǎo)電通路108-111與主通路導(dǎo)體段82和94接通。第一和第二返回通路導(dǎo)體104和106每個(gè)都從每組主通路導(dǎo)體段82和94的一端到主通路導(dǎo)體的相對(duì)組的另一端返回電流。每個(gè)第一和第二返回通路導(dǎo)體104和106串聯(lián)連接到每組主通路導(dǎo)體段82和94以形成連續(xù)的電路。在這種方式中，電流以相同方式流進(jìn)并流出第二組主通路導(dǎo)體段82和94。因此，在RF線圈中在第一組主通路導(dǎo)體段82中流動(dòng)的電流流動(dòng)方向與在第二組主通路導(dǎo)體段94中流動(dòng)的電流方向相同。
返回通路導(dǎo)體104和106優(yōu)選弓形。更為可取的是，導(dǎo)體104和106位于在相對(duì)于與中心軸線平行的軸線基本對(duì)稱設(shè)置的直徑范圍內(nèi)。通過沿著基本相同的環(huán)行通路設(shè)置導(dǎo)體104和106，B1磁場(chǎng)40的均勻性和和在成像空間12的外部靈敏度下降特性是基本各向同性的，即相對(duì)于等角點(diǎn)88在任何方向都具有相等的幅值。然而，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，其它形狀也可以應(yīng)用于返回通路導(dǎo)體。這些結(jié)構(gòu)包括非弓形、矩形、正方形以及其它類似形狀。然而相對(duì)于優(yōu)選的環(huán)形通路，應(yīng)用這些結(jié)構(gòu)一般會(huì)造成更多的損失，降低線圈靈敏度和各向異性下降。因此，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到可以改變返回通路的形狀，但其仍然落在本發(fā)明的范疇內(nèi)。
本發(fā)明優(yōu)選提供第一返回通路導(dǎo)體104和第二返回通路導(dǎo)體106，并且設(shè)置在相同的具有半徑為rI的I-通道環(huán)形通路中。類似地，參考圖3，每個(gè)Q-通道線圈(比如線圈68)比較有利地是包括第一返回通路導(dǎo)體116和設(shè)置在基本相同的具有半徑為rQ的Q-通道環(huán)形通路中的第二返回導(dǎo)體118。Q-通道第一和第二返回通路導(dǎo)體116和118串聯(lián)到每個(gè)第一和第二組主通路導(dǎo)體段117和119中。依據(jù)Biot-Savart定律確定每個(gè)半徑rI和rQ的值以使在成像空間12的外部的靈敏度急劇下降。靈敏度的急劇下降降低了來自成像空間12外部的信號(hào)的混疊。RF線圈系統(tǒng)61的返回通路導(dǎo)體的位置是使靈敏度降低大約-10dB以上，可取的是大約-15dB以上，更為可取的是大約-20dB以上，最為可取的是大約-30dB以上。
進(jìn)一步參考圖3，Q-通道返回通路導(dǎo)體116和118與I-通道返回通路導(dǎo)體104和106徑向地間隔開(即rQ＞rI)，以在通道之間提供隔離，并使能量損失最小。如果每個(gè)RF線圈組36和38的I-和Q-通道線圈都相同，則每個(gè)RF線圈組的返回通路導(dǎo)體恰好在彼此的頂部。如果返回通路導(dǎo)體疊加，則在返回通路導(dǎo)體之間產(chǎn)生較高的電容，該電容可能使在I-和Q-通道之間的隔離性能變壞、或產(chǎn)生噪聲或產(chǎn)生能量傳遞。在返回通路導(dǎo)體之間的間隔或在|rQ-rI|之間的差值提供的隔離較好為大約-15dB以上，更可取為-20dB以上。因此，每個(gè)I-和Q-通道線圈的第一和第二返回通路導(dǎo)體104、116和106、108分別設(shè)置以使在通道之間的隔離最大，并且在成像空間的外部的靈敏度急劇地降低，而同時(shí)實(shí)現(xiàn)由RF線圈所產(chǎn)生環(huán)形的、極化的B1磁場(chǎng)40的所需的均勻性。
參考圖5和6，依據(jù)本發(fā)明的主通路導(dǎo)體比較有利地設(shè)置在第一平面84中，該平面與包含返回通路導(dǎo)體的第二平面114基本分離開。主通路導(dǎo)體和返回通路導(dǎo)體的隔離開有利于使遠(yuǎn)離患者11的返回通路導(dǎo)體傳輸較高的幅值的電流，由此降低SAR暴露量并使靈敏度降低最佳。同時(shí)，返回通路導(dǎo)體傳輸?shù)妮^高幅值的電流對(duì)B1磁場(chǎng)40的均勻性和靈敏度下降也有作用。
參考圖5-8，以后線圈66和68為例，可取的是在第一電路板67上繪制主通路導(dǎo)體72和76(圖7)，而同時(shí)在第二電路板69上繪制返回通路導(dǎo)體104、106、116和118(圖8)。理想地，在每個(gè)電路板67、69的同一表面上放置每個(gè)通道跡線。例如，I-通道主通路導(dǎo)體72在第一電路板67的頂面，而同時(shí)I-通道返回通路導(dǎo)體104和106在第二電路板69的頂面。類似地，Q-通道導(dǎo)體76和116、118分別在電路板67和69各自的底面。
如本領(lǐng)域所公知，每個(gè)電路板67和69包括具有蝕刻在該表面上的銅跡線的FR4TM材料和TEFLON材料。然而，可以應(yīng)用其它結(jié)構(gòu)，比如設(shè)置銅條或其它導(dǎo)電材料以與在這里公開的結(jié)構(gòu)相匹配。每個(gè)電路板67和69的厚度相對(duì)較薄，可取的是從15mil(密耳)到65mil(1mil＝0.001英寸)，因此在每個(gè)表面上的導(dǎo)體可以認(rèn)為基本為相同的平面。
參考圖5，例如，線圈65的導(dǎo)電通路108-111包括導(dǎo)電延伸段108a-111a，該延申段108a-111a在電路板67和69之間延伸以將主通路導(dǎo)體72連接到各自的返回通路導(dǎo)體104、106。導(dǎo)電延伸段108a-111a可以包括鉚釘和線環(huán)、銷子、導(dǎo)線或其它的能夠用來在一距離上進(jìn)行電連接的類似的設(shè)備。
此外，參考圖6，RF線圈系統(tǒng)61的每個(gè)線圈(比如后部線圈組38的RF線圈)相對(duì)于等角點(diǎn)88定位主通路導(dǎo)體和返回通路導(dǎo)體以產(chǎn)生具有所需均勻性的B1磁場(chǎng)40和在成像空間的外部產(chǎn)生所需的靈敏度下降的特性，并降低患者11的SAR暴露量。第二平面114沿著與第一平面84正交的軸線與第一平面間隔指定的距離Z2。包含主通路導(dǎo)體72和76的第一平面與等角點(diǎn)88間隔Z1。類似地第二平面114與等角點(diǎn)88間隔Z1+Z2并與RF屏蔽間隔Z3。由于電流的平方與患者11的SAR暴露量成比例，第二平面114與等角點(diǎn)88間隔更遠(yuǎn)，因?yàn)榱鹘?jīng)第一和第二返回通路導(dǎo)體104、106和116、118的電流更大。此外，由于在導(dǎo)體中電流的大小與B1磁場(chǎng)的作用成比例，因此這樣設(shè)置的返回通路導(dǎo)體降低了它們對(duì)在成像空間12中的B1磁場(chǎng)40的影響。因此，返回通路導(dǎo)體和主通路導(dǎo)體的相對(duì)位置組合以降低患者11的SAR暴露量，而同時(shí)使B1磁場(chǎng)40的均勻性和靈敏度下降最優(yōu)。
為確定每個(gè)RF線圈結(jié)構(gòu)以滿足相對(duì)于等角點(diǎn)處的B1磁場(chǎng)所需的均勻性，上述確定的結(jié)構(gòu)涉及一種Biot-Savart迭代程序。Biot-Savar迭代程序?qū)?dǎo)體結(jié)構(gòu)應(yīng)用Biot-Savar定律以確定所得到的B1磁場(chǎng)。Biot-Savar定律是一種矢量表達(dá)式，其能夠根據(jù)任何電流分布確定在點(diǎn)(x，y，z)處的B1磁場(chǎng)，如
這里μ0＝電容率；I＝電流幅值；R＝在ds和(x，y，z)之間的距離；
＝導(dǎo)體段；和
＝在ds和(x，y，z)之間的矢量。
正如本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)，基于所給定的RF線圈結(jié)構(gòu)Biot-Savar迭代程序計(jì)算在成像空間12內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)(x，y，z)處的B1磁場(chǎng)40以確定累計(jì)B1磁場(chǎng)40。Biot-Savar迭代程序應(yīng)用如下自由度(1)在返回通路導(dǎo)體和RF屏蔽之間的距離；(2)在主通路導(dǎo)體和RF屏蔽之間的距離；(3)返回通路導(dǎo)體的位置；(4)主通路導(dǎo)體的數(shù)量；(5)所有主通路導(dǎo)體組之間的距離；和(6)在主通路導(dǎo)體之間的電流比。
運(yùn)行迭代程序得到產(chǎn)生具有所需均勻性的B1磁場(chǎng)40的參數(shù)解。例如當(dāng)給定如下參數(shù)時(shí)所需的均勻性、成像空間的大小、從線圈到等角點(diǎn)的間隔和在RF屏蔽和線圈之間的最大距離，可以確定線圈結(jié)構(gòu)和所需的均勻性。然而在其它方面比如RF線圈的效率和局部SAR有折衷方案。然而，正如本領(lǐng)域技術(shù)所公知的那樣，在該程序的邊界條件中可以考慮這些折衷方案。迭代程序可以變化自由度以確定解。上述所確定的具有許多主通路導(dǎo)體和在徑向上外部設(shè)置的返回通路導(dǎo)體的正交結(jié)構(gòu)使RF線圈系統(tǒng)效率很高，同時(shí)使靈敏度下降迅速，并且與已有技術(shù)中的系統(tǒng)相比相同的功率能夠產(chǎn)生更大幅值的B1磁場(chǎng)。因此，所確定的RF線圈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)任何成像空間都能夠滿足所需的B1磁場(chǎng)的均勻性，并且還考慮其它邊界條件。
參考圖2，在操作中RF發(fā)射器(34)(圖1)通過同軸電纜給RF線圈系統(tǒng)61提供功率。在MR脈沖序列期間，運(yùn)行在發(fā)射器34中的發(fā)射放大器以產(chǎn)生RF激勵(lì)信號(hào)eT。同步操作RF發(fā)射/接收(T/R)開關(guān)120以將激勵(lì)信號(hào)eT連接到第一功率分配器裝置122。第一功率分配器裝置122以0度將激勵(lì)信號(hào)eT傳送給在前線圈組36作為RF激勵(lì)信號(hào)eTa，而同時(shí)將該信號(hào)eT延遲180度并輸送給在后線圈組38作為RF激勵(lì)信號(hào)eTp。在前功率分配器裝置124以0度將信號(hào)eTa傳送給在前I-通道作為RF激勵(lì)信號(hào)eTaI，而同時(shí)將該信號(hào)eTa延遲90度并輸送給在前Q-通道作為RF激勵(lì)信號(hào)eTaQ。類似地，在后功率分配器裝置126以180度將信號(hào)eTp傳送給在后I-通道作為RF激勵(lì)信號(hào)eTpI，而同時(shí)將該信號(hào)eTp延遲90度并輸送給在后Q-通道作為RF激勵(lì)信號(hào)eTpQ。因此，每個(gè)信號(hào)的相位變化如下eTaI＝0度，eTaQ＝90度，eTpI＝180度，eTpQ＝270度。
此外，每個(gè)信號(hào)eTaI、eTaQ、eTpI和eTpQ在到達(dá)各自線圈之前經(jīng)過一平衡/非平衡(BALUN)裝置128，該平衡/非平衡裝置128改善了分別用于在前和在后的線圈組36和38的I-和Q-通道之間的隔離性能。例如，在90度分配器裝置124和126中，連接I-和Q-通道的各自的地線，因而它們具有相同的電壓。這就構(gòu)成了接地環(huán)路，這種接地環(huán)路降低了在I-和Q-通道之間的隔離。然而當(dāng)正交RF線圈系統(tǒng)應(yīng)用分配器裝置時(shí)，對(duì)于在I-和Q-通道之間提供良好的隔離性能是很重要的，以便在一個(gè)通道中的噪聲不被其它通道拾取。從一個(gè)通道傳送到其它通道的任何噪聲都會(huì)降低正交線圈的信噪比。因此，比較理想的是將在每個(gè)線圈中的地線與分配器裝置的地線隔離開。BALUN裝置128對(duì)傳輸信號(hào)的同軸電纜的地屏蔽形成了高阻抗，以便與不同的地線隔離。可取的是，BALUN裝置128提供-15dB以上的信號(hào)隔離，更為可取的是-20dB以上，最為可取的是-30dB以上。因此，BALUN裝置128消除了接地環(huán)路，并且還防止了在一個(gè)通道中的噪聲泄露到其它通道中，以維持每個(gè)正交的在前和在后線圈組36和38的較高的信噪比。
在經(jīng)過BALUN裝置128后，將每個(gè)信號(hào)eTaI、eTaQ、eTpI和eTpQ輸送給輸入電路130。參考圖3和9，以在后I-通道線圈66為例，輸入電路130包括調(diào)諧電路132，該調(diào)諧電路132包括電容器134和136和微調(diào)電容器142。連同所有的分布在環(huán)形導(dǎo)體104和106上的其它電容器137-141，調(diào)諧電路132確定線圈66的共振頻率?？梢酝ㄟ^調(diào)整微調(diào)電容器142精確地調(diào)諧共振頻率。如本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員所知，電容器的值的變化取決于線圈的電感和共振頻率。
此外，參考圖9，輸入電路130包括匹配電路144，該匹配電路144包括并聯(lián)的電容器145和微調(diào)電容器146，該匹配電路與同軸電纜148的中心導(dǎo)體147串聯(lián)。此外，如本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員所知，電容器的值的變化取決于線圈的電感和共振頻率。應(yīng)用匹配電路144改變線圈66的阻抗，例如，通過同軸電纜148的輸出。可取的是，電容器145和146可以調(diào)整線圈66的阻抗以將其設(shè)定在這樣的一個(gè)值使從功放到線圈的能量傳輸效率最高?；蛘?，在接收線圈中，調(diào)整線圈66的阻抗到這樣一個(gè)值使前置放大器的噪聲指數(shù)最小。一般地，將阻抗調(diào)整為50歐姆實(shí)阻抗。
進(jìn)一步，輸入電路130包括去耦網(wǎng)路150，該去耦網(wǎng)路150包括電容器134和151、二極管152和感應(yīng)器153和154。如上所述，在輸入電路130中的電容器、二極管和電感器的值的變化取決于其它的系統(tǒng)參數(shù)。當(dāng)應(yīng)用在成像空間里面的其它線圈接收信號(hào)時(shí)，去耦網(wǎng)路150防止線圈66接收這些所發(fā)出的信號(hào)。此外，在應(yīng)用放置在這種整個(gè)主體線圈中的不同發(fā)射線圈發(fā)送脈沖的過程中去耦網(wǎng)絡(luò)150防止RF能量耗散。為啟動(dòng)去耦網(wǎng)絡(luò)150，通過二極管152施加前向偏置DC電流，以使其類似于短路。在這種情況下，電感線圈154與形成平行箱諧振器的電容器134一起產(chǎn)生共振。該諧振器以與線圈66相同的頻率諧振。平行箱諧振器給返回通路導(dǎo)體104引入了很高的阻抗，這種阻抗使線圈66去耦。通過同軸電纜148的中心導(dǎo)體147經(jīng)過阻塞電路156傳輸DC電流，該阻塞電路包括電感線圈153和電容器151。阻塞電路156允許來自中心導(dǎo)體147的DC電流傳輸過電感線圈153，但是阻止來自從線圈66到同軸電纜148的RF信號(hào)。阻塞電路156應(yīng)用電感線圈153和電容器151通過形成平行的諧振器阻塞來自線圈66的RF信號(hào)，該諧振器具有很高的阻抗。另一方面，在RF發(fā)射脈沖過程中，二極管152后向偏置大電壓以確保RF信號(hào)不流經(jīng)二極管。如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所知，用于前向和后向偏置二極管152的電壓取決于該系統(tǒng)的峰值電壓。線圈開關(guān)偏置裝置158(圖2)連接到前向和后向功率分配器裝置124和126以打開和關(guān)閉二極管152和輸入電路130。
此外，參考圖2、3和10，隔離電路160連接每個(gè)線圈組36和38的I-和Q-通道的返回通路導(dǎo)體到在I-和Q-通道之間實(shí)現(xiàn)最佳的隔離。隔離電路160在通道之間提供-15dB以上的隔離，比較可取的是在-20dB以上，最為可取的是在-25dB以上。應(yīng)用任何一個(gè)正交的線圈組36或38，將每個(gè)I-和Q-通道線圈62和66或66和68正好設(shè)置在彼此的頂部。雖然每個(gè)I-和Q-通道線圈62和66或66和68彼此移動(dòng)90度，一般還在線圈之間存在耦合電容或靜電感，這種耦合電容或靜電感使在通道之間的隔離變得不理想。例如，由于在線圈之間的相位彼此不完全相差90度則在兩個(gè)線圈之間引起靜電感?？梢酝ㄟ^放置與靜電感平行的電容器來消除靜電感。類似地，例如當(dāng)在線圈的返回通路導(dǎo)體彼此太靠近時(shí)，則在兩線圈之間產(chǎn)生耦合電容，這種耦合電容能夠使RF能量從一個(gè)線圈泄露到其它線圈中。人們已經(jīng)知道，寄生電容可以通過設(shè)置與在具有電感線圈的諧振器平行的寄生電容來消除。由于不知道在I-和Q-通道線圈之間的耦合是電容性的還是電感性的，可取的是隔離電路160在每個(gè)I-和Q-通道線圈組36和38之間包括平行的電容器161和電感線圈162，以處理任何電容性的或電感性的耦合。當(dāng)電路160以與這里所述的線圈相同的頻率諧振時(shí)，它的阻抗很高。如果電路160以更低的頻率諧振，則表現(xiàn)為類似于一個(gè)電容器。如果電路160以更高的頻率諧振，則其象一個(gè)電感器。因此，隔離電路160在每個(gè)正交線圈組36和38的I-和Q-通道之間實(shí)現(xiàn)了最佳的隔離。
在RF脈沖序列的采集過程中，所接收的MR信號(hào)分量e’I和e’Q分別由接收器54或在前和在后的RF線圈組36和38所檢測(cè)。參考圖2，例如，如果應(yīng)用線圈組36和37，所接收的MR信號(hào)分量e’aI、e’aQ和e’pQ耦合回到在前和在后的功率分配器裝置124和126，形成e’a和e’p。然后將信號(hào)e’a和e’p輸送給第一功率分配器裝置122。第一功率分配器裝置122運(yùn)算e’a和e’p以得到最后所接收的MR信號(hào)e’R，將該信號(hào)e’R連接到T/R開關(guān)120。在這種采集過程中，操作開關(guān)120將所接收的MR信號(hào)耦合到接收器54(圖1)，該接收器放大這種信號(hào)以便根據(jù)公知的MR技術(shù)進(jìn)一步處理。
當(dāng)通過I-和Q-通道激勵(lì)信號(hào)驅(qū)動(dòng)在前和在后的RF線圈組36和38的每個(gè)線圈時(shí)，由此在成像空間12中產(chǎn)生的磁場(chǎng)分量是疊加性的以產(chǎn)生環(huán)形的、極化B1磁場(chǎng)40。如上所述，B1磁場(chǎng)40可以具有任何所需的均勻性。依據(jù)MR常規(guī)技術(shù)B1磁場(chǎng)40使在與穿過橫向的x-y平面的z-軸對(duì)齊的MR患者或其它物體中的核自旋翻轉(zhuǎn)。此外，與線性RF線圈系統(tǒng)相比，有利的是由本發(fā)明的正交RF線圈系統(tǒng)61所產(chǎn)生的環(huán)形的、極化的B1磁場(chǎng)40要求更小的幅值以激勵(lì)核自旋。
實(shí)施例以下文的非限制性的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明?，F(xiàn)實(shí)的問題是構(gòu)造一種開放的、垂直B0磁體的RF主體線圈系統(tǒng)，在大約40cm直徑的球形成像空間中該磁體具有大約±3dB的均勻性。在成像空間的外部，在距等角點(diǎn)大約35cm處磁場(chǎng)下降大約-20dB以防止梯度彎曲引起的混疊。連同RF屏蔽，RF主體線圈系統(tǒng)的前半/后半部分的厚度(z2+z3)小于大約23cm。磁體磁極件的直徑以及RF線圈系統(tǒng)的最大直徑大約為92cm。如圖3所示，所得的技術(shù)方案是一種RF線圈，該RF線圈具有與該線圈中心對(duì)稱地分別間隔大約4cm(x1)和15cm(x2)的4個(gè)主通路導(dǎo)體。最外的導(dǎo)體距線圈中心的間隔范圍大約從15.5cm到17.5cm，比較可取的是大約從16.0cm到17.0cm，最為可取的是大約從16.5cm。類似地，最內(nèi)的導(dǎo)體距線圈中心的間隔范圍大約從3.0cm到5.0cm，比較可取的是大約從3.5cm到4.5cm，最為可取的是大約從4.0cm。在每個(gè)最外的主通路導(dǎo)體中的峰值電流幅值大約為34A(I2)，而在每個(gè)內(nèi)部的主通路導(dǎo)體中的峰值電流幅值大約為17A(I1)。每個(gè)電流幅值均可變化大約±2.5A。因此，返回通路電流幅值大約為51A(I3)。然而，如上所述，峰值電流幅值的改變?nèi)Q于所需的B1磁場(chǎng)的幅值。I-通道線圈的返回通路導(dǎo)體半徑給定為38cm(rI)，而Q-通道線圈的返回通路導(dǎo)體半徑給定為39cm(rQ)，以在成像空間的外部產(chǎn)生快速的靈敏度下降特性。然而，rI的值可以從36cm變化到40cm。類似地，rQ的值可以從37cm變化到41cm。因此，比較可取的是|rQ-rI|大約為2cm，并且變化范圍大約為0.1到5cm。此外，返回通路導(dǎo)體從主通路導(dǎo)體處大約凹進(jìn)13mm(z2)，與RF屏蔽的距離大約為10mm(z3)，以滿足對(duì)SAR的局部限制，并使靈敏度下降和均勻性最優(yōu)。同樣地，可取的是z2大約為13mm，但其變化范圍為10mm到15mm。類似地，z3的變化范圍為8mm到12mm。此外，可取的是z1大約為243mm，變化范圍為240mm到250mm。
此外，設(shè)定匹配電路144以將線圈的阻抗調(diào)整為大約50歐姆實(shí)阻抗。類似地，通過二極管152施加大約為500mA的前向偏置DC電流以啟動(dòng)去耦網(wǎng)路150。同時(shí)，對(duì)二極管152施加大約1000V反向偏置DC電流。此外，隔離電路160提供從1pF到10pF的電容，可取的是5pF，并且還具有從1μH到4μH的電感，可取的是3μH。需再次重復(fù)的是，如上所述，這些值根據(jù)線圈的共振頻率變化而變化。
參考圖11-12，所示為分別在y-z平面中的在x＝0.0和在x-y平面中在z＝0.0情況下所得到的磁場(chǎng)曲線。這種磁場(chǎng)曲線所示分別為由RF線圈系統(tǒng)61所提供的40cm矢狀視場(chǎng)的磁場(chǎng)的y-z和x-y投影，其具有很高的均勻性并在成像空間的外部40cm處急劇下降。此外，參考圖13，所示為在經(jīng)過隔離中心并垂直于B0磁場(chǎng)的y-軸所測(cè)量的B1磁場(chǎng)的曲線。此外，這種曲線說明線圈系統(tǒng)61具有很高的均勻性并在成像空間外部40cm處急劇降低。
在本實(shí)施例中，每通道所示為僅4個(gè)直的導(dǎo)體。如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所知，增加直導(dǎo)體的數(shù)量能夠改變更大的電流系數(shù)。增加電流系數(shù)數(shù)量允許加大自由度以實(shí)現(xiàn)所需的均勻性。因此，本發(fā)明在每個(gè)通道中至少使用4個(gè)直導(dǎo)體。
此外，如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所知，本發(fā)明的部件的值的變化取決于距離、電感、直導(dǎo)體的數(shù)量、線圈的共振頻率等。因此，上述所給定的任何值都是實(shí)例性的，并且都不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
雖然結(jié)合這些優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，其它的實(shí)施例也能夠達(dá)到相同的效果。例如，可以通過增加直導(dǎo)體段來增加自由度的數(shù)量以提高限定在成像空間中的B1磁場(chǎng)的均勻性的能力。同樣地，對(duì)本領(lǐng)域的熟練人員來對(duì)本發(fā)明作出各種變型和改進(jìn)是顯然的，因此下述權(quán)利要求希望覆蓋所有的這些技術(shù)方案及其改進(jìn)方案。
權(quán)利要求
1.一種射頻線圈，包括傳遞電流以建立B1磁場(chǎng)的第一和第二組主通路導(dǎo)體，所說第一組主通路導(dǎo)體與所說第二主通路導(dǎo)體基本平行地設(shè)置，并相對(duì)于所說射頻線圈的中線對(duì)稱，其中當(dāng)所說電流流經(jīng)所說第一組和第二組主通路導(dǎo)體中的每組時(shí)，在所說第一和第二組每一組中的電流幅值和所說設(shè)置在成像空間內(nèi)產(chǎn)生的所說B1磁場(chǎng)具有所需的均勻性；和在所說第一和第二組主通路導(dǎo)體之間傳輸所說電流的第一和第二返回通路導(dǎo)體，所說第一和第二返回通路導(dǎo)體對(duì)稱地間隔在所說中線的每一側(cè)，所說第一和第二環(huán)形導(dǎo)體設(shè)置在外部，比所說第一和第二組主通路導(dǎo)體更遠(yuǎn)地距離所說的中線，使得當(dāng)通過所說電流給所說射頻線圈供應(yīng)能量時(shí)，在所說成像空間外部使所說B1磁場(chǎng)具有所需的靈敏度下降特性。
2.如權(quán)利要求1所述的射頻線圈，其特征在于，所說第一和第二組主通路導(dǎo)體都在一個(gè)第一平面上，而所說第一和第二返回通路導(dǎo)體都在一個(gè)第二平面上，其中所說第一平面和所說第二平面實(shí)際間隔開。
3.如權(quán)利要求2所述的射頻線圈，其特征在于，所說第一平面與所說第二平面實(shí)際間隔開，并且使所說返回通路導(dǎo)體具有這樣的形狀當(dāng)給所說射頻線圈提供能量時(shí)在所說成像空間中產(chǎn)生所需的特定吸收比(SAR)。
4.如權(quán)利要求1所述的射頻線圈，其特征在于，所說所需的靈敏度下降大于-10dB。
5.如權(quán)利要求4所述的射頻線圈，其特征在于，所說第一和第二返回通路導(dǎo)體包括從含下述形狀的組中選擇的結(jié)構(gòu)弓形、矩形和方形。
6.如權(quán)利要求1所述的射頻線圈，其特征在于，所說第一和第二組主通路導(dǎo)體中的每一組都包括平行電連接的至少兩個(gè)導(dǎo)體。
7.如權(quán)利要求6所述的射頻線圈，其特征在于，在所說第一和第二組主通路導(dǎo)體的每個(gè)主通路導(dǎo)體中，電流幅值隨著距所說中線的距離增加而增加。
8.如權(quán)利要求6所述的射頻線圈，其特征在于，所說至少兩個(gè)導(dǎo)體具有實(shí)現(xiàn)所需均勻性的電流幅值比。
9.如權(quán)利要求1所述的射頻線圈，其特征在于，所說所需的均勻性約為±6dB或更好。
10.如權(quán)利要求1所述的射頻線圈，其特征在于，為實(shí)現(xiàn)所說所需的均勻性，應(yīng)用Biot-Savart定律以確定所說第一和第二組主通路導(dǎo)體的每個(gè)導(dǎo)體到所說中線的距離；在所說第一和第二組主通路導(dǎo)體的每個(gè)導(dǎo)體之間的電流幅值比；所說第一和第二組主通路導(dǎo)體的每個(gè)導(dǎo)體到所說成像空間的距離；和所說第一和第二返回通路導(dǎo)體的外部位置。
11.一種產(chǎn)生具有所需均勻性的磁場(chǎng)的方法，包括提供具有主通路導(dǎo)體和返回通路導(dǎo)體的射頻線圈，其中主通路導(dǎo)體平行設(shè)置在射頻線圈中線的每一側(cè)，該主通路導(dǎo)體與該中線間隔開以產(chǎn)生所需的均勻性，并且返回通路導(dǎo)體設(shè)置在主通路導(dǎo)體的外部，以在成像空間的外部提供所需的靈敏度下降特性；和依據(jù)Biot-Savart定律確定用于所需均勻性和所需靈敏度下降特性的磁場(chǎng)的主通路導(dǎo)體間隔和返回通路外部位置。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所說返回通路導(dǎo)體離開主通路導(dǎo)體以產(chǎn)生所需的均勻性和所需的靈敏度下降特性。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括用電流給射頻線圈提供能量，還包括依據(jù)Biot-Savart定律確定用于所需均勻性的磁場(chǎng)的主通路導(dǎo)體的每個(gè)導(dǎo)體之間的電流幅值比。
14.一種用于產(chǎn)生診斷成像的磁共振(MR)系統(tǒng)，包括含設(shè)置在成像空間的相對(duì)側(cè)面上的一對(duì)磁極件的MR磁體；射頻線圈系統(tǒng)，包含設(shè)置在成像空間的相對(duì)側(cè)面上的一對(duì)射頻線圈部件，每個(gè)所說射頻線圈部件有許多導(dǎo)電環(huán)，所說射頻線圈部件的導(dǎo)電環(huán)含有傳遞電流以在所說的成像空間內(nèi)建立具有所需均勻性的B1磁場(chǎng)的第一和第二組主通路導(dǎo)體段，所說第一和第二組主通路導(dǎo)體段彼此平行設(shè)置，并且相對(duì)于第一平面中的第一中線對(duì)稱，在所說第一和第二組主通路導(dǎo)體段的每組中的每個(gè)導(dǎo)體平行地電連接；用于提供所說電流返回通路的第一和第二返回通路導(dǎo)體段都各自串聯(lián)到所說第一和第二組主通路導(dǎo)體段的相對(duì)端，每個(gè)所說第一和第二返回通路導(dǎo)體段徑向設(shè)置在所說第一和第二組主通路導(dǎo)體段的外部，并且相對(duì)于一個(gè)第二平面中的中線彼此對(duì)稱，該第二平面與所說第一平面基本平行并間隔開；其中每個(gè)所說第一和第二組主通路導(dǎo)體段包括至少傳遞第一電流的第一直導(dǎo)體和傳遞第二電流的第二直導(dǎo)體，所說第一直導(dǎo)體與第二直導(dǎo)體之間具有指定的間隔；和其中結(jié)合所說返回通路導(dǎo)體的在徑向上的外部位置、所說第一電流與所說第二電流的電流幅值比和在第一直導(dǎo)體與第二直導(dǎo)體之間的指定間隔一起提供在所說成像空間內(nèi)由所說射頻線圈系統(tǒng)產(chǎn)生的所說B1磁場(chǎng)的所需均勻性。
15.如權(quán)利要求14所述的射頻線圈系統(tǒng)，其特征在于，所說返回通路導(dǎo)體在徑向上的外部位置在所說成像空間內(nèi)提供所說磁場(chǎng)的第一靈敏度，該第一靈敏度實(shí)際上比在緊鄰所說成像空間的所說B1磁場(chǎng)的第二靈敏度大，所說第一靈敏度和所說第二靈敏度之間的差提供了所需的靈敏度下降特性。
16.如權(quán)利要求15所述的射頻線圈系統(tǒng)，其特征在于，所說的靈敏度下降特性包括至少-10dB。
17.如權(quán)利要求14所述的射頻線圈系統(tǒng)，其特征在于，所說第一平面和第二平面沿著與所說平面正交的軸線間隔指定的距離，以產(chǎn)生在所說成像空間內(nèi)由所說射頻線圈系統(tǒng)產(chǎn)生的所說磁場(chǎng)的所需均勻性。
18.如權(quán)利要求14所述的射頻線圈系統(tǒng)，其特征在于，所說在徑向上外部定位的所說返回通路導(dǎo)體包括從含如下形狀的組中選擇的結(jié)構(gòu)形成所說的返回通路導(dǎo)體弓形、矩形和方形。
19.如權(quán)利要求14所述的射頻線圈系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所說的成對(duì)射頻線圈部件包括第一通道線圈和第二通道線圈；和降低在所說第一和第二通道線圈之間的電容性和電感性耦合的隔離電路，以在所說第一和第二通道線圈之間提供所需的信號(hào)隔離。
20.如權(quán)利要求19所述的射頻線圈系統(tǒng)，其特征在于，所需的信號(hào)隔離優(yōu)于約-15dB。
全文摘要
本發(fā)明包括開放式磁共振(MR)成像系統(tǒng)中的整個(gè)射頻主體線圈系統(tǒng)。射頻線圈系統(tǒng)包括設(shè)在成像空間相對(duì)側(cè)面的第一和第二正交射頻線圈組。每個(gè)射頻線圈組包括具有類似結(jié)構(gòu)的多個(gè)射頻線圈。每個(gè)正交射頻線圈包括第一和第二系列主通路導(dǎo)體段和第一及第二返回通路導(dǎo)體,并相對(duì)于特定距離處的中線對(duì)稱設(shè)置。第一和第二系列主通路導(dǎo)體段設(shè)在成像空間更里面的第一平面中,第一與第二平面實(shí)際間隔開,并且第一和第二系列主通路導(dǎo)體段包含第一和第二返回通路導(dǎo)體。在每個(gè)第一和第二組主通路導(dǎo)體段中的導(dǎo)體具有預(yù)定電流幅值比。一旦給正交的第一和第二射頻線圈組輸送能量則產(chǎn)生環(huán)形的、極化的B
文檔編號(hào)A61B5/055GK1274563SQ0012008
公開日2000年11月29日 申請(qǐng)日期2000年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月17日
發(fā)明者E·B·波斯坎普, J·F·申克 申請(qǐng)人:通用電氣公司