专利名称：超导体rf线圈阵列的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及磁共振成像及光谱学，尤其是，本发明涉及包括多个线圈元件的超导体线圈阵列，其构造成线圈面阵或线圈体积阵，用于根据磁共振技术接受来自待检查的样品的信号及/或发送信号到样品，此外，本发明涉及利用这种超导体线圈阵列的磁共振成像及/或光谱设备及/或方法。
背景技术：
磁共振成像(MRI)技术现今一般地用于全世界较大的医疗机构，并且在医疗实践中已经带来了显著和独特的益处。在MRI已经被发展为一种用于对结构和解剖进行成像的完善的诊断工具的同时，MRI也被发展用于对功能性活动和其他生物物理和生物化学特性或过程(例如血液流、代谢物/新陈代谢、扩散)进行成像，这些磁共振(MR)成像技术中的一些被称为功能性MRI、光谱MRI或磁共振光谱成像(MRSI)、扩散加权成像(DWI)和扩散张量成像(DTI)。这些磁共振成像技术，除了其用于标识和评估病理和确定所检查的组织的健康状态的医疗诊断价值之外，还具有广阔的临床和研究应用。在典型的MRI检查中，患者的身体(或样品对象)被放置在检查区域内，并由MRI扫描器中的患者支撑件支撑，其中，主要(主)磁体提供实质上恒定和均匀的主要(主)磁场。磁场将诸如身体中的氢(质子)的进动原子的核磁化排成一个方向。磁体内的梯度线圈组件造成给定位置的磁场的小变化，从而提供成像区域中的共振频率编码。在计算机控制下，根据脉冲序列选择性驱动射频(RF)线圈，以在患者中产生瞬时振荡的横向磁化信号，该信号由RF线圈检测，并通过计算机处理可以被映射至患者的空间上局部化的区域，从而提供所检查的感兴趣区域的图像。在通常的MRI配置中，典型地由螺线管磁体设备来产生静态主磁场，患者平台置于由螺线管绕组(即主磁孔)缠绕的圆筒形空间中。主磁场的绕组典型地实现为低温超导体(LTS)材料，并且利用液氦来进行超冷却，以减小电阻，从而最小化所产生的热量以及创建和维持主磁场所需的功率的量。现有LTS超导MRI磁体主要由铌-钛(NbTi)和/或Nb3Sn材料制成，利用低温恒温器将该材料冷却至4. 2K的温度。如本领域技术人员所知道的那样，磁场梯度线圈一般被配置为沿空间中的三个主要笛卡尔轴(这些轴中的一个是主磁场的方向)中的每一个选择性地提供线性磁场梯度，使得磁场的幅度随检查区域内的位置而变化，根据在区域内的位置对来自感兴趣的区域内的不同位置的磁共振信号的特性(如信号的频率和相位)进行编码(从而提供空间局部化)。典型地，利用穿过线圈缠绕的鞍座或螺线管绕组(它们附着至与包含主磁场的绕组的较大圆柱体同心并安装于其内部的圆柱体)的电流来创建梯度场。与主磁场不同，用于创建梯度场的线圈典型地是通常的室温铜绕组。梯度强度和场线性对于所产生图像的细节的精度以及对于关于组织化学的信息(例如在MRSI中)都至关重要。自从MRI出现起，对改进MRI质量和能力的追求从未停止，例如通过提供更高的空间分辨率、更高的频谱分辨率(例如对于MRSI)、更高的对比度和更快的获取速度。例如，提高的成像(获取)速度有利于最小化成像模糊，所述成像模糊是由于图像获取期间成像区域中的瞬时改变导致的，所述瞬时改变为例如患者移动、自然解剖性移动和/或功能性移动(例如心跳、呼吸、血液流动)和/或自然生物化学变化(例如由于MRSI期间的新陈代谢导致)造成的变化。类似地，例如，由于在光谱MRI中，用于获取数据的脉冲序列对频谱信息进行编码(除了对空间信息进行编码以外)，为了改进临床实用性和光谱MRI的效用，最小化获取充分的频谱和空间信息以提供期望的频谱分辨率和空间局部化是尤其重要的。在高对比度、分辨率和获取速度方面，多个因素有助于得到更好的MRI图像质量。影响图像质量和获取速度的重要参数是信噪比(SNR)。通过在MRI系统的预放大器之前增大信号来增大SNR对于提高图像质量而言很重要。改进SNR的一种方式是增大磁体的磁场 强度，因为SNR与磁场的幅度成比例。然而,在临床应用中，MRI在磁体的场强幅度上有最高限度(US FDA的当前最高限度为3T (特斯拉))。改进SNR的其他方式包括在合适时通过减小视野(在合适时)来减小样品噪声、减小样品与RF线圈之间的距离、和/或减小RF线圈噪声。尽管为了改进MRI做出了不懈努力和许多进步，然而仍继续需要进一步改进MRI，例如以提供更大的对比度、改进的SNR、更高的获取速度、更高的空间和时间分辨率和/或更高的频谱分辨率。此外，影响MRI技术的进一步使用的一个重要因素是与高磁场系统相关联的高成本，对于购买和维护而言均是如此。因此，提供能够以合理成本制造和/或维护的高质量MRI成像系统，从而允许MRI技术更广泛地使用，将是有利的。

发明内容
本发明的各种实施例提供一种超导RF线圈阵列，其可用在全身MRI扫描器及/或专用MRI系统中。本发明的一些实施例提供一种超导RF线圈阵列，用于在对样品进行磁共振分析期间完成从样品接收信号和发送信号到样品中的至少一个，所述超导RF线圈阵列包括导热部件，构造成被低温冷却；以及包括超导材料的多个线圈元件，其中每个线圈元件被热耦合到所述导热部件并构造成用于下述动作的至少一个(i)从空间区域接收磁共振信号，所述空间区域与所述多个线圈元件中的至少一个另外的线圈元件构造成从其处接收信号的那个空间区域毗邻及/或交迭，及(ii)发送射频信号到空间区域，所述空间区域与所述多个线圈元件中的至少一个另外的线圈元件构造成发送射频信号至其处的那个空间区域毗邻及/或交迭。在一些实施例中，每个线圈元件可包括设置在导热基板上的薄膜超导线圈。导热基板可包括矾土和蓝宝石中的至少一种，所述导热部件可实施为矾土板和蓝宝石板。在各种实施例中，每个线圈元件的导热基板可被直接或间接地热耦合到所述导热部件。例如，在一些实施例中，多个导热基板的每一个被直接热耦合到所述导热部件，所述导热基板的至少一个另外那些的每一个被间接或非直接地耦合到所述导热部件。这些其它的导热基板可被直接热耦合到所述直接热耦合到所述导热部件的导热基板的至少一个，由此被间接热耦合到所述导热部件。导热间隔部件(例如支座)可替代地或额外地用来将这些其它导热基板的热耦合到所述导热部件，由此在这些其它导热基板和导热部件之间提供间接热耦合。在一些实施例中，超导线圈的一个或更多可包括高温超导体，其可实施为例如薄膜及/或用高温超导带。替代地或额外地，邻近的高温超导线圈可以构造成使得它们关于导电方面是分开的并在空间上交迭。这些邻近的交迭线圈可设置在导热部件的公共表面的上面或上方及/或设置在导热部件的相对表面的上面。在不同实施例中，超导RF线圈阵列可构造成线性阵列或二维阵列或体积阵。线圈可实施为仅接收、仅发送、或者发送和接收。在一些实施例中，每个线圈元件包括至少一个高温超导线圈和导热基板，所述导热基板被热耦合到(i)至少一个高温超导线圈及(ii)所述导热部件。导热基板可构造成 具有外表面的大致圆柱形结构，至少一个超导线圈设置在所述外表面上。例如，每个导热基板(i)是大致环形形状的，具有相对于直径而言小的高度，及(ii)具有绕其外表面设置的一个超导线圈。在一些实施例中，超导RF线圈阵列可还包括热耦合到所述导热部件的至少一个导热基板，其中每个线圈元件包括高温超导线圈。在一些这样的实施例中，所述至少一个导热基板的每一个可构造成具有外表面的大致圆柱形结构，至少一个所述高温超导线圈设置在所述外表面上。在各种这样的实施方式中，所述至少一个导热基板的每一个包括至少两个所述超导线圈，所述至少两个所述超导线圈构造成使得邻近的超导线圈(i)关于导电方面是分开的而且(ii)沿着圆柱形形状的导热基板的轴向方向移位并交迭。在一些这样的实施方式中，导热部件可以是大致平坦的并且RF线圈阵列包括两个大致圆柱形导热基板，每个导热基板具有热耦合到所述导热部件的公共表面的一个轴端，其中导热基板的尺寸和它们的间隔被构造成提供RF线圈阵列作为胸部成像专用RF线圈阵列。在其它各种这样的实施方式中，导热基板可包括至少两个所述超导线圈，所述至少两个所述超导线圈构造成使得邻近的超导线圈(i)关于导电方面是分开的而且(ii)绕圆柱形形状的导热基板的周向方向移位并交迭。所述周向移位并交迭的超导线圈的数量可以是，例如，至少四个。在一些实施例中，多个线圈元件的每一个可包括高温超导线圈，导热部件可构造成具有外表面的大致圆柱形结构，所述高温超导线圈设置在所述外表面上，从而邻近的超导线圈(i)关于导电方面是分开的而且(ii)绕圆柱形形状的导热部件的周向方向移位并交迭。在各种实施例中，至少一个线圈元件可构造成多重共振射频线圈元件，其可操作为在相同磁场下接收对应不同磁共振频率的信号。本领域技术人员应该认识到，以上简要描述和以下详细描述是本发明的示例和解释，而并非要限制本发明或限制本发明可以实现的优点。此外，可以理解，本发明的前述概要代表本发明的一些实施例，而不表示或包括本发明范围内的所有主题和实施例。因此，这里引用并构成其一部分的附解示出本发明的实施例，并与详细描述一起，用来解释本发明的实施例的原理。通过结合附图进行的以下描述来考虑本发明，本发明实施例的方面、特征和优点将在结构和操作上得到理解并变得更加显而易见，其中，贯穿各个附图，相似的附图标记指代相同或相似的部分。


通过结合附图进行的以下描述来考虑本发明，本发明实施例的方面、特征和优点将在结构和操作上得以理解并变得更加显而易见，其中，在各个附图中，从始至终，相似的附图标记指代相同或相似的部分，附图中图IA和IB分别示意性示出根据本发明的一些实施例的包括大致圆形线圈的示意性超导RF线圈阵列的俯视图和侧视图；图2A和2B分别示意性示出根据本发明的一些实施例的包括大致矩形线圈的示意性超导RF线圈阵列的俯视图和侧视图； 图3A、3B和3C分别示意性示出根据本发明的一些实施例的交迭的线圈元件的二维阵列的顶视图、侧视图和斜视图；图4A和4B分别示意性示出根据本发明的一些实施例的为线圈使用高温超导体(HTS)带的示意性超导RF线圈阵列的俯视图和横截面侧视图；图5A和5B分别示意性示出根据本发明的一些实施例的构造成在水平主磁场中用于胸部成像的示意性超导RF线圈阵列的俯视图和侧视图；图6A和6B分别示意性示出根据本发明的一些实施例的构造成在竖直主磁场中用于胸部成像的示意性超导RF线圈阵列的俯视图和侧视图；图7A和7B分别示意性示出根据本发明的一些实施例的构造成在竖直主磁场中用于胸部成像的示意性超导RF线圈阵列的俯视图和侧视图；图8A和SB示意性示出根据本发明的一些实施例的HTS带线圈阵列，所述线圈阵列包括大致圆筒形导热支撑件和周向设置的交迭HTS线圈；及图9A和9A示出与根据本发明的一些实施例的一个HTS线圈(图9B)和五个交迭的HTS线圈的线性阵列相关联的RF信号轮廓的模拟结果。
具体实施例方式以下的描述公开了低温冷却超导RF线圈阵列的各个实施例，所述线圈阵列可用在全身MRI扫描器中及/或用在专用MRI系统(例如头部专用、肢体专用、儿科专用、脊柱专用等)中。如从下面的描述中能进一步理解的那样，本发明的实施例包括线圈面阵和体积阵设计，并且在各种实施方式中，两个或更多诸如此处描述的实施例(及其变型)的超导线圈阵列模块(例如，两个或更多大致平面线圈阵列模块，诸如一维或二维表面线圈阵列模块)可以一起使用(例如，通过独立定位它们及/或将它们安装成相对于彼此有固定的空间关系，诸如通过将它们机械联接，无论是直接相互联接或者是经由一个或更多介于其间的支撑结构)，以实质上形成更大的阵列。例如，两个或更多超导表面线圈阵列模块可以构造成围绕肢端(例如，大腿、头等)或者躯干(例如，为了心脏成像)，以提供在期望感兴趣区域(ROI)上的成像(例如期望的视野(FOV))。如从下面的描述中同样能进一步理解的那样，具有特定总体几何形状(例如，大致平面的(例如线性)一维或二维阵列，大致圆筒形阵列等等)的每个超导线圈阵列实施例，可根据各种实施例构造而用于各种应用，诸如用于全身成像、头部专用成像、四肢专用成像、儿科专用成像等等。然而，根据线圈阵列可能适用或意图使用的应用，给定的一般总体几何形状的线圈阵列的特定设计参数可以改变。这些设计参数可包括例如，总体几何形状构造的尺寸、尺寸及/或几何形状(例如，圆形、方形、六 边形等等)及/或在阵列中的线圈元件的数量等等。作为例子，大致圆筒形内管阵列几何形状可适用于全身成像、头部专用成像以及胸部专用成像；然而，如果特别想要阵列用于这些应用中的一个，那么可以相应地确定它的设计参数(例如，圆筒形状的长度和半径、线圈元件的数量和尺寸、线圈元件的类型、线圈元件关于一般地圆筒形几何形状的空间布置等等)。在圆筒形几何形状(仅作为例子)的背景中，想用于头部专用应用的圆筒形阵列可布置成使得圆筒形结构在两端敞开，而对于胸部专用应用来说，圆筒形结构的一端可以封闭(例如，允许低温冷却机设置在封闭端附近)。类似地，从下面的描述中本领域技术人员应该理解，根据本发明的实施例的超导线圈阵列的各种设计参数和特殊结构也可以根据线圈将用在其中的整体磁共振系统(例如，MR系统的尺寸、敞开、关闭、可用的RF通道的数量等等)而改变。另外，根据以下描述，本领域技术人员可以进一步理解，根据本发明各个实施例的低温冷却超导RF线圈阵列线圈可以在许多种磁共振成像和光谱系统中实现，如采用传统铜梯度线圈的系统、采用超导梯度线圈的系统(例如2009年4月I日提交的美国专利申请No. 12/416,606以及2009年4月17日提交的美国临时申请No. 61/170，135中公开的系统，其每一个通过引用并入此处)、全身系统、头部专用系统、具有垂直或水平朝向的主磁场的系统、开放或封闭系统等等。类似地，本领域技术人员还可以理解，尽管可以在可以用于样品(例如，个体例如患者，动物例如狗或老鼠、组织样品、或其他有生命或无生命的对象)的结构检查的MRI系统的上下文中阐述以下描述的各个部分，但是本发明的各个实施例也可以与操作和/或配置为其他形态的磁共振(MR)系统相结合来使用，所述其它形态如功能性MRI、扩散加权和/或扩散张量MRI、MR光谱和/或光谱成像等等。此外，如在这里使用，MRI包括并涵盖磁共振光谱成像、扩散张量成像(DTI)以及基于核磁共振的任何其他成像形态。从下面的描述中，本领域技术人员也可以理解，根据本发明实施例的超导线圈阵列可以构造成或适用于仅接收、或仅发送、或发送和接收。图IA和IB分别示意性示出根据本发明的一些实施例的说明性超导RF线圈阵列10的俯视图(为了清楚起见示出下方特征的轮廓)和侧视图。更准确地说，图IA和IB示出布置成两层以提供线性阵列的超导RF线圈元件14a_14e (此处也被称为线圈14a_14e并被集体称为为超导RF线圈元件14或线圈14)配置。如所示，线圈元件14a、14c和14e (为了方便起见被集体称为“下线圈元件”)每一个设置成直接热接触导热基板(板)12，线圈元件14b和14d(为了方便起见被集体称为“上线圈元件”)设置在下线圈元件的上方，并分别经由支座16a和16b (集体称为支座16)热耦合到下线圈元件和耦合到板12。环氧及/或热油脂/化合物(未示出)可设置在线圈14和板12及或支座16之间以在它们之间提供热及机械接触。导热板12和每个导热支座16可以由例如任何一种或多种高导热率的材料(诸如蓝宝石或矾土)，或者其它非金属的高导热率材料(诸如高导热率陶瓷)形成。如下面进一步描述的那样，导热板12被热耦合(此处未示出)到低温冷却系统，超导线圈阵列10被装在壳体内，所述壳体保持阵列10在真空(例如，至少低真空)内。在各种替代实施例中，导热板12可以比线圈元件的直径窄，在一些实施例中，板12可以实施为两个分开的、平行的细长部件，每个细长部件接触线圈元件14a、14c、14e的背侧部分。在图IA和IB中，每个线圈元件14包括基板15 (例如，蓝宝石晶片)和薄膜超导线圈17 (也被称为轨迹17)。在图IA和IB的实施例中，薄膜轨迹17形成在基板15的上表面(背离所述板12)，虽然在替代实施例中，轨迹可以设置在基板15 的下表面上(面对所述板 12)。尤其是，根据本发明的一些实施例，每个RF线圈元件14a_14e的轨迹17可以实施为高温超导体(HTS)，诸如YBCO及/或BSCCO等等(例如，使用HTS薄膜或HTS带)，但是在各种实施例中也可以使用低温超导体(LTS)。例如，在一些实施例中，每个RF线圈元件14a-14e是在基板(诸如蓝宝石或铝酸镧)上的HTS薄膜螺旋线圈及/或HTS薄膜互相交叉螺旋线圈。考虑到例如Ma等人的在Academic Radiology的2003年9月的卷 10 序号 9,页码 978-987 的文章 “Superconducting RF Coils for Clinicla MRImaging at Low Field”,Gao 等人在 ISMRM-2003 序号 1412 上的文章“Simulation of theSensitivity of HTS Coil and Coil Array for Head Imaging，，, Fang等人在 IEEE Trans在 Applied Superconductivity 的卷 12 序号 2 页码 1823-1827(2002)上的“Design ofSuperconducting MRI Surface Coil by Using Method of Moment”，以及 Miller 等人在Magnetic Resonance in Medicine, 41 :72-29 (1999)上的文章 “Performance of a HighTemperature Superconducting Probe fro In Vivo Microscopy at 2. 0T，，(上述每篇文章通过参考以其全部合并于此)，这种线圈的设计和制造在上述文章中被进一步描述及/或可以从上述文章中得到进一步的理解。因此，在一些实施例中，超导RF线圈阵列10实施为HTS薄膜RF线圈阵列。每个线圈元件的设计(例如轨迹直径、圈的数量)可以取决于应用，并且可包括对同质性、信噪比、视场(FOV)的考虑。类似的考虑可以作为确定将被使用的线圈元件的数量(例如尽管在图IA和IB中的实施例中示出五个线圈元件，线性阵列可包括更少或更多的线圈元件)的因素。如图IA和IB中所示，相邻线圈元件14的轨迹17交迭，这种交迭是通过让相邻线圈元件垂直移位而产生的。本领域技术人员应该理解，在相邻线圈之间的交迭量可以关于退耦被最优化。如显示出的那样，支座16可帮助导热(例如，在上线圈和板12之间导热)以及帮助机械支撑(例如，帮助支撑上线圈)。使用设置在下线圈元件的轨迹上方的支座16a可有助于防止如果上线圈元件直接接触下线圈元件的情况下可能对这些轨迹产生的损害。在不同实施例中，支座16a可包括狭窄的凹入区域，所述凹入区域设置在下线圈元件的下方轨迹上方从而下轨迹不被上方的支座16a机械接触到。应该理解，在各种替代实施例中，可以省去一个或更多(例如所有)支座16。例如，一些实施例可包括在下和上线圈元件之间的支座16a，但是不在板12和上线圈元件14b、14d之间使用支座16b，因为线圈元件间支座16a可提供充分导热以冷却上线圈元件。另外地或替代地，不同实施例可包括额外的与上线圈元件14b和14d直接接触的高导热板。
作为非限制性的例子，为了说明的目的，在一些实施例中，板12可具有大约3-5_的厚度，每个线圈元件轨迹17可具有大约Icm到IOcm或更大的直径，每个线圈元件基板15可具有大约0. 3mm到0. 6mm的厚度,而支座16a可具有大约0. Imm到0. 5mm的厚度。尽管未在图IA和IB中示出，用于每个线圈元件的电子模块可设置在板12及/或基板15上，并且可包括至少前置放大器，也可以包括额外的电路，例如用于阻抗匹配、退耦
坐坐寸寸o如上面所示，图IA和IB中示出的超导RF线圈阵列10设置在真空室中并且被与低温冷却系统热耦合的板12冷却。在不同实施例中，线圈元件14a_14e可以被冷却到大约4k到IOOk的温度范围，尤其是，冷却到低于超导材料的临界温度的温度(例如，在一些实施例中，低于用于RF线圈17的高温超导体(HTS)材料的临界温度)。在不同实施例中，低温冷却系统可包括以各种单级或多级低温冷却机实现的低温冷却机，诸如Gifford McMahon (GM)低温冷却机、脉冲管(PT)冷却机、Joule-Thomson(JT)冷却机、Stirling冷却机或其他低温 冷却机。在不同备选实施例中，超导RF线圈阵列10可以被配置用于冷却，使得利用致冷剂(诸如液氦和液氮)来冷却线圈17。尽管未在此处示出，真空室可以实现为例如双壁Dewar结构。尤其是，根据本发明的一些实施例，真空室可包括由玻璃及/或其它非传导性的且机械上牢固的材料(诸如G10、RF4、塑料及/或陶瓷)制成的双壁Dewar结构。在不同实施例中，双壁Dewar结构可以实施为依照或类似于在2008年9月17日提到的序号为12/212，122的美国申请、2008年9月17日提交的序号为12/212，147的美国临时申请、2009年4月20日提交的序号为61/171,074的美国临时申请中描述的封闭密封的双壁结构(及真空热绝缘壳体)，上述各申请通过引用以其全部合并于此。尽管下面未详细讨论，应该理解，下面给出的实施例也可以在真空室内实施并且被热耦合以用于低温冷却。应该理解，两个或更多诸如或依照图IA和IB中所示的线性阵列的线性阵列可以结合以提供二维或三维阵列组件。例如，在一些实施例中，八个线性阵列(例如，每个阵列具有两个或更多线性布置的线圈元件)可以组装成大致圆柱形的、八边形布置，其中每个线性阵列纵向延伸并且在方位角上移位大约45度。这种配置可以以类似于在2009年4月20日提交的序号为61/171，074的美国临时申请中公开的超导体RF头线圈阵列的实施例的方式实现，上述临时申请通过参考以其全部合并于此。考虑到上面的描述，可以理解，根据本发明的各种实施例，超导RF线圈阵列10可以实施为仅接收阵列，其中RF发送器实施为单独的RF线圈(未示出)，在各种实施例中该RF线圈可以是常规(例如，非超导的，诸如常规铜RF线圈)RF发送器线圈或者超导RF发送线圈。在一些实施例中，超导RF线圈阵列10可以实施为发送和接收线圈阵列(收发器阵列)，其中每个超导RF线圈元件14既用于发送也用于接收RF信号。根据本发明的各种实施例，超导RF线圈元件14的一个或多个可以实施为多重共振RF线圈元件(例如，包括具有不同共振频率的两个或更多接收线圈，诸如用于在给定磁场(例如，在3特斯拉(T))中探测钠和氢共振)。现在参考图2A和2B，示出的分别是根据本发明一些实施例的示意性超导RF线圈阵列20的俯视图(为了清楚起见示出下方特征的轮廓)和侧视图。更准确地说，图2A和2B示出这样的配置五个超导RF线圈元件24a-24e (此处被集体称为超导体RF线圈元件24或线圈24)布置成两层以提供线性阵列(类似于图IA和IB的线性阵列)，其形成在导热板22上。与图IA和IB的线性阵列相比，图2A和2B的线性阵列包括大致矩形的(薄膜HTS)轨迹27和大致矩形的基板25。矩形基板25可通过切割或切划圆形基板(诸如圆形蓝宝石或矾土基板)来形成。由于基本恒定的轨迹交迭距离，矩形形状的轨迹可提供改善的图像再现。矩形线圈元件也比圆形线圈元件更适合形成二维阵列。例如，图3A-3C 示出大致矩形的线圈元件 34al、34bl. 34el、34a2、34b2. 34e2组成的二维(2X5)矩形阵列30，并具有大致矩形的基板和大致矩形的轨迹37，它们使用直接耦合在导热板32和从上面数第二层的线圈元件(包括元件34a2、34c2和34e2)之间的支座元件36而组装成四层，由此提供为从上方数第二层的元件和上覆的最上层的元件(包括元件34b2、34d2)提供导热和机械支撑。更准确地说，图3A为顶视图(为了清楚起见，示出下方特征的轮廓)，图3B为侧视图而图3C为斜视图(为了清楚起见，示出下方特征的轮廓)。如所示，每个相邻线圈元件的轨迹37彼此交迭(S卩，线圈元件轨迹与最靠近它的邻居元件和次最接近的邻居元件(即，对角设置的邻居元件)的轨迹交迭)。应该理解，在各种 实施方式中，支座盘元件也可以包含在内以直接耦合在特定区域中的最下层的元件(包括元件34al、34cI、34eI)和从上方数第二层的元件(包括元件34a2、34c2和34e2)，所述特定区域是最下层元件和上数第二层元件交迭之处。应该理解，比使用细长的支座元件36更好的，单独的支座盘可以设置在板32和每个线圈元件34a2、34c2和34e2之间。本领域技术人员应该理解，图3A-3C的实施例中所示的四层结构可用于提供任意尺寸的交迭的线圈元件的二维阵列(例如，3X5、4X5、4X8、8X8等)。现在参考图4A和图4B，分别示出根据本发明一些实施例的说明性超导RF线圈阵列40的俯视图(为了清楚起见示出下方特征的轮廓)和横截面侧视图，所述线圈阵列40为线圈使用高温超导体(HTS)带。如所示，阵列40包括三个线性布置的线圈元件44a、44b、44c，它们交替地设置在导热板42的相对表面上。每个线圈元件包括导热(例如矾土)支撑环43、HTS线圈47和电路49。如所示，导热(例如矾土)支撑环43被热耦合到导热(例如矾土或蓝宝石)板42，HTS带47绕矾土支撑环43周向卷绕，并可以通过电路49的附接(例如焊接)而固定在适当位置。环氧的及/或热油脂也可以用来热耦合和固定所述带47到支撑环43的周向表面。电路49可包括至少前置放大器，也可以包括额外的电路，诸如用于阻抗匹配、退耦等等。作为非限制性的例子，为了说明的目的，环43可具有大约2. 5cm到25cm之间或更大的直径,并且可具有大约5mm到25mm的高度(沿圆柱形)；HTS带47可具有大约0. Imm到0. 5mm的厚度以及大约5mm到13mm的宽度，并且可卷绕成绕帆土环43的单一环。现在参考图5A和图5B，分别示出根据本发明的一些实施例的说明性超导RF线圈阵列50的俯视图(为了清楚起见，示出下方特征的轮廓)和侧视图，其中所述超导RF线圈阵列50为线圈使用高温超导体(HTS)带并构造成用于在水平主磁场(即，与大致圆柱形形状的线圈元件的纵轴正交)中对胸部成像。线圈阵列50的构造与线圈40至少在一定范围内相似，因为线圈元件实施为绕大致圆柱形的导热(例如矾土)支撑环安装的HTS带，其中所述支撑环热耦合到导热板。更准确地说，如所示，阵列50的每个大致圆柱形线圈元件包括导热(例如矾土)支撑环53、HTS线圈57以及电路59。如所示，导热(例如矾土)支撑环53被热稱合到导热(例如帆土或蓝宝石)板52,而HTS带57绕帆土支撑环53周向卷绕成线圈配置以用于水平磁场，并可以通过电路59的附接(例如焊接)固定到适当位置。环氧的及/或热油脂也可以用来热耦合和固定所述带57到支撑环53的周向表面。电路59可包括至少前置放大器，并可包括额外的电路，诸如用于阻抗匹配、退耦等等。作为非限制性的例子，为了说明的目的，环43可具有大约15cm到25cm或更大的直径，并可具有大约15cm到25cm或更大的高度(沿圆柱形的轴线)。现在参考图6A和图6B，分别示出根据本发明一些实施例的说明性的超导RF线圈阵列60的俯视图(为了清楚起见，示出下方特征的轮廓)和侧视图，其中所述线圈阵列60为线圈使用高温超导体(HTS)带并且构造成在竖直主磁场(即，平行于大致圆柱形形状的线圈元件的纵轴)中对胸部成像。如所示，每个大致圆柱形线圈元件的阵列60包括导热(例如矾土)支撑环63、HTS线圈67和电路69，所述导热(例如矾土)支撑环63热耦合到导热(例如矾土或蓝宝石)板62。线圈阵列60的构造与线圈阵列50相似；然而，HTS线圈67被缠绕成适合用在竖直场中的配置(例如，鞍形线圈配置)。现在参考图7A和图7B，分别示出根据本发明一些实施例的说明性超导RF线圈阵列70的俯视图(为了清楚起见示出下方特征的轮廓)和侧视图，其中所述线圈阵列70为线圈使用高温超导体(HTS)带并构造成在竖直主磁场(即，平行于大致圆柱形形状的线圈·元件的纵轴)中对胸部成像。如所示，阵列70的每个大致圆柱形线圈元件包括导热(例如矾土)支撑环73、HTS带77以及电路79，导热(例如矾土)支撑环73热耦合到导热(例如矾土或蓝宝石)板72。线圈阵列70的构造与线圈阵列60类似；然而，与每个支撑环相关联的HTS带77被实施为两个交迭的线圈以便为每个大致圆柱形元件提供线圈阵列。更准确地说，如所示，交迭的HTS线圈77al (上)和77bl (下)被缠绕在一个公共支撑环73上，而交迭的HTS线圈77a2 (上)和77b2 (下)缠绕在另一公共支撑环73上，并且每个线圈77al、77bl、77a2、77b2所缠绕成的结构适合用在竖直场中(例如，鞍形线圈配置)。电绝缘件71设置在上下线圈交迭处以隔开交迭的上下线圈。线圈组77al/77bl和组77a2/77b2可以布置成使得它们各自相关的场(BI场)彼此正交，以使它们之间的耦合最小化，如图7C和图7D中所示。图8A和SB示意性示出根据本发明的一些实施例的HTS带线圈阵列，其包括大致圆柱形的导热支撑件(例如氧化铝管)83，以及实施为HTS带并且直接或者通过薄塑料片形成在氧化铝管上的HTS线圈87。更准确地说，图SB示出绕支撑件83周向设置的交迭的六个元件的线圈阵列配置。应注意到，根据不同的实施例，为所述线圈使用高温超导体(HTS)带。另外，如所示，电绝缘件(介电垫片)81设置在所述线圈交迭处以隔开交迭的线圈。图9A和9B示出与一个HTS线圈(图9A)和五个交迭的HTS线圈的线性阵列相关联的RF信号轮廓的模拟结果，显示出这种阵列可提供的均匀性。额外的，如上面指出的那样，可以理解，根据本发明的一些实施例，根据本发明的不同实施例的低温冷却的超导RF线圈阵列线圈可以在磁共振成像系统中实施，所述磁共振系统使用诸如2009年4月I日提交的序号为12/416，606的美国专利申请、2009年4月17日提交的序号为61/170，135的临时申请中公开的超导梯度线圈，通过参考上述申请的每一个以其全部合并于此。已经关于特定实施例图示和描述了本发明，这些实施例仅仅为了说明本发明的原理而并非要排除或者以其它方式限制本发明的实施方式。因此，尽管对图示实施例，以及对这些实施例的各种图示出的变型和特征的上述描述提供了许多特异细节，这些实现细节不应被解释成对本发明的范围的限制，本领域技术人员容易理解，在不偏离本发明的范围和不减弱本发明所具有的优点的前提下，容易对本发明做出许多修改、适配、变化、省略、添加和等效实现。例如，除了处理本身必需或固有的范围之外，不暗示必须要遵循本公开(包括附图)中描述的方法或过程的步骤或阶段的任何特定顺序。在许多情况下，在不改变所描述方法的目的、效果或输出的情况下，可以改变处理步骤的顺序，或者可以组合、改变、或省略各个示意步骤。还应注意，术语和表述用来描述术语而非限制术语。使用术语或表述并非要排除所示和所述特征或其部分的任何等效物。此外，可以实现本发明，而并非一定要提供这里描述的或者根据公开理解的和/或在其一些实施例中可以实现的一个或多个优点。 因此，本发明不应限于所公开的实施例，而应当根据所附权利要求来限定。
权利要求
1.一种超导RF线圈阵列，用于在对样品进行磁共振分析期间完成从样品接收信号和发送信号到样品中的至少一个，所述超导RF线圈阵列包括 导热部件，构造成被低温冷却；及 包括超导材料的多个线圈元件，其中每个线圈元件被热耦合到所述导热部件并构造成用于下述动作的至少一个 (i)从空间区域接收磁共振信号，所述空间区域与所述多个线圈元件中的至少一个另外的线圈元件构造成从其处接收信号的那个空间区域毗邻及/或交迭，及 (ii)发送射频信号到空间区域，所述空间区域与所述多个线圈元件中的至少一个另外的线圈元件构造成发送射频信号至其处的那个空间区域毗邻及/或交迭。
2.根据权利要求I所述的超导RF线圈阵列，其中每个线圈元件包括设置在导热基板上的薄膜超导线圈。
3.根据权利要求2所述的超导RF线圈阵列，其中导热基板包括矾土和蓝宝石中的至少一种，并且所述导热部件为矾土板和蓝宝石板。
4.根据权利要求2所述的超导RF线圈阵列，其中每个线圈元件的导热基板被直接或间接地热耦合到所述导热部件。
5.根据权利要求4所述的超导RF线圈阵列，其中多个导热基板中的每一个被直接地热耦合到所述导热部件，并且所述导热基板中的至少一个另外那些的每一个被间接或非直接地耦合到所述导热部件。
6.根据权利要求5所述的超导RF线圈阵列，其中所述导热基板中的至少一个另外那些的每一个被直接地热耦合到所述直接热耦合到所述导热部件的导热基板的至少一个，由此被间接地热耦合到所述导热部件。
7.根据权利要求5所述的超导RF线圈阵列，其中所述至少一个另外那些导热基板的一个或更多个经由导热间隔部件热耦合到所述导热部件，由此被间接地热耦合到所述导热部件。
8.根据权利要求2所述的超导RF线圈阵列，其中薄膜超导线圈的每一个包括高温超导体。
9.根据权利要求I所述的超导RF线圈阵列，其中每个线圈元件包括高温超导线圈，邻近线圈元件的高温超导线圈关于导电方面是分开的并在空间上交迭。
10.根据权利要求9所述的超导RF线圈阵列，其中邻近线圈元件的超导线圈设置在导热部件的公共表面的上面或上方。
11.根据权利要求9所述的超导RF线圈阵列，其中邻近线圈元件的超导线圈设置在导热部件的相对表面的上面或上方。
12.根据权利要求I所述的超导RF线圈阵列，其中线圈元件构造成线性阵列。
13.根据权利要求I所述的超导RF线圈阵列，其中线圈元件构造成二维阵列。
14.根据权利要求I所述的超导RF线圈阵列，其中线圈元件构造成仅接收线圈。
15.根据权利要求I所述的超导RF线圈阵列，其中每个线圈元件包括至少一个高温超导线圈和导热基板，所述导热基板被热耦合到(i)至少一个高温超导线圈及(ii)所述导热部件。
16.根据权利要求15所述的超导RF线圈阵列，其中导热基板构造成具有外表面的大致圆柱形结构，至少一个超导线圈设置在所述外表面上。
17.根据权利要求16所述的超导RF线圈阵列，其中每个导热基板(i)是大致环形形状的，具有相对于直径而言小的高度，及(ii)具有绕其外表面设置的一个超导线圈。
18.根据权利要求I所述的超导RF线圈阵列，还包括热耦合到所述导热部件的至少一个导热基板，其中每个线圈元件包括高温超导线圈。
19.根据权利要求18所述的超导RF线圈阵列，其中所述至少一个导热基板的每一个构造成具有外表面的大致圆柱形结构，至少一个所述高温超导线圈设置在所述外表面上。
20.根据权利要求19所述的超导RF线圈阵列，其中所述至少一个导热基板的每一个包括至少两个所述超导线圈，所述至少两个所述超导线圈构造成使得邻近的超导线圈(i)关 于导电方面是分开的而且(ii)沿着圆柱形形状的导热基板的轴向方向移位并交迭。
21.根据权利要求20所述的超导RF线圈阵列，其中所述导热部件是大致平坦的并且RF线圈阵列包括两个所述导热基板，每个导热基板具有热耦合到所述导热部件的公共表面的一个轴向端，其中导热基板的尺寸和它们的间隔被构造成提供RF线圈阵列作为专用胸部成像RF线圈阵列。
22.根据权利要求19所述的超导RF线圈阵列，其中导热基板包括至少两个所述超导线圈，所述至少两个所述超导线圈构造成使得邻近的超导线圈(i)关于导电方面是分开的而且(ii)绕圆柱形形状的导热基板的周向方向移位并交迭。
23.根据权利要求22所述的超导RF线圈阵列，其中所述超导线圈的数量是至少四个。
24.根据权利要求18所述的超导RF线圈阵列，其中至少一个线圈元件包括超导带。
25.根据权利要求I所述的超导RF线圈阵列，其中每个线圈元件包括设置在导热基板上的超导带线圈。
26.根据权利要求I所述的超导RF线圈阵列，其中每个线圈元件包括高温超导线圈，其中导热部件构造成具有外表面的大致圆柱形结构，所述高温超导线圈设置在所述外表面上，从而邻近的超导线圈(i)关于导电方面是分开的而且(ii)绕圆柱形形状的导热部件的周向方向移位并交迭。
27.根据权利要求I所述的超导RF线圈阵列，其中至少一个线圈元件构造成多重共振射频线圈元件，其可操作为在相同磁场下接收对应于不同磁共振频率的信号。
全文摘要
一种超导RF线圈阵列，其可用在全身MRI扫描器及/或专用MRI系统中。一些实施例提供一种超导RF线圈阵列，用于在对样品进行磁共振分析期间完成从样品接收信号和发送信号到样品中的至少一个，所述超导RF线圈阵列包括构造成被低温冷却的导热部件；以及包括超导材料的多个线圈元件，其中每个线圈元件被热耦合到所述导热部件并构造成用于下述动作的至少一个(i)从空间区域接收磁共振信号，所述空间区域与所述多个线圈元件中的至少一个另外的线圈元件构造成从其处接收信号的那个空间区域毗邻及/或交迭迭，及(ii)发送射频信号到空间区域，所述空间区域与所述多个线圈元件中的至少一个另外的线圈元件构造成发送射频信号至其处的那个空间区域毗邻及/或交迭。
文档编号G01R33/3415GK102812377SQ201080050898
公开日2012年12月5日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年9月21日
发明者马启元, 高尔震 申请人:美时医疗控股有限公司