专利名称：用于磁共振成像设备的rf线圈系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种RF信号的发射和/或接收的装置，其用于磁共振成像(下文中通常将其称为“RF线圈系统”)，其被构造为永久装配于磁共振成像设备中的RF线圈(体线圈)，或被构造为所谓的专用RF线圈(即，作为设置于被检查区域之上或周围的单独RF线圈，例如头部线圈、肩部线圈、柔性表面线圈等)，以及涉及一种配备有所述RF线圈系统的磁共振成像设备。
磁共振(MR)成像设备特别用于病人的检查和治疗。通过稳定主磁场(B0场)排列被检查组织的核自旋，然后通过垂直于主磁场的并具有MR或拉莫尔(Larmor)频率的类似脉冲的B1磁场对其激励。此外，为了定位，核自旋也受梯度磁场的影响。接收和评估通过激励感应的RF弛豫信号，从而以已知方式于此重构相关组织的图像。
基本上可以区别两种构造类型一方面是所谓的轴向系统，其中病人被引入基本上水平方向定向的管状检查区域。通过沿着检查区域的周围设置的磁性线圈产生磁场，主磁场然后以病人的纵轴方向横穿病人。
另一方面，是所谓的开路MR成像设备(垂直系统)，在该设备中产生主磁场，一般来说，在两个极板之间，极板是一个在另一个上面的排列的，并在其之间是限定病人的垂直圆筒形检查区域。主磁场(B0场)基本上以垂直于病人的纵轴的方向(即，垂直地)横穿病人。然后病人保持几乎适合于从所有面接近的状态，即，即使在成像过程中，从而也可以执行介入式检查。
RF线圈系统被永久装配于所述系统(所谓RF体线圈)中，从而产生B1磁场(RF场)，并接收RF弛豫信号；这种线圈的构造和定位对图像质量具有决定性作用，特别是信噪比和分辨率。
此外，也可以使用专用(单独)RF线圈，例如，比如头部线圈、肩部线圈等；还有些这类线圈至少部分为柔性表面线圈或垫，并可将其设置于病人的被检查区域的周围或区域之上。
在这方面，非常重要的是，使尽可能均匀的RF场横穿被成像的整个检查区域，或者RF线圈系统的接收特性在该区域中尽可能地恒定。此外，RF线圈系统的视场(FOV)应该尽可能精确地延伸，该延伸穿越至少基本上恒定的B0场的空间和产生梯度磁场的梯度线圈的有用空间，以尽可能完全和恒定地暴露该最终限定的有用检查区域(并且仅该区域)，从而用于免干扰成像。
例如，美国专利6,150,816给出了一种RF线圈系统，其由彼此电气绝缘的至少第一、第二和第三RF线圈构成，并可对线圈单独激励，并且以便在轴向上彼此交迭设置线圈，用这种方式可以使其之间不存在磁耦合。其目的不仅是提供改善的信噪比，而且提供RF线圈系统扩展的和可切换的视场。
然而，该系统的缺点是，与视场在轴向上的长度相比，该线圈系统在轴向上的长度较大，即，特别是希望在视场的轴端点处，RF场或接收特性尽可能恒定的变化和急剧下降的时候。
因此，本发明通常的目的是提供一种用于产生B1场和/或用于接收RF弛豫信号的装置(通常称为RF线圈系统)，以此使有用的检查区域暴露在发射或接收特性(场特性)方面具有高度的一致性的视场下。
本发明显著的目的是提供这种RF线圈系统，该系统是为以轴向系统为形式的MR成像设备而提出的，以此产生的场特性适于轴向上至少基本上恒定的B0场的尺寸和适于梯度磁场，并在轴端点处相对急剧地减小，同时在该方向上采用RF线圈系统的相对小的尺寸。
最后，本发明的另一目的是提供这种RF线圈系统，该系统是为以垂直系统为形式的MR成像设备而提出的，以此获得的场特性适于在检查区域的径向上至少基本上恒定的B0场的尺寸和适于梯度磁场，并且在径向端点处相对急剧地减小。
通过由多个共振导体元件形成、用于磁共振成像、用于RF信号的发射和/或接收的装置(RF线圈系统)，根据权利要求1获得该目的。
这样，RF线圈系统基本上组成波共振器。该解决方案的特殊优点在于这样的事实在轴向系统中，可以这样以大约系数2地增大对该RF线圈系统的轴长度的RF线圈系统的轴向上视场的尺寸比率。
此外，依据该解决方案，不仅可以实现永久装配于系统中的RF线圈，而且可以实现先前提到的专用RF线圈。
该解决方案的进一步的优点包括这样的事实与已知RF线圈系统相比，可以以相对简单和经济的方式对其构造。
从属权利要求涉及本发明有利的进一步的实施例。
在权利要求2和3中给出的实施例允许以相对简单和经济的方式获得期望的发射和接收特性。
权利要求4中给出的实施例提供了可以以简单的方式执行调谐至被检查组织的MR频率的优点。权利要求5中描述的实施例中给出了调谐至MR频率的替代方式。该实施例基于这样的事实RF线圈系统的共振频率基于共振导体元件之间的各自距离和/或它们到罩的距离。
权利要求6和7给出了RF线圈系统的实施例，其试图永久装配于轴向系统中或试图用作RF体积线圈，而在权利要求8中给出的实施例试图用于垂直系统或RF表面线圈。当然，权利要求6、7和8中给出的实施例可以与权利要求4和/或5的实施例结合。
根据参照附图给出的优选实施例的下面的描述，本发明的进一步细节、特点和优点将变得更明显。其中

图1是具有依据本发明的第一RF线圈系统的体线圈示意性三维表示；图2是体线圈圆周从内部的平面视图；图3是体线圈的横截面图；图4示出了在平面之上导体的磁场强度的变化；图5示出了在平面之上导体的磁场强度的变化；图6示出了第一RF线圈系统中磁场强度的典型变化；图7是用于以垂直系统为形式的MR成像设备的第二RF线圈系统的平面视图。
图1示意性说明了包括电气传导材料的外部RF罩1的正交体线圈(QBC)。
在RF罩1的内部圆周上配备依据本发明的RF线圈系统的第一实施例。该RF线圈系统包括沿着圆周分布的第一组导体元件201、202、203…以及也沿着圆周分布的第二组导体元件211、212、213…。全部导体元件以检查区域的轴向(z方向)延伸，并具有相同的长度。在z方向上以基本上相同的基准(level)设置一组导体元件。
然而，为了实现给定的场特性，导体元件也可以具有不同的长度和/或位于z方向不同的基准上。
如此设置两组导体元件，以使它们在z方向上彼此相对地偏置，因此在检查区域的圆周方向上看，导体元件部分地彼此交迭，并因此彼此耦合。在圆周方向上看，导体元件201、202、…；211、212、…然后交替地属于第一组和第二组。假设，导体之间的耦合在不相互交迭时也存在，但在这种情况下，场特性可能不如现在均匀。
导体元件201、202、…；211、212、…所在圆周的电气有效长度通过周围材料(例如，如下文所述的调谐结构和病人屏蔽)的介电常数确定，该长度是成比例的，以便使它近似对应RF频率(拉莫尔(Larmor)频率)的波长λ。
此外，为了以低频利用RF线圈系统，可以添加进一步的介质结构，从而减小它对于给定圆周的电气长度。
导体元件201、202、…；211、212、…的长度是成比例的，从而使这些元件在RF频率处共振，并因此与已知的RF线圈系统相反，沿着导体元件201、202、…；211、212、…出现非恒定的电流分布。
通过共振导体形成每一个导体元件201、202、…；211、212、…，并且优选地，金属箔的单极元件具有λ/4的长度。位于两组导体的交迭区域处的单极元件的末端是开路的，而单极元件的相反设置(即，轴向外部)端耦合至RF罩1。
单极元件的轴向内部端也可以经电容器连接至RF罩1，以减小它们的电气长度，从而使在这些区域中电流不会下降到零值。这些区域中RF线圈系统的场特性的变化能够这样更适合地适于轴向外部区域中的变化。
图2是展开状态下的RF罩1的平面图，即从检查区域的内部。在这种表示中可以再次识别单极元件201、202、…、208；211、212、…、218的两个部分交迭的组20、21。
通过以z方向移动单极元件201、202、…、208和以(-z)方向移动单极元件211、212、…、218，增大组20、21的交迭区域和减小RF线圈系统的共振频率，可以调谐RF线圈系统至被检查组织的拉莫尔(Larmor)频率。以(-z)方向移动单极元件201、202、…、208和以z方向移动单极元件211、212、…、218减小了组20、21的交迭区域和增大了共振频率。可替代或附加地，通过改变单极元件201、202、…、208以及211、212、…、218和RF罩1之间的距离可以获得至拉莫尔(Larmor)频率的调谐。增加距离导致共振频率减小，反之亦然。
下文中说明调谐RF线圈系统至被检查组织的拉莫尔(Larmor)频率的另一种可能性。在图2中，为每一组20、21配备介质材料的调谐结构，该结构以类似条带的元件22、23为形式(其是封闭的，以形成卷起状态中的环)；该调谐结构基本上垂直于单极元件的纵向方向延伸，并具有和每组20、21中的单极元件201、202、203、…、208或211、212、213、…、218的数量相一致的周期性循环增大的宽度和/或厚度。在这种情况下，示出的元件22、23(或环的)的一侧具有用于这种用途的锯齿形状。
此外，元件或环22、23(一起或彼此独立)设置为在RF罩1的圆周方向(在这种情况下和箭头A一致)上偏移(或转动)，使得不管位置如何，具有较小或较大宽度的环22或23的分段将位于每一单极元件201、202、203、…、208或211、212、213、…、218的区域中，这样修改单极元件的部件的特性阻抗。
通过以圆周方向转动介质环22、23可以这样调谐RF线圈系统至被检查组织的拉莫尔(Larmor)频率。
图3是在图1中示出的RF线圈系统的横截面图(x/y平面)。图3示出了RF罩1以及第一组20的共振单极元件201、202、…、208。没有示出介质材料(调谐结构)的环22、23。
图3也示出了多个二极管(例如引脚(pin)二极管)D1、D2、…、D8，其每次通过检查区域的轴向上的单极元件201、202、…、208的外端点耦合至RF罩1。单极元件201、202、…、208的相反设置的自由端点通过电感彼此连接，例如，对RF信号构成非常高阻抗的扼流圈(未示出)。
通过在RF罩1和通过扼流圈连接的单极元件201、202、…、208的自由端之间施加偏置电压可对二极管D1、D2、…、D8提供传导性或阻塞二极管。在传导状态中，单极元件201、202、…、208经二极管D1、D2、…、D8连接至RF罩1，从而以期望的方式操作RF线圈系统。当通过偏置电压的合适改变阻塞二极管D1、D2、…时，RF线圈系统失谐。例如，当不同的RF线圈系统用于发射和接收时，以及当阻止此刻处于非激活态的RF线圈系统通过共振或耦合效应，干扰激活状态下的RF线圈系统时，这是有意义的。
最后，在图3中，在检查区域中提供环绕病人的另一RF罩24(病人罩)。这避免病人暴露于相对高的电场中，其在单极元件的自由端处出现，从而引起高的特定吸收率(SAR)。
如上面参照调谐结构22、23所述，如果该罩配备的横截面呈周期性循环变化，并当罩被设置以可转动时，罩24也可以用作用于RF线圈系统的调谐结构。
如已经说明的，由于RF频率处的共振长度，所述RF线圈系统确保沿着导体元件的电流分布不是恒定的，而是以类似余弦的方式变化的。
图4和5说明了对磁场强度H变化的最终影响。图4示出了设置于传导平面E之上、具有恒定的电流分布的导体L的情况下的变化，而图5示出了在这种导体L中、类似余弦电流分布的情况下的变化。
在入/4单极元件的情况下，单极元件中的电流具有在位于轴向的末端处的最大值，并且其耦合至RF罩1，而在内部开路端的方向上，电流以基本上类似余弦的方式下降至最小值或零。
每组20、21的单极元件彼此电和磁耦合，并具有在不同的操作模式下的共振。这些操作模式允许在垂直于检查区域的轴的平面(x/y平面)中产生非常恒定的磁场。两组单极元件的设置导致这些操作模式每次被分成操作的偶数模式和奇数模式。
在操作的奇数(低)模式中，在临近单极元件中以z方向流动的电流具有相同的相位，并每次在位于RF线圈系统的z方向上的(轴)末端显示出最大值，从而在z方向上获得整体上基本上恒定的磁场变化，并且与已知RF线圈系统相比，在该方向上的视场明显较大。
通过在RF线圈系统的两个轴端点处增加另外的单极元件组(未示出)，即，如果另外组的单极元件中的电流相对于第一或第二组20、21的临近单极元件中的电流显示出180度的相移，可以获得更加急剧的下降，并因此获得在z方向上场特性的基本上更象矩形的变化。
图6示意性示出了在x/z(或x/z)平面中的RF罩1内部，通过第一RF线圈系统产生的磁场强度Hy的变化，也示出了两个单极元件201、205。与已知的鸟笼线圈(例如，头部线圈)相比，可以增大视场对线圈长度的的比率，例如近似系数2的幅度增加。
依据本发明的原理也可以用于先前所述的开路MR成像设备(垂直系统)。图7示出了以RF线圈系统为形式的本发明的第二实施例，其作为在MR成像设备的垂直-圆柱形检查区域的至少一个轴端的区域处的发射和/或接收天线而被刚性设置。
该RF线圈系统也配备有再次用作用于一组共振导体元件301、302、…、312的载体的RF罩1a。设置导体元件以从RF罩1a的中心径向延伸。在这种情况下，导体元件301、302、…、312的径向外端也耦合至RF罩1a。
通过各自的二极管(未示出)可以再次实现这种耦合。通过对RF信号构成非常高的阻抗的电感，相反设置的径向内部端点然后被彼此连接。如果必须，通过应用依据前面描述的偏置电压可以失调该RF线圈系统。
此外，依据前面的说明，导体元件301、302、…、312的径向内部端点是开路的，或如图7所示，经电容器C1、C2、…、C12连接至RF罩1a，以减小他们的电气长度，从而在这些区域，电流不会下降至值零。可以这样获得场变化，其在径向方向上更恒定。
在该实施例中，导体元件301、302、…、312再次优选地是取金属箔片的入/4单极元件，该元件可以在径向朝外的方向上变得更宽。此外，先前关于RF线圈系统的第一实施例中给出的说明对于该RF线圈系统的操作也是如此。
通过沿平行于它们的径向延伸方向，移动导体元件301、302、…、312和/或通过改变它们到罩1a的距离，可以调谐该RF线圈系统至被检查组织的拉莫尔(larmor)频率。
此外，该实施例可以再配备有依据前面描述的调谐结构，例如以一个或多个同心环为形式的调谐结构，其具有沿着圆周周期性变化的宽度和/或厚度，并且由介质材料构成。
在该实施例中，导体元件可以通过沿着导体元件的长度设置的电容器彼此连接，从而修改它们的耦合，并因此使RF线圈系统的场特性适于给定的需求。
为了完整的目的，需要指出，为了产生循环极化的磁场，在依据本发明的RF线圈系统中，电源可随具有合适相移的RF信号向多个导体元件供电，或者接收的RF信号可以相应的方式，给该导体元件耦合出去。
权利要求
1.一种用于发射和/或接收RF信号的装置(RF线圈系统)，其用于磁共振成像，其是由多个共振导体元件(201、202、...、208；211、212...、218；301、302、...、312)形成的。
2.如权利要求1所述的RF线圈系统，在其中，导体元件通过一端RF耦合至RF罩(1、1a)，同时它们的另一端是开路的。
3.如权利要求1所述的RF线圈系统，在其中，导体元件是λ/4单极元件(201、202、...、208；211、212...、218；301、302、...、312)。
4.如权利要求1所述的RF线圈系统，其包括至少一个介质材料的调谐元件(22、23)，该调谐元件设置为可在基本上垂直于导体元件(201、202、...、208；211、212...、218；301、302、...、312)的纵向方向上位移，并在导体元件的区域处具有不同宽度和/或厚度的分段，从而通过位移调谐元件(22、23)可以调谐RF线圈系统的共振频率。
5.如权利要求1所述的RF线圈系统，导体元件设置为，可相对于它们至罩的距离和/或基本上平行于它们的径向方向进行位移，从而通过位移导体元件可以调谐RF线圈系统的共振频率。
6.如权利要求1所述的RF线圈系统，在其中，在基本上为圆柱形的RF罩(1)的内表面上设置导体元件(201、202、...、208；211、212...、218)，同时，它们的纵向方向在由此被包围的检查区域的轴向上延伸。
7.如权利要求6所述的RF线圈系统，在其中，在第一组和第二组(20、21)中设置导体元件(201、202、...、208；211、212...、218)，该两组(20、21)设置为在检查区域的轴向上彼此相对地偏置，并且通过它们轴向上的外部端点，导体元件(201、202、...、208；211、212...、218)被耦合至RF罩(1)。
8.如权利要求1所述的RF线圈系统，在其中，在基本上平的RF罩(1a)上设置导体元件(301、302、...、312)，它们的长度尺寸从中心以径向延伸。
9.一种用于磁共振成像的专用RF线圈，其包括如权利要求1所述的RF线圈系统。
10.一种磁共振成像设备，其包括水平-圆柱形的检查区域(轴向系统)以及如权利要求6所述的RF线圈系统。
11.一种磁共振成像设备，其包括垂直-圆柱形的检查区域(垂直系统)以及如权利要求8所述的RF线圈系统。
全文摘要
本发明涉及一种用于磁共振成像的用于发射和/或接收RF信号的装置(RF线圈系统)，构造该装置为永久装配于磁共振成像设备中的RF线圈(体线圈)，或构造该装置为所谓的RF专用线圈(即，作为设置于被检查区域之上或周围的单独RF线圈，例如头部线圈、肩部线圈、柔性表面线圈等)，以及涉及一种包括这种RF线圈系统的磁共振成像设备。该RF线圈系统的特征在于它包括多个共振导体元件(201、202、...、208；211、212...、218)，特别地λ/4单极元件。与相同长度的已知RF线圈系统相比，在RF线圈系统的边缘处，由此获得基本上较大的视场以及恒定变化和较急剧下降的场特性，同时该结构仍然相对简单和经济。
文档编号G01R33/341GK1717590SQ200380104329
公开日2006年1月4日 申请日期2003年11月26日 优先权日2002年11月27日
发明者C·芬德克利 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司