CN101427150A - 多元件rf线圈的简单去耦，还能够实现去谐和匹配功能 - Google Patents

Abstract

线圈(36)包括线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)。线圈(36)可以将射频激发脉冲发射到检查区(14)中，和/或从检查区(14)接收响应的射频脉冲。补偿网络(42)包括去耦段(98)，其每一个都具有至少四分之一波长(λ/4)的选择的电气长度，并电耦合到相关线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)和电抗网络(100)。补偿网络(42)至少补偿在所述线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)之间的耦合。

Description

多元件RF线圈的简单去耦，还能够实现去谐和匹配功能

技术领域

本申请涉及磁共振技术。它具体应用于磁共振成像线圈和扫描器并具体参考其加以说明。更普遍的，它应用于成像、波谱分析等的磁共振系统。

背景技术

磁共振成像(MRI)设备通常用于患者的检查。在MRI中，RF线圈用于在成像对象内产生B₁场以激发原子核自旋，并检测来自原子核自旋的信号。

在一些多通道发射/接收MRI系统中，将多个发射单元中的一个指定给每一个RF线圈或线圈段，用于独立地调整要发射的RF波形的振幅和/或相位和/或形状；同时将多个接收单元中的一个指定给每一个RF线圈或线圈段。更具体的，将要发射的RF波形的独立的振幅和/或相位和/或形状用于补偿检查对象中的介质共振，或用于激发并优化预期的激发模式，或用于缩短发射脉冲长度，例如在Tramsmit SensE中。

将几个RF发射器几乎彼此对齐的排列，导致了在天线或线圈元件之间的互耦合。在耦合的天线元件中的电流的相位和振幅变得相互关联。在RF发射通道中交换能量。

用于补偿互耦合的一个方法是使用被动去耦网络。被动去耦方法对于有限数量的线圈是可利用的有效方式，因为对于大量通道来说，电容和/或电感元件的确定变得相当困难。另外，仅能够为预期的标准负载确定并装配去耦和匹配网络，该标准负载不一定是实际的负载。在较强的场中，在负载中的小变化就会对元件的去耦产生相当大的影响。在被动去耦网络中的另一个问题包括连接器的寄生电容和电感的存在，这会导致不想要的共振。

本申请提供了新的及改进的方法和设备，其克服了上述及其它的问题。

发明内容

根据一个方面，公开了一种线圈系统。线圈包括线圈元件。所述线圈进行以下动作中的至少一种：将射频激发脉冲发射到检查区中，以及从检查区接收响应的射频脉冲。补偿网络包括：去耦段，每一个去耦段都具有至少四分之一波长(或等效物)的选择的电气长度，并电耦合到相关的线圈元件；以及电抗网络，其包括电容器和/或电感器。该补偿网络至少补偿在线圈元件之间的磁耦合。

根据另一个方面，公开了一种磁共振系统。主磁体产生穿过检查区的主磁场。多个RF发射器在检查区中产生在选择的偶极子的共振频率上的RF共振激发脉冲。多个RF接收器从检查区中的偶极子接收并解调共振信号。相邻于检查区布置多个RF线圈元件。将多个有效四分之一波长电缆连接在线圈元件与电抗网络之间，这些电缆每一个都包括RF电缆导体。至少一个发射器和/或接收器可以经电缆连接到线圈。

一个优点在于每一个线圈元件都单独地与其它线圈元件去耦。

在阅读并理解了以下的详细说明后，本领域普通技术人员会意识到本发明更多的优点。

附图说明

本发明可以具体化为不同部件和部件排列，及不同步骤及步骤排列。附图仅是为了说明优选实施例的，不应解释为限制本发明。

图1是磁共振成像系统的图示说明；

图2是TEM线圈的图示说明；

图3是包括TEM线圈和补偿网络的线圈装置的图示说明；

图4是包括鸟笼线圈和补偿网络的线圈装置的图示说明；

图5是包括鸟笼线圈和补偿网络的另一个线圈装置的图示说明；及

图6是包括环形共振器和补偿网络的线圈装置的图示说明。

具体实施方式

参考图1和2，磁共振成像系统8包括扫描器10，其包括定义了检查区14的外壳12，在外壳12中，在患者支撑物或床18上放置了患者或其它成像对象16。放置在外壳12中的主磁体20在检查区14中产生主磁场B₀。通常，主磁体20是由低温围带24围绕的超导磁体；然而，也可以使用电阻性或永久性的主磁体。设想了不同B₀磁场，例如3T或7T，在3T的B₀磁场中质子具有128MHz的共振频率，在7T的B₀磁场中质子具有300MHz的共振频率。将磁场梯度线圈30布置在外壳12中或之上。以便在检查区14内将选择的磁场梯度叠加到主磁场上。将具有围绕的屏蔽体40的RF线圈系统或装置34放置在检查区14附近。线圈系统34包括一个或多个RF线圈36，其每一个都包括多个射频线圈元件、段、环路或环箍38，这些射频线圈元件、段、环路或环箍38每一个都可以具有不同的尺寸和位置。尽管示出了局部头部线圈，会意识到还可以设想全身线圈、局部表面线圈等。线圈36可以是TEM线圈、鸟笼共振器、环路共振器装置等。在示范性实施例中，线圈36包括位于预期检查体积周围或之中的多个(n个)元件或段38₁、38₂、…，38_n。线圈36例如是环形圆柱状的，但当然可以具有其它几何形状，例如椭圆形横截面、半圆形横截面、半椭圆形横截面等。如以下详述的，包括每一个都具有选择的电气长度的多个电缆组件的补偿网络42被耦合到线圈36和电抗网络，以便至少将线圈元件38彼此去耦。

继续参考图1，磁共振成像控制器48操作耦合到梯度线圈30上的磁场梯度控制器50，以在检查区14中将选择的磁场梯度叠加到主磁场上，还操作多个(例如n个)射频发射器52，其每一个都由发射/接收切换器54耦合到单个射频线圈元件38₁、38₂、…，38_n或一个段的子集，以便将在磁共振频率附近上的选择的射频激发脉冲入射到检查区14中来成像。对控制射频发射器54分别进行控制，并其可以具有不同的相位和振幅。射频激发脉冲在成像对象16中激发磁共振信号，该信号由选择的磁场梯度来进行空间编码。此外，成像控制器50操作多个(例如n个)射频接收器56，每一个射频接收器56都单独受控制，并由发射/接收切换器54与线圈系统34的单个线圈元件38₁、38₂、…，38_n相连，以解调接收的空间编码的磁共振信号。在使用只发射和/或只接收线圈的实施例中，省略了该发射/接收切换器。在接收或发射阶段之一中去谐这种线圈。不必关闭或去谐同时用于发射和接收的线圈，除了在使用其它线圈时该线圈还留在扫描器内部的应用之外。将接收的空间编码的磁共振数据存储在磁共振或MR数据存储器60中。

重构处理器、算法、设备或其它手段62将存储的磁共振数据重构为位于检查区14内的成像对象16或其所选部分的重构图像。重构处理器62使用傅立叶变换重构技术或与在数据采集中所用的空间编码相一致的其它适当的重构技术。将重构图像存储在图像存储器64中，并可以显示在用户界面66上，经局域网或互联网传输，由打印机打印，或其它用途。在示出的实施例中，用户界面66还能够允许放射科医师或其它用户与成像控制器50相交换，以便选择、修改或执行成像过程。在其它实施例中，可以提供单独用户界面，用于操作扫描器10，和对重构图像的显示或其它操作。

所述的磁共振成像系统8是说明性实例。通常，基本上任何磁共振成像扫描器都可以包含所公开的射频线圈。例如，扫描器可以是开放式磁体扫描器，垂直孔式扫描器，低磁场扫描器，高磁场扫描器等。在图1的实施例中，线圈36用于磁共振过程的发射和接收阶段；然而，在其它实施例中，可以提供单独的发射线圈和接收线圈，其一个或两个都可以包含在此公开的一种或多种射频线圈设计和设计方案。

参考图2，示出的实例射频体线圈是TEM线圈36(未按比例)，其包括多个元件38₁、38₂、…，38_n。将在该实施例中的元件38₁、38₂、…，38_n布置为彼此平行且并行于B₀场，并且围绕检查区14。在示出的线圈36中，元件38₁、38₂、…，38_n包括布置在不导电的整体圆柱形基板72上的印刷电路带。RF屏蔽体40在外围围绕线圈36延伸，并可以是在印刷衬底72相反面上的导电层或分离的结构。每一个元件都连接到RF屏蔽体40，例如经由共振电容器连接。

参考图3，补偿网络42包括电缆或电缆组件98，其每一个都以选择的电气长度作为特征，并电耦合到相关的元件38₁、38₂、…，38_n和电抗网络100。例如，每一个电缆98都以在共振频率的四分之一波长(λ/4)的电气长度，或在共振频率的四分之一波长(λ/4)加上整数倍半波长(λ/4+kλ/2)的电气长度为特征。设想了其它元件或电路，它们是四分之一波长电缆(λ/4)，或四分之一波长(λ/4)加上整数倍半波长(λ/4+kλ/2)电缆的电气等效物。例如，在质子具有300MHz的共振频率的7T扫描器中，如果四分之一波长线路的相对介电常数等于一个值的，那么该线路会具有λ/4＝25cm的长度。更具体的，线路或RF导体104的第一连接点102电耦合到相关元件38₁、38₂、…，38_n的第一连接点106。线路104的第二连接点108电耦合到电抗网络100。电抗网络100包括多个电抗元件，例如电容器和/或电感器，它们的值被确定为使得至少每两个元件38₁、38₂、…，38_n彼此去耦。在图3的实例中，电容器120、122耦合在最接近的相邻元件的相应对38₁与38₂和38₂与38₃之间，以便去耦最接近的相邻元件。电容器124耦合在次最接近的相邻元件38₁与38₃之间，以便去耦次最接近的相邻元件。可以提供额外的电抗元件，以便与更多更远的元件去耦。当然，可以设想电抗网络100可以包括以各种结构耦合的各种补偿电抗元件。

每一个电缆组件98都包括相关的电缆屏蔽体或屏蔽体或屏蔽导体130，其连接到每一个相关元件38₁、38₂、…，38_n的第二连接点132和RF屏蔽体40，RF屏蔽体40可以连接到电抗网络100的接地点134。

在一个实施例中，将开关器件140，例如PIN二极管，耦合在导体104的第二连接点108与接地点134之间，用于通过将相关电缆98接地来去谐元件38₁、38₂、…，38_n。当体线圈用于发射，局部线圈用于接收时，控制在局部线圈上的开关器件140，以便在发射时去谐局部线圈，例如开关二极管被正向偏置。类似的，在体线圈上的开关器件140可以在接收期间去谐体线圈。可选的，可以将额外的去谐元件并行连接到开关器件140，以调谐线圈元件。

参考图4，在鸟笼实施例中，射频线圈36包括环箍(rung)形式的多个元件38₁、38₂、…，38_n，彼此平行的排列它们来围绕检查区14。将元件38₁、38₂、…，38_n连接到第一和第二末端环150、152，其提供了返回电流路径。将每一个元件38₁、38₂、…，38_n分为第一和第二部分154、156，以露出第一和第二连接点106、132，以便将它们耦合到相关电缆组件98。与图3的实施例相似，每一个电缆组件98都以选择的电气长度为特征。每一个导体104的第一连接点102电耦合到相关元件38₁、38₂、…，38_n的第一连接点106。导体104的第二连接点108电耦合到电抗网络100。电抗网络100包括多个电抗元件，例如电容器和/或电感器，它们的值被确定为使得至少两个元件38₁、38₂、…，38_n彼此去耦。在图4的实例中，将电容器120、122耦合在相邻的最接近元件的相应对38₁与38₂、38₂与38₃之间，以便去耦最接近的相邻元件。在一个实施例中，通过选择在第一和第二末端环150、152中的电容器与显示为集总电容器160、162、164的元件38₁、38₂、…，38_n中的共振电容器之间的适当比例，来彼此去耦所述最接近的相邻元件，例如线圈元件38₁与38₂、38₂与38₃。电容器124耦合在次最接近相邻元件38₁与38₃之间，以便去耦次最接近的相邻元件。当然，可以设想电抗网络100可以包括以各种结构耦合的各种补偿电抗元件。电缆屏蔽体130与电抗网络100的接地点134相连。当然，可以设想电缆屏蔽体130可以连接到不同接地层，例如线圈接地点。

参考图5，每一个导体104的第一连接点102都连接到相关元件38₁、38₂、…，38_n的第一连接点106。在该实施例中，将线圈元件的第一连接点106布置在元件38₁、38₂、…，38_n与第一末端环150之间的连接点附近。导体104的第二连接点108电耦合到电抗网络100。每一个电缆组件98的屏蔽体130都连接在线圈36的RF屏障40与接地点134之间。

参考图6，在表面线圈的实施例中，每一个元件38₁、38₂、…，38_n都是一个环路。在一个实施例中，环路包括显示为集总电容器162的共振电容器。每一个环路都是开放的，以便露出要耦合到电缆组件98上的第一和第二连接点106、132。类似与图3的实施例，导体104的第一连接点102电耦合到相关环路38₁、38₂、…，38_n的第一连接点106。导体104的第二连接点108电耦合到电抗网络100。电抗网络100包括多个电抗元件，例如电容器和/或电感器，它们的值被确定为使得每一个环路38₁、38₂、…，38_n与其它环路去耦。在图6的实例中，将电容器120、122耦合在最接近的相邻环路的相应对38₁与38₂、38₂与38₃之间，以便去耦最接近的相邻环路。电容器124耦合在次最接近的相邻环路38₁与38₃之间，以便去耦次最接近相邻环路。当然，可以设想电抗网络100可以包括以各种结构耦合的各种补偿电抗元件。

在一个实施例中，电缆组件98用于将线圈元件的阻抗与一条(或多条)输入或传输线路170的阻抗相匹配。这能够通过为电缆98选择适当的线路阻抗来实现。还可以设想将输入线路170直接连接到线圈36，可选的，经由一匹配网络连接。

为了解释上述去耦的理论：

通常，在从z＝-∞延伸到z＝+∞的发射线路中，电压U(z)和电流I(z)是取决于z的，在此z是位置。如在本文中所用的，加下划线的值是峰值相量，例如I(t)＝real(I*exp(jwt))。用描述空间z中的偏差的撇号，可以为电压U(z)和电流I(z)导出微分方程(在z方向上)：

U′＝-Z′I                   (1)

I′＝-Y′U                   (2)

在此，Z’是传输线路的微分阻抗：

Z’＝R’+jωL’

并且Y’是传输线路的微分导纳：

Y’＝G’+jωC’

波动方程导出为：

U＂＝Z′Y′U                   (3)

I＂＝Z′Y′I                   (4)

电压和电流的通解是：

U＝U ₁e^-γz+U ₂e^+γz          (5)

I＝1/Z₀(U ₁e^-γz-U ₂e^+γz)        (6)

在此，Z₀是波阻抗；并且

γ是传输线路的波数。

波阻抗Z₀是行波在一个方向上的电压和电流的比：

$Z_0=\sqrt{(Z\′/Y\′)}---\left(7\right)$

在此，Z’是传输线路的微分阻抗，并且

Y’是传输线路的微分导纳。

传输线路的波数与传输的速度和阻尼有关，是：

$\mathrm{\γ}=\sqrt{(Z\′Y\′)}---\left(8\right)$

在此Z’是传输线路的微分阻抗，并且

Y’是传输线路的微分导纳。

假设传输线路从-∞延伸到等于0的位置z，并且对于等于0的位置z，由阻抗Z给出了边界条件U＝ZI，则等式(5)和(6)可以写为：

$r=\frac{{\underset{\‾}{U}}_2}{{\underset{\‾}{U}}_1}=-\frac{{\underset{\‾}{I}}_2}{{\underset{\‾}{I}}_1}=\frac{Z-Z_0}{Z+Z_0}---\left(9\right)$

在此，Z0是波阻抗；并且

r是反射系数，其提供在两个方向(例如正和负z方向)上的波的关系，其由在传输线路末端的阻抗和波阻抗给出。

对于高频而言，更方便的是使用波幅，其与能量相关。例如，对于TEM线圈的传输线路来说，将在正和负z方向上的波的波幅a，b确定为：

$\underset{\‾}{a}(z=0):={\underset{\‾}{U}}_1/\sqrt{\left({2Z}_0\right)}---\left(10\right)$

$\underset{\‾}{b}(z=0):={\underset{\‾}{U}}_2/\sqrt{\left({2Z}_0\right)}---\left(11\right)$

在此z是位置，

Z₀是假设为实数的波阻抗，

a是在正z方向上行进的波在位置z＝0上的振幅，

b是在负z方向上行进的波在位置z＝0上的振幅，

U ₁是在传输线路中在正z方向上行进的波在位置z＝0上的电压，及

U ₂是在传输线路中在负z方向上行进的波在位置z＝0上的电压。

如由等式(10)和(11)所观察到的，在等式(9)中定义的反射系数r是b与a的比。对于任何位置z，第一和第二波幅a，b可以表示为：

$\underset{\‾}{a}\left(z\right):=1/\sqrt{\left({8Z}_0\right)}(\underset{\‾}{U}\left(z\right)+Z_0\underset{\‾}{I}\left(z\right))---\left(12\right)$

$\underset{\‾}{b}\left(z\right):=1/\sqrt{\left({8Z}_0\right)}(\underset{\‾}{U}\left(z\right)+Z_0\underset{\‾}{I}\left(z\right))---\left(13\right)$

在此z是位置，

z₀是波阻抗，

a(z)是第一波在位置z的振幅，

b(z)是第二波在位置z的振幅，

U(z)是在位置(z)的传输线路电压，及

I(z)是在位置(z)的传输线路电流。

第一和第二波幅a和b还可以描述线性N端口设备。在此情况下，第一和第二波幅a和b变为向量。每一个端口的传输线路阻抗都可以写为向量：

$\stackrel{\→}{Z_0},$

用于每一个端口的第一和第二波幅的向量都可以表示为：

$\underset{\‾}{\overset{\→}{a}}=\frac{1}{\sqrt{8}}\mathrm{diag}{\stackrel{\→}{Z_0}}^{-\frac{1}{2}}(\underset{\‾}{\overset{\→}{U}}+\mathrm{diag}\stackrel{\→}{Z_0}\underset{\‾}{\overset{\→}{I}})---\left(14\right)$

$\underset{\‾}{\overset{\→}{b}}=\frac{1}{\sqrt{8}}\mathrm{diag}{\stackrel{\→}{Z_0}}^{-\frac{1}{2}}(\underset{\‾}{\overset{\→}{U}}-\mathrm{diag}\stackrel{\→}{Z_0}\underset{\‾}{\overset{\→}{I}})---\left(15\right)$

在此，diagZ₀ ^-1/2是波阻抗的平方根的倒数的对角矩阵，

是传入该设备中的第一波幅的向量，

是传出该设备的第一波幅的向量，

是在该设备的端口上的电压向量，

是在流入该设备的电流的向量，

是波阻抗的向量，以及

diag

是由

的元素构建的对角矩阵。

通过求解等式(14)和(15)，电压和电流的值是：

$\underset{\‾}{\overset{\→}{U}}=\sqrt{2}\mathrm{diag}{\stackrel{\→}{Z_0}}^{-\frac{1}{2}}(\underset{\‾}{\overset{\→}{a}}+\underset{\‾}{\overset{\→}{b}})---\left(16\right)$

$\underset{\‾}{\overset{\→}{I}}=\sqrt{2}\mathrm{diag}{\stackrel{\→}{Z_0}}^{-\frac{1}{2}}(\underset{\‾}{\overset{\→}{a}}-\underset{\‾}{\overset{\→}{b}})---\left(17\right)$

可以由相应表示在等式(18)、(19)和(20)中的阻抗矩阵、导纳矩阵或散射矩阵来表示线性设备：

$\underset{\‾}{\overset{\→}{U}}=Z\underset{\‾}{\overset{\→}{I}}---\left(18\right)$

$\underset{\‾}{\overset{\→}{I}}=Y\underset{\‾}{\overset{\→}{U}}---\left(19\right)$

$\underset{\‾}{\overset{\→}{b}}=S\underset{\‾}{\overset{\→}{a}}---\left(20\right)$

在此Z是线性设备的阻抗矩阵，

Y是相应的导纳矩阵，

S是相应的散射矩阵。

通过求逆来给出在Z与Y之间的关系。用等式(14)-(15)和(16)-(17)从等式(18)-(20)中导出散射矩阵S：

$Z=\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{\frac{1}{2}}(1+S){(1-S)}^{-1}\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{1/2}---\left(21\right)$

$S=\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{-\frac{1}{2}}(Z-\mathrm{diag}{\stackrel{\→}{Z}}_0){(Z+\mathrm{diag}{\underset{\‾}{\overset{\→}{Z}}}_0)}^{-1}\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{1/2}---\left(22\right)$

等式(22)是等式(9)的反射系数r的广义公式表述。

$Y=\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{-\frac{1}{2}}(1-S){(1+S)}^{-1}\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{-\frac{1}{2}}---\left(23\right)$

$S=\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{-\frac{1}{2}}(1+\mathrm{diag}{\stackrel{\→}{Z}}_{0}Y){(1-\mathrm{diag}{\stackrel{\→}{Z}}_{0}Y)}^{-1}\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{\frac{1}{2}}=---\left(24\right)$

$=\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{\frac{1}{2}}(\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{-1}+Y){(\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{-1}-Y)}^{-1}\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{-\frac{1}{2}}---\left(25\right)$

四分之一波长线具有以下散射矩阵：

$\left[\begin{array}{cc}0& -j\\ -j& 0\end{array}\right]---\left(26\right)$

从端口1，…，N到端口N+1，…，2N的N个四分之一波长线的系统产生散射矩阵S_λ/4：

$S_{\mathrm{\λ}/4}\left[\begin{array}{cc}0& -j\\ -j& 0\end{array}\right]---\left(27\right)$

在此j表明 $j=\sqrt{-1}$ 的对角矩阵。

将端口N+1，…，2N连接到具有散射矩阵S_d的设备，产生了散射矩阵(与未连接的端口相关)：

S＝-S_d                                                (28)

如果具有散射矩阵S_d和导纳矩阵Y_d的设备由这样一组四分之一波长线传输，则所产生的阻抗矩阵就是：

$Z=\mathrm{diag}{{\underset{\‾}{\overset{\→}{Z}}}_0}^{\frac{1}{2}}(1+S){(1-S)}^{-1}\mathrm{diag}{{\underset{\‾}{\overset{\→}{Z}}}_0}^{1/2}$

$=\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{\frac{1}{2}}(1-S_d){(1+S_d)}^{-1}\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{1/2}$

$=\mathrm{diag}{\stackrel{\→}{Z}}_0\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{-\frac{1}{2}}(1-S_d){(1+S_d)}^{-1}\mathrm{diag}{{\stackrel{\→}{Z}}_0}^{-\frac{1}{2}}\mathrm{diag}{\stackrel{\→}{Z}}_0$

$=\mathrm{diag}{\underset{\‾}{\overset{\→}{Z}}}_0{Y}_d\mathrm{diag}{\underset{\‾}{\overset{\→}{Z}}}_0$                                                (29)

例如，线圈包括N个元件，这些元件在f＝ω/(2π)的工作频率上发生共振。如果每一个元件被开路以产生一个端口，则可以产生一个N端口的网络。如果将短路连接端口n，且全部其它端口保持开路，那么第n个元件就在频率f上共振，而其它元件不工作。

线圈的阻抗矩阵Z_coil的对角元素由以下定义：

$Z_{\mathrm{coil}\_n,n}=\frac{{\underset{\‾}{U}}_{\mathrm{coil},n}}{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{coil},n}}{|}_{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{coil},k}=0\∀k\≠n}---\left(30\right)$

在此Z_{coil_n，n}是元件n的损耗电阻R_n：

Z_{coil_n，n}＝R_n                          (31)

线圈的阻抗矩阵Z_coil的非对角元素为：

$Z_{\mathrm{coil}\_m,n}=\frac{{\underset{\‾}{U}}_{\mathrm{coil},m}}{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{coil},n}}{|}_{{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{coil},k}=0\∀k\≠n}---\left(32\right)$

线圈系统的阻抗矩阵Z_coil的非对角元素由互感给出：

Z_{coil_m，n}＝jωM_m，n                (33)

在完全去耦的线圈元件的理想情况下，阻抗矩阵仅具有不等于0的对角元素。实际上，在大多数情况下，阻抗矩阵的非对角元素包括必须被补偿的非0值。将包括N个端口且具有阻抗矩阵Z_dec的补偿网络或设备串联耦合到在每一个端口的线圈Z_coil。可以为所得到的结构定义用于包括线圈和补偿网络的线圈系统的N个端口的组合阻抗矩阵Z_∑。在线圈系统中，所有部分中的电流都是相同的，例如在线圈系统中的电流等于在线圈中的电流和在补偿网络中的电流：

${\underset{\‾}{\overset{\→}{I}}}_{\mathrm{\Σ}}={\underset{\‾}{\overset{\→}{I}}}_{\mathrm{coil}}={\underset{\‾}{\overset{\→}{I}}}_{\mathrm{dec}},$ 在此

是线圈系统中的电流向量，

是线圈中的电流向量，以及

是补偿网络中的电流向量。

在线圈系统中的电压等于在线圈和补偿网络中的电压之和：

${\underset{\‾}{\overset{\→}{U}}}_{\mathrm{\Σ}}={\underset{\‾}{\overset{\→}{U}}}_{\mathrm{coil}}+{\underset{\‾}{\overset{\→}{U}}}_{\mathrm{dec}},$ 在此

是线圈系统中的电压向量，

线圈系统的组合阻抗矩阵等于在线圈和补偿网络中的阻抗之和：

Z_∑＝Z_coil+Z_dec                   (34)

Z_∑是线圈系统的阻抗矩阵，

Z_coil是线圈的阻抗矩阵，及

Z_dec是补偿系统的阻抗矩阵。

必须去耦线圈系统，例如只有线圈阻抗矩阵z_∑中的对角元素的虚数部分可以不等于0。另外，由于该组合系统必须是共振的，因此在组合阻抗矩阵Z_∑中的对角元素必须等于实数。

将补偿网络的非对角元素调谐到：

Z_{dec_m，n}＝-jωM_m，n    (35)

如果补偿网络的补偿阻抗矩阵的对角元素偏离了0，这就会导致元素的共振频率偏移。这可以通过在每一个元件中的共振电容器来重新调谐。

为了对每一个元素进行单独调谐，上述传输线具有(z/2+1/4)λ的长度，在此λ是在电缆中的波长，z是整数。

通过这个线路变换阻抗Z(或导纳Y)：

$Z\→\frac{{Z_0}^2}{Z},$ 或1/Y→Z₀ ²Y

这对于具有不同线路阻抗的一组四分之一波长线可以归纳为：

$Z_{\mathrm{dec}}=\mathrm{diag}{\stackrel{\→}{Z}}_0{\tilde{Y}}_{\mathrm{dec}}\mathrm{diag}{\stackrel{\→}{Z}}_0---\left(36\right)$

以这种方式，通过改变

中的一组对称元素

和

只改变了Z_dec中的相应元素Z_dec，m，n和Z_dec，n，m。构建了对称(意味着 ${\tilde{Y}}_{\mathrm{dec}}={{\tilde{Y}}_{\mathrm{dec}}}^T$ )设备，其中可以对导纳矩阵中的非对角元素进行单独调谐。这可以通过将导纳

由端口m设置到n来简单地实现。在大多数情况下(耦合的线圈阵列)，互感为正，这就导致了去耦矩阵中的电容性元件。如果互感(或来自于不同起源的等效耦合)变为负，则使用电感。在去耦后，线圈元件必须再次变为共振。这可以通过在Y设备中增加接地的元件来实现，或者通过借助于改变共振电容器而重新调谐元件来实现。

上述传输线具有额外的优点：

(1)可以在任何位置设置去耦，不必在线圈内部构建复杂的链接。

(2)可以容易地且分别地关闭(去谐)线圈元件。

(3)传输线可以用于将线圈与输入系统的阻抗相匹配。

可以通过在传输线的各个末端简单地增加可切换的短路，来解决去谐。靠近去耦元件的短路被变换为线圈元件内部的开路。这还可以分别其作用，例如可以关闭每个元件，而其它元件仍处于使用中。

此外，通过将线路阻抗(分别地)选择为 $Z_0=Z_0=\sqrt{Z_{\mathrm{match}}*R_{\mathrm{loss}}},$ 还可以将线圈与去耦系统相匹配。在此情况下，可以直接在去耦电路中提供线圈。作为替代方案，可以以传统方式在元件的任何位置处实现匹配。传输线的较小阻抗是有利的，并可以通过平行连接一些线路来实现。不同的线路阻抗不会影响分别去耦和去谐的可能性。

通常，可以以许多方式实现补偿网络42的电抗元件120、122、124，只要借助于能够实现去耦的值来选择相应Y矩阵的非对角元素即可。通常，集总电容器或电感器会是最佳选择。

已经参考优选实施例说明了本发明。在阅读并理解前述详细说明后，其他人可以想到更改和变化。其意图是应将本发明解释为包含全部这种更改和变化，只要它们在所附权利要求书的范围或其等价范围之内。

Claims (21)

1、一种线圈系统(34)，包括：

线圈(36)，包括线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)，该线圈(36)进行以下动作中的至少一种：将射频激发脉冲发射到检查区(14)中，或从所述检查区(14)中接收响应的射频脉冲；以及

补偿网络(42)，包括：多个去耦段(98)，其每一个都具有至少四分之一波长(λ/4)的选择的电气长度，并电耦合到相关线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)和电抗网络(100)，该补偿网络(42)至少补偿在所述线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)之间的耦合。

2、如权利要求1所述系统，其中，每一个去耦段(98)都包括：

RF导体(104)，其经由第一连接点(102)电耦合到相关线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)的第一连接点(106)并且经由第二连接点(108)电耦合到所述电抗网络(100)。

3、如权利要求2所述系统，其中，每一个去耦段(98)还包括：

屏蔽导体(130)，其电耦合到相关线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)的第二连接点(132)和接地点(134)。

4、如权利要求3所述系统，其中，所述电抗网络(100)包括：

至少电抗元件(120、122)，其电耦合在相邻线圈元件(38₁，38₂；38₂，38₃；...)之间，以便至少分别将所述线圈元件彼此去耦。

5、如权利要求3所述系统，其中，所述电抗网络(100)还包括：

电抗元件(124)，其电耦合在线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)对之间，以便至少分别将所述线圈元件彼此去耦。

6、如权利要求2所述系统，其中，所述电抗网络(100)包括：

电抗元件(124)，其电耦合到每一个导体(104)的所述第二连接点(108)，以便至少将元件对(38₁、38₃；…)去耦。

7、如权利要求2所述系统，还包括：

开关器件(140)，其电耦合到每一个导体(104)的所述第二连接点(108)，该开关器件(140)选择性地短路相关的第二连接点(108)。

8、如权利要求1所述系统，其中，每一个元件(38₁、38₂、…，38_n)都包括：

第一和第二部分(154、156)，将该第一部分(154)耦合到第一末端环(150)和相关去耦段(98)的导体(104)上，并且将所述第二部分(156)经由该相关去耦段(98)的屏蔽导体(130)耦合到第二末端环(152)和所述电抗网络(100)。

9、如权利要求8所述系统，其中，每一个末端环(150、152)都包括：

布置在相邻元件(38₁、38₂；38₂、38₃；…)之间的相应电容器(160、164)，并且每一个元件(38₁、38₂、38₃、…)都包括共振电容器(162)，所述电容器(160、162、164)协同工作，以便将所述相邻元件(38₁、38₂；38₂、38₃；…)彼此去耦。

10、如权利要求1所述系统，其中，所述线圈(36)包括以下至少一种：

TEM线圈，

鸟笼线圈，以及

表面线圈阵列。

11、如权利要求1所述系统，其中，所述线圈(36)包括：

多个环形线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)，其每一个都经由相关去耦段(98)的屏蔽体(130)耦合到该相关去耦段(98)的导体(104)和接地点(134)。

12、一种磁共振成像系统(8)，包括：

主磁体(20)，用于在检查区(14)中产生在时间上基本恒定的主磁场(B₀)；

磁场梯度线圈(30)，其在所述检查区(14)内将选择的磁场梯度叠加到所述主磁场(B₀)上；以及

如权利要求1所述的线圈系统(34)。

13、一种磁共振方法，包括：

在检查区(14)中产生在时间上基本恒定的磁场(B₀)；

用如权利要求1所述的线圈系统(34)，传导施加RF脉冲的磁共振序列，并用线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)接收共振信号。

14、如权利要求13所述方法，其中，所述线圈元件在基本上平行于主磁场(B₀)的方向上延伸，并且还包括：

经由导体(104)将每一个线圈元件的第一连接点(106)耦合到所述电抗网络(100)；以及

经由屏蔽导体(130)将每一个线圈元件的第二连接点(132)耦合到接地点(134)。

15、如权利要求14所述方法，还包括：

经由所述电抗网络(100)的电抗元件(120、122、124)将相邻线圈元件彼此去耦，其中所述电抗网络(100)经由每一个导体(104)的第二连接点(108)耦合到该导体(104)。

16、如权利要求15所述方法，还包括：

选择性地短路所述导体(104)的所述第二连接点(108)和所述屏蔽导体(130)；以及

在以下的一个过程中去谐相关线圈元件：射频脉冲产生期间、射频脉冲接收期间、和/或关闭该相关线圈元件期间。

17、一种磁共振系统(8)，包括：

主磁体(20)，其产生穿过检查区(14)的主磁场(B₀)；

多个RF发射器(52)，其在所述检查区中产生在选择的偶极子的共振频率上的RF共振激发脉冲；

多个RF接收器(56)，其从所述检查区中的偶极子接收并解调共振信号；

多个RF线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)，其相邻于所述检查区(14)布置；以及

多个有效四分之一波长(λ/4)电缆(98)，其每一个都包括RF电缆导体(104)，并连接到所述线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)。

18、如权利要求17所述的系统，还包括：

电抗网络(100)，其电耦合到所述有效λ/4电缆(98)，以便至少将所述线圈元件(38₁、…、38_n)彼此去耦。

19、如权利要求17所述的系统，其中，每一个RF导体(104)都与一个所述线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)的第一端(106)相连，并且还包括：

接地导体(130)，其连接在该线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)的第二端(132)与接地点(134)之间。

20、如权利要求19所述的系统，其中，所述电缆(98)包括同轴电缆，所述接地导体(130)作为屏蔽体围绕所述RF导体(104)。

21、如权利要求17所述的系统，其中，经由传输线(170)分别驱动每一个元件(38₁、38₂、…，38_n)，该传输线(170)耦合到相应电缆(98)以及发射器(52)和接收器(56)中的一个，发射器(52)用于选择性地将RF脉冲施加到检查区(14)，接收器(56)用于接收响应的RF脉冲，其中，所述电缆(98)将相关线圈元件(38₁、38₂、…，38_n)的至少一个阻抗与所述传输线(170)的阻抗相匹配。

Images