CN1387825A - 核自旋断层造影仪的高频线圈装置与核自旋断层造影仪 - Google Patents

核自旋断层造影仪的高频线圈装置与核自旋断层造影仪 Download PDF

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Abstract

一种用于成像的核自旋断层造影仪(1)的高频线圈装置,不仅具有一个表面线圈(23),还具有一个环绕被检查对象(3)的回路线圈(25)。两种线圈(23,25)被设计成用于接收高频信号的同一第一极化分量(B1x)。优选地提供了一种转换装置(41),用于交替地激活和/或去激活表面线圈(23)和回路线圈(25)。两种线圈(23,25)优选地被配置在一个公共的、尤其是可弯曲的载体结构(27)上。

Description

核自旋断层造影仪的高频 线圈装置与核自旋断层造影仪
技术领域
本发明涉及磁共振技术领域，尤其涉及成像核自旋断层造影技术领域。
本发明涉及一种在核自旋断层造影仪、尤其是在成像核自旋断层造影仪中用于对检查对象、尤其是病人进行检查的高频线圈装置，它具有一个用于接收产生于检查对象的电磁高频信号的回路线圈，该回路线圈具有至少一个适合于环绕检查对象的线匝。
此外，本发明还涉及一种用于对病人进行检查的核自旋断层造影仪，它具有一个用于产生垂直于病人轴线的静态磁场的部件。
背景技术
在一个医用、尤其是医学诊断用的核自旋断层造影仪中，通常将待检查病人平躺着送入检查区域。对检查区域所要求的强静磁场要么是用一永磁铁产生的，要么是用一电磁线圈、优选地用一超导线圈产生的。在一个具有用于产生较小或中等强度磁场的永磁铁的核自旋断层造影仪中，由于接受医疗服务的病人是水平躺置的以及由此所造成的磁铁位置，其磁场是与地垂直的。这种仪器因而也称为垂直磁场仪器。与此相对，在采用可以产生高强度磁场的电磁线圈时，静态磁场是平行于病人轴线，亦即是水平取向的。
为将高频脉中发送到检查对象并从检查对象接收所产生的电磁高频信号，使用了一个发送线圈或接收线圈。大多数所使用的线圈根据它们的磁场分布情况可分成两类：一种是体积线圈，在其内部的一个范围内能产生均匀的磁场；另一种是表面线圈，在其外部能产生一个多少有些不均匀的磁场。因此，对体积线圈而言，通常将被检查对象置于线圈内部，相反，表面线圈则大多被置于检查对象的表面上。一种具有最大程度的内部均匀磁场分布的典型体积线圈例如是螺管线圈，亦即一种与病人轴线同轴地绕制在一柱面上的线圈。该螺管线圈也可称为具有多个线匝的回路线圈。一个仅有一个或很少线匝的回路线圈不仅可用作表面线圈，另一方面也可作为具有降低了的磁场均匀性的体积线圈，尤其是当其线匝环绕检查对象时。
为在整个测量空间上得到尽可能均匀的磁场分布，一般使用体积线圈或者其它相应的具有均匀磁场分布的天线发送高频脉中。
如果仅仅要对检查对象、尤其是人体的局部区域进行显象，那么体积线圈便尤其具有如下的缺点：由于其占空系数较小，使核共振检查的信噪比受到不利的影响。因此，尤其当被检查的局部区域不能被一线圈所环绕时，则要采用表面线圈作为接收线圈，亦即人们牺牲部分高频接收特性的均匀性以换取更大的占空系数，以便得到一种局部最好的信噪比。
在一垂直磁场仪器中，用于成像的、产生于被检查对象的电磁高频信号以其圆极化强度(磁场分量)主要是水平取向的。一种接收圆极化高频信号的方法是：分别接收两个正交分量，其中之一在这里例如是平行于病人轴线的第一极化分量，另一个是垂直于病人轴线的第二极化分量。
为接收平行于病人轴线的第一极化分量，可使用一回路线圈，该回路线圈环绕病人的整个身体或一个待检查的肢体。为此，被检查对象的直径被回路线圈所环绕的内部范围的尺寸所限制。因此迄今为止使用具有不同直径的回路线圈，其中，对不同的病人选择一个合适的线圈。这对于医务人员来说是相当不便的，因为每次都必须重新建立电气连接。此外，在病人特别肥胖的情况下可能会出现这样的情形，即没有具有足够直径的现有线圈。这一问题在脊椎检查中尤其明显，因为回路线圈必须环绕病人的整个身体而不仅仅是一个肢体(胳膊或腿)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种高频线圈装置，其中，将所需更换的接收线圈数减至最小，就是对特别肥胖的病人也适用。同时也提供一种相应的核自旋断层造影仪。
本发明要解决的技术问题是采用本文开始部分所述的高频线圈装置以如下的方式来实现的：即除了回路线圈外还提供一个表面线圈，其中，该表面线圈和该回路线圈被设计成用来接收高频信号的同一第一极化分量。
有关术语“表面线圈”和“回路线圈”的含义请参照本文开始部分所作的说明。表面线圈尤其被做成扁平的，适合于被正面放置或侧面放置在检查对象或病人身上。回路线圈尤其适合用于环绕检查对象。在这一意义上，回路线圈也可被称为体积线圈。回路数或匝数、以及回路线圈沿其中央线圈轴线的扩展优选地比其在宽度方向的扩展要小得多。换句话说，回路线圈也同样是扁平构造的。它例如只具有一个、或在小型线圈情况下只有2、3、4个或最多至10个线匝。
两种线圈优选地与核自旋断层造影仪同时具有电气的和/或机械的连接。由此，根据本发明的高频线圈装置中既具有表面线圈也具有回路线圈，可以有选择地或同时地用它们来接收同一磁场极化分量，其优点是：即使在检查对象的体积很大的情况下，也总是至少有一个可以使用的接收线圈。这便是表面线圈。
尽管表面线圈的缺点是：与回路线圈相比，尤其在一个体瘦的病人情况下，它所达到的信噪比较低。但该缺点却伴随着特殊的优点：如果不能使用回路线圈的话，那么由于有表面线圈，则根据本发明的高频线圈装置同样也能为核自旋断层造影检查提供高频信号。例如在一个特别肥胖的病人或者一个受伤的或包有包扎材料的病人的情况下使用回路线圈是不可能的。因此根据本发明的高频线圈装置在其应用方面不被病人的身围大小或状况所限制。另一方面，对于苗条的病人可以使用具有不变的高图像质量的回路线圈。
因而可以选择用表面线圈或者回路线圈来测量第一极化分量。但也可同时用两个线圈来测量该极化分量，尤其是当检查对象的体积较小时。
表面线圈优选地被做成蝶形线圈或鞍形线圈。有关这些线圈变型的详细内容请参阅Marinus Ir.Vlaardingerbroek，Jacques A.den Boer所著“MagneticResonance Imaging(磁共振成像)”一书第32～38页，德国斯普林格(Springer)出版社出版，柏林，1996年。
根据该高频线圈装置的一种优选实施方式，该装置具有另一个用于接收高频信号的第二极化分量的表面线圈，其中，该第二极化分量垂直于第一极化分量，且其中该另一个表面线圈优选地被设计成蝶形线圈或鞍形线圈。提供该另一个表面线圈的优点是，电磁高频信号的圆极化磁场成分的两个磁场分量均可被检测。
根据一种优选实施方式，表面线圈的接收信号和回路线圈的接收信号通过一条公共的导线被导出。因此该两个线圈具有共同的接触点。由此可以一种具有优点的方式实现一种更简单的、适合高频的电路结构。
所述表面线圈的接收信号和回路线圈的接收信号被输入一个公共的放大器，尤其是被输入一个公共的前置放大器，该放大器例如通过公共的导线相连接。这样在可能的情况下就能够节省电气元件。
根据一种尤其优选的实施方式，将表面线圈和回路线圈以及可选的另一个表面线圈设置在一个共同的、优选地为弯曲的载体结构上。这样该优选应用于局部的高频线圈装置就可简便地进行操作，并在必要时与不同的病人表面相适应。
若将回路线圈这样地设置在载体结构上，即通过载体结构的弯曲使回路线圈环绕住检查对象，则是尤其具有优点的。例如，高频线圈装置在载体结构处于未弯曲或平置状态时则适合于被放置在病人身上或被推到病人身底下。在弯曲状态下则形成了回路线圈。由此得到的优点是，操作人员操纵一个载体结构，便可以不仅实现表面线圈，还可以实现一个环绕病人的回路线圈。
根据另一优选实施方式，在线匝中组合进一个可松开的连接装置，尤其是一个用来接通和/或断开回路线圈的插头。这样例如就可以在载体结构弯曲时通过将插头插入位于相对一侧的相应插座中来接通线匝并由此使回路线圈给出图像。通过“接插”线匝，就可使线圈环绕病人而无须套上线圈。
根据一种特别的优选实施方式，该高频线圈装置具有一个用于交替地激活和/或去激活表面线圈和回路线圈的转换装置。即要么激活回路线圈，要么激活表面线圈。这样两谐振线圈的干扰性相互交替作用便均可被抑制掉。
所述转换装置优选地具有一个用于中断或减少表面线圈中的电流的阻断装置。该阻断装置尤其被设计成阻断性振荡回路。为对表面线圈实施去激活，例如可将该振荡回路接通。
所述转换装置例如可具有被控制装置自动控制的开关。
另外，将所述的用于电气连接和/或中断回路线圈的可松开连接装置结合到转换装置中去是尤其合适的。这种转换优选地通过接插连接(尤其是通过人工)来实现。
该转换装置优选地设计成，当回路线圈借助于连接装置接通时，阻断装置阻断。这样便保证了两线圈中每次只有一个被激活。
根据一种尤其实用的实施方式，所述转换装置包括一个具有多个触点的插头和一个相应的插座，其中，这些触点中的至少一部分属于回路线圈连接装置的组成部分，以及触点中的至少一部分属于表面线圈的阻断装置。通过将插头插入插座例如实施如下动作：
a)接通(激活)回路线圈
b)去激活表面线圈，尤其通过接通所述振荡回路之一来实施去激活。
由于这些动作仅仅是通过例如可用手动进行的接通过程来实现的，因此便不需要通过核自旋断层造影仪的计算机数据处理设备来进行控制。
作为对该转换装置的替代或补充，该高频线圈装置还可具有一种用于将表面线圈与回路线圈进行解耦的装置。这当表面线圈与回路线圈同时工作时尤其具有优点。
用于对两线圈实施电气解耦的装置具有例如一个公共的电容，该电容量是这样选择的：使得它们的公共电感能得到精确的补偿。
为同时处理来自表面线圈和回路线圈的接收信号，优选地提供一个加法器，用它对所述信号进行相加-尤其是加权相加。
本发明要解决的有关核自旋断层造影仪的任务是这样实现的：即提供一个根据本发明的高频线圈装置。
所述核自旋断层造影仪优选地为一垂直磁场式仪器。
表面线圈和回路线圈优选地被设计成用于接收平行于病人轴线的第一极化分量。
在根据本发明的核自旋断层造影仪中，尤其还提供了上述另一表面线圈，该线圈优选地被设计成用来接收垂直于静磁场且垂直于病人轴线的第二极化分量。
在一个具有上述载体结构的按照本发明的核自旋断层造影仪中，所述载体结构优选地被设计成对于操作人员的使用和对病人进行局部检查来说，是可携带和易用的。
附图说明
以下根据附图1至图7来详细说明根据本发明的高频线圈装置和核自旋断层造影仪的四种实施方式。其中：
图1为根据本发明的核自旋断层造影仪的总体示意图，
图2为根据第一种实施方式的用于核自旋断层造影仪的高频线圈装置，
图3为根据第二种实施方式的用于核自旋断层造影仪的高频线圈装置，
图4为根据本发明的第三种实施方式的用于核自旋断层造影仪的高频线圈装置，
图5为该高频线圈装置的接收通道的电气连接的第一种实施方式，
图6为该高频线圈装置的接收通道的电气连接的第二种实施方式，
图7为根据本发明的第四种实施方式的用于核自旋断层造影仪的高频线圈装置。
具体实施方式
图1示出了整体用参考符号1表示的核自旋断层造影仪，用该核自旋断层造影仪可对被检查对象或病人3的一个区域以成像方式来进行检查。在图中，病人处于检查开始之前的状态，此时他被平放在一个由支撑座7所支撑的、可水平移动的躺卧台5上。
核自旋断层造影仪1具有一个用于产生静态磁场B0的永磁铁9，实际的检查在该永磁铁9的开口11中进行。利用一个图中未明显示出的发送线圈将高频脉冲射入置于开口11中病人3体内。从病人3身上产生的回波脉冲由高频线圈装置13接收并经前置放大器15和放大器17输入到模/数转换器19中。图1中示出的连接点16作为以下附图的参考点。
由高频线圈装置1 3接收的高频磁场以其在水平面(x-y)中的磁场分量被圆极化。相应的磁场分量被分别表示为第一极化分量B1x和第二极化分量B1y。
图2中示出的是图1所示的第一种实施方式的高频线圈装置13。该高频线圈装置13包括一个设计成蝶形线圈的表面线圈23和一个只有一个回路或绕组的回路线圈25。两个线圈23、25被设置在一个共同的、图中仅大致勾画出的由软的柔性材料(优选为塑料)构成的载体结构27上。
载体结构27包括一扁平的基础部分27A和一纵向延伸的环形部分27B。表面线圈23被设置在基础部分27A中。回路线圈25不仅穿过基础部分27A也穿过环形部分27B，其中，通过在图2中尚示为平面的环形部分27B(从图面朝外)弯曲成一环形来实现回路线圈25的封闭线匝29。
为此设置了一个连接部件33，它包括一个固定在环形部分27B端部上的、具有电气触头K1、K2、K3和K4的插头35，以及一个与此相对应的、固定在基础部分27A上的、带相应的匹配对向触头G1、G2、G3、G4的插座37。在被插接或连接的回路线圈25的情况下，触头K3与对应的对向触头G3相连接，这样便构成一个具有点P1、P2、P3、P4的、大致为环形的线匝29 。
表面线圈23具有一个左线圈部分23A和一个右线圈部分23B，它们经交叉的导线成准“8”字形地相互连接起来(蝶形线圈)。
不仅在表面线圈23中，而且也在回路线圈中均集成有所谓的缩短电容器CK1、CK2、CK3、CK4、CK5、CK6和CK7，它们具有例如200pF的电容量。
线路段P1-P2-P3-P4不仅是表面线圈23的一部分，而且也是回路线圈25的一部分。在点P2、P3处可将来自线圈23、25的接收信号经一共同的导线39引出。为使导线39的阻抗与线圈23、25相匹配，提供了一个公共的匹配电容器Cs。公共的调谐电容器CP-、CP+能使线圈谐振频率与高频磁场的拉莫尔频率相匹配。
经导线39可将接收信号输入到前置放大器15。图2中导线39出于清楚的考虑被显示为结束于曾在图1中示出的点16处。
前面已提到过的包括有插头35和插座37的连接部件33是转换装置41的组成部分，该转换装置41用于交替地激活和/或去激活表面线圈23和回路线圈25。该转换装置41的功能将在下面针对一个激活回路线圈25并同时去激活表面线圈23的例子来加以说明。通过将插头35插入插座37中，如前所述，经触头K3和对向触头G3接通了回路线圈25的线匝29，由此激活回路线圈25用于成像。为去激活表面线圈23，则应用了触头K1～K4和对向触头G1～G4。为此转换装置41包括第一阻断线圈L1(L1≈0.08μF)和第二阻断线圈L2(例如L2≈0.08μF)，它们分别被接到两个触头K1、K2和K3、K4之间的插头35中。通过将插头35插入插座37中，接通了由缩短电容器CK1和第一阻断线圈L1构成的以及由缩短电容器CK2和第二阻断线圈L2构成的振荡回路43、45。被调谐到核自旋断层造影仪1的谐振频率上的振荡回路43、45((L1·CK1)-1/2＝(L2·CK2)-1/2＝WLarmor＝2πfLarmor)起阻断回路的作用，并因此在最大程度上阻断了表面线圈23中的电流。利用左侧的振荡回路43将左侧的线圈部分23A切断，而用右侧的振荡回路45切断右侧的线圈部分23B。表面线圈23因而失谐且不再能进行成像。
为了在表面线圈23中得到一种阻断效果，还可提供与振荡回路43、45不同的机械式断路器，例如开关或按钮开关，它们例如在将插头35插入插座37时被启动。
表面线圈23的宽度b约为250mm，其长度1同样约为250mm。线匝29的长度L规定了回路线圈25的最大外围，该长度L约为560mm。
图3中所示的高频线圈装置1 3的第二种实施方式在很大程度上与图2所示的实施方式完全一样。但在该例中，回路线圈25具有两个相互串联的线匝51、53，它们可分别用触头K2和对向触头G2、以及用触头K3和对向触头G3来加以接插。
在图3所示的实施方式中，线路段P1-P2-P3-P4和P5-P6不仅属于表面线圈23，也属于回路线圈25。
在图4所示的根据本发明的高频线圈装置13的第三实施方式中，除了用于检测第一极化分量B1x(平行于病人轴线12)的表面线圈23和回路线圈25外，还提供了另一同样为蝶形线圈的表面线圈61。两表面线圈23、61相互交叉并且相差90°角，以便利用表面线圈61检测上述的第二极化分量B1y。
在图4中高频线圈装置13被示意性地表示成它被采用化学蚀刻法形成在电路板上的形态。在点P2、P3处，抽取检测第一极化分量B1x的线圈23、25的接收信号，在点P7、P8处则抽取检测第二极化分量B1y的线圈61所产生的信号。在图4所示的示意图中，出于简洁的原因省去了电路的细节，如电容器以及转换装置41。同样在图中也未按比例画出线匝29的长度L。
图5和图6举例说明了图4所示的具有三个线圈23、25、61的高频线圈装置13中的接收信号是如何被进一步处理的。两张图仅从功能上表示出线圈23、25、61的连接关系，没有给出电子线路的细节。
如图5所示，表面线圈23和回路线圈25的输出信号通过转换装置41被交替地输入到前置放大器15中。另一表面线圈61的接收信号经从属于它的前置放大器63到达90°耦合器(90°组合器)65，该耦合器65负责照看两个极化分量B1x、B1y之间的90°相移。
在图6所示的实施方式中，用于测量第一极化分量B1x的线圈23、25被同时驱动。它们的输出信号经前置放大器67和69被放大。图中所示的连线不同于图2和图3所示的连线情形。被放大了的信号在具有加权系数A、B的乘法器73和75中被相乘并被输入加法器77。加法器77的输出信号与从属于另一表面线圈61的前置放大器71的输出信号一起被送入90°耦合器65。
为使用来测量第一极化分量B1x的同时谐振的线圈23、25相互之间不产生不利的影响，提供了一个对两个线圈23、25作电气去耦的装置79。用于电气去耦的装置79包括例如一个电容器，其值被选择为能补偿掉共同的电感。
如果线圈23、25如图5所示那样可借助转换装置41来有选择地为进行成像而激活，那么也可以提供所述用于电气去耦的装置79。图7中示出了对图2所示的实施方式进行了相应改动后的情况。

Claims (20)

1.一种用于在核自旋断层造影仪(1)、尤其是成像用核自旋断层造影仪(1)中对被检查对象(3)进行检查的高频线圈装置(13)，它具有一个用于接收来自被检查对象(3)的电磁高频信号的回路线圈(25)，该回路线圈(25)具有至少一个适合于环绕被检查对象(3)的线匝(29；51，53)，其特征在于：它具有一个表面线圈(23)，其中，该表面线圈(23)和该回路线圈(25)被设计成用于接收高频信号的同一第一极化分量(B1x)。
2.根据权利要求1所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：所述表面线圈(23)被设计成蝶形线圈或鞍形线圈。
3.根据权利要求1或2所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：其具有另一个表面线圈(61)，它被设计成用于接收高频信号的第二极化分量(B1y)，其中，该第二极化分量(B1y)垂直于第一极化分量(B1x)，且其中另一表面线圈(61)优选地被设计为蝶形线圈或鞍形线圈。
4.根据权利要求1至3之一所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：所述表面线圈(23)的接收信号和所述回路线圈(25)的接收信号通过一条公共电导线(39)被导出。
5.根据权利要求1至4之一所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：所述表面线圈(23)的接收信号和所述回路线圈(25)的接收信号被输入到一个公共的放大器、尤其是一个公共的前置放大器(15)。
6.根据权利要求1至5之一所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：所述表面线圈(23)和所述回路线圈(25)以及可选择的另一表面线圈(61)被设置在一个公共的、优选地为可弯曲的载体结构(27)上。
7.根据权利要求6所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：所述回路线圈(25)这样设置在载体结构(27)上，即通过所述载体结构(27)的弯曲能够使该回路线圈(25)环绕被检查对象(3)。
8.根据权利要求1至7之一所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：在线匝(29；51，53)中组合有一个可松开的连接装置(33)、尤其是一个插头(35)，用于电气连接和/或断开回路线圈(25)。
9.根据权利要求1至7之一所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：其具有一个转换装置(41)，用于交替地激活和/或去激活所述表面线圈(23)和所述回路线圈(25)。
10.根据权利要求9所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：所述转换装置(41)具有一个用于切断或减少表面线圈(23)中电流的阻断装置。
11.根据权利要求10所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：所述阻断装置被设计成阻断性的振荡回路(43，45)。
12.根据权利要求9至11之一所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：所述转换装置(41)具有一个可松开的连接装置(33)，尤其是一个用于电气接通和/或断开回路线圈(25)的插头(35)。
13.根据权利要求10或11以及12所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：所述转换装置(41)被设计成，使得当所述回路线圈(25)借助于所述连接装置(33)被接通时，阻断装置阻断。
14.根据权利要求13所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：所述转换装置(41)具有一个带有多个触头(K1，K2，K3，K4)的插头(35)，以及一个相对应的插座(37)，其中，至少一部分触头(K3；K2，K3)为回路线圈(25)的连接装置(33)的组成部分，且至少一部分触头(K1，K2，K3，K4)属于表面线圈(23)的阻断装置。
15.根据权利要求1至14之一所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：其具有一个用于将表面线圈(23)与回路线圈(25)进行电气解耦的装置(79)。
16.根据权利要求13所述的高频线圈装置(13)，其特征在于：其具有一个加法器(77)，用于将所述表面线圈(23)的接收信号与所述回路线圈(25)的接收信号进行相加、尤其是加权相加。
17.一种用于对病人(3)进行检查的核自旋断层造影仪(1)，它具有一个用于产生静磁场(B0)的装置，该静磁场方向垂直于病人轴线(12)，其特征在于：其具有一个根据权利要求1至16之一所述的高频线圈装置(13)。
18.根据权利要求17所述的核自旋断层造影仪(1)，其特征在于：表面线圈(23)和回路线圈(25)被设计成用于接收方向平行于病人轴线(12)的第一极化分量(B1x)。
19.根据权利要求17或18所述的核自旋断层造影仪(1)，其特征在于：所述高频线圈装置(13)根据权利要求3来进一步构造，其中，所述另一线圈(61)被设计成用来接收方向垂直于静磁场(B0)方向且垂直于病人轴线(12)的第二极化分量(B1y)。
20.根据权利要求1 7至19之一所述的核自旋断层造影仪(1)，其特征在于：所述高频线圈(13)根据权利要求6来进一步构造，其中，所述载体结构(27)是可携带的、尤其是可抓取的，且可被实施为能对病人(3)作局部的检查。
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