CN1575751A - 在位置可变的mri线圈上自动保持环路隔离的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提出了一种在变化的线圈位置上保持线圈隔离的RF线圈环路组件技术。与线圈环路组件(100，110)的每个RF线圈环路(104，112，108，114)串联连接的互感补偿电路(98，120)使形成在RF线圈环路(104，112，108，114)之间的耦合或互感基本最小化。在RF线圈环路(104，112，108，114)彼此相对移动或转动时补偿电路(98，120)的互感与在RF线圈环路(104，112，108，114)之间形成的互感基本相等并且在极性上基本相反。

Description

在位置可变的MRI线圈上自动保持环路隔离的方法和设备

发明领域

一般地说本发明涉及磁共振(MR)系统，更具体地说，涉及一种限制在MR系统的RF线圈组件的可移动线圈之间耦合的设备。

背景技术

在将物质比如人体组织置于均匀的磁场(极化场B0)中时，在组织中的自旋的单个磁矩趋向于与极化场对准，但在它们的特征拉莫尔频率上以随机顺序绕它进动。如果物质或组织置于在x-y平面中并在拉莫尔频率附近的磁场(激励磁场B1)中，则尽对准磁矩或“纵向磁化”MZ可能被旋转或“翻转”进入x-y平面以形成净横向磁矩Mt。在激励信号B1终止之后通过激励的自旋发射信号并接收和处理这个信号以形成图像。

在利用这些信号以形成图像时，利用磁场梯度(Gx，Gy和Gz)。通常，通过测量周期序列扫描要成像的区域，在该序列中这些梯度根据所使用的特定局部化方法变化。对所接收的NMR信号的结果集进行数字化并处理以使用多种公知的重构技术中的一种技术重构图像。

大家十分公知的是彼此相邻地放置的MR系统的RF线圈环路通过互感彼此紧密地耦合。这种耦合造成线圈环路失调、线圈环路的加荷和图像质量劣化。为消除这种耦合，已经研究了多种技术和线圈设计。例如，线圈环路可以被严格地重叠以消除该耦合、电感性地耦合以消除该耦合、电容性地耦合以消除该耦合或通过切断该线圈环路的高阻抗谐振电路降低该耦合。已经发现，前三种设计对于仅一种环路接近的取向足够。但发现第四种设计不能提供取消环路耦合的足够隔离。

此外，如果线圈环路是柔性的，或者能够彼此相对移动，则上文描述的隔离设计通常是失败的。即，在环路接近的取向改变时，RF线圈环路必须重新调谐以使在新的取向上耦合最小或者必须使用调谐到新的取向的不同的RF线圈环路组件。MRI系统操作员因此必须牺牲时间来重新调谐线圈环路而少检查患者。此外，选择已经调谐到新的取向的不同的RF线圈环路组件不仅要花费用于图像采集的时间和精力，而且还要求成像设备保留一个许多RF线圈环路组件的清单以便满足可用于采集诊断数据的多个取向。保留一个较大的清单的RF线圈环路组件的成本昂贵，而且尽管加大了成本，仍然可能不能穷尽所需的线圈组件。

因此，需要设计一种能够提供RF线圈组件以使在较大范围的环路位置或取向上保持环路隔离的系统。

发明概述

本发明针对RF线圈组件，该线圈组件具有解决前述缺陷的动态互感补偿电路。本发明提供一种RF线圈环路组件，其中可以使该线圈在一起靠得更近、更远地分离或旋转，同时保持良好的线圈隔离。互感补偿电路与每个RF线圈环路串联连接以使在RF线圈环路之间形成的耦合或互感最小。在RF线圈环路彼此相对移动或旋转时补偿电路的互感与在RF线圈环路之间形成的互感基本相等并在相位或极性上相反。

根据本发明的一方面，公开了一种RF线圈环路组件。该线圈组件包括彼此相对可移动的一对RF线圈。第一电感器组件与一个RF线圈串联连接，第二电感器组件与另一个RF线圈串联连接。电感器组件具有与RF线圈对的互感在极性上相反并在幅值上基本相等的互感。

根据本发明另一方面，公开了一种MRI设备。该MRI设备包括MRI系统，该MRI系统具有在磁体的孔周围设置以施加极化磁场的多个梯度线圈。RF收发器系统和RF开关受脉冲模块控制以给RF线圈组件发射信号和从其中接收信号以采集MR图像。RF线圈组件包括第一可移动线圈环路和第二可移动线圈环路。RF线圈组件也包括互感补偿电路以产生使第一和第二可移动线圈环路的耦合最小并独立于线圈彼此之间的位置的电感。

根据本发明的另一方面，公开了一种制造RF线圈组件的方法。该方法包括使第一电感器组件与第一RF线圈串联连接和使第二电感器组件与第二RF线圈串联连接。该方法进一步包括校准第一电感器组件和第二电感器组件以使在其间的互感基本隔离第一和第二RF线圈而独立于线圈彼此之间的位置。

通过下文的详细描述和附图将会清楚本发明的各种其它特征、目的和优点。

附图概述

附图示出了为实施本发明当前设计的一个优选实施例。

在附图中：

附图1所示为用于本发明的MR成像系统的示意方块图。

附图2所示为已有技术中的肩部线圈组件的示意图。

附图3所示为在线圈之间的间距变化时附图2的肩部线圈组件的互感的图形表示。

附图4所示为根据本发明互感补偿电路的示意图。

附图5所示为在电感器的相对位置变化时附图4的互感补偿电路的互感的图形表示。

附图6所示为根据本发明的一个实施例RF线圈组件的示意图。

附图7所示为根据本发明的RF线圈组件的另一实施例的示意图。

优选实施例的详细描述

参考附图1，所示为并入了本发明的优选磁共振成像(MRI)系统10的主要部件。该系统的操作由操作台12控制，该操作台12包括键盘或其它的输入装置13、控制面板14和显示器16。操作台12通过链接18与独立的计算机系统20进行通信，该计算机系统20能够使操作员能够控制在显示屏16上形成和显示图像。计算机系统20包括彼此通过背板20a进行通信的多个模块。这些模块包括图像处理器模块22、CPU模块24和用于存储图像数据阵列的在已有技术中称为帧缓冲器的存储器模块26。计算机系统20链接到盘存储器28和磁带机30以存储图像数据和程序，并通过高速串行链接34与独立的系统控制器32进行通信。输入装置13可以包括鼠标、操纵杆、键盘、轨迹球、触摸启动屏、光识别笔、语音控制器或任何类似或等效的输入装置，并且可以用于交互几何命令(interactive geometry prescription)。

系统控制器32包括通过背板32a连接在一起的一组模块。这些模块包括CPU模块36和通过串行链接连接到操作台12的脉冲发生器模块38。通过链接40系统控制器32从操作员接收指令以指示要执行的扫描序列。脉冲发生器模块38操作系统部件以实施所需的扫描序列并产生指示所产生的RF脉冲的时序、强度和形状和数据采集窗口的时序和长度的数据。脉冲发生器模块38连接到一组梯度放大器42以指示在扫描过程中产生的梯度脉冲的时序和形状。脉冲发生器模块38也从生理采集控制器44中接收患者数据，该生理采集控制器44从连接到患者的多个不同的传感器接收信号，比如从连接到患者的电极接收ECG信号。最后，脉冲发生器模块38连接到扫描室接口电路46，该扫描室接口电路46从与患者和磁体的条件相关的各种传感器接收信号。也是通过扫描室接口电路46患者定位系统48接收指令以将患者移动到所需的位置以便扫描。

通过脉冲发生器模块38所产生的梯度波形施加给具有Gx、Gy和Gz放大器的梯度放大器系统42。每个梯度放大器激励在以50总体地指示的梯度线圈组件中的相应的物理梯度线圈以产生用于空间编码采集信号的磁场梯度。梯度线圈组件50形成了包括极化磁体54和整个身体RF线圈56的磁体组件52的一部分。在系统控制器32中的收发器模块58形成了通过放大器60放大并通过发射/接收开关62耦合到RF线圈56的脉冲。通过激发的在患者体内的原子核发射的结果信号通过相同的RF线圈56感测并通过发射/接收开关62耦合到前置放大器64。在收发器58的接收器部分中对经放大的MR信号解调、滤波和数字化。发射/接收开关62由来自脉冲发生器模块38的信号控制以在发射模式中将RF放大器60电连接到线圈56和在接收模式中将前置放大器64电连接到线圈56。发射/接收开关62也能够使单独的RF线圈(例如表面线圈)在发射或接收模式中使用。

通过RF线圈56拾取的MR信号通过收发器模块数字化并传输给在系统控制器32中的存储器模块66。在原始k-空间数据阵列已经采集在存储器模块66中时完成扫描。对于每个要重构的图像，将这个原始k-空间数据重新设置在分离的k-空间数据阵列，将每个数据阵列输入到阵列处理器68，该阵列处理器68将该数据傅立叶变换为图像数据的阵列。这个图像数据通过串行链接34传递给计算机系统20，在计算机系统20中将它存储在存储器比如盘存储装置28中。响应从操作台12接收的指令，这个图像数据归档在长期存储器比如磁带机30中，或者它可以通过图像处理器22进一步处理并传递给操作台12并在显示器16上显示。

本发明包括适合于上文参考的MR系统使用的方法和系统或者获得MR图像的任何类似或等效的系统。虽然本发明将参考肩部线圈组件描述，但是本发明可等效地应用于其它线圈组件。作为非限制性举例，本发明也可以应用于膝部线圈组件。

现在参考附图2，所示为RF线圈组件70。RF线圈组件70可以是从患者的肩部采集数据的表面线圈组件。例如在MR系统10的成像体积内通过将RF线圈组件70放置在接近于患者的肩部可以采集MR图像。RF线圈组件70占据通过x-轴72、y-轴74和z-轴76表示的三维空间。RF线圈组件70包括第一可移动线圈环路78和第二可移动线圈环路80。所示的第一可移动线圈环路7 8沿由x-轴72和z-轴76形成的平面放置。第二可移动线圈环路80与第一可移动线圈环路78平行，并且所示为沿由x-轴72和z-轴76形成的第二平面放置。

在线圈环路通电并彼此接近放置时在第一可移动线圈环路78和第二可移动线圈环路80之间形成了互感。在所示的实例中互感的幅值沿着y-轴74随在第一可移动线圈环路78和第二可移动线圈环路80之间的距离降低而增加。在第一可移动线圈环路78和第二可移动线圈环路80之间形成的互感随在它们之间的距离增加而减小。

上文描述的RF线圈组件70的取向并不限于所述的实施例。例如，线圈环路的取向沿通过x-轴72和y-轴74形成的平面放置，同时在它们之间的距离沿z-轴76变化。线圈环路的取向也可以沿通过y-轴74和z-轴76形成的平面放置，同时在它们之间的距离沿x-轴72变化。此外，线圈环路的取向也可以沿通过x-轴72、y-轴74和z-轴76的任何组合形成的平面放置。

在本领域的普通技术人员会认识到虽然在附图2中所示的RF线圈组件示出了基本为正方形的第一可移动线圈环路78和第二可移动线圈环路80，但是也可以设计其它的形状。

附图3所示为在第一可移动线圈环路78和第二可移动线圈环路80之间可能形成的作为线圈环路间隔的函数的互感的一个实例的图形。所示的互感曲线82总体地显示在第一可移动线圈环路78和第二可移动线圈环路80的线性间隔增加时互感的幅值降低。相反，在第一可移动线圈环路78和第二可移动线圈环路80的线性间距减小时互感的幅值增加。互感或耦合的增加使在一个线圈环路中的电流和电压变化以显著地影响其它的线圈环路的电流和电压。如上文所述，线圈环路的耦合可以使线圈环路失调、线圈环路的加荷和图像质量的劣化。使线圈环路耦合实质最小化降低了在一个线圈环路中的电流和电压的变化对其它的线圈环路的影响，由此恢复了图像质量。

附图4所示为根据本发明的互感补偿电路84。互感补偿电路84包括占据通过x-轴90、y-轴92和z-轴94表示的三维空间的第一电感器组件86和第二电感器组件88。在电感器组件彼此重叠时在第一电感器组件86和第二电感器组件88之间形成了耦合。电感器组件的互感随着重叠量的减小而减小。第一电感器组件86和第二电感器组件88被校准以使在电感器组件重叠时在其间形成了负定相(negativelyphased)的互感。负定相的互感的幅值基本等于在线圈环路彼此相对移动时在第一可移动线圈环路78和第二可移动线圈环路80之间形成的互感的幅值。因此，如下文所述，电感器组件的负定相的互感随着RF线圈的位置变化，因此消除了在第一可移动线圈环路78和第二可移动线圈环路80之间形成的互感或使其最小化。

附图5所示为在第一电感器组件86和第二电感器组件88之间形成的互感。如互感曲线96所示，电感器组件的互感的幅值随在其间的重叠的减小而减小。相反，电感器组件的互感的幅值随在其间的重叠的增加而增加。即，电感器组件的相对移位不利地影响着在其间的互感量。

附图6所示为并入在RF线圈组件100中的互感补偿电路98的一种实施例。互感补偿电路98的第一电感器组件102被构成与RF线圈组件100的第一可移动线圈环路104串联连接并在朝第二可移动线圈环路108的方向上从第一可移动线圈环路104的平面垂直地延伸。第二电感器组件106与RF线圈组件100的第二可移动线圈环路108串联连接并在朝第一可移动线圈环路104的方向上从第二可移动线圈环路108的平面垂直地延伸。RF线圈组件100被构成使第一电感器组件104与第二可移动线圈环路108平行。这样，随着感兴趣的体积的尺寸变化，在线圈环路之间的线性距离根据感兴趣的体积的尺寸变化。

电感器组件102、106被构造成在第一可移动线圈环路104和第二可移动线圈环路108之间的距离变化时重叠。互感补偿电路98被校准以使在第一电感器组件102和第二电感器组件106重叠时，在线圈环路彼此相对移动时在其间形成的互感的幅值与在第一可移动线圈环路104和第二可移动线圈环路108之间形成的互感基本相等并在相位和极性上相反。在第一可移动线圈环路104和第二可移动线圈环路108之间的距离减小时，在其间形成的互感增加，并且第一电感器组件102和第二电感器组件106的重叠增加。电感器组件重叠的增加使在其间形成的互感的幅值增加以基本等于在其间的距离减小时线圈环路增加的幅值。在第一可移动线圈环路104和第二可移动线圈环路108之间的距离增加时，在其间形成的互感减小，第一电感器组件102和第二电感器组件106的重叠减小。电感器组件重叠的减小使在其间形成的互感的幅值减小以基本等于在其间的距离增加时线圈环路降低的幅值。

附图7所示为RF线圈组件110的另一实施例。与附图6的线圈组件100类似，RF线圈组件110包括绕旋转轴116相对于第二可移动线圈环路114可旋转的第一可移动线圈环路112。在第一可移动线圈环路112和第二可移动线圈环路114之间形成的角度118的幅值增加以适应更大的感兴趣的角度体积，以及减小以适应更小的感兴趣的角度体积。随着角度118的幅值的增加，在第一可移动线圈环路112和第二可移动线圈环路114之间形成的互感的幅值增加。相反，随着角度118的幅值的减小，在第一可移动线圈环路112和第二可移动线圈环路114之间形成的互感的幅值减小。

为使在第一可移动线圈环路112和第二可移动线圈环路114的耦合基本最小化，互感补偿电路120被构造并校准以使在第一电感器组件122和第二电感器组件124重叠时，在线圈环路绕旋转轴116彼此旋转时在其间形成的互感的幅值与在第一可移动线圈环路112和第二可移动线圈环路114之间形成的互感基本相等并且在相位和极性上相反。互感补偿电路120还被构造成使在第一电感器组件122和第二电感器组件124之间形成的互感随角度118的幅值增加而增加，随角度118的幅值减小而减小。

附图7的互感补偿电路120包括第一电感器组件122和第二电感器组件124。第一电感器组件122被构造成与在旋转轴116附近的第一可移动线圈环路112串联连接并在与感兴趣的体积的方向相反的方向自旋转轴116延伸。第二电感器组件124被构造成与在旋转轴116附近的第二可移动线圈环路114串联连接并在与感兴趣的体积的方向相反的方向自旋转轴116延伸。第一电感器组件122和第二电感器组件124以曲线的方式朝彼此进一步延伸以使在电感器之间的宽度或间隔在线圈环路旋转的过程中在重叠区周围基本保持恒定。

本发明包括RF线圈组件，该RF线圈组件包括彼此相对可移动的一对RF线圈。RF线圈组件包括与一个RF线圈串联连接的第一电感器组件和与另一个RF线圈串联连接的第二电感器组件。在电感器组件之间形成的互感与在RF线圈对之间形成的互感在极性上相反并且在幅值上基本相等。

在本发明的进一步实施例中，MRI设备包括具有在磁体的孔周围设置以施加极化磁场的多个梯度线圈的MRI系统和受脉冲模块控制以给RF线圈组件发射信号并从其中接收信号以采集MR图像的RF收发器系统和RF开关。RF线圈组件进一步包括第一可移动线圈环路和第二可移动线圈环路。RF线圈组件也进一步包括连接到第一和第二可移动线圈环路的互感补偿电路以便补偿电路产生使第一和第二线圈环路的耦合最小并独立于线圈彼此之间的位置的电感。

在本发明的进一步实施例中，制造RF线圈组件的方法包括使第一电感器组件与第一RF线圈串联连接和使第二电感器组件与第二RF线圈串联连接的步骤。该方法进一步包括校准第一电感器组件和第二电感器组件以使在其间的互感基本隔离第一和第二RF线圈而独立于线圈彼此之间的位置。

根据优选的实施例已经描述了本发明，应该认识到，除了明确表述的实施例之外，等同物、变型和改进都是可能的并在附加的权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种RF线圈环路组件(100，110)，包括：

彼此相对可移动的RF线圈对(104，112，108，114)；

与一个RF线圈串联的第一电感器组件(102，122)；

与另一个RF线圈串联的第二电感器组件(106，124)；和

其中电感器组件(102，122，106，124)被构造成具有与RF线圈对(104，112，108，114)的互感在极性上相反并在幅值上基本相等的互感。

2.权利要求1所述的RF线圈环路组件(100，110)，其中电感器组件(102，122，106，124)被构造成只要第一(104，112)和第二(106，124)电感器组件重叠随着RF线圈对(104，112，108，114)的相对位置变化消除RF线圈对(104，112，108，114)的互感。

3.权利要求2所述的RF线圈环路组件(100，110)，其中在RF线圈对(104，112，108，114)中的RF线圈(104，112，108，114)沿x-轴、y-轴和z-轴中至少一个轴可移动。

4.权利要求3所述的RF线圈环路组件(100，110)，其中在RF线圈对(104，112，108，114)中的RF线圈(104，112，108，114)绕旋转轴(116)可转动。

5.权利要求3所述的RF线圈环路组件(100，110)，其中在RF线圈对(104，112，108，114)中的RF线圈(104，112，108，114)沿成像平面可转移。

6.权利要求1所述的RF线圈环路组件(100，110)，其中电感器组件(102，122，106，124)的互感与RF线圈对(104，112，108，114)的互感在相位上总体上相反。

7.权利要求1所述的RF线圈环路组件(100，110)，其中电感器组件(102，122，106，124)的互感随着以某一方式设置的RF线圈变化以消除RF线圈对(104，112，108，114)的互感。

8.权利要求7所述的RF线圈环路组件(100，110)，其中电感器组件(102，122，106，124)的互感随在RF线圈对(104，112，108，114)之间的距离的增加而减小并随着在RF线圈对(104，112，108，114)之间的距离减小而增加。

9.权利要求1所述的RF线圈环路组件(100，110)，其中电感器组件(102，122，106，124)的电感使RF线圈对(104，112，108，114)的耦合减小而与线圈位置无关。

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