核自旋斷層造影儀的高頻線圈裝置與核自旋斷層造影儀的製作方法
2023-09-20 07:17:50
專利名稱：核自旋斷層造影儀的高頻線圈裝置與核自旋斷層造影儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及磁共振技術領域，尤其涉及成像核自旋斷層造影技術領域。
本發明涉及一種在核自旋斷層造影儀、尤其是在成像核自旋斷層造影儀中用於對檢查對象、尤其是病人進行檢查的高頻線圈裝置，它具有一個用於接收產生於檢查對象的電磁高頻信號的迴路線圈，該迴路線圈具有至少一個適合於環繞檢查對象的線匝。
此外，本發明還涉及一種用於對病人進行檢查的核自旋斷層造影儀，它具有一個用於產生垂直於病人軸線的靜態磁場的部件。
為將高頻脈中發送到檢查對象並從檢查對象接收所產生的電磁高頻信號，使用了一個發送線圈或接收線圈。大多數所使用的線圈根據它們的磁場分布情況可分成兩類一種是體積線圈，在其內部的一個範圍內能產生均勻的磁場；另一種是表面線圈，在其外部能產生一個多少有些不均勻的磁場。因此，對體積線圈而言，通常將被檢查對象置於線圈內部，相反，表面線圈則大多被置於檢查對象的表面上。一種具有最大程度的內部均勻磁場分布的典型體積線圈例如是螺管線圈，亦即一種與病人軸線同軸地繞制在一柱面上的線圈。該螺管線圈也可稱為具有多個線匝的迴路線圈。一個僅有一個或很少線匝的迴路線圈不僅可用作表面線圈，另一方面也可作為具有降低了的磁場均勻性的體積線圈，尤其是當其線匝環繞檢查對象時。
為在整個測量空間上得到儘可能均勻的磁場分布，一般使用體積線圈或者其它相應的具有均勻磁場分布的天線發送高頻脈中。
如果僅僅要對檢查對象、尤其是人體的局部區域進行顯象，那麼體積線圈便尤其具有如下的缺點由於其佔空係數較小，使核共振檢查的信噪比受到不利的影響。因此，尤其當被檢查的局部區域不能被一線圈所環繞時，則要採用表面線圈作為接收線圈，亦即人們犧牲部分高頻接收特性的均勻性以換取更大的佔空係數，以便得到一種局部最好的信噪比。
在一垂直磁場儀器中，用於成像的、產生於被檢查對象的電磁高頻信號以其圓極化強度(磁場分量)主要是水平取向的。一種接收圓極化高頻信號的方法是分別接收兩個正交分量，其中之一在這裡例如是平行於病人軸線的第一極化分量，另一個是垂直於病人軸線的第二極化分量。
為接收平行於病人軸線的第一極化分量，可使用一迴路線圈，該迴路線圈環繞病人的整個身體或一個待檢查的肢體。為此，被檢查對象的直徑被迴路線圈所環繞的內部範圍的尺寸所限制。因此迄今為止使用具有不同直徑的迴路線圈，其中，對不同的病人選擇一個合適的線圈。這對於醫務人員來說是相當不便的，因為每次都必須重新建立電氣連接。此外，在病人特別肥胖的情況下可能會出現這樣的情形，即沒有具有足夠直徑的現有線圈。這一問題在脊椎檢查中尤其明顯，因為迴路線圈必須環繞病人的整個身體而不僅僅是一個肢體(胳膊或腿)。
本發明要解決的技術問題是採用本文開始部分所述的高頻線圈裝置以如下的方式來實現的即除了迴路線圈外還提供一個表面線圈，其中，該表面線圈和該迴路線圈被設計成用來接收高頻信號的同一第一極化分量。
有關術語「表面線圈」和「迴路線圈」的含義請參照本文開始部分所作的說明。表面線圈尤其被做成扁平的，適合於被正面放置或側面放置在檢查對象或病人身上。迴路線圈尤其適合用於環繞檢查對象。在這一意義上，迴路線圈也可被稱為體積線圈。迴路數或匝數、以及迴路線圈沿其中央線圈軸線的擴展優選地比其在寬度方向的擴展要小得多。換句話說，迴路線圈也同樣是扁平構造的。它例如只具有一個、或在小型線圈情況下只有2、3、4個或最多至10個線匝。
兩種線圈優選地與核自旋斷層造影儀同時具有電氣的和/或機械的連接。由此，根據本發明的高頻線圈裝置中既具有表面線圈也具有迴路線圈，可以有選擇地或同時地用它們來接收同一磁場極化分量，其優點是即使在檢查對象的體積很大的情況下，也總是至少有一個可以使用的接收線圈。這便是表面線圈。
儘管表面線圈的缺點是與迴路線圈相比，尤其在一個體瘦的病人情況下，它所達到的信噪比較低。但該缺點卻伴隨著特殊的優點如果不能使用迴路線圈的話，那麼由於有表面線圈，則根據本發明的高頻線圈裝置同樣也能為核自旋斷層造影檢查提供高頻信號。例如在一個特別肥胖的病人或者一個受傷的或包有包紮材料的病人的情況下使用迴路線圈是不可能的。因此根據本發明的高頻線圈裝置在其應用方面不被病人的身圍大小或狀況所限制。另一方面，對於苗條的病人可以使用具有不變的高圖像質量的迴路線圈。
因而可以選擇用表面線圈或者迴路線圈來測量第一極化分量。但也可同時用兩個線圈來測量該極化分量，尤其是當檢查對象的體積較小時。
表面線圈優選地被做成蝶形線圈或鞍形線圈。有關這些線圈變型的詳細內容請參閱Marinus Ir.Vlaardingerbroek，Jacques A.den Boer所著「MagneticResonance Imaging(磁共振成像)」一書第32～38頁，德國斯普林格(Springer)出版社出版，柏林，1996年。
根據該高頻線圈裝置的一種優選實施方式，該裝置具有另一個用於接收高頻信號的第二極化分量的表面線圈，其中，該第二極化分量垂直於第一極化分量，且其中該另一個表面線圈優選地被設計成蝶形線圈或鞍形線圈。提供該另一個表面線圈的優點是，電磁高頻信號的圓極化磁場成分的兩個磁場分量均可被檢測。
根據一種優選實施方式，表面線圈的接收信號和迴路線圈的接收信號通過一條公共的導線被導出。因此該兩個線圈具有共同的接觸點。由此可以一種具有優點的方式實現一種更簡單的、適合高頻的電路結構。
所述表面線圈的接收信號和迴路線圈的接收信號被輸入一個公共的放大器，尤其是被輸入一個公共的前置放大器，該放大器例如通過公共的導線相連接。這樣在可能的情況下就能夠節省電氣元件。
根據一種尤其優選的實施方式，將表面線圈和迴路線圈以及可選的另一個表面線圈設置在一個共同的、優選地為彎曲的載體結構上。這樣該優選應用於局部的高頻線圈裝置就可簡便地進行操作，並在必要時與不同的病人表面相適應。
若將迴路線圈這樣地設置在載體結構上，即通過載體結構的彎曲使迴路線圈環繞住檢查對象，則是尤其具有優點的。例如，高頻線圈裝置在載體結構處於未彎曲或平置狀態時則適合於被放置在病人身上或被推到病人身底下。在彎曲狀態下則形成了迴路線圈。由此得到的優點是，操作人員操縱一個載體結構，便可以不僅實現表面線圈，還可以實現一個環繞病人的迴路線圈。
根據另一優選實施方式，在線匝中組合進一個可鬆開的連接裝置，尤其是一個用來接通和/或斷開迴路線圈的插頭。這樣例如就可以在載體結構彎曲時通過將插頭插入位於相對一側的相應插座中來接通線匝並由此使迴路線圈給出圖像。通過「接插」線匝，就可使線圈環繞病人而無須套上線圈。
根據一種特別的優選實施方式，該高頻線圈裝置具有一個用於交替地激活和/或去激活表面線圈和迴路線圈的轉換裝置。即要麼激活迴路線圈，要麼激活表面線圈。這樣兩諧振線圈的幹擾性相互交替作用便均可被抑制掉。
所述轉換裝置優選地具有一個用於中斷或減少表面線圈中的電流的阻斷裝置。該阻斷裝置尤其被設計成阻斷性振蕩迴路。為對表面線圈實施去激活，例如可將該振蕩迴路接通。
所述轉換裝置例如可具有被控制裝置自動控制的開關。
另外，將所述的用於電氣連接和/或中斷迴路線圈的可鬆開連接裝置結合到轉換裝置中去是尤其合適的。這種轉換優選地通過接插連接(尤其是通過人工)來實現。
該轉換裝置優選地設計成，當迴路線圈藉助於連接裝置接通時，阻斷裝置阻斷。這樣便保證了兩線圈中每次只有一個被激活。
根據一種尤其實用的實施方式，所述轉換裝置包括一個具有多個觸點的插頭和一個相應的插座，其中，這些觸點中的至少一部分屬於迴路線圈連接裝置的組成部分，以及觸點中的至少一部分屬於表面線圈的阻斷裝置。通過將插頭插入插座例如實施如下動作a)接通(激活)迴路線圈b)去激活表面線圈，尤其通過接通所述振蕩迴路之一來實施去激活。
由於這些動作僅僅是通過例如可用手動進行的接通過程來實現的，因此便不需要通過核自旋斷層造影儀的計算機數據處理設備來進行控制。
作為對該轉換裝置的替代或補充，該高頻線圈裝置還可具有一種用於將表面線圈與迴路線圈進行解耦的裝置。這當表面線圈與迴路線圈同時工作時尤其具有優點。
用於對兩線圈實施電氣解耦的裝置具有例如一個公共的電容，該電容量是這樣選擇的使得它們的公共電感能得到精確的補償。
為同時處理來自表面線圈和迴路線圈的接收信號，優選地提供一個加法器，用它對所述信號進行相加-尤其是加權相加。
本發明要解決的有關核自旋斷層造影儀的任務是這樣實現的即提供一個根據本發明的高頻線圈裝置。
所述核自旋斷層造影儀優選地為一垂直磁場式儀器。
表面線圈和迴路線圈優選地被設計成用於接收平行於病人軸線的第一極化分量。
在根據本發明的核自旋斷層造影儀中，尤其還提供了上述另一表面線圈，該線圈優選地被設計成用來接收垂直於靜磁場且垂直於病人軸線的第二極化分量。
在一個具有上述載體結構的按照本發明的核自旋斷層造影儀中，所述載體結構優選地被設計成對於操作人員的使用和對病人進行局部檢查來說，是可攜帶和易用的。
核自旋斷層造影儀1具有一個用於產生靜態磁場B0的永磁鐵9，實際的檢查在該永磁鐵9的開口11中進行。利用一個圖中未明顯示出的發送線圈將高頻脈衝射入置於開口11中病人3體內。從病人3身上產生的回波脈衝由高頻線圈裝置13接收並經前置放大器15和放大器17輸入到模/數轉換器19中。
圖1中示出的連接點16作為以下附圖的參考點。
由高頻線圈裝置1 3接收的高頻磁場以其在水平面(x-y)中的磁場分量被圓極化。相應的磁場分量被分別表示為第一極化分量B1x和第二極化分量B1y。
圖2中示出的是圖1所示的第一種實施方式的高頻線圈裝置13。該高頻線圈裝置13包括一個設計成蝶形線圈的表面線圈23和一個只有一個迴路或繞組的迴路線圈25。兩個線圈23、25被設置在一個共同的、圖中僅大致勾畫出的由軟的柔性材料(優選為塑料)構成的載體結構27上。
載體結構27包括一扁平的基礎部分27A和一縱向延伸的環形部分27B。表面線圈23被設置在基礎部分27A中。迴路線圈25不僅穿過基礎部分27A也穿過環形部分27B，其中，通過在圖2中尚示為平面的環形部分27B(從圖面朝外)彎曲成一環形來實現迴路線圈25的封閉線匝29。
為此設置了一個連接部件33，它包括一個固定在環形部分27B端部上的、具有電氣觸頭K1、K2、K3和K4的插頭35，以及一個與此相對應的、固定在基礎部分27A上的、帶相應的匹配對向觸頭G1、G2、G3、G4的插座37。在被插接或連接的迴路線圈25的情況下，觸頭K3與對應的對向觸頭G3相連接，這樣便構成一個具有點P1、P2、P3、P4的、大致為環形的線匝29 。
表面線圈23具有一個左線圈部分23A和一個右線圈部分23B，它們經交叉的導線成準「8」字形地相互連接起來(蝶形線圈)。
不僅在表面線圈23中，而且也在迴路線圈中均集成有所謂的縮短電容器CK1、CK2、CK3、CK4、CK5、CK6和CK7，它們具有例如200pF的電容量。
線路段P1-P2-P3-P4不僅是表面線圈23的一部分，而且也是迴路線圈25的一部分。在點P2、P3處可將來自線圈23、25的接收信號經一共同的導線39引出。為使導線39的阻抗與線圈23、25相匹配，提供了一個公共的匹配電容器Cs。公共的調諧電容器CP-、CP+能使線圈諧振頻率與高頻磁場的拉莫爾頻率相匹配。
經導線39可將接收信號輸入到前置放大器15。圖2中導線39出於清楚的考慮被顯示為結束於曾在圖1中示出的點16處。
前面已提到過的包括有插頭35和插座37的連接部件33是轉換裝置41的組成部分，該轉換裝置41用於交替地激活和/或去激活表面線圈23和迴路線圈25。該轉換裝置41的功能將在下面針對一個激活迴路線圈25並同時去激活表面線圈23的例子來加以說明。通過將插頭35插入插座37中，如前所述，經觸頭K3和對向觸頭G3接通了迴路線圈25的線匝29，由此激活迴路線圈25用於成像。為去激活表面線圈23，則應用了觸頭K1～K4和對向觸頭G1～G4。為此轉換裝置41包括第一阻斷線圈L1(L1≈0.08μF)和第二阻斷線圈L2(例如L2≈0.08μF)，它們分別被接到兩個觸頭K1、K2和K3、K4之間的插頭35中。通過將插頭35插入插座37中，接通了由縮短電容器CK1和第一阻斷線圈L1構成的以及由縮短電容器CK2和第二阻斷線圈L2構成的振蕩迴路43、45。被調諧到核自旋斷層造影儀1的諧振頻率上的振蕩迴路43、45((L1·CK1)-1/2＝(L2·CK2)-1/2＝WLarmor＝2πfLarmor)起阻斷迴路的作用，並因此在最大程度上阻斷了表面線圈23中的電流。利用左側的振蕩迴路43將左側的線圈部分23A切斷，而用右側的振蕩迴路45切斷右側的線圈部分23B。表面線圈23因而失諧且不再能進行成像。
為了在表面線圈23中得到一種阻斷效果，還可提供與振蕩迴路43、45不同的機械式斷路器，例如開關或按鈕開關，它們例如在將插頭35插入插座37時被啟動。
表面線圈23的寬度b約為250mm，其長度1同樣約為250mm。線匝29的長度L規定了迴路線圈25的最大外圍，該長度L約為560mm。
圖3中所示的高頻線圈裝置1 3的第二種實施方式在很大程度上與圖2所示的實施方式完全一樣。但在該例中，迴路線圈25具有兩個相互串聯的線匝51、53，它們可分別用觸頭K2和對向觸頭G2、以及用觸頭K3和對向觸頭G3來加以接插。
在圖3所示的實施方式中，線路段P1-P2-P3-P4和P5-P6不僅屬於表面線圈23，也屬於迴路線圈25。
在圖4所示的根據本發明的高頻線圈裝置13的第三實施方式中，除了用於檢測第一極化分量B1x(平行於病人軸線12)的表面線圈23和迴路線圈25外，還提供了另一同樣為蝶形線圈的表面線圈61。兩表面線圈23、61相互交叉並且相差90°角，以便利用表面線圈61檢測上述的第二極化分量B1y。
在圖4中高頻線圈裝置13被示意性地表示成它被採用化學蝕刻法形成在電路板上的形態。在點P2、P3處，抽取檢測第一極化分量B1x的線圈23、25的接收信號，在點P7、P8處則抽取檢測第二極化分量B1y的線圈61所產生的信號。在圖4所示的示意圖中，出於簡潔的原因省去了電路的細節，如電容器以及轉換裝置41。同樣在圖中也未按比例畫出線匝29的長度L。
圖5和圖6舉例說明了圖4所示的具有三個線圈23、25、61的高頻線圈裝置13中的接收信號是如何被進一步處理的。兩張圖僅從功能上表示出線圈23、25、61的連接關係，沒有給出電子線路的細節。
如圖5所示，表面線圈23和迴路線圈25的輸出信號通過轉換裝置41被交替地輸入到前置放大器15中。另一表面線圈61的接收信號經從屬於它的前置放大器63到達90°耦合器(90°組合器)65，該耦合器65負責照看兩個極化分量B1x、B1y之間的90°相移。
在圖6所示的實施方式中，用於測量第一極化分量B1x的線圈23、25被同時驅動。它們的輸出信號經前置放大器67和69被放大。圖中所示的連線不同於圖2和圖3所示的連線情形。被放大了的信號在具有加權係數A、B的乘法器73和75中被相乘並被輸入加法器77。加法器77的輸出信號與從屬於另一表面線圈61的前置放大器71的輸出信號一起被送入90°耦合器65。
為使用來測量第一極化分量B1x的同時諧振的線圈23、25相互之間不產生不利的影響，提供了一個對兩個線圈23、25作電氣去耦的裝置79。用於電氣去耦的裝置79包括例如一個電容器，其值被選擇為能補償掉共同的電感。
如果線圈23、25如圖5所示那樣可藉助轉換裝置41來有選擇地為進行成像而激活，那麼也可以提供所述用於電氣去耦的裝置79。圖7中示出了對圖2所示的實施方式進行了相應改動後的情況。
權利要求
1.一種用於在核自旋斷層造影儀(1)、尤其是成像用核自旋斷層造影儀(1)中對被檢查對象(3)進行檢查的高頻線圈裝置(13)，它具有一個用於接收來自被檢查對象(3)的電磁高頻信號的迴路線圈(25)，該迴路線圈(25)具有至少一個適合於環繞被檢查對象(3)的線匝(29；51，53)，其特徵在於它具有一個表面線圈(23)，其中，該表面線圈(23)和該迴路線圈(25)被設計成用於接收高頻信號的同一第一極化分量(B1x)。
2.根據權利要求1所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於所述表面線圈(23)被設計成蝶形線圈或鞍形線圈。
3.根據權利要求1或2所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於其具有另一個表面線圈(61)，它被設計成用於接收高頻信號的第二極化分量(B1y)，其中，該第二極化分量(B1y)垂直於第一極化分量(B1x)，且其中另一表面線圈(61)優選地被設計為蝶形線圈或鞍形線圈。
4.根據權利要求1至3之一所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於所述表面線圈(23)的接收信號和所述迴路線圈(25)的接收信號通過一條公共電導線(39)被導出。
5.根據權利要求1至4之一所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於所述表面線圈(23)的接收信號和所述迴路線圈(25)的接收信號被輸入到一個公共的放大器、尤其是一個公共的前置放大器(15)。
6.根據權利要求1至5之一所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於所述表面線圈(23)和所述迴路線圈(25)以及可選擇的另一表面線圈(61)被設置在一個公共的、優選地為可彎曲的載體結構(27)上。
7.根據權利要求6所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於所述迴路線圈(25)這樣設置在載體結構(27)上，即通過所述載體結構(27)的彎曲能夠使該迴路線圈(25)環繞被檢查對象(3)。
8.根據權利要求1至7之一所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於在線匝(29；51，53)中組合有一個可鬆開的連接裝置(33)、尤其是一個插頭(35)，用於電氣連接和/或斷開迴路線圈(25)。
9.根據權利要求1至7之一所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於其具有一個轉換裝置(41)，用於交替地激活和/或去激活所述表面線圈(23)和所述迴路線圈(25)。
10.根據權利要求9所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於所述轉換裝置(41)具有一個用於切斷或減少表面線圈(23)中電流的阻斷裝置。
11.根據權利要求10所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於所述阻斷裝置被設計成阻斷性的振蕩迴路(43，45)。
12.根據權利要求9至11之一所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於所述轉換裝置(41)具有一個可鬆開的連接裝置(33)，尤其是一個用於電氣接通和/或斷開迴路線圈(25)的插頭(35)。
13.根據權利要求10或11以及12所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於所述轉換裝置(41)被設計成，使得當所述迴路線圈(25)藉助於所述連接裝置(33)被接通時，阻斷裝置阻斷。
14.根據權利要求13所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於所述轉換裝置(41)具有一個帶有多個觸頭(K1，K2，K3，K4)的插頭(35)，以及一個相對應的插座(37)，其中，至少一部分觸頭(K3；K2，K3)為迴路線圈(25)的連接裝置(33)的組成部分，且至少一部分觸頭(K1，K2，K3，K4)屬於表面線圈(23)的阻斷裝置。
15.根據權利要求1至14之一所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於其具有一個用於將表面線圈(23)與迴路線圈(25)進行電氣解耦的裝置(79)。
16.根據權利要求13所述的高頻線圈裝置(13)，其特徵在於其具有一個加法器(77)，用於將所述表面線圈(23)的接收信號與所述迴路線圈(25)的接收信號進行相加、尤其是加權相加。
17.一種用於對病人(3)進行檢查的核自旋斷層造影儀(1)，它具有一個用於產生靜磁場(B0)的裝置，該靜磁場方向垂直於病人軸線(12)，其特徵在於其具有一個根據權利要求1至16之一所述的高頻線圈裝置(13)。
18.根據權利要求17所述的核自旋斷層造影儀(1)，其特徵在於表面線圈(23)和迴路線圈(25)被設計成用於接收方向平行於病人軸線(12)的第一極化分量(B1x)。
19.根據權利要求17或18所述的核自旋斷層造影儀(1)，其特徵在於所述高頻線圈裝置(13)根據權利要求3來進一步構造，其中，所述另一線圈(61)被設計成用來接收方向垂直於靜磁場(B0)方向且垂直於病人軸線(12)的第二極化分量(B1y)。
20.根據權利要求1 7至19之一所述的核自旋斷層造影儀(1)，其特徵在於所述高頻線圈(13)根據權利要求6來進一步構造，其中，所述載體結構(27)是可攜帶的、尤其是可抓取的，且可被實施為能對病人(3)作局部的檢查。
全文摘要
一種用於成像的核自旋斷層造影儀(1)的高頻線圈裝置,不僅具有一個表面線圈(23),還具有一個環繞被檢查對象(3)的迴路線圈(25)。兩種線圈(23,25)被設計成用於接收高頻信號的同一第一極化分量(B
文檔編號A61B5/055GK1387825SQ0212165
公開日2003年1月1日 申請日期2002年5月30日 優先權日2001年5月30日
發明者阿恩·雷科夫斯基 申請人:西門子公司