在位置可變的mri線圈上自動保持環路隔離的方法和設備的製作方法
2023-04-29 23:41:46
專利名稱：在位置可變的mri線圈上自動保持環路隔離的方法和設備的製作方法
技術領域：
一般地說本發明涉及磁共振(MR)系統，更具體地說，涉及一種限制在MR系統的RF線圈組件的可移動線圈之間耦合的設備。
背景技術：
在將物質比如人體組織置於均勻的磁場(極化場B0)中時，在組織中的自旋的單個磁矩趨向於與極化場對準，但在它們的特徵拉莫爾頻率上以隨機順序繞它進動。如果物質或組織置於在x-y平面中並在拉莫爾頻率附近的磁場(激勵磁場B1)中，則盡對準磁矩或「縱向磁化」MZ可能被旋轉或「翻轉」進入x-y平面以形成淨橫向磁矩Mt。在激勵信號B1終止之後通過激勵的自旋發射信號並接收和處理這個信號以形成圖像。
在利用這些信號以形成圖像時，利用磁場梯度(Gx，Gy和Gz)。通常，通過測量周期序列掃描要成像的區域，在該序列中這些梯度根據所使用的特定局部化方法變化。對所接收的NMR信號的結果集進行數位化並處理以使用多種公知的重構技術中的一種技術重構圖像。
大家十分公知的是彼此相鄰地放置的MR系統的RF線圈環路通過互感彼此緊密地耦合。這種耦合造成線圈環路失調、線圈環路的加荷和圖像質量劣化。為消除這種耦合，已經研究了多種技術和線圈設計。例如，線圈環路可以被嚴格地重疊以消除該耦合、電感性地耦合以消除該耦合、電容性地耦合以消除該耦合或通過切斷該線圈環路的高阻抗諧振電路降低該耦合。已經發現，前三種設計對於僅一種環路接近的取向足夠。但發現第四種設計不能提供取消環路耦合的足夠隔離。
此外，如果線圈環路是柔性的，或者能夠彼此相對移動，則上文描述的隔離設計通常是失敗的。即，在環路接近的取向改變時，RF線圈環路必須重新調諧以使在新的取向上耦合最小或者必須使用調諧到新的取向的不同的RF線圈環路組件。MRI系統操作員因此必須犧牲時間來重新調諧線圈環路而少檢查患者。此外，選擇已經調諧到新的取向的不同的RF線圈環路組件不僅要花費用於圖像採集的時間和精力，而且還要求成像設備保留一個許多RF線圈環路組件的清單以便滿足可用於採集診斷數據的多個取向。保留一個較大的清單的RF線圈環路組件的成本昂貴，而且儘管加大了成本，仍然可能不能窮盡所需的線圈組件。
因此，需要設計一種能夠提供RF線圈組件以使在較大範圍的環路位置或取向上保持環路隔離的系統。
發明概述本發明針對RF線圈組件，該線圈組件具有解決前述缺陷的動態互感補償電路。本發明提供一種RF線圈環路組件，其中可以使該線圈在一起靠得更近、更遠地分離或旋轉，同時保持良好的線圈隔離。互感補償電路與每個RF線圈環路串聯連接以使在RF線圈環路之間形成的耦合或互感最小。在RF線圈環路彼此相對移動或旋轉時補償電路的互感與在RF線圈環路之間形成的互感基本相等並在相位或極性上相反。
根據本發明的一方面，公開了一種RF線圈環路組件。該線圈組件包括彼此相對可移動的一對RF線圈。第一電感器組件與一個RF線圈串聯連接，第二電感器組件與另一個RF線圈串聯連接。電感器組件具有與RF線圈對的互感在極性上相反並在幅值上基本相等的互感。
根據本發明另一方面，公開了一種MRI設備。該MRI設備包括MRI系統，該MRI系統具有在磁體的孔周圍設置以施加極化磁場的多個梯度線圈。RF收發器系統和RF開關受脈衝模塊控制以給RF線圈組件發射信號和從其中接收信號以採集MR圖像。RF線圈組件包括第一可移動線圈環路和第二可移動線圈環路。RF線圈組件也包括互感補償電路以產生使第一和第二可移動線圈環路的耦合最小並獨立於線圈彼此之間的位置的電感。
根據本發明的另一方面，公開了一種製造RF線圈組件的方法。該方法包括使第一電感器組件與第一RF線圈串聯連接和使第二電感器組件與第二RF線圈串聯連接。該方法進一步包括校準第一電感器組件和第二電感器組件以使在其間的互感基本隔離第一和第二RF線圈而獨立於線圈彼此之間的位置。
通過下文的詳細描述和附圖將會清楚本發明的各種其它特徵、目的和優點。
附圖概述附圖示出了為實施本發明當前設計的一個優選實施例。
在附圖中附
圖1所示為用於本發明的MR成像系統的示意方塊圖。
附圖2所示為已有技術中的肩部線圈組件的示意圖。
附圖3所示為在線圈之間的間距變化時附圖2的肩部線圈組件的互感的圖形表示。
附圖4所示為根據本發明互感補償電路的示意圖。
附圖5所示為在電感器的相對位置變化時附圖4的互感補償電路的互感的圖形表示。
附圖6所示為根據本發明的一個實施例RF線圈組件的示意圖。
附圖7所示為根據本發明的RF線圈組件的另一實施例的示意圖。
優選實施例的詳細描述參考附圖1，所示為併入了本發明的優選磁共振成像(MRI)系統10的主要部件。該系統的操作由操作臺12控制，該操作臺12包括鍵盤或其它的輸入裝置13、控制面板14和顯示器16。操作臺12通過連結18與獨立的計算機系統20進行通信，該計算機系統20能夠使操作員能夠控制在顯示屏16上形成和顯示圖像。計算機系統20包括彼此通過背板20a進行通信的多個模塊。這些模塊包括圖像處理器模塊22、CPU模塊24和用於存儲圖像數據陣列的在已有技術中稱為幀緩衝器的存儲器模塊26。計算機系統20連結到盤存儲器28和磁帶機30以存儲圖像數據和程序，並通過高速串行連結34與獨立的系統控制器32進行通信。輸入裝置13可以包括滑鼠、操縱杆、鍵盤、軌跡球、觸摸啟動屏、光識別筆、語音控制器或任何類似或等效的輸入裝置，並且可以用於交互幾何命令(interactive geometry prescription)。
系統控制器32包括通過背板32a連接在一起的一組模塊。這些模塊包括CPU模塊36和通過串行連結連接到操作臺12的脈衝發生器模塊38。通過連結40系統控制器32從操作員接收指令以指示要執行的掃描序列。脈衝發生器模塊38作業系統部件以實施所需的掃描序列並產生指示所產生的RF脈衝的時序、強度和形狀和數據採集窗口的時序和長度的數據。脈衝發生器模塊38連接到一組梯度放大器42以指示在掃描過程中產生的梯度脈衝的時序和形狀。脈衝發生器模塊38也從生理採集控制器44中接收患者數據，該生理採集控制器44從連接到患者的多個不同的傳感器接收信號，比如從連接到患者的電極接收ECG信號。最後，脈衝發生器模塊38連接到掃描室接口電路46，該掃描室接口電路46從與患者和磁體的條件相關的各種傳感器接收信號。也是通過掃描室接口電路46患者定位系統48接收指令以將患者移動到所需的位置以便掃描。
通過脈衝發生器模塊38所產生的梯度波形施加給具有Gx、Gy和Gz放大器的梯度放大器系統42。每個梯度放大器激勵在以50總體地指示的梯度線圈組件中的相應的物理梯度線圈以產生用於空間編碼採集信號的磁場梯度。梯度線圈組件50形成了包括極化磁體54和整個身體RF線圈56的磁體組件52的一部分。在系統控制器32中的收發器模塊58形成了通過放大器60放大並通過發射/接收開關62耦合到RF線圈56的脈衝。通過激發的在患者體內的原子核發射的結果信號通過相同的RF線圈56感測並通過發射/接收開關62耦合到前置放大器64。在收發器58的接收器部分中對經放大的MR信號解調、濾波和數位化。發射/接收開關62由來自脈衝發生器模塊38的信號控制以在發射模式中將RF放大器60電連接到線圈56和在接收模式中將前置放大器64電連接到線圈56。發射/接收開關62也能夠使單獨的RF線圈(例如表面線圈)在發射或接收模式中使用。
通過RF線圈56拾取的MR信號通過收發器模塊數位化並傳輸給在系統控制器32中的存儲器模塊66。在原始k-空間數據陣列已經採集在存儲器模塊66中時完成掃描。對於每個要重構的圖像，將這個原始k-空間數據重新設置在分離的k-空間數據陣列，將每個數據陣列輸入到陣列處理器68，該陣列處理器68將該數據傅立葉變換為圖像數據的陣列。這個圖像數據通過串行連結34傳遞給計算機系統20，在計算機系統20中將它存儲在存儲器比如盤存儲裝置28中。響應從操作臺12接收的指令，這個圖像數據歸檔在長期存儲器比如磁帶機30中，或者它可以通過圖像處理器22進一步處理並傳遞給操作臺12並在顯示器16上顯示。
本發明包括適合於上文參考的MR系統使用的方法和系統或者獲得MR圖像的任何類似或等效的系統。雖然本發明將參考肩部線圈組件描述，但是本發明可等效地應用於其它線圈組件。作為非限制性舉例，本發明也可以應用於膝部線圈組件。
現在參考附圖2，所示為RF線圈組件70。RF線圈組件70可以是從患者的肩部採集數據的表面線圈組件。例如在MR系統10的成像體積內通過將RF線圈組件70放置在接近於患者的肩部可以採集MR圖像。RF線圈組件70佔據通過x-軸72、y-軸74和z-軸76表示的三維空間。RF線圈組件70包括第一可移動線圈環路78和第二可移動線圈環路80。所示的第一可移動線圈環路7 8沿由x-軸72和z-軸76形成的平面放置。第二可移動線圈環路80與第一可移動線圈環路78平行，並且所示為沿由x-軸72和z-軸76形成的第二平面放置。
在線圈環路通電並彼此接近放置時在第一可移動線圈環路78和第二可移動線圈環路80之間形成了互感。在所示的實例中互感的幅值沿著y-軸74隨在第一可移動線圈環路78和第二可移動線圈環路80之間的距離降低而增加。在第一可移動線圈環路78和第二可移動線圈環路80之間形成的互感隨在它們之間的距離增加而減小。
上文描述的RF線圈組件70的取向並不限於所述的實施例。例如，線圈環路的取向沿通過x-軸72和y-軸74形成的平面放置，同時在它們之間的距離沿z-軸76變化。線圈環路的取向也可以沿通過y-軸74和z-軸76形成的平面放置，同時在它們之間的距離沿x-軸72變化。此外，線圈環路的取向也可以沿通過x-軸72、y-軸74和z-軸76的任何組合形成的平面放置。
在本領域的普通技術人員會認識到雖然在附圖2中所示的RF線圈組件示出了基本為正方形的第一可移動線圈環路78和第二可移動線圈環路80，但是也可以設計其它的形狀。
附圖3所示為在第一可移動線圈環路78和第二可移動線圈環路80之間可能形成的作為線圈環路間隔的函數的互感的一個實例的圖形。所示的互感曲線82總體地顯示在第一可移動線圈環路78和第二可移動線圈環路80的線性間隔增加時互感的幅值降低。相反，在第一可移動線圈環路78和第二可移動線圈環路80的線性間距減小時互感的幅值增加。互感或耦合的增加使在一個線圈環路中的電流和電壓變化以顯著地影響其它的線圈環路的電流和電壓。如上文所述，線圈環路的耦合可以使線圈環路失調、線圈環路的加荷和圖像質量的劣化。使線圈環路耦合實質最小化降低了在一個線圈環路中的電流和電壓的變化對其它的線圈環路的影響，由此恢復了圖像質量。
附圖4所示為根據本發明的互感補償電路84。互感補償電路84包括佔據通過x-軸90、y-軸92和z-軸94表示的三維空間的第一電感器組件86和第二電感器組件88。在電感器組件彼此重疊時在第一電感器組件86和第二電感器組件88之間形成了耦合。電感器組件的互感隨著重疊量的減小而減小。第一電感器組件86和第二電感器組件88被校準以使在電感器組件重疊時在其間形成了負定相(negativelyphased)的互感。負定相的互感的幅值基本等於在線圈環路彼此相對移動時在第一可移動線圈環路78和第二可移動線圈環路80之間形成的互感的幅值。因此，如下文所述，電感器組件的負定相的互感隨著RF線圈的位置變化，因此消除了在第一可移動線圈環路78和第二可移動線圈環路80之間形成的互感或使其最小化。
附圖5所示為在第一電感器組件86和第二電感器組件88之間形成的互感。如互感曲線96所示，電感器組件的互感的幅值隨在其間的重疊的減小而減小。相反，電感器組件的互感的幅值隨在其間的重疊的增加而增加。即，電感器組件的相對移位不利地影響著在其間的互感量。
附圖6所示為併入在RF線圈組件100中的互感補償電路98的一種實施例。互感補償電路98的第一電感器組件102被構成與RF線圈組件100的第一可移動線圈環路104串聯連接並在朝第二可移動線圈環路108的方向上從第一可移動線圈環路104的平面垂直地延伸。第二電感器組件106與RF線圈組件100的第二可移動線圈環路108串聯連接並在朝第一可移動線圈環路104的方向上從第二可移動線圈環路108的平面垂直地延伸。RF線圈組件100被構成使第一電感器組件104與第二可移動線圈環路108平行。這樣，隨著感興趣的體積的尺寸變化，在線圈環路之間的線性距離根據感興趣的體積的尺寸變化。
電感器組件102、106被構造成在第一可移動線圈環路104和第二可移動線圈環路108之間的距離變化時重疊。互感補償電路98被校準以使在第一電感器組件102和第二電感器組件106重疊時，在線圈環路彼此相對移動時在其間形成的互感的幅值與在第一可移動線圈環路104和第二可移動線圈環路108之間形成的互感基本相等並在相位和極性上相反。在第一可移動線圈環路104和第二可移動線圈環路108之間的距離減小時，在其間形成的互感增加，並且第一電感器組件102和第二電感器組件106的重疊增加。電感器組件重疊的增加使在其間形成的互感的幅值增加以基本等於在其間的距離減小時線圈環路增加的幅值。在第一可移動線圈環路104和第二可移動線圈環路108之間的距離增加時，在其間形成的互感減小，第一電感器組件102和第二電感器組件106的重疊減小。電感器組件重疊的減小使在其間形成的互感的幅值減小以基本等於在其間的距離增加時線圈環路降低的幅值。
附圖7所示為RF線圈組件110的另一實施例。與附圖6的線圈組件100類似，RF線圈組件110包括繞旋轉軸116相對於第二可移動線圈環路114可旋轉的第一可移動線圈環路112。在第一可移動線圈環路112和第二可移動線圈環路114之間形成的角度118的幅值增加以適應更大的感興趣的角度體積，以及減小以適應更小的感興趣的角度體積。隨著角度118的幅值的增加，在第一可移動線圈環路112和第二可移動線圈環路114之間形成的互感的幅值增加。相反，隨著角度118的幅值的減小，在第一可移動線圈環路112和第二可移動線圈環路114之間形成的互感的幅值減小。
為使在第一可移動線圈環路112和第二可移動線圈環路114的耦合基本最小化，互感補償電路120被構造並校準以使在第一電感器組件122和第二電感器組件124重疊時，在線圈環路繞旋轉軸116彼此旋轉時在其間形成的互感的幅值與在第一可移動線圈環路112和第二可移動線圈環路114之間形成的互感基本相等並且在相位和極性上相反。互感補償電路120還被構造成使在第一電感器組件122和第二電感器組件124之間形成的互感隨角度118的幅值增加而增加，隨角度118的幅值減小而減小。
附圖7的互感補償電路120包括第一電感器組件122和第二電感器組件124。第一電感器組件122被構造成與在旋轉軸116附近的第一可移動線圈環路112串聯連接並在與感興趣的體積的方向相反的方向自旋轉軸116延伸。第二電感器組件124被構造成與在旋轉軸116附近的第二可移動線圈環路114串聯連接並在與感興趣的體積的方向相反的方向自旋轉軸116延伸。第一電感器組件122和第二電感器組件124以曲線的方式朝彼此進一步延伸以使在電感器之間的寬度或間隔在線圈環路旋轉的過程中在重疊區周圍基本保持恆定。
本發明包括RF線圈組件，該RF線圈組件包括彼此相對可移動的一對RF線圈。RF線圈組件包括與一個RF線圈串聯連接的第一電感器組件和與另一個RF線圈串聯連接的第二電感器組件。在電感器組件之間形成的互感與在RF線圈對之間形成的互感在極性上相反並且在幅值上基本相等。
在本發明的進一步實施例中，MRI設備包括具有在磁體的孔周圍設置以施加極化磁場的多個梯度線圈的MRI系統和受脈衝模塊控制以給RF線圈組件發射信號並從其中接收信號以採集MR圖像的RF收發器系統和RF開關。RF線圈組件進一步包括第一可移動線圈環路和第二可移動線圈環路。RF線圈組件也進一步包括連接到第一和第二可移動線圈環路的互感補償電路以便補償電路產生使第一和第二線圈環路的耦合最小並獨立於線圈彼此之間的位置的電感。
在本發明的進一步實施例中，製造RF線圈組件的方法包括使第一電感器組件與第一RF線圈串聯連接和使第二電感器組件與第二RF線圈串聯連接的步驟。該方法進一步包括校準第一電感器組件和第二電感器組件以使在其間的互感基本隔離第一和第二RF線圈而獨立於線圈彼此之間的位置。
根據優選的實施例已經描述了本發明，應該認識到，除了明確表述的實施例之外，等同物、變型和改進都是可能的並在附加的權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種RF線圈環路組件(100，110)，包括彼此相對可移動的RF線圈對(104，112，108，114)；與一個RF線圈串聯的第一電感器組件(102，122)；與另一個RF線圈串聯的第二電感器組件(106，124)；和其中電感器組件(102，122，106，124)被構造成具有與RF線圈對(104，112，108，114)的互感在極性上相反並在幅值上基本相等的互感。
2.權利要求1所述的RF線圈環路組件(100，110)，其中電感器組件(102，122，106，124)被構造成只要第一(104，112)和第二(106，124)電感器組件重疊隨著RF線圈對(104，112，108，114)的相對位置變化消除RF線圈對(104，112，108，114)的互感。
3.權利要求2所述的RF線圈環路組件(100，110)，其中在RF線圈對(104，112，108，114)中的RF線圈(104，112，108，114)沿x-軸、y-軸和z-軸中至少一個軸可移動。
4.權利要求3所述的RF線圈環路組件(100，110)，其中在RF線圈對(104，112，108，114)中的RF線圈(104，112，108，114)繞旋轉軸(116)可轉動。
5.權利要求3所述的RF線圈環路組件(100，110)，其中在RF線圈對(104，112，108，114)中的RF線圈(104，112，108，114)沿成像平面可轉移。
6.權利要求1所述的RF線圈環路組件(100，110)，其中電感器組件(102，122，106，124)的互感與RF線圈對(104，112，108，114)的互感在相位上總體上相反。
7.權利要求1所述的RF線圈環路組件(100，110)，其中電感器組件(102，122，106，124)的互感隨著以某一方式設置的RF線圈變化以消除RF線圈對(104，112，108，114)的互感。
8.權利要求7所述的RF線圈環路組件(100，110)，其中電感器組件(102，122，106，124)的互感隨在RF線圈對(104，112，108，114)之間的距離的增加而減小並隨著在RF線圈對(104，112，108，114)之間的距離減小而增加。
9.權利要求1所述的RF線圈環路組件(100，110)，其中電感器組件(102，122，106，124)的電感使RF線圈對(104，112，108，114)的耦合減小而與線圈位置無關。
全文摘要
提出了一種在變化的線圈位置上保持線圈隔離的RF線圈環路組件技術。與線圈環路組件(100，110)的每個RF線圈環路(104，112，108，114)串聯連接的互感補償電路(98，120)使形成在RF線圈環路(104，112，108，114)之間的耦合或互感基本最小化。在RF線圈環路(104，112，108，114)彼此相對移動或轉動時補償電路(98，120)的互感與在RF線圈環路(104，112，108，114)之間形成的互感基本相等並且在極性上基本相反。
文檔編號G01R33/36GK1575751SQ20041006380
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月9日 優先權日2003年7月9日
發明者S·C·達維斯 申請人:Ge醫療系統環球技術有限公司