用於降低了sar的高場強mr的雙層多元件rf帶狀線圈陣列的製作方法

2023-05-08 20:03:51 1

專利名稱：用於降低了sar的高場強mr的雙層多元件rf帶狀線圈陣列的製作方法
技術領域：
本申請特別應用於患者成像系統，具體而言，涉及諸如高場強磁共振成像(MRI) 裝置的患者成像裝置。然而，應當認識到，所描述的技術還可以應用於光譜儀系統、其他射 頻發送與接收方案、其他成像技術，等等。
背景技術：
大型孔徑內發送體線圈和分離的接收線圈陣列已經用於臨床全身MR掃描儀。在 高場強和超高場強中(例如，大於3T的強度)，這種設計不太適合於心臟和腹部成像。射頻(RF)輻射效應隨著頻率和內孔徑直徑而增大，這使得標準RF體線圈的應用 不利於高場強和超高場強的MR全身成像。對象內的B1的均勻性不再取決於線圈的幾何結 構，而是受電介質共振和RF渦流效應支配。能夠使用發送靈敏度編碼(SENSE)或其他並行 成像技術，通過獨立的電流和相位分布或3D發送脈衝的應用來改變和外部調製這些不均 勻的效應，但是當使用孔徑集成的大型體線圈陣列時，這種方法受到高比吸收率(SAR)的 限制。當集中於使用局部發送/接收(T/R)陣列的專用應用(頭、心臟、腹部，等等)時，能 夠減小SAR問題。對於發送SENSE應用而言，局部T/R陣列更為理想，因為更好地具備了陣列求逆的 條件。不能夠同時針對低SAR和高SNR對具有單個獨立線圈元件的常規表面線圈陣列進行 優化。本申請提供了新的並且改進的線圈陣列構建系統和方法，該系統和方法克服了上述 問題和其他問題。

發明內容
根據一個方面，一種用於高場強磁共振成像(MRI)系統的雙層發送和接收(T/R) 線圈陣列，包括射頻(RF)屏蔽、與屏蔽相距第一距離鄰近屏蔽定位的發送線圈帶，以及與 屏蔽相距第二距離在發送線圈帶後面定位的接收MR數據的接收線圈帶，其中，第二距離大 於第一距離。根據另一方面，一種針對高場強磁共振成像(MRI)系統中的T/R線圈陣列中的發 送和接收元件同時降低比吸收率(SAR)和提高信噪比(SNR)的方法，包括以與射頻(RF)屏 蔽的第一距離定位發送線圈帶；以與RF屏蔽的第二距離定位接收線圈帶，其中，第二距離 大於第一距離；以及利用發送線圈帶發送RF脈衝和利用接收線圈帶接收磁共振信號。—個優點在於，在RF信號的發送期間降低了 SAR水平。另一優點在於，在MR信號的接收期間提高了 SNR。另一優點在於，改進了用於高場強和超高場強成像的TEM發送並行成像。另一優點在於，為體型大的患者增加了患者空間。另一優點在於，有利於超短髮送脈衝持續時間。本領域的技術人員通過閱讀和理解以下詳細描述，將理解本主題發明的進一步優點。


本發明可以具體化為不同的部件或部件布置，以及具體化為不同的步驟和步驟安 排。附圖僅用於圖示說明不同的方面，而不應解釋為是對本發明的限制。圖1圖示說明了包括多個RF屏蔽段的發送和接收(T/R)線圈陣列，每個RF屏蔽 段具有靠近RF屏蔽布置的發送帶狀線圈和較遠離RF屏蔽布置的接收帶狀線圈；圖2圖示說明了線圈陣列的實施例，其中，屏蔽、發送帶和接收帶通過電容器耦 合，電容器確保均勻的電流通過導體帶並提供共振；圖3A和3B圖示說明了根據本文描述的不同方面的實施例，其中，使用PIN 二極體 對發送和接收帶之間的RF流去耦；圖4圖示說明了線圈陣列的另一實施例，該線圈陣列包括具有單個大屏蔽和獨立 的發送帶和接收帶的可彎曲的發送/接收線圈陣列；圖5圖示說明了線圈陣列的平線圈封裝布置，其可以在印刷電路板等上面成形；圖6是能夠在雙層線圈陣列中使用的幾何參數的圖示說明；圖7圖示說明了繞患者支撐物上的患者的雙層T/R線圈陣列(後面的)和可彎曲 的T/R線圈陣列(前面的)；圖8圖示說明了沿縱向貫穿患者(例如從頭到腳趾)的ζ軸的磁場強度的曲線 圖；圖9圖示說明了 T/R線圈陣列的另一實施例，其中，發送和接收線圈分離地與屏蔽 耦合，以造成交流迴路；圖10圖示說明了線圈陣列的實施例，其中，使用電感變壓器對發送和接收帶去互 華禹；圖11圖示說明了線圈陣列的實施例的透視圖，其中，發送和接收帶具有不同的寬 度；圖12示出了有利於對發送帶和接收帶去耦的線圈陣列的另一實施例；圖13圖示說明了線圈陣列的另一實施例，其中，利用比率為2 1的接收線圈帶 與發送線圈帶；圖14圖示說明了用於降低發送帶中的局部SAR的線圈陣列的實施例；圖15圖示說明了線圈陣列的實施例，其中，使用薄的多層電容器；圖16圖示說明了示出局部電場強度與到RF屏蔽的距離之間關係的曲線圖；圖17圖示說明了包括多個用於對患者執行頭部掃描的線圈陣列的成像籠形結 構；圖18圖示說明了圖17中布置用於對患者的一部分成像的成像籠形結構的俯視 圖。
具體實施例方式圖1圖示說明了用於最優化的發送和接收(T/R)線圈陣列10，其包括多個RF屏蔽 12或屏蔽段，每個RF屏蔽12或屏蔽段具有靠近RF屏蔽布置的發送線圈帶14和較遠離RF屏蔽布置的接收線圈帶16。能夠將帶14、16視為電容性耦合串。優化T/R線圈陣列(例 如，包括發送帶14和接收帶16)，從而使用具有兩個分離導體的雙層設計實現低SAR和高 SNR0局部屏蔽12接近僅發送的導體帶14並且更遠離僅接收的帶16，並且分別對其進行優 化。針對低局部SAR優化發送帶，並且發送帶支持由於接近RF屏蔽引起的高RF流。針對 高SNR優化接收導體帶，並且其部件是低功率裝置。在一個實施例中，屏蔽充當流經發送帶 和接收帶的電流的迴路。能夠將該多層結構機械地安裝於基質中，該基質的介電常數可以 大於1，例如聚四氟乙烯(Teflon) 0對於高場強(例如，大於3T)和超高場強(例如，7T)的全身MR成像而言，雙層T/ R線圈陣列將電場與磁場相比較低比率的效應用於發送導體或導體帶，當接近RF屏蔽時， 這容許最優化以得到最低的SAR值。接收導體或導體帶與RF屏蔽相距更遠，並且針對高RF 功率靈敏度對其進行優化，從而獲得最優的SNR。對於高場強和超高場強的MR應用，雙層 線圈陣列能夠替代大型孔徑內發送體線圈，並且因此為患者提供更多的孔徑內空間。與大 型體線圈相比，產生了改進的截然不同的發送SENSE靈敏度模式。由此實現了覆蓋整個患 者身體的橫向電磁(TEM)並行成像發送和接收線圈陣列。通過電磁場數值運算分離地優化 SAR 禾口 SNR0有幾個與本文所描述的線圈陣列10相關的優點。例如，更小的內孔徑直徑的使用 導致較小的RF傳播和輻射效應。超短Btl磁體的使用減輕了輻射問題。表面線圈發送陣列 顯著降低了局部SAR。此外，在高場強強度下改善了 RF安全性。由於發送元件靠近RF屏 蔽，降低了發送元件間的電感耦合。還減輕或消除了與僅接收線圈的電感耦合。不需要孔 徑集成的體線圈，從而創建了更多的患者空間。此外，對基質更好的修整改善了高場強強度 下的發送並行成像(例如SENSE)環境。由於降低或消除了線圈的相互作用，以及電纜電流 問題，改善了高場強和超高場強的MRI的RF安全性。此外，降低了 RF輻射損耗，並且降低 了與結合線圈陣列10使用的介入式導管(未示出)的耦合。根據本文所描述的一個或多個方面，當發送線圈發送時，關閉或失諧接收線圈，而 當接收線圈接收時，關閉或失諧發送線圈。根據一個實施例，接收線圈與屏蔽的距離近似為 發送線圈與屏蔽的距離的兩倍。例如，如果發送線圈距離屏蔽1cm，那麼接收線圈定位於離 屏蔽2cm。此外，本文所描述的各種實施例能夠用於高場強心臟和身體MRI系統、介入式MRI 系統等，並且有利於為體型大的患者增加成像空間。此外，冷卻系統(例如，空氣、液體等) 能夠結合線圈陣列10使用以冷卻線圈陣列10的部件和/或正使用該線圈陣列成像的患
者O根據實例，線圈陣列10或多個線圈陣列10定位於患者上方，並將其用於追蹤通過 患者體內的導管的運動。靠近導管引導端的發送線圈允許發送，而阻止遠離導管引導端的 發送線圈發送，以減輕導管尖端的刺激，從而改善患者的舒適度。根據另一實例，處理器(未示出)執行儲存在存儲器(未示出)中的計算機可讀 指令，用於控制磁共振掃描儀，在該磁共振掃描儀中，利用了接收和發送帶。例如，處理器能 夠控制一個或多個帶的發送和接收間隔。在另一實施例中，處理器控制多個接收和發送帶 的發送和接收功能，以追蹤通過患者體內的導管的運動。圖2圖示說明了線圈陣列10的實施例，其中，屏蔽12、發送帶14和接收帶16通過
5電容器18a、18b、18c、18d耦合，電容器18a、18b、18c、18d確保均勻的電流通過導體帶並提 供共振。例如，電容器18a和18b將發送帶與屏蔽耦合，而電容器18c與18d將接收帶與發 送帶耦合。任選地，帶14、16是包括多個電容器的帶線。圖3A和3B圖示說明了根據本文描述的不同方面的實施例，其中，使用PIN 二極體 對發送帶和接收帶之間的RF流去耦。在圖3A中，屏蔽12、發送帶14和接收帶16通過電容 器18a-18d耦合，電容器18a-18d提供共振並確保均勻的電流通過導體帶。發送帶14包括 Pin型二極體20a，而接收帶16包括pin型二極體20b，這樣通過pin型二極體的偏壓將兩 導體切換為導通或不導通以選擇性失諧。在圖3B中，發送帶14和接收帶16分離地與屏蔽12耦合。發送帶在每端分別通 過電容器18a和電子開關20a，以及電容器18b和電子開關20b與屏蔽耦合。類似地，接收 帶16通過電容器18c和18d以及電子開關20c和20d與屏蔽耦合。在一個實施例中，該電 子開關是Pin型二極體。以這種方式，控制接收帶與發送帶之間的RF流的去耦。圖4圖示說明了線圈陣列10的另一實施例，其包括可彎曲的發送/接收線圈陣 列，其具有單個、可彎曲的大屏蔽12a以及獨立的發送帶14和接收帶16。作為其他實施例 的備選，該單個大屏蔽由多個T/R帶線圈共享。能夠將該屏板設計為具有特定的或所需的 厚度(例如，近似100微米到近似1毫米等)。圖5圖示說明了線圈陣列10的平線圈封裝布置，其可以在印刷電路板等上面成 形。該陣列包括RF屏蔽12以及第二 RF屏蔽30，發送帶14和接收帶16通過電容器18a_18d 與第二 RF屏蔽30耦合。儘管圖5中示出的具體耦合布置與圖2中的耦合布置相似，但應當 認識到，本文所描述的任何耦合布置都可以與圖5的雙屏蔽實施例共同使用。陣列10附加 地包括具有電容器34的輸入線32 (例如，RF供給帶線等)。當屏蔽12隔絕輸入線32時， 第二屏蔽30阻止輸入線上的電纜波。此外，發送線圈帶和/或接收線圈帶的電感耦合阻止 電纜波(例如，在屏蔽30後面的供給帶線32中)，並允許在平封裝中布置線圈陣列。圖6是能夠在雙層線圈陣列10中所使用的幾何參數的圖示說明。在一個實施例 中，屏蔽12與發送帶14的空間距離為N，發送帶14繼而與接收帶16的空間距離為2N。接 收帶偏離對象組織40 (例如患者等)的距離為N。在一個實施例中，N近似為5mm，但應當 認識到，其他N值可以與各種設計參數和優先值共同使用。根據另一實施例，距離N沿屏蔽12的長度而變化，並且將由距離的變化所引起的 磁場強度梯度變化用於降低均勻性。例如，能夠選擇性地降低輸送到RF敏感組織(例如眼 睛)的RF功率。圖7圖示說明了繞患者支撐物56上的患者54的雙層T/R線圈陣列50 (後面的) 和可彎曲的T/R線圈陣列52(前面的)。屏蔽12繞患者及線圈。在一個實施例中，陣列50 與本文的各個實施例中描述的陣列10相似或相同。同樣地，陣列52可以與圖4中可彎曲 的陣列相似或相同。圖7所示的布置能夠用於不對稱的孔徑等，並且有利於靠近患者放置 線圈陣列。在一個實施例中，線圈陣列50集成到患者支撐物中。圖8圖示說明了沿縱向貫穿患者(例如，從頭部到腳趾)的ζ軸的B1場強度的曲 線圖60。與接收帶線圈16相關的B1場比發送帶線圈14的B1場更強，且沿患者的更大的 部分延伸。B1場強度關係到線圈的靈敏度，並且因此發送帶相對於接收線圈帶具有更低的 靈敏度。
圖9圖示說明了 T/R線圈陣列10的另一實施例，其中，發送和接收線圈分離地與 屏蔽12耦合，以造成交流迴路。發送線圈14通過電容器18a和18b與屏蔽耦合，而接收線 圈16通過電容器18c和18d與屏蔽耦合。以這種方式，發送線圈和接收線圈是共振的，並 且以不同的距離獨立地與屏蔽耦合，從而允許分離地調諧以優化發送線圈中的SAR及接收 線圈中的SNR。圖10圖示說明了線圈陣列10的實施例，其中，發送帶和接收帶使用電感變壓器去 互耦。線圈陣列包括發送線圈帶14，其與第一變壓器70的第一側70a和第二變壓器72的 第一側72a耦合。第一變壓器的第一側與電容器18a耦合，而第二變壓器的第一側與電容 器18b耦合。電容器18a和18b還與屏蔽12耦合。接收帶16與第一變壓器70的第二側70b和第二變壓器72的第二側72b耦合。第 一變壓器的第二側與電容器18c耦合，而第二變壓器的第二側與電容器18d耦合。電容器 18c和18d還與屏蔽12耦合。此外，發送和接收帶包括提供共振的多個電容器74。應當認識到，儘管使用同名端對變壓器70、72進行了圖示說明，以示出流經發送 帶和接收帶的電流，但變壓器可以以其他方向進行布置，而不受圖10所示的具體方向的限 制。圖11圖示說明了線圈陣列10的實施例的透視圖，其中，發送帶和接收帶具有不同 的寬度。在一個實施例中，發送帶14比接收帶16更寬，發送帶與接收帶經由多個電容器18 與屏蔽12耦合。在另一實施例中，發送和接收元件中之一或兩者成環狀定位於相對於屏蔽平行的 方向上。例如，能夠以與屏蔽的第一距離平行於屏蔽定位發送線圈環，並且能夠以大於第一 距離的第二距離平行於屏蔽定位接收線圈環。發送和接收線圈間發生的任何耦合能夠通過 本文描述的任何技術和/或已知的去耦技術解決。圖12示出了線圈陣列10的另一實施例，其有利於對發送帶和接收帶去耦。在該 實施例中，發送帶14以第一距離與相鄰的屏蔽12空間分離，而接收帶16以與屏蔽的大於 第一距離的第二距離定位於發送帶之間的空間中。接收帶比發送帶更窄，發送帶接近屏蔽 以降低耦合。在另一實施例中，使用已知技術解決接收帶和發送帶間的耦合。圖13圖示說明了線圈陣列10的另一實施例，其中，所使用的接收帶與發送帶的比 率為2 1。多個接收帶16定位於各個發送帶14相對於屏蔽12的後方近似正中的位置。 此外，多個接收帶與發送帶之間的間隔對齊。接收帶比發送帶多出的數量(比率)能夠用 於增加接收頻率和/或通道。在一個實施例中，其中某些接收帶被調諧為質子頻率，而其他 接收帶被調諧用於檢測穿過患者血管系統的氟示蹤劑等。圖14圖示說明了線圈陣列10的實施例，其用於降低發送帶14中的局部SAR。發 送帶14的一部分放置於屏蔽12的前面，而所述帶的剩餘部分與電容器18放置於屏蔽的後 面。此外，局部屏蔽80靠近電容器定位，以降低發送帶14與接收帶(未示出)之間、以及 與其他系統部件之間的耦合。電容器為發送帶提供共振，並且安裝於屏蔽12的後面以降低 SAR。圖15圖示說明了線圈陣列10的實施例，其中，使用薄的多層電容器。發送帶14 部分定位於屏蔽12的前面，部分定位於屏蔽12的後面。電容器18在屏蔽的後部將發送帶 與屏蔽(例如，在與患者相反的一側)連接。提供保護其他部件(未示出)免受電容器18
7引起的電感影響的第二屏蔽80。在一個實施例中，電容器由聚四氟乙烯等形成。圖16圖示說明了示出局部電場強度與到RF屏蔽的距離的關係的曲線圖110。隨 著發送帶移動靠近RF屏蔽，局部電場強度降低。例如，當發送帶與RF屏蔽之間的距離減少 近似50%時，電場與磁場的比率(E/H)降低3至4倍。圖17圖示說明了成像籠形結構120，其包括用於對患者130執行頭部掃描的多個 線圈陣列10。例如，能夠將多個線圈陣列耦合在一起以形成籠狀結構，該籠狀結構適合患 者的頭部。每個陣列包括通過電容器18a-d與各個發送帶14和接收帶16耦合的屏蔽12。 接收帶和發送帶附加地包括多個電容器30，電容器30為各個電路提供共振。應當認識到， 儘管發送和接收帶在與圖2中的構造相似的構造中與屏蔽耦合，可以根據先前的任何附圖 和相關描述對該陣列進行構造。圖18圖示說明了布置用於對患者的一部分成像的成像籠形結構120的俯視圖。該 籠包括多個大體上繞患者130的一部分定位的線圈陣列10，以確保在成像過程或掃描期間 完整的數據採集。儘管將籠120描繪為繞患者的頭部，應當理解，本文所描述的平的和/或 可彎曲的線圈陣列可用於產生任何所需的形狀和/或大小的籠，以用於為患者的任何所需 部分成像，甚至包括對整個患者成像。已經參考優選的實施例描述了本發明。通過閱讀和理解前面的詳細描述，其他人 員可以進行修改和變更。本發明意在被解釋為包括所有這種修改和變更，只要它們落入隨 附的權利要求或其等價物的範圍之內。
權利要求
一種用於高場強磁共振成像(MRI)系統的雙層發送和接收(T/R)線圈陣列(10)，包括射頻(RF)屏蔽(12)；發送線圈帶(14)，其以與所述屏蔽的第一距離鄰近所述屏蔽定位；以及接收線圈帶(16)，其以與所述屏蔽的第二距離在所述發送線圈帶(14)後面定位，所述接收線圈帶接收MR數據，所述第二距離大於所述第一距離。
2.如權利要求1所述的線圈陣列，其中，所述發送線圈帶(14)比所述接收線圈帶(16)更寬。
3.如權利要求1所述的線圈陣列，其中，所述發送線圈帶(14)和所述接收線圈帶(16) 中的每個與所述屏蔽(12)電容耦合。
4.如權利要求3所述的線圈陣列，其中，所述發送線圈帶(14)在每一端通過電容器 (18a、18b)與所述屏蔽(12)耦合，並且所述接收線圈帶(16)在每一端與電容器(18c、18d) 耦合，所述電容器(18c、18d)還分別與所述電容器(18a、18b)耦合。
5.如權利要求1所述的線圈陣列，還包括第一變壓器和第二變壓器(70、72)，其對所述 發送線圈帶(14)和所述接收線圈帶(16)去互耦。
6.如權利要求5所述的線圈陣列，其中，所述發送線圈帶(14)與所述第一變壓器(70) 的第一側(70a)和所述第二變壓器(72)的第一側(72a)耦合，並且其中，所述接收線圈帶 (16)與所述第一變壓器70的第二側(70b)和所述第二變壓器(72)的第二側(72b)耦合。
7.如權利要求1所述的線圈陣列，其中，所述發送線圈帶(14)和所述接收線圈帶(16) 中的每個包括Pin型二極體(20)。
8.如權利要求1所述的線圈陣列，其中，所述發送線圈帶(14)和所述接收線圈帶(16) 為所述線圈陣列(10)提供雙共振。
9.如權利要求1所述的線圈陣列，還包括具有電容器(34)的RF供給線(32)，其中，所 述RF供給線(32)經過所述屏蔽(12)的後面並與第二屏蔽(30)耦合。
10.如權利要求1所述的線圈陣列，包括多個發送帶(14)和多個接收帶(16)。
11.一種磁共振掃描儀，包括如權利要求1所述的多個所述發送帶(14)和多個所述接 收帶(16)。
12.如權利要求1所述的線圈陣列，還包括使用多個線圈陣列(10)以形成線圈組 (120)。
13.如權利要求1所述的線圈陣列，其中，所述第一距離沿所述RF屏蔽(12)的長度而 變化，以產生沿所述線圈陣列(10)的B1場梯度。
14.一種用於為高場強磁共振成像(MRI)系統中的T/R線圈陣列(10)中的發送和接收 元件同時降低比吸收率(SAR)並提高信噪比(SNR)的方法，包括以與射頻(RF)屏蔽(12)的第一距離定位發送線圈帶(14)；以與所述RF屏蔽(12)的第二距離定位接收線圈帶(16)，所述第二距離大於所述第一 距離；以及利用所述發送線圈帶(14)發送RF脈衝以及利用所述接收線圈帶(16)接收共振信號。
15.如權利要求17所述的方法，還包括沿所述RF屏蔽(12)的長度變化所述第一距離， 以產生沿所述線圈陣列(10)的B1場梯度。
全文摘要
當執行高場強或超高場強磁共振成像時，一種改善接收SNR並降低發送SAR的雙層發送-接收線圈陣列(10)。靠近射頻屏蔽(12)放置發送元件(14)以降低SAR，以及較遠離所述屏蔽放置接收元件(16)以改善SNR。使用二極體(20)、變壓器(70、72)，或其他去耦技術能夠對所述發送和接收元件去互耦。在一個實施例中，所述發送元件(14)的一部分經過所述RF屏蔽(12)的前面以進一步降低SAR，而所述發送元件(14)中的電容器(18)定位於所述屏蔽(12)的後面。附加的屏蔽(80)能夠用於減輕電纜波。
文檔編號G01R33/3415GK101990642SQ200980112632
公開日2011年3月23日 申請日期2009年4月2日 優先權日2008年4月9日
發明者C·洛斯勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司