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专利名称：配备有rf发射线圈阵列的开放式mr系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于磁共振成像的磁共振系统(MR系统)，还涉及用于这种MR系统的RF线圈系统的RF线圈阵列，特别用于开放式MR系统。
该类的开放式MR系统在EP1059539A2中是已知的。所引用的文献描述了整体RF线圈系统，其包括排列在检查区域相对侧的第一和第二RF线圈阵列，以便彼此相对移相90°。为了在检查区域中产生旋转磁场B1，RF线圈阵列以网络的形式工作，其中在单独地正交排列的RF线圈阵列的子线圈之间存在固定的相位关系。两个RF线圈阵列是相互硬连线的，并且以固定幅度和相位关系工作。
在此类型的开放式MR系统中，在垂直方向上具有稳定的主磁�。蛏嫌斜匾筊F线圈系统产生均匀的RF磁�。淙∠蛘挥谖榷ǖ闹鞔懦　Ｒ丫攵愿媚康奶岢隽硕喔霾煌腞F线圈系统；如在所引用的文献EP1059539A2中描述的RF线圈系统，该系统能够产生旋转的RF磁场。这种RF线圈系统的目的总是在检查区域中产生具有最高可能的均匀性的RF磁场。然而，此类型的RF线圈系统不是特别适合作为用于特殊的MR成像方法，例如SENSE方法的技术，这是因为RF磁场的均匀性是预先定义并固定的，并且在MR数据采集过程中或者在MR数据采集之间不能进行交互式的修改和控制。
因此，本发明的目的在于提供MR系统以及用于MR系统的RF线圈系统的RF线圈阵列，其使得能够在MR数据采集过程中，可以关于时间以及位置来改变和控制RF场。
根据本发明，通过权利要求1所公开的MR系统来实现该目的，该MR系统包括-具有两个主场磁极的开放式主场磁体，所述主场磁极排列在检查区域的相对侧上，并且用于产生主磁�。�-具有多个梯度线圈的梯度线圈系统，用于产生梯度磁�。�-具有两个平面RF线圈阵列用于发射和/或接收RF信号的RF线圈系统，这两个平面RF线圈阵列位于检查区域的相对侧，每个RF线圈阵列包括至少两个RF线圈，这些RF线圈彼此去耦并且连接到发射/接收单元中的各个通道；-发射/接收单元，其包括用于RF线圈系统的RF线圈的各个通道，每个RF线圈在发射模式中是可分别控制的；-控制单元，用于控制MR成像；和-处理单元，用于处理接收到的MR信号。
在权利要求9中公开了用于该MR系统的RF线圈系统的相应的平面RF线圈阵列。
本发明基于这样的思想，即避免将RF线圈阵列的单独RF线圈彼此硬连线，以及避免以固定的幅度和相位关系操作该线圈阵列，并且作为替换，将每个RF线圈连接到发射/接收单元的单独的通道，由此实现了每个RF线圈的单独控制。因此，可以(在发射模式中)向每个RF线圈提供分别的激励脉冲，并且可以(在接收模式中)分别地评估由每个RF线圈接收到的MR信号。每个RF线圈阵列包括至少两个这样的RF线圈，这些RF线圈彼此之间都是去耦的，该RF线圈阵列为使得其是平面的，并且排列在检查区域的相对侧上。
在优选实施例中，RF线圈阵列本身也是相互去耦的。特别对于权利要求4和6所公开的RF线圈阵列的实施例而言是必要的。与这些优选实施例相一致，通过平面共振导体或者蝶形线圈形成该RF线圈。在其他实施例中，例如，在权利要求5公开的优选实施例中，通过表面天线、特别是矩形表面天线形成RF线圈，由此可以免除RF线圈阵列的相互去耦，特别是在单独的表面天线仅具有小的表面积时。
对于单独的RF线圈的相互去耦，存在不同的可能方案。在权利要求3中公开了优选的和简单的步骤。
如权利要求7中所公开的，RF线圈阵列的RF线圈可以排列在一个板上或者在两个板上；在后者的情况中，用于使单独的RF线圈相互去耦的装置也集成在RF线圈阵列中，例如，其中在第一板上提供RF线圈，并且在第二板上提供去耦装置。
为了能够借助于根据本发明的MR系统产生旋转RF磁�。么懦】梢栽谒械娜隹占浞较蛏先我獾氐鹘冢痉⒚饔欣厥视糜诮岷闲碌腗R成像方法，特别适用于改善的和快速的MR成像方法。例如，在需要有源RF控制时，在需要局部预饱和时，或者在MR数据采集期间机械变化的基础上RF均匀性的反馈控制的情况中，本发明可以用于根据SENSE方法的MR成像中。涉及SENSE方法的部分可以参考由K.Prüssmann发表的“SENSESensitivity Encoding for FastMRI”，Magnetic Resonance in Medicine 42952-962(1999)，其中详细地描述了该方法。在“Theory and experimental verificationof transmit SENSE”，ISMRM 2002，Hawai，Honolulu，第189页中描述了用于发射信号的SENSE方法。发射SENSE利用了时间相关波形和空间敏感度，以便缩短多维RF脉冲。
下面将参考附图详细描述本发明。其中

图1是根据本发明的MR系统的概图；图2示出了根据本发明的RF线圈阵列的第一实施例；图3示出了根据本发明的RF线圈阵列的第二实施例；图4示出了根据图3的RF线圈阵列的单个表面天线；图5示出了根据本发明的RF线圈阵列的第三实施例；图6示出了图5中示出的RF线圈阵列的单个RF线圈；图7a、b示出了根据本发明的RF线圈阵列的第四实施例；图8a、b示出了用于使两个线圈去耦的两个实施例；和图9a～e示出了用于线圈去耦的另外的可能方案。
图1是根据本发明的MR系统的概图，用于形成位于检查区域中的患者1的一部分的MR图像。患者1被安置在主场磁体的两个主场磁极3、4之间的开放空间2中。主场磁体还包括第一和第二均衡板5、6，其结合主场磁极3、4在主场磁极3、4之间的检查区域中产生均匀的稳定磁场B0，该磁场在图中是垂直方向的。还提供了梯度线圈系统7、8，其包括多个梯度线圈，用于在检查区域中产生梯度磁场。提供了具有两个RF线圈阵列9、10的RF线圈系统，以便在与稳定的主磁场B0基本垂直的方向上产生RF磁场B1。每个所述RF线圈阵列9、10包括至少两个RF线圈，其既可以用作激励检查区域的发射线圈，又可以用作从检查区域接收MR信号的接收线圈。相邻的RF线圈阵列9、10和在另一侧上的相邻梯度线圈7、8之间的RF屏蔽11、12防止了RF磁场B1耦合到梯度线圈7、8中。
提供了发射/接收单元13，用于在发射模式中控制RF线圈阵列9、10的单独的RF线圈，或者用于接收由单独的RF线圈接收到的MR信号。该发射/接收单元13包括n个发射通道，可以相互独立地对其进行控制，以便控制激励信号的相位、幅度和波形。而且，提供了n个相互独立的接收通道，用于接收MR信号。接收到的MR信号的处理和所需MR图像的产生由处理单元14来执行。发射/接收单元13、处理单元14以及不同的线圈系统通过支承件16相互耦合并安装在该支承件16上，并且由控制单元15进行控制。关于该MR系统的基本结构和该系统的工作原理的进一步细节通常是公知的，因此不需要在本文中进一步赘述。
在所示出的根据本发明的MR系统的实施例中，每个RF线圈阵列9、10包括至少两个相互去耦的RF线圈。这些线圈中的每一个通过单独的通道17分别地连接到发射/接收单元13(通常说来是n通道频谱仪)，并且因此可以被分别地控制。在所示出的实施例中，为每个RF线圈阵列9、10提供了四个通道17，由此每个RF线圈阵列可以包括四个RF线圈。而且，RF线圈阵列9、10通过去耦导线18相互去耦。使用该设计，可以在MR数据采集和激励期间，在所有三个空间方向上最优化地控制RF场B1的均匀性，因此能够实现各种应用，例如，正交均匀的、正交协同/SENSE、发射/接收SENSE。
图2示出了根据本发明的RF线圈阵列的第一实施例，其适用于图1所示的MR系统。该平面天线阵列具有多个带状天线20、21，每个带状天线的端部通过电容C接地。在所示实施例中，每次提供三个带状天线20，以便在图的平面中水平延伸，并且还提供三个带状天线21，以便与其垂直地延伸。对于单独的带状天线20、21相互之间的磁去耦，每次在两个相邻的带状天线端部之间提供相应的去耦电容CK。
图3示出了根据本发明的RF阵列的另一个实施例。该平面RF阵列包括多个单独的平面表面天线30，其在例如PCB基板的例如单一板上以栅格的形式排列。为了使单独的表面天线30相互去耦，特别是以图3所示的方式再次提供了去耦电容CK。因此通过计算矩阵元素Mij并且为这些去耦电容CK采用适当的电容值，可以抑制表面天线30之间的固有磁耦合。但是由于单独的表面天线30的表面积相对较�。虼嗽诟肦F线圈阵列用于图1所示的MR系统中时，不需要在上方RF线圈阵列和下方RF线圈阵列之间去耦合。
在图3中用参考数字31～39标出了单独的表面天线30到各自的发射/接收单元的相关通道的连接点。图4是适用于图3所示的RF线圈阵列的单一表面线圈的更加详细的示图。该表面线圈包括在每个末端处连接到地的去耦电容CK，并且通过该去耦电容CK其可以连接到另外的表面线圈30。而且，提供了两个输入A、B，用于耦合到发射/接收单元，以便产生圆形旋转场。
图5是根据本发明的RF线圈阵列的第三实施例的概图。其包括多个蝶形线圈40，这些蝶形线圈40以栅格形式排列，并且因而形成了二维栅格。在所示情况中，提供了16个蝶形线圈，因此也必须为该RF线圈阵列提供发射/接收单元的16个通道。图6示出了一个蝶形线圈40。该线圈也包括两个用于不同控制的输入A、B，其用于在发射模式中用不同的幅度、相位和/或波形进行控制。
图7a、b中的每一个示出了根据本发明的RF线圈系统的实施例，每个RF线圈系统均具有两层的设计。图7a示出了具有三个RF线圈50、51、52的RF线圈阵列，其通过每次使两个去耦电容CK相对于地来去耦。在三个输入IN1a、IN2a、IN3a上执行信号的耦合输入或输出。图7b示出了具有三个RF线圈53、54、55的相似的RF线圈阵列，然而，所述RF线圈53、54、55在图的平面上旋转了90°。且通过连接IN1b、IN2b、IN3b执行信号的耦合输入和输出。例如，图7a所示的RF线圈阵列可以用作上方RF线圈阵列(图1中的9)，而图7b所示的RF线圈阵列可以用作下方RF线圈阵列(图1中的10)。因而这些RF线圈阵列的重叠的RF场产生旋转的RF分量，其可以任意地形成于所有三个空间方向上。
图8示出了用于使两个线圈去耦的两种可能方案。图8a示出了两个线圈60、61或者它们的等效图示，包括电阻R、电容C和理想线圈L，这些元件通过耦合因子M相互耦合。为了使线圈60、61相互去耦，提供了变压器T，其绕组T1和T2具有相反的绕组感应，因而使线圈相互去耦。
作为可替换方案，在图8b中提供了去耦电容CK，用于使两个线圈60、61去耦，所述电容的值保证下式成立1/(ωCK)＝ωM。
图9示出了用于去耦的另外的可能方案，其特别适用于RF线圈阵列中的单独RF线圈的去耦。图9a示出了具有λ/2的长度的同轴电缆形式的RF电缆70，待去耦的线圈连接到其端部。图9b示出了两个RF电缆71、72，每一个具有λ/4的长度，在其间线圈L连接到地。图9c示出了两个不同长度的RF电缆73、74，在其间提供了阻抗转换电路75。图9d示出了该长度的RF电缆76，阻抗转换电路77连接到其端部。图9e示出了通过变压器78进行去耦。应当注意，图8和9中示出的去耦可能方案代表了优选实施例，并且原则上其他的可能方案也可用于单独RF线圈的相互去耦或RF线圈阵列的相互去耦。
根据本发明，使用MR RF放大器也是可行的，其优选地包括位于公共架(common rack)上的n个输入和n个输出。而且，每次可在线圈和放大器之间提供循环器，以便抑制对放大器的不利影响。
根据本发明，从而实现了关于场特征可任意地调节RF磁场B1，也就是说，也可以在MR数据采集期间进行调节。因此，借助于根据本发明的MR系统，可以实现用于MR成像的创新的方法和技术。
权利要求
1.一种用于MR成像的MR系统，包括-具有两个主场磁极的开放式主场磁体，所述主场磁极排列在检查区域的相对侧上，以便产生主磁�。�-具有多个梯度线圈的梯度线圈系统，用于产生梯度磁�。�-具有两个平面RF线圈阵列用于发射和/或接收RF信号的RF线圈系统，这两个平面RF线圈阵列位于检查区域的相对侧上，每个RF线圈阵列包括至少两个RF线圈，这些RF线圈彼此去耦并且连接到发射/接收单元的各个通道；-发射/接收单元，其包括用于RF线圈系统的RF线圈的各个通道，每个RF线圈在发射模式中可分别地控制；-控制单元，用于控制MR成像；和-处理单元，用于处理接收到的MR信息。
2.权利要求1的MR系统，其特征在于两个RF线圈阵列相互去耦。
3.权利要求1的MR系统，其特征在于提供了RF电缆，特别是长度为λ/2或者λ/4的电缆，电容、阻抗电路和/或变压器，用于各个RF线圈阵列的单独的RF线圈的去耦。
4.权利要求1的MR系统，其特征在于通过平面共振导体形成RF线圈，并且RF线圈阵列包括多个相互垂直排列的带。
5.权利要求1的MR系统，其特征在于通过表面天线，特别是矩形表面天线形成RF线圈。
6.权利要求1的MR系统，其特征在于通过蝶形线圈形成RF线圈。
7.权利要求1的MR系统，其特征在于每次一个RF线圈阵列的RF线圈排列在一个板上或者两个板上，并且集成了用于单独的RF线圈去耦的装置。
8.权利要求1的MR系统，其特征在于控制单元配置用于控制所述MR系统以便根据SENSE方法执行MR成像，用于有源RF控制，用于局部预饱和，用于信号的并行发射和接收和/或用于RF均匀性的反馈控制。
9.权利要求1的MR系统，其特征在于发射/接收单元包括n个发射通道，其可以被彼此独立地控制，用于控制激励脉冲的幅度、相位和形状。
10.一种用于权利要求1的MR系统的RF线圈系统的平面RF线圈阵列，其排列在检查区域的相对侧上，并且用于借助于至少两个相互去耦的RF线圈来发射和/或接收RF信号，每个RF线圈可以连接到MR系统的发射/接收单元的各个通道，并且每个RF线圈可以在发射模式中被分别地控制。
全文摘要
本发明涉及开放式MR系统，其中关于场特征可任意地调节RF磁场。根据本发明，通过提供用于发射和/或接收RF信号的RF线圈系统来实现此目的，其中RF线圈系统包括两个排列在检查区域相对侧上的RF线圈阵列，每个RF线圈阵列包括至少两个RF线圈，这些RF线圈是相互去耦的，并且连接到发射/接收单元中的各个通道。本发明还涉及相应的平面RF线圈阵列。
文档编号G01R33/34GK1659445SQ03813767
公开日2005年8月24日 申请日期2003年6月11日 优先权日2002年6月14日
发明者C·罗伊斯勒, V·舒尔茨 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司