CN101268379A - 用于在mri中使用的射频线圈的rf陷波器 - Google Patents

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CN101268379A CNA2006800344493A CN200680034449A CN101268379A CN 101268379 A CN101268379 A CN 101268379A CN A2006800344493 A CNA2006800344493 A CN A2006800344493A CN 200680034449 A CN200680034449 A CN 200680034449A CN 101268379 A CN101268379 A CN 101268379A
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Abstract

射频线圈包括可操作的射频电路(100，100′)和陷波器射频电路(110，110′)。将可操作的射频电路调谐到磁共振频率，且对其进行空间配置，以执行如下操作的至少一种：在感兴趣的空间区域中生成磁共振或从感兴趣的空间区域接收磁共振。陷波器射频电路被调谐以阻挡选定频率，且与可操作的射频电路一起设置。陷波器射频电路至少包括具有第一端(122，122′)和第二端(124)的大致直线的传输线(120)，在所述第一端处，所述可操作的射频电路和陷波器射频电路耦合在一起，在所述第二端处，以终端阻抗(136)终止所述大致直线的传输线。

Description

用于在MRI中使用的射频线圈的RF陷波器
下文涉及磁共振技术领域。它在结合用于获取多核磁共振的射频线圈时有特定应用，并将特别参考多核磁共振描述它。其更一般的应用是结合局部射频线圈，以进行磁共振波谱分析、磁共振成像等。
在多核磁共振数据采集中，典型地从核素而不是质子(1H)核素获取磁共振。还可以获取质子图像以用于参考和提供定位。可以获取或可以不获取质子磁共振作为多核试验的大量数据。
31P磁共振是一种在多核磁共振数据采集期间有时会获取其磁共振的核素。分别采用不同的接收射频线圈来接收1H和31P磁共振。出现的一个问题是，即使将磷接收线圈调谐到31P磁共振频率，磷接收线圈也可能被较大的1H激励信号所压倒。
在其他磁共振采集环境下也可能发生类似的问题。例如，将质子接收线圈调谐到1H激励频率。因此，由于和激励射频场之间的强耦合，质子线圈在磁共振采集的激励阶段可能传导过量的电流。
典型地，通过在射频线圈上提供LC陷波器(trap)来解决这种问题。LC陷波器是一种包括跨过线圈中的间隙并联连接的电感器和电容器的谐振陷波器。例如，对于磷线圈而言，将LC陷波器调谐到1H磁共振频率，以基本抑制与激励场的耦合。对于质子线圈而言，LC陷波器被调谐到1H频率并包括开关，该开关例如是偏置串联连接的PIN二极管，其将LC陷波器与线圈耦合以在发射阶段对质子线圈解谐。在接收阶段，使PIN二极管不导电，以从线圈去耦LC陷波器，从而允许接收1H质子磁共振。
现有的用于磁共振线圈的LC陷波器具有一些缺陷。电感器是一种包含大量导电材料的较大组件，并且在波谱数据中可能会产生图像的阴影(shadowing)或其他失真或伪像。此外，电感器能够产生相当大的杂散电场和磁场。可以通过使用低泄漏电感器设计，例如均衡蝶形陷波器来减少这种场泄漏。低泄漏电感器设计减小了，但未消除场泄漏的问题。来自电感器的场泄漏还使磁共振图像和波谱数据失真。
下文构思了克服前述局限及其他问题的改进。
根据一方面，公开了一种射频线圈。将可操作的射频电路调谐到磁共振频率，且对其进行空间配置，以执行如下操作的至少一种：在感兴趣的空间区域中生成磁共振或从感兴趣的空间区域接收磁共振。陷波器射频电路被调谐以阻挡选定频率，且与可操作的射频电路一起设置。陷波器射频电路至少包括具有第一端和第二端的大致直线的传输线，在所述第一端处，所述可操作的射频电路和陷波器射频电路被耦合在一起，在所述第二端处，以终端阻抗终止所述大致直线的传输线。
根据另一方面，公开了一种磁共振系统。提供主磁体以在感兴趣的空间区域中产生主磁场。提供磁场梯度线圈以在主磁场上叠加选定的磁场梯度。提供射频线圈，其包括可操作的射频电路和陷波器射频电路。将可操作的射频电路调谐到磁共振频率，且对其进行空间配置，以执行如下操作的至少一种：在感兴趣的空间区域中生成磁共振或从感兴趣的空间区域接收磁共振。陷波器射频电路被调谐以阻挡选定频率，且与可操作的射频电路一起设置。陷波器射频电路至少包括具有第一端和第二端的大致直线的传输线，在所述第一端处，所述可操作的射频电路和陷波器射频电路耦合在一起，在所述第二端处，以终端阻抗终止所述大致直线的传输线。
根据另一方面，公开了一种至少用于接收共振信号的磁共振线圈。将可操作的射频电路调谐到磁共振频率，且对其进行空间配置，以执行如下操作的至少一种：在感兴趣的空间区域中生成磁共振或从感兴趣的空间区域接收磁共振。调谐陷波器射频电路以阻挡选定频率。陷波器射频电路与可操作的射频电路一起设置并包括同轴电缆。该同轴电缆具有第一端和第二端，在第一端，内部导体和同轴铠装(sheath)与可操作的射频电路电连接，在第二端，内部导体和同轴铠装终止到一起。
一个优点在于，由于射频陷波器的物理体型(bulk)，提供了一种磁共振数据失真减小的射频线圈。
另一个优点在于，由于电感式陷波器组件的射频漏泄，提供了一种磁共振数据失真减小的射频线圈。
另一个优点在于简化的射频线圈的构造。
另一个优点在于射频线圈的陷波电路的简化的调谐。
在阅读以下优选实施例的详细说明之后，本领域的普通技术人员将明了很多其他优点和益处。
本发明可以实现为各种组件和组件的布置，以及各种处理操作和处理操作的布置。附图仅用于示出优选实施例，而不被构造为限制本发明。
图1图解地示出了采用具有基于传输线的陷波器的射频线圈的范例磁共振系统；
图2图解地示出了具有图1的基于传输线的陷波器的磷射频线圈的平面图，外壳盖被移除以显露包括基于传输线的陷波器的内部组件；
图3图解地示出了图2的线圈的电气原理图；
图4图解地示出了图1的质子射频线圈的电气原理图，其包括充当可切换解谐电路的基于传输线的陷波器。
参考图1，磁共振扫描仪10包括扫描仪外壳12，扫描仪外壳12包括用于容纳患者或其他对象的内膛14或其他容纳区域。由主磁体控制器22控制扫描仪外壳12中设置的主磁体20以至少在内膛14的感兴趣区域中产生主磁场B0。典型地，虽然可以使用电阻式主磁体，但主磁体20是被低温裹层24包围的永久超导磁体。
磁场梯度线圈28设置在外壳12内或上，以至少在感兴趣区域中在主磁场上叠加选定的磁场梯度。典型地，磁场梯度线圈包括用于产生三个垂直磁场梯度，例如x梯度、y梯度和z梯度的线圈。任选地如图所示在外壳12中或在扫描仪10的内膛14中设置整体射频线圈30，以注入射频激励脉冲B1。射频线圈30通常为柱形的且与扫描仪10的内膛14同轴对准，并包括环绕同轴的、通常为柱形的射频屏蔽32。此外，在内膛14中设置一个或多个局部射频线圈，以接收由整体线圈30激励的磁共振。在范例所示的实施例中，两个局部体表线圈40、42被设置在内膛中。将局部线圈40调谐到31P的磁共振频率，而将局部线圈42调谐到1H质子磁共振频率，从而可将扫描仪10配置成通过获取1H和31P共振二者而执行多核磁共振波谱分析或成像。虽然被图示为分离的线圈构造，1H和31P线圈可以安装在共用基板上并具有共用的视场。在其他实施例中，将线圈调谐到除1H和31P之外的其他核素。
在一些实施例中，提供一个或多个局部线圈，每个线圈都被调谐到相同的磁共振频率(例如，一个、两个、三个或更多局部线圈，每个均被调谐到1H质子磁共振频率)。在一些实施例中，一个或多个局部线圈被用于磁共振激励，任选地省掉整体线圈30。在一些实施例中，一个或多个局部线圈包括头部线圈、臂线圈等。
在质子磁共振数据采集期间，射频发射机46被耦合到整体射频线圈30或另一射频线圈，以在设置于内膛14中的对象的感兴趣区域中产生质子磁共振信号。磁场梯度控制器48操作磁场梯度线圈28对所生成的磁共振进行空间定位、空间编码或其他操作。在读出阶段期间，与质子线圈42耦合的第一射频接收机50接收1H质子磁共振。在一种用于多核磁共振实验的方法中，31P线圈为发射/接收线圈，其在发射阶段被与调谐到激励31P磁共振的第二射频发射机52耦合，且在读出阶段被与接收31P磁共振的第二射频接收机54耦合。典型地，还使用磁场梯度线圈28来对31P磁共振进行空间定位、空间编码或其他处理。数据缓存器56分别在分离的缓存器区60、62中存储31P和1H的磁共振信号。
采集后处理器66处理所获取的磁共振数据。例如，采集后处理器66可以包括图像重建处理器，图像重建处理器利用快速傅里叶变换(FFT)或其他重建算法处理经过空间编码的磁共振数据，以生成成像对象的空间图或图像。采集后处理器66可以包括求比值处理器，其在每个空间体素处确定31P/1H的磁共振比值，以生成比值图像或图。也可以执行其他类型的采集后处理。已处理数据存储器70存储已处理的空间图或图像、比值数据或其他已处理数据。用户界面72向用户显示已处理的数据。在图1所示的范例实施例中，用户界面72还使用户与扫描仪控制器74相互作用，以控制磁共振扫描仪10。在其他实施例中，可以提供独立的扫描仪控制界面。如果用户界面72为计算机，那么可以将采集后处理器66或其他处理组件与用户界面72集成为软件组件。
参考图2，描述磷射频线圈40。图2示出了磷线圈40，外壳的盖被移除以显露出在基板或外壳部分78上支撑的磷线圈40的内部组件。这些内部组件包括线圈导体80，82。线圈环导体80，82与调谐电容器86和板上线圈电子元件90一起定义了可操作的射频电路100，其被调谐到31P磁共振频率，并被空间配置成从内膛14中的感兴趣空间区域接收31P磁共振。磷线圈40可以包括其他组件，例如额外的电容器88。
磷线圈40不是意于接收1H磁共振信号，而是设计用来在1H磁共振频率处基本不传导电流。为此，将陷波器射频电路110与可操作的射频电路100耦合。在磷线圈40上将陷波器射频电路110与可操作的射频电路100一起设置，陷波器射频电路110包括大致直线的传输线120，该传输线120具有第一端122和第二端124，在第一端122处，可操作的射频电路100和陷波器射频电路110耦合在一起，在第二端124处，大致直线的传输线120以短路或其他终端阻抗而终止。电容126桥接在线圈环导体82和电容器86之间的间隙上，电容器86连接到可操作的射频电路100的导体80，大致直线的传输线120跨过电容126并联连接。将耦合的陷波器射频电路110调谐为在1H磁共振频率处具有高阻抗，以在可操作的射频电路100中在1H谐振频率处基本阻挡电流。
继续参考图2并进一步参考图3，在图示的实施例中，大致直线的传输线120为同轴电缆，包括内部导体130和同轴铠装132。沿着电缆，例如通过填充内部导体130和同轴铠装132之间的环形间隙的介电材料(未示出)使内部导体130和同轴铠装132彼此电绝缘。在第一端122处，内部导体130和同轴铠装132跨过如下间隙在电容126的相对侧处连接，即在可操作的射频电路100的线圈环导体82和连接至导体80的电容器86之间的间隙。在第二端124处，通过把内部导体130的端部136弯曲并与同轴铠装132焊接或以其他方式电连接，使同轴电缆被短路终止。还构思了短路终止的其他物理实施例，例如在第二端处采用跨越内部导体和铠装之间的间隙的大焊块或导电端盖。在其他所构思的实施例中，第二端124处的终端阻抗可以包括除短路终端阻抗之外的终端阻抗。例如，第二端124可以由电容或断路终止。
从第一端122所看到的大致直线的传输线120的阻抗为传输线120单位长度的电阻和介电特性、传输线120的长度和第二端124处终端属性的函数。可以用标准传输线方程来针对各种第二端终端估算大致直线的传输线120的阻抗，例如图示的短路终端，或由分立的集总组件电容器或其他阻抗组件的终端。对于适当的长度，大致直线的传输线120充当有效的电感。由大致直线的传输线120定义的有效电感跨过电容126并联连接，从而定义了在1H磁共振频率处具有高阻抗的陷波电路。通过选择电容126，通过采用可调可变电容器作为电容126，或通过切割和再次终止第二端124直到取得期望的电感来调节大致直线的传输线120的长度，对陷波器射频电路110适当进行精细的调谐。
有效电感不受大致直线的传输线120的渐变曲率的影响。因此，如图2所示，可以以共形的方式沿可操作的射频电路100的导体80，82之一的曲线设置并弯曲大致直线的传输线120。在图2中，大致直线的传输线120沿导体82的一部分放置。如图3所图示的，对于大致直线的传输线120的同轴电缆实施例而言，陷波器电流沿着内部导体130和铠装132的内表面流动。由铠装132屏蔽陷波器电流，从而大幅度减少了射频泄漏。
此外，由于铠装132提供对陷波器电流的屏蔽，铠装132的外表面可以任选地与可操作的射频电路100的导体82电连接。在图2中，例如，导电焊料结合140将铠装132固定到导体82。这种布置提供了机械牢固性，并显著减小了由于同轴电缆120的体型导致的磁共振失真。
图示的同轴电缆传输线120为范例。在其他实施例中，大致直线的传输线可以是带状线、微带状线或其他类型的大致直线的传输线。在所构思的一些实施例中，可操作的射频电路的导体之一为界定了内腔的大致空心导体，且大致直线的传输线设置在内腔中以提供屏蔽。在所构思的一些实施例中，内腔为细长的，大致直线的传输线包括设置在大致空心导体的细长内腔中的线性导体，使得线性导体和可操作的射频电路的大致空心导体的导电内表面协作地定义大致直线的传输线。在这种实施例中，除在第二端终端处外，线性导体都与大致空心导体的导电内表面电隔离。
参考图4，描述了质子射频线圈42。质子线圈42包括大部分与磷线圈40相同的组件，并包括具有电容器86′，88′的可操作的射频电路100′，电容器86′，88′具有选定的电容值以将质子线圈42调谐到1H磁共振频率。质子线圈42的陷波器射频电路110′类似于磷线圈40的相应电路，包括大致直线的传输线120和电容126′，其跨过所述线圈环导体82和连接到线圈环导体80的调谐电容器86′之间的间隙并联连接。将陷波器射频电路110′调谐到1H谐振频率。陷波器射频电路110′在磁共振采集的传输阶段将质子线圈42去耦。在磁共振采集的接收阶段将质子线圈42调谐到1H谐振频率。因此，质子线圈42的陷波器射频电路110′具有改进的第一端122′，其包括开关150，用于将陷波器射频电路110′与可操作的射频电路100′选择性地耦合。
开关150包括与内部导体130串联的PIN开关二极管152以及相关的偏置电路154。因为PIN开关二极管152具有相关的电容，电容126′与PIN二极管152的电容串联结合以定义陷波器射频电路110′的谐振频率。质子线圈42的板上线圈电子元件90′包括由质子射频接收机50响应于扫描仪控制器74提供的控制信号而操作的去耦控制电路。在这种控制之下，偏置电路154将PIN开关二极管152直流偏置到导电或闭合状态，以可操作地耦合陷波器射频电路110′和可操作的射频电路100′，以在射频传输阶段对后者解谐。在接收阶段期间，偏置电路154将PIN开关二极管152偏置成非导电或断开状态，以可操作地去耦陷波器射频电路110′和可操作的射频电路100′，使得可操作的射频电路100′能够在接收阶段中在1H磁共振频率处进行接收。或者，偏置电路可以响应于激励脉冲诱发的电流将PIN二极管偏置成导电。
所述的线圈40，42都是体表线圈。不过，也可以结合其他类型的局部线圈，例如头部线圈、臂线圈等实施所公开的陷波器射频电路方法。对于鸟笼型头部线圈而言，例如，可以沿着头部线圈的梯级之一设置陷波器射频电路的同轴发射电缆组件。此外，可以在单个射频线圈中包括超过一个陷波器射频电路。可以将这种不同的陷波器调谐以阻挡不同频率，或者可以调谐到相同频率，以提供对所捕获的频率的改善的阻挡。
已经参考优选实施例描述了本发明。显然，在阅读和理解前述详细说明的基础上其他人可以想到变型和修改。本发明意在被视为包括所有这种变型和修改，只要它们落在所附权利要求或其等价要件的范围之内。

Claims (20)

1、一种射频线圈，包括：
被调谐至磁共振频率的可操作的射频电路(100，100′)，其被空间配置为执行如下操作中的至少一种：在感兴趣的空间区域中生成磁共振或从所述感兴趣的空间区域接收磁共振；以及
被调谐以阻挡选定频率的陷波器射频电路(110，110′)，其与所述可操作的射频电路一起设置，并至少包括具有第一端(122，122′)和第二端(124)的大致直线的传输线(120)，在所述第一端处，所述可操作的射频电路和所述陷波器射频电路耦合在一起，在所述第二端处，所述大致直线的传输线以终端阻抗(136)终止。
2、根据权利要求1所述的射频线圈，其中，所述终端阻抗为短路(136)。
3、根据权利要求1所述的射频线圈，还包括：
开关(150)，用于选择性地将所述陷波器射频电路(110′)和所述可操作的射频电路(100′)耦合在一起。
4、根据权利要求3所述的射频线圈，其中，所述磁共振频率和所述选定频率是相同的，所述陷波器射频电路(110′)在被耦合时执行所述可操作的射频电路(100′)的解谐。
5、根据权利要求1所述的射频线圈，其中，所述磁共振频率和所述选定频率是不同的。
6、根据权利要求1所述的射频线圈，其中，所述大致直线的传输线(120)包括：
内部导体(130)和同轴布置的铠装(132)，所述内部导体和所述铠装在所述第一端(122，122′)处与所述可操作的射频电路(100，100′)相连接，所述内部导体和所述铠装在所述第二端(124)处被所述终端阻抗(136)电气终止。
7、根据权利要求6所述的射频线圈，其中，所述大致直线的传输线(120)在所述第二端(124)处被所述终端阻抗终止，所述终端阻抗为短路(136)和电容之一。
8、根据权利要求6所述的射频线圈，其中，所述大致直线的传输线(120)沿所述可操作的射频电路(100，100′)的导体(82)的至少一部分布置或形成所述可操作的射频电路(100，100′)的导体(82)的至少一部分的一部分。
9、根据权利要求8所述的射频线圈，其中，所述大致直线的传输线(120)沿其布置的所述可操作的射频电路(100，100′)的所述导体(82)为线圈环导体。
10、根据权利要求8所述的射频线圈，其中，所述大致直线的传输线(120)的所述铠装(132)外部的至少一部分与其所沿着布置的所述可操作的射频电路(100，100′)的所述导体(82)的所述部分电连接。
11、根据权利要求6所述的射频线圈，其中，所述大致直线的传输线(120)的所述内部导体(130)和所述铠装(132)跨过与所述可操作的射频电路(100，100′)连接的电容器(126，126′)而连接。
12、根据权利要求1所述的射频线圈，其中，所述可操作的射频电路(100，100′)包括导体(82)，且所述陷波器射频电路(110，110′)的所述大致直线的传输线(120)沿所述可操作的射频电路的所述导体共形地设置。
13、根据权利要求12所述的射频线圈，其中，所述可操作的射频电路(100，100′)的所述导体(82)定义了一曲线，且所述大致直线的传输线与所述可操作的射频电路的所述大致线性的导体所定义的曲线共形。
14、根据权利要求12所述的射频线圈，其中，所述共形设置的大致直线的传输线为如下之一：
同轴电缆(120)，
带状线，
设置在所述可操作的射频电路的导体的内腔中的同轴电缆，以及
设置在所述可操作的射频电路的导体的细长内腔中并与所述细长内腔的内部导电壁耦合的线性导体。
15、一种磁共振系统，包括：
主磁体(20)，用于在感兴趣的空间区域中生成主磁场；
磁场梯度线圈(28)，用于在所述主磁场上叠加选定的磁场梯度；以及
根据权利要求1所述的射频线圈(40，42)。
16、一种至少用于接收共振信号的磁共振线圈，所述线圈包括：
调谐至磁共振频率的可操作的射频电路(100，100′)，其被空间配置为执行如下操作中的至少一种：在感兴趣的空间区域中生成磁共振或从所述感兴趣的空间区域接收磁共振；以及
调谐以阻挡选定频率的陷波器射频电路(110，110′)，所述陷波器射频电路与所述可操作的射频电路一起设置并包括同轴电缆(120)，所述同轴电缆具有第一端(122，122′)和第二端(124)，在所述第一端，内部导体(130)和同轴铠装(132)与所述可操作的射频电路电连接，在所述第二端，所述内部导体和同轴铠装在一起终止。
17、根据权利要求16所述的线圈，其中，所述同轴电缆(120)的所述第二端(124)为短路终止的。
18、根据权利要求16所述的线圈，其中，所述同轴电缆(120)沿所述可操作的射频电路(100，100′)的导体(82)布置。
19、根据权利要求18所述的线圈，其中，所述同轴电缆(120)所沿着布置的所述导体(82)不是直的，且所述同轴电缆被布置成曲线以和所述导体共形。
20、根据权利要求16所述的线圈，其中，所述同轴电缆(120)的所述内部导体和所述铠装跨过与所述可操作的射频电路(100，100′)连接的电容器(126，126′)而连接。
CNA2006800344493A 2005-09-20 2006-08-21 用于在mri中使用的射频线圈的rf陷波器 Pending CN101268379A (zh)

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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