专利名称：用于测试rf线圈的电子负载模拟器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁共振线圈测试布置、测试磁共振系统的方法和计算机程序产
P
ΡΠ O
背景技术：
磁共振成像(MRI)是一种现有的成像技术，其能够以前所未有的组织对比度对如 人体的对象进行截面观察。MRI基于核磁共振(NMR)的原理，是科学家用于获得关于分子的 微观化学和物理信息的一种波谱技术。NMR和MRI两者的基础都在于非零自旋的原子核具 有磁矩这一事实。在医学成像中，通常研究氢原子的原子核，因为它们在身体中以高浓度存 在，例如水。如果施加强的DC磁场，基本粒子的核自旋能够在共振频率下共振。这一磁共 振(MR)频率由磁场确定。在MRI扫描器中，磁场仅在空间中的一个位置处匹配选定的共振 频率。仅在这一位置可以探测到这些粒子的存在。通过逐步改变这一位置，可以测量到图 像。在实践当中，使用更为完善的算法在合理的时间内从例如被研究体积的“切片”获得图 像。对于质子而言，典型的共振频率处于42MHz到300MHz的范围内，对应于IT到7T范围 内的磁通量水平。通常由超导磁体生成所需的强DC磁场( 场)。为了改变这些场，使其仅在一个 位置处匹配给定的射频，使用梯度线圈生成场梯度。该场梯度可以随着时间改变以实现扫 描。梯度线圈内的频率范围低并最多达到最大值10kHz。为了激励核共振，RF线圈在核共振时生成高频磁场。为了测量核共振，靠近感兴 趣区域、例如在患者身上放置“传感器”或“接收器”线圈。这些线圈必须被取向为使得它 们的轴点相对于MRI扫描器的轴大致处于径向方向。通常，若干传感器线圈与完整模块连 接，例如，这样的模块可以包括4X4独立的传感器线圈。该模块还包括附加的电子器件以 处理测得的信号。除了使用分立的发射和接收器线圈，还可能使用组合的接收器-发射器线圈。例 如，可以仅使用一个线圈布置，该线圈布置能够在发射和接收模式之间切换。MR机器制造商的目标是提供确保可再现系统和高质量的MR图像的MR系统。高质 量的MR图像包括在高图像均勻性时的高图像分辨率。为了测试磁共振成像系统的性能，通 常使用MRI体模。体模是镜像投射出的具有已知尺寸和构成的人造物体，用以测试、调节或 监测MRI系统的均勻性、成像性能和取向各方面。体模例如可以是填充有模拟人体组织的 存在的材料、具有特定尺寸和形状的容器。体模一般可以相对于人体组织由其介电常数和 电导率上的相似性进一步表征。一般而言，电导率直接与RF线圈的电子负载相关。此外，RF 线圈上的负载直接与RF线圈的品质因数(Q)和阻抗相关。这里必须指出，在这里一般将线 圈负载理解为任意对象与RF线圈的交互作用，这导致共振频率的偏移和线圈共振的阻尼， 以及由此因为对象中的磁感应和介电损耗造成的品质因数的减小。当使用介电常数对应于组织介电常数的体模时出现了这样的问题，即组织这样高 的介电常数减小了体模内的RF波长，导致在体模中生成驻波，这大大扰动了核共振时有效的高频磁场(B》。由于组织电导率的原因，高频时的感应电压产生足够大的涡流(Eddy current)，以随着在被成像对象中深度的增加而衰减所施加的B1场。因此，通过使用介电 常数类似于人体组织介电常数的体模，在大于1. 5T的更高磁场强度下采集的体模MR图像 的均质性和均勻性都有所下降。然而，在更低的场中，有时使用有毒的化合物(其需要适当 的操控和逻辑推算)以便实现与人体相当的负载性质。因此，作为体模材料，或者需要出于测试目的使用介电常数和电导率能够避免介 质共振的材料，然而，其缺点是这样的材料对人体组织不具代表性。或者需要使用介电常数 和电导率类似于人体组织介电常数的体模材料，然而，其会强烈扭曲B1场。为了找到这两种方法之间的折衷方案，例如，WO 2008/014445提出使用胶束溶液 来降低MRI体模中的介质共振效应。
发明内容
本发明提供了一种磁共振接收线圈测试布置，其包括用于仿真磁共振(MR)线圈 的电子负载的电路，其中，所述电路适于仿真电子负载，该电力负载对应于由有机组织在磁 共振线圈的磁共振频率下诱发的电子负载。该电路或者可能适于容纳在MR线圈的外壳中， 或者该布置适于容纳在由磁共振线圈限定的体积中。根据本发明的实施例，该线圈测试布置还包括用于磁共振机器的体模。优选地，为了进行成像测试，使用例如油体模的具有低介电常数的体模，以便避免 化学位移问题以及介质共振问题。尽管如此，这种体模不能适当地模拟人体组织，但通过附 加使用所述电路，磁共振线圈仍然能够以期望的方式被加以电子负载。优选地，使用具有低 介电常数(例如低于10)的体模。因此，通过组合体模和电路，可以仿真例如MR接收和/或发射线圈的磁共振线圈 的电子负载，从而可能模拟使用MR系统时遇到的大量各种被成像对象结构和条件。这里 必须指出，本发明不仅仅涉及MRI系统，而且一般还涉及MR系统，如NMR系统。尽管在NMR 系统中对具有高均质性的“高图像质量”是要求无法满足，组合使用体模和电路用于仿真 MR线圈的电子负载此处还能够相对于很多种可能的被研究物质来测试、调谐和校准NMR系 统。本发明还允许在信噪比(SNR)性能方面对未成像的线圈进行表征。为此目的，仅使用 该电路进行无体模的测试。适当的负载不仅对于图像质量测量而言是重要的，而且对于测试线圈性能也是重 要的。还可以对发射线圈加以负载以测试例如反射功率。根据本发明，该电路适于仿真对应于由有机组织在线圈的磁共振频率下诱发的电 子负载的电力负载。因此，利用该线圈测试布置，可能模拟对应于人体组织的负载的电子负 载，从而可以进行MRI系统校准。为了进行成像测试，可以使用具有低介电常数的体模来避免由于介质共振导致的 图像伪影，但尽管如此，由于附加存在该电路的原因，测试布置的采集响应与真实人体组织 的相似性还是高的。根据本发明的实施例，该电路仅包括无源电子部件，以便测试发射和/或接收线 圈的RF性质，所述性质包括信噪比性能、反射和发射功率等。根据本发明的另一实施例，该电路包括有源电子部件，其中，该有源电子部件适于改变向MR线圈诱发的电子负载或适于限制与发射场的相互作用。例如，有源电子部件可以 包括晶体管或PIN 二极管，其可以用于改变电路的电阻。这样能够通过调节被用作有源元件的晶体管的偏置电流来调谐电子负载的性质， 从而能够调整对接收和/或发射线圈仿真的电子负载。例如，可以由外部控制执行这一操 作，从而利用一种测量机构可以仿真各种情况的电力负载，在这种测量机构中，测试布置在 测试程序期间永久位于MR线圈内。甚至可能在测量周期期间改变电子负载，由此仿真电子 负载的动态行为。例如，这可能适合这样的情况，即出于测试的目的，对人体组织连同周期 性改变的磁共振响应行为进行成像，例如对人体心脏，以便适当地调节成像脉冲序列、梯度 线圈开关行为等。或者，可以利用电缆或通过电源感应模块从外部为线圈测试布置的有源电子部件 供电，或者线圈测试布置可以包括电源，例如集成的电池。为了改变电子负载，或者可以由 例如MRI机器自身的外部装置执行直接控制，或者可以在将线圈测试布置放置在磁线圈限 定的体积内或定位到MR线圈自身内之前手动调节由电路诱发的电子负载。在使用电池供 电的线圈测试布置时，手动控制可能尤其适合，其中，避免了与外部接口的任何种类的有线 连接，以便确保不受干扰的高质量的MR系统校准。作为另一备选，可以使用无线转输技术 从外部控制线圈测试布置。根据本发明的另一实施例，有源电子部件包括二极管，其中，有源电子部件还包括 适于开关二极管以阻断电流流经该二极管的电路，其中，该电路还包括与磁共振机器的接 口，其中，在磁共振机器正在激励由磁共振线圈限定的体积内的磁共振的情况下，该有源电 子部件适于开关二极管。在这种情况下，对MR线圈的电子负载的模拟是利用流经二极管的 电流执行的。在对接收线圈进行图像质量测试时，使用这种受控的二极管具有以下优点在用 于激励磁共振的RF发射期间，可以改变或甚至截止有源电子部件向接收线圈诱发的电力 负载。换言之，在发射用于磁共振激励的RF信号期间，可以使有源电子部件对激励RF场而 言是透明的。这样能够避免B1失真。例如，作为二极管，可以使用在零或反向偏置下具有 低电容的PIN 二极管，从而阻断用于激励磁共振的RF频率的电流。相反，在磁共振机器处 于数据采集模式的情况下，其中，采集例如由源自体模中包括的自旋的自由感应衰减诱发 的RF信号，有源电子部件的电路开关二极管以允许电流流经二极管。例如，在ImA的正向 偏置下，典型的PIN 二极管将具有大约1欧姆的RF电阻，使其成为良好的RF导体。在这种 情况下，在使用MR线圈采集RF图像期间，可以由电路仿真MR线圈的电力负载。据此，需要所述接口用于电路与磁共振机器的通信。根据本发明的另一实施例，该电路包括有源和/或无源电子部件的网络。使用电 子部件网络的优点在于，该电路可以通过均质方式在大的空间区域中仿真MR线圈的电力 负载。优选地，线圈测试布置定位在MR线圈的视场中，其中，该电路均质地限定平行于MR 线圈自身界定的表面区域的这一视场。根据本发明的另一实施例，该网络形成于印刷电路板上和/或机械支撑物上的导 电板材上。对于印刷电路板而言，优点是容易制造。在这样的印刷电路板上可以容易地组 装任何种类的电子部件。需要针对线圈测试布置中使用的所有种类的电路满足的一个要求 是该电路不包括任何磁部件，因为这些部件将以不希望的方式进一步扭曲磁场。
这里必须提到，该电路还可以包括多个印刷电路板层。可以使用三维无源和/或 有源电子部件网络。根据本发明的另一实施例，该电路包括用于将电路固定到MR线圈单元和/或体模 的固定点。使用这样的固定点允许在空间上相对于磁共振接收和/或发射线圈和/或患者 台和/或甚至MR系统自身来精确地定位线圈测试布置。在这种语境中，术语MR系统被理 解为包括求积分身体线圈或磁体罩或MR磁体自身的机械结构。该电路的精确地定位尤其 能够进一步改善为MR线圈仿真的电力负载的质量。原因在于，为MR线圈仿真的电力负载 不仅取决于电路自身，而且还取决于电路相对于MR线圈的相对空间位置。根据本发明的另一实施例，该电路还包括射频发射线圈。使用附加的RF发射探头 的优点在于，可以提供进一步表征和诊断RF接收器线圈的可能。例如，利用这种射频发射 线圈，可以模拟如同将由自由感应衰减生成的RF信号，从而可以不使用出于自旋激励目的 的任何先前的RF发射执行RF接收线圈的测试。通过这种方式，电子负载不仅将仿真人体 组织的电导率，而且还将仿真其对MR激励的响应，从而例如无需使用外部发射线圈就实现 对接收RF线圈的测试。在另一方面中，本发明涉及一种测试磁共振系统的方法，该系统包括磁共振线圈， 该方法包括提供包括电路的磁共振线圈测试布置，该电路适于仿真电子负载，所述电子负 载对应于由有机组织在所述磁共振线圈的磁共振频率下向所述MR线圈诱发的电子负载。 该方法还包括测试该磁共振系统，其中，磁共振线圈装载有线圈测试布置。根据本发明的实施例，线圈测试布置还包括用于磁共振机器的体模。根据本发明的实施例，在MR线圈的视场中定位测试线圈布置。根据本发明的另一实施例，所述电路包括有源电子部件，其中，该方法还包括由所 述有源电子部件改变向MR线圈诱发的电子负载。根据本发明的另一实施例，所述电路还包括机械固定点，其中，定位线圈测试布置 还包括将电路固定到体模和/或MR线圈和/或患者台。根据本发明的另一实施例，所述电路还包括射频发射线圈，其中，该方法还包括由 射频发射线圈向MR线圈发射射频信号。在另一方面中，本发明涉及一种计算机程序产品，其包括用以执行根据本发明的 方法的计算机可执行指令。
在下文中，参考附图仅通过举例的方式更为详细地描述本发明，在附图中图1是图示说明根据本发明的MRI系统的示意图；图2图示说明了定位在磁共振接收线圈中的磁共振接收线圈测试布置；图3是图示说明磁共振接收线圈和磁共振线圈测试布置之间交互作用的方框图；图4图示说明了接收线圈测试布置的电路对磁共振接收线圈的电子负载的效果 的模拟。
具体实施例方式在下文中，由相同的附图标记描述类似的元件。
图1是图示说明根据本发明的MRI系统的示意图。在图1中仅示出了构成本发明 的优选MRI系统上的主要部件。磁共振成像设备包括数据处理系统100，其中，数据处理系 统100典型地包括计算机屏幕102和输入装置104。这样的输入装置例如可以是键盘或鼠 标。MRI系统还包括存储器106和接口 108。该接口适于与典型的硬件MRI部件进行通信 和数据交换。典型的硬件MRI部件例如是适于控制磁体122的主场的主场控制单元130。接口 108还适于与梯度线圈单元132通信，其中，相应的梯度线圈IM优选是自屏蔽梯度线圈， 用于沿着三个彼此相关的轴x、y和ζ产生梯度。MRI系统还包括电连接到RF线圈单元134 的RF线圈128。在本实施例中，RF线圈是组合的发射器-接收器线圈。因此，RF线圈1 适于RF脉冲的发射。利用RF生成器，在数据处理系统100的控制下生成RF脉冲序列，例如，以预定的 方式激励位于线圈1 视场内的体模154中的质子1H。然后由RF线圈1 探测所得的磁 共振成像信号。随后例如利用数据处理系统100处理采集到的RF信号。为此目的，数据处 理系统100包括处理器110，处理器110能够执行包括计算机可执行指令的计算机程序产 品112。这种指令例如可以包括用于执行体模154的成像程序的数据采集模块114。数据 分析模块116适于对采集到的图像数据执行数据分析。图1中还示出了电路152，电路152与体模154结合形成磁共振线圈测试布置。在 图1的本实施例中，该电路电连接到数据处理系统100的接口 108。这一电连接的目的是， 通过利用数据处理系统100的模块120，能够控制该电路对线圈1 的电力负载的仿真的行 为。例如，数据处理系统的操作员可以为该电路提供操作MR系统的实际MR共振频率。因 此，电路152将改变其电气性质以适应这一特定MR共振频率。此外，如上所述，在该电路包 括有源和无源部件组合的情况下，例如利用二极管，数据处理系统100可以在激励体模IM 的自旋系统期间将电路的电力负载切换为‘透明’，并在后续的MR数据采集期间将其切换 为‘仿真有机组织’，MR数据采集包括利用线圈1 从体模IM接收RF信号。图2是图示说明根据本发明的磁共振线圈测试布置的示意图。图2中还示出了 MR 接收线圈128，其中，线圈测试布置包含在磁共振接收线圈128限定的体积156中。MR接收 线圈测试布置包括由电路152限定的体模154。电路152通过固定模块206被固定到MR接 收线圈128。然而，还可以将电路固定到患者台和/或MR系统。电路152包括有源部件200，有源部件200例如可以包括晶体管、集成电路等。该 电路还包括由有源电子部件200控制的其他电子部件。例如，利用有源电子部件200可以 改变或调整电子部件202的电阻，以适当地调整针对接收线圈1 的电子负载的仿真行为。 使用有源元件200的优点在于，可以通过调节例如用于设置电气部件202中包括的电子元 件电阻的晶体管的偏置电流，利用主磁场的场强Btl调谐电子部件202的电阻。图2中还示出了附加的RF发射线圈204。这些RF发射线圈可以用于向线圈1 发射RF信号，从而能够模拟任何任意MR信号的存在。这样能够测试MR线圈128以及MR 系统的接收链路的RF接收能力。图3是图示说明线圈测试布置和磁共振接收和/或发射线圈之间交互作用的方框 图。在这里，MR线圈电路由附图标记302表示并包括电感304。这一电感304与MR线圈的 电感308耦合为‘k，。因此，电感304充当MR线圈300的负载。
电路302还包括可调电阻器306，可调电阻器306通过改变其电阻，能够改变电路 302与MR以及因此与线圈300的模拟负载的耦合‘k，。MR线圈300还通过电容312和电阻器314表征，它们与电感308组合，提供MR线 圈300的共振电路。为了测试包括电路302的线圈测试布置的效果，执行图4所示的频率依赖性模拟。图如和4b的曲线图的横坐标示出了执行模拟的RF频率，单位为MHz，而图如和 4b的纵坐标图示说明了在图3中的点316处测得的电压除以在点310处诱发的电压的对数 刻度。因此，图如和4b中的曲线示说明了 RF接收器线圈300处的电子负载。在图如中，利用无负载的RF线圈300执行模拟。换言之，在不存在电路302的情 况下执行模拟。在图3中这对应于R=⑴的电阻器306的虚拟电阻。图如中的曲线对应 于Q = 320附近的品质因数⑴因数)。通过‘加载’线圈300以将电阻器306的电阻设置 为R = 300 Ω，从图4b中可以看出，测得的电力负载显著改变。图4b中所得的品质因数Q 下降到Q= 160，表示存在更高的损耗。这是由于紧密靠近线圈300的电路302诱发的高电 气负载造成的。因此，利用除体模之外还包括用于仿真线圈电气负载的电路的线圈测试布 置，可以例如关于RF线圈电路中的感应损耗仿真人体组织的存在。这种方法的另一优点在于将线圈测试布置作为‘通用’体模，该体模可以独立于所 使用的磁场强度和RF线圈的类型应用于MR系统测试。附图标记
100数据处理系统
102屏幕
104输入装置
106存储器
108 接口
110处理器
112计算机程序产品
114模块
116模块
120模块
122主磁体
IM梯度线圈
128 RF线圈
130主场控制单元
132梯度线圈控制单元
134 RF控制单元
150 MR接收线圈测试布置
152电路
154体模
156体积
200有源电子部件
202电子部件
204 RF发射线圈
206固定模块
300 RF线圈
302电路
306电阻器
308阻抗
310点
312电容器
314电阻器
权利要求
1.一种磁共振线圈测试布置(150)，包括用于向磁共振线圈提供电子负载的电路 (152、302)，其中，所述电路(152、30幻适于仿真所述电子负载，使得所述电子负载等效于 由有机组织在所述磁共振线圈的磁共振频率下诱发的电子负载。
2.根据权利要求1所述的布置(150)，其中，所述布置适于容纳在由所述磁共振线圈 (128)限定的体积(156)中。
3.根据权利要求1或2所述的布置(150)，还包括用于磁共振机器的体模(154)。
4.根据权利要求1所述的布置(150)，其中，所述电路(152、30幻仅包括无源电子部件。
5.根据权利要求1所述的布置(150)，其中，所述电路(152、30幻包括适于改变向所述 磁共振线圈诱发的所述电子负载的有源电子部件。
6.根据权利要求5所述的布置(150)，其中，有源电子部件包括二极管，其中，所述有源 电子部件(200)包括适于开关所述二极管以阻断流经所述二极管的电流的电路，其中，在 所述磁共振机器正在由所述磁共振线圈限定的所述体积(156)内激励磁共振的情况下，所 述电路适于开关所述二极管。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的布置(150)，其中，所述电路(152、30幻包括用 于将所述电路(152、302)固定到所述磁共振线圈和/或所述体模(154)和/或患者台和/ 或MR系统的固定点(206)。
8.根据权利要求1所述的布置(150)，其中，所述电路(152、30幻还包括射频发射线圈 (204)。
9.一种磁共振线圈(1 )，所述磁共振线圈(128)包括如前述权利要求中的任一项所 述的线圈测试布置。
10.一种测试磁共振系统的方法，所述系统包括磁共振线圈(1 )，所述方法包括 提供包括电路(152、30幻的磁共振线圈测试布置(150)，所述电路(152、30幻提供电子负载，使得所述电子负载等效于由有机组织在所述磁共振线圈的磁共振频率下向所述磁共 振线圈(128)诱发的电子负载，测试所述磁共振系统，其中，所述磁共振线圈装载有所述线圈测试布置(150)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述线圈测试布置还包括与磁共振机器一起 使用的体模(154) 0
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电路(152、30幻包括有源电子部件，所述 方法还包括由所述有源电子部件改变向所述磁共振线圈诱发的电子负载。
13.根据前述权利要求10到12中的任一项所述的方法，其中，所述电路(152、302)包 括机械固定点006)，其中，定位所述线圈测试布置(150)还包括将所述电路(152、302)固 定到所述体模(154)和/或所述磁共振线圈(128)和/或患者台和/或MR系统。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电路(152、30幻还包括射频发射线圈 004)，所述方法还包括由所述射频发射线圈向所述磁共振线圈发射射频信号。
15.一种计算机程序产品(112)，包括计算机可执行指令以执行根据前述权利要求10 到14中的任一项所述的方法步骤。
全文摘要
本发明涉及一种磁共振线圈测试布置(150)，包括用于仿真磁共振线圈的电子负载的电路(152、302)，其中，所述电路(152、302)适于仿真电子负载，所述电子负载等效于由有机组织在所述磁共振线圈的磁共振频率下诱发的电子负载。
文档编号G01R33/36GK102066966SQ200980123058
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月10日 优先权日2008年6月20日
发明者C·波桑齐尼, M·L·A·弗里腾, M·鲍特烈 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司