使用一个或多个非标准匹配的线圈组件对射频线圈去耦合的系统、装置和方法
【专利摘要】根据本公开的某些示范性实施例，提供了装置、磁共振成像系统和方法。例如，可使用多个射频(RF)线圈元件，所述多个射频线圈元件可包括至少一个与至少一个前置放大器连接并进行非标准阻抗匹配的线圈元件。
【专利说明】使用一个或多个非标准匹配的线圈组件对射频线圈去耦合的系统、装置和方法
[0001]与相关申请的交叉引用
[0002]本申请涉及并要求2012年2月22日提交的美国临时专利申请N0.61601772的优先权，该临时申请的全部内容以引用的方式并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种医学成像，更具体地，涉及一种对一个或多个射频(Rad1Frequency, RF)磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)线圈去稱合的示范性系统、装置和方法。
【背景技术】
[0004]射频阵列线圈(参见，例如参考文献[I]])具有在并行磁共振成像中大的覆盖范围(FOI)内加速图像采集同时提高信噪比(SNR)的优势。例如，通过从部分数据交换中每个线圈元件的灵敏度分布曲线提取空间信息来实现这一点，而传统的MRI是通过相位编码来实现的(参见，例如参考文献[2-7]])。高SNR下快速成像这一优势对具有大量元件的阵列线圈提出了更高的要求，这是因为加速比和SNR都与线圈元件的数量成比例。
[0005]尽管已经对具有多达128个元件的阵列线圈进行了论述(参见，例如参考文献[8-21])，由于消除线圈元件间互感的复杂性(参见，例如参考文献[22])，阵列线圈的设计仍是一个挑战。当阵列线圈产生感应耦合时，单个线圈元件的灵敏度曲线不再清晰，不足以提供精确的空间编码，导致在并行重建过程中几何因子不良。此外，对线圈元件同时调谐和匹配是不切实际的，因此降低了图像的SNR。
[0006]已经提出了将互感降到最低的几个步骤，包括，例如交叠相邻线圈元件(参见，例如参考文献[1、23和24])，用电容/电感网络将线圈元件相互连接(参见,例如参考文献[25-29])，使用低阻抗前置放大器(参见，例如参考文献[1、30和31])，屏蔽线圈元件(参见，例如参考文献[32-34])，后期数字处理(参见，例如参考文献[35])，以及综合方法(参见，例如参考文献[36])。但每一步骤都有其不足之处，其中包括，例如去耦时的低效率，或执行起来异常复杂(参见，例如参考文献[37和38])。这些步骤都采用一种方法，即使用低阻抗前置放大器，所述前置放大器通过减小流入每个元件的电流使互感降至最低，以此减小交叉磁通量。这种方法是将各线圈元件与高阻抗电路串联得以实现，所述高阻抗电路由匹配电感器、匹配电容器和一个低阻抗前置放大器组成。
[0007]尽管这种使用低阻抗前置放大器的方法已应用于具有8个、16个、32个、96个和128个元件的阵列线圈中(参见，例如参考文献[9、10、13和15-20])，它仍然有不足之处。例如，在单独使用时，这些方法不能使线圈之间具备足够的绝缘性，因此它最好与交叠技术结合使用，这样相邻的线圈元件可审慎交叠以实现相邻元件间足够绝缘，否则当元件相互靠近时共振图案会发生断裂。交叠时需要达到的精确度会抑制快速成像期间几何因子的提高，这是因为线圈元件阵列的设置是固定不变的。而且，它会使线圈结构复杂化，这是因为互感对于交叠面积的变化非常敏感。此外，实际上，与前置放大器串联的匹配电感器的必要电感非常小，可以忽略不计。
[0008]因此，需要解决并且/或者至少部分地克服一些上述不足。
【发明内容】
[0009]为此，有必要提供可对一个或多个射频磁共振成像线圈去耦合的示范性系统、装置、方法和计算机可读介质，其可克服至少一部分前文所述的不足。
[0010]根据本公开的某些示范性实施例，提供了使用非50欧姆匹配线圈元件与低阻抗前置放大器对一个或多个阵列线圈有效去耦合的系统、装置和方法。根据本公开的某些示范性实施例，可获得较高绝缘，
[0011]例如高于约32dB，同时在线圈元件位置设置上拥有高度自由，因而使用阵列线圈获得的图像的信噪比在数值和均匀度上都得到提高。
[0012]例如，根据本公开的某些示范性实施例，通过使线圈与高阻抗匹配同时使用低阻抗前置放大器对阵列线圈去耦合。例如，与50欧姆的传统匹配相比，线圈元件绝缘可获得超过21dB的提升，同时保持元件的优异灵敏度。这些在去耦合中的示范性提升还可以例如使线圈元件的设置更具灵活性，同时保持高的平均SNR，并且使用例如线圈元件间空间可调的最佳400欧姆匹配的阵列线圈提高所得图像的均匀性。这种线圈设置的灵活性可提高线圈的总体性能，例如几何因子，因此能简化阵列线圈的设计和制作。
[0013]本公开的这些目的和其他目的可通过示范性RF线圈去耦合系统、装置和方法来实现，所述RF线圈可包括多个射频线圈元件，这些射频线圈元件包括可与至少一个的前置放大器连接并进行非标准阻抗匹配的线圈元件。
[0014]根据某些示范性实施例，避免在线圈元件与前置放大器之间使用的标准阻抗匹配可包括约50欧姆阻抗匹配。所述示范性系统、装置和方法可提供至少约30dB的绝缘。例如，线圈元件可包括与高阻抗匹配的线圈元件，还可包括与约400欧姆阻抗匹配的线圈元件。在某些示范性实施例中，多个RF线圈元件中的线圈元件可以交叠设置也可以非交叠设置。根据某些示范性实施例，所述前置放大器可包括与低阻抗匹配的前置放大器。
[0015]结合所附权利要求书，通过阅读以下对本公开示范性实施例的详细说明可清楚了解本公开示范性实施例的这些及其他目的、特点和优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]结合以下本公开示例性实施例附图，通过以下详细说明可以清楚了解本公开的更多目的、特点和优势。
[0017]图1是根据本公开某一示范性实施例使用低阻抗前置放大器对线圈元件去耦合的示范性集总元件模型示意图；
[0018]图2是根据本公开某一示范性实施例的非50欧姆匹配线圈元件的示范性测量模型不意图；
[0019]图3是根据本公开某一实施例的长方形环状线圈元件的示范性电路示意图；
[0020]图4是根据本公开某一实施例的示范性8 一通道阵列线圈图例；
[0021]图5(a)是根据本公开某一实施例，与两个线圈元件的阻抗匹配相关的示范性传输系数的示范图表；
[0022]图5(b)是根据本公开某一实施例，与两个线圈元件间距相关的示范性传输系数的示范图表；
[0023]图6(a) — (f)是根据本公开某一实施例的不同线圈元件的示范性灵敏度分布曲线和信噪比图表；
[0024]图7(a) — (h)是根据本公开某一实施例的与50欧姆匹配的阵列线圈元件的示范性图片和信噪比图表；
[0025]图8是根据本公开某一示范性实施例的示范性前置放大器的示意图。
[0026]在所有附图中，同一标注数字和字母，除非另有说明，都代表图示实施例中相同的特征、元件、部件或部分。而且，虽然本公开将结合附图和示例实施例进行详细说明，但并不局限于示例附图和所述权利要求所述的具体实施例。
【具体实施方式】
[0027]示范性去耦合模型
[0028]根据本公开某些示范性实施例，提供了通过将线圈元件与高阻抗匹配同时使用低阻抗前置放大器对一个或多个阵列线圈进行去耦合的系统、装置和方法。例如，以下描述的具有N个元件的阵列线圈集总元件模型(参见，例如参考文献[22])，例如:
FL ? --?Μ.,J-.一u )(?Μ
[0029]I… ——~
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Vm:= ;/_ 十./&?Α?(2 -1-…+ JcoLff Ih,(O
[0030]其中，Vi可为线圈元件i的电压，Ii可为流经元件I的电流,Li可为元件i的自感，Mij可为元件i与j间的互感，ω可为工作角频率。
[0031]元件j至元件i的互感电压，j OMijIj,可通过减小Mij或Ij来降至最低。通过交叠线圈元件或者将线圈元件与感应/电容网络互连可减小Mijtl但是，在用于具有多个元件的阵列线圈时，这两种方法都有其固有的缺陷。因此，在使用低阻抗前置放大器的方法中，可通过增大线圈元件的电阻来减小I」。
[0032]例如，图1所示为使用低阻抗前置放大器进行去耦合的线圈元件的集总元件电路，其中，L(115)和R分别相当于电感器和电阻，C可为调谐电容器，Lm(IlO)和(；(105)可分别为匹配电感器和电容器，rp可为前置放大器的输入阻抗，Zffl和Z。可分别为前置放大器和线圈的阻抗。为了减小线圈中的电流，最好将线圈元件的电阻，即R和RJZ。的实部)的总和，增加至使线圈电流降到最低的水平。然而，线圈元件的本征电阻R由于其固定的制作材料和几何构造而很难改变。因此，最好增加R。至，例如:
[0033]m
=氧 4* βΧ€
[0034]其中，例如:
【权利要求】
1.一种装置，包括: 多个射频(RF)线圈元件，所述多个射频线圈元件包括至少一个与至少一个前置放大器连接并进行非标准阻抗匹配的线圈元件。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述至少一个线圈元件与至少一个前置放大器之间避免使用标准阻抗匹配，包括约50欧姆阻抗匹配。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置在配置上提供了至少约30dB的绝缘。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个线圈元件包括一个与高阻抗匹配的线圈元件。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个线圈元件包括一个与约400欧姆阻抗匹配的线圈元件。
6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述多个RF线圈元件的至少一个线圈元件为非交叠设置。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个线圈元件的至少一个线圈元件为交叠设置。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个前置放大器包括一个与低阻抗匹配的前置放大器。
9.一种磁共振成像系统，包括: 多个射频(RF)线圈元件，所述多个射频线圈元件包括至少一个与至少一个前置放大器连接并进行非标准阻抗匹配的线圈元件。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，在所述至少一个线圈元件与至少一个前置放大器之间避免使用标准阻抗匹配，包括约50欧姆阻抗匹配。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述装置在配置上提供了至少约30dB的绝缘。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个线圈元件包括一个与高阻抗匹配的线圈元件。
13.根据权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个线圈元件包括一个与约400欧姆阻抗匹配的线圈元件。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述多个线圈元件的至少一个线圈元件为非交叠设置。
15.根据权利要求9所述的系统，其中，所述多个线圈元件的至少一个线圈元件为交叠设置。
16.根据权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个前置放大器包括一个与低阻抗匹配的前置放大器。
17.—种方法,包括: 提供一个射频(RF)线圈元件阵列，所述射频元件线圈阵列包括至少一个与至少一个前置放大器连接并进行非标准阻抗匹配的线圈元件。
【文档编号】G01R33/36GK104204836SQ201380011527
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年2月22日 优先权日:2012年2月22日
【发明者】段允索, 布拉德利·S·彼得森, 刘凤, 阿勒耶尔·康格鲁 申请人:纽约市哥伦比亚大学理事会