专利名称：磁共振系统及方法
技术领域：
本发明涉及磁共振系统，特别涉及一种将热疗功能和磁共振成像功能有机地整合在一起的磁共振系统，以及涉及一种操作该磁共振系统以实现在热疗功能和磁共振成像功能之间切换的操作方法。
背景技术：
众多的临床研究表明，辅助热疗在结合放疗和化疗一起使用时，对于癌症或者肿瘤治疗是一种行之有效的手段。通过辅助热疗使肿瘤组织的温度在41摄氏度至43摄氏度之间保持一段预定的时间间隔，能够显著提高肿瘤细胞的杀死率(kill-rate)。基于安全考虑，肿瘤组织周围的正常健康组织的温度必须维持在特定的温度之下。因此，在热疗的过程中，有必要实时测量加热区域的温度状况。传统上，一般通过侵入式元件(invasivemeans)，例如，热电偶，热敏电阻，或者光纤探针来测量温度。然而，使用侵入式方式测量温度存在如下问题通过上述测量元件仅能测量探针周围区域的温度，从而温度的空间采样密度(spatial sampling density)比较低；此外，探针的插入可能使病患有疼痛感并且存在风险。磁共振作为一种非侵入式以及非电离技术，其可以用来生成任意方向上的解剖性图像。另外，通过磁共振成像还可以实现对成像区域的温度测量。然而，传统的磁共振系统在设计上尚未考虑融合热疗系统。因此，简单地将传统的射频热疗装置置入标准的磁共振扫描仪(MR scanner)中，以实现兼具热疗和磁共振成像功能的系统，是非常具有挑战性的。这样的系统整合需要对热疗系统和磁共振系统二者作出很大的改变，以避免不同系统之间的串扰(crosstalk)问题以及磁共振热疗数据变差的问题，而这将在很大程度上会影响准确追踪所需传递的热疗剂量的能力。因此，有必要提供一种兼具热疗和磁共振成像功能的磁共振系统以及操作该具有复合功能磁共振系统的方法以解决上述提及的技术问题。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种多通道线圈组件。该多通道线圈组件可以工作在第一模式和第二模式。该多通道线圈组件包括多个线圈元件以及多个模式开关。该多个模式开关中的每一者以开关的方式连接在该多个线圈元件的至少两者之间。当该多通道线圈组件工作在第一模式时，该至少一个模式开关被操作以使线圈元件相互断开，该相互断开的线圈元件被配置成响应多个第一输入信号以发送第一射频信号。当该多通道线圈组件工作在第二模式时，该至少一个模式开关被操作以使线圈元件相互连接，该相互连接的线圈元件配置成响应多个第二输入信号发送或者接收第二射频信号。本发明的另一个方面在于提供一种磁共振系统。该磁共振系统包括主磁体，梯度线圈以及多通道线圈组件。该磁共振系统用于产生主磁场。该梯度线圈用于在选定的梯度轴上将梯度磁场作用到主磁场。该多通道线圈组件包括多个线圈元件以及多个模式开关。
5该多个模式开关以开关的方式与包括至少两个线圈元件的第一组线圈相连接，并且已开关的方式与包括至少两个线圈元件的第二组线圈相连接。当该多个模式开关被关断时，该第一组线圈的至少两个线圈元件的每一者以及该第二组线圈的至少两个线圈的每一者被配置成接收带有特定相位和幅值的第一输入信号，并且独立的发送第一射频信号，以对感兴趣区域进行加热。当该多个模式开关被闭合时，该第一组线圈的至少两个线圈被配置成共同接收在第一通道传输的带有特定相位和幅值的第二输入信号，该第二组线圈的至少两个线圈被配置成共同接收在第二通道传输的带有特定相位和幅值的第二输入信号。该第一组线圈和该第二组线圈发送或者接收第二射频信号，以通过磁共振成像方式监控感兴趣区域的温度。本发明的再一个方面在于提供一种操作磁共振系统的方法。该磁共振系统包括多个线圈元件以及以开关的方式与该多个线圈元件相连接的多个模式开关。该操作方法至少包括如下步骤关断该多个模式开关中的至少一者以断开该多个线圈元件；通过该断开的多个线圈元件发送多通道第一射频信号到感兴趣区域；闭合该多个模式开关中的至少一者以形成多个线圈群组，该每一个线圈群组包括至少两个相互连接在一起的线圈元件；以及通过该多个线圈群组发送多通道第二射频信号到该感兴趣区域或者接收来自于该感兴趣区域的多通道第二射频信号。本发明的磁共振系统以及操作磁共振系统的方法，通过操作多通道线圈组件中的模式开关切换其工作模式，可以至少解决传统的磁共振系统不能很好地集成热疗功能的技术缺陷。通过模式的切换还可以至少解决传统上经过简单功能集成的系统之间的串扰问题，以至少达成磁共振成像测温功能和热疗功能有机集合的技术效果。
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中图1所示为本发明磁共振系统的一种实施方式的模块示意图。图2所示为图1所示的磁共振系统中的多通道线圈组件的一种实施方式的立体示意图。图3所示为图1所示的磁共振系统工作在热疗模式的一种实施方式的简化模块示意图。图4所示为图1所示的磁共振系统工作在磁共振模式的一种实施方式的简化模块示意图。图5所示为图1所示的磁共振系统工作在磁共振模式的另一种实施方式的简化模块示意图。图6所示为操作图1所示的具有复合功能的磁共振系统的一种实施方式的流程图。图7所示为图1所示的具有复合功能的磁共振系统工作在热疗模式下一种实施方式的特别吸收率分布的电磁仿真结果示意图。图8所示为图1所示的具有复合功能的磁共振系统工作在磁共振模式下一种实施方式的激励磁场(Bl+)分布的仿真结果示意图。
具体实施例方式以下将描述本发明的一个或者多个具体实施方式
。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一” “第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。将在下文详细讨论，本公开描述的具体实施方式
主要涉及集成有热疗功能的磁共振系统。更具体言之，该磁共振系统提供有特别设计的线圈组件。该线圈组件可以开关的方式工作于至少第一模式和第二模式。在一种实施方式中，该第一模式可以为加热模式或者热疗模式。在该热疗模式下，该线圈组件可以被配置成通过向感兴趣区域发射射频能量以实现对该感兴趣区域的加热或者治疗功能。该第二模式可以为磁共振模式包括磁共振发射和/或接收。在该磁共振模式下，该相同的线圈组件可以被配置成通过发送和/或接收射频信号以实现对感兴趣区域的成像功能或者温度监测功能。与传统的通过热疗系统和磁共振系统的简单结合而得到的混合系统相比，本公开使用具有不同工作模式的单一线圈组件可以更有效地使磁共振系统具备热疗功能。由于该线圈组件可以开关的方式进行动作，以执行热疗功能和磁共振温度测量功能，至少可以减轻或者消除热疗系统和磁共振系统之间的串扰问题。此外，该新设计的线圈组件在一些实施方式中可以基本上实时实现加热和并行成像(parallel imaging)。通过将线圈组件放置成更接近人体可以提高信噪比(signal tonoise ratio, SNR)以及通过并行成像可以提高磁共振温度测量的运作速度(acquisitionspeed) 0为更好地理解本发明，以下将首先对磁共振系统的整体结构进行详细介绍。请参阅图示，图1所示为磁共振(magnetic resonance, MR)系统一种实施方式的模块示意图。磁共振系统10的操作可以从操作员控制台12进行控制，操作员控制台12包括键盘或其它输入设备13、控制面板14和显示器16。控制台12通过链路18与计算机系统20通信，并提供接口供操作员用来规定磁共振扫描，显示所得图像，对图像执行图像处理，以及将数据和图像存档。输入设备13可以包括鼠标、操纵杆、键盘、轨迹球、触摸屏、光棒、语音控制设备或任何类似或等效的输入设备，并且可用于交互式几何规定。计算机系统20包括多个模块，这些模块通过例如通过利用背板20a提供的电和/或数据连接彼此通信。数据连接可以是直接有线链路或者无线通信链路等。计算机系统20的模块包括图像处理器模块22、中央处理器模块M和存储器模块26。存储器模块沈可以包括用于存储图像数据阵列的帧缓冲器。在替换的实施方式中，图像处理器模块22可以由中央处理器模块M上运行的图像处理功能进行替代。计算机系统20可以链接到档案媒体设备、永久或备份存储器存储设备或网络。计算机系统20还可通过链路34与独立的系统控制计算机32进行通信。在一种实施方式中，系统控制计算机32包括经由电和/或数据连接3 相互通信的一组模块。数据连接3 可以是有线链路或者无线通信链路等。在可替换的实施方式中，计算机系统20和系统控制计算机32的模块可以在相同的计算机系统或多个计算机系统上实现。系统控制计算机32的模块包括中央处理器模块36和通过通信链路40连接到操作员控制台12的脉冲发生器模块38。在一种实施方式中，脉冲发生器模块38可以集成到扫描仪设备(如共振组件52)中。系统控制计算机32通过链路40接收来自操作员的指示将执行扫描序列的命令。脉冲发生器模块38通过发送描述将产生的射频脉冲和脉冲序列的时序、强度和形状以及数据采集窗的定时和长度的指令、命令和/或请求来操作放出(即，执行)期望的脉冲序列的系统部件。脉冲发生器模块38连接到梯度放大器系统42，并产生称为梯度波形的数据，这些梯度波形控制将在扫描期间使用的梯度脉冲的时序和形状。在一种实施方式中，脉冲发生器模块38还可从生理采集控制器44接收患者数据，生理采集控制器44从连接到患者的多个不同传感器接收信号，例如来自附着到患者的电极的心电图信号。脉冲生成器模块38连接到扫描室接口电路46，扫描室接口电路46从各种传感器接收与患者和磁体系统的状况相关联的信号。患者定位系统48也通过扫描室接口电路46来接收将患者台移到期望的位置进行扫描的命令。在一种实施方式中，脉冲生成器模块38产生的梯度波形被作用到梯度放大器系统42。梯度放大器系统42包括X轴梯度放大器、Y轴梯度放大器和Z轴梯度放大器。每个梯度放大器激励梯度线圈组件(一般标50)中对应的物理梯度线圈，并产生磁场梯度脉冲，以用于对所采集的信号进行空间编码。梯度线圈组件50形成共振组件52的一部分，共振组件52包括具有超导主线圈M的极化超导磁体。共振组件52可包括全身射频线圈56、表面或并行成像线圈76、或两者。射频线圈组件的线圈56、76可构造成用于传送和接收、或只传送、或只接收。患者或成像对象70可安置在共振组件52的圆柱形患者成像体积72内。系统控制计算机32中的收发器模块58产生脉冲，这些脉冲由射频放大器60放大，并通过发射/接收开关62耦合到射频线圈56、76。由患者中的受激核发出的所得信号可由相同的射频线圈56感测，并通过发射/接收开关62耦合到前置放大器64。或者，由受激核发出的信号可由诸如并行线圈或表面线圈76的独立接收线圈感测。在收发器58的接收器部分中对放大的磁共振信号进行解调、滤波和数字化。发射/接收开关62由来自脉冲生成器模块38的信号进行控制，以便在发射模式期间将射频放大器60电连接到射频线圈56，并在接收模式期间将前置放大器64连接到射频线圈56。发射/接收开关62还可使得能够在发射或接收模式中使用独立射频线圈(例如，并行或表面线圈76)。由射频线圈56、或并行或表面线圈76感测的磁共振信号由收发器模块58数字化，并传送给系统控制计算机32中的存储器模块66。通常，对应于磁共振信号的数据帧临时存储在存储器模块66中，直到随后对它们进行变换以创建图像。阵列处理器68利用已知的变换方法(最常见的有傅里叶变换)来从磁共振信号创建图像。这些图像通过链路34传送给计算机系统20，在计算机系统20中，其存储在存储器中。响应于从操作员控制台12接收的命令，可将此图像数据存档在长期存储设备中，或者可通过图像处理器22对它做进一步处理、传给操作员控制台12并呈现在显示器16上。在一种实施方式中，该系统控制计算机32还包括一个加热信号源69以产生热疗
射频信号。图2所示为可以在例如图1所示的磁共振系统中使用的混合模式线圈组件100的立体示意图。在此所谓的“混合模式线圈组件”是指可以被配置成工作于至少两种模式的线圈组件。举例而言，线圈组件100可以配置成工作在第一模式或者热疗模式，以向感兴趣区域发射电磁辐射实现热疗目的。线圈组件100可以配置成工作在第二模式或者磁共振模式。在磁共振模式下，线圈组件100被配置成向感兴趣区域发射射频信号，并接收来自于感兴趣区域的射频信号。通过分析接收到的射频信号，可以确定感兴趣区域的温度和/或温度分布。当线圈组件100被控制用于通过发射和接收射频信号以测量感兴趣区域的温度或者温度分布时，磁共振模式也可以被称作磁共振测温模式。在一种实施方式中，线圈组件100可以执行为供磁共振系统10使用的全身线圈。在其他的实施方式中，线圈组件100也可以执行为供磁共振系统10使用的头部线圈，躯干线圈，颈椎线圈，腕部线圈，或者膝部线圈等。请参阅图2，在一种实施方式中，线圈组件100可以执行为横场电磁线圈，以用于进行并行发射(parallel transmit)和/或并行成像(parallel imaging) 0在此所谓的“并行发射”是指多个线圈元件被多个驱动器驱动，而“并行成像”是指多个线圈元件通过多个通道接收信号以用于快速成像。该线圈组件100可以被设置成具有多个线圈群组110a、IlObUlOc0如图2所示，在一种实施方式中，线圈组件100可以包括十六个线圈群组。在其他实施方式中，线圈组件100可以包括多于或者少于十六个的线圈群组。举例而言，在一些实施方式中，可以根据实际的需求设置八个线圈群组，十二个线圈群组，二十四个线圈群组，或者三十二个线圈群组。进一步，在操控具有十六个线圈群组的线圈组件100时，可以特别使具有八个线圈群组的第一组工作并发射和接收多通道射频信号，而使具有八个线圈群组的第二组不工作。进一步如图2所示，在一种实施方式中，多个线圈群组110a、110b、110c可以均勻地或者等间距地分布在一个中空圆柱体(图未示出)的外表面。该圆柱体可以为用于包裹人体的电介质壳体(dielectric shell)。多个线圈群组110a、110b、IlOc可以使用粘贴方式或者金属沉积方式形成在圆柱体的外表面上。可以理解，在可替换的实施方式中，多个线圈群组110a、110b、110c也可以非均勻地分布在圆柱体的外表面。在其他实施方式中，多个线圈群组110a、110b、110c可以设置在诸如截面为椭圆的柱体，眼形的柱体，或者八边形的柱体，以及其他可以合理思及的任何结构的外表面。
在一种实施方式中，多个线圈群组110a、110b、110c的每一者可以包括三个线圈元件llh、112b、112c。在其他实施方式中，多于三个或者少于三个的线圈元件也可以配置在每一个线圈群组中。在一种实施方式中，每一个线圈群组中的三个线圈元件llh、112b、112c的端部和端部之间基本以线性的方式沿同一方向连接在一起。可以理解，该三个线圈元件llh、112b、112c可以视作沿着线圈组件100工作在热疗模式时电场的极化方向延伸。还可以理解，该三个线圈元件llh、112b、112c也可以视作沿线圈组件100工作在磁共振模式时主磁场(Btl)的方向延伸。在一种实施方式中，该三个线圈元件llh、112b、112c可以包括偶极子天线。虽然为了描述的目的而非作为对本公开的限制，偶极子天线在上下文中被使用，然而线圈元件llh、112b、112c还可以包括其他类型的天线，例如贴片天线、金属微带天线、金属波导、介质波导以及共振腔等。在一种实施方式中，偶极子天线llh、112b、112c可以由金属导电带制成并包括第一导电带和第二导电带。请继续参阅图2，在每一个线圈群组110a、110b、110c内，该偶极子天线112a、112b、112c通过多个模式开关116a和116b以开关的方式相连接。模式开关116a连接在该偶极子天线11 和112b之间，而模式开关116b连接在偶极子天线112b和112c之间。该多个模式开关116a和116b可以被闭合或者关断以将该偶极子天线llh、112b、112c连接在一起或者断开。该多个模式开关116a和116b被配置成使线圈组件100在至少两个模式之间进行切换。该每一个模式开关116a和116b可以包括机械作动的开关元件或者电性作动的开关元件。每一个模式开关116a和116b可以独立地被控制以选择性地将至少两个相邻的偶极子天线连接在一起或者断开其连接。在一种实施方式中，每一个线圈群组110a、IlObUlOc中的多个模式开关116a和116b可以全部被闭合，因此每一个线圈群组110a、IlObUlOc中的多个偶极子天线llh、112b、112c即可电性连接在一起。在此情形下，线圈组件100可以工作在磁共振模式。在另一种实施方式中，每一个线圈群组110a、110b、110c中的多个模式开关116a和116b可以全部被关断，从而使得每一个线圈群组110a、110b、IlOc中的多个偶极子天线llh、112b、112c互相断开。在此情形下，线圈组件100可以工作在加热或者热疗模式。请继续参阅图2，线圈组件100进一步包括一个屏蔽元件160。屏蔽元件160可以由铜网或者由其他导电材料形成。该屏蔽元件160可以在线圈组件100工作在磁共振模式时构成射频信号的闭合共振回路。每个线圈群组110a、110b、110c均与屏蔽元件160电性连接。更具体而言，位于线圈群组110a、110b、IlOc—侧的偶极子天线11 通过导体16 和一个模式开关16 与屏蔽元件160的一端电性连接。位于线圈群组110a、110b、110c另一侧的偶极子天线112c通过导体162b和一个模式开关164b与屏蔽元件160的另一端电性连接。这两个导体16 和162b相对于偶极子天线11加、112b、112c向上延伸，以使得该屏蔽元件160可以与多个线圈群组110a、110b、110c之间间隔一定的距离。当线圈组件100工作在热疗模式时，该两个模式开关16 和164b均被关断，以使得偶极子天线11 和112c均与屏蔽元件160断开。当线圈组件100工作在磁共振模式时，该两个模式开关16 和164b均被闭合，以使得屏蔽元件160与每一个线圈群组110a、110b、IlOc中的偶极子天线11加、112b、112c相连接，从而构成闭合的共振回路。请继续参阅图2，对于每一个线圈群组110a、110b、IlOc而言，该线圈组件100可以进一步设置多个第一控制开关118a、118b、118c。每一个第一控制开关118a、118b、118c分别以开关的方式与对应的一个偶极子天线llh、112b、112c相连接。每个第一控制开关118a、118b、118c可以独立地被闭合和关断，以允许或者阻止射频热疗信号的通过。当磁共振系统10工作在热疗模式时，多个第一控制开关118a、118b、118c可以被闭合，以允许射频热疗信号到达偶极子天线112a、112b、112c。当磁共振系统10工作在磁共振模式时，多个第一控制开关118a、118b、118c可以被关断，以阻止射频热疗信号到达偶极子天线112a、112b、112c。请一起参阅图2和图3，每个第一控制开关118a、118b、118c连接在对应的一个偶极子天线llh、112b、112c和热疗信号源132之间。热疗信号源132被配置成通过该多个第一控制开关118a、118b、118c向每一个偶极子天线11加、112b、112c传送射频热疗信号。该热疗信号源132可以提供频率范围在40MHz到1000MHz的射频热疗信号。在一些实施方式中，为了实现深度加热，该射频热疗信号的频率范围可以限制在40MHz到200MHz。请继续参阅图3，可以使用一个功率分配器134将从热疗信号源132产生的射频热疗信号分成多通道的信号。如图3所示，在一种实施方式中，作为一种例举，功率分配器134分出三路射频热疗信号，该三路射频热疗信号通过三个独立的通道输送到三个偶极子天线llh、112b、112c。在其他实施方式中，多于一个的偶极子天线，例如两个或者三个，可以配置成共同接收单通道的射频热疗信号。举例而言，在一些实施方式中，偶极子天线112a、112b、112c可以共同接收由单一通道传输的射频热疗信号。请继续参阅图3，可以进一步使用多个矢量调制器(vector modulator) 136a、136b、136c来调节分别在多个通道传输的射频热疗信号的相位和幅度。在一种实施方式中，每个矢量调制器136a、136b、136c可以包括一个移相器(phase shifter)和一个衰减器(attenuator)以分别用来调节射频热疗信号的相位和幅度。可以理解，通过独立调节作用到每个偶极子天线llh、112b、112c的射频热疗信号的相位和幅度，可以控制由这些偶极子天线llh、112b、112c发射的射频能量的聚焦点或者聚焦区域。在一种实施方式中，通过调节调节作用到每个偶极子天线llh、112b、112c的射频热疗信号的相位和幅度可以实现三维聚焦控制，从而得到最佳的特别吸收率(specific absorption rate, SAR)控制。请继续参阅图3，上面所述的多个矢量调制器136a、136b、136c分别与多个射频放大器138a、138b、138c电性连接。该多个射频放大器138a、138b、138c用于给偶极子天线112aU12bU12c发射射频信号提供必要的信号放大量(增益)。请返回参阅图2，线圈组件100可以进一步包括多个第二控制开关12h、122b、122c。每个第二控制开关12加、122b、122c以开关的方式与每个线圈群组110a、110b、IlOc相连接。每个第二控制开关12h、122b、122c可以被闭合或者关断，以允许或者阻止磁共振射频信号的通过。当第二控制开关12h、122b、122c中的一个被闭合时，例如第二控制开关12 被闭合时，对应的线圈群组IlOa可以配置成接收磁共振信号源的激励信号而发射射频信号，或者被配置成接收来自于感兴趣区域的射频信号。当磁共振系统10工作在热疗模式时，多个第二控制开关12h、122b、122c可以被关断，以阻止磁共振射频信号的到达线圈群组110a、110b、110c。当磁共振系统10工作在磁共振模式时，多个第二控制开关122a、122b、122c可以被闭合，以允许磁共振射频信号的到达线圈群组110a、110b、110c。请参阅图4，在一种实施方式中，每个线圈群组110a、110b、110c可以通过多个第二控制开关12加、122b、122c中对应的一者与磁共振信号源142电性连接。该磁共振信号源142可以使用如图1所示的脉冲发生器模块38通过第二控制开关122a、122b、122c提供
磁共振射频信号。请继续参阅图4，可以使用一个功率分配器144将从磁共振信号源142产生的磁共振射频信号分成多通道的信号。进一步，使用多个矢量调制器146a、146b、146c，以对应调节从功率分配器144分出的多通道信号的相位和幅度。在其他实施方式中，可以使用独立的元件，例如移相器和衰减器代替矢量调制器来调节磁共振信号的相位和幅度。在一种实施方式中，在任意两个相邻的线圈群组中传输的射频信号可以设置成具有相等的相位差。该相位差可以依照如下所示的公式进行计算Δ φ = 360° /N(1)，在公式(1)中，N为线圈组件100中的线圈群组的数目，Δ φ为任意相邻两个线圈群组之间的相位差。当线圈组件100具有十六个线圈群组时，通过公式(1)可以确定相位差Δ φ的数值为22. 5°。在一种实施方式中，通过多通道传输到多个线圈群组的磁共振射频信号可以独立调节成具有相等的幅度值。在其他实施方式中，在每一个通道内传输的磁共振信号可以根据射频勻场设计技术(RF shimming design technique)独立进行幅度调节和相位调节。因此，每个通道内传输的磁共振射频信号可以经过恰当的量化和相位移动，而产生基本均勻的激励磁场( field)。请继续参阅图4，多个矢量调节器146a、146b、146c与多个射频放大器148a、148b、148c电性连接。该多个射频放大器138a、138b、138c用于给线圈群组110a、IlObUIOc发射射频信号提供必要的信号放大量(增益)。请进一步参阅图4，多个收发转换开关12^、lMb、12k电性连接在多个第二控制开关122a、122b、122c和对应的多个线圈群组110a、110b、IlOc之间。该多个收发转换开关124aU24bU24c可以在如图1所示的脉冲发生器模块38输出的信号的控制下进行开关动作。在磁共振模式下需要发射射频信号时，该多个收发转换开关12^、lMb、12k被操作以将多个射频放大器148a、148b、148c分别与对应的多个线圈群组110a、110b、IlOc相连接。在磁共振模式下需要接收射频信号时，该多个收发开关12如、1Mb、12 被操作以将多个前置射频放大器126a、U6b、126c与对应的多个线圈群组110a、110b、IlOc相连接，以对接收到的射频信号进行前置放大。在参考图3和图4所作的描述中，独立的信号源，例如，射频热疗信号源132和磁共振射频信号源142，分别被用来产生对应的射频热疗信号和磁共振射频信号。在其他实施方式中，也可以使用单一的信号源来产生可供射频加热和磁共振成像共享的射频信号。这样可以允许使用可供两种工作模式共享的公用射频发射通道，如此可以减化系统配置，并可以降低临床应用的成本。请参阅图5，在一种可替换的实施方式中，也可以使用多个磁共振信号源来代替单一的磁共振信号源(在图4中描述)来产生磁共振射频信号。如图5所示，多个线圈群组110a、110b、110c可以通过多个第二控制开关12加、122b、122c与多个磁共振信号源142a、142b、142c进行通信。每一个磁共振信号源14加、142b、142c被配置成产生对每一个线圈群组110a、IlObUIOc特别的射频脉冲序列。由于每一个线圈群组110a、IlObUIOc通过独立的射频脉冲序列进行驱动，因此通过设计每个线圈群组110a、110b、110c对应的脉冲序列的参数，可以通过所谓的“并行发射”来降低旁瓣混叠(aliasing sidelobes)，以在复合的
12激励磁场中引导时空变换。图6所示为操作图1所示的磁共振系统10的方法200的流程图。该方法200可以编程为程序指令或者计算机软件，并保存在可以被电脑或者处理器读取的存储介质上。当该程序指令被电脑或者处理器执行时，可以实现如流程图所示的各个步骤。可以理解，电脑可读的介质可以包括易失性的和非易失性的，以任何方法或者技术实现的可移动的以及非可移动的介质。更具体言之，电脑可读的介质包括但不限于随机访问存储器，只读存储器，电可擦只读存储器，闪存存储器，或者其他技术的存储器，光盘只读存储器，数字化光盘存储器，或者其他形式的光学存储器，磁带盒，磁带，磁碟，或者其他形式的磁性存储器，以及任何其他形式的可以被用来存储能被指令执行系统访问的预定信息的存储介质。在一种实施方式中，该方法200可以从步骤202开始执行。在步骤202中，获取计划进行热疗的感兴趣区域的图像。在一种实施方式中，如图1所示的磁共振系统10可以用来获取感兴趣区域的图像。更具体而言，线圈组件100可以被操作成向感兴趣区域发射射频信号以激励原子核。该线圈组件100可以进一步被操作以接收感兴趣区域的受激原子核产生的射频信号，从而可以获得感兴趣区域的图像。在其他实施方式中，可以使用包括但不限于例如计算机断层扫描(computed tomography, CT)系统来获取感兴趣区域的图像。在步骤204中，该方法200可以继续根据获取的图像信息确定作用到线圈组件100的射频信号的最优信号参数。具体而言，在步骤202中获取的图像可以通过分段(segmented)处理以识别肿瘤等不同的组织。然后，通过执行电磁数值仿真以获得偶极子天线的电场。在获得电场以及电导分布后，可以计算得到包括天线相位和幅度等最优信号参数。在步骤206中，在确定好最优信号参数之后，线圈组件100的至少一个模式开关可以被操作以将线圈组件100转换到热疗模式进行工作。在一种实施方式中，如图2所示的模式开关116a和116b可以被关断，以将线圈组件100的多个偶极子天线11加、112b、112c断开彼此之间的连接。此外，模式开关16 和164b也可以被关断，以将偶极子天线112a、112b、112c与屏蔽元件160断开。在步骤208中，该方法200可以继续将具有最优信号参数的射频热疗信号作用到线圈组件100。由于偶极子天线llh、112b、112c彼此之间断开连接，每一个偶极子天线llh、112b、112c可以独立地作用射频热疗信号。在一种实施方式中，与该多个偶极子天线llh、112b、112c相关联的多个第一控制开关可以被闭合，以通过多个通道输送从热疗信号源132输出的射频热疗信号。可以使用功率分配器134将热疗信号源132输出的射频热疗信号分成多个通道传输的射频信号。进一步，可以使用多个矢量调制器136a、136b、136c分别调节在多个通道传输的射频热疗信号的相位和幅度。图7示出了线圈组件100工作在热疗模式获得的防体的特别吸收率分布的仿真结果。如图7所示，在)(Z平面或者在XY平面内，可以通过调节相位和幅度来控制射频能量聚焦的区域，以实现对感兴趣区域的加热。因此，不仅在物理上实现三维的特别吸收率或者电场控制是可能的，而且可以同时实现通过控制射频能量对病患组织进行加热以及减轻对健康组织的伤害。在其他实施方式中，在步骤208中，当线圈组件100工作在热疗模式时，可以将一个包含高介电常数液体或者去离子液体的物件(bolus)放置在圆柱体内并且包围人体。该物件(bolus)可以用于增加耦合到人体的射频能量，并且可以用于带走人体皮肤表面的热量。在步骤212中，该方法200可以继续判定是否接收到温度测量指令，该温度测量指令用于侦测正在接收热疗的对象的温度。在一种实施方式中，磁共振系统10可以通过如图1所示的输入装置13或者控制面板14输入的指令。如果判定出已经接收到温度测量指令，则该方法200的流程转向步骤214执行。如果判定出并未接收到温度测量指令，则该方法200的流程返回到步骤208，以继续对目标区域进行热疗。在步骤214中，该方法200继续通过操作多个模式开关，以将线圈组件100转换成在磁共振模式下工作。正如在结合图2所作的描述，该线圈组件100可以包括多个线圈群组110a、110b、110c。在磁共振模式下，线圈群组110a、110b、IlOc内的模式开关116a和116b被闭合，以将偶极子天线llh、112b、112c连接在一起。同时，线圈群组110a、110b、IlOc内的模式开关16 和164b被闭合，以将偶极子天线线圈群组110a、110b、110c内的偶极子天线11加、112b、112c和屏蔽元件160连接在一起，并构成闭合共振回路。在步骤216中，该方法200继续作用磁共振射频信号到线圈群组110a、110b、110c，以向感兴趣区域发射激励原子核的射频信号。在一种实施方式中，每一个线圈群组110a、IlObUlOc可以分别作用独立的磁共振射频信号。在一种实施方式中，还可以使用多个第二控制开关122a、122b、122c分别控制来自于磁共振信号源142的多通道磁共振射频信号，以及使用功分器144将磁共振信号142输出的磁共振射频信号分成多路信号。进一步，还可以使用多个矢量调制器146a、146b、146c分别调节在多个通道内传输的磁共振射频信号的相位和幅度。图8所示为磁共振系统10工作在磁共振模式下，激励磁场(Bl+)的仿真结果。激励磁场的标准偏差小于3%，因而可以获得更加均勻的激励磁场。在步骤216中，该方法200还继续接收由于感兴趣区域发生磁共振而产生的射频信号。由上所述，该线圈组件100可能包括十六个线圈群组。在一种实施方式中，当线圈组件100接收射频信号时，该十六个线圈群组可以全部用来接收射频信号。在其他实施方式中，也可以选择其中八个线圈群组来接收射频信号，而使其他八个线圈群组不能接收射频信号。然后，通过分析接收到的射频信号即可以测量感兴趣区域的温度和温度分布。在一种实施方式中，可以使用相差质子共振频率(proton resonance frequency,PRF)移动测温方法来测量温度以及温度分布。温度变化可以使用如下的关系方程式来表达
ΔΓ = -^-(2),
γαΒ0ΤΕ其中在公式⑵中，α是热常数，Y是旋磁比，Btl是主磁场强度，TE是回波时间，Δ识是在加热成像前获得的基准图像和在测温期间获得的测量图像之间的相位差。在其他实施方式中，也可以使用其他的关系式来测量温度，例如可以使用弛豫时间和温度之间的关系式来测量温度。在步骤218中，该方法200可以继续判断测量的温度分布是否符合预设的标准。举例而言，在热疗过程中，加热区域和周围的正常组织之间的温度分布应当满足一定的标准，以确保周围的正常组织不被过度加热。当步骤218判断出该温度分布不符合预定的标准时，该方法200的流程返回到步骤204，以修改作用到线圈组件100的射频热疗信号的最优信号参数。当步骤218判断出该温度分布符合预定的标准时，流程转向步骤222继续执行。
在步骤222中，该方法继续判断测量的温度分布是否达到预设的温度值。举例而言，在热疗过程中，加热区域的温度通常需要保持在一定的温度范围内，例如在41摄氏度到43摄氏度之间。因此，当步骤222判断出加热区域的温度尚未达到预设的温度值时，该方法200的流程返回到步骤208中，以继续作用射频热疗信号到线圈组件100，对目标区域进行加热。当步骤222判断出加热区域的温度已达到预设的温度值时，则流程转向结束。应当理解的是，以上结合图6针对方法200所描述的多个步骤并非必须要按照图6所描绘的确切顺序进行执行。该方法200实际上可以按照可以思及的合适的顺序进行执行。另外，在一些实施方式中，可以有比图6更多或者更少的步骤被执行。虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。
权利要求
1.一种多通道线圈组件，该多通道线圈组件配置成可以工作在第一模式和第二模式，其特征在于该多通道线圈组件包括多个线圈元件；以及多个模式开关，该多个模式开关中的每一者以开关的方式连接在该多个线圈元件的至少两者之间；其中，当该多通道线圈组件工作在第一模式时，该至少一个模式开关被操作成使线圈元件相互断开，该相互断开的线圈元件被配置成响应多个第一输入信号以发送第一射频信号；以及其中，当该多通道线圈组件工作在第二模式时，该至少一个模式开关被操作成使线圈元件相互连接，该相互连接的线圈元件被配置成响应多个第二输入信号发送或者接收第二射频信号。
2.如权利要求1所述的多通道线圈组件，其特征在于该多个第一输入信号被输入到该相互断开的线圈元件以对感兴趣区域进行射频加热。
3.如权利要求2所述的多通道线圈组件，其特征在于该多通道线圈组件还包括第一信号源和多个第一控制开关，该多个第一控制开关的每一者以开关的方式与该第一信号源和该多个线圈元件中对应的一者相连接；当该多通道线圈组件工作在第一模式时，该多个第一控制开关中的至少一者呈闭合状态，使得该第一信号源可以与该相互断开的线圈元件进行通信；当该多通道线圈组件工作在第二模式时，该多个第一控制开关中的至少一者呈关断状态，使得该第一信号源不能与线圈元件进行通信。
4.如权利要求1所述的多通道线圈组件，其特征在于该多个第二输入信号被输入到该相互连接的线圈元件以通过磁共振成像监控感兴趣区域的温度。
5.如权利要求4中所述的多通道线圈组件，其特征在于该多通道线圈组件还包括第二信号源和多个第二控制开关，该多个第二控制开关中的每一者以开关的方式与该第二信号源和该多个线圈元件中的一者相连接；当该多通道线圈组件工作在第一模式时，该多个第二控制开关呈关断状态，以使得该第二信号源无法与线圈元件进行通信；当该多通道线圈组件工作在第二模式时，该多个第二控制开关中的至少一者呈闭合状态，以使该第二信号源可以与相互连接的线圈元件之间进行通信。
6.如权利要求1所述的多通道线圈组件，其特征在于该多个线圈元件包括偶极子天线。
7.如权利要求1所述的多通道线圈组件，其特征在于当该多个模式开关闭合时，该多个线圈元件构成一个横向电磁线圈以用于并行成像。
8.如权利要求7所述的多通道线圈组件，其特征在于该多通道线圈组件还包括屏蔽元件，该屏蔽元件通过模式开关与线圈元件连接，当该多通道线圈组件工作在第一模式时，与该屏蔽元件连接的模式开关被关断，使得该屏蔽元件与多个线圈元件断开，当该多通道线圈组件工作在第二模式时，与该屏蔽元件连接的模式开关被闭合，使得该屏蔽元件与该多个线圈元件相连接以构成电流回路。
9.一种磁共振系统，其特征在于该磁共振系统包括主磁体以用于产生主磁场；梯度线圈以用于在选定的梯度轴上将梯度磁场作用到主磁场；以及多通道线圈组件，该多通道线圈组件包括多个线圈元件；以及多个模式开关，该多个模式开关以开关的方式与包括至少两个线圈元件的第一组线圈相连接，并且以开关的方式与包括至少两个线圈元件的第二组线圈相连接；其中，当该多个模式开关被关断时，该第一组线圈的至少两个线圈元件的每一者以及该第二组线圈的至少两个线圈的每一者被配置成接收带有特定相位和幅值的第一输入信号，并且独立的发送第一射频信号，以对感兴趣区域进行加热；以及其中，当该多个模式开关被闭合时，该第一组线圈的至少两个线圈被配置成共同接收在第一通道传输的带有特定相位和幅值的第二输入信号，该第二组线圈的至少两个线圈被配置成共同接收在第二通道传输的带有特定相位和幅值的第二输入信号，该第一组线圈和该第二组线圈发送或者接收第二射频信号，以通过磁共振成像方式监控该感兴趣区域的温度。
10.如权利要求9所述的磁共振系统，其特征在于通过第二通道传输给该包括至少两个线圈元件的第二组线圈的第二信号相对通过第一通道传输给该包括至少两个线圈元件的第一组线圈的第一信号之间具有相位移动。
11.如权利要求9所述的磁共振系统，其特征在于当该多个模式开关闭合时，该线圈组件形成包括多个线圈群组的横向电磁线圈，该多个线圈群组通过多个通道接收该第二输入信号，该通过多个通道传输的第二信号的相位和幅度根据射频勻场技术进行调整。
12.如权利要求9所述的磁共振系统，其特征在于该磁共振系统还包括第一信号源，该多通道线圈组件还包括多个第一控制开关，该多个第一控制开关通过开关的方式与该第一信号源连接以及与该多个线圈元件中的对应的一者相连接，该多个第一控制开关被配置成可以闭合或者关断以使允许或者阻断该第一信号源提供该第一输入信号。
13.如权利要求9所述的磁共振系统，其特征在于该磁共振系统还包括还包括第二信号源，该多通道线圈组件还包括多个第二控制开关，该多个第二控制开关中的每一者以开关的方式与该第二信号源以及与该多个线圈元件中的一者相连接；该多个第一控制开关被配置成可以闭合或者关断以允许或者阻断该第二信号源提供该第二输入信号。
14.一种操作磁共振系统的方法，该磁共振系统包括多个线圈元件以及以开关的方式与该多个线圈元件相连接的多个模式开关，其特征在于该方法至少包括如下步骤关断该多个模式开关中的至少一者以断开该多个线圈元件；通过该断开的多个线圈元件发送多通道第一射频信号到感兴趣区域；闭合该多个模式开关中的至少一者以形成多个线圈群组，该每一个线圈群组包括至少两个相互连接在一起的线圈元件；以及通过该多个线圈群组发送多通道第二射频信号到该感兴趣区域或者接收来自于该感兴趣区域的多通道第二射频信号。
15.如权利要求14所述的操作方法，其中该磁共振系统还包括多个第一控制开关，其特征在于该方法还包括如下步骤在通过该断开的多个线圈元件发送多通道第一射频信号到感兴趣区域时，闭合该多个第一控制开关中的至少一者；以及在通过该多个线圈群组发送多通道第二射频信号到该感兴趣区域或者接收来自于该感兴趣区域的多通道第二射频信号时，关断该多个第一控制开关。
16.如权利要求14所述的操作方法，其中该磁共振系统还包括多个第二控制开关，其特征在于该方法还包括如下步骤在通过该多个线圈群组发送多通道第二射频信号到该感兴趣区域或者接收来自于该感兴趣区域的多通道第二射频信号时，闭合该第二控制开关中的至少一者；以及在通过该断开的多个线圈元件发送多通道第一射频信号到感兴趣区域时，关断该多个第一控制开关。
17.如权利要求14所述的操作方法，其特征在于该方法还包括如下步骤获取该感兴趣区域的图像；以及基于该获取的感兴趣区域的图像信息确定作用到该多个线圈元件的输入信号的最优信号参数。
18.如权利要求17所述的操作方法，其特征在于该方法还包括如下步骤通过磁共振成像测量感兴趣区域的温度分布；判断该测量的温度分布是否满足预设的条件；以及当该该测量的温度分布不满足预设的条件时，调整该最优信号参数。
19.如权利要求17所述的操作方法，其特征在于该方法还包括如下步骤通过磁共振成像测量感兴趣区域的温度值；判断该测量的温度值是否满足预设值；以及通过该断开的多个线圈元件发送多通道第一射频信号到该感兴趣区域以对该感兴趣区域进行加热。
全文摘要
本发明揭示一种磁共振系统及其操作方法。该磁共振系统包括可以工作在第一模式和第二模式的多通道线圈组件。该多通道线圈组件包括多个线圈元件以及多个模式开关。该多个模式开关中的每一者以开关的方式连接在该多个线圈元件的至少两者之间。当该多通道线圈组件工作在第一模式时，该至少一个模式开关被操作以使线圈元件相互断开，该相互断开的线圈元件被配置成响应多个第一输入信号以发送第一射频信号。当该多通道线圈组件工作在第二模式时，该至少一个模式开关被操作以使线圈元件相互连接，该相互连接的线圈元件配置成响应多个第二输入信号发送或者接收第二射频信号。本发明还揭示了一种在磁共振系统中使用的线圈组件。
文档编号A61B5/01GK102551716SQ20101061298
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者杨兴, 杨德明, 胡国华, 褚旭 申请人:通用电气公司