专利名称：被提供有在利用子采样时形成影像的rf线圈的mri设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种MRI设备，用于在该MRI设备的成像体积中形成待检查病人的MR影像，该设备被提供有装置，用于在MRI设备的成像体积中产生均匀磁场，病人支撑，其具有在所述均匀磁场的方向上延伸的纵轴，至少两个RF接收线圈，用于接收源自对象的RF信号，所述RF接收线圈中的第一个具有与所述第一线圈的物理平面横向地指向的灵敏度矢量。
所提出的这种设备可从名为“Fast Imaging Method UsingMultiple Receiver Coils with Subencoding Data Set”、“Proceedings SMRM 1991”，p.1240中的出版物得知。所引用的出版物描述了一种利用磁共振的成像方法，并且在其中两个RF接收线圈被用作接收天线。该已知方法利用了这样的事实，即作为对所采集的磁共振信号的子采样的结果，需要较少的时间来采样对磁共振影像的所需尺度(视场)来说足够大的区域上的k空间。更具体而言，沿其进行采样的k空间中相应的线被选择以使其位于比所需空间分辨率所必要的大的k空间中的相互距离处。人们可以说在k空间中“线被跳过了”。作为这种“k空间中的线的跳过”的结果，需要较少的时间来采集磁共振信号。接收线圈影像在来自各个RF接收线圈的子采样磁共振信号的基础上被重构。这样的子采样减小了实际视场，因此在所述接收线圈影像中发生了后折(backfolding)或混淆(aliasing)伪影。磁共振影像是在RF接收线圈的灵敏度分布的基础上从接收线圈影像得到的，同时在很大程度上甚至完全从磁共振影像中消除了混淆伪影。磁共振影像由此被放大到所需视场。
消除混淆伪影的过程中应满足的重要要求是在RF接收线圈的灵敏度分布之间应仅存在小程度的相互依赖。后者对于在空间中完全重叠的相同接收线圈根本不是这样，并因此当所述线圈相互垂直地延伸时达到高程度。因此，系统的设计者和/或使用者将总是尝试以以下方式来安排RF接收线圈其位置和/或方位尽可能地接近灵敏度分布的所需相互独立性。
RF接收线圈应满足的另一个要求在于每个RF接收线圈的灵敏度矢量应尽可能垂直于MRI设备的成像体积中的均匀磁场而延伸。以上两个要求可被概括如下具有RF接收线圈的相互独立的灵敏度分布是理想的，这意味着灵敏度矢量不具有共同的大分量，并且所述矢量的方向亦具有均匀磁场方向上的大分量是理想的。而且，为了合适的信号产出(yield)，RF接收线圈应尽可能地配合待成像病人的身体的部分。
“Proceeding SMRM 1991”中的引用出版物中所述的MRI设备中的RF接收线圈基本上位于相同的平面中，因此有关小程度相互依赖的以上要求未被满足。
本发明的目的是提供一种用于在利用子采样方法时采集MRI影像的MRI设备，在该设备中RF接收线圈的灵敏度分布高度独立，并且RF接收线圈适当地配合待成像的身体的部分。
为此，依照本发明的MRI设备的特征在于所述至少两个RF接收线圈的第二个具有与所述第二线圈的物理平面基本上平行指向的灵敏度矢量。具有与所述第二线圈的物理平面基本上平行指向的灵敏度矢量的线圈本身是已知的；这种类型的线圈的实例是所谓的蝶形线圈，其有时被用在正交组合中以便于采集常规的(即非子采样的)MRI影像。本发明是基于对以下事实的认识这种线圈可有利地与常规RF接收线圈组合使用，所述常规RF接收线圈的灵敏度矢量与其物理平面横向而导向。当子采样方法被使用时，两个RF接收线圈的每个都被连接于其自己的RF接收通道，并且如去除所述影像伪影所需的，影像的组合仅在影像重构过程中发生。
在本发明的有利实施例中，所述至少两个RF接收线圈在空间中相互重叠。在该实施例中，两个线圈的每个的视场高度一致，因此在影像形成过程中两个线圈的信号的参与是最优的，并且信噪比达到其最佳值。
在本发明进一步的实施例中，MRI设备被提供有开关，其被连接于所述至少两个RF接收线圈并用来随意将RF信号施加给正交组合器或处理装置以便于处理子采样的RF信号以形成MR影像。该实施例有利地利用了RF接收线圈的存在，从而除了子采样MRI影像以外，还产生正交组合以便于采集常规的(即非子采样的)MR影像。由于所述开关的存在，操作人员可选择用于设备的两个选项之一。
依照本发明的MRI设备的另一个实施例被提供了至少两对线圈，其每对都由第一线圈和第二线圈组成，第一线圈具有所述第一线圈的物理平面的横向地指向的灵敏度矢量，而第二线圈具有与所述第二线圈的物理平面基本上平行指向的灵敏度矢量，所述线圈对在空间中至少部分地相互重叠。
已在放射学的实践中发现，实现对采集磁共振信号所需时间的进一步很大的减小是必要的。已发现，特别是对于借助磁共振成像方法以解剖学的快速移动部分，如待在分娩中被检查的病人的跳动心脏的高空间分辨率进行的成像，而且也对于MR血管造影术，显然需要对磁共振信号采集时间的很大减小。所述步骤使能使用较多对的线圈，其每个都具有其自己的信号处理通道，因此可实现采集时间的进一步按比例减小。
依照本发明的MRI设备的优选实施例被提供有隧道形孔，成像体积位于其中并且整体RF线圈被提供于所述孔的壁区，所述设备被提供有用于借助整体RF线圈形成第一MR影像的装置，所述设备亦被提供有通过借助子采样方法对所述至少两个RF接收线圈接收的RF信号进行采样而形成在解剖学上与所述第一MRI影像相同的MRI影像的装置，并且所述设备亦被提供有这样的装置，其用于比较第一MR影像的范围(zone)内的像素的平均强度值与第二MR影像的对应范围内的像素的平均强度值并用于在所述比较的基础上确定所述至少两个RF接收线圈的组合的灵敏度函数。
该实施例对于以下情况是特别有吸引力的RF接收线圈的物理平面可被变形以配合诸如膝关节的待成像的身体的一部分的形状。该线圈的变形改变了灵敏度分布从而使影像重构将不是最优的。由于整体RF线圈被安排在所述孔的壁区，即距离成像体积相对远，因此在RF接收线圈的区域处由该线圈产生的场将基本上是均匀的。这意味着该整体RF线圈的灵敏度分布在该体积内具有基本上为常数的值。然而，借助RF接收线圈形成的影像的强度(灰度值)由于降低的灵敏度分布而作为距该线圈的距离的函数而变化。为了校正该变化，可在实际影像之前借助整体RF线圈形成影像。该影像可用粗光栅，即用大像素形成，因此采集该影像所需的时间是短的。之后，用不放大的像素借助RF接收线圈形成实际的MRI影像。当确保实际影像中的像素的平均灰度值等于第一影像中的对应像素的灰度值时，由此将对RF接收线圈的灵敏度分布的变化进行校正。换句话说，该校正所需的因子是这些线圈的灵敏度分布的本地值；该分布对于在利用子采样时形成MRI影像必须是已知的。
以下将参照附图来详述本发明。
其中
图1是本身已知的磁共振成像设备的一般构造的示意性表示；图2a是单回路形式的RF线圈的示意性表示，即在侧视图中；图2b是单回路形式的RF线圈的示意性表示，即在平面图中；图3a是侧视图中的RF蝶形线圈的示意性表示；图3b是平面图中的RF蝶形线圈的示意性表示；图4示出待检查的病人和多对RF线圈，并且图5示出一个开关，用于连接到两个RF接收线圈以随意将RF信号施加给正交组合器或处理装置以便于处理子采样的RF信号。
如在图1中示意性地示出的磁共振成像设备包括用于在MRI设备的成像体积内产生均匀磁场的装置；这样的装置由用于产生稳定磁场B0的第一磁体系统1和用于第一磁体系统1的电源4形成。它亦包括用于产生磁梯度场的第二磁体系统2(梯度线圈系统)和用于梯度线圈系统2的功率放大器3。射频(RF)线圈5用来产生RF磁交变场；为此，它被连接于具有RF源6的RF发射器装置。RF线圈5亦可被用于检测待检查的对象(未示出)中由RF发射场产生的自旋共振信号；在此情况下，RF线圈被连接于包括信号放大器7的RF接收装置，并且亦提供了分离电路8，用于分离正向和返回信号业务。信号放大器7的输出被连接于检测器电路9，其被连接于中心控制装置10。中心控制装置10亦控制用于RF源6的调制器11、功率放大器3和用于影像显示的监视器12。RF振荡器13控制调制器11以及处理测量信号的检测器9。然而，当实施本发明时，检测待检查的对象中由RF发射场产生的自旋共振信号是通过利用至少两个表面线圈(未在图1中示出)来实现的，即通过可被直接安排在待检查病人的身体上的线圈；在此情况下，两个线圈均被连接于被提供有信号放大器7的RF接收装置。
具有冷却管15的冷却装置14被提供用于冷却第一磁体系统1的磁体线圈。被安排在磁体系统1和2内的RF线圈5围住成像体积16，在用于医学诊断测量的设备的情况下，该成像体积大到足以容纳待检查的病人或待检查病人的一部分，例如头部或颈部。稳定磁场B0、选择对象切片的梯度场和空间上均匀的RF交变场可由此被产生于成像体积16中。如果需要，线圈5可被屏蔽RF场的法拉第笼17围住。
为了实施本发明，中心控制装置10(未单独示出)被提供了采样装置，用于使用子采样方法来采样由RF接收线圈接收的RF信号。这样的采样装置可由用于中心控制装置10的经适当选择的软件形成。中心控制装置10亦被安排成在来自各个RF接收线圈的子采样的磁共振信号的基础上以已知方式重构接收线圈影像。这样的重构可借助可由中心控制装置10执行的经适当选择的软件来实施。
图2a(侧视图)和2b(平面图)示出在RF激励停止之后，对MR敏感的对象(待检查病人的身体的一部分)的横向磁化强度Mxy如何绕B0场的场线进行旋进运动。在图2a中，场B0的方向在附图的平面中延伸，而在图2b中，该方向垂直于附图的平面而延伸。单回路形式的RF线圈18以以下方式被示出其物理平面平行于B0的方向而延伸。横向磁化强度Mxy以拉莫尔频率绕B0进行旋进运动。在所示的坐标系中，总的横向磁化强度Mxy可被分解成其正交的分量Mx和My。一般而言，表面线圈可被配置成对一个分量或另一个分量敏感。Mx和My是随时间变化并且以拉莫尔频率振荡的，即有相当于90度的相互相位差的磁场。这些分量Mx和My在被安排于所述场中的表面线圈的导体中感应电流，所述电流通常以在相关线圈(未在图中示出)中提供的电容上的电压差的形式被测量。可替换的是，有可能通过串联连接前置放大器的输入与相关线圈来测量在所述导体中感应的电压；经放大的感应电压然后出现在该前置放大器的输出上。
单回路形式的RF线圈(单回路线圈)，如图2a和2b中的线圈18，专门对垂直于线圈物理平面而延伸的磁场敏感。在被示出于所述图中的情况下，RF线圈对旋进磁化强度Mxy的Mx分量敏感。换句话说，这种情况涉及一种RF接收线圈，其具有该线圈的物理平面的横向地指向的灵敏度矢量。通常被用作表面线圈的这种类型的RF线圈本身从现有技术中是已知的。
图3a(侧视图)和3b(平面图)示出了与图2可比的情况，尽管图3示出了不同类型的RF线圈，即所谓的蝶形线圈。蝶形线圈19以以下方式被示出其物理平面平行于B0的方向而延伸。这种RF蝶形线圈对平行于相关线圈的物理平面而延伸的磁场敏感。在图3a和3b中所示的情况下，蝶形线圈19被安排在图2的单线圈18的区域，因此磁化强度Mxy的My分量可由所述蝶形线圈19接收。换句话说，这种情况涉及一种RF接收线圈，其具有与该线圈的物理平面基本上平行指向的灵敏度矢量。这种类型的RF线圈本身从现有技术中也是已知的。
与本发明的思想一致，可借助两个线圈18和19同时接收RF信号，之后这些线圈的信号可以以本身已知的方式被组合以使所述线圈接收的RF信号可被用于借助子采样方法而重构所需的MRI影像。在此情况下，必要的是线圈的灵敏度矢量不具有共同的大分量；当这些线圈在空间中相互重叠时这是明显有利的。在此情况下，其灵敏度矢量相互较垂直或较不垂直地延伸以使两个线圈中的每个的视场高度一致。这使能了成像过程中两个线圈的信号的最优参与，因此在影像重构期间信噪比达到其最佳值。
图4示出待检查的病人与多对RF线圈。待检查的病人21被置于病人支撑上，该支撑具有病人台的台顶20的形式，该台顶可被移动到MRI设备的成像体积16(图1)中。四对RF线圈22、23、24和25被安排在病人的心脏区域。每对由第一RF接收线圈22a、23a、24a和25a以及第二RF线圈22b、23b、24b和25b组成，所述第一RF接收线圈具有相关第一线圈的物理平面的横向地取向的灵敏度矢量，所述第二RF线圈具有与相关第二线圈的物理平面基本上平行而取向的灵敏度矢量。线圈对22、23、24和25相互部分地重叠。每个线圈通过连接导体(未示出)连接于用于RF信号的进一步处理的设备。
已发现，特别是对于具有例如待检查病人的跳动心脏的MR影像的适当分辨率的形成，需要对磁共振信号所需采集时间的很大减小。当利用每对都具有其自己的信号处理通道的多对线圈时，实现了采集时间的进一步按比例减小。
图5示出一个开关，用于连接到两个RF接收线圈以随意将RF信号施加给正交组合器或处理装置以便于处理子采样的RF信号。这种开关的使用使能利用两种类型的RF接收线圈(即，一种类型具有线圈的物理平面的横向地指向的灵敏度矢量，而一种具有与线圈的物理平面基本上平行指向的灵敏度矢量)都存在的优点，从而除了子采样的MRI影像以外，还提供用于常规(即，非子采样的)MRI影像的采集的正交组合。作为所述开关存在的结果，操作人员可直接或通过设备的被编程的功能设置来选择两个选项之一。该开关可被安排在被连接于RF线圈的RF前置放大器的输出和正交模式所需的正交组合器的输入之间。
假定图5的开关被连接于一个RF蝶形线圈和单回路形式的一个RF线圈。依照图5的开关包括两个分支26和27，其每个构成用于所述RF线圈之一的输入；例如，蝶形线圈被连接于输入29，而单回路被连接于输入28。输入28和29亦分别构成RF前置放大器30和31的输入。前置放大器30和31的输出在其一侧上分别被连接于pin二极管32、33，并且在另一侧上分别被连接于pin二极管34、35和电感36、38的串联连接，电容37、39分别被并联连接于所述串联连接。pin二极管34和35的阳极构成开关的输出，其将RF信号施加给处理装置(未示出)以便于处理子采样的RF信号以形成MR影像。pin二极管32和33的阳极构成开关的输出，其将RF信号施加给输出组合的RF信号的正交组合器以便于进一步处理正交信号以形成MR影像。
开关的操作如下。当使四个pin二极管32、33、34和35的阳极相对于关联的阴极为DC正(通过未示出的控制电路)时，所述二极管变得导通。然而，LC组合36、37和38、39以以下方式配合在导通的二极管34和35存在的情况下，它们显示出对相关RF频率的并联共振，因此RF信号不分别通过分支26和27传导至输出41和42；在此情况下RF信号是通过二极管32和33施加给正交组合器40的。当使四个pin二极管32、33、34和35的阳极相对于关联的阴极为DC负时，所述二极管进入封锁状态。在此情况下RF信号不能通过二极管32和33传导至正交组合器40。当二极管34和35处于封锁状态时，由于其配合，电容37和39构成用于RF信号的导通通路。这些信号由此被传导至输出41和42，它们可从这里被施加给处理装置以便于处理子采样的RF信号。
权利要求
1.一种MRI设备，用于在该MRI设备的成像体积(16)中形成待检查病人(21)的MR影像，该MRI设备被提供有装置(1)，用于在MRI设备的成像体积中产生均匀磁场(B0)，病人支撑(20)，其具有在所述均匀磁场的方向上延伸的纵轴，至少两个RF接收线圈(22a、22b)，用于接收源自病人的RF信号，所述RF接收线圈的第一个(22a)具有所述第一线圈的物理平面的横向地指向的灵敏度矢量，以及采样装置，用于以子采样方式对RF接收线圈接收的RF信号进行采样，特征在于所述至少两个RF接收线圈(22a、22b)的第二个(22b)具有基本上指向平行于所述第二线圈的物理平面的灵敏度矢量。
2.权利要求1的MRI设备，其中所述至少两个接收线圈在空间中相互重叠。
3.权利要求1或2的MRI设备，该设备被提供有开关，其被连接于所述至少两个RF接收线圈并用来随意将RF信号施加给正交组合器(40)或处理装置以便于处理子采样的RF信号以形成MR影像。
4.权利要求1或2的MRI设备，该设备被提供了至少两对线圈(22、23)，其每对都由第一线圈(22a、23a)和第二线圈(22b、23b)组成，第一线圈具有所述第一线圈的物理平面的横向地指向的灵敏度矢量，而第二线圈具有与所述第二线圈的物理平面基本上平行指向的灵敏度矢量，所述线圈对在空间中至少部分地相互重叠。
5.前述权利要求之一的MRI设备，在该设备中，成像体积(16)位于隧道形孔中并且整体RF线圈(5)被提供于所述孔的壁区，所述设备被提供有用于借助整体RF线圈形成第一MR影像的装置，所述设备亦被提供有通过借助子采样方法对所述至少两个RF接收线圈(22a、22b)接收的RF信号进行采样而形成在解剖学上与所述第一MR影像相同的第二MR影像的装置，并且所述设备亦被提供有这样的装置，其用于比较第一MR影像的范围内的像素的平均强度值与第二MR影像的对应范围内的像素的平均强度值并用于在所述比较的基础上确定所述至少两个RF接收线圈的组合的灵敏度函数。
6.一种使用MRI设备在该MRI设备的成像体积(16)中形成待被检查的病人(21)的MR影像的方法，该方法包括步骤在MRI设备的成像体积中产生均匀磁场(B0)，将待检查的病人(21)安排于成像体积中以使其纵轴在所述均匀磁场的方向上延伸，在成像体积中和病人附近安排至少两个RF接收线圈(22a、22b)以接收源自病人的RF信号，所述RF接收线圈的第一个(22a)具有所述第一线圈的物理平面的横向地指向的灵敏度矢量，以及以子采样方式对RF接收线圈接收的RF信号进行采样，特征在于所述至少两个RF接收线圈(22a、22b)的第二个(22b)被选择以具有与所述第二线圈的物理平面基本上平行指向的灵敏度矢量。
7.权利要求6的方法，其中所述至少两个接收线圈在空间中相互重叠。
8.权利要求6或7的方法，在该方法中，至少两对线圈(22、23)被装配，其每对都由第一线圈(22a、23a)和第二线圈(22b、23b)组成，第一线圈具有所述第一线圈的物理平面的横向地指向的灵敏度矢量，而第二线圈具有与所述第二线圈的物理平面基本上平行指向的灵敏度矢量，所述线圈对在空间中至少部分地相互重叠。
9.权利要求6到8之一的方法，在该方法中，成像体积(16)位于隧道形孔中并且整体RF线圈(5)被提供于所述孔的壁区，其中第一MR影像是借助整体RF线圈形成的，其中在解剖学上与所述第一MR影像相同的第二MR影像是通过借助子采样方法对所述至少两个RF接收线圈(22a、22b)接收的RF信号进行采样而形成，并且其中第一MR影像的范围内的像素的平均强度值被比较于第二MR影像的对应范围内的像素的平均强度值并且其中所述至少两个RF接收线圈的组合的灵敏度函数是在所述比较的基础上确定的。
全文摘要
在利用对在待检查病人(21)中产生的RF信号的子采样时采集MR影像是已知的。这样的子采样方法需要至少两个RF接收线圈，其不应具有共同的其灵敏度矢量的很大分量。依照本发明，至少两个线圈(22a、22b)被使用，第一个(22a)具有与其物理线圈平面基本上横向而延伸的其灵敏度矢量，而第二个(22b)具有与其物理线圈平面基本上平行而延伸的其灵敏度矢量。线圈由此可接近病人表面而被放置，而不相互干扰。它们可以以其平面与主磁场Bo平行而取向的方式被安排。而且，线圈可被安排成基本上重叠以使它们提供相同的视场。
文档编号G01R33/561GK1545626SQ02816308
公开日2004年11月10日 申请日期2002年8月2日 优先权日2001年8月22日
发明者H·M·M·克里梅斯, H M M 克里梅斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司