专利名称：退化的笼式线圈和发射/接收装置及方法
技术领域：
本发明涉及磁共振成像(MRI)技术。该技术特别适合与孔型MRI扫描机相结合应用，并将特别参考孔型MRI扫描机进行描述。然而，应被理解，本发明也可用于其它类似应用和其它类型的MRI扫描机。
通常，在MRI中，基本均匀的、时间恒定的主磁场B0建立在一个检查区域中，被成像对象被置于该区域中。通过磁共振射频激励和操作，该对象体内被选定的磁偶极子(通过RF脉冲)被倾斜到横切该主磁场区域的一个平面内，从而可以进动和共振，在不受磁共振射频激励和操作的情况下，这些磁偶极子与主磁场对准。然后，该共振偶极子可以衰减或者根据该主磁场重新排列以引起磁共振(MR)回波或MR信号。组成该MR信号的各种回波通过该主磁场中建立的磁场梯度被编码。来自该MRI扫描机或装置的原始数据被收集到一个通常称为K空间的矩阵中。一般地，每个回波被多次采样来生成K空间中的数据线或一行数据点。最后，应用傅立叶反变换或者其它已知的变换，从该K空间数据重建该对象的图像表达。
通常，当对相对较大区域(例如躯干)成像时，在RF发射和接收模式中应用了整个身体的射频线圈。区别在于，当对头部、颈部、肩部或者其它相对较小区域成像时，通常局部线圈结合整个身体的发射线圈被用作RF接收线圈。应用局部线圈的一个原因是将该局部线圈靠近被成像区域改善了信噪比和分辨率。
在一些过程中将局部线圈用作RF发射也是有益的。一个好处是，和来自人体线圈的RF相比，在RF发射过程中应用局部线圈可以减少吸收比(SAR)和体内伴随产生的热量的影响。
MRI扫描机中应用的一种局部线圈被称为“鸟笼”线圈。用于接收MR信号的所谓鸟笼RF线圈是公知的。例如，参见美国专利第4680548号。通常，鸟笼线圈是圆柱形并且包含由偶数个棒或者轴向导体连接的两个导电端回路或环，该棒或轴向导体将两端环分为两个定义在二者之间的弧或者段。这种结构使得这种RF线圈具有鸟笼的形状。相应地，“鸟笼”一词通常是指这种几何形状。
这种鸟笼线圈通常具有许多不同的共振频率。每个共振频率与不同的共振模式有关。通常，该鸟笼线圈在选定的共振模式下运行，以在该线圈内部得到(i)尽可能均匀的场分布(在用作发射器线圈的情况下)；和/或，(ii)位置无关的恒定灵敏度(在作为接收线圈的情况下)。灵敏度的位置无关是有利的，特别是在与该线圈轴正交的平面内，因为它为接收到的来自MR信号的图像的重建提供了便利。
参见图2，描述了鸟笼线圈的电学特征，图2示出了各种共振频率(纵坐标)和共振模式(横坐标)。原理上，鸟笼线圈可以被看作是具有多个共振模式或共振频率，这些共振模式或共振频率的个数等于将端环连接在一起的引脚或轴向导体数量的一半。因此，具有八个引脚的鸟笼有四个不同共振频率和四种不同的共振模式(具有不同的场分布或不同的位置相关的灵敏度)。与该线圈的给定比例有关的共振频率和共振模式由虚线曲线相互连接。假设建造了一个八个引脚的鸟笼，不同鸟笼线圈类型可以区分如下a)低通类型特征在于该端环没有电容，从而仅有该环的单个弧或段的局部分布的电感是激活的。有四种不同的共振频率，最低共振频率与发生在该线圈包围的区域内的均匀场分布或灵敏度的共振模式有关，因此，推荐使用这种模式。处于更高共振频率的其它共振模式的场分布不太适合，因此通常没有应用。这一类型线圈的曲线参见图2中的LP。
b)当仅在端回路中有电容时就形成了高通类型，而引脚不包含电容并由连续导体组成从而只有单个引脚的局部分布的电感是激活的。这种类型也有带有四种共振模式的四种共振频率，然而，优选共振模式位于最高频率。这一类型线圈的曲线参见图2中的HP。
c)带通类型在两个端环和轴向引脚中都有电容。如美国专利第4680548中所述，例如，“高通”和“低通”特性可以被赋予这种带通类型，取决于该引脚或该端环中的电容是否表现出电感(各自的另外一部分表现的特性是电容)。
上述具有低通特性的带通类型的曲线参见图2中的BP1，优选共振模式(具有局部均匀灵敏度)位于最低共振频率。具有高通特性的带通类型的曲线参见图2中的BPh，优选共振模式位于最高共振频率。
也有具有优于这种鸟笼线圈的信噪比的线圈阵列(也被称为相控阵线圈，通常由多个重叠的平面子线圈组成)。因此，这种线圈被用于在鸟笼几何形状中获得与线圈阵列有关的优点。
例如，美国专利第6043658号(第’658号专利)介绍了一种带通类型的鸟笼线圈，在该轴向引脚和两个端环中都包含电容。然而，这些电容是均衡的从而没有出现高通或低通特性，而是寻求图2中曲线BPd所示的特性，其中所有共振模式都出现或者基本收敛于同一频率。在Troop召开的医学磁共振学会第11届年会论文集(1992)的论文“混合鸟笼谐振器”中，这一特性被称为“退化”。因此，具有向共同频率(名义上被称为该线圈的退化频率)收敛的共振频率的带通类型鸟笼线圈被称为退化的鸟笼线圈。
该’658号专利认为，通过适当选择两个端环和互连的轴向引脚中的电容从而使其适当均衡，具有给定比例或尺寸的带通类型鸟笼线圈的其它的多个共振频率可以退化到单个共振频率。在这一退化的共振频率，组成鸟笼的单个相邻的网格被相互解耦。由于这一解耦，这些网格可以有效运行或者作为一个线圈阵列被操作，并且从单个网格接收到的MRI信号可以按照相似方式被独立处理。注意，单个网格是指两个相邻的轴向引脚或者导体和位于它们之间的两个端环或回路的圆弧或部分。
优选地，根据第’658号专利所述，可以从各自单个网格接收到的单个MR信号重建公共图像，其中该公共图像具有相对较高的信噪比，尤其是在该线圈中靠近这些网格的区域处。换句话说，单个网格具有位置相关的灵敏性，即，来自临近该网格区域的信号具有相对较高的灵敏度，来自更远区域的信号具有相对较低的灵敏性。例如，当从单个网格接收到的单个MR信号形成总体图像时，与其它的传统方式操作的鸟笼线圈相比，在外部区域可以获得系数高2到4的信噪比，而在其中心则具有和传统线圈操作基本相同的值。
虽然引用了上述专利，但是仍需要进一步改进。例如组成相控阵的单个线圈之间的最小耦合的重要性在该技术领域中被很好地理解。类似地，退化的鸟笼线圈也需要在网格之间具有更加最小化的耦合。换句话说，网格之间更大的绝缘是有利的，并且不但对于直接相邻的网格，而且对于更远的网格(即下一相邻网格或临近网格附近的网格)。传统退化鸟笼线圈通常提供不优于大约10dB的绝缘，并且通常该网格仅被相对其直接临近网格被有效解耦。另外，需要其它的多个共振频率收敛或退化到彼此之间的区别在较小百分比之内。相比之下，传统的退化鸟笼线圈，可以仍具有不像所希望的那样很小的频率分布。通常，传统的退化鸟笼线圈在共振频率中可以具有大于5％或更大的频率范围。同样值得注意的是，困难在于调整退化鸟笼线圈以获得所需运行特性。开发一种用于更容易地调节该线圈的装置以解决这一困难是有利的。相应地，希望有一个附加自由度并为适当调节提供便利。
退化的鸟笼线圈在并行图像技术例如SENSE和SMASH成像以及其它应用中特别相关。例如SENSE是基于多个RF线圈和接收器的应用。应用多个线圈单元，只需作出有限个数的相位编码步骤利用同一分辨率来测量视图的同一区域这样减少的获取时间等于线圈单元数量。然而，不像相控阵线圈，该线圈单元没有被用于覆盖单独的解剖区域。而是被用于同时测量同一区域，由此单个线圈单元灵敏度被用于对相位编码步骤的减少进行校正。
通常，交替利用第一RF线圈(例如人体线圈)和第二线圈(例如退化的局部鸟笼线圈)，通过向检查区域发射RF信号并从检查区域接收RF信号来收集灵敏度信息。当第一RF线圈接收信号时，第二线圈被从该MR系统解耦。类似地，当第二RF信号接收信号时，第一线圈被解耦。从两个线圈接收的信号中获取与第二线圈有关的灵敏度信息并用于仅从第二线圈接收到的信号重建图像。
本发明提出了一种新的改进的鸟笼线圈和技术，从而克服了上述和其它问题。
根据一个方面，公开的鸟笼线圈系统结合磁共振成像装置应用。鸟笼线圈包含第一和第二导电回路，且多个第一导体棒布置于与之电力连接的第一和第二导电回路之间。提供了一种开关装置用于至少在RF发射模式和RF接收模式之间对该鸟笼线圈进行转换。在RF接收模式中，该鸟笼线圈被调整用作相控阵RF接收线圈。
根据另外一个方面，公开了一种结合磁共振成像装置应用的鸟笼线圈。该鸟笼线圈包含第一和第二导电回路，置于第一和第二导电线圈之间并同时电力连接的多个第一导体棒，和与第二导电回路隔开并在射频连接到第二回路的第三导体。
一个优点是降低了局部吸收率。
另外一个优点是能够完成并行成像技术，例如SENSE。
另一优点是改善了线圈效率。
然而另外一个优点是改善了退化的鸟笼线圈的网格的绝缘性。
在阅读并理解了优选实施例的下述描述后，本发明的进一步的优点对于那些本领域技术人员来说将是显而易见的。
本发明的实现可以是通过各个部分和各个部分的布置，并以各种处理操作和处理操作的安排。附图仅用于示出优选实施例，并非被看作是对本发明的限制。
图1是描述了磁共振成像装置的示意图。
图2是有助于描述鸟笼线圈的各种操作类型的图。
图3是描述鸟笼RF线圈的示意图。
图4是用于发射RF信号到鸟笼线圈的布置示意图。
图5是用于将MR信号从鸟笼RF线圈馈送到处理信道的布置示意图。
图6是用于将MR信号从鸟笼RF线圈馈送到处理信道的另一布置的示意图。
图7A、7B、7C和7D一起形成了表示鸟笼RF线圈中电流的平面图。
图8是用来来提供射频接收网格阵列的图3的鸟笼线圈的连接示意图。
图9是描述鸟笼射频线圈的另一典型实施例的示意图。
图10是描述鸟笼射频线圈的另一典型实施例的示意图。
图11是描述鸟笼射频线圈的另一典型实施例的示意图。
图12是类似于图3中线圈的鸟笼线圈的平面图，其中每个线圈回路与单独的发射/接收开关相连。
图13是图12的其中一个发射/接收开关的示意图。
参见图1，描述了一种MRI扫描机。主磁场控制器10控制主磁场磁铁12，例如超导或电阻磁铁。主磁铁12被控制用于生成基本均匀、稳定的主磁场区域B0，在检查区或区域14中该主磁场区域B0具有预期的强度，例如|B0|＝3.0Tesla，其中被检查者被放置在该检查区域中。如图所示，检查区域14具有圆柱形内径，但也可以采用其它形状如开放区域检查区。典型地，B0在Z轴方向上被设定，Z轴是检查区14的纵向中轴。
脉冲序列被存储在序列存储器32中并被序列控制器30执行。序列控制器30控制梯度脉冲放大器20并根据需要控制第一和第二RF发射器24、25。更具体地，序列控制器30控制梯度脉冲放大器20和该发射器来产生多个MRI脉冲序列，这些脉冲序列生成并梯度编码(即，切片、相位和/或频率编码)最终被接收和采样的MR信号。
梯度脉冲放大器20将电流脉冲应用于选定的梯度线圈22来沿着与检查区域14的正交轴创建磁场梯度。这些磁场基本上在与B0同一方向上延伸，但分别在x、y和/或z方向上具有梯度。
数字射频发射器24向第一RF线圈26发射射频脉冲或脉冲包以发射RF脉冲到该检查区域，该第一RF线圈26是(例如)全身鸟笼RF线圈。典型的射频脉冲由一组直接相邻的短时脉冲段相互结合起来而组成，并且任何被应用的梯度实现一个选定的磁共振操作。这些RF脉冲在该检查区域14中在由该磁场强度和感兴趣的磁偶极子的回转磁常数所决定的Larmor频率处建立了一个B1磁场。对于具有强度为1.5Telsa的磁场来说，这一频率通常大约是63.8MHz，对于具有强度为3.0Tesla的磁场来说，这一频率大约是128MHz，等等。该RF脉冲被用于在该检查区域的选定部分中充满该区域、激发共振、反磁化、重新聚焦共振、或者另外操作共振。
在该检查区域中布置了第二RF线圈16，并且可选地可以由第二RF发射器25控制来有选择地在检查区域14中生成RF脉冲。如图1中所述，第二RF线圈16是一个鸟笼头部线圈。和第一RF线圈26一样，这些RF脉冲在该检查区中建立了一个B1磁场。
不管采用何种RF发射器，典型的射频脉冲由一组直接相邻的短时脉冲段相互结合起来而组成，并且任何被应用的梯度实现一个选定的磁共振操作。可选采用的MRI脉冲序列为二维(2D)或三维(3D)成像生成MR信号。可选采用的MRI脉冲序列包含任意的多个单回波或多回波成像序列。可以应用任意个现有的MRI技术进行成像，例如区域回波(FE)成像、旋转回波(SE)成像、回波平面成像(EPI)，回波体积成像、梯度和旋转回波成像(GSE)、快速旋转回波(FSE)成像、单个摄影FSE成像、三维体积FSE成像、并行成像技术(例如灵敏度编码(SENSE)、空间谐波同时获取(SMASH)等)和/或类似技术。在2D成像的情况下，感兴趣区域表示穿过被成像对象的2D横截面切片。在3D成像的情况下，感兴趣区域表示被成像对象的3D体积。
从检查区域14产生的磁共振信号被RF接收线圈接收，该RF接收线圈被置于靠近该检查区域。可选地，该RF接收线圈可以是人体RF线圈26或局部RF线圈16。第一接收器38从全身RF线圈26接收磁共振信号并将该信号解调到多个数据线。如果该接收器是模拟的，第一模数转换器40将每个数据线转换成数字形式。可选地，该模数转换器被置于射频接收线圈26和接收器38之间用于数字接收器。
第二接收器34从局部RF线圈16接收磁共振信号并将该信号解调到多个数据线。如果接收器34是模拟的，局部模数转换器40将来自局部接收器的每个数据线转换成数字形式。并且，该模数转换器可以位于数字接收器上游。来自接收器38、34的数据线被设置并存储在数据存储器42中。
应理解到，局部线圈16被细分为多个部分或网格(例如8个)，每个部分与第二接收器34相连。因此，第二接收器34可以包含多个接收器和有关的模数转换器，例如，局部线圈16的每个网格包含一个接收器和与之有关的模数转换器。可选地，可以采用单个多通道接收器。
重建处理器应用傅立叶反变换或其它适合的重建算法将该数据线重建成图像表达。该图像可以表示穿过该患者的平面切片、并行平面切片阵列、三维体积或类似物。随后该电子图像表达被存储在图像存储器52中，其中该图像可以由视频处理器54有选择地访问，该视频处理器54将切片、投影、或者该图像表达的其它部分为显示器(例如提供了合成图像的人可读显示的监视器56)转换成适合的形式。
参见图3，更加详细地示出了局部RF线圈16。局部RF线圈16可以被用作发射/接收鸟笼线圈从而可以作为正交发射线圈和相控阵接收线圈。如图所示，该相控阵包含八个独立的线圈或网格。另外，局部RF线圈16能够从MR系统为序列解耦其中仅有身体RF线圈26被用作接收线圈。
如图所示，局部鸟笼线圈16被创建从而通常是相对于沿z方向延伸的对称轴成轴对称，并包含与该对称轴同轴排列并处于由此基本正常延伸的平面内的第一、第二和第三射频导体或回路81、82和83。在所示的实施例中，该回路基本是等直径的。第一和第二导体回路81和82通过第一导体棒80被电力互连。如图所示，共有八个棒80，但可以使用其它偶数个类似的导体。每个棒80包含第一棒电容C1。第一和第二回路81和82被分成位于其各自与棒80的连接之间所定义的部分或圆弧。第一导体回路81的每一部分包含一个调谐电容C4和一个匹配电容C5。类似地，第二导体回路82的每一部分包含第二回路电容C2。两个相邻的棒80和位于棒之间的回路81和82的部分定义了一个单个的网格。
在所示实施例中，末端导体是一个回路。然而也可以采用其它末端导体，例如末端帽或盘，其它电容或反馈电路和类似物。
第三回路83通过第二导体棒84与回路82电力互连。如图所示，有八个第二导体棒84，然而也可以使用其它偶数个类似导体。第二棒84在数量上与第一棒80相等，并且，它们基本在和第一导体80相同的位置与第二回路82相连。可选地，第一和第二导体棒80和84形成单个基本呈直线并与回路82电力相交的导电单元，而其末端分别电力连接到第一和第三导体81和83。每个第二导体棒84包含一个第二棒电容C3。可选地，置于第三导体83中的是涡流电容C6来访问线圈16中建立的梯度涡流电流。
转到图4，示出了第一导体回路81的端视图，连同此页中单个第一导体棒801，802，......808。为了正交发射，第二(即局部)RF发射器25与正交分离器相连用于生成两个基本具有90度相位关系的RF发射信号。这两个RF信号通过第一和第二同轴电缆220、225被发射到局部RF线圈16，如图4所示。第一同轴电缆220与第一半波长同轴电缆200耦合，第一半波长同轴电缆200在线圈81上的两个馈电点201、202连接到局部RF线圈16。这两个馈电点与第一导电棒802和806电力连接。第二同轴电缆225与第二半波长同轴电缆210电力耦合，第二半波长同轴电缆210在馈电点211和212与局部RF线圈16电力连接。这后两个馈电点与第一导体棒804和808电力连接。虽然图4中示出了四点馈给布置，但是可以仅应用两个馈电点，或可选地实施多于四个馈电点。
图5示出了如何从单个网格中获得接收到的RF信号。同时示出了第一导体回路81的端视图。每个电容C5作为匹配电容，跨接其间的是一个平衡-不平衡变压器300。该平衡-不平衡变压器是蝶形平衡-不平衡变压器或者平衡-不平衡变压器的另外的合适形状。注意，为清楚起见，图5中未示出C4电容，并且仅示出了两个输出装置。应理解到，其它C5电容具有类似的输出装置。
每个平衡-不平衡变压器通过提供了前置放大器隔离的电容C8安装到高阻抗放大器或前置放大器310上。由于每个电容C5仅与各自网格有关，跨越特定C5电容的电压表示那个网格感应的MR信号。从C5电容得到的MR信号随后通过各自的放大器310被应用于第二(即局部)RF接收器。
参见图6，示出了一种可选的馈电布置，有利地减少了所用处理信道320的个数。也就是说，图5的实施例应用的处理信道数量等于该线圈中所采用的网格个数，而图6的实施例应用的处理信道320的数量少于线圈16中所采用网格个数。注意，为清楚起见，图6中未示出C4电容，并且仅示出了两个C5电容的馈电布置。应理解到，其它C5电容具有类似的馈电布置。
图6示出了一个实施例，其中一对处理信道320被合并，因此仅应用了图5实施例中所用处理信道320个数的一半。然而更多处理信道320也可以用类似方式被合并。
如图6所示，来自两个相邻网格的MR信号通过各自的放大器310被应用于移相器330(例如组合线路)的输入。组合线路330用可调节的相移将出现在其两个输入端的信号相加。随后，组合线路330的输出信号由处理信道320处理。从来自单个处理信道320的MR数据形成的图像在这一区域中具有可达到的最优信噪比，该区域的位置依赖于用来组合来自两个网格的MR信号的相位。因此，通过改变相位位置，这一最优值可选地可以移动到优选区域。
继续参见图3-6和更详细参见图7，在平面图中示出了局部鸟笼线圈16的线路。应理解到，在操作中，该线圈绕纵轴形成，从而图7左面的点A、B、C和D连接到图7右面的点A、B、C和D，因此形成了通常的圆柱形鸟笼线圈16。
除了具有实际上位置相关的灵敏度(例如退化的鸟笼线圈)以外，可能希望具有这样的线圈，即在检查区14中具有基本均匀的灵敏度，例如可以通过常规鸟笼线圈而获得。为此，通过开关装置，例如可控开关(如PIN二极管D1或类似物)，第一导体棒80中的电容C1和第一和第二导体回路81、82可以被可选地转换，该可控开关与各自电容并行布置或桥接各自电容，从而当开关闭合时使同一电容短路。通过有选择地闭合或打开各自的开关，从而可以得到不同电力特性的鸟笼线圈。相应地，可以在不同类型的鸟笼线圈之间进行转换(即发射、接收、低通、高通、带通或退化，或解耦)而无需交换物理线圈。
相应地，在每个第一导体棒80内，第一棒PIN二极管D1与电容C1并行布置。如图所示，在临近的棒内的PIN二极管彼此之间是以相反方向布置。在第一导体回路81的每段内是与匹配电容C5并行布置的匹配PIN二极管D5。第一和第二半波长同轴电缆200、210通过发射PIN二极管D6和发射匹配电容C9连接到其各自的馈电点201、202、211、212。如图所示，该发射同轴电缆接地到基环85。基环85内布置有第二涡流电容C7来处理该线圈内的涡流电流。该开关装置基于施加在笼式电压输入V1和前置放大器电压输入V2上的DC偏压在发射、接收和解耦模式之间进行转换。
在局部鸟笼RF线圈16的一个实施例中，棒导体80、84和导体或回路81、82、83包含具有宽度约1.0cm和厚度约0.009cm并布置在适于电力绝缘的圆柱形支撑单元上的铜带。在用于解剖学成像的特定应用中，例如对头部成像，第一棒80的长度约12cm，该导体回路的直径约25.0cm。在其它应用中，第一棒导体80的长度可以是大约24.5cm，且该回路的直径可以是大约23.0cm。第二棒导体84的长度可以是大约2.0cm，并且可选地长度可以小于1.0cm。在任何情况下，此处所指的尺寸仅是示例并且可以被适当改变到不同尺度以适于特定应用。
电容被选择用来获得所需水平的共振频率衰减和网格之间的绝缘。在一个实施例中，线圈16的共振频率收敛或衰减至彼此之间的差别少于5％以内。在另一实施例中，线圈16的共振频率收敛或衰减至彼此之间的差别少于2％以内。通过加入前置放大器解耦装置，网格绝缘可以大于20dB。
例如，在一个实验中使用创建了上述铜带尺寸的鸟笼线圈16，具有八个长度为24.5cm的第一棒导体80，回路直径23.4cm的导体81、82和83，和八个长度为2.0ch的第二棒导体84，以及C1＝45.8pf，C2＝56pf，C3＝4.7pf，且C4+C5＝56pf，测量得到的正常模式频率的范围大约是980kHz，中心频率大约是65MHz，并且带有前置放大器解耦时达到的绝缘大于18dB。相应地，已经发现，以所提供的方式加入第三线圈或导体84能够支持改进的网格绝缘和共振频率衰减。进一步地，第三回路或导体83提供了用于调谐该线圈的附加的自由度。
注意，在该实验示例中电容C4和C5被合并称为单个第一环路电容。可选地，在实际应用中，它们被合并。然而当二者分离时，C5电容作为匹配电容用于为接收器信道320馈电，并且C4电容用作微调该线圈的装置。
操作中，在检查区域14中生成主磁场B0，被检查对象置于该磁场中。应用一系列RF和磁场梯度脉冲以反转或激发磁偶自旋、感应磁共振、重新对焦磁共振、操作磁共振、空间和其它编码磁共振，使自旋饱和和类似方式来生成MRI脉冲序列。更具体地，梯度脉冲放大器20将电流脉冲应用于选定或成对的梯度线圈22来沿着检查区域14的x、y和z轴创建磁场梯度。整体RF发射器24驱动整体RF发射线圈26来发射RF脉冲或脉冲包到检查区域14中。可选地，局部RF发射器25以类似方式驱动局部RF线圈16发射RF脉冲或脉冲包到检查区域14中。
根据上述RF发射，在第一模式操作中，局部鸟笼线圈16发射RF脉冲到检查区域中。当局部RF线圈以发射模式被应用时，该线圈作为正交发射线圈被操作。在该发射模式中，笼式电压输入V1和前置放大器电压输入V2被施加负电势。在V1和V2处的这一负电势使得发射PIN二极管D6、匹配PIN二极管D5、第一棒PIN二极管D1和前置PIN二极管D7被正向偏置。得到的线圈结构是四点馈电高通鸟笼。该鸟笼的馈电通过发射PIN二极管D6被连接到该线圈。匹配二极管D5短路了接收调节电感线圈L5和匹配电容C5，如图7所示。当保护电平被施加到前置放大器310时，这样作可以对鸟笼进行调谐。第一棒PIN二极管D1短路了第一棒电容C1使得该线圈成为一个高通鸟笼。前置放大器二极管D7短路了前置放大器310的输入，为该前置放大器提供了另一保护电平。第三导体或回路83(支持退化鸟笼模式)在这一模式下的影响微乎其微。射频扼流圈PRF和隔直流电容C-DCBlock用来保证适当的DC偏压。正交分离器230提供了两个成九十度的发射信号来正交激发该鸟笼。
不管采用的是何种MRI脉冲序列和技术，序列控制器30协调生成MR信号的多个MRI脉冲序列，该MR信号最终从该检查区域被接收。对于选定的序列，接受到的MR信号的每个回波被第一RF线圈26或局部RF线圈16接收。
在局部RF线圈16被用来从该检查区域接收该信号的情况下，该局部线圈以第二操作模式运行。在这一模式下，局部RF线圈16被用作相控阵接收线圈，该相控阵接收线圈包含(例如)八个回路线圈或网格。在笼式电压输入V1和前置放大器电压输入V2的DC偏压是正的，因此为所有二极管施加反向偏压。在这一模式下，在第二棒电容C3、第二回路电容C2、第一棒电容C1、调谐电容+接收调谐电感L5和匹配电容C4选定了正确的电抗，来生成退化的八通道鸟笼。关闭发射PIN二极管D6使得发射部分与该鸟笼完全绝缘。所有八个回路线圈被充分绝缘并可以被用来分隔接收器，如图5所示，用于最优SENSE或其它并行处理成像。可选地，该信号在前置放大器输出可以被合并为一到八的任何个数，如图6所示。
在第一RF线圈26被用来从该检查区域接收该信号的情况下，该局部线圈以第三操作模式运行。在这一模式下，局部RF线圈16被从该MR系统解耦，因为仅当第一RF线圈26被用来从检查区域14接收RF信号时才需要局部RF线圈16与MR系统的耦合。在这一模式下，笼式电压输入V1处的DC偏压是正的，而在前置放大器电压输入V2处的DC偏压是负的。相应地，所有笼式二极管都处于接收或退化模式，而前置放大器二极管D7都被施加偏压。前置放大器电容C8被选定从而匹配电容C5、同轴平衡-不平衡变压器300和前置放大器电容C8的组合在匹配电容C5得到一个高阻抗。这样就对局部RF线圈16解耦，从而允许第一RF线圈26的RF接收。
不管哪个线圈用作RF接收线圈，接收到的MR信号都被有关的RF接收器38、36和模数转换器40、36多次采样，从而得到表示每个回波的数据线或采样数据点的阵列。这一未经处理的MR信号随后被加载到该MR数据内存或缓冲区42中。该MR数据存储器表示通常被称作k-空间的数据矩阵。基于对每个回波的特定梯度编码，相应的MR数据被映射或者被赋予k-空间中的一个位置。
通过应用傅立叶反变换或其它适合的重建算法，重建处理器50将该数据重建到图像表达中。随后该电子图像表达被存储在图像存储器52中，视频处理器54可以有选择地访问图像存储器52中的图像，视频处理器54将切片、投影或该图像表达的其它部分为显示器(例如提供了合成图像的人可读显示的监视器56)转换成适合的格式。
基于包含八个导体80、84即八个网格的实施例已经描述了线圈16。然而，也可能使用不同的偶数个导体或网格，例如6个或32个。在第三线圈或导体83的部分或圆弧中加入电容也是有利的，特别是当网格数量在8个到16个之间的情况下。类似地，第四或更多导电回路可以有利地以类似方式添加到第三回路83中，特别是在该网格个数在32个左右的情况下。第四或更多添加的导电回路可以被添加到线圈16的任意一端。然而，由于物理限制，优选地将第四或更多导电回路添加到与第三导体83相同的一端，从而使得导体81可以自由地将该MR信号馈送到该处理信道。第四或额外回路的引入，虽然增加了复杂度，但是也具有为线圈调谐增加了更多自由度的有利影响。
参见图8，示出了作为接收线圈阵列的线圈16的连接示意图。MR信号被线圈16接收。线圈16被细分成多个部分或网格(所示线圈16中是八个)，每一部分都被连接到单独的信号处理信道400，在图8的布置中由短划线示出。在每个处理信道400中，接收到的MR信号被解调、解码并数字化以生成表示由各自网格覆盖的区域中的核磁分布的MR信号。例如，通过傅立叶反变换和/或其它适合的算法，各自的MR信号由重建装置402被重建和/或合并以生成表示在线圈16包围的对象和/或空间中核磁偶极子分布的图像。在重建之后，该图像被格式化用于在显示器404上显示，例如视频监视器或其它人可观看的显示器或能够有选择地提供该合成图像或图像的描述的输出设备。可选地，该格式化图像可以是表面透视图、3D体积、2D剖面图或该对象的其它可视表达。每个处理信道400可选地包含一个用于解调、解码和/或数字化其相应网格探测到的MR信号的接收器。可选地，应用单个多信道接收器。
参见图9，示出了退化鸟笼线圈16’的一个可选实施例。在这一实施例中，省略了第二导体棒84和与之有关的电容。换句话说，在线圈16’中第三导体回路83没有通过物理电源接头电气连接到导体回路82。而是第三导体回路83被排列得尽量靠近导体回路82从而在那里被电容和/电感耦合。这一电容/电感耦合代替了第二导体棒84及与之有关的电容。另外应理解到，当第三回路83在回路82旁边被示出时，第三回路83可选地具有略小于或大于回路82的直径从而回路83可以与回路82同心布置。如果被置于回路82里面，例如，导体83可以是回路或圆盘。
图10示出了退化鸟笼线圈16”的另外一个实施例，其中第二导体棒被保留，而省略了导体棒84”的电容C1，并且其中具有感应系数L1的电感线圈已经被加到第三导体回路83”的部分中。
为了达到类似的效果，在退化鸟笼线圈16的另外一个实施例中，第三回路83被完全省略并且L1电感线圈与C2电容并行布置，如图11所示。然而，省略第三回路83去除了第三回路和第二回路82的相互耦合，并且对用于由附加第三回路得到的线圈调谐的附加自由度产生不利影响。
参见图12和13，退化鸟笼线圈516与鸟笼线圈16类似，该退化鸟笼线圈516包含第一导体棒580，第一、第二和第三导体或回路581、582、583和第二导体棒584。和鸟笼线圈16中一样，选定导体棒580、584和导体回路581、581的电抗从而鸟笼线圈516是一个退化线圈其中由临近的棒580和回路581、582的连接部分定义的网格基本上至少与最近的和次近的相邻网格解耦。每个网格与用于操作该网格的单独的发射/接收(T/R)开关590有效连接。选定线圈516的棒、线圈和分流器电容C-Rung，C-Ring和C-Shunt的系数以在工作频率处产生回路对回路的高绝缘性。对每个网格应用单独的T/R开关590允许独立控制不同网格中的电流。该退化线圈基本与最近的临近网格解耦。和两回路退化鸟笼线圈相比，第三导体回路583的应用提供了基本上改进的网格绝缘性。第三回路导体583基本上降低了次临近射频耦合。和退化的两回路鸟笼线圈相比，改进的绝缘性提供了更优的效率和对单个网格中电流的改进的控制。
参见图12，标记“接R[]”，其中[]的范围是1-8，表示连接到用于接收磁共振信号的射频信号接收器R1-R8。类似地，标记“接T[]”，其中[]的范围是1-8，表示用于有选择激励射频线圈516的选定网格的射频信号发射器T1-T8。
图13示意性示出了其中一个T/R开关590的细节。在发射周期中，转换偏压600被施加到电感线圈601的一端来将发射器输入602与射频屏蔽阱有效连接并因此而与鸟笼线圈516的耦合线圈网格的匹配电容C-Match有效连接。在接收周期中，转换偏压600被接通从而PIN二极管606将发射器输入602与阱604绝缘，并且由鸟笼线圈516的耦合线圈网格拾取的磁共振信号通过四分之一波长发射线610、612被发射到前置放大器614，前置放大器614产生馈送给接收器耦合616的调节信号。
利用具有由第一、第二和第三导体回路581、582和583提供的对单个网格的高绝缘性的退化鸟笼线圈516，连同单独操作每个独立网格的T/R开关590，可以在各种模式下操作线圈516。例如，通过对该发射器信号进行适当的相对相位调整，线圈516可以被用作体积谐振器。在高磁场中(例如在B0＝3.0Telsa或更高的情况下)，可以通过单独控制该线圈网格部分而减少辐射损失。退化线圈516也可以被用作线圈阵列用于发射射频脉冲或者用于探测磁共振。例如，该线圈网格可以被用作发射或接收灵敏度编码(SENSE)线圈阵列，用作并行成像线圈阵列，或类似物。
虽然描述的是圆形导体回路，也可以考虑采用其它的形状，例如多边形(具有和导体数量一样多的角度)或者椭圆形。该导体回路可选地也可以不闭合，并且其中一个网格可以被省略。另外，虽然提及了具体的电容器和/或电容，和电感线圈和/或电感，应理解到，类似的电抗单元、分布电抗单元或具有类似电抗的等效电路可以被适当替代。而且，可以考虑使第三导体回路具有和第二导体回路相比不同的直径或其它截面尺寸，从而其中一个回路可以置于另外一个回路内部。在这样的布置中，第二和第三导体回路可以是共面或者可以是沿着该线圈的轴向分开。进一步可以考虑到，第三导体可以是端盖或端板。
已经参考优选实施例对本发明进行了描述。显然，对于那些阅读并理解了前述内容的人来说，可以作出修改和变更。应认识到，本发明被看作包含了所有这样的修改和变更，因为它们包含在附加权利要求或其等价物的范围之内。
权利要求
1.一种结合磁共振成像装置应用的鸟笼线圈系统，该鸟笼线圈系统包含被调谐退化的鸟笼线圈(16，16’，16”，16，516)，该线圈包含第一导电回路(81，581)，第二导电回路(82，582)，和置于第一和第二导电回路之间并与之电力连接的多个第一导体棒(80，580)；和用于至少在下述模式之间转换该鸟笼线圈的转换装置RF发射模式，和RF接收模式，其中该鸟笼线圈被调整用作相控阵RF接收线圈。
2.如权利要求1中所述的鸟笼线圈系统，其中在该发射模式中该鸟笼线圈被调整用作正交RF发射线圈。
3.如权利要求1中所述的鸟笼线圈系统，其中在该发射模式中该鸟笼线圈被调整用作相控阵RF发射线圈。
4.如权利要求1中所述的鸟笼线圈系统，其中该转换装置包含与第一导电回路(81)电力连接用于为该线圈馈送RF发射信号的多个RF发射馈送点(201、202、211、212)；用于将RF发射馈送与该馈送点耦合的多个发射PIN二极管(D6)；跨接匹配电容(C5)布置的多个RF接收输出点；与该匹配电容(C5)并行布置的多个匹配PIN二极管(D5)；和与该发射和匹配二极管电力连接用于对该发射和匹配PIN二极管施加偏压的多个笼式DC偏压输入(V1)。
5.如权利要求4中所述的鸟笼线圈系统，其中在发射模式中，所述发射和匹配PIN二极管被笼式DC偏压(V1)前向偏压，从而该发射PIN二极管为来自RF发射器(25)的发射信号提供通往该鸟笼线圈和使得该匹配电容短路的该匹配PIN二极管的连接，并避免RF信号的输出。
6.如权利要求5中所述的鸟笼线圈系统，其中在该接收模式中，所述发射和匹配PIN二极管被笼式DC偏压(V1)反相偏压，从而该发射PIN二极管断开该鸟笼线圈和该RF发射器(25)的连接，并且该匹配PIN二极管允许RF信号的输出。
7.如权利要求6中所述的鸟笼线圈系统，其中该转换装置进一步包含与相应RF接收前置放大器(310)电力连接的多个前置放大器PIN二极管(D7)；与该前置放大器PIN二极管电力连接用于为该前置放大器二极管施加偏压并使得该RF接收前置放大器(310)短路的多个前置放大器DC偏压输入(V2)。
8.如权利要求7中所述的鸟笼线圈系统，其中该转换装置被进一步调整用于将该鸟笼线圈转换到解耦模式，在该解耦模式中该笼式DC偏压(V1)为该发射(D6)和匹配PIN二极管(D5)施加反相偏转电压，并且该前置放大器DC偏压(V2)前向偏转该前置放大器PIN二极管(D7)从而该RF线圈与该磁共振装置解耦。
9.如权利要求1中所述的鸟笼线圈系统，进一步包含与第二导电回路(82、582)射频耦合的第三导体(83、83”、583)。
10.如权利要求9中所述的鸟笼线圈系统，其中该鸟笼线圈是一个退化鸟笼线圈，该退化鸟笼线圈定义了多个网格，该网格至少从最临近和次临近网格解耦，并且该转换装置包含与该网格连接以独立操作多个解耦网格的多个发射/接收开关(590)。
11.如权利要求10中所述的鸟笼线圈系统，其中每个该发射/接收开关(590)包含连接该发射/接收开关(590)和相应解耦网格的网格耦合(C-match)；与该网格耦合相连的接收电路(610、612、614)；和发射器输入(602)；和用于有选择地将该发射器输入(602)与该网格耦合连接的装置(606)。
12.一种结合磁共振成像装置一起应用的鸟笼线圈，该鸟笼线圈包含第一导电回路(81、581)；第二导电回路(82、582)；布置于第一和第二导电回路之间并与之电力连接的多个第一导体棒(80、580)；和与第二导电回路(82、582)分隔开布置并在射频连接到第二回路的第三导体(83、83”、583)。
13.如权利要求12中所述的鸟笼线圈，其中第一和第二回路(81、82、581、582)被布置于第一导体棒(80、580)的相对端，所述多个第一导电棒与第一和第二导电回路电力连接，从而所述第一和第二导电回路具有位于相邻的第一导电棒的电力连接和一对相邻第一导电棒之间的第一和第二部分，并且位于与该对第一导电棒的电力连接之间的第一和第二回路部分定义了一个网格；并且该鸟笼进一步包含第一棒电抗(C1，C-Rung)被布置于第一导电棒内；第一回路电抗(C5，C-Tune，C-Match)被布置于第一回路部分内；并且第二回路电抗(C2，C-Ring)被布置于第二回路部分内。
14.如权利要求13中所述的鸟笼线圈进一步包含在第二导电回路和第三导体之间延伸的多个第二导体棒(84，84”，584)从而第三导体(83，83”，583)被布置于与第一回路(81，581)相对的第二回路的一侧，所述多个第二棒(84，84”，584)与第二导电回路和第三导体电力连接从而所述第三导体具有位于相邻第二组成部分的电力连接之间的部分。
15.如权利要求14中所述的鸟笼线圈，其中第二棒(84，84”，584)与第一棒(80，580)的个数相同，并且第一和第二棒在基本相同的位置电力连接到第二回路(82，582)。
16.如权利要求15中所述的鸟笼线圈，其中第一和第二棒(80，84，84”，580，584)形成单个导电棒，该单个导电棒具有与第二回路(82，582)和末端的电力连接，第二回路和末端分别电力连接到第一回路(81，581)和第三导体(83，83”，583)。
17.如权利要求16中所述的鸟笼线圈进一步包含布置于第二棒(84，84”，584)内的第二棒电抗(C3，C-Shunt)
18.如权利要求17中所述的鸟笼线圈，其中第一棒、第二棒、第一回路、和第二回路电抗分别包含包含第一棒电容、第二棒电容、第一回路电容和第二回路电容。
19.如权利要求12中所述的鸟笼线圈，进一步包含布置于第二和第三导电回路并与之电力连接的多个第二导体棒(84，84”，584)。
20.如权利要求19中所述的鸟笼线圈，其中至少其中一个第三导体(83，583)和多个第二导体棒(84，584)的电抗被选定来解耦该鸟笼线圈的次临近网格。
21.如权利要求12中所述的鸟笼线圈，其中第二导电回路和第三导体二者之一置于另外一个内部。
22.如权利要求12中所述的鸟笼线圈，其中第二导体回路和第三导体共面。
23.如权利要求12中所述的鸟笼线圈，其中第三导电回路(83)与第二导电回路(82)感应耦合。
24.如权利要求23中所述的鸟笼线圈，其中第三导体(83”)包含被选定来解耦该鸟笼线圈的次临近网格的电感。
25.如权利要求12中所述的鸟笼线圈，其中该导体棒、导电回路和导体的电抗被选定从而该鸟笼线圈是具有最临近和次临近网格基本解耦的退化鸟笼线圈的鸟笼线圈。
26.如权利要求12中所述的鸟笼线圈，其中该鸟笼线圈是定义了多个网格的退化鸟笼线圈，该网格至少从最临近和次临近网格解耦，该鸟笼线圈进一步包含与该网格相连的多个发射/接收开关(590)，来独立操作多个解耦网格作为至少一个射频发射器和射频接收器。
27.如权利要求26所述的鸟笼线圈，其中该发射/接收开关(590)被调节用来操作该鸟笼线圈以用作至少下述之一体积谐振器，发射SENSE线圈阵列，接收SENSE线圈阵列，和并行成像线圈阵列。
28.一种磁共振方法包含生成穿过权利要求12的鸟笼线圈内部的瞬时恒定的磁场；和在至少下述模式之一操作权利要求11中的鸟笼线圈体积谐振器模式，发射SENSE模式，接收SENSE模式，并行成像模式。
29.一种磁共振成像系统包含生成瞬时恒定磁场的主磁体(12)；在瞬时恒定的磁场上有选择地施加选定的磁场梯度的磁场梯度线圈(22)；和权利要求1的鸟笼线圈。
全文摘要
结合磁共振成像装置应用的一种鸟笼线圈(16)包含第一导电回路(81，581)，第二导电回路(82，582)，和位于第一和第二导电回路之间的多个第一导体棒(80，580)。第三导体(83，83″，583)在共振频率与第二导电回路耦合，例如通过第二导体棒(84，84″，584)。该鸟笼线圈也包含用于使该鸟笼线圈在至少下述模式中转换的开关(590)1)RF发射模式，作为RF发射线圈；和2)RF接收模式，用作RF接收线圈。
文档编号G01R33/36GK1717591SQ200380104181
公开日2006年1月4日 申请日期2003年11月25日 优先权日2002年11月27日
发明者T·奇米勒韦斯基, J·A·弗洛克, T·埃干 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司