专利名称：三同心线圈阵列的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及磁共振成像(MRI)方法和设备，尤其涉及用于增加MRI机的信噪比(SNR)的表面线圈组件。
背景技术：
磁共振成像基于原子核共振现象。共振被定义为受周期力作用的系统增加的振幅，该周期力的频率近似等于该系统的固有频率。成像包括测量响应于射频波从原子核发射的信号，该射频波具有与原子核自身相同的固有频率。
当诸如人体组织的物质受到均匀磁场(极化场B0)作用时，组织中的单个自旋磁矩试图与该极化场对准，并以随机顺序以它们的特征拉莫尔频率绕其进动。如果物质或组织受到磁场(激发场B1)作用，该磁场处于X-Y平面内且接近拉莫尔频率，则可将净对准磁矩Mz旋转或“倾斜”到X-Y平面中，以产生净横向磁矩Mt。在激发信号B1终止之后由受激自旋发射出核磁共振(NMR)信号，该信号可被接收和处理以形成图像。
一般地，得到的射频(RF)信号由靠近身体放置的RF线圈装置检测。通常，取决于具体的应用，这种线圈为表面型线圈或容积型线圈。常规地，激发和检测使用单独的RF线圈，但是同一线圈或线圈阵列可用于这两个目的。
最初，NMR成像系统利用围绕将被成像的整个样本(例如，患者)的接收线圈。这些远程线圈具有以下优点，即一级近似下，在被成像的整个区域上灵敏度基本上为恒定的。尽管该灵敏度的均匀性不是这种远程线圈的严格特征，但该灵敏度大致恒定到使得大多数重建技术假定恒定的线圈灵敏度的程度。因为它们的大尺寸，远程线圈对单个自旋相对不灵敏。
对于某些应用，表面线圈相对于远程线圈是优选的。表面线圈在几何尺寸上可比远程线圈小得多，并且对于医学诊断，可将表面线圈应用在患者身体附近、身体上或内部。在注意力被集中至对患者内的小区域成像，而不是整个解剖横截面时，这特别重要。相对于相应的远程线圈，表面线圈的使用还减少体内的电损耗的噪声贡献，同时最大化了所需信号。因此，NMR成像系统通常将小表面线圈用于局部高分辨率成像。
然而，表面线圈的缺点为其有限的视场。单个表面线圈仅仅能有效地对横向尺寸与该表面线圈直径相当的样本的那个区域成像。因此，该表面线圈必须限制视场，从而不可避免地导致分辨率和视场之间的折衷。表面线圈的尺寸受线圈的固有SNR所约束。一般地，较大线圈导致较大的患者样本损耗，从而具有较大的噪声成分，而较小线圈具有较低噪声，但反过来将视场限制为较小区域。
通过诸如鸟笼式线圈和鞍形线圈的正交线圈的使用，可以获得对SNR的进一步改进。正交线圈发射射频脉冲，该射频脉冲的磁化强度随质子自旋旋转一整圈。正交线圈使RF功率沉积大大降低且增加SNR。
不幸地，这种线圈的使用将成像区域有效地限制至该表面线圈的尺寸。较大的表面线圈产生较大的患者样本损耗，因此具有较高的噪声电阻。因此非常想要的是，提供具有交叠视场的一组阵列排列的表面线圈。同时，期望保持单个表面线圈的高SNR，这需要将线圈相互作用降为最小。
使用位于同一平面内且互相去耦的多于三个表面线圈的早先努力没有带来与常规正交线圈相比SNR的改进。现有装置已在两个毗邻交叠的线圈上设置了第三个大线圈。尽管较大的第三线圈可能改进SNR，但是三个线圈中仅仅一个贡献最佳B1场。此外，这种大的第三线圈增加了噪声，且没有提供小线圈的B1场贡献。
发明内容
本发明提供一种新的和独特的线圈装置，该装置改进了多线圈阵列的SNR比。本发明提供具有两个同心表面线圈的线圈阵列。这种装置中的第一线圈被称为“双蝶型”线圈且将在详细的说明书中被详细解释。双蝶型线圈与环形线圈成对组合。通过改变双蝶型线圈的环相对于彼此的尺寸，穿过双蝶型线圈的净磁通量可被调整为零。本发明还提供具有两个同心线圈、双蝶型线圈和蝶型线圈的线圈阵列。
本发明可进一步提供三同心线圈阵列，其中全部三个同心线圈共享相同的视场，该三同心线圈阵列包括双蝶型线圈、覆盖该双蝶型线圈的蝶型线圈和覆盖该双蝶型线圈和该蝶型线圈的环形线圈。本发明还提供成对的正交线圈和第三平面线圈。本发明还使所有三个线圈具有相同几何中心。
本发明提供互相感应去耦的三同心表面线圈阵列，该阵列允许每个线圈对感兴趣区域中的最佳B1场作出贡献。这种新的且独特的线圈阵列使SNR增加。该新的线圈阵列还消除了双蝶型线圈和环形线圈之间的磁耦合。在另一实施例中，该线圈阵列消除了双蝶型线圈和蝶型线圈之间的磁耦合。本发明还提供相位阵列技术的使用，以在所有三个B1场和噪声相当的区域中，提供较线性表面线圈的SNR改进，甚至提供较正交线圈对的SNR改进。
本发明提供多站(multiple station)RF线圈阵列，其包括多个三同心表面线圈阵列，用于获得大视场。本发明的另一实施例提供包括不共面的三个线圈元件的RF线圈阵列。
图1表示由Srinivasan公开的线圈的示意图。
图2表示由Boskamp等公开的线圈的示意图。
图3A是依据本发明构造的双蝶型线圈的俯视示意图。
图3B是指示流过线圈的电流方向的双蝶型线圈的轴视图。
图4是被同心环线圈覆盖的双蝶型线圈的示意图。
图5是被同心双蝶型线圈覆盖的蝶型线圈的示意图。
图6是覆盖图5中双蝶型线圈和蝶型线圈的第三同心环线圈的示意图。
图7示出蝶型线圈、双蝶型线圈、环形线圈的场分布图和组合的场分布图。
具体实施例方式
现在详细参考附图，其中自始至终相同标记对应相同元件，图6示出本发明的三线圈同心阵列60的一个实施例。简而言之，本发明包括三个同心表面线圈，例如，蝶型线圈61、双蝶型线圈62和环形线圈63。
现在回头参考图3A和3B，该图示出在本发明中使用的“双蝶型”线圈。假定电流I如图3A所示流过双蝶型线圈32，将围绕其轴对称地产生B1场。因此，存在两个相反的B1场，也就是中心窗口内的Bout和侧窗口36、37内的Bin，侧窗口36、37分别放置在中心窗口35的左右侧，如图3B所示。
图4示出同心地覆盖环形线圈43的双蝶型线圈41。来自双蝶型线圈41的B1场从两个相反方向穿入环形线圈43。因此，在环形线圈43上的净磁通量Φ是向内的磁通量(Φin)和向外的磁通量(Φout)的差，并且可被表示为Φ＝Φin-ΦoutΦ=2∫sBinds-∫sBoutds]]>Φ=2∫0h∫0dBindydx-∫0h∫0dBoutdydx]]>该关系取决于中心窗口45的宽度与侧窗口46、47的宽度，如图所示，距离D和d的关系。使用这些等式，通过调整距离D和d之比可以将净磁通量设置为零，以实现线圈间的磁去耦。
因为蝶型线圈51总是在蝶型线圈51的各个窗口55中产生相反的B1场，如果双蝶型线圈52共用如图5中的同一轴，通过双蝶型线圈52的净磁通量将为零。因此，对线圈的磁去耦可在任意线圈尺寸下实现。
如图5所表示的，双蝶型线圈和环形线圈或蝶型线圈之间的磁耦合的消除使得能够建立感应去耦同心表面线圈阵列，图5示出了与蝶型线圈51交叠的双蝶型线圈52。这使线圈51、52中每一个对都能够对感兴趣区域内的最佳B1作出贡献。
本发明还可提供三线圈阵列，其中全部三个线圈共用相同的几何中心，且在全部三个B1场和噪声相当的区域中，提供了较线性表面线圈√3的信噪比改进，其等同于较一对正交线圈22％的改进。图6示出具有一个电势线圈装置的这种实施例，其中以同心排列方式采用蝶型线圈61、双蝶型线圈62和环形线圈63以在感兴趣的区域中提供最优的B1场。图7说明单独使用蝶型线圈71、单独使用环形线圈73和单独使用双蝶型线圈72获得的比信号强度和场均匀性。在单独使用时各个线圈都显示出较低信号强度区域，例如，蝶型线圈71在感兴趣区域的中心显示出较低信号强度区域75。双蝶型线圈72在线圈的任一端都显示出较低信号强度区域76，意思是感兴趣区域的外周。右下的示意图示出通过使用诸如图6中示出的线圈61、62、63的组合提供的改进的信号强度74和场均匀性。显而易见的是，组合线圈61、62、63的使用消除了各个线圈中的较低场强区域。
有大量本发明的潜在变形，例如，一个实施例可包括多站RF线圈阵列，所述线圈阵列包括多个三线圈同心表面阵列，用于获得较大视场。在该特定实施例中，毗邻阵列的线圈可彼此交叠。另一潜在实施例可包括同样的三个线圈元件，也就是同心线圈元件的一些组合，但是应当注意到，线圈元件不必必须共用相同的平面。另外，本发明可进一步包括RF线圈阵列，该RF线圈阵列包括一个双蝶型线圈和一个环形线圈或蝶型线圈。
其它优点和改变对于本领域技术人员将是容易想到的。因此，在其更广阔方面，本发明不限于这里特定详细的公开和描述。因此，在不脱离所附权利要求及其等价物所限定的总的发明理念的宗旨或范围的情况下，可以实现各种改变。
部件列表32双蝶型线圈35中心窗口36左侧窗口37左侧窗口42双蝶型线圈43环形线圈45中心窗口46侧窗口47侧窗口51蝶型线圈52双蝶型线圈55窗口60三同心线圈阵列61蝶型线圈62双蝶型线圈63环形线圈71蝶型线圈的场强和均匀性图
72双蝶型线圈的场强和均匀性图73环形线圈的场强和均匀性图76在场强和均匀性图中的较低场强区域。
权利要求
1.一种用于共振成像的射频(RF)线圈阵列，包括双蝶型RF线圈(62)；以及环形线圈(63)，其与双蝶型线圈(42)同心交叠。
2.权利要求1的RF线圈阵列，其中双蝶型线圈(62)包括宽度为D的中心环(45)和宽度为d的两个侧环(46、47)，且通过依据关系式Φ＝Φin-ΦoutΦ=2∫sBinds-∫sBoutds]]>Φ=2∫0h∫0dBindydx-∫0h∫0dBoutdydx.]]>调整宽度D和d之比，可将穿过该线圈的净磁通量调整为零。
3.权利要求2的RF线圈阵列，进一步包括与双蝶型线圈(62)和环形线圈(63)同心交叠的蝶型线圈(61)，该蝶型线圈(61)与双蝶型线圈(62)共用相同的对称轴。
4.权利要求2的RF线圈阵列，其中双蝶型线圈(62)和环形线圈共用相同或相似的视场。
5.一种用于共振成像的射频(RF)线圈阵列，包括双蝶型RF线圈(62)；以及与该双蝶型RF线圈(62)同心交叠的蝶型RF线圈(61)，该双蝶型RF线圈(62)和蝶型RF线圈(61)共用对称轴。
6.权利要求5的RF线圈，其中双蝶型线圈(62)包括宽度为D的中心环(45)和宽度为d的两个侧环(46、47)，且通过依据关系式Φ＝Φin-ΦoutΦ=2∫sBinds-∫sBoutds]]>Φ=2∫0h∫0dBindydx-∫0h∫0dBoutdydx.]]>调整宽度D和d之比，可将穿过该环形线圈(63)和双蝶型线圈(62)的净磁通量调整为零。
7.权利要求6的RF线圈阵列，其中环形线圈(63)、双蝶型线圈(62)和蝶型线圈(61)共用相同或相似的视场。
8.多站射频(RF)线圈阵列，其包括多个RF线圈阵列，每个包括蝶型线圈(61)；双蝶型线圈(62)，其与该蝶型线圈(61)同心交叠；以及环形线圈(63)，其与该蝶型线圈(61)和该双蝶型线圈(62)二者同心交叠。
9.权利要求8的多站RF线圈阵列，其中双蝶型线圈(62)包括宽度为D的中心环(45)和宽度为d的两个侧环(46、47)，且通过依据关系式Φ＝Φin-ΦoutΦ=2∫sBinds-∫sBoutds]]>Φ=2∫0h∫0dBindydx-∫0h∫0dBoutdydx.]]>调整宽度D和d之比，可将穿过该环形线圈(63)和双蝶型线圈(62)的净磁通量调整为零。
10.权利要求8的多站RF线圈阵列，其中该线圈阵列中的每个单独的线圈(61、62、63)具有相同或相似的视场。
全文摘要
本发明提供多站RF线圈阵列，该多站RF线圈阵列包括多个三同心表面线圈阵列，用于获得大视场。本发明的另一实施例提供RF线圈阵列，该RF线圈阵列包括不共面的三个线圈元件。
文档编号G01R33/32GK1880968SQ20061008988
公开日2006年12月20日 申请日期2006年5月12日 优先权日2005年5月13日
发明者D·朱, R·M·马蒂阿斯, R·S·斯托蒙特 申请人:通用电气公司