专利名称：包括板载数字接收器电路的射频表面线圈的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁共振(MR)成像和波谱分析，具体涉及射频(RF)线圈。
背景技术：
US6946840公开了一种RF阵列线圈，其包括多个发射器和接收器线圈。 然而，用其RF阵列线圈执行多核(MN)成像会导致产生复杂且昂贵的系 统，因为需要许多相同的硬件来使发射器能够激发不同的核种以及使接收 器能够从每一个不同的核种接收数据。因此，希望获得一种更简单且更廉 价的能够进行MN成像的RF线圈系统设备。还希望获得一种使用所述RF 线圈系统的更简单且更廉价的MN成像方法，以及获得一种MR系统，其 能够利用所述RF线圈系统以更简单且更廉价的方式执行MN成像。
发明内容
因此，在此公开了一种RF线圈系统，其简化了MN成像，所述RF线 圈系统包括发射器线圈，用于发射RF信号以激发目标区；以及平面型接 收器线圈组件，用于从至少一部分所述目标区接收MR信号，其中，所述 平面型接收器线圈组件包括板载数字接收器电路，用于处理接收的磁共振 信号。如下所述，单个发射器线圈减小了在发生器端实现MN成像时所涉 及到的复杂度和成本，同时在每一个接收器线圈组件上包含板载的数字接 收器电路在接收器端起到相同的作用。术语"板载(on-board)接收器电路" 表明接收器电路可以安装在包含线圈自身的电路板上，或者设置在靠近接 收器线圈的单独的电路板上。
如在此所公开的平面型接收器线圈组件的操作频率由其谐振频率来确 定。该谐振频率还确定板载接收器电路的配置，例如采样或数字化频率， 以及调制和/或滤波的频率。因此，由此几乎完全由包含板载数字接收器电 路的接收器线圈组件定义的这个工作频率独立于MRI系统上的其余硬件。调谐到特定频率或特定频率范围的平面型接收器线圈组件可以直接连接到 与调谐到另一不同频率或频率范围的另一个平面型接收器线圈组件相同的 到MR系统的物理接口。可替换的，可以将最初被调谐到特定频率或频率
范围并经由特定物理接口连接到MR系统的可调谐平面型接收器线圈组件 调谐到另一不同频率或频率范围，并仍经由同一物理接口连接到MR系统。 远程MR系统因此只需支持数字线圈数据连接，在接收端不再是取决于特 定频率的。作为结果，最小化了相同的硬件，得到了能够执行MN成像的 更简单且更廉价的RF线圈系统。
相应的，在此还公开了能够利用所述RF线圈系统以更简单且更廉价的 方式执行MN成像的MR系统，所述RF线圈系统包括发射器线圈，用于 发射RF信号以激发目标区；以及平面型接收器线圈组件，用于从至少一部 分所述目标区接收MR信号，其中，平面型接收器线圈组件包括板载数字 接收器电路，用于处理接收的磁共振信号。
而且，在此还公幵了利用所述RF线圈系统的更简单且更廉价的MN成 像方法，所述方法包括从发射器线圈发射RF信号以激发目标区，用平面型 接收器线圈组件从至少一部分所述目标区接收MR信号，并用平面型接收 器线圈组件板载的数字接收器电路处理接收的磁共振信号。
而且，在此还公开了一种计算机程序，包括指令，用于将这种射频线 圈系统在发射、接收和解谐模式之间进行切换，该射频线圈系统包含发射 器线圈和平面型接收器线圈组件。该计算机程序包括指令，用于当发射器 线圈工作时，启动有源去耦电路，以将平面型接收器线圈组件从接收模式 切换为解谐模式，并且当平面型接收器线圈组件工作时，启动另一个有源 去耦电路，以将发射器线圈从发射模式切换为解谐模式。
参考附图，在以下实施例的基础上作为实例在下文中详细的说明这些
及其它方面，其中
图la-le显示了所公开的RF线圈系统的各种实施例；
图2示意性地显示了用于发射器线圈的可能的电路；
图3示意性地显示了用于平面型接收器线圈组件的可能的电路；图4显示了使用所公开的RF线圈系统的MR成像或波谱分析系统；及 图5显示了使用所公开的RF线圈系统采集MR成像数据或波谱分析数 据的方法。
在不同附图中所用的相应的参考数字标记表示附图中相应的元件。
具体实施例方式
图la-le显示了 RJF线圈系统的各种实施例，包括发射器线圈102和一 个或多个平面型接收器线圈组件104、 110。每一个平面型接收器线圈组件 104、 110都包括板载数字接收器电路106、 112，其能够处理由各自平面型 接收器线圈组件104、 IIO接收的MR信号。在一些实施例中，平面型接收 器线圈组件104、 IIO被配置为与发射器线圈102重叠(图la,lb,ld,le)，而 在其它实施例中，发射器线圈102与平面型接收器线圈组件104、 IIO彼此 正交地放置(图lc)。在平行或正交结构中，平面型接收器线圈组件104、 IIO都被布置为从至少一部分由发射器线圈102激发的区域接收MR信号，
例如自由感应衰减或回波。
发射器线圈102和平面型接收器线圈组件104、110彼此在电气上独立， 每一个仅起到一种作用。换句话说，发射器线圈102专门用于发射RF信号， 而平面型接收器线圈组件104、 110专门用于接收MR信号。在使用过程中， 想要使线圈彼此同心(即完全重叠)、部分重叠或者彼此正交放置。在图la-le 中显示了接收器线圈系统的各种可能的结构，其包括发射器线圈102和平 面型接收器线圈组合键104、 110。图lc示出了线圈的正交布置，例如在对 象108的腿上或其它部分。图le示出了使用多个平面型接收器线圈组件 104、 110及一个发射器线圈102的情况，而图ld显示了单一发射器线圈 102与单一接收器线圈组件IIO—起使用的示范性实施例，其中接收器线圈 组件110包括多个接收器线圈元件或回路110a、 110b、 110c、 110d。单个 较大的发射器线圈可以与这种包括多个回路的平面型接收器线圈组件110 一起使用，或者可替换地，与多个平面型接收器线圈组件一起使用，从而 在系统和线圈级别上提供了并行成像的能力，包括并行MN成像，而没有 实现组合的多通道发射和接收线圈的复杂性。并行成像技术的实例包括 SENSE和SMASH技术。可以在Pruessmann KP, Weiger M, Scheidegger MB,Boesiger P的文章"SENSE: sensitivity encoding for fast MRI"， Magnetic Resonance in Medicine, Volume 42， Issue 5， Pages 952-962 (1999)中找至[J与 SENSE技术有关的更多信息。可以在Sodickson DK, Manning WJ的文章 "Simultaneous acquisition of spatial harmonics (SMASH): fast imaging with radiofrequency coil arrays". Magnetic Resonance in Medicine, Volume 38, Issue 4, Pages 591-603 (1997)中找到与SMASH技术有关的更多信息。
相对于实现多通道MN成像，以这个方式分离发射与接收功能还允许 更大的灵活性。例如，通过将多重调谐的发射器线圈与被调谐到相应多个 频率的多个平面型接收器线圈组件组合使用，可以实现对感兴趣的多个核 种进行多通道成像。还可以采用一个可调谐的平面型接收器线圈组件，其 中将最初被调谐到特定频率的平面型接收器线圈组件随后重新调谐到另一 个频率，从而有利于实现连续方式的MN成像。可以将可调谐的平面型接 收器线圈组件顺序地调谐到一个以上的额外频率。这样，可以单独针对每 个感兴趣的核种或者同时针对不同的核进行MN成像。
如图la-le所示，单个较大的发射器线圈102可以与单个或者多个平面 型接收器线圈组件104、 110结合使用。使用较大的发射器线圈102有助于 更均匀地激发特定区域，同时使用较小的接收器元件或线圈或回路104、 110a、 110b、 110c、 110d改善了信噪比。尽管在图Ia-le中将发射器线圈 102显示为平面型或表面线圈，但要明确的是发射器线圈102也可以是立体 线圈，平面型接收器线圈组件104、 110可以放置在其中。平面型接收器线 圈组件104可以围绕在圆柱形线圈架周围，以能够伪立体的线圈。
图2显示了发射器线圈102的可能的实施例，其可以由导电回路202 构成，其中，使导电回路202在感兴趣的核的频率上共振，所述感兴趣的 核例如为质子('H)、碳(13C)、钠(23Na)等。还可以将导电回路202 (并 从而将发射器线圈102)调谐到多个共振频率，以便能够激发多个感兴趣的 核。例如，可以将发射器线圈102双重调谐到"Na和"P，或者三重调谐到 ]H、 13C、 "P等。借助适当的修改，发射器线圈102甚至可以被设计为提供 质子去耦(proton decoupling)以及在感兴趣的频率上的激发。可以用有源 去耦电路204来解谐发射器线圈102，所述解谐受发射/接收(T/R)控制电 路26的控制。经由电缆或电线208传输用于将发射器线圈102从发射模式转换为解谐模式的控制信号，同时经由电缆或电线210传输RF功率。借助 适当的修改，还可以使发射器线圈102工作在正交模式中。本领域中的这 种对于表面(或者平面型)线圈以及立体线圈的适当修改都是己知的。
图3显示了独立平面型接收器线圈组件104、 IIO可能的实施例，其可 以由调谐到感兴趣的核的频率上的单个回路302或多个独立回路组成。还 可以将平面型接收器线圈组件104、 IIO调谐到多个频率，如以上在发射器 线圈102的情况下所述的。提供无源去耦电路303以及有源去耦电路304， 用于平面型接收器线圈组件104、 UO的有效去耦。在单个回路接收器线圈 或天线的情况下，将输出连接到高阻抗预放大器306。该预放大器的输出连 接到模数转换器(ADC) 308。预放大器306和ADC 308可以位于包含线 圈回路302的板上，或者位于靠近线圈的单独的板上。ADC 308和预放大 器306还构成完整数字接收器电路106的一部分，该数字接收器电路106 与线圈回路302及其构成谐振电路的相关电容和电感一起确定平面型接收 器线圈组件104、 110的工作频率。在由ADC308进行的模数转换和数字解 调之后，由电光转换器307将表示所接收的MR信号的数字采样转换为光 信号，并经由光纤314传输到远程重构器(图4中的409)。替代光数据传 递，也可以用无线发射器(未示出)与数字接收器106,其以无线方式将数 字化的数据发射到MR组件外部的无线接收器。也可以使用组合技术，其 中，经由光纤316 (或以无线方式)将数据传输到布置MR组件内的光(或 无线)接收器，随后在常规电缆上从该光(或无线)接收器传导到布置在 MR组件外部的重构器。经由电缆或电线312提供平面型接收器线圈组件 104、 110工作所需的电能。经由光纤316将控制信号传输到板载控制单元 309，以及从板载控制单元309接收控制信号。
由于发射器线圈102和平面型接收器线圈组件104、 110可以在空间上 重叠，因此在发射阶段以及接收阶段期间，在平面型接收器线圈组件104、 110与发射器线圈102之间提供足够的电去耦是有利的。换句话说，平面型 接收器线圈组件104、 110需要在RF发射过程中是RF不可见的，而发射 器线圈102应该在RF接收过程中不会影响平面型接收器线圈组件104、110。
如图2和图3所示，可以通过合并有源去耦元件和无源去耦元件来实 现发射器线圈102和平面型接收器线圈组件104、 IIO的充分去耦。发射器
8线圈102和平面型接收器线圈组件104都可以包含去耦电路。这些去耦电路当被激发时用来破坏各自线圈回路(即发射器线圈回路202或平面型接收器线圈回路302)的共振，并从而避免了不想要的耦合。当激活发射器线圈102时，平面型接收器线圈组件104处于去耦模式中，从而不共振。因此它对发射器线圈102不会有很大的影响。当激活平面型接收器线圈组件104时，发射器线圈102处于去耦模式中，依据它基本上是电气开路的事实，发射器线圈102不会与平面型接收器线圈组件104发生强烈耦合。因此，在发射器线圈102与平面型接收器线圈组件104两者上的去耦电路有助于减小在线圈之间的耦合，而不用考虑其相对位置。
有源去耦元件204、 304包含电容器和电感器，它们与串接于电感器的二极管并联。这些部件一起构成了与由线圈回路202、 302及相关电容构成的谐振电路并联的局部并联谐振电路。选择电感值，以使得这个并联谐振电路与线圈回路202、 302的谐振频率相匹配。当线圈回路202、 302处于谐振模式中时，用受控DC电压反向偏置二极管，以使得并联谐振电路不谐振，电容器对线圈回路202、 302的串联谐振起作用。当正向偏置二极管时(通过将DC电压转换为相反极性)，电容器和电感器变为谐振的，并且在它们所在的位置上产生高阻抗。作为高阻抗的结果，线圈回路202、 302不再谐振。无源去耦元件除了包含两个并联反向的二极管之外，其他与有源元件类似。二极管保持"开路"，即不导通，直至发射器线圈在发射期间，在接收线圈中感生出足够的电压来正向偏置两个二极管并完成局部并联谐振电路。再一次，当二极管导通时，局部谐振电路在该点上产生高阻抗，这就破坏了较大线圈回路的谐振。
另外的无源去耦元件303确保平面型接收器线圈组件104、 110的充分解谐，并避免在有源去耦电路204、 304故障或时误(mistiming)的情况下的危险。电子器件可以包括其他部件来提供调谐和匹配，以及有源去耦能力。
在平面型接收器线圈组件104、 110的接收模式期间也要求发射器线圈102的有源去耦，以便避免噪声耦合到平面型接收器线圈组件104、 110。在工作期间，发射器线圈102或者发射RF信号或者处于去耦模式中。它在发射/解谐切换器的控制之下在这两个模式之间进行切换，所述发射/解谐切
9换器的位置在MR系统上可以远离平面型接收器线圈组件104、 110。
处于患者安全的角度考虑，光学或无线数据传递的使用通过防止在发射器和接收器部件之间的耦合，减小了RF灼伤的可能性。这对于平面型表面线圈和立体线圈都是正确的。
图4是MR成像系统的框图，其包括在此公开的RP线圈系统。MR成像系统包括一组主线圈401、连接到梯度驱动器单元406的多个梯度线圈402以及RF线圈系统，RF线圈系统包括连接到RF线圈驱动器单元407的发射器线圈403。发射器线圈403的功能还受到发射/解谐(T/D)切换器413的控制，发射器线圈可以以体线圈形式集成在磁体中，或者可以是单独的表面线圈。平面型接收器线圈组件416用于从至少一部分由发射器线圈403激发的区域获得MR信号，MR信号由板载数字接收器电路417处理。经处理的MR信号作为光信号从板载数字接收器417传递到光信号转换单元414。多个梯度线圈402和发射器线圈403由电源单元412供电。传送系统404，例如患者工作台，用于将对象405 (例如患者)放置在MR成像系统中。控制单元408控制重构器409、显示单元410 (例如监视器屏幕或投影仪)、数据存储单元415和用户输入接口单元411 (例如键盘、鼠标、跟踪球等)的操作。
主线圈401产生稳定均匀的静态磁场，例如1T、 1.5T或3T场强的静态磁场。所公开的RF线圈系统也适用于任何其它场强。以这样的方式布置主线圈401:使主线圈401通常包围一个隧道形的检査空间，对象405可以被置于该检查空间中。另一种常用结构包括相对的磁极面，在它们之间具有空气间隙，可以通过使用传送系统404将对象405置于磁极面之间。为了能够进行MR成像，由多个梯度线圈402响应于由梯度驱动器单元406提供的电流来产生叠加在静态磁场上的时变磁场梯度。配备了电子梯度放大电路的电源单元412向多个梯度线圈402提供电流，其结果产生了梯度脉冲(也称为梯度脉冲波形)。控制单元408控制流经梯度线圈的电流的特性，特别是其强度、持续期间和方向，以产生适当的梯度波形。发射器线圈403在对象405中产生RF激发脉冲，同时平面型接收器线圈组件416接收由对象405响应于RF激发脉冲而产生的MR信号。RF线圈驱动器单元407向发射器线圈403提供电流，以发射RF激发脉冲。所发射的RF激发脉冲的特性，特别是其强度和持续期间受控制单元408的控制。经由T/D切换器413借助于控制单元408，使发射器线圈403工作在两个模式之一中，即发射模式和解谐模式。T/D切换器413具有用于将发射器线圈403在这两个模式之间进行切换并防止发射器线圈403在平面型接收器线圈组件416的信号采集期间耦合噪声的电子电路。T/D切换器413还在工作期间将平面型接收器线圈组件416在两个模式，即接收模式和解谐或去耦模式，之间进行切换。在独立发射器线圈403的发射模式期间将平面型接收器线圈组件416切换为去耦模式，在发射器线圈403的去耦模式期间切换为接收模式。在MR系统的软件控制下，协调在发射器线圈403和平面型接收器线圈组件416的这两个模式之间的切换。
可以将RF发射器线圈403以体线圈形式集成到磁体中或者作为单独的表面线圈。发射器线圈403可以具有不同的几何结构，例如鸟笼结构或简单的环路结构等。控制单元408优选地是计算机形式，其包括处理器，例如微处理器。控制单元408经由T/D切换器413控制RF脉冲激发和MR信号接收的应用。用户输入接口设备411，如键盘、鼠标、触摸屏、跟踪球等，能够使操作者与MR成像系统交互。
光信号转换单元414将光信号转换为电信号。转换的电信号包含与被成像的对象405的感兴趣区中的局部自旋密度有关的实际信息。由重构单元409重构接收的信号，并在显示单元410上显示为MR图像。可替换地，可以在等待进一步处理的同时，将来自重构单元409的信号存储在存储单元415中。
到发射器线圈403的物理连接包括RF同轴电缆，用于传输RF功率；以及电源电缆，用于为有源去耦电路(图2中的204)的反向/正向偏置提供可切换的电压源。到平面型接收器线圈组件416的物理连接包括 一个或多个光纤(图3中的314、 316)，用于以光学形式将数字数据和控制信号从平面型接收器线圈组件416的板载接收器电路417传输到重构器409;电源电缆(图3中的312)，用于向预放大器、数字接收器电路417和去耦切换电路供电。
通过将T/D切换413设置在远离发射器线圈403处并经由软性电缆束(包括向发射器线圈403提供RF能量的输入电缆)和适合的可分离插头/插座对其进行连接，使发射器线圈403的物理体积最小。
图5显示了一种方法，使用在此公开的RF线圈系统采集磁共振成像数据或波谱分析数据。在发射步骤501,发射器线圈向对象的目标区发射RF信号。在接收步骤503，使用平面型接收器线圈组件来从至少一部分目标区接收MR信号，在处理步骤505，使用在平面型接收器线圈组件板载的数字接收器电路来处理接收的MR信号。处理步骤505可以包含一个或多个以下步骤预放大、模数转换，电信号到光信号的转换、光信号在光纤上的传输等等。
在此公开的计算机程序可以位于计算机可读介质上，例如CD-ROM、DVD、软盘、记忆棒、磁带、或可以由计算机来读取的任何其它有形的介质。计算机程序还可以是可下载的程序，例如经由互联网将其下载或者传递到计算机。可以经由传递装置(例如光盘驱动器、磁带驱动器、软盘驱动器、USB或其它计算机端口、以太网端口等)将计算机程序传递到计算机。
应指出上述实施例是说明性的而不是要限制本发明，在不脱离所附权利要求范围的情况下，本领域技术人员能够设计许多可替换实施例。在不脱离所公开的概念的情况下，本领域技术人员可以改变步骤的顺序，或者用线程化模型、多处理器系统或多个过程同时执行这些步骤。在权利要求书中，置于括号中的任何参考标记都不应解释为限制权利要求。词语"包括"不排除除了在权利要求中所列出的之外的元件或步骤的存在。在元件之前的词语"一个"不排除多个此类元件的存在。可以借助于包含几个不同元件的硬件，或者借助于适当编程的计算机来实施所公开的方法。在列举了几个模块的系统中权利要求中，这些模块之中的几个可以由同一计算机可读软件或硬件来体现。起码的事实是在彼此不同的从属权利要求中引用的特定措施并不表明这些措施的组合不能用于产生良好效果。
权利要求
1、一种用于磁共振成像或波谱分析的射频线圈系统，包括发射器线圈(102)，用于发射射频信号以激发目标区；及平面型接收器线圈组件(104)，用于从至少一部分所述目标区接收磁共振信号，其中，所述平面型接收器线圈组件(104)包括板载数字接收器电路(106)，用于处理接收的所述磁共振信号。
2、 如权利要求l所述的射频线圈系统，其中，所述平面型接收器线圈 组件(104)可以被调谐到一个或多个频率。
3、 如权利要求1或2所述的射频线圈系统，包括多个平面型接收器线 圈组件(104)。
4、 如权利要求1或2所述的射频线圈系统，其中，所述发射器线圈(102) 是平面型线圈，其中，所述平面型接收器线圈组件(104)位于与所述发射 器线圈(102)的平面平行的平面中。
5、 如权利要求1或2所述的射频线圈系统，其中，所述发射器线圈(102) 是平面型线圈，其中，所述平面型接收器线圈组件(104)位于与所述发射 器线圈(102)的平面正交的平面中。
6、 如权利要求1或2所述的射频线圈系统，其中，所述发射器线圈(102) 被配置为在多个频率上发射所述射频信号。
7、 如权利要求l到3中任意一项所述的射频线圈系统，其中， 一个或 多个所述平面型接收器线圈组件(104)适于在多个频率上接收所述磁共振 信号。
8、 一种包括射频线圈系统的磁共振成像或波谱分析系统，该射频线圈系统包括发射器线圈(102)，用于发射射频信号以激发目标区；及 平面型接收器线圈组件(104)，用于从至少一部分所述目标区接收磁共振信号，其中，所述平面型接收器线圈组件(104)包括板载数字接收器电路(106)，用于处理接收的所述磁共振信号。
9、 一种用于采集磁共振成像数据或波谱分析数据的方法，包括 从发射器线圈(102)发射射频信号，以激发目标区；用平面型接收器线圈组件(104)从至少一部分所述目标区接收磁共振 信号；及用所述平面型接收器线圈组件(104)板载的数字接收器电路(106) 来处理接收的所述磁共振信号。
10、 一种用于射频线圈系统的计算机程序，该射频线圈系统包括 发射器线圈(102)，其包含第一有源去耦电路(204);及 平面型接收器线圈组件(104)，其包含板载数字接收器电路(106)和 第二有源去耦电路(304);其中，所述计算机程序包括指令，当所述计算机程序运行在计算机上时，所述指令用于当所述平面型接收器线圈组件(104)工作时，启动所述第一有源 去耦电路(204)，以将所述发射器线圈(102)从发射模式切换为解谐模式; 或者当所述发射器线圈(102)工作时，启动所述第二有源去耦电路 (304)，以将所述平面型接收器线圈组件(104)从接收模式切换为解谐模 式。
全文摘要
在此公开了一种射频(RF)线圈系统，其简化了多核磁共振(MR)成像。该RF线圈系统包括发射器线圈(102)，用于发射RF信号以激发对象的目标区。该RF线圈系统还包括独立的平面型接收器线圈组件(110)，用于从至少一部分目标区接收MR信号，平面型接收器线圈组件(110)被配置为包括板载数字接收器电路(112)，用于处理所接收的MR信号。
文档编号G01R33/341GK101479618SQ200780024574
公开日2009年7月8日 申请日期2007年6月29日 优先权日2006年6月30日
发明者P·R·哈维 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司