专利名称：具有可自由访问的检查体积的mr成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁共振(MR)成像领域。本发明涉及一种MR成像系统，其包括用于引导RF行波的RF波导和被配置成与RF波导的至少一种行进模式耦合的至少一个RF天线。 此外，本发明总体上涉及用于MR系统的RF天线。
背景技术：
当前，尤其是在医学诊断领域中广泛使用了 MR成像方法，MR成像方法利用磁场与核自旋之间的交互，以形成二维或三维图像，因为对于软组织成像而言，它们在许多方面优于其他成像方法，不需要致电离辐射，并且通常不是侵入性的。根据一般的MR方法，将待检查的患者的身体布置在强均勻磁场中，磁场的方向同时限定了测量所依据的坐标系的轴(通常为ζ轴)。磁场根据所施加的磁场强度针对个体核自旋产生不同的能级，能够通过施加具有限定频率(所谓的拉莫尔频率或MR频率)的交变电磁场(RF场)来激发个体核自旋(自旋共振)。从宏观角度讲，个体核自旋的分布产生总体磁化，通过施加适当频率的电磁脉冲(RF脉冲)能够使总体磁化偏离平衡状态，同时磁场垂直于ζ轴延伸，使得磁化绕ζ轴进行进动运动。可以利用接收RF天线探测磁化的变化，在MR装置的检查体积之内以这样的方式布置并取向接收RF天线，使得在垂直于ζ轴的方向上测量磁化的变化。为了在身体中实现空间分辨率，在均勻磁场上叠加沿三个主轴延伸的线性磁场梯度，导致自旋共振频率的线性空间相关性。那么在接收天线中拾取的信号包含可能与身体中不同位置相关联的不同频率的分量。经由接收天线获得的信号数据对应于空间频率域， 并且被称为k空间数据。k空间数据通常包括利用不同相位编码采集的多条线。通过收集若干样本对每条线进行数字化。例如，利用傅里叶变换将一组k空间数据变换成MR图像。近年来，在MR成像系统的设计方面可以见到两种强烈的趋势一方面，对工作在高磁场强度(三或更多特斯拉)的MR成像系统的临床需求和临床接受度变得明显。另一方面，MR系统的检查体积的尺度(内膛直径)在稳步增大。Brunner等人(Nature，457卷，2009，第994-998页)提出了一种针对强场MR成像的行波方法。将被检查患者置于RF波导之内，RF波导用于在RF波导的至少一种行进模式中沿着纵膛轴引导RF行波。RF行波通过MR成像设备的检查体积传播，并被用于激发和探测磁共振。这种构思的本质优点在于，实现了极好的RF覆盖度以及整个检查体积内的高度 RF均一性。出于这种原因，行波MR成像具有方便同时利用可用于医学MR成像的最大场强和更大膛径的潜质。然而，使用这种行波的MR成像需要新型的RF天线。并非与被检查身体的近场耦合，行波天线必须与RF波导的行进模式耦合。在已知的方法中，使用圆极化贴片天线， 其被定位在MR成像设备的圆柱形膛的开口端处。这种装置的问题是无法开放式地访问 (access)内膛。对于患者监测和患者可及性而言这是关键的，这两者在MR成像和MR引导的医学介入中都特别重要。
从上文容易认识到，需要一种经改进的MR成像系统。因此本发明的目的是提供一种MR成像系统，其具有大并且容易访问的内膛。此外，MR成像系统应当能够在高主磁场强度下实现高质量MR成像。
发明内容
根据本发明，公开了一种MR成像系统，其包括用于在检查体积之内生成均勻稳定的磁场的主磁体。该MR系统还包括RF波导，其用于在RF波导的至少一种行进模式中沿着检查体积的轴引导RF行波。此外，该系统包括至少一个RF天线，其用于向位于所述检查体积中的患者的身体发射RF脉冲和/或从所述身体接收MR信号，其中，所述RF天线被配置成与所述RF波导的至少一种行进模式耦合，其中，所述RF天线位于所述成像系统上，使得所述检查体积能够被自由访问，即包括检查体积的磁体的内膛是开放的，容易访问。此外， 该系统包括控制单元和重建单元，控制单元用于控制RF脉冲的时间相继性，重建单元用于从所接收的MR信号重建MR图像。这种MR成像系统使用上述行波构思。行波的概念实现了利用宽膛磁体系统在高磁场强度下的高质量的MR成像。在常规行波方法中，将RF天线放在磁体膛开口端处的检查体积的外部，以便利用如下事实可以在距被检查患者一定距离处生成和探测行波。然而，在这种方式中阻碍了对磁体内膛的开放访问。根据本发明，相反，与RF波导的行进模式耦合的RF天线或者以某种方式位于检查体积之内，使得检查体积可自由访问，或者RF天线甚至位于检查体积的外部，例如，在距磁体膛开口端一定距离处，使得磁体的内膛不受RF 天线任何方式的阻挡。因此，本发明的MR成像系统实现了对检查体积的完全访问，这相对于常规设置而言是显著的优点。此外，根据本发明，可以通过将RF天线放在检查体积之内，例如，通过利用对(多元件)RF天线的对应优化设计，实现RF均一性的改善。膛内天线本身不必是多元件装置。与现有技术相比，本发明的MR成像系统由此在磁体膛之内提供了更多空间。对于介入式应用而言这是有利的，并实现了患者友好式设计。根据本发明的优选实施例，RF天线位于MR成像系统的患者台下方或者集成到患者台中。任选地，RF天线可以位于系统的梯度线圈或系统的RF屏蔽的凹陷中，或者其甚至可以被集成到系统自身的RF屏蔽或梯度线圈中。因此，在根据本发明的MR成像系统中，可以完全省去与被检查身体的近场耦合的常规头部或身体RF天线。这些常规的RF天线，通常为鸟笼或TEM(横向电磁)共振器紧密环绕患者的身体，并由此限制了磁体膛之内的自由空间。通过将用于向患者的身体发射RF脉冲和/或从身体接收RF信号的RF天线放在患者台中或其下方，放在RF屏蔽或梯度线圈的凹陷中或甚至将RF天线集成到RF屏蔽和/或梯度线圈中来实现自由膛径的增加。必须指出的是，利用行波方法并省去像用于3T以上磁场强度的正交身体线圈的常规体积发射器，甚至可以显著增大自由膛径。理由如下常规 (近场)发射器在超过3T的场强下不产生预期的均一激励。优选地，根据本发明的MR成像系统的至少一个RF天线是由其中至少一个凹陷保持开放的导电板形成的。凹陷例如可以是槽形的。一般而言，可以使用槽线天线，例如可以将其实现为金属板中的狭缝、带狭缝的金属盒(腔支撑的狭缝)、带狭缝的波导结构、使用上述可能设计之一的若干狭缝的天线阵列，或者甚至是用于在预期的感兴趣区域中生成期望场形状的弯曲或任意形状的狭缝。凹陷(或狭缝)的边缘处的电磁场分布导致电磁辐射的发射，可以将该发射耦合到RF波导中。行波发射和/或接收RF天线能够由导电板之内的细长缝形凹陷的阵列实现。 这样的RF天线未必需要谨慎的调谐电容器。可以利用适当的电容性或低损耗介电加载和/ 或几何设计来实现对MR共振频率的调谐。缝形凹陷在导电板之内的布置使得能够优化检查体积之内的RF覆盖和均一性。导电板例如可以是弯曲的，匹配MR磁体系统的内膛的曲率，以便在检查体积中的最大可用空间方面最佳地调整MR系统。这里必须指出的是，所提到的RF天线由其中至少一个凹陷保持开放的导电板形成，未必需要有RF波导，RF波导用于在RF波导的至少一种行进模式中沿检查体积的轴引导RF行波。通过选择槽线天线的适当空间和电学性质，可以将这种天线用于现有技术的MR 成像系统中，而无需有额外的RF波导。因此，可以将这样的槽线天线用于取代常规的RF天线。然而，必须指出的是，与常规RF天线的组合也是可能的。出于这种原因，本发明还涉及一种用于MR成像系统的RF天线，其中，RF天线由包括至少一个凹陷的导电板形成。本发明还涉及一种MR成像系统，其包括用于在检查体积之内生成均勻稳定的磁场的主磁体，其中，该系统还包括至少一个RF天线，其用于向位于检查体积中的患者的身体发射RF脉冲和/或从身体接收MR信号，其中，RF天线由包括至少一个凹陷的导电板形成。此外，该系统包括控制单元和重建单元，控制单元用于控制RF脉冲的时间相继性，重建单元用于从所接收的MR信号重建MR图像。在这种情况下，可以采用常规MR成像系统，定义常规MR成像系统，使得无行波能够在拉莫尔频率下在其膛中传播。即， 在这种情况下行波的概念是任选的。虽然如此，也可以在常规MR成像系统中使用整个说明书中关于由包括至少一个凹陷的导电板形成的RF天线结合行波方法描述的所有概念，定义常规MR成像系统，使得无行波能够在拉莫尔频率下在其膛中传播。通常，可以使用膛内发射/接收槽线共振器阵列。因此，可以提供天线(方向)图 (antenna pattern)，其由槽线结构的阵列构成，仅需要非常少的或甚至不需要分立的调谐元件，例如电容器。整个RF电流在宽广的分布式表面上流动，而不是沿着分立条流动。可以经由电容性或低损耗介电加载、机械调谐或利用例如(PIN) 二极管的电调谐来调谐该表面。这些方法的组合也是可能的。可以将槽线构思与常规近场线圈元件组合，并增加RF系统和梯度线圈的设计自由度。可以将槽线天线作为常规的互耦体积共振器或者作为多发射线圈阵列加以驱动。除了取代MR系统中的身体线圈之外，槽线天线也可以用作表面(TxRx)(发射/接收)阵列线圈或插入体积线圈，例如用于头部成像。这具有如下优点能够以更低的成本提供MR系统。由于槽线天线仅需要较少量的空间，这也在MR系统的膛中(即在检查体积中)获得了更多空间，例如，用于介入式应用和患者友好式设计。根据本发明的优选实施例，至少一个凹陷的几何性质，即形状、尺寸和/或位置是可变的。这例如可以通过机械方式实现。为此，导电板可以包括相对彼此可移动的若干板段。或者，如上所述，可以通过一个或多个可切换PIN 二极管和/或一个或多个电容器桥接导电板的至少一个凹陷，以便修改凹陷的实际几何性质。可以将RF天线的这种变化性用于调谐的目的，以及用于优化检查体积之内的RF场分布的目的，这被称为RF勻场。使用超过一个形成多元件发射系统的槽时，可以选择槽的位置、尺寸和形状，实现给定感兴趣区域中改进的RF覆盖，改进的均一性和/或改进的、即减小的比吸收率(SAR)。根据本发明的另一实施例，该MR系统还包括若干梯度线圈，其用于在检查体积之内的不同空间方向上生成切换的磁场梯度，其中，梯度线圈包括布置在至少部分环绕检查体积的弯曲体上或其中的导电体，RF天线的导电板以某种方式弯曲，匹配弯曲体的曲率，其中，与弯曲体相邻定位RF天线。在本实施例中，MR成像系统的梯度线圈包括被布置在至少部分围绕检查体积的弯曲体，例如圆柱体上或其中的导电体，其中，对应于梯度线圈的形状设计RF天线的形状，并与梯度线圈相邻布置RF天线，以便在磁体内膛之内获得最大的自由空间。如上所述，RF天线例如可以位于梯度线圈体中形成的凹陷中。通过这种方式实现了对磁体膛的更大开放访问。优选地，弯曲的梯度线圈体沿着检查体积的轴裂开(或部分裂开)。在这一实施例中，可以将导电板中的凹陷形成为沿梯度线圈体的各分裂部分之间的间隙延伸的圆周槽。 通过这种方式获得具有偶极子状特性的RF天线，其中，偶极子轴平行于纵轴，该纵轴垂直于磁体膛的纵轴。根据本发明的另一实施例，仅使用非分立元件将所述RF天线调谐到RF频率。这种调谐甚至可以是静态或动态可实现的调谐，例如，如上所述，利用改变凹陷尺寸的机械可动元件。然而，一般而言，在不使用像电容器那样的任何分立元件实现针对给定频率的槽线结构的情况下，这种槽线天线的生产成本保持得相当低。此外，电气元件的故障风险被最小化。甚至可以通过改变结构的空间尺度(如上所述)或者通过向该结构提供电介质材料来实现槽线结构的天线性质的变化。例如，可以在电介质材料内部或其上个体地装载天线。也可以由金属之外的其他材料，例如由人造导磁体(AMC)甚至碳纳米管来制造天线。根据本发明的另一实施例，可以将天线的槽线阵列结构与局部表面接收线圈组合。与在较低频率下调谐的发射或接收线圈组合也是可能的，其中，例如可以使用一个线圈进行氟MR成像，而另一个线圈可以用于进行质子MR成像。此外，可以通过适当方式混合槽线天线、偶极子天线、TEM天线、贴片天线和环路元件，以便获得MR系统的最佳RF发射或接收能力。这可以与多共振激励图案、使用PIN 二极管调谐有源裂缝长度以进行主动勻场以及如上所述通过圆柱形膛的可变介电加载进行RF勻场相结合。根据本发明的另一实施例，所述RF天线是定向天线，其中，所述定向天线包括指向所述检查体积的定向天线特性。在常规(身体)线圈与样本的反应近场耦合并从而通过样本损耗被加载时，传播波激励天线与MR系统的圆柱形波导的模式耦合。尽管常规MR线圈工作在超高磁场下圆柱形传导膛内部的近场状态下，但一旦MR频率低于波导的截止频率，圆柱体自身就充当波导。然后由行波通过圆柱体传输电磁能量。可以通过电介质加载显著降低给定圆柱形膛的截止频率。为了实现膛中的行波激励，其一开始不允许波的传播，可以在圆柱体表面上或部分低于患者支撑物利用高介电常数材料进行电介质填充。由于额外的电介质加载效果，患者身体的存在进一步减小了截止频率。利用位于成像系统上的定向RF天线，使得能够自由访问检查体积，例如在包括检查体积的MR膛的外部，行波是在MR系统的检查体积的内部激发的。由于比主射束方向上的天线增益具有显著更大的天线增益，也可以使用定向天线的阵列来降低膛中给定B1场所需的RF放大器功率。此外，定向天线特性允许定制这种MR 系统的激发条件。此外，也可以将这样的天线系统集成到膛中或者放在磁体的边缘处。天线元件例如可以位于扫描器的伺服端，仍然允许自由访问膛。这样可以实现膛直径的显著增大，同时保持系统紧凑。根据本发明的另一实施例，所述RF天线包括周期性天线结构，提供指向所述检查体积的所述天线特性。根据本发明的实施例，该MR系统可以包括RF天线的相控阵列，其优点是由这样的天线提供了优化的发射和接收能力。因此，可以由外部天线设计形成检查体积中的激发场。根据本发明的另一实施例，RF天线是八木(Yagi)天线或螺旋结构的天线。此外， 该天线可以是偶极子和/或四分之一波线结构的天线。这种定向天线的另一优点是这些天线包括更简单并且更廉价的天线结构，甚至没有任何电容器。可以通过在例如电介质材料内部或其上个体地加载天线来以预期方式调整天线尺寸。必须指出的是，将行波天线设置与常规RF天线组合是可能的，以便实现行波/传播模式激励与常规近场激励的组合。例如，在锁相模式中，可以使用行进模式天线进行“基础”极化，并且可以使用局部天线，例如TEM或条线天线，来实现额外的目的，例如RF勻场。 此外，通过圆柱形膛的可变电介质加载，能够进行RF勻场。根据本发明的另一实施例，可以接近检查体积使用共振无源天线结构，以方便行波的传播。例如，可以在患者台中使用槽或偶极子作为共振结构，以便提供局部增强的B1, 这样能够减小驱动行波天线装置所需的功率。根据本发明的另一实施例，行波天线可以隐藏在MR磁体的罩下方，或者甚至可以集成到MR系统的梯度线圈中。根据本发明的另一实施例，包封MR磁体的RF空间，以及MR磁体自身具有RF吸收性质，以避免在RF天线位于检查体积的外部，以及甚至在MR磁体自身的外部的情况下，RF 波出现不希望的反射。可以利用位于天线自身上或其附近的放大器驱动外部行波天线，允许构建出紧凑的天线设置。根据本发明的又一优选实施例，所述RF波导是由围绕检查体积的末端开放管形成的。所述管界了定MR成像系统的磁体膛。管子可以具有圆形或椭圆形形状。假设MR频率超过由管子尺度确定的截止频率，所述管充当波导。在高磁场强度和大内膛直径的情况下，可能是这种情况。然后通过行波经所述管传输膛内生成的RF场的电磁能量。例如，可以将衬在磁体内膛的导电网或网格用作根据本发明的波导。所述管可以包括导电图案结构，以便能够在选定的行进模式中引导RF行波。导电图案确定了波导之内的电流路径。通过这种方式可以抑制不希望有的高阶模传播。根据本发明的另一优选实施例，所述MR成像系统包括位于检查体积之内的至少一个表面天线，其用于从身体的有限区域接收MR信号。通过这种方式，可以例如利用与被检查身体的近场耦合的常规(可调谐)RF表面线圈的阵列，将行波RF激励与MR信号的局部检测组合。这种混合方法在设计MR成像设备的RF系统方面提供了额外的自由度，并有利地组合了行波激励的改进RF覆盖度和均一性以及经由RF表面天线近距离检测的高灵敏度。必须提到的是，槽线结构天线和行波天线都可以用于RF激励，在激励之后接收MR 信号，或者其组合。
附图披露了本发明的优选实施例。然而应当理解，附图仅用于进行图示说明，而并不应作为本发明的限制的定义。在附图中图1示意性示出了根据本发明的MR成像系统；图2示出了定位在患者下方的MR成像系统的检查体积中的缝型RF天线的略图；图3图示了根据本发明的个体RF天线；图4示出了形成根据本发明的RF天线的缝隙的平面阵列；图5示出了具有馈线的平面槽线天线；图6图示了连接到槽线天线的RF链；图7示出了承载槽线天线的带缝隙金属板；图8示出了槽线天线的阵列；图9示出了与电介质材料组合的槽线天线；图10图示了用于槽线天线的不同去谐策略；图11图示了具有裂缝梯度线圈的MR系统的槽线天线；图12图示了梯度线圈中具有凹陷的MR系统中的槽线天线；图13描绘了根据本发明的MR成像系统的纵向截面；图14示出了外部八木天线；图15描绘了电介质层上的平面定向天线；图16图示了定向天线结构的个体元件的不同图案；图17图示了螺旋型天线设计；图18图示了用于产生圆磁场的定向天线；图19图示了定向天线和行波结构的组合；图20图示了若干个体定向天线的组合。
具体实施例方式参考图1，示出了 MR成像系统1。该系统包括超导或电阻型主磁体线圈2(未示出)，使得沿着通过检查体积的ζ轴生成基本均勻的、时间上恒定的主磁场。磁共振生成和操纵系统施加一系列RF脉冲和切换的磁场梯度，以反转或激励核磁自旋，诱发磁共振，对磁共振重新聚焦，操纵磁共振，对磁共振进行空间编码或以其他方式进行编码，使自旋饱和等，从而执行MR成像。更具体而言，梯度脉冲放大器3施加电流脉冲以沿着检查体积的χ、y和ζ轴选择全身梯度线圈4、5和6中的一些。RF发射器7经由发送/接收开关8向RF天线9发射RF脉冲或脉冲群，以向检查体积中发射RF脉冲。典型的MR成像序列由一组短持续时间的RF 脉冲序列构成，它们彼此结合在一起，并且任何施加的磁场梯度实现对核磁共振的选定操纵。RF脉冲用于致饱和、激励共振、反转磁化、对共振重新聚焦或操纵共振以及选择定位于检查体积中的身体10的一部分。MR信号也可以由RF天线9拾取。为了利用例如并行成像来生成身体10的有限区域的MR图像，邻接选定以供成像的区域放置一组局部阵列RF线圈11、12和13。阵列线圈11、12和13可以用于接收经由 RF天线实现的RF发射诱发的MR信号。然而，也可以使用阵列线圈11、12和13向检查体积发射RF信号。所得的MR信号被RF天线9和/或被RF线圈11、12和13的阵列拾取并被接收器 14解调，接收器14优选包括前置放大器(未示出)。接收器14经由发送/接收开关8连接到RF线圈9、11、12和13。主计算机15控制梯度脉冲放大器3和发射器7以生成多种成像序列中的任一种， 诸如回波平面成像(EPI)、回波体积成像、梯度和自旋回波成像、快速自旋回波成像等。对于选定的序列，接收器14接收每个RF激励脉冲之后快速相继的单个或多个MR数据线。数据采集系统16执行到所接收的信号的模拟到数字转换，并将每个MR数据线转换成适于进一步处理的数字格式。在现代MR装置中，数据采集系统16是专用于采集原始图像数据的独立计算机。最后，通过重建处理器17将数字原始图像数据重建成图像表示，重建处理器17采用傅里叶变换或其他适当的重建算法。MR图像可以表示贯穿患者的平面切片、平行平面切片的阵列、三维体积等。然后在图像存储器中存储图像，可以经由例如视频监视器18访问图像存储器，以将图像表示的切片、投影或其他部分转换成用于可视化的适当格式，视频监视器18提供了所得MR图像的人可读显示。图1中还示出了 RF波导19，在下文中将参考图2更详细地解释RF波导19。图2示出了定位于患者10下方的MR成像系统1的检查体积中的缝型RF天线的略图。在图2中所示的实施例中，图1的MR成像系统1还包括RF波导19，其用于在RF波导19的至少一种行进模式中沿着检查体积的ζ轴引导RF行波。RF波导19可以由身体10 周围的结构形成，诸如梯度线圈4、5或6，主磁体线圈2的低温恒温器壁和RF屏蔽(未示出)。或者，如图2中用附图标记19所描绘的，可以将RF波导19独立地提供为围绕检查体积的末端开放的圆形、椭圆形、矩形或锥形截面的管。可以将衬在磁体内壁的导电网或网格用作RF波导19。假如MR频率超过RF波导19的尺度确定的截止频率，则由行波通过波导 19传输经由膛之内的RF天线9生成的RF场的电磁能量。进一步参考图2，图1的RF天线9位于MR成像系统的患者台202下方。患者台 202自身可移动地位于MR成像系统1的桥204上。管形RF波导19界定磁体的内膛，即构成MR成像系统1的检查体积21的自由空间。如在图2中所看到的，通过在患者台202下方放置用于发射RF脉冲和/或从身体10接收MR信号的RF天线，实现了最大的自由膛径。 在图2中所示的实施例中，RF天线9是由槽线天线200形成的。因此，RF天线9位于成像系统上，使得检查体积21可以自由访问。这样的优点在于，从MR系统1的左侧208和右侧210两者都可以自由访问检查体积以及由此访问患者10，其中，在图2中相对于沿Z轴贯穿MR系统的纵向截面界定左侧208和右侧210。再次必须提到的是，也可以在没有RF波导19的情况下应用和使用槽线天线200。 因此在这一实施例中波导是任选的。在下文中参考图3更详细地论述缝结构200的实施例(也参见图4)，图3图示了由槽线天线200形成的个体RF天线9。缝线天线200包括导电板22作为个体元件，其中， 缝形凹陷23保持开放。凹陷23边缘处的电磁场分布导致电磁辐射的发射，可以将发射耦合到(任选的)RF波导19中(参见图2)。根据针对行波激励选择的模式，可以垂直于MR 成像系统1的ζ轴布置凹陷。凹陷23也可以是弯曲形状的或者适于优化检查体积21之内的RF场分布的任何其他几何结构。在图3中所示的实施例中，在缝形凹陷23之间的中心处定位一个或多个馈电点对，其用于经由发送/接收开关8将RF天线9连接到RF发射器 7(参见图1)。图3中所示的天线元件是包括单个缝隙23的个体RF天线元件。在缝隙23的相对边缘处布置馈电点24，以进行对称平衡激励。可以将用作RF发射器7的RF功率MOSFET 的输出(参见图1)直接连接到馈电点24，以便获得RF天线9的低阻抗激励。图4示出了形成根据本发明的RF天线9的缝隙23的平面阵列200。在本实施例中，行波发射和/或接收RF天线9是由导电板22之内的细长缝形凹陷23的阵列实现的。 这样的RF天线优选不需要谨慎的调谐电容器。可以简单地利用适当的电容性或低损耗介电加载(未示出)来实现对MR共振频率的调谐。然而，通常可以通过裂缝长度和/或宽度的机械和/或电气变化来实现槽线天线的调谐。缝形凹陷23在导电板22上的布置使得能够优化检查体积21之内的RF覆盖度和均一性(参见图幻。导电板22可以是弯曲的，匹配MR成像系统的内膛的曲率。然而，一般而言，可以通过任何方式调整RF天线9的几何结构，以便能够集成到MR成像设备检查体积21周围的梯度线圈布置中。此外，如已经参考图 2所描述的，可以调整RF天线的几何结构以便使其能够集成到患者台202中。必须再次指出的是，调整RF天线9的几何结构，使得能够自由访问检查体积21而不被RF天线9遮挡，以便实现对检查体积的自由访问以及由此对患者10的自由访问。图5图示了具有来自RF模块7的馈电的平面槽线天线，RF模块7包含例如功率放大器、发送/接收开关、前置放大器和/或到驱动电子线路的数字光学连接和/或有线连接500。同样地，输入馈线连接到缝23的馈电点M中心。所述RF模块优选位于天线附近或者甚至其内部，即，例如安装在RF天线9的缝形凹陷23保持开放的导电板22上。RF模块7可以包括例如模拟或数字输入和/或输出端500，以便向和从RF模块7发送/接收相应的信号。可以经由输入/输出端500与参考图1所述的主计算机15传送数字或模拟信号。图6图示了连接到槽线天线200的RF链。RF链包括输入端600和放大器604，放大器例如可以包括场效应晶体管606，以便放大经由输入端600接收的信号。槽线天线200 包括可以利用集总元件的适当网络或电缆变换或两者匹配到放大器604的阻抗的阻抗。例如，可以利用场效应晶体管606的电容608和/或放大器604之内的相应线圈元件的阻抗 610进行匹配。可以引入一个或若干个巴伦(balim)602和612以抑制电缆上的共模。此夕卜，可以使用额外的匹配电路614以便将天线阻抗匹配到放大器604的阻抗。使用巴伦612 以便使由FET 606放大的信号对称，因为通常经放大的信号是不对称的，而缝隙23是对称的。尽管图6示出了将缝隙阻抗匹配到在传输中驱动天线的功率放大器的布置，但能够想到针对用缝隙天线接收信号的情况的适当低噪声布置，这里未加以显示。实质上，使用集总元件的适当匹配网络或提供期望变换的适当电缆将天线拾取的信号馈送至低噪声FET的输入端。在图6中可以进一步看出，槽线天线200包括与电容器616桥接的缝隙23。将参考图7更详细地描述这种情况。图7图示了承载槽线天线的带缝隙金属板。所述天线再次包括缝形凹陷23，其具有布置在缝隙的相对边缘处的相应馈电点，用于进行对称平衡激励。在图7中所示的实施例中，将凹陷23与电容器616桥接，用于对槽线天线200进行优化调谐。在图7中，槽线天线200还包括涡流屏障，其包括裂缝700，由其他电容器702桥接。切换梯度场通常根据法拉第感应定律在槽线天线的导电结构22中诱发涡流。这些涡流可能使磁体膛之内生成的磁场扭曲，并从而导致待重建的MR图像失真。借助于由缝隙700 和电容器702形成的涡流屏障，防止了梯度诱发的涡流传播。这一原理也可以应用于凹陷23，凹陷23可以延长长度，如虚线704所示。通过其他适当的电容器706桥接凹陷23的这一延长部分704，可以使得这一部分704不共振，从而也充当涡流屏障。因此，仅凹陷23以期望的方式共振。图8图示了槽线天线200的阵列，每个天线装备有独立的巴伦800和匹配电路 802，以及相应的功率放大器804。这样的阵列提供了多元件发射/接收能力。这也可以结合现有的并行成像技术和/或MR成像设备1的检查体积21的多天线元件激励RF场提供来使用。例如，可以在传输模式中使用若干个体隙缝天线的组合，以便优化向待成像对象10 形成激发场。图9图示了槽线天线结构200与电介质材料25组合的各种实施例。在图9a中， 槽线天线200填充有电介质材料25。在图9b中，在电介质材料25中实现槽线结构，并且在图9c中，将槽线结构200定位在电介质材料25的表面上。可以执行槽线结构200和电介质材料25的组合以便优化调谐和/或匹配。图10图示了用于槽线天线200的不同去谐策略。例如在仅仅为了 RF发射或者仅仅为了 RF接收而使用槽线天线200时，可以使用去谐。在图IOa中，可以与缝隙23的调谐电容器19并行地切换电感器。或者，如图IOb所示，可以利用电感器缩短调谐电容器19。 可以利用RF扼流圈来捕获提供二极管偏压的DC线。必须提到的是，在使用多个槽线天线提供多元件发射/接收能力时，可以在个体天线之间插入去耦网络，实现个体槽线天线的凹陷之间的适当阻抗。或者，还可以将感应去耦用于这一目的。图11图示了具有裂缝梯度线圈的MR系统的槽线天线。图11中所图示的MR系统 1包括管形梯度线圈1100和1104，其中，图11仅图示了所述梯度线圈的纵向截面。所述MR 系统还包括位于梯度线圈1100和1104之间的RF屏蔽1102。梯度线圈1104是包括两半的裂缝梯度线圈，其中，这两半之间形成凹陷。所述凹陷填充有安装在梯度线圈1104的两半之间的一个或多个天线，使得内膛直径内没有RF天线。参考图12示出了备选实施例，图12图示了 MR系统中的槽线天线200，在梯度线圈 1200中具有凹陷。因此，能够自由访问检查体积21，从而允许从圆柱形MR磁体系统的两侧访问位于患者台202上的检查体积21之内的患者10。此外，释放了具有检查体积21的内膛，从而相对于检查体积21提供了更多空间。图13描绘了根据本发明的MR成像系统1的纵向截面。该系统包括超导或电阻型主磁体线圈2 (参见图1)。此外，MR成像系统1的梯度线圈4、5和6(参见图1)包括布置在患者台202所在的检查体积21周围的圆柱体沈上或其中的电导体(未示出)。RF天线 9的导电板22是以某种方式弯曲的，以匹配圆柱体沈的曲率。对应于梯度线圈体沈的形状设计RF天线9的形状，并直接与梯度线圈体沈相邻地布置RF天线9，从而在磁体内膛之内再次获得最大的自由空间。与上文参考图11所述的类似，在此，圆柱形梯度线圈体沈是沿着检查体积21的纵轴(ζ轴)裂开的。将导电板22中的凹陷23形成为沿梯度线圈体 26的分裂部分之间的间隙延伸的圆周槽。必须指出的是，可以将任何上述槽线阵列结构以及MR系统中的结合与现有技术中已知的局部表面接收线圈组合。图14图示了 MR成像系统1的另一实施例，其中，使用定向天线1400代替槽线天线。定向天线1400包括指向检查体积21的定向天线特性。因此，定向天线1400对应于图 1中的RF天线9。定向天线1400可以包括内置的RF模块，再次包括例如用于发射的功率放大器、用于接收的前置放大器、发射/接收开关、模拟到数字转换器或任何其他种类的RF 模块部件。优选地，这样的RF模块再次位于天线1400附近，患者甚至位于天线1400上。从图14可以看出，定向天线1400位于检查体积21外部，甚至位于圆柱形磁体系统2和梯度系统4的外部。由于天线1400的定向特性，天线不会物理地遮挡圆柱形磁体系统2的开口端1402或1404。因此，再次可以自由访问检查体积21。根据本发明的另一实施例，磁体的开口端是倾斜的，其中，天线1400可以包括在磁体2的倾斜部分的表面1406上。同样地，天线1400不遮挡磁体2的开口端1402或1404， 从而允许自由访问检查体积21。图15图示了由支撑物1500上的金属阵列结构1502构成的定向天线1400。在本发明的实施例中，支撑物1500可以是或者包括电介质层，允许缩短天线的电长度和尺寸。 因此，天线位于电介质材料内部或电介质材料上。通常，应当以某种方式设计定向天线以在主射束的方向上显示大于1的增益，允许向检查体积21的各个区域空间选择性地施加激发能量。必须指出的是，可以优选结合磁体内膛中的波导来使用定向天线1400——在希望检查体积21中有相当均勻的RF场分布的情况下，磁体内膛中的波导可能尤其适合。图14和15中所描绘的天线1400例如是所谓的八木天线。然而，可以使用任何种类的适当定向天线。可以应用相应天线结构个体元件的不同图案。例如，图16图示了八木天线结构个体元件的不同图案。在图16a中，八木天线的偶极子是直导体，其中，在图16b 中，以螺旋方式布置天线结构偶极子的部分。在图16c中，完全按照螺旋方式布置天线结构的偶极子。因此，与图16a相比，图16b和16c中这种八木天线型天线的宽度，即偶极子取向方向上的天线长度，缩短了。在图17中，示出了螺旋形天线设计，其中，天线特性指向方向1700。图17中未示出的是相应的反射镜，在螺旋形天线结构的一端可能需要反射镜。图18图示了利用圆极化或椭圆极化激励产生RF场的八木天线。这样的天线设计具有如下优点，即，利用交叉偶极子1800和为交叉偶极子1800的每个偶极子提供的RF功率的个体控制，可以通过高度精确的方式控制方向1700中的激励。例如，可以在主计算机 15(图1)的控制下个体地旋转极化激励的方向。因此，可以通过高度精确的期望方式控制 MR系统1 (图1)的检查体积21之内的激励。图19示出了八木天线1900与圆形行波结构1902的组合。八木天线和行波结构都可以包括在电介质层和支撑1904上，以再次缩短相应天线元件的长度。必须指出的是， 代替感应耦合的圆形环路(或椭圆形环路)，也可以将鸟笼线圈结构用作行波结构。图20图示了若干个体定向天线，例如八木天线的组合。个体天线1400可以用于 RF信号发射和/或接收。采用多个个体定向天线1400，例如用于个体天线的MR激励，可以提供不同幅度或相位的RF信号，从而组合产生优化的激励。因此，可以从磁体的外部，在主计算机15的控制下形成检查体积21中的激励场，而无需对天线1400进行耗时很久的人工空间重新定位。
权利要求
1.一种磁共振成像系统(1)，包括-主磁体，其用于在检查体积之内生成均勻稳定的磁场，-RF波导(19)，其用于在所述RF波导(19)的至少一种行进模式中沿着所述检查体积 (21)的轴引导RF行波，-至少一个RF天线(9)，其用于向定位在所述检查体积中的患者的身体(10)发射RF脉冲和/或从所述身体(10)接收MR信号，其中，所述RF天线(9)被配置成与所述RF 波导(19)的至少一种行进模式耦合，并且其中，所述RF天线(9)位于所述成像系统上，使得所述检查体积能够被自由访问，-控制单元(15)，其用于控制RF脉冲的时间相继性，以及-重建单元(17)，其用于从所接收的MR信号重建MR图像。
2.根据权利要求1所述的MR成像系统(1)，其中，所述RF天线(9)位于患者台(202) 下方或者集成到所述患者台(20 中，所述患者的身体(10)定位于所述患者台上。
3.根据权利要求1或2所述的MR成像系统(1)，其中，所述RF天线(9)由具有至少一个凹陷03)的导电板02)形成。
4.根据权利要求3所述的MR成像系统(1)，其中，所述凹陷03)的形状、尺寸和/或位置是机械可变的。
5.根据权利要求3或4中的任一项所述的MR成像系统(1)，其中，所述导电板02)的所述至少一个凹陷由一个或多个PIN 二极管和/或一个或多个电容器(616)桥接。
6.根据权利要求3-5中的任一项所述的MR成像系统(1)，其中，所述系统还包括若干梯度线圈0、5、6)，其用于在所述检查体积之内沿不同空间方向生成切换的磁场梯度，其中，所述梯度线圈(4、5、6)包括布置于至少部分围绕所述检查体积的弯曲体 (26)上或其中的电导体，所述RF天线(9)的所述导电板02)是以某种方式弯曲的，以匹配所述弯曲体06)的曲率，其中，与所述弯曲体06)相邻定位所述RF天线(9)。
7.根据权利要求6所述的MR成像系统(1)，其中，所述弯曲体06)沿着所述检查体积 (21)的所述轴裂开。
8.根据前述权利要求3或4中的任一项所述的MR成像系统(1)，其中，仅使用非分立元件将所述RF天线(9)调谐到RF频率。
9.根据权利要求1所述的MR成像系统(1)，其中，所述RF天线(9)是定向天线(1400)， 其中，所述定向天线包括指向所述检查体积的定向天线特性。
10.根据权利要求9所述的MR系统，其中，所述RF天线(9)位于所述检查体积Ql)外部。
11.根据权利要求9或10所述的MR系统，其中，所述RF天线包括周期性天线结构，提供指向所述检查体积的所述天线特性。
12.根据前述权利要求9到11中的任一项所述的MR系统，其中，所述MR系统包括RF 天线(9)的相控阵列。
13.根据权利要求1-12中的任一项所述的MR成像系统(1)，其中，所述RF波导(19) 由围绕所述检查体积的末端开放管形成。
14.根据权利要求13所述的MR成像系统(1)，其中，所述管包括导电图案，构造所述导电图案以使得能够在选定的行进模式中引导RF行波。
15. 一种用于MR成像系统(1)的RF天线(9)，其中，所述RF天线(9)由包括至少一个凹陷03)的导电板02)形成。
全文摘要
本发明涉及一种磁共振成像系统(1)，包括主磁体，其用于在检查体积(21)之内生成均匀稳定的磁场；RF波导(19)，其用于在所述RF波导(19)的至少一种行进模式中沿着所述检查体积(21)的轴引导RF行波；至少一个RF天线(9)，其用于定向位于所述检查体积(21)中的患者的身体(10)发射RF脉冲和/或从所述身体(10)接收MR信号，其中，所述RF天线(9)被配置成与所述RF波导(19)的至少一种行进模式耦合，并且其中，所述RF天线(9)位于所述成像系统上，使得所述检查体积(21)能够被自由访问；控制单元(15)，其用于控制RF脉冲的时间相继性，以及重建单元(17)，其用于从所接收的MR信号重建MR图像。此外，本发明涉及一种用于MR成像系统(1)的RF天线(9)，其中，RF天线(9)由包括至少一个凹陷(23)的导电板(22)形成。
文档编号G01R33/345GK102549446SQ201080043029
公开日2012年7月4日 申请日期2010年9月14日 优先权日2009年9月28日
发明者C·洛斯勒, D·维尔茨 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司